EP2164713B1 - Security element having a magnified, three-dimensional moiré image - Google Patents
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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
Es ist auch bekannt, Linsensysteme als Sicherheitsmerkmale einzusetzen. So ist beispielsweise in der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Moiré-Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel "
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
Die Druckschrift
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,
- 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,
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
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,
- 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,
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,
- 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,
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,
- 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,
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
- a) ein gewünschtes, bei Betrachtung zu sehendes dreidimensionales Moiré-Bild als Sollmotiv festgelegt wird,
- b) eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung von Mikrofokussierelementen als Fokussierelementraster festgelegt wird,
- c) eine gewünschte Vergrößerung und eine gewünschte Bewegung des zu sehenden dreidimensionalen Moiré-Bilds beim seitlichen Kippen und beim vor-/rückwärtigen Kippen der Moiré-Vergrößerungsanordnung festgelegt wird,
- 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
- e) die für jeden darzustellenden Bildbestandteil berechneten Mikromotiv-Bildbestandteile entsprechend der zugehörigen Gitterzellen-Anordnung zu einem in der Motivebene anzuordnenden Motivbild zusammengesetzt werden.
- a) a desired three-dimensional moiré image, which is to be viewed, is set as the target motif,
- b) a periodic or at least locally periodic arrangement of microfocusing elements is determined as focussing element grid,
- 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,
- 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
- 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
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
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
In einer Verfahrensvariante wird in Schritt b) das Fokussierelementraster in Form eines zweidimensionalen Bravais-Gitters mit der Rastermatrix
Nach einer anderen Verfahrensvariante zur Herstellung eines Zylinderlinsen-3D-Moiré-Magnifiers wird in Schritt b) ein Zylinderlinsenraster durch die Rastermatrix
Bei allen Erfindungsaspekten können die Gitterparameter der Bravais-Gitter ortsunabhängig sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Gittervektoren der Motivraster-Gitterzellen
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.
- 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.
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
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
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
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
Wie weiter unten genauer erläutert wird, erzeugt die Moire-Vergrößerungsanordnung der
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
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
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
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
Die Anordnung der Mikromotiv-Bildbestandteile in der Motivebene 32 wird durch zwei oder mehr zweidimensionale Bravais-Gitter beschrieben, deren Einheitszellen jeweils durch Vektoren
In kompakter Schreibweise kann die Einheitszelle des Motivrasters auch in Matrixform durch eine Motivrastermatrix
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
Mit den Vektoren
Mit
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
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
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
Jedem Motivraster
Definiert man die Transformationsmatrix
Wie in der
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
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
Zur Erläuterung des grundlegenden Effekts wird zunächst der Spezialfall von Transformationsmatrizen A betrachtet, die eine reine Vergrößerung, also keine Drehung oder Verzerrung beschreiben,
Bei vorgegebenem Linsenraster W erhält man damit für die Motivraster U1 und U2 mithilfe von Beziehung (M2):
Das Zustandekommen der unterschiedlichen Vergrößerungen ist in
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
Die Darstellung der
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:
Die grundlegenden Gleichungen des 3D-Moiré-Magnifiers verbinden nun die Punkte
Der anfangs beschriebene Spezialfall einer reinen Vergrößerung ohne Verdrehung oder Verzerrung ergibt sich als Spezialfall von Gleichung (2a) zu
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:
Der Vektor
Der Winkel β1, in dem sich das Moire-Bild bezogen auf die Waagrechte bewegt, wenn die Anordnung seitlich gekippt wird, ist gegeben durch
Der Winkel β2 in dem sich das Moiré-Bild bezogen auf die Waagrechte bewegt, wenn die Anordnung vor-/rückwärts gekippt wird, ist gegeben durch
Zurückkommend auf die Darstellung der
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
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
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
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
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
In dem oben genannten Spezialfall
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
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
Die jeweiligen Motivrastern U1, U2, ... ergeben sich aus dem Linsenraster W und den Transformationsmatrizen A1, A2 ... mithilfe von Beziehung (M2) zu
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",
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
Entsprechend den Ausführungen in dem Dokument
Beim 3D-Moiré-Magnifier mit ausgedehnten Motiven erhält die Untermatrix (aij) in Formel (6a) die Form:
Zur Illustration der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden nunmehr einige konkrete beispielhafte Gestaltungen beschrieben. Dazu zeigt
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
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen
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.
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
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen
Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form
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
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.
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.
Das Ausführungsbeispiel der
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen
Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form
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
Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv wie üblich durch die Transformation
Wird das Motivbild 90 der
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 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
Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv ebenfalls durch die Transformation
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
Das Zustandekommen unterschiedlicher Vergrößerungen ist dabei in
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
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':
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
Analog zur
Claims (22)
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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.
- 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.
- 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. - 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. - 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.
- 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 whicha) 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, ande) 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
A i -1 denoting the inverse matrices. - 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 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 - 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 andu 2, or u 1 (i) andu 2 (i) in the case of multiple motif grids Ui, andw 1 andw 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. - 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.
- 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.
- 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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