EP2164713B1 - Security element having a magnified, three-dimensional moiré image - Google Patents

Security element having a magnified, three-dimensional moiré image Download PDF

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EP2164713B1
EP2164713B1 EP08759342.2A EP08759342A EP2164713B1 EP 2164713 B1 EP2164713 B1 EP 2164713B1 EP 08759342 A EP08759342 A EP 08759342A EP 2164713 B1 EP2164713 B1 EP 2164713B1
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EP
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image
moiré
motif
grid
magnification
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Giesecke and Devrient GmbH
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    • B44FSPECIAL DESIGNS OR PICTURES
    • B44F7/00Designs imitating three-dimensional effects
    • B42D2035/20

Definitions

  • Data carriers such as valuables or identity documents, but also other valuables, such as branded goods, are often provided with 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 value document after its manufacture.
  • 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.
  • a security paper for the production of security or value documents, such as banknotes, checks, identity cards, documents, is equipped 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 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.
  • moiré magnification arrangements of the present application now not only produce planar objects floating in front of or behind the plane of the array but also produce three-dimensional moiré images with a structure extending into the depth of the space. These moiré magnification arrangements are therefore also referred to below as 3D moiré magnifier.
  • each of the various grid level arrangements of the motif level 32 is associated with exactly one of the moire image levels 36, 36 '.
  • the magnified moiré image appears to be deep-shaded in binocular viewing, provided that the moiré magnifier is designed in such a way that 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 laterally displaced pixels are interpreted by the brain as if the pixels were in front of or behind the direction of lateral displacement actual substrate level, depending on the size of the shift more or less high or low.
  • the depth impression due to the movement effect, Z movement and the deep impression through binocular vision, Z binocular therefore differ for almost all eye distance directions.
  • the moiré image 40 therefore appears to be binocular when tilted in the direction ⁇ for the eyes at a different depth, namely at depth Z, than the depth Z movement , which suggests parallax when tilted.
  • Fig. 9 (a) shows the thus constructed motif image 90, in which the two different motif grid U 1 , U 2 of the two micromotif elements "letter top” and “letter bottom” and the distortion of the motif elements are clearly visible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere oder Wertdokumente mit einer mikrooptischen Moiré-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes.The invention relates to a security element for security papers or documents of value with a micro-optical moiré magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image.

Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen 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 selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.Data carriers, such as valuables or identity documents, but also other valuables, such as branded goods, are often provided with 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 value document after its manufacture.

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 0 330 733 A1 oder EP 0 064 067 A1 beschrieben sind.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. For this purpose, 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 0 330 733 A1 or EP 0 064 067 A1 are described.

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.It is also known to use lens systems as security features. For example, in the document EP 0 238 043 A2 a security thread of a transparent material described on the surface of a grid of several parallel cylindrical lenses is imprinted. The Thickness of the security thread is chosen so that it corresponds approximately to the focal length of the cylindrical lenses. On the opposite surface of a printed image is applied register accurate, 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. By appropriate design of the printed image while "moving" images can be generated. However, as the document rotates about an axis parallel to the cylindrical lenses, the subject moves only approximately continuously from one location on the security thread to another location.

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 Mikrolinsenanordnung weist dabei im Wesentlichen dieselbe Teilung wie die Mikrobildanordnung auf. Wird die Mikrobildanordnung durch die Mikrolinsenanordnung 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.From the publication US 5 712 731 A For example, the use of a moiré magnification arrangement is known as a security feature. The security device described therein has a regular array of substantially identical printed microimages of up to 250 μm in size and a regular two-dimensional array of substantially identical spherical microlenses. The microlens array has substantially the same pitch as the microimage array. When the micro-image array is viewed through the microlens array, one or more enlarged versions of the microimages are created to the viewer in the areas where the two arrays are substantially in register.

Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Moiré-Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel " The moiré magnifier", M.C. Hutley, R. Hunt, R.F. Stevens and P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133-142 , beschrieben.The basic mode of operation of such moiré magnification arrangements is described in the article " The moire magnifier ", MC Hutley, R. Hunt, RF Stevens and P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133-142 , described.

Kurz gesagt, bezeichnet Moire-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 vergrößertes und gegebenenfalls gedrehtes Bild der wiederholten Elemente des Bildrasters erscheint.In short, moiré 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 any 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.

Aus den Druckschriften WO 2007/007793 A bzw. EP 1 905 613 A ist eine stereoskopische Flächenstruktur bekannt, deren Motivbild aus ebenen Motivelementen besteht. Die dreidimensionale Wirkung einer solchen Flächenstruktur besteht darin, dass verschiedene Motivelemente in unterschiedlichen Höhen bzw. Tiefen über oder unter der Bildebene zu schweben scheinen, so dass die Gesamtheit der Motivelemente auf einer dreidimensional gekrümmten Oberfläche angeordnet erscheint.From the pamphlets WO 2007/007793 A respectively. EP 1 905 613 A is a stereoscopic surface structure known whose motif image consists of planar motif elements. The three-dimensional effect of such a surface structure is that different motif elements seem to float above or below the image plane at different heights or depths, so that the totality of the motif elements appears arranged on a three-dimensionally curved surface.

Die Druckschrift WO 2006/125224 A betrifft ein mikrooptisches Darstellungssystem, das in einer beispielhaften Ausführungsform als Polymerfilm ausgebildet ist. Zur Erzeugung von dreidimensional erscheinenden synthetischen Bildern wird eine Vielzahl von Bildprojektoren miteinander kombiniert, die jeweils eine Linse, einen optischen Abstandhalter und ein Symbolbild enthalten. Jedes der Symbolbilder wird dabei unter Berücksichtigung des dreidimensionalen digitalen Modells des synthetischen Bilds, der gewünschten Tiefenposition und des Tiefenbereichs, der in dem synthetischen Bild dargestellt werden soll, der Linsenwiederholungsperiode, des Linsengesichtsfelds und der grafischen Auflösung der Symbolbilder berechnet.The publication WO 2006/125224 A relates to a micro-optical imaging system, which is formed in an exemplary embodiment as a polymer film. To produce three-dimensional synthetic images, a plurality of image projectors are combined, each containing a lens, an optical spacer and a symbol image. Each of the symbol images is calculated taking into account the three-dimensional digital model of the synthetic image, the desired depth position and the depth range to be displayed in the synthetic image, the lens repeat period, the lens field of view, and the graphic resolution of the symbol images.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Sicherheitselement mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung dreidimensionaler Moiré-Bilder mit eindrucksvollen optischen Effekten anzugeben. Die dreidimensionalen Moiré-Bilder sollen möglichst ohne Gesichtfeldbeschränkung betrachtet werden können und sollen in allen Gestaltungsvarianten mithilfe eines Computers modelliert werden können.Based on this, the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a security element with a micro-optical moiré magnification arrangement specify three-dimensional moiré images with impressive visual effects. The three-dimensional moiré 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.

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 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the security element having the features of the main claim. A method for producing such a security element, a security paper and a data carrier with such a security element are specified in the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Nach der Erfindung enthält ein gattungsgemäßes Sicherheitselement eine mikrooptische Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur, 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 Moiré-Bildebene zugeordnet sind und die Mikromotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-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 beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.According to the invention, a generic security element includes a micro-optic moiré magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image having a deep-space structure containing image components to be displayed in at least two moire image planes spaced in a direction perpendicular to the moiré magnification device , With
  • a motif image, the two or more periodic or at least locally periodic grid cell arrangements with different Includes grating periods and / or different grating orientations each associated with a moire image plane and containing the micromotif image constituents for representing the image constituent of the associated moire image plane;
  • a focusing element grid arranged at a distance from the motif image for moiré-enlarged 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,
wherein the magnified, three-dimensional moiré image moves when tilting the security element for almost all directions of tilting in a different from the direction of tilting Moire movement direction.

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 Effekte mit hohem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert ergeben.As will be explained in more detail below, in such designs, 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.

Die darzustellenden Bildbestandteile des dreidimensionalen Moiré-Bilds können dabei durch einzelne Bildpunkte, eine Gruppe von Bildpunkten, Linien oder Flächenstücken gebildet sein. Wie nachfolgend genauer erläutert, ist es insbesondere bei komplexeren Moiré-Bildern in der Regel vorteilhaft, von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moiré-Bilds als darzustellenden Bildbestandteilen auszugehen und für jeden dieser Moiré-Bildpunkte einen zugehörigen Mikromotiv-Bildpunkt und eine Gitterzellenanordnung zur wiederholten Anordnung des Mikromotiv-Bildpunkts in der Motivebene zu bestimmten. Bei einfacheren Moiré-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 Bildbestandteile 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.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. As explained in more detail below, it is generally advantageous, in particular for complex moiré images, to start from individual pixels of the three-dimensional moiré image as image components to be displayed and for each of these moiré pixels an associated micromotiv pixel and a grid cell arrangement for repeated arrangement of the micromotiv -Picture point in the motive level To determine. However, for simpler moiré images in which easy-to-describe lines or even patches lie in a moire image plane, such as embodiments 1-4 described below, those lines or patches may also be selected as image components to be displayed and the associated associated Micromotif image components and their repeated arrangement in the motif plane for the line or the surface piece to be performed as a whole.

Die Wendung, dass sich das Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements 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 Moiré-Bewegungsrichtung v und die Kipprichtung k in der Ebene der Moire-Vergrößerungsanordnung über eine symmetrische Transformationsmatrix

Figure imgb0001
miteinander verknüpft, v =
Figure imgb0002
k, so gelten für die beiden in diesem Fall existierenden Eigenvektoren der Transformationsmatrix k 1 , k 2 die Beziehungen v 1 = m 1 · k 1 bzw. v 2 = m2 · k 2, mit den Eigenwerten der Transformationsmatrix m 1 und m 2. Bei einer Verkippung in Richtung eines der beiden Eigenvektoren sind Bewegungsrichtung und Kipprichtung daher parallel, während sie sich für alle anderen Kipprichtungen unterscheiden.The fact that the moiré image moves in tilting direction of the security element for almost all tilt directions in a moire movement direction different from the tilting direction takes account of the fact that there may be some excellent directions in which tilt direction and moire direction of movement coincide. For symmetry reasons, there are usually just two such directions: namely, are the moire direction of motion v and the tilt direction k in the plane of the moire magnification arrangement over a symmetric transformation matrix
Figure imgb0001
linked together, v =
Figure imgb0002
k , then for the two eigenvectors existing in this case, the transformation matrix applies k 1 , k 2 the relationships v 1 = m 1 · k 1 or v 2 = m 2 k 2 , with the eigenvalues of the transformation matrix m 1 and m 2 . With a tilt in the direction of one of the two eigenvectors, the direction of movement and tilting direction are therefore parallel, while they differ for all other tilting directions.

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.With particular advantage, 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.

Die Angabe einer Betrachtungsrichtung umfasst dabei neben der Blickrichtung 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 ausgezeichneten Betrachtungsrichtungen gerade die Richtungen sein, in denen Kipprichtung und Moire-Bewegungsrichtung zusammenfallen.The specification of a viewing direction includes not only the viewing direction but also the direction of the eye distance of the viewer. Again, 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 coincide. In particular, these excellent viewing directions may be just the directions in which the tilt direction and Moire direction of motion coincide.

In einer vorteilhaften Erfindungsvariante sind sowohl die Gitterzellen-Anordnungen des Motivbilds als auch die Gitterzellen des Fokussierelementrasters 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.In an advantageous variant of the invention, 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 μm and 50 μm, preferably between 5 μm and 30 μm, particularly preferably between about 10 μm and about 20 μm.

Nach einer anderen Erfindungsvariante sind sowohl die Gitterzellen-Anordnungen 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 vorzugsweise 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.According to another variant of the invention, 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. For example, 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. Also in this variant, the local periodicity length is preferably between 3 μm and 50 μm, preferably between 5 μm and 30 μm, particularly preferably between about 10 μm and about 20 μm.

Die Gitterzellen-Anordnungen des Motivbilds und die Gitterzellen des Fokussierelementrasters 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 Bravais-Gittern mit niedriger Symmetrie bietet den Vorteil, dass sich Moiré-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 Symmetrie 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 Moiré-vergrößerten Bild ohne Weiteres erkennbar wäre. Auf der anderen Seite können alle mit Moiré-Vergrößerungsanordnungen höherer Symmetrie realisierbaren attraktiven Effekte auch mit den bevorzugten niedrigsymmetrischen Moiré-Vergrößerungsanordnungen verwirklicht werden.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 Bravais gratings offers the advantage that moiré magnification arrangements are difficult to imitate with such Bravais gratings, since, in order to form a correct image, the low symmetry of the arrangement, which is difficult to analyze, must be precisely adjusted , In addition, the low symmetry provides a large amount of freedom for differently selected lattice 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. On the other hand, any attractive effects achievable with higher-symmetry moiré magnification arrangements can also be realized with the preferred low-symmetry moiré magnification arrangements.

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 Mikrofokussierelemente 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 fokussierender oder auch ausblendender Wirkung gebildet.The microfocusing elements are preferably formed by non-cylindrical microlenses, in particular by microlenses with a circular or polygonal limited base surface. In other configurations, the microfocusing elements can also be formed by elongated cylindrical lenses, whose longitudinal extension is more than 250 μm, preferably more than 300 μm, particularly preferably more than 500 μm and in particular more than 1 mm. In further preferred embodiments, the microfocusing elements are pinhole apertures, slotted apertures, apertured apertured or slotted apertures, aspheric lenses, Fresnel lenses, GRIN (Gradient Refraction Index) lenses, zone plates, holographic lenses, concave mirrors, Fresnel mirrors, zone mirrors, or other focusing or focusing elements also formed with a masking effect.

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 können erfindungsgemäß insbesondere in einer Druckschicht vorliegen.The total thickness of the security element is advantageously below 50 μm, preferably below 30 μm. The moire image to be displayed preferably contains a three-dimensional representation of an alphanumeric string or a logo. According to the invention, the micromotif image constituents can be present in particular in a printing layer.

In einem zweiten Aspekt enthält die Erfindung ein gattungsgemäßes Sicherheitselement mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moiré-Bildebenen enthält, mit

  • einem Motivbild, das zwei oder mehr, in unterschiedlicher Höhe angeordnete, periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen-Anordnungen enthält, die jeweils einer Moiré-Bildebene zugeordnet sind und die Mikromotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene enthalten,
  • einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelementraster 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 Moiré-Bewegungsrichtung bewegt.In a second aspect, the invention includes a generic security element having a micro-optic moiré magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image having a structure extending in the depth of the space, the image constituents to be displayed spaced apart in at least two, in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement Moiré image layers contains, with
  • a motif image which contains two or more, arranged at different heights, periodic or at least locally periodic grid cell arrangements, each associated with a moire image plane and containing the micromotif image constituents for representing the image constituent of the associated 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,
wherein the magnified, three-dimensional Moire image moves when tilting the security element for almost all tilt directions in a different direction of the tilting moire movement direction.

Bei diesem Erfindungsaspekt weisen die Gitterzellen-Anordnungen des Motivbilds vorzugsweise gleiche Gitterperioden und gleiche Gitterorientierungen auf, so dass unterschiedliche Moiré-Vergrößerungen nur durch die unterschiedliche Höhe der Mikromotiv-Bildbestandteile und damit einen unterschiedlichen Abstand der Mikromotiv-Bildbestandteile und des Fokussierelementrasters entstehen. Mit besonderem Vorteil liegen die Mikromotiv-Bildbestandteile dazu in einer Prägeschicht in unterschiedlichen Prägehöhen vor.In this aspect of the invention, the grid cell arrangements of the motif image preferably have the same lattice periods and the same lattice orientations, so that different moiré magnifications only result from the different height of the micromotif image components and thus a different distance of the micromotif image components and the focusing element grid. With particular advantage, the micromotif image components are available in a stamping layer in different embossing heights.

In beiden Aspekten weist das erfindungsgemäße Sicherheitselement vorteilhaft eine opake Abdeckschicht zur bereichsweisen Abdeckung der Moiré-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 both aspects, the security element according to the invention advantageously has an opaque cover layer for covering the moiré magnification arrangement in regions. Thus, no moire magnification effect occurs within the covered area, so that the optically variable effect can be combined with conventional information or with other effects. 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.

In allen genannten Erfindungsvarianten sind das Motivbild und das Fokussierelementraster vorzugsweise an gegenüberliegenden Flächen einer optischen Abstandsschicht angeordnet. Die Abstandsschicht kann beispielsweise eine Kunststofffolie und/oder eine Lackschicht umfassen.In all of the aforementioned variants of the invention, 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.

Die Anordnung von Mikrofokussierelementen kann darüber hinaus mit einer 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.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. In this case, 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. In addition to protection against environmental influences, such a protective layer also prevents the microfocusing element arrangement from easily being molded for counterfeiting purposes.

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 oder Wertdokument 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.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 or document of value. In an advantageous embodiment, the security element can span a transparent or recessed area of a data medium. Different appearances can be realized on different sides of the data carrier.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur, 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 Moiré-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 Mikrofokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet wird,
wobei die Gitterzellen-Anordnungen der Motivebene, die Mikromotiv-Bildbestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moiré-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.The invention also includes a method for producing a security element having a micro-moire magnification optical arrangement for displaying a three-dimensional moiré image having a structure extending in the depth of the space, the image components to be displayed in at least two, spaced in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement Moire image planes contains, in which
  • a motif image is generated in a motif plane, 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 micromotif image components for representing the image constituent of the associated Moire image plane,
  • a focusing element grid is produced for moire-magnified viewing of the motif image with a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells each having a microfocusing element and being arranged at a distance from the motif image,
wherein the grid level arrangements of the motif plane, the micromotif image constituents and the focusing element grid are coordinated so that the enlarged three-dimensional moiré image moves when tilting the security element for almost all tilt directions in a direction of tilting different Moire movement direction.

Die darzustellenden Bildbestandteile des dreidimensionalen Moire-Bilds können dabei durch einzelne Bildpunkte, eine Gruppe von Bildpunkten, Linien oder Flächenstücken gebildet sein, wobei sich insbesondere bei komplexeren Moiré-Bildern die Verwendung einzelner Bildpunkte als darzustellende Bildbestandteile anbietet.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 image components to be displayed, especially in the case of more complex moiré images.

Nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moiré-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 Moiré-Bildebene zugeordnet ist und die mit Mikromotiv-Bildbestandteilen zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moiré-Bildebene versehen wird,
  • ein Fokussierelementraster zur Moiré-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 wird,
wobei die Gitterzellen-Anordnungen der Motivebenen, die Mikromotiv-Bildbestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moiré-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.According to another inventive method for producing a security element with a micro-optical moire magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image with a structure extending into the depth of the space, the image components to be displayed in at least two moiré spaced apart in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement - contains image layers, it is provided that
  • a motif image is generated with two or more arranged at different heights motif levels, each containing a periodic or at least locally periodic grid cell array, which is associated with a moire image plane and those with micromotive 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 is generated with a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells, each with a microfocusing element and spaced from the motif image,
wherein the grid level arrangements of the motif planes, the micromotif image constituents and the focusing element grid are coordinated so that the magnified three-dimensional moiré image moves in tilting the security element for almost all tilt directions in a moire movement direction different from the tilt direction.

Darüberhinaus ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moiré-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moiré-Bildebenen enthält, vorgesehen, dass

  1. a) ein gewünschtes, bei Betrachtung zu sehendes dreidimensionales Moiré-Bild als Sollmotiv festgelegt wird,
  2. b) eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung von Mikrofokussierelementen als Fokussierelementraster festgelegt wird,
  3. c) eine gewünschte Vergrößerung und eine gewünschte Bewegung des zu sehenden dreidimensionalen Moiré-Bilds beim seitlichen Kippen und beim vor-/rückwärtigen Kippen der Moiré-Vergrößerungsanordnung festgelegt wird,
  4. d) für jeden darzustellenden Bildbestandteil aus dem Abstand der zugehörigen Moire-Bildebene von der Moiré-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
  5. e) die für jeden darzustellenden Bildbestandteil berechneten Mikromotiv-Bildbestandteile entsprechend der zugehörigen Gitterzellen-Anordnung zu einem in der Motivebene anzuordnenden Motivbild zusammengesetzt werden.
Moreover, in a method of producing a security element having a micro-moiré moiré magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image having a structure extending into the depth of the space, the image constituents to be displayed are in at least two moiré spaced in a direction perpendicular to the moire magnification arrangement - contains image layers, provided that
  1. a) a desired three-dimensional moiré image, which is to be viewed, is set as the target motif,
  2. b) a periodic or at least locally periodic arrangement of microfocusing elements is determined as focussing element grid,
  3. c) a desired magnification and a desired movement of the three-dimensional moiré image to be seen during lateral tilting and is determined during forward / backward tilting of the moiré magnification device,
  4. d) for each image component to be displayed from the distance of the associated moiré image plane from the moiré magnification arrangement, the specified magnification and movement behavior and the Fokussierelementraster the associated micromotive image component to represent this image component of the three-dimensional Moire image, and the associated grid cell arrangement for the arrangement of the micromotif image components in the motive plane, and
  5. e) the micromotif 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.

Bei vielen, insbesondere bei komplexeren Moiré-Bildern ist es vorteilhaft, von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moiré-Bilds als darzustellenden 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 Moiré-Bildpunkt ist der Abstand der zugehörigen Moire-Bildebene von der Moiré-Vergrößerungsanordnung einfach durch die Höhe des Moiré-Bildpunkts über der Vergrößerungsanordnung gegeben. Selbst wenn mehrere oder sogar viele Moire-Bildpunkte auf derselben Höhe und damit in derselben Moiré-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 Moiré-Bildebene liegenden Moiré-Bildpunkte zusammenzufassen und die Bestimmung nach Schritt d) dann für die zusammengefasste Bildpunktmenge durchzuführen.In many, in particular in the case of complex moiré images, 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 micromotive pixel and a grid cell arrangement for repeated arrangement of the micromotif. To determine pixels in the motif layer. For a single moiré pixel, 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 arrangement. Even if several or even many moiré pixels lie at the same height and thus in the same moiré image plane, it is generally easier and more favorable for the calculation of the motif image to determine the determination after step d) for each of these moiré pixels perform separately and the motif image in step e) then composed of the repeatedly arranged micromotifs pixels, as first summarize the lying in a moiré image plane moire pixels and then perform the determination after step d) for the combined pixel set.

Bevorzugt wird in Schritt c) weiter für einen Bezugspunkt des dreidimensionalen Moiré-Bilds eine Kipprichtung γ vorgegeben, in der die Parallaxe beobachtet werden soll, sowie ein gewünschtes Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten 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.In step c), a tilting direction γ 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.

Das gewünschte Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten für den Bezugspunkt wird vorzugsweise in Form der Matrixelemente einer Transformationsmatrix A = a 11 a 12 a 21 a 22

Figure imgb0003
vorgegeben und der Vergrößerungsfaktor für den Bezugspunkt aus der Transformationsmatrix A und der Kipprichtung γ wird unter Verwendung der Beziehung v = v x 2 + v y 2 = a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2
Figure imgb0004
berechnet.The desired magnification and movement behavior for the reference point is preferably in the form of the matrix elements of a transformation matrix A = a 11 a 12 a 21 a 22
Figure imgb0003
and the magnification factor for the reference point from the transformation matrix A and the tilt direction γ is determined using the relationship v = v x 2 + v y 2 = a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2
Figure imgb0004
calculated.

Vorteilhaft werden in Schritt d) für weitere Punkte (Xi, Yi, Zi) des dreidimensionalen Moiré-Bilds die Vergrößerungsfaktoren vi und die zugehörigen Punktkoordinaten in der Motivebene (xi, yi) unter Verwendung der Beziehung X i Y i Z i = v i v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x i y i e

Figure imgb0005
bzw. deren Umkehrung v i v x i y i e = 1 a 11 a 22 a 12 a 21 a 22 a 12 0 a 21 a 11 0 0 0 1 X i Y i Z i
Figure imgb0006
berechnet, wobei e den effektiven Abstand des Fokussierelementrasters von der Motivebene bezeichnet.Z i) of the three-dimensional moire image, the magnification factors are advantageously employed in step d) for additional points (X i, Y i, v i and its Point coordinates in the motive plane (x i , y i ) using the relationship X i Y i Z i = v i v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x i y i e
Figure imgb0005
or their reversal v i v x i y i e = 1 a 11 a 22 - a 12 a 21 a 22 - a 12 0 - a 21 a 11 0 0 0 1 X i Y i Z i
Figure imgb0006
where e denotes the effective distance of the focus element grid from the motif plane.

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 Mikromotiv-Bildbestandteil zusammengefasst und für diesen Mikromotiv-Bildbestandteil ein Motivraster Ui zur periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung dieses Mikromotiv-Bildbestandteils unter Verwendung der Beziehung U i = I A i 1 W

Figure imgb0007
berechnet, wobei die Transformationsmatrizen Ai durch A i = v i v a 11 a 12 a 21 a 22
Figure imgb0008
gegeben sind, und A i -1 die Umkehrmatrizen bezeichnet.The focusing element grid is advantageously specified in step b) by a raster matrix W. In step d), the points of the motif plane which belong to an enlargement v i are advantageously combined to form a micromotif image constituent and for this micromotif image constituent a motif grid U i for the periodic or at least locally periodic arrangement of this micromotif image constituent using the relationship U i = I - A i - 1 W
Figure imgb0007
calculated, the transformation matrices A i by A i = v i v a 11 a 12 a 21 a 22
Figure imgb0008
are given, and A i -1 denotes the reversing matrices.

In einer Verfahrensvariante wird in Schritt b) das Fokussierelementraster in Form eines zweidimensionalen Bravais-Gitters mit der Rastermatrix W = w 11 w 12 w 21 w 22

Figure imgb0009
vorgegeben, wobei w1i, w2i die Komponenten der Gitterzellenvektoren w i, mit i=1,2 darstellen.In a variant of the method, in step b) the focusing element grid is in the form of a two-dimensional Bravais grid with the raster matrix W = w 11 w 12 w 21 w 22
Figure imgb0009
where w 1i , w 2i are the components of the lattice cell vectors w i , with i = 1.2.

Nach einer anderen Verfahrensvariante zur Herstellung eines Zylinderlinsen-3D-Moiré-Magnifiers wird in Schritt b) ein Zylinderlinsenraster durch die Rastermatrix W = cos φ sin φ sin φ cos φ D 0 0 bzw . W 1 = / D 1 0 0 0 cos φ sin φ sin φ cos φ

Figure imgb0010
vorgegeben, wobei D den Linsenabstand und φ die Orientierung der Zylinderlinsen bezeichnet.According to another variant of the method for producing a cylindrical lens 3D moire magnifier, in step b) a cylindrical lens grid is formed by the raster matrix W = cos φ - sin φ sin φ cos φ D 0 0 respectively , W - 1 = / D 1 0 0 0 cos φ sin φ - sin φ cos φ
Figure imgb0010
given, where D denotes the lens pitch and φ the orientation of the cylindrical lenses.

Bei allen Erfindungsaspekten können die Gitterparameter der Bravais-Gitter ortsunabhängig sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Gittervektoren der Motivraster-Gitterzellen u 1 und u 2 (bzw. u 1 (i) und u 2 (i) bei mehreren Motivrastern Ui) und die Gittervektoren des Fokussierelementrasters w 1 und w 2 ortsabhängig zu modulieren, wobei sich die lokalen Periodenparameter | u 1|, | u 2|, ∠( u 1 , u 2) bzw. | w 1|,| w 2|, ∠( w 1, w 2) im Verhältnis zur Periodizitätslänge erfindungsgemäß nur langsam ändern. Dadurch ist sichergestellt, dass die Anordnungen lokal stets sinnvoll durch Bravais-Gitter beschrieben werden können.In all aspects of the invention, the lattice parameters of the Bravais lattices may be location independent. However, it is also possible to use the grid vectors of the motif grid grid cells u 1 and u 2 (resp. u 1 ( i ) and u 2 ( i ) for a plurality of motif grids U i ) and the grating vectors of the focusing element grid w 1 and w 2 to be spatially dependent, where the local period parameters | u 1 |, | u 2 |, ∠ ( u 1 , u 2 ) or | w 1 |, | w 2 |, ∠ ( w 1 , w 2 ) according to the invention change only slowly in relation to the periodicity length. This ensures that the arrangements can always be meaningfully described locally by Bravais lattice.

Ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden, ist mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet. Das Sicherheitspapier kann insbesondere ein Trägersubstrat aus Papier oder Kunststoff umfassen.A security paper for the production of security or value documents, such as banknotes, checks, identity cards, documents, is equipped with a security element of the type described above. The security paper may in particular comprise a carrier substrate made of paper or plastic.

Die Erfindung enthält auch einen Datenträger, insbesondere einen Markenartikel, ein Wertdokument, einen dekorativen Artikel, wie eine Verpackung oder Postkarten, mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art. Das Sicherheitselement kann dabei insbesondere in einem Fensterbereich, also einem transparenten oder ausgesparten Bereich des Datenträgers angeordnet sein.The invention also includes a data carrier, in particular a brand article, a document of value, a decorative article, such as a packaging or postcards, with a security element of the type described above. The security element can in particular be arranged in a window area, ie a transparent or recessed area of the data carrier be.

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 verzichtet.Further embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures. For better clarity, a scale and proportioned representation is omitted in the figures.

Es zeigen:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem eingebetteten Sicherheitsfaden und einem aufgeklebten Transferelement,
Fig. 2
schematisch den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements im Querschnitt,
Fig. 3
schematisch die Verhältnisse bei der Betrachtung einer Moiré-Vergrößerungsanordnung zur Definition der auftretenden Größen,
Fig. 4
weitere Definitionen auftretender Größen bei einer Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines einfachen dreidimensionalen Moiré-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 Moiré-Bilds,
Fig. 8
in (a) ein erfindungsgemäß konstruiertes Motivbild mit orthoparallaktischem 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 dreidimensionalen Moire-Bilds, und
Fig. 10
schematisch die Verhältnisse bei der Betrachtung einer Moire-Vergrößerungsanordnung zur Veranschaulichung des Zustandekommens unterschiedlicher Vergrößerungen bei Motivebenen in unterschiedlichen Tiefen d1, d2.
Show it:
Fig. 1
a schematic representation of a banknote with an embedded security thread and a glued transfer element,
Fig. 2
schematically the layer structure of a security element according to the invention in cross-section,
Fig. 3
schematically the conditions when considering a moiré magnification arrangement for defining the occurring variables,
Fig. 4
further definitions of occurring magnitudes in a moiré magnification arrangement for the representation of a simple three-dimensional moiré image,
Fig. 5
FIG. 2 schematically shows the conditions when viewing a moiré magnification arrangement to illustrate the occurrence of different magnifications for different motif grids in the motif plane, FIG.
Fig. 6
in (a) a simple three-dimensional motif in the form of a letter "P", in (b) a representation of this motif by only two parallel image planes, in (c) by five parallel image planes,
Fig. 7
in (a) a motif image 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 hexagonal lenticular grid,
Fig. 8
in (a) a motif image with orthoparallactic motion behavior 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 rectangular lenticular grid,
Fig. 9
in (a) a motif image with oblique motion behavior constructed according to the invention and in (b) schematically a section of the three-dimensional moire image resulting from viewing the motif image of (a) with a suitable right-angled lenticular image, and
Fig. 10
schematically shows the circumstances in the consideration of a moiré magnification arrangement to illustrate the emergence of different magnifications at motif levels at different depths d 1 , d 2 .

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 Ausführungsbeispielen 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 beliebiger 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.The invention will now be explained using the example of a security element for a banknote. Fig. 1 shows a schematic representation of a banknote 10, which is provided with two security elements 12 and 16 according to 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.

Sowohl der Sicherheitsfaden 12 als auch das Transferelement 16 können eine Moiré-Vergrößerungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten. Die Funktionsweise und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für derartige Anordnungen werden im Folgenden anhand des Transferelements 16 näher beschrieben.Both the security thread 12 and the transfer element 16 may comprise a moire magnification arrangement according to an embodiment of the invention contain. 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 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. 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 principle of operation 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.

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 aufweisen, bevorzugt sind wegen der höheren Fälschungssicherheit jedoch niedrigere Symmetrien und damit allgemeinere Formen, insbesondere die Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters.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.

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 erkennen. Es versteht sich, dass bei anderen Gestaltungen auch größere oder kleinere Abmessungen infrage kommen. Beispielsweise können die Mikrolinsen bei Moiré-Magnifier-Strukturen für Dekorationszwecke einen Durchmesser zwischen 50 µm und 5 mm aufweisen, während bei Moire-Magnifier-Strukturen, die nur mit einer Lupe oder einem Mikroskop entschlüsselbar sein sollen, auch Abmessungen unterhalb von 5 µm zum Einsatz kommen können.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 μm and 50 μm and in particular a diameter between only 10 μm and 35 μm and are therefore not visible to the naked eye. It is understood that in other designs, larger or smaller dimensions come into question. For example, in the case of Moiré-Magnifier structures, the microlenses can have a diameter of between 50 μm and 5 mm for decorative purposes, while Moire Magnifier structures can only be deciphered with a magnifying glass or a microscope should also dimensions below 5 microns can be used.

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.On the underside of the carrier film 20 is 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 exemplified in FIG Fig. 5 . 7 (a) . 8 (a) and 9 (a) shown.

Wie weiter unten genauer erläutert wird, erzeugt die Moire-Vergrößerungsanordnung der Fig. 2 für den Betrachter ein dreidimensionales Moiré-Bild, also ein Moiré-Bild, das Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moiré-Bildebenen enthält. Dazu ist jede der Gitterzellen-Anordnungen der Motivschicht 26 jeweils einer der Moiré-Bildebenen zugeordnet und die Gitterzellen 24 dieser Gitterzellen-Anordnung enthalten Mikromotiv-Bildbestandteile 28 zur Darstellung des Bildbestandteils gerade dieser zugeordneten Moire-Bildebene.As will be explained in more detail below, the moiré magnification arrangement of FIG Fig. 2 for the viewer, a three-dimensional moiré image, ie a moiré image containing image components in at least two, in a direction perpendicular to the moire magnification arrangement spaced moire image planes. For this purpose, each of the grid cell arrangements of the motif layer 26 is in each case assigned to one of the moiré image planes, and the grid cells 24 of this grid cell arrangement contain micromotif image components 28 for representing the image constituent of just this assigned moire image plane.

Neben dem Linsenraster bilden auch die Motivgitter zweidimensionale Bravais-Gitter mit einer vorgewählten oder sich durch Berechnung ergebenden 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.In addition to the lenticular grid, the motif lattices also form two-dimensional Bravais lattices with a preselected or calculated symmetry, again assuming a parallelogram lattice. As in Fig. 2 indicated by the offset of the grid cells 24 relative to the microlenses 22, 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 to the desired moire magnification effect to produce. 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 .mu.m to 50 .mu.m and in particular in the range of 10 .mu.m to 35 .mu.m, so that even the micromotif image components 28 themselves unrecognizable to the naked eye. In designs with the above-mentioned larger or smaller microlenses, of course, the grid cells 24 are correspondingly larger or smaller.

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.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.

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 Moiré-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 Moiré-Vergrößerung. Für eine ausführlichere Darstellung der Funktionsweise und für vorteilhafte Anordnungen der Motivraster und der Mikrolinsenraster wird auf die deutsche Patentanmeldung 10 2005 062132.5 und das nachveröffentlichte Dokument WO 2007/076952 A2 verwiesen.Due to the slightly different lattice parameters, 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 moiré magnification depends on the relative difference of the lattice parameters of the Bravais gratings used. If, for example, the grating periods of two hexagonal gratings differ by 1%, the result is a 100-fold moire magnification. For a more detailed representation of the operation and advantageous arrangements of the motif grid and the microlens grid is on the German patent application 10 2005 062132.5 and the post-published document WO 2007/076952 A2 directed.

Die Moiré-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 Moiré-Vergrößerungsanordnungen werden daher nachfolgend auch als 3D-Moiré-Magnifier bezeichnet.The moiré magnification arrangements of the present application now not only produce planar objects floating in front of or behind the plane of the array but also produce three-dimensional moiré images with a structure extending into the depth of the space. These moiré magnification arrangements are therefore also referred to below as 3D moiré magnifier.

Erfindungsgemäß werden 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 hohem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert ergeben.According to the invention, three-dimensional moiré images are shown which, when the moire magnification arrangement is tilted, move in a direction different from the tilting direction. As explained in detail below, in such designs, 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, high attention and recognition effects for the viewer.

Darüber hinaus soll ein mathematischer Ansatz vorgestellt werden, mit dem sämtliche Varianten von 3D-Moiré-Magnifiern beschrieben und für die Herstellung mithilfe eines Computers modelliert werden können. Auch sollen die von den 3D-Moiré-Magnifiern erzeugten dreidimensionalen Moire-Bilder ohne Gesichtfeldbeschränkungen betrachtet werden können.In addition, a mathematical approach will be presented, with which all variants of 3D Moiré Magnifiern can be described and modeled for production using a computer. Also, the three-dimensional Moire images generated by the 3D moiré Magnifiern should be able to be viewed without field limitations.

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 062132.5 und das Dokument WO 2007/076952 A2 verwiesen.To explain the procedure according to the invention will therefore be first with reference to FIGS. 3 and 4 the required sizes are defined and briefly described. For a more detailed representation is in addition to the already mentioned German patent application 10 2005 062132.5 and the document WO 2007/076952 A2 directed.

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-Vergrößerungsanordnung 30 erzeugt zwei oder mehr Moiré-Bildebenen 36, 36' (zwei sind in Fig. 3 gezeigt), in denen das vom Betrachter 38 wahrgenommene vergrößerte dreidimensionale Moiré-Bild 40 (Fig. 4) beschrieben wird. FIGS. 3 and 4 schematically show a non-scaled moire magnification arrangement 30 with a motif plane 32 in which the motif image is arranged with the micromotif image components, and with a lens plane 34 in which the microlens grid is located. Moire magnification arrangement 30 produces two or more moiré image planes 36, 36 '(two are in FIG Fig. 3 in which the enlarged three-dimensional moiré image 40 (FIG. Fig. 4 ) is described.

Die Anordnung der Mikromotiv-Bildbestandteile in der Motivebene 32 wird durch zwei oder mehr zweidimensionale Bravais-Gitter beschrieben, deren Einheitszellen jeweils durch Vektoren u 1 und u 2 (mit den Komponenten u 11, u 21 bzw. u 12, u 22) dargestellt werden können. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 3 eine dieser Einheitszellen herausgegriffen und dargestellt.The arrangement of the micromotif image constituents in the motif plane 32 is described by two or more two-dimensional Bravais lattices, their unit cells each by vectors u 1 and u 2 (with the components u 11 , u 21 and u 12 , u 22 ) can be represented. For the sake of clarity, is in Fig. 3 one of these unit cells singled out and presented.

In kompakter Schreibweise kann die Einheitszelle des Motivrasters auch in Matrixform durch eine Motivrastermatrix U (nachfolgend oft auch einfach Motivraster genannt) angegeben werden: U = u 1 u 2 = u 11 u 12 u 21 u 22

Figure imgb0011
In compact notation, the unit cell of the motif grid can also be represented in matrix form by a motif grid matrix U (hereinafter often simply called motif grid): U = u 1 u 2 = u 11 u 12 u 21 u 22
Figure imgb0011

Bei zwei oder mehr Motivrastern in der Motivebene werden die zugehörigen Motivrastermatrizen im Folgenden durch ihre Indizes U1, U2, ... unterschieden.In the case of two or more motif rasters in the motif plane, the associated motif raster matrices are distinguished below by their indices U 1 , U 2 ,....

Auch die Anordnung von Mikrolinsen in der Linsenebene 34 wird durch ein zweidimensionales Bravais-Gitter beschrieben, dessen Einheitszelle durch die Vektoren w 1 und w 2 (mit den Komponenten w 11, w 21 bzw. w 12, w 22) angegeben wird.The arrangement of microlenses in the lens plane 34 is also described by a two-dimensional Bravais lattice whose unit cell is represented by the vectors w 1 and w 2 (with the components w 11 , w 21 and w 12 , w 22 ) is given.

Mit den Vektoren t 1 und t 2 (mit den Komponenten t 11, t 21 bzw. t 12, t 22) wird die Einheitszelle in einer der Moire-Bildebenen 36, 36' beschrieben. Bei den dreidimensionalen Moiré-Bildern ist zur vollständigen Beschreibung eines Moiré-Bildpunkts zusätzlich zur zweidimensionalen Lage des Punktes in einer der Bildebenen auch die Angabe erforderlich, in welcher Moiré-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.With the vectors t 1 and t 2 (with the components t 11 , t 21 and t 12 , t 22 ), the unit cell in one of the moire image planes 36, 36 'is described. In the case of the three-dimensional moiré images, in addition to the two-dimensional position of the point in one of the image planes, a complete description of a moiré pixel also requires the specification in which moiré 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 moire magnification arrangement, as in FIG 3 and 4 shown.

Mit r = x y

Figure imgb0012
ist nachfolgend ein allgemeiner Punkt der Motivebene 32 bezeichnet, mit R 3 D = X Y Z
Figure imgb0013
ein allgemeiner Moiré-Bildpunkt in einer der Moiré-Bildebenen 36, 36'. Innerhalb jeder (zweidimensionalen) Moiré-Bildebene 36 können die Bildpunkte durch die zweidimensionalen Koordinaten R = X Y
Figure imgb0014
beschrieben werden.With r = x y
Figure imgb0012
is hereinafter a general point of the motif level 32 denotes, with R 3 D = X Y Z
Figure imgb0013
a general moiré pixel in one of the moiré image planes 36, 36 '. Within each (two-dimensional) moire image plane 36, the pixels may pass through the two-dimensional coordinates R = X Y
Figure imgb0014
to be discribed.

Um neben senkrechter Betrachtung (Betrachtungsrichtung 35) auch nichtsenkrechte Betrachtungsrichtungen der Moire-Vergrößerungsanordnung beschreiben zu können, wie etwa die allgemeine Richtung 35', wird zusätzlich eine Verschiebung zwischen Linsenebene 34 und Motivebene 32 zugelassen, die durch einen Verschiebungsvektor r 0 = x 0 y 0

Figure imgb0015
in der Motivebene 32 angegeben wird. Analog zur Motivrastermatrix werden zur kompakten Beschreibung des Linsenrasters und des Bildrasters die Matrizen W = w 11 w 12 w 21 w 22
Figure imgb0016
(als Linsenrastermatrix oder einfach Linsenraster bezeichnet) und T = t 11 t 12 t 21 t 22
Figure imgb0017
verwendet.In addition to vertical viewing (viewing direction 35) to be able to describe non-perpendicular viewing directions of the moiré magnification arrangement, such as the general direction 35 ', an additional shift between lens plane 34 and motive plane 32 is permitted by a displacement vector r 0 = x 0 y 0
Figure imgb0015
is indicated in the motif level 32. Analogous to the motif grid matrix, the matrices are used to compactly describe the lens raster and the image raster W = w 11 w 12 w 21 w 22
Figure imgb0016
(called lenticular matrix or simply lenticular grid) and T = t 11 t 12 t 21 t 22
Figure imgb0017
used.

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, Fresnelspiegel, Zonenspiegel und andere Elemente mit fokussierender oder auch ausblendender Wirkung, können als Mikrofokussierelemente im Fokussierelementraster eingesetzt werden.In the lens plane 34, instead of lenses 22, it is also possible, for example, to use pinholes on the principle of the pinhole camera. Also all other types of lenses and imaging systems, such as aspherical lenses, cylindrical lenses, slit apertures, apertured apertured or slit apertures, Fresnel lenses, GRIN lenses ( G radient R efraction I ndex), zone plates (diffractive lenses), holographic lenses, concave mirrors, Fresnel mirrors , Zonenspiegel and other elements with focussing or blanking effect, can be used as Mikrofokussierelemente in Fokussierelementraster.

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.In principle, in addition to elements with focussing effect elements with ausblendender effect (hole or slit, even mirror surfaces behind hole or slit) can be used as Mikrofokussierelemente in Fokussierelementraster.

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 Moiré-Bild und dem Motivbild gelten, auch wenn dies im Einzelnen nicht erwähnt wird, nicht nur für Linsenraster sondern auch für Spiegelraster. Es versteht sich, dass bei erfindungsgemäßem Einsatz von Hohlspiegeln an die Stelle der Linsenbrennweite die Spiegelbrennweite tritt.When using a concave mirror array and in other inventively used reflective focusing grids, 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 moiré image to be displayed and the motif image apply, even if this is not mentioned in detail, not only for lenticular raster but also for mirror raster. It is understood that in the inventive use of concave mirrors at the location of the lens focal length, the mirror focal length occurs.

Bei erfindungsgemäßer Anwendung eines Spiegelarray anstelle eines Linsenarray 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.In the inventive application of a mirror array instead of a lens array is in Fig. 2 to think of the viewing direction from below, and in Fig. 3 In the mirror array arrangement, the levels 32 and 34 are interchanged. The further description of the invention is based on lens grids, which are representative of all other inventively used Fokussierelementraster.

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 T dieser zugeordneten Moire-Bildebene 36 ergibt sich aus den Gittervektoren der Motivebene 32 und der Linsenebene 34 durch T = W W U 1 U

Figure imgb0018
und die Bildpunkte innerhalb der Moire-Bildebene 36 können mithilfe der Beziehung R = W W U 1 r r 0
Figure imgb0019
aus den Bildpunkten der Motivebene 32 bestimmt werden. Umgekehrt ergeben sich die Gittervektoren der Motivebene 32 aus dem Linsenraster und dem gewünschten Moiré-Bild-Gitter einer Motivebene 36 durch U = W T + W 1 T
Figure imgb0020
und r = W T + W 1 R + r 0 .
Figure imgb0021
Every motif grid U Thus, each of the various grid level arrangements of the motif level 32 is associated with exactly one of the moire image levels 36, 36 '. The Moire Picture Grid T this associated moire image plane 36 results from the grating vectors of the motif plane 32 and the lens plane 34 T = W W - U - 1 U
Figure imgb0018
and the pixels within moire image plane 36 can be determined using the relationship R = W W - U - 1 r - r 0
Figure imgb0019
be determined from the pixels of the motif level 32. Conversely, the grid vectors of the motif plane 32 result from the lenticular grid and the desired moiré image grid of a motif plane 36 U = W T + W - 1 T
Figure imgb0020
and r = W T + W - 1 R + r 0 ,
Figure imgb0021

Definiert man die Transformationsmatrix A = W · (W - U )-1, die die Koordinaten der Punkte der Motivebene 32 und der Punkte der Moire-Bildebene 36 ineinander überführt, R = A r r 0 , bzw . r = A 1 R + r 0 ,

Figure imgb0022
so können aus jeweils zwei der vier Matrizen U , W , T , A die beiden anderen berechnet werden. Insbesondere gilt: T = A U = W W U 1 U = A I W
Figure imgb0023
U = W T + W 1 T = A 1 T = I A 1 W
Figure imgb0024
W = U T U 1 T = A I 1 T = A I 1 A U
Figure imgb0025
A = W W U 1 = T + W W 1 = T U 1
Figure imgb0026
wobei I die Einheitsmatrix bezeichnet.Define the transformation matrix A = W · (W - U ) -1 , which converts the coordinates of the points of the motif plane 32 and the points of the moire image plane 36 into each other, R = A r - r 0 . respectively , r = A - 1 R + r 0 .
Figure imgb0022
so can each have two of the four matrices U . W . T . A the other two are calculated. In particular: T = A U = W W - U - 1 U = A - I W
Figure imgb0023
U = W T + W - 1 T = A - 1 T = I - A - 1 W
Figure imgb0024
W = U T - U - 1 T = A - I - 1 T = A - I - 1 A U
Figure imgb0025
A = W W - U - 1 = T + W W - 1 = T U - 1
Figure imgb0026
in which I denotes the unit matrix.

Wie in der deutschen Patentanmeldung 10 2005 062 132.5 und dem Dokument WO 2007/076952 A2 ausführlich geschildert, beschreibt die Transformationsmatrix A sowohl die Moiré-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.Like in the German patent application 10 2005 062 132.5 and the document WO 2007/076952 A2 described in detail, describes the transformation matrix A both the moiré magnification and the resulting movement of the enlarged moiré image upon movement of moire-forming assembly 30 resulting from the shift of the motif plane 32 towards the lens plane 34.

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.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.

Wie erwähnt, wird die dreidimensionale Ausdehnung des dargestellten Moiré-Bilds 40 ergänzend zu diesen zweidimensionalen Beziehungen durch die Angabe einer zusätzliche Koordinate berücksichtigt, die den Abstand angibt, in der ein Moiré-Bildpunkt über oder unter der Ebene der Moiré-Vergrößerungsanordnung zu schweben scheint. Bezeichnet v die Moiré-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 Motivraster zumeist heuristisch berücksichtigt sind, so ist die Z-Komponente eines Moiré-Bildpunkts gegeben durch Z = v * e .

Figure imgb0027
As noted, the three-dimensional extent of the depicted moire image 40, in addition to these two-dimensional relationships, is accounted for by the indication of an additional coordinate indicating the distance in which a moiré pixel is above or below the plane of the moiré magnification arrangement seems to float. If v denotes the moiré magnification and e is an effective distance of the lens plane 34 from the motif plane 32, in which not only the physical distance d but also the lens data and the refractive index of the medium between lenticular and motif grid are considered heuristically, the Z component is one Moiré pixel given by Z = v * e ,
Figure imgb0027

Ein dreidimensionales Moiré-Bild 40, also ein Bild mit unterschiedlichen Z-Werten, kann nach Gleichung (1) nun auf zwei verschiedene Weisen erzeugt werden. Man kann einerseits die Moiré-Vergrößerung v konstant lassen und im Moire-Magnifier unterschiedliche Werte von e realisieren, oder man kann bei einheitlichem effektiven Abstand e durch unterschiedliche Motivraster unterschiedliche Moiré-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.A three-dimensional moiré image 40, ie an image with different Z values, can now be generated in two different ways according to equation (1). On the one hand, the moire magnification v can be left constant and different values of e can be realized in the Moire Magnifier, or one can produce different moire magnifications with a uniform effective distance e by means of different motif grids. The former approach is related below Fig. 10 described in more detail, the latter is the following description of the FIGS. 3 to 9 based.

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 Moiré-Vergrößerung v1 verwirklicht, und für die Bildbestandteile in der Bildebene 36' (Unterseite 44 des Buchstabens "P") durch ein geeignet gewähltes Motivraster U2 eine Moiré-Vergrößerung v2 verwirklicht, so dass sich bei konstantem effektiven Abstand e zwei Bildebenen 36, 36' mit unterschiedlichen Z-Werten Z 1 = v 1 * e , Z 2 = v 2 * e ,

Figure imgb0028
ergeben. Fig. 4 Fig. 12 shows a representation of a simple three-dimensional moiré image 40 and its decomposition into image constituents 42, 44 in only two spaced moire image planes 36, 36 ', which is sufficient to explain the essential design features of the invention. In particular, a moire magnification v 1 is realized for the image constituents in the image plane 36 (upper side 42 of the letter "P") by a suitably selected motif grid U 1 , and for the image constituents in the image plane 36 '(lower side 44 of the letter "P"). ) is realized by a suitably selected motif grid U 2 a moire magnification v 2 , so that at constant effective distance e two image planes 36, 36 'with different Z values Z 1 = v 1 * e . Z 2 = v 2 * e .
Figure imgb0028
result.

Zur Erläuterung des grundlegenden Effekts wird zunächst der Spezialfall von Transformationsmatrizen A betrachtet, die eine reine Vergrößerung, also keine Drehung oder Verzerrung beschreiben, A i = v i I = v i 1 0 0 1 , mit i = 1 , 2.

Figure imgb0029
To explain the basic effect, the special case of transformation matrices A is first considered, which describe a pure magnification, ie no rotation or distortion. A i = v i I = v i 1 0 0 1 . with i = 1 . Second
Figure imgb0029

Bei vorgegebenem Linsenraster W erhält man damit für die Motivraster U1 und U2 mithilfe von Beziehung (M2): U 1 = u 1 11 u 1 12 u 1 21 u 1 22 = 1 1 v 1 w 11 w 12 w 21 w 22

Figure imgb0030
und U 2 = u 2 11 u 2 12 u 2 21 u 2 22 = 1 1 v 2 w 11 w 12 w 21 w 22 .
Figure imgb0031
For a given lens raster W, the motif rasters U 1 and U 2 are obtained using relationship (M2): U 1 = u 1 11 u 1 12 u 1 21 u 1 22 = 1 - 1 v 1 w 11 w 12 w 21 w 22
Figure imgb0030
and U 2 = u 2 11 u 2 12 u 2 21 u 2 22 = 1 - 1 v 2 w 11 w 12 w 21 w 22 ,
Figure imgb0031

Das Zustandekommen der unterschiedlichen Vergrößerungen ist in Fig. 5 veranschaulicht, die in der Motivebene 32 als erste Mikromotivelemente gestrichelte 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.The realization of the different magnifications is in Fig. 5 3, which shows in the motif plane 32 as first micromotif elements dashed arrows 50 which are arranged in a first motif raster U 1 with a grating period p 1 and which shows solid arrows 52, drawn as second micromotif elements, at the same effective distance d from the lens plane 34 in FIG a second motif grid U 2 are arranged with a slightly larger grating period p 2 .

Die entstehenden vergrößerten Moiré-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 Z1, Z2 über der Ebene der Moire-Vergrößerungsanordnung. 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 verkleinert werden, um den höheren Vergrößerungsfaktor bei der Moire-Abbildung zu kompensieren.The resulting magnified moiré images 54 and 56, respectively, for the observer 38 float at different heights Z 1 , Z 2 above the plane of the moiré magnification arrangement due to the different grating periods and the resulting different magnification factors v 1 and v 2 according to equation (1) , Of course, 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.

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.The presentation of the Fig. 5 in which the moiré images hover over the magnification arrangement, applies to negative magnification factors; with positive magnification factors, the moire images appear to float for the viewer correspondingly below the plane of the moiré magnification arrangement.

Allgemein enthalten die Transformationsmatrizen Ai bei einem 3D-Moiré-Magnifier einen jeweils übereinstimmenden Anteil A1, der Verdrehungen und Verzerrungen beschreibt, sowie die für die Bildebenen jeweils verschiedenen Vergrößerungsfaktoren vi: A i = v i = v i a 11 ʹ a 12 ʹ a 21 ʹ a 22 ʹ .

Figure imgb0032
In general, the transformation matrices A i in a 3-D moiré magnifier contain a respective matching component A 1 , which describes twists and distortions, as well as the respective different magnification factors v i for the image planes: A i = v i A ' = v i a 11 ' a 12 ' a 21 ' a 22 ' ,
Figure imgb0032

Die grundlegenden Gleichungen des 3D-Moiré-Magnifiers verbinden nun die Punkte R 3D in den Moire-Bildebenen 36, 36' mit den Koordinaten r der Punkte der Motivebene 32 über R i 3 D = X i Y i Z i = v i a 11 ʹ a 12 ʹ 0 a 21 ʹ a 22 ʹ 0 0 0 1 x i y i e .

Figure imgb0033
beziehungsweise umgekehrt v i x i y i e = 1 a 11 ʹ a 22 ʹ a 12 ʹ a 21 ʹ a 22 ʹ a 12 ʹ 0 a 21 ʹ a 11 ʹ 0 0 0 1 X i Y i Z i .
Figure imgb0034
The basic equations of the 3D Moire Magnifier now connect the points R 3D in the moiré image planes 36, 36 'with the coordinates r the points of the motif level 32 over R i 3 D = X i Y i Z i = v i a 11 ' a 12 ' 0 a 21 ' a 22 ' 0 0 0 1 x i y i e ,
Figure imgb0033
or vice versa v i x i y i e = 1 a 11 ' a 22 ' - a 12 ' a 21 ' a 22 ' - a 12 ' 0 - a 21 ' a 11 ' 0 0 0 1 X i Y i Z i ,
Figure imgb0034

Der anfangs beschriebene Spezialfall einer reinen Vergrößerung ohne Verdrehung oder Verzerrung ergibt sich als Spezialfall von Gleichung (2a) zu R i 3 D = X i Y i Z i = v i 0 0 0 v i 0 0 0 v i x i y i e .

Figure imgb0035
The special case of a pure magnification without distortion or distortion described at the beginning results as a special case of equation (2a) R i 3 D = X i Y i Z i = v i 0 0 0 v i 0 0 0 v i x i y i e ,
Figure imgb0035

Ausgehend von dem darzustellenden dreidimensionalen Moiré-Bildmotiv, das durch eine Punktemenge (X, Y, Z) gegeben ist, und einem gewünschten Bewegungsverhalten des Moiré-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 (7) bestimmt, wie weiter unten angegeben.Starting from the three-dimensional moiré image motif to be represented, which is given by a set of points (X, Y, Z), and a desired movement behavior of the moiré image, which is indicated by the matrix A 'in more detail below, one can using the relationship (2b) calculate the associated pixels (x, y) in the motif plane and the associated magnification factor v. The associated motif grid U is determined according to relationship (7), as indicated below.

Dabei können die Punkte des darzustellenden dreidimensionalen Moiré-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 Motivrastermatrizen gehören. Mit anderen Worten können die parallelen Schnitten Zi im Moire-Bildmotiv entsprechenden Motivbildpunkte in entsprechenden einheitlich zu erstellenden Motivrastern Ui angeordnet werden.In this case, the points of the three-dimensional moiré image motif to be displayed, which are to be at the same height Z above or below the magnification arrangement, can be combined, because for these points, because of Z = v * e, the same magnification factors v and thus the same motif grid matrices belong. In other words, the parallel cuts Z i can be arranged in-Moire motif motif corresponding pixels in respective uniformly to create design grids U i.

Zu einer dreidimensionalen Bildwirkung für einen Betrachter tragen nun insbesondere zwei Effekte bei, die mit "beidäugigem Sehen" bzw. "Bewegungsverhalten" bezeichnet werden.In particular, two effects contribute to a three-dimensional image effect for a viewer, which are referred to as "two-eyed vision" or "movement behavior".

Nach dem Effekt des beidäugigen Sehens erscheint das vergrößerte Moire-Bild bei beidäugiger Betrachtung mit Tiefenwirkung, sofern der Moiré-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 seitlich 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.After the effect of binocular vision, the magnified moiré image appears to be deep-shaded in binocular viewing, provided that the moiré magnifier is designed in such a way that 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 laterally displaced pixels are interpreted by the brain as if the pixels were in front of or behind the direction of lateral displacement actual substrate level, depending on the size of the shift more or less high or low.

Mit dem Effekt des "Bewegungsverhaltens" ist gemeint, dass beim Kippen eines Moiré-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.By the effect of "motion behavior" is meant that when tilting a moiré magnifier, which is designed so that a lateral tilting of the arrangement leads to a shift of the pixels, previously hidden back parts of the subject can be visible and thus the subject in three dimensions can be detected.

Ein konsistenter dreidimensionaler Bildeindruck ergibt sich dann, wenn die beiden Effekte gleichartig wirken, wie beim gewöhnlichen räumlichen Sehen.A consistent three-dimensional image impression results when the two effects have the same effect as with ordinary spatial vision.

Bei den speziellen 3D-Moiré-Magnifiern, deren Auslegung entsprechend dem Spezialfall der Gleichung (2c) erfolgt, wirken beide Effekte tatsächlich gleichartig, wie weiter unten gezeigt wird. Derartige 3D-Moiré-Magnifier vermitteln dem Betrachter daher eine herkömmliche, konsistente dreidimensionale Bildwirkung.In the case of the special 3D moiré magnifiers, which are designed in accordance with the special case of equation (2c), both effects are actually similar, as shown below. Such 3D moiré magnifiers therefore provide the viewer with a conventional, consistent three-dimensional image effect.

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 "Bewegungsverhalten" jedoch zu unterschiedlichen oder sogar widersprüchlichen visuellen Eindrücken führen, womit sich frappierende und für den Betrachter fast schwindelerregende Effekte mit hohem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert erzeugen lassen.However, in general 3D Moire magnifiers constructed not according to the special case (2c) but according to the general equations (2a) and (2b), the two-eyesight and motion behaviors may be different or even different contradictory visual impressions, creating striking and dizzying effects for the viewer with high attention and recognition value.

Um derartige visuelle Wirkungen zu erzielen, ist es wichtig, das Bewegungsverhalten des Moire-Bildes beim Kippen der Moiré-Vergrößerungsanordnungen zu kennen und gezielt zu beeinflussen.In order to achieve such visual effects, it is important to know and to influence the movement behavior of the moiré image when tilting the moiré magnification arrangements.

Die Spalten der Transformationsmatrix A lassen sich als Vektoren interpretieren: A = a 11 a 12 a 21 a 22 , a 1 = a 11 a 21 , a 2 = a 12 a 22 .

Figure imgb0036
The columns of the transformation matrix A can be interpreted as vectors: A = a 11 a 12 a 21 a 22 . a 1 = a 11 a 21 . a 2 = a 12 a 22 ,
Figure imgb0036

Der Vektor a 1 = a 11 a 21

Figure imgb0037
gibt an, in welcher Richtung sich das entstehende Moiré-Bild bewegt, wenn man die Anordnung aus Motivraster und Linsenraster seitlich kippt. Der Vektor a 2 = a 12 a 22
Figure imgb0038
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:The vector a 1 = a 11 a 21
Figure imgb0037
indicates the direction in which the resulting moiré image moves when tilting the arrangement of motif grid and lenticular laterally. The vector a 2 = a 12 a 22
Figure imgb0038
indicates the direction in which the resulting Moire image moves, if the arrangement of motif grid and lens raster tilts forward / backward. The direction of movement is defined as follows:

Der Winkel β1, in dem sich das Moire-Bild bezogen auf die Waagrechte bewegt, wenn die Anordnung seitlich gekippt wird, ist gegeben durch tan β 1 = a 21 a 11 .

Figure imgb0039
The angle β 1 in which the moiré image moves relative to the horizontal when the assembly is tilted sideways is given by tan β 1 = a 21 a 11 ,
Figure imgb0039

Der Winkel β2 in dem sich das Moiré-Bild bezogen auf die Waagrechte bewegt, wenn die Anordnung vor-/rückwärts gekippt wird, ist gegeben durch tan β 2 = a 22 a 12 .

Figure imgb0040
The angle β 2 in which the moiré image moves relative to the horizontal when the assembly is tilted forward / backward is given by tan β 2 = a 22 a 12 ,
Figure imgb0040

Zurückkommend auf die Darstellung der Fig. 4 ist der Bewegungsvektor v = v x v y ,

Figure imgb0041
mit dem sich das dreidimensionale Moiré-Bild 40 relativ zu einer Bezugsrichtung, beispielsweise der Waagrechten W, bewegt, wenn die Anordnung 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 v = v x v y = a 11 a 12 a 21 a 22 cos γ sin γ = a 11 cos γ + a 12 sin γ a 21 cos γ + a 22 sin γ .
Figure imgb0042
Coming back to the presentation of the Fig. 4 is the motion vector v = v x v y .
Figure imgb0041
with which the three-dimensional moiré image 40 moves relative to a reference direction, for example the horizontal W, if the arrangement does not move laterally (0 °) or forwards / backwards (90 °) in one of the preferred directions, but in a general, by an angle γ to the reference direction W direction k is given by v = v x v y = a 11 a 12 a 21 a 22 cos γ sin γ = a 11 cos γ + a 12 sin γ a 21 cos γ + a 22 sin γ ,
Figure imgb0042

Somit ist der Winkel β3, in dem sich das Moiré-Bild 40 bezogen auf die Bezugsrichtung W bewegt, wenn die Moiré-Vergrößerungsanordnung in der allgemeinen Richtung γ gekippt wird, gegeben durch tan β 3 = a 21 cos γ + a 22 sin γ a 11 cos γ + a 12 sin γ .

Figure imgb0043
Thus, the angle β 3 at which the moiré image 40 moves with respect to the reference direction W when the moiré magnification device is tilted in the general direction γ is given by tan β 3 = a 21 cos γ + a 22 sin γ a 11 cos γ + a 12 sin γ ,
Figure imgb0043

Der Abstand eines in Richtung γ in der Motivebene 32 liegenden Punktepaares erstreckt in der Moiré-Bildebene 36 daher in Richtung β3, vergrößert mit dem Faktor v = v x 2 + v y 2 = a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2 .

Figure imgb0044
The distance of a pair of points lying in the direction of γ in the motif plane 32 therefore extends in the moiré image plane 36 in the direction β 3 , increased by the factor v = v x 2 + v y 2 = a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2 ,
Figure imgb0044

Nach Gleichung (1) scheint daher das dargestellte Moire-Bild 40 bei einem mit der Transformationsmatrix A konstruierten 3D-Moiré-Magnifier mit dem effektiven Abstand e zwischen Motivebene 32 und Linsenebene 34 durch die Parallaxe beim Kippen der Anordnung in Richtung γ in der Höhe bzw. Tiefe Z movement = v e = e a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2

Figure imgb0045
oberhalb bzw. unterhalb der Substratebene zu schweben ("Bewegungseffekt").Therefore, according to equation (1), the moire image 40 shown in the case of a 3D moire magnifier constructed with the transformation matrix A with the effective distance e between the motif plane 32 and the lens plane 34 by the parallax when tilting the device in the direction .gamma . Depth Z movement = v e = e a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2
Figure imgb0045
float above or below the substrate plane ("movement effect").

Andererseits kommt bei beidäugiger Betrachtung mit einer Augenabstandsrichtung, die nicht in Richtung γ liegt, für die Moiré-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 binocular = v x e = e a 11 cos γ + a 12 sin γ .

Figure imgb0046
On the other hand, in binocular viewing with an eye distance direction that is not in the direction of γ, only the component in the direction of eye distance is effective for the moiré magnification. For example, if the two eyes are next to each other in the x-direction, the result is a sense of depth Z binocular = v x e = e a 11 cos γ + a 12 sin γ ,
Figure imgb0046

Der Tiefeneindruck aufgrund des Bewegungseffekts, Zmovement und der Tiefeineindruck durch beidäugiges Sehen, Zbinocular, unterscheiden sich daher für fast alle Augenabstandsrichtungen. Das Moiré-Bild 40 scheint daher beim Kippen in Richtung γ für die Augen in anderer Tiefe, nämlich in der Tiefe Zbinocular zu liegen, als der Tiefe Zmovement, die die Parallaxe beim Kippen nahelegt.The depth impression due to the movement effect, Z movement and the deep impression through binocular vision, Z binocular , therefore differ for almost all eye distance directions. The moiré image 40 therefore appears to be binocular when tilted in the direction γ for the eyes at a different depth, namely at depth Z, than the depth Z movement , which suggests parallax when tilted.

In dem oben genannten Spezialfall A = v I = v 1 0 0 1 ,

Figure imgb0047
also a11 = a22 = v und a21 = a12 = 0 fallen die Werte für Zbinocular 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.In the special case mentioned above A = v I = v 1 0 0 1 .
Figure imgb0047
therefore, a 11 = a 22 = v and a 21 = a 12 = 0, the values for Z binocular and Z movement coincide, so that binaural vision and parallax lead to the same depth impression and thus to a consistent three-dimensional image perception.

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 Z1, Z2 .... zu verwirklichen, werden die für verschiedene Tiefen vorgesehenen Motivpunkte oder Motivteile in der Motivebene erfindungsgemäß 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 = a 11 a 12 a 21 a 22

Figure imgb0048
bezogen werden: A 1 = v 1 v a 11 a 12 a 21 a 22 , A 2 = v 2 v a 11 a 12 a 21 a 22 , & c .
Figure imgb0049
wobei Z 1 = v 1 e , Z 2 = v 2 e , & c .
Figure imgb0050
The above statements initially relate to the relationships for a motif point, a motif point set or a motif part with a single depth component Z. In order to realize motif points or subject parts in different depths Z 1 , Z 2 ...., the motif points or motif parts provided for different depths are used arranged according to the invention in the screen plane in modified screen rulings with modified transformation matrix A 1 , A 2 . The magnification factor v i of the different parts of the subject can in each case be based on the magnification factor v in the tilt direction according to equation (3c) and the original transformation matrix A = a 11 a 12 a 21 a 22
Figure imgb0048
be obtained: A 1 = v 1 v a 11 a 12 a 21 a 22 . A 2 = v 2 v a 11 a 12 a 21 a 22 . & c ,
Figure imgb0049
in which Z 1 = v 1 e . Z 2 = v 2 e . & c ,
Figure imgb0050

Bei der oben bereits verwendeten Terminologie, Ai = vi A', mit übereinstimmenden Anteil A' ist dann A' = A/v. Die Punkte in den Moiré-Bildebenen 36, 36' und der Motivebene 32 sind analog zu Gleichungen (4a), (4b) verbunden über X 1 Y 1 Z 1 = v 1 v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x 1 y 1 e

Figure imgb0051
X 2 Y 2 Z 2 = v 2 v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x 2 y 2 e , & c
Figure imgb0052
bzw. über v 1 v x 1 y 1 e = 1 a 11 a 22 a 12 a 21 a 22 a 12 0 a 21 a 11 0 0 0 1 X 1 Y 1 Z 1
Figure imgb0053
v 2 v x 2 y 2 e = 1 a 11 a 22 a 12 a 21 a 22 a 12 0 a 21 a 11 0 0 0 1 X 2 Y 2 Z 2 , & c .
Figure imgb0054
In the terminology already used above, A i = v i A ', with a matching proportion A', then A '= A / v. The points in the moiré image planes 36, 36 'and the motif plane 32 are connected in analogy to equations (4a), (4b) X 1 Y 1 Z 1 = v 1 v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x 1 y 1 e
Figure imgb0051
X 2 Y 2 Z 2 = v 2 v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x 2 y 2 e . & c
Figure imgb0052
or over v 1 v x 1 y 1 e = 1 a 11 a 22 - a 12 a 21 a 22 - a 12 0 - a 21 a 11 0 0 0 1 X 1 Y 1 Z 1
Figure imgb0053
v 2 v x 2 y 2 e = 1 a 11 a 22 - a 12 a 21 a 22 - a 12 0 - a 21 a 11 0 0 0 1 X 2 Y 2 Z 2 . & c ,
Figure imgb0054

Die jeweiligen Motivrastern U1, U2, ... ergeben sich aus dem Linsenraster W und den Transformationsmatrizen A1, A2 ... mithilfe von Beziehung (M2) zu U 1 = u 1 11 u 1 12 u 1 21 u 1 22 = 1 0 0 1 v v 1 A 1 w 11 w 12 w 21 w 22

Figure imgb0055
U 2 = u 2 11 u 2 12 u 2 21 u 2 22 = 1 0 0 1 v v 2 A 1 w 11 w 12 w 21 w 22 , & c .
Figure imgb0056
The respective motif grids U 1 , U 2 ,... Result from the lenticular grid W and the transformation matrices A 1 , A 2 ... By means of relationship (M 2 ) U 1 = u 1 11 u 1 12 u 1 21 u 1 22 = 1 0 0 1 - v v 1 A - 1 w 11 w 12 w 21 w 22
Figure imgb0055
U 2 = u 2 11 u 2 12 u 2 21 u 2 22 = 1 0 0 1 - v v 2 A - 1 w 11 w 12 w 21 w 22 . & c ,
Figure imgb0056

Um ein Motivbild zu einem vorgegebenen dreidimensionalen Moiré-Bild zu konstruieren, kann man daher erfindungsgemäß wie folgt vorgehen:In order to construct a motif image for a given three-dimensional moiré image, it is therefore possible according to the invention to proceed as follows:

Neben dem Linsenraster W gibt man für einen Bezugspunkt X,Y,Z des gewünschten dreidimensionalen Moiré-Bilds die Transformationsmatrix A und eine Kipprichtung γ vor, unter der die Parallaxe beobachtet werden soll.In addition to the lenticular grid W, for a reference point X, Y, Z of the desired three-dimensional moiré image, the transformation matrix A and a tilting direction γ are provided, under which the parallax is to be observed.

Für diese Vorgaben berechnet man einen Vergrößerungsfaktor v mithilfe von Gleichung (3c). Für weitere Punkte des Moiré-Bilds, beispielsweise einen allgemeinen Punkt Xi,Yi,Zi, bestimmt man dann nach Formel (6b) den Vergrößerungsfaktor vi für die Z-Komponente Zi und die Punktkoordinaten in der Bildebene xi, yi, und nach Formel (7) aus dem vorgegebenem Linsenraster W, der Transformationsmatrix A und dem Vergrößerungsfaktor vi die zugehörige Gitteranordnung Ui.For these specifications, calculate a magnification factor v using equation (3c). For other points of the moiré image, such as a general point X i, Y i, Z i, is then determined according to formula (6b), the magnification factor v i for the Z-component Z i and the point coordinates in the image plane x i, y i , and according to formula (7) from the given lenticular grid W, the transformation matrix A and the magnification factor v i the associated grid arrangement U i .

Da hierbei je nach Position von Xi,Yi,Zi unterschiedliche Vergrößerungen vi auftreten, kann es vorkommen, dass Motivteile nicht in eine Gitterzelle des Motivrasters Ui passen. In diesem Fall wird nach der Lehre der nach veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Sicherheitselement", DE 10 2007 029 203.3 vorgegangen, das die Aufteilung eines gegebenen Motivelements auf mehrere Gitterzellen betrifft.Here, since occur depending on the position of X i, Y i, Z i v i different magnifications, it can happen that parts of the image does not fit into a grid cell of the motif grid U i. In this case, according to the teaching of the published German patent application entitled "security element", DE 10 2007 029 203.3 proceeded, which relates to the division of a given motif element on multiple grid cells.

Insbesondere wird dabei zur Erzeugung einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines Moiré-Bildes mit einem oder mehreren Moiré-Bildelementen, in einer Motivebene ein Motivbild mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit Mikromotivbildteilen erzeugt und ein Fokussierelementraster 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 Moiré-Bildelemente des vergrößerten Moire-Bildes entspricht und dessen Ausdehnung größer als eine Gitterzelle des Motivbilds ist.In particular, in this case, to generate a micro-optical moiré magnification arrangement for displaying a moiré image with one or more moiré picture elements, 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 Fokussierelementraster moire-magnified viewing 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. In this case, the micromotif image parts are formed in such a way 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 moiré image elements of the enlarged moire image and whose extent is greater than a grid cell of the motif image.

In dem Dokument WO 2007-076952 sind Moire-Magnifier mit Zylinderlinsenraster und/oder mit in einer Richtung beliebig ausgedehnten Motiven beschrieben. Auch solche Moire-Magnifier können als 3D-Moire-Magnifier ausgeführt werden.In the document WO 2007-076952 Moire magnifiers are described with a cylindrical lens grid and / or with randomly extended in one direction motifs. Moire magnifiers of this kind can also be implemented as a 3D Moire Magnifier.

Entsprechend den Ausführungen in dem Dokument WO 2007-076952 A2 gilt beim Zylinderlinsen-3D-Moiré-Magnifier für die Untermatrix (aij) in Formel (6a) die Beziehung: a 11 a 12 a 21 a 22 = 1 D u 11 cos φ u 21 sin φ D u 21 sin φ u 11 sin φ u 21 cos φ D u 11 cos φ ,

Figure imgb0057
wobei D der Zylinderlinsenabstand und φ der Neigungswinkel der Zylinderlinsen und uij die Matrixelemente der Motivrastermatrix sind.As described in the document WO 2007-076952 A2 in the cylinder lens 3D moiré magnifier for the sub-matrix (a ij ) in formula (6a), the relationship holds: a 11 a 12 a 21 a 22 = 1 D - u 11 cos φ - u 21 sin φ D - u 21 sin φ u 11 sin φ u 21 cos φ D - u 11 cos φ .
Figure imgb0057
where D is the cylinder lens pitch and φ is the tilt angle of the cylinder lenses and u ij are the matrix elements of the motif grid matrix.

Beim 3D-Moiré-Magnifier mit ausgedehnten Motiven erhält die Untermatrix (aij) in Formel (6a) die Form: a 11 a 12 a 21 a 22 = 1 Det W U Det W + u 21 w 12 u 11 w 12 u 21 w 22 Det W u 11 w 22 mit U = u 11 0 u 21 0

Figure imgb0058
wobei (u11, u21) der Translationsvektor für das ausgedehnte Motiv ist.In the 3D moire magnifier with extended motifs, the sub-matrix (a ij ) in formula (6a) takes the form: a 11 a 12 a 21 a 22 = 1 Det W - U Det W + u 21 w 12 - u 11 w 12 u 21 w 22 Det W - u 11 w 22 With U = u 11 0 u 21 0
Figure imgb0058
where (u 11 , u 21 ) is the translation motif for the extended motif.

BeispieleExamples

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.To illustrate the approach of the invention, some concrete exemplary designs will now be described. In addition shows Fig. 6 (a) a simple three-dimensional motif 60 in the form of a cut out of a plate letter "P". 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 representation of the motif by five parallel cutting planes and with five sectional images 66 of the letter motif.

Da sich bereits anhand eines in nur zwei Bildebenen dargestellten dreidimensionalen 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 Moiré-Bildern ist es zumeist vorteilhaft, nicht von Flächenstücken, sondern von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moiré-Bilds als den darzustellenden Bildbestandteilen auszugehen und, wie oben bei der Beschreibung der Gleichungen (6a), (6b) und (7) allgemein erläutert, für jeden dieser Moiré-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.Since it is already possible to explain in a vivid manner all essential inventive method steps based on a three-dimensional motif shown in only two image planes, the following examples are corresponding to such motifs Fig. 6 (b) designed. However, it is not difficult for a person skilled in the art to extend the method to a larger number of image planes, such as Fig. 6 (c) or quasi-continuously Fig. 6 (a) perform. Particularly in the case of complex moiré images, it is in most cases advantageous to start not from patches but from individual pixels of the three-dimensional moiré image as the image components to be displayed and, as described above in the description of the equations (6a), (6b) and (7) in general, to determine for each of these moiré pixels an associated micromotif pixel and a grid cell array for repeating the micromotif pixel in the motif plane. In practice, the number of image planes used or the number of pixels to be displayed will also depend in particular on the complexity of the desired three-dimensional subject.

Beispiel 1:Example 1:

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, für das ein hexagonales Linsenraster W vorgegeben ist. Als darzustellendes dreidimensionales Motiv ist ein O-förmiger Ring gewählt, der wie in Fig. 6(b) in zwei Bildebenen durch eine Buchstaben-Oberseite und Buchstaben-Unterseite beschrieben wird. Fig. 7 shows an embodiment for which a hexagonal lenticular grid W is specified. As a three-dimensional motif to be displayed, an O-shaped ring is selected, which, as in Fig. 6 (b) is described in two image planes by a Letter Top and Letter Bottom.

Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen A i = v i 1 0 0 1

Figure imgb0059
vorgegeben, die eine reine Vergrößerung beschreiben, wobei der Vergrößerungsfaktor für die Oberseitenflächen v1 = 16 und der Vergrößerungsfaktor für die Unterseitenflächen v2 =19 betragen soll.As transformation matrices A i are the matrices A i = v i 1 0 0 1
Figure imgb0059
given, which describe a pure magnification, wherein the magnification factor for the top surfaces v 1 = 16 and the magnification factor for the bottom surfaces v 2 = 19 should be.

Bei einer gewünschten Motivgröße von 50 mm, einer effektiven Linsenbildweite 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.With a desired motif size of 50 mm, an effective lens image width of e = 4 mm and a lens pitch of 5 mm in the hexagonal lenticular, one obtains the motif size for the top surfaces using the above-described relationships (6b) and (7) for the motif size Value of 50mm / 16 = 3.1mm and for the bottom surfaces a value of 50mm / 19 = 2.63mm.

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.The grid spacing of the motif grid for the top surfaces (1 - 1/16) * 5 mm = 4.69 mm and for the bottom surfaces (1 -1/19) * 5 mm = 4.74 mm. The perceived thickness of the three-dimensional moiré image is (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 unterhalb der Moiré-Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moiré-Bild 72, von dem in Fig. 7(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist. Fig. 7 (a) shows the thus constructed motif image 70, in which the different screen widths of the two micromotif elements "ring top" and "ring bottom" are clearly visible. Will the motif image 70 of Fig. 7 (a) With the said hexagonal lenticular grid, the result is a three-dimensional moiré image 72 hovering below the moiré magnification arrangement, of which FIG Fig. 7 (b) a section is shown schematically.

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.In the moiré image 72, 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.

Beispiel 2:Example 2:

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit orthoparallaktischer Bewegung, für das ein rechtwinkliges Linsenraster W gewählt ist. Als darzustellendes dreidimensionales Motiv dient ein aus einer Platte ausgesägter Buchstabe "P", wie in Fig. 6 dargestellt. Fig. 8 shows an embodiment with orthoparallaktischer movement, for which a rectangular lens grid W is selected. As a three-dimensional motif to be displayed is a sawn from a plate letter "P", as in Fig. 6 shown.

Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen A i = v i 0 1 1 0

Figure imgb0060
vorgegeben, die neben einer Vergrößerung um einen Faktor vi ein orthoparallaktisches Bewegungsverhalten beim Kippen der Moire-Vergrößerungsanordnung beschreiben.As transformation matrices A i are the matrices A i = v i 0 1 1 0
Figure imgb0060
predetermined, in addition to an increase by a factor v i describe a orthoparallaktisches movement behavior when tilting the moiré magnification arrangement.

Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form X i Y i Z i = 0 v i 0 v i 0 0 0 0 v i x i y i e

Figure imgb0061
dar, Gleichung (7) in der Form U i = u i 11 u i 12 u i 21 u i 22 = I A i 1 w 11 w 12 w 21 w 22 mit A i 1 = 1 v i 0 1 1 0 .
Figure imgb0062
Equation (6a) then arises in the form X i Y i Z i = 0 v i 0 v i 0 0 0 0 v i x i y i e
Figure imgb0061
and equation (7) in the form U i = u i 11 u i 12 u i 21 u i 22 = I - A i - 1 w 11 w 12 w 21 w 22 With A i - 1 = 1 v i 0 1 1 0 ,
Figure imgb0062

In diesem Ausführungsbeispiel soll der Vergrößerungsfaktor für die Oberseitenflächen 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.In this embodiment, the magnification factor for the top surfaces v 1 = 8 and the magnification factor for the bottom surfaces v 2 = 10 should be. The desired motif size (letter height) is 35 mm, the effective lens image size again e = 4 mm and the lens spacing in the right-angled lenticular grid should be 5 mm.

Unter Verwendung der Beziehungen (6b) und (7) ergibt sich damit für die Motivgröße 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.Using the relationships (6b) and (7), the motif size for the motif surface has a value of 35 mm / 8 = 4.375 mm for the motif surface and 35 mm / 10 = 3.5 mm for the underside surfaces.

Das Motivraster U1 für die Oberseitenflächen ergibt sich zu U 1 = 5 0 , 625 0 , 625 5 ,

Figure imgb0063
das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu U 2 = 5 0 , 5 0 , 5 5 .
Figure imgb0064
The motif grid U 1 for the top surfaces results to U 1 = 5 - 0 . 625 - 0 . 625 5 .
Figure imgb0063
the motif grid U 2 for the underside surfaces too U 2 = 5 - 0 . 5 - 0 . 5 5 ,
Figure imgb0064

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.The motif elements that are created in these grids are twisted and mirrored as usual by the transformation A -1 compared to the desired target motif. The perceived thickness of the three-dimensional moiré image is (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 Moiré-Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moire-Bild 82, von dem in Fig. 8(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist. Fig. 8 (a) shows the thus constructed motif image 80, in which the two different motif grid U 1 , U 2 of the two micromotif elements "letter top" and "letter bottom" are clearly visible. Will the motif image 80 of Fig. 8 (a) With the said right-angled lenticular grid, the result is a three-dimensional moiré image 82 hovering above the moiré magnification arrangement, of which in Fig. 8 (b) a section is shown schematically.

Kippt man die Moiré-Vergrößerungsanordnung waagrecht (Kipprichtung 84), so sieht man von oben oder von unten auf das Motiv, kippt man die Anordnung 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.If you tilt the moiré magnification arrangement horizontally (tilting direction 84), you see the motif from above or from below, tilting the arrangement vertically (tilting direction 86), you see the motif on the side, so that the impression is created, the motif be spatially extended and lie in the depth.

Durch beidäugiges Sehen wird dieser Tiefeneindruck allerdings nicht bestätigt, 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 Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert.Through binocular vision, however, this impression of depth is not confirmed, since there is no x-component for lateral movement, the motif remains in the substrate plane. This perceptual contradiction is extreme striking and thus has a high attention and recognition value for the viewer.

Beispiel 3:Example 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 Moiré-Vergrößerungsanordnung schräg bewegen.The embodiment of Fig. 9 goes like the embodiment of the Fig. 8 from a letter "P" cut from a plate as the three-dimensional motif to be displayed. This motif should move obliquely in this embodiment when tilting the moiré magnification arrangement.

Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen A i = v i 1 0 1 1 ,

Figure imgb0065
vorgegeben, die neben einer Vergrößerung um den Faktor vi ein schräges Bewegungsverhalten beim Kippen der Moire-Vergrößerungsanordnung beschreiben.As transformation matrices A i are the matrices A i = v i 1 0 1 1 .
Figure imgb0065
predetermined, in addition to an increase by the factor v i describe an oblique movement behavior when tilting the moiré magnification arrangement.

Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form X i Y i Z i = v i 0 0 v i v i 0 0 0 v i x i y i e

Figure imgb0066
dar, Gleichung (7) in der Form U i = u i 11 u i 12 u i 21 u i 22 = I A i 1 w 11 w 12 w 21 w 22 mit A i 1 = 1 v i 1 0 1 1 .
Figure imgb0067
Equation (6a) then arises in the form X i Y i Z i = v i 0 0 v i v i 0 0 0 v i x i y i e
Figure imgb0066
and equation (7) in the form U i = u i 11 u i 12 u i 21 u i 22 = I - A i - 1 w 11 w 12 w 21 w 22 With A i - 1 = 1 v i 1 0 - 1 1 ,
Figure imgb0067

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel soll der Vergrößerungsfaktor für die Oberseitenflächen v1 = 8 und der Vergrößerungsfaktor für die Unterseitenflächen 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.Also in this embodiment, the magnification factor for the top surfaces v 1 = 8 and the magnification factor for the bottom surfaces v 2 = 10, the desired motif size (letter height) should be 35 mm, the effective lens image width e = 4 mm and the lens distance in the also right-angled lenticular grid 5 mm.

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.Using the relationships (6b) and (7), the motif size for the motif surface has a value of 35 mm / 8 = 4.375 mm for the motif pattern and 35 mm / 10 = 3.5 mm for the underside surfaces.

Das Motivraster U1 für die Oberseitenflächen ergibt sich zu U 1 = 4 , 375 0 0 , 625 4 , 375 ,

Figure imgb0068
das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu U 2 = 4 , 5 0 0 , 5 4 , 5 .
Figure imgb0069
The motif grid U 1 for the top surfaces results to U 1 = 4 . 375 0 0 . 625 4 . 375 .
Figure imgb0068
the motif grid U 2 for the underside surfaces too U 2 = 4 . 5 0 0 . 5 4 . 5 ,
Figure imgb0069

Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv wie üblich durch die Transformation A i 1 = 1 v i 1 0 1 1

Figure imgb0070
verzehrt. Die wahrgenommene Dicke des dreidimensionalen Moiré-Bilds beträgt (10-8) * 4 mm = 8 mm.The motif elements that are created in these grids are compared to the desired target motif as usual by the transformation A i - 1 = 1 v i 1 0 - 1 1
Figure imgb0070
consumed. The perceived thickness of the three-dimensional moiré image is (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. Fig. 9 (a) shows the thus constructed motif image 90, in which the two different motif grid U 1 , U 2 of the two micromotif elements "letter top" and "letter bottom" and the distortion of the motif elements are clearly visible.

Wird das Motivbild 90 der Fig. 9(a) mit dem genannten rechtwinkligen Linsenraster betrachtet, so ergibt sich ein unterhalb der Moire-Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moiré-Bild 92, von dem in Fig. 9(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist.Will the motif picture 90 of the Fig. 9 (a) With the said right-angled lenticular grid, the result is a three-dimensional moiré image 92 hovering below the moiré magnification arrangement, of which FIG Fig. 9 (b) a section is shown schematically.

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 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.If you tilt the Moire magnification arrangement horizontally, you can see diagonally at an angle of 45 ° to the subject. If one tilts the arrangement vertically, one sees from above or below on the motive, so that the impression arises, the motive is spatially extended and lies in the depth. Through binocular vision, the depth impression is not fully confirmed. The subject is not as deep as the tilting effect pretends to this depth impression, because for the impression of depth in binaural vision, only the x-component of the oblique motion acts.

Beispiel 4:Example 4:

Beispiel 4 ist eine Abwandlung von Beispiel 3, und ist in seinen Abmessungen so ausgelegt, dass es sich insbesondere für Sicherheitsfäden von Banknoten eignet.Example 4 is a modification of Example 3 and is dimensioned to be particularly suitable for security threads of banknotes.

Das verwendete Moiré-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.The moire image used (letter "P") and the transformation matrices A i correspond to those of example 3. In this embodiment, however, the magnification factors for the top surfaces are v 1 = 80 and for the bottom surfaces v 2 = 100, the motif size (letter height ) should be 3 mm. 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.

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.Again, using relationships (6b) and (7), the motif size for the top surface areas in the motif grid is 3 mm / 80 = 0.0375 mm and the bottom surface is 3 mm / 100 = 0 , 03 mm.

Das Motivraster U1 für die Oberseitenflächen ergibt sich zu U 1 = 0 , 0395 0 0 , 0005 0 , 0395 ,

Figure imgb0071
das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu U 2 = 0 , 0396 0 0 , 0004 0 , 0396 .
Figure imgb0072
The motif grid U 1 for the top surfaces results to U 1 = 0 . 0395 0 0 . 0005 0 . 0395 .
Figure imgb0071
the motif grid U 2 for the underside surfaces too U 2 = 0 . 0396 0 0 . 0004 0 . 0396 ,
Figure imgb0072

Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv ebenfalls durch die Transformation A i 1 = 1 v i 1 0 1 1

Figure imgb0073
verzerrt.The motif elements that are created in these grids are also compared to the desired target motif by the transformation A i - 1 = 1 v i 1 0 - 1 1
Figure imgb0073
distorted.

Die wahrgenommene Dicke des dreidimensionalen Moiré-Bilds beträgt (100-80) * 0,04 mm = 0,8 mm.The perceived thickness of the three-dimensional moiré image is (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.If the user tilts a banknote horizontally with a correspondingly equipped security thread, he sees it at an angle of 45 ° to the motif. If he tilts the arrangement vertically, he sees from above or below on the subject, so that the impression arises that the motif is spatially extended and lying in the depth. Through binocular vision, the depth impression is not fully confirmed. The subject is not as deep as the tilting effect pretends to this depth impression, because for the impression of depth in binaural vision, only the x-component of the oblique motion acts.

Dieser Widerspruch der Tiefenwahrnehmung ist äußerst frappierend und hat damit für den Betrachter einen hohen Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert.This contradiction of depth perception is extremely striking and thus has a high attention and recognition value for the viewer.

Wie bei der Beschreibung der Fig. 4 bereits erwähnt, können unterschiedliche Z-Werte bei einem dreidimensionalen Moiré-Bild auch dadurch erreicht werden, dass bei konstanter Moiré-Vergrößerung v unterschiedliche Werte für den effektiven Abstand e zwischen Linsenebene und Motivebene realisiert werden.As with the description of Fig. 4 As already mentioned, different Z values in the case of a three-dimensional moiré image can also be achieved by realizing different values for the effective distance e between the lens plane and the motif plane at constant moiré magnification.

Das Zustandekommen unterschiedlicher Vergrößerungen ist dabei in Fig. 10 veranschaulicht, die zwei Motivebenen 32, 32' zeigt, die in unterschiedlichen Tiefen d1, 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 Motivebene 32'. Sowohl die ersten als auch die zweiten Mikromotivelemente 50, 52 sind im selben Motivraster U mit Gitterperiode u angeordnet.The coming of different magnifications is in Fig. 10 illustrating two motif planes 32, 32 'provided at different depths d 1 , d 2 of the moiré magnification arrangement. Dashed arrows 50 are shown in the motif plane 32 as the first micromotif elements, and arrows 52 in the lower-lying 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.

Die entstehenden vergrößerten Moire-Bilder 54 bzw. 56 erscheinen dem Betrachter 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.The resulting enlarged moiré images 54 and 56, respectively, therefore appear to the viewer 38 at the same magnification factor v due to the coincident grating periods, so that the arrows 50, 52 are made equally long for enlarged arrow images 54 and 56 of equal length.

Die unterschiedliche Schwebehöhe Z1, bzw. Z2 über der Ebene der Moiré-Vergrößerungsanordnung ergibt sich bei dieser Ausgestaltung aus dem unterschiedlichen Abstand d1, d2 und damit auch einem unterschiedlichen effektiven Abstand e1, e2 zwischen der Linsenebene 34 und der Motivebene 32 bzw. 32': Z 1 = v * e 1 , Z 2 = v * e 2 .

Figure imgb0074
The different flying height Z 1 , or Z 2 above the plane of the moiré magnification arrangement results in this embodiment from the different distance d 1 , d 2 and thus also a different effective distance e 1 , e 2 between the lens plane 34 and the motif plane 32 or 32 ': Z 1 = v * e 1 . Z 2 = v * e 2 ,
Figure imgb0074

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 e1, e2 können dabei jeweils aus den physikalischen Abständen d1, d2, dem Berechungsindex der optischen Abstandschicht und des Linsenmaterials und der Linsenbrennweite ermittelt werden.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 e 1 , e 2 effective for the flying height Z can in each case be determined from the physical distances d 1 , d 2 , the refractive index of the optical distance layer and the lens material and the lens focal length.

Analog zur Fig. 5 gilt die Darstellung der Fig. 10, bei der die Moiré-Bilder über der Vergrößerungsanordnung schweben, für negative Vergrößerungsfaktoren, bei positiven Vergrößerungsfaktoren erscheinen die Moire-Bilder für den Betrachter unterhalb der Ebene der Moiré-Vergrößerungsanordnung zu schweben.Analogous to Fig. 5 applies the representation of Fig. 10 in which the moiré images hover over the magnification arrangement, for negative magnification factors, at positive magnification factors the moire images appear to float for the viewer below the plane of the moiré magnification arrangement.

Claims (22)

  1. A security element for security papers, value documents and the like, having a microoptical moire magnification arrangement (30) for depicting a three-dimensional moiré image (40) that includes, in at least two moiré image planes spaced apart in a direction normal to the moiré magnification arrangement, image components (42,44) to be depicted, having
    - a motif image that includes two or more periodic or at least locally periodic lattice cell arrangements having different lattice periods (p1, p2) and/or different lattice orientations that are each allocated to one moiré image plane (36, 36') and that include micromotif image components for depicting the image component (42,44) of the allocated moiré image plane (36,36'),
    - for the moire-magnified viewing of the motif image, a focusing element grid that is arranged spaced apart from the motif image and that includes a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of lattice cells having one microfocusing element each,
    wherein, for almost all tilt directions ( k ), upon tilting the security element, the magnified, three-dimensional moiré image (40) moves in a moiré movement direction ( v ) that differs from the tilt direction.
  2. The security element according to claim 1, characterized in that, for the viewer, due to the parallax upon tilting the security element, the three-dimensional moiré image appears floating at a first height or depth above or below the plane of the security element, and due to the eye separation in binocular vision, at a second height or depth above or below the plane of the security element, the first and second height or depth differing for almost all viewing directions.
  3. The security element according to claim 1 or 2, characterized in that both the lattice cell arrangements of the motif image and the lattice cells of the focusing element grid are arranged periodically, or that, locally, both the lattice cell arrangements of the motif image and the lattice cells of the focusing element grid are arranged periodically, the local period parameters changing only slowly in relation to the periodicity length.
  4. The security element according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the lattice cell arrangements of the motif image and the lattice cells of the focusing element grid form, at least locally, one two-dimensional Bravais lattice each.
  5. The security element according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the microfocusing elements are formed by non-cylindrical microlenses or concave microreflectors, especially by microlenses or concave microreflectors having a circular or polygonally delimited base area, or that the microfocusing elements are formed by elongated cylindrical lenses or concave cylindrical reflectors whose dimension in the longitudinal direction measures more than 250 µm, preferably more than 300 µm, particularly preferably more than 500 µm and especially more than 1 mm.
  6. The security element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the micromotif image components are present in a printing layer.
  7. A security element for security papers, value documents and the like, having a microoptical moiré magnification arrangement (30) for depicting a three-dimensional moiré image (40) that includes, in at least two moire image planes (36, 36') spaced apart in a direction normal to the moiré magnification arrangement, image components (42, 44) to be depicted, having
    - a motif image that includes, arranged at different heights periods (d1, d2), two or more periodic or at least locally periodic lattice cell arrangements that are each allocated to one moiré image plane (36, 36') and that include micromotif image components for depicting the image component (42,44) of the allocated moiré image plane (36, 36'),
    - for the moiré-magnified viewing of the motif image, a focusing element grid that is arranged spaced apart from the motif image and that includes a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of lattice cells having one microfocusing element each,
    wherein, for almost all tilt directions ( k ), upon tilting the security element, the magnified, three-dimensional moiré image (40) moves in a moiré movement direction ( v ) that differs from the tilt direction.
  8. The security element according to claim 7, characterized in that the lattice cell arrangements of the motif image exhibit identical lattice periods and identical lattice orientations, and/or the micromotif image components are present in an embossing layer at different embossing heights.
  9. The security element according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the security element exhibits an opaque cover layer to cover the moiré magnification arrangement in some regions.
  10. A method for manufacturing a security element having a microoptical moiré magnification arrangement (30) for depicting a three-dimensional moiré image (40) that includes, in at least two moiré image planes (36, 36') spaced apart in a direction normal to the moiré magnification arrangement, image components (42, 44) to be depicted, in which
    - in a motif plane (32), a motif image is produced that includes two or more periodic or at least locally periodic lattice cell arrangements having different lattice periods (p1, p2) and/or different lattice orientations that are each allocated to one moiré image plane (36, 36') and that are provided with micromotif image components for depicting the image component (42,44) of the allocated moiré image plane (36, 36'),
    - a focusing element grid for the moiré-magnified viewing of the motif image, having a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of lattice cells having one microfocusing element each, is produced and arranged spaced apart from the motif image,
    the lattice cell arrangements of the motif plane (32), the micromotif image components and the focusing element grid being coordinated such that, for almost all tilt directions ( k ), upon tilting the security element, the magnified, three-dimensional moiré image (40) moves in a moiré movement direction ( v ) that differs from the tilt direction.
  11. A method for manufacturing a security element having a microoptical moiré magnification arrangement (30) for depicting a three-dimensional moiré image (40) that includes, in at least two moiré image planes (36, 36') spaced apart in a direction normal to the moiré magnification arrangement, image components (42, 44) to be depicted, in which
    - a motif image is produced having, arranged at different heights (d1, d2), two or more motif planes (32, 32') that each include a periodic or at least locally periodic lattice cell arrangement that is allocated to one moiré image plane (36, 36') and that is provided with micromotif image components for depicting the image component (42,44) of the allocated moiré image plane (36, 36'),
    - a focusing element grid for the moiré-magnified viewing of the motif image, having a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of lattice cells having one microfocusing element each, is produced and arranged spaced apart from the motif image,
    the lattice cell arrangements of the motif planes (32, 32'), the micromotif image components and the focusing element grid being coordinated such that, for almost all tilt directions ( k ), upon tilting the security element, the magnified, three-dimensional moiré image (40) moves in a moiré movement direction ( v ) that differs from the tilt direction.
  12. The method according to claim 11, characterized in that the lattice cell arrangements of the motif planes are produced having identical lattice periods and identical lattice orientations, and/or that the motif image is embossed to produce micromotif image components at different embossing heights.
  13. A method for manufacturing a security element having a microoptical moiré magnification arrangement (30) for depicting a three-dimensional moiré image (40) that includes, in at least two moiré image planes (36, 36') spaced apart in a direction normal to the moiré magnification arrangement, image components (42, 44) to be depicted, in which
    a) a desired three-dimensional moiré image (40) that is visible when viewed is defined as the target motif,
    b) a periodic or at least locally periodic arrangement of microfocusing elements is defined as the focusing element grid,
    c) a desired magnification and a desired movement of the visible three-dimensional moiré image when the moiré magnification arrangement (30) is tilted laterally and when tilted forward/backward is defined,
    d) for each image component (42, 44) to be depicted, the associated micromotif image component for depicting this image component (42, 44) of the three-dimensional moiré image (40), as well as the associated lattice cell arrangement for the arrangement of the micromotif image components in the motif plane (32), are calculated from the spacing of the associated moiré image plane (36, 36') from the moiré magnification arrangement (30), the defined magnification and movement behavior, and the focusing element grid, and
    e) the micromotif image components calculated for each image component (42,44) to be depicted are composed to form a motif image that is to be arranged in the motif plane (32) according to the associated lattice cell arrangement.
  14. The method according to claim 13, characterized in that, in step c), further, for a reference point of the three-dimensional moiré image, a tilt direction γ is specified in which the parallax is to be viewed, and a desired magnification and movement behavior for this reference point and the specified tilt direction, and in that, for the other points of the three-dimensional moiré image, the moire magnification factors in step d) are based on the specified magnification factor for the reference point and the specified tilt direction.
  15. The method according to claim 14, characterized in that the desired magnification and movement behavior for the reference point is specified in the form of the matrix elements of a transformation matrix A = a 11 a 12 a 21 a 22
    Figure imgb0084
    and the magnification factor for the reference point is calculated from the transformation matrix A and the tilt direction γ using the relationship v = v x 2 + v y 2 = a 11 cos γ + a 12 sin γ 2 + a 21 cos γ + a 22 sin γ 2 .
    Figure imgb0085
  16. The method according to claim 15, characterized in that, in step d), for further points (Xi, Yi, Zi) of the three-dimensional moiré image, the magnification factors vi and the associated point coordinates in the motif plane (xi, yi) are calculated using the relationship X i Y i Z i = v i v a 11 a 12 0 a 21 a 22 0 0 0 v x i y i e
    Figure imgb0086
    or its inverse v i v x i y i e = 1 a 11 a 22 a 12 a 21 a 22 a 12 0 a 21 a 11 0 0 0 1 X i Y i Z i
    Figure imgb0087
    where e denotes the effective distance of the focusing element grid from the motif plane.
  17. The method according to claim 16, characterized in that the focusing element grid in step b) is specified by a grid matrix W, and in step d), the points of the motif plane belonging to a magnification vi are each combined to form a micromotif image component, and for this micromotif image component, a motif grid Ui is calculated for arranging this micromotif image component periodically or at least locally periodically using the relationship U i = I A i 1 W
    Figure imgb0088
    the transformation matrices Ai being given by A i = v i v a 11 a 12 a 21 a 22
    Figure imgb0089
    and A i -1 denoting the inverse matrices.
  18. The method according to claim 17, characterized in that the focusing element grid in step b) is specified in the form of a two-dimensional Bravais lattice having the grid matrix W = w 11 w 12 w 21 w 22 ,
    Figure imgb0090
    representing the components of the lattice cell vectors w i , where i=1,2, or that for manufacturing a cylindrical lens 3D moiré magnifier, in step b), a cylindrical lens grid is specified by the grid matrix W = cos φ sin φ sin φ cos φ D 0 0 or W 1 = / D 1 0 0 0 cos φ sin φ sin φ cos φ
    Figure imgb0091
    where D denotes the lens spacing and φ the orientation of the cylindrical lenses.
  19. The method according to at least one of claims 10 to 18, characterized in that the motif grid lattice cells and the focusing element grid lattice cells are described by vectors u 1 and u 2, or u 1 (i) and u 2 (i) in the case of multiple motif grids Ui, and w 1 and w 2 , and are modulated location dependently, the local period parameters | u 1|, | u 2|, ( u 1, u 2) and | w 1|, | w 2|, ( w 1, w 2) changing only slowly in relation to the periodicity length.
  20. The method according to at least one of claims 10 to 19, characterized in that the motif image is printed on a substrate, the micromotif elements formed from the micromotif image portions constituting microcharacters or micropatterns, and/or that the security element is further provided with an opaque cover layer to cover the moire magnification arrangement in some regions, and/or that the image components of the three-dimensional moiré image to be depicted are formed by individual image points, a group of image points, lines or areal sections.
  21. A security paper for manufacturing security or value documents (10), such as banknotes, checks, identification cards or certificates, that are furnished with a security element according to at least one of claims 1 to 9, wherein the security paper preferably comprises a carrier substrate composed of paper or plastic.
  22. A data carrier (10), especially a branded article, value document or decorative article, having a security element according to one of claims 1 to 9, wherein the security element is preferably arranged in a window region of the data carrier.
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