EP3294566B1

EP3294566B1 - Optisch variables sicherheitselement

Info

Publication number: EP3294566B1
Application number: EP16721360.2A
Authority: EP
Inventors: Christian Fuhse
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-05-04
Also published as: DE102015005969A1; US20180117947A1; CN107995894B; WO2016180522A1; CN107995894A; AU2016261015B2; EP3294566A1; US10639925B2; AU2016261015A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sicherheitselements und einen entsprechend ausgestatteten Datenträger.
Datenträger, wie etwa Wert- oder Ausweisdokumente, oder andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigen Effekten, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente werden dabei mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein anderes graphisches Motiv zeigen.
In diesem Zusammenhang sind optisch variable Sicherheitselemente bekannt, die beim Kippen des Sicherheitselements verschiedene Bewegungs- oder Kippeffekte zeigen, wie etwa bewegte Balken, bewegte bildliche Darstellungen, Pumpeffekte oder dreidimensionale Darstellungen. Zur Umsetzung der optisch variablen Erscheinungsbilder werden im Stand der Technik unterschiedliche Techniken eingesetzt, mit denen sich typischerweise manche dieser Bewegungseffekte besonders gut und andere weniger gut realisieren lassen.
Für eine dreidimensionale Darstellung werden typischerweise in sogenannten stereografischen Verfahren unterschiedliche Ansichten für das linke und rechte Auge des Betrachters bereitgestellt, aus denen dann ein dreidimensionaler Eindruck entsteht. Dabei sieht ein Betrachter einen vermeintlich gleichen Bildpunkt mit dem linken und rechten Auge an unterschiedlichen Stellen auf dem Sicherheitselement und ermittelt dann unbewusst über die entsprechende Parallaxe eine Tiefeninformation.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 049 831 A1 ist beispielsweise ein optisch variables Flächenmuster bekannt, das nicht nur von rechts und links, sondern auch von oben und unten betrachtet entsprechende räumliche Ansichten bereitstellt. Ein solches Flächenmuster bietet neben einer horizontalen auch eine vertikale Parallaxe. Dies hat zwar den Vorteil, dass ein solches Flächenmuster beliebig in seiner Ebene gedreht werden kann, ohne dass der räumliche Eindruck verloren geht, weist aber zugleich den Nachteil auf, dass dazu sehr viele verschiedene Ansichten ineinander verschachtelt werden müssen, so dass jede Ansicht nur einen kleinen Flächenanteil belegen kann. Die Darstellungen sind daher oft relativ lichtschwach und teilweise nur bei Beleuchtung mit einer starken Punktlichtquelle gut zu erkennen.
Die Druckschrift DE 10 2011 121 653 A1 beschreibt ebenfalls ein optisch variables Flächenmuster. Dieses umfasst einen Träger, der einen Flächenbereich mit einer Vielzahl von reflektiven Pixeln aufweist, die in Zeilen und Spalten angeordnet und so ausgerichtet sind, dass ein Betrachter beim Kippen des Flächenmusters um eine erste Achse zumindest drei Hell-Dunkel-Motivdarstellungen an verschiedenen Positionen nacheinander so wahrnehmen kann, dass eine Motivbewegung vermittelt wird.
Aus der Druckschrift WO 2011/066991 A2 ist ferner ein Sicherheitselement mit einem Träger bekannt, der einen reflektiven Flächenbereich aufweist, der in eine Vielzahl von reflektiven Pixeln aufgeteilt ist. Jedes Pixel weist dabei zumindest eine reflektive Facette auf, die in einer Oberfläche des Trägers ausgebildet ist, wobei die reflektive Facette auf den Flächenbereich entlang einer vorbestimmten Richtung einfallendes Licht gerichtet in eine durch ihre Orientierung vorgegebene Reflexionsrichtung reflektiert. Die Orientierungen der Facetten unterschiedlicher Pixel weisen über den reflektiven Flächenbereich eine im Wesentlichen zufällige Variation auf.
Ein anderer Ansatz zur Erzeugung dreidimensionaler Darstellungen mit horizontaler und vertikaler Parallaxe ist aus der Druckschrift DE 10 2010 048 262 A1 bekannt. Dort wird ein Darstellungselement aus einzelnen "Lichtflecken" gebildet, die im Fokus beispielsweise eines Hohl- oder Wölbspiegels oder einer metallisierten Fresnellinse entstehen. Eine solche Darstellung kann sehr hell und brillant sein, sofern die den einzelnen Lichtflecken zugeordneten Flächenbereiche nicht zu stark überlappen, da in diesem Fall ebenfalls eine Verschachtelung erforderlich wird und die Helligkeit und Brillanz abnimmt. Brillante Darstellungen können somit nur für Bilder aus relativ wenigen Lichtflecken erzeugt werden, woraus sich allerdings ein gepunktetes und oft wenig detailreiches Aussehen ergibt.
Eine weitere Möglichkeit, Darstellungen mit dreidimensionaler Tiefenwirkung zu erzeugen, bieten Moire-Vergrößerungsanordnungen auf der Basis von Mikrolinsen und Mikrobildern, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift WO 2005/052650 A2 bekannt sind. Dabei wird eine periodische Darstellung in Form vieler kleiner Mikrobilder mittels eines Rasters aus Mikrolinsen ähnlicher aber nicht exakt gleicher Periode vergrößert. Je nach Wahl der Rasterweiten kann sich so eine scheinbar vor oder hinter dem eigentlichen Flächenmuster liegende Darstellung ergeben oder es kann eine sogenannte orthoparallaktische Bewegung erzeugt werden. Nachteilig bei solchen Moire-Vergrößerungsanordnungen ist allerdings die vergleichsweise aufwendige Herstellung mit zwei Prägeschritten für die Mikrolinsen und für geprägte Mikrobilder, sowie die Tatsache, dass nur periodische Darstellungen gezeigt werden können.
Schließlich ist es beispielsweise aus der WO 2014/108303 A1 bekannt, magnetisch ausgerichtete reflektierende Pigmente mit entsprechend geformten Magneten so auszurichten, dass sich helle, insbesondere ringförmige Darstellungen ergeben, die ebenfalls einen gewissen Tiefeneffekt aufweisen können. Solche Darstellungen sind sehr hell und gut sichtbar, allerdings sind die benötigten Magnetfarben vergleichsweise teuer und die Effektvielfalt und Auflösung ist durch die Verfügbarkeit entsprechender Magnete eingeschränkt.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und das insbesondere eine brillante und hochaufgelöste Darstellung eines gewünschten Motivs mit horizontaler und vertikaler Parallaxe zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung zeigt ein gattungsgemäßes Sicherheitselement betrachtungswinkelabhängig ein Motiv mit zumindest einer Kurvendarstellung, die aus einer ersten Betrachtungsrichtung innerhalb eines Darstellungsbereichs in einer Mittelposition als Vorgabekurve sichtbar ist, und die sich beim Kippen des Sicherheitselements um zwei unterschiedliche vorbestimmte Achsen innerhalb des Darstellungsbereichs in unterschiedliche Richtungen von der Mittelposition weg bewegt.
Erfindungsgemäß weist das Sicherheitselement einen flächigen Motivbereich auf, der in dem Darstellungsbereich mit einer Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten versehen ist, wobei jede ebene Facette durch einen Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs charakterisiert ist, welcher als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente parallel zu der Vorgabekurve in der Mittelposition und eine Normalkomponente senkrecht zu der Vorgabekurve in der Mittelposition aufweist, und wobei für die ebenen Facetten des Darstellungsbereichs eine erste der beiden Neigungskomponenten vom Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve abhängig gewählt ist und eine zweite der beiden Neigungskomponenten in einem vorbestimmten Auffächerungsbereich unabhängig vom Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve gewählt ist.
Da die Kurvendarstellung in der Mittelposition des Darstellungsbereichs als Vorgabekurve sichtbar ist, wird im Rahmen dieser Beschreibung oft die Wendung "Abstand zur Vorgabekurve" als Abkürzung für "Abstand zur Mittelposition, in der die Kurvendarstellung als Vorgabekurve sichtbar ist" gebraucht. Die beiden Neigungskomponenten werden in der Regel durch den Wert der Neigungswinkel der ebenen Facette in der jeweiligen Richtung angegeben.
Die erste Neigungskomponente der ebenen Facetten nimmt mit Vorteil monoton, insbesondere streng monoton mit dem Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve zu oder ab. Vorzugsweise nimmt die erste Neigungskomponente sogar linear mit dem Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve zu oder ab.
Die zweite Neigungskomponente der ebenen Facetten variiert mit Vorteil in dem Auffächerungsbereich unregelmäßig, insbesondere gemäß einer Zufallszahlenverteilung oder einer Pseudozufallszahlenverteilung. Pseudozufallszahlen sind Zahlenfolgen, die zwar zufällig erscheinen, aber durch einen deterministischen Algorithmus berechnet werden und daher im strengen Sinn keine echten Zufallszahlen sind. Dennoch werden Pseudozufallszahlen verbreitet eingesetzt, da die statistischen Eigenschaften einer Pseudozufallszahlenverteilung, wie Gleichwahrscheinlichkeit der einzelnen Zahlen oder die statistische Unabhängigkeit aufeinanderfolgender Zahlen, für praktische Zwecke in der Regel ausreichend "unregelmäßig" sind und Pseudozufallszahlen mit Computern im Gegensatz zu echten Zufallszahlen einfach zu erzeugen sind.
Grundsätzlich kann die Auffächerung der zweiten Neigungskomponente allerdings auch regelmäßig erfolgen, beispielsweise indem in bestimmten Schritten nacheinander alle Neigungswerte des Auffächerungsbereichs in kurzen Abständen durchlaufen werden. Soll beispielsweise mit 5 µm großen Facetten ein Auffächerungswinkel von 30° erreicht werden, so können nacheinander 11 Spiegel mit um jeweils 3° unterschiedlichen Ablenkwinkeln angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine periodische Anordnung, bei der sich die entsprechenden Steigungskomponenten alle 55 µm wiederholen, was mit bloßem Auge nicht auflösbar ist.
Die erste und zweite Neigungskomponente der Facetten nehmen jeweils einen bestimmten Winkelbereich ein, der nachfolgend als erster bzw. zweiter Winkelbereich bezeichnet wird. Dabei ergibt sich die Größe des ersten Winkelbereichs aus der Größe des gewünschten Betrachtungsbereichs, aus dem der Effekt sichtbar sein soll, und der konkreten Zu- bzw. Abnahme der Facettenneigung mit dem Abstand von der Vorgabekurve, sie folgt also in der Regel aus dem gewünschten Erscheinungsbild und dem gewünschten Bewegungsverhalten der Kurvendarstellung. Der erste Winkelbereich hat insbesondere auch Einfluss auf die Dynamik bzw. die scheinbare Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe der Kurvendarstellung. So lässt ein kleiner Winkelbereich die Kurvendarstellung nur in einem kleinen Betrachtungswinkelbereich und relativ unscharf erscheinen, gleichwohl scheint dieselbe in großer Höhe bzw. Tiefe zu liegen. In einer vorteilhaften Gestaltung ist nun vorgesehen, dass die Größe des zweiten Winkelbereichs vergleichbar mit der Größe des ersten Winkelbereichs gewählt ist, und vorteilhaft zwischen 80% und 120%, vorzugsweise zwischen 90% und 110% der Größe des ersten Winkelbereichs beträgt. Der erste und zweite Winkelbereich weisen vorteilhaft eine Größe von 15° oder mehr, bevorzugt von 30° oder mehr auf.
In einer bevorzugten Erfindungsvariante ist die erste Neigungskomponente die Normalkomponente (Komponente senkrecht zu der Vorgabekurve in der Mittelposition) und die zweite Neigungskomponente die Parallelkomponente (Komponente parallel zu der Vorgabekurve in der Mittelposition) der Facetten. Die Kurvendarstellung schwebt dabei für einen Betrachter unterhalb oder oberhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs. Wie weiter unten genauer erläutert ergibt sich die Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe aus der Art der Abhängigkeit der ersten Neigungskomponente vom Abstand zur Kurve. Sind die Facetten mit zunehmendem Abstand von der Kurve immer stärker von der Kurve weg geneigt, so schwebt die Kurvendarstellung für den Betrachter unterhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs, sind die Facetten dagegen mit zunehmendem Abstand immer stärker zur Kurve hingeneigt ausgebildet, so schwebt die Kurve oberhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs. Eine rasche Zunahme des Neigungswinkels bewirkt eine geringe Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe, eine langsame Zunahme eine große Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe.
In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Erfindungsvariante ist die erste Neigungskomponente die Parallelkomponente und die zweite Neigungskomponente die Normalkomponente der Facetten. Die Kurvendarstellung zeigt in dieser Variante beim Kippen des Sicherheitselements ein orthoparallaktisches Bewegungsverhalten, bei dem sich die Kurvendarstellung senkrecht zur Kipprichtung und nicht parallel dazu bewegt, wie man intuitiv erwarten würde.
Die Kurvendarstellung kann als Vorgabekurve eine geschlossene Kurve zeigen, sie kann aber auch eine Kurve mit einem oder mehreren Kurvenenden zeigen. Im letzteren Fall ist der Auffächerungsbereich der zweiten Neigungskomponente der Facetten mit Vorteil jeweils im Bereich der Kurvenenden gegenüber seiner Größe im Kurveninneren verkleinert. Insbesondere kann der Auffächerungsbereich unterhalb eines bestimmten Abstands zum Kurvenende hin kontinuierlich verkleinert werden und zwar mit Vorteil in einer solchen Weise, dass entweder zunehmend weniger Licht zum Kurveninneren hin reflektiert wird (für Schwebehöhen unterhalb des flächigen Motivbereichs) oder dass zunehmend weniger Licht zum Kurvenäußeren hin reflektiert wird (für Schwebehöhen oberhalb des flächigen Motivbereichs). Bei der Betrachtung sind dann die Kurvenenden nicht aus allen Betrachtungsrichtungen sichtbar und die Kurve erhält neben der horizontalen Parallaxe auch eine vertikale Parallaxe. Der Betrachter kann den flächigen Motivbereich mit der Kurvendarstellung dann nicht nur in unterschiedliche Richtungen kippen, sondern auch beliebig in der Ebene des Motivbereichs drehen, ohne dass der dreidimensionale Eindruck verlorengeht.
Die Verkleinerung des Auffächerungsbereichs kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Facetten in den entsprechenden Flächenbereichen mit unauffälligen Strukturen versehen werden, beispielsweise geschwärzt oder demetallisiert werden, oder dass dort zufällig orientierte Spiegel oder andere, nicht gerichtet reflektierende Strukturen vorgesehen sind.
In vorteilhaften Gestaltungen kann die Kurvendarstellung als Vorgabekurve alphanumerische Zeichen, Symbole oder geometrische Formen, insbesondere einen Kreis, ein Oval, ein Dreieck, ein Rechteck, ein Sechseck, oder eine Sternform zeigen.
Das Motiv kann auch mehrere Kurvendarstellungen enthalten, die gleiches oder unterschiedliches Bewegungsverhalten und/oder gleiche oder unterschiedliche Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe zeigen. Insbesondere kann das Motiv zumindest eine erste und eine zweite Kurvendarstellung enthalten, die aus einer ersten bzw. zweiten Betrachtungsrichtung innerhalb eines ersten bzw. zweiten Darstellungsbereichs in einer Mittelposition als erste bzw. zweite Vorgabekurve sichtbar ist. Die beiden Kurvendarstellungen bewegen sich beim Kippen des Sicherheitselements mit Vorteil in unterschiedliche, vorzugsweise entgegengesetzte Richtungen und erzeugen daher ein besonders dynamisches Erscheinungsbild.
Die Darstellungsbereiche der ersten und zweiten Kurvendarstellung können in dem flächigen Motivbereich nebeneinander oder ineinander verschachtelt angeordnet sein. Eine Nebeneinanderanordnung der Darstellungsbereiche erlaubt die Erzeugung besonders heller und brillanter Darstellungen, während verschachtelte Gestaltungen weniger leuchtstark sind, dafür jedoch zwei Kurven am Ort darstellen können, was insbesondere bei unterschiedlichem Bewegungsverhalten zu auffälligen visuellen Effekten führt. Für eine Verschachtelung können die Facetten für unterschiedliche Kurvendarstellungen in Form schmaler Streifen alternierend oder in Form kleiner Pixel schachbrettartig angeordnet werden.
Es versteht sich, dass das Motiv des Sicherheitselements in gleicher Weise auch mehr als zwei Kurvendarstellungen enthalten kann, die sich beim Kippen des Sicherheitselements in gleiche oder unterschiedliche Richtungen bewegen können. Beispielsweise können die Kurvendarstellungen einer alphanumerischen Zeichenfolge alternierend unterschiedliches Bewegungsverhalten zeigen, beispielsweise alternierend über oder unter der Ebene des flächigen Motivbereichs schweben und sich beim Kippen entsprechend ihrer Schwebehöhe bewegen.
In einer vorteilhaften Gestaltung sind die ebenen Facetten in einer Prägelackschicht abgeformt und vorzugsweise mit einer reflexionserhöhenden Beschichtung, insbesondere einer Metallisierung, einer reflektierenden Farbschicht oder einer Beschichtung mit einem Material mit hohem Brechungsindex versehen. Alternativ können die ebenen Facetten auch in eine reflektierende Farbschicht eingeprägt sein. Die reflexionserhöhende Beschichtung bzw. die reflektierende Farbschicht weist zweckmäßig einen Farbkippeffekt auf.
Das Sicherheitselement stellt mit Vorteil einen Sicherheitsfaden, einen Aufreißfaden, ein Sicherheitsband, einen Sicherheitsstreifen, einen Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen dar.
Der flächige Motivbereich kann sowohl in einem Folienelement als auch einem Druckelement vorliegen. Ein Folienelement ist beispielsweise ein Sicherheitsfaden, Sicherheitsstreifen oder Sicherheitspatch, bei dem der flächige Motivbereich mit den Facetten in eine Prägelackschicht geprägt und mit einer reflexionserhöhenden Beschichtung versehen ist. Die Facetten weisen dabei bevorzugt maximale Abmessungen von weniger als 100 µm, besonders bevorzugt weniger als 20 µm auf. Zugleich sind die Facetten vorteilhaft größer als 3 µm, bevorzugt größer als 5 µm, um strahlenoptisch und ohne störende Farbaufspaltungen durch Beugungseffekte zu wirken. Die Facetten können regelmäßig, beispielsweise in Form eines Sägezahngitters, oder unregelmäßig angeordnet sein.
Bei einem Druckelement, beispielsweise im Banknotendruck, werden die Facetten mit Vorteil durch eine Prägung in einen reflektierenden Untergrund, wie etwa eine Siebdruckfarbe, eine metallisch wirkende Druckfarbe mit plättchenförmigen reflektierenden Pigmenten, eine optisch variable Tinte oder dergleichen erzeugt. Auch eine Prägung oder Blindprägung im Stichtiefdruck kommt in Frage. Die Abmessungen der Facetten liegen bei Druckelementen mit Vorteil zwischen 20 µm und 300 µm, bevorzugt zwischen 50 µm und 200 µm.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art, wobei das Sicherheitselement sowohl in einem opaken Bereich des Datenträgers als auch in oder über einem transparenten Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung des Datenträgers angeordnet sein kann. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folienverbundbanknote, um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite handeln.
Die Erfindung enthält weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements der oben beschriebenen Art, bei dem

eine gewünschte Vorgabekurve und ein gewünschtes Bewegungsverhalten der Vorgabekurve beim Kippen des Sicherheitselements um zwei unterschiedliche Achsen festgelegt werden,
ein Darstellungsbereich für die Vorgabekurve bestimmt wird, in dem sich die Vorgabekurve beim Kippen des Sicherheitselements entsprechend dem festgelegten Bewegungsverhalten von einer Mittelposition weg bewegt,
in einem flächigen Motivbereich in dem bestimmten Darstellungsbereich eine Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten mit einem Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs so angeordnet und ausgerichtet werden, dass sie als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente parallel zu der Vorgabekurve in der Mittelposition und eine Normalkomponente senkrecht zu der Vorgabekurve in der Mittelposition aufweisen, wobei
für die ebenen Facetten des Darstellungsbereichs eine erste der beiden Neigungskomponenten vom Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve abhängig gewählt wird und eine zweite der beiden Neigungskomponenten in einem vorbestimmten Auffächerungsbereich unabhängig vom Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve gewählt wird.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement,
Fig. 2: schematisch einen Ausschnitt des flächigen Motivbereichs des Sicherheitselements der Fig. 1,
Fig. 3: einen Detailausschnitt der Fig. 2,
Fig. 4: schematisch einen Querschnitt durch den flächigen Motivbereich der Fig. 2 entlang der Linie IV-IV,
Fig. 5: eine Illustration des reduzierten Auffächerungsbereichs an den Linienenden, wobei (a) eine Seitenansicht und (b) eine Aufsicht auf den Darstellungsbereich einer ausgedehnten vertikalen Linie zeigt,
Fig. 6: in (a) und (b) eine Illustration des durch die Reduzierung des Auffächerungsbereichs erzielten Effekts für zwei Betrachtungsrichtungen,
Fig. 7: in (a) schematisch eine Aufsicht auf einen flächigen Motivbereich mit einer gekrümmten Kurve und in (b) eine Detailansicht,
Fig. 8: einen flächigen Motivbereich mit einer unterhalb des Motivbereichs schwebenden Kreiskurve in verschiedenen Ansichten,
Fig. 9: einen flächigen Motivbereich mit einer oberhalb des Motivbereichs schwebenden Kreiskurve in verschiedenen Ansichten,
Fig. 10: einen flächigen Motivbereich mit einer Kreiskurve mit orthoparallaktischem Bewegungsverhalten in verschiedenen Ansichten,
Fig. 11: einen flächigen Motivbereich mit der Wertzahl "100" zur Erzeugung eines dreidimensionalen Erscheinungsbilds mit gegenläufigen Bewegungseffekten in verschiedenen Ansichten, und
Fig. 12: einen flächigen Motivbereich zur Darstellung zweier Kreiskurven mit entgegengesetztem orthoparallaktischem Bewegungsverhalten in verschiedenen Ansichten.

Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. Figur 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement 12 in Form eines Fenstersicherheitsfadens, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an der Oberfläche der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung nicht auf Sicherheitsfäden und Banknoten beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Etiketten auf Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung von Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesundheitskarten und dergleichen. Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen neben Sicherheitsfäden beispielsweise auch breite Sicherheitsstreifen oder Transferelemente in Betracht.
Der Sicherheitsfaden 12 zeigt in den Fensterbereichen 14 im Auflicht jeweils eine Darstellung der Wertzahl "100" mit einem ungewöhnlichen dreidimensionalen Erscheinungsbild, bei dem aufeinanderfolgende Ziffern "1" und "0" für den Betrachter abwechselnd einige Millimeter über bzw. unterhalb der Ebene des Sicherheitsfadens 12 zu schweben scheinen. Dieses dreidimensionale Erscheinungsbild wird dadurch verstärkt, dass sich die Ziffern "1" und "0" beim Kippen der Banknote um die x-Achse (Querachse) bzw. die y-Achse (Längsachse) entsprechend ihrer scheinbaren Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe in unterschiedliche Richtungen zu bewegen scheinen. Diese realistische Nachbildung echt dreidimensionaler Gestaltungen erzeugt ein auffälliges visuelles Erscheinungsbild mit hohem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert.
Das Zustandekommen des dreidimensionalen Erscheinungsbilds und des Bewegungseffekts beim Kippen des Sicherheitselements 12 wird nun zunächst anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert. Figur 2 zeigt dabei einen Ausschnitt des flächigen Motivbereichs 20 des Sicherheitsfadens 12, der zur Illustration nur eine vertikale Linie 16 enthält, Fig. 3 zeigt einen Detailausschnitt der Fig. 2 und Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den flächigen Motivbereich 20 der Fig. 2 entlang der Linie IV-IV.
Die vertikale Linie 16 der Figuren 2 bis 4 dient einerseits als einfaches Beispiel zur Illustration der Erfindung, die Linie 16 kann aber auch Teil eines realen, komplexen Sicherheitselements sein, beispielsweise kann die vertikale Linie 16 den unteren Teil einer Ziffer "1" in der in Fig. 1 gezeigten Wertzahl "100" des Sicherheitsfadens 12 darstellen.
Der Ausschnitt der Fig. 2 zeigt in Aufsicht den flächigen Motivbereich 20 des Sicherheitsfadens 12 mit einem Darstellungsbereich 22, in dessen Mittelposition die Linie 16 als Vorgabekurve sichtbar ist. Für einen Betrachter scheint die Linie 16 einige Millimeter unterhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs 20 zu schweben und sich beim Kippen des Sicherheitselements um die y-Achse (parallel zur Linie 16) im Darstellungsbereich 22 von rechts nach links bzw. von links nach rechts zu bewegen.
Wie im Detailausschnitt 24 der Fig. 3 gezeigt, ist der Darstellungsbereich 22 mit einer Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten 30 versehen, die beispielsweise eine Grundfläche von 15 µm x 15 µm und eine maximale Höhe von einigen Mikrometern aufweisen. Jede der ebenen Facetten 30 ist insbesondere durch einen Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs 20 charakterisiert, welcher als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente N_∥ parallel zu der Linie 16 (y-Richtung in Fig. 2 und 3) und eine Normalkomponente N_⊥ senkrecht zur Linie 16 (x-Richtung in Fig. 2 und 3) aufweist.
Die strahlenoptisch wirkenden reflektiven Facetten 30 stellen kleine geneigte Mikrospiegel dar, die einfallendes Licht in eine durch die Bedingung "Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel" gegebene Reflexionsrichtung lenken. Die Anordnung der reflektierenden Facetten 30 wird im Rahmen dieser Beschreibung daher auch als Mikrospiegelanordnung bezeichnet.
Aus den beiden Neigungskomponenten N_∥ und N_⊥ lassen sich insbesondere die Spiegelsteigung bzw. die Facettensteigung in der jeweiligen Richtung berechnen. Zur Veranschaulichung sind in der Aufsicht der Fig. 3 die Neigungskömponenten der Facetten 30 als Vektoren eingezeichnet, deren Richtung die Richtung ansteigender Spiegelhöhe angibt und deren Betrag die Steigung in der jeweiligen Richtung angibt. Aus den Neigungskomponenten N_∥ und N_⊥ ergibt sich wie üblich die Gesamtneigung N einer Facette 30, die für die mittlere Facette der Fig. 3 zusätzlich eingezeichnet ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Richtung der Gesamtneigung N einer Facette 30 in der Regel nicht parallel zu einer äußeren Begrenzungslinie der Facette. Im Ausführungsbeispiel sind Facetten mit quadratischer Grundfläche gezeigt, es kommen jedoch auch andere Formen, beispielsweise dreieckige, rechteckige, sechseckige oder polygonale Grundflächenformen in Betracht.
Der Querschnitt der Fig. 4 erstreckt sich in x-Richtung der Fig. 2 und zeigt daher als Facettensteigung nur die Normalkomponente N_⊥ senkrecht zur Linie 16 und parallel zu x-Achse.
Damit die Linie 16 scheinbar einige Millimeter unterhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs 20 schwebt, muss die Linie 16 für das rechte und linke Auge eines Betrachter an etwas gegeneinander versetzten Stellen des Motivbereichs 20 sichtbar sein. Die entstehende Parallaxe wird vom Betrachter dann unbewusst und automatisch als Tiefeninformation interpretiert und erzeugt ein entsprechendes Erscheinungsbild.
Mit Bezug auf Fig. 4 wird dieser Versatz im Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Facetten 30 in der Mittelposition des Darstellungsbereichs 22 in x-Richtung ungeneigt ausbildet sind (Facetten 32), also einen Neigungswinkel in x-Richtung von 0° aufweisen, und dass die Facetten nach außen hin mit zunehmendem Abstand von der Mittelposition immer stärker nach außen geneigt ausgebildet sind (Facetten 34 bzw. 36). Ist die Beleuchtung durch eine senkrecht über dem flächigen Motivbereich 20 angeordnete Lichtquelle 44 gegeben, so reflektieren die Facetten 32, 34, 36 das einfallende Licht entsprechend der in Fig. 4 eingezeichneten Reflexionsrichtungen. Von einer Position 40 aus gesehen, die beispielsweise der Position des linken Auges des Betrachters entspricht, leuchten die Facetten 34 dann an der Stelle 54 des flächigen Motivbereichs 20 auf, während aus einer Position 42 gesehen, die der Position des rechten Auges des Betrachters entspricht, die Facetten 36 an der Stelle 56 des flächigen Motivbereichs 20 aufleuchten. Der Versatz zwischen den Stellen 54 und 56 wird vom Betrachter automatisch so interpretiert, dass er eine helle Linie 16T in einer Tiefe T unterhalb des flächigen Motivbereichs 20 schweben sieht.
Wie in Figuren 3 und 4 illustriert, ist die Normalkomponente N_⊥ der Facettenneigung im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass der Neigungswinkel der Facetten 34, 36 nach außen hin linear mit dem Abstand der Facetten von der Mittelposition zunimmt. Bezeichnet etwa xo die Mittelposition der Linie 16 und x_max die Ausdehnung des Darstellungsbereichs in +x und -x-Richtung (siehe Fig. 2), so ist im Ausführungsbeispiel der Neigungswinkel in x-Richtung einer Facette 30 in Position (x, y) gegeben durch: $α_{⊥} (x, y) = - A_{x} (x - x_{0}) / x_{\max}$
Ein positiver Neigungswinkel gibt dabei eine Neigung an, bei der die Facette in +x-Richtung ansteigt, ein negativer Neigungswinkel eine Neigung, bei der die Facette in +x-Richtung abfällt. Der Neigungswinkel der Facetten in x-Richtung ändert sich dann von α_⊥ = 0° bis zu einem maximalen Wert |α_⊥| = A_x, der beispielsweise 20° betragen kann. Die Neigung erfolgt stets so, dass die Facetten 34, 36 von der Mittelposition der Linie 16 weg, also nach außen geneigt sind. Die Größe des ersten Winkelbereichs beträgt im Ausführungsbeispiel 2^∗A_x = 40°.
Wie der Fig. 4 ebenfalls entnommen werden kann, führt eine langsame Zunahme der Neigungswinkel in x-Richtung zu einem geringen Versatz 54-56 und damit zu einer großen scheinbaren Tiefe T der Linie 16T, während eine schnelle Zunahme der Neigungswinkel zu einem großen Versatz und damit zu einer geringen scheinbaren Tiefe T der Linie 16T führt.
Wesentlich ist vorliegend insbesondere, dass der senkrechte Neigungswinkel der Facetten vom Abstand (x-xo) der Facetten zur Mittelposition der Linie 16 abhängt, insbesondere monoton zunimmt oder, wie im Ausführungsbeispiel, sogar linear mit dem Abstand zunimmt.
Bei einer solchen Wahl der senkrechten Neigungswinkel der Facetten 30 kann der Betrachter das Sicherheitselement mit dem flächigen Motivbereich 20 in einem breiten Winkelbereich um die y-Achse nach links oder rechts kippen und er sieht dabei stets die helle Linie 16T in der Tiefe T.
Als Besonderheit weist die Neigung der Facetten 30 des flächigen Motivbereichs 20 zusätzlich zu der Normalenkomponente N_⊥ auch eine nicht verschwindende Parallelkomponente N_∥ parallel zur Linie 16 auf, deren Wert in einem Winkelbereich zufällig variiert, dessen Größe vergleichbar mit der Größe des ersten Winkelbereichs in x-Richtung ist. Konkret ist der Neigungswinkel einer Facette 30 in Position (x, y) parallel zur Linie 16 im Ausführungsbeispiel gegeben durch: $α_{∥} (x, y) = A_{y} * rand (- 1,1),$
wobei rand(-1,1) eine Funktion ist, die eine Zufallszahl oder Pseudozufallszahl im Intervall [-1,1] liefert, und A_y den maximalen parallelen Neigungswinkel angibt. Beispielsweise kann A_y = A_x gewählt sein, so dass der erste Winkelbereich (2^∗A_x) und der zweite Winkelbereich (2^∗A_y) gleiche Größe aufweisen. Ein positiver Neigungswinkel α_∥ gibt eine Neigung an, bei der die Facette in +y-Richtung ansteigt, ein negativer Neigungswinkel eine Neigung, bei der die Facette in +y-Richtung abfällt.
Wie aus Beziehung (2) ersichtlich ist der parallele Neigungswinkel α_∥ der Facetten 30 unabhängig vom Abstand der Facetten zur Mittelposition der Linie 16. Durch eine solche abstandsunabhängige und insbesondere zufällige Variation der parallelen Neigungswinkel wird eine Auffächerung des einfallenden Lichts parallel zur Linie 16 erreicht, deren Größe vergleichbar mit der Parallaxenwirkung durch die senkrechten Neigungswinkel α_⊥ ist. Die zusätzliche Parallelkomponente N_∥ stellt sicher, dass ein Betrachter die Linie 16 auch dann noch in der Tiefe T schweben sieht, wenn er das Sicherheitselement um die x-Achse um einen bestimmten Winkel innerhalb des zweiten Winkelbereichs nach oben oder unten kippt.
Um das räumliche Erscheinungsbild nun nicht nur beim Verkippen, sondern auch bei beliebiger Drehung des Sicherheitselements zu erhalten, ist die Parallelkomponente N_∥ der Facetten 30 bei einer vertikalen Linie 16 so modifiziert, dass einfallendes Licht an den Linienenden nicht in den gesamten Winkelbereich aufgefächert wird, sondern nur in einen Teilbereich desselben, so dass die Sichtbarkeit der Linienenden von der Betrachtungsrichtung abhängt.
Zur Illustration zeigt Fig. 5(b) den Darstellungsbereich 22 einer ausgedehnten vertikalen Linie 16 innerhalb des flächigen Motivbereichs 20 in Aufsicht. Die Neigungswinkel α_⊥ in x-Richtung der Facetten 30 sind im gesamten Darstellungsbereich 22 durch die oben genannte Beziehung (1) gegeben. Die Neigungswinkel α_∥ in y-Richtung sind in einem Kernbereich 60 des Darstellungsbereichs 22 durch die Beziehung (2) gegeben, so dass dort der volle Auffächerungsbereich ausgenutzt wird. In den Randbereichen 62 und 64 des Darstellungsbereichs 22 ist die Beziehung (2) modifiziert, um den Auffächerungsbereich zu verkleinern und dadurch die Sichtbarkeit der Linienenden einzuschränken.
Die Seitenansicht der Fig. 5(a) zeigt dazu den Auffächerungsbereich 70 der Linie 16 im Kernbereich 60, der aus Richtung 80 einfallendes Licht nach Beziehung (2) in einen Winkelbereich [-A_y, A_y], beispielsweise [-20°, 20°] auffächert. Im oberen Randbereich 62 ist der Auffächerungsbereich kontinuierlich von unten her eingeschränkt, wobei ein Auffächerungsbereich 72 mit einem Winkelbereich [0°, A_y] und ein weit am oberen Rand der Linie 16 liegender Auffächerungsbereich 74 mit einem Winkelbereich [0.8^∗A_y, A_y] gezeigt sind. Entsprechend wird der Auffächerungsbereich im unteren Randbereich 64 kontinuierlich von oben her eingeschränkt, wobei ein Auffächerungsbereich 76 mit einem Winkelbereich [-A_y, 0°] und ein weit am unteren Rand der Linie 16 liegender Auffächerungsbereich 78 mit einem Winkelbereich [-A_y,-0.8^∗A_y] gezeigt sind.
Der durch die Reduzierung des Auffächerungsbereichs erzielte Effekt ist in Fig. 6 für zwei Betrachtungsrichtungen für A_y = 20° illustriert. Bei der in Fig. 6(a) gezeigten senkrechten Betrachtung 82 (entsprechend einem Betrachtungswinkel ϕ = 0°) sieht der Betrachter denjenigen Teil 84 der Linie 16, in dem der Auffächerungsbereich den Winkel ϕ = 0° enthält. Der sichtbare Linienteil 84 enthält also den Kernbereich 60 und jeweils gleich große Teile des oberen und unteren Randbereichs 62, 64. Die äußersten Ränder 85 der Linie 16 sind nicht sichtbar, da sie nicht in den Winkel ϕ = 0° reflektieren. Beispielsweise erfasst der Auffächerungsbereich 74 nur einen Winkelbereich von 16° bis 20° und der Auffächerungsbereich 78 nur einen Winkelbereich von -20° bis -16°.
Bei der in Fig. 6(b) gezeigten Betrachtung 86 unter einem Winkel ϕ =-10° schräg von unten, sieht der Betrachter denjenigen Teil 88 der Linie 16, in dem der Auffächerungsbereich den Winkel ϕ =-10° enthält. Der sichtbare Linienteil 88 enthält also den Kernbereich 60, einen kleinen Teil des oberen Randbereichs 62 und einen größeren Teil unteren Randbereichs 64. Beispielsweise ist die Linie im Auffächerungsbereich 76 sichtbar, da der Winkelbereich von -20° bis 0° den Betrachtungswinkel ϕ =-10° enthält. Dagegen erfasst der Auffächerungsbereich 72 nur den Winkelbereich von 0° bis 20°, reflektiert also nicht in einen Winkel von ϕ =-10°. Die Linienenden 89 mit den Auffächerungsbereichen 74 und 78 sind aus der Betrachtungsrichtung 86 nicht sichtbar, wobei sich am oberen Ende ein größerer und am unteren Linienende ein kleinerer nicht sichtbarer Teil ergibt.
Im Ergebnis scheint der sichtbare Linienteil 84, 88 durch den Wechsel der Betrachtungsrichtung bzw. durch ein Kippen des Sicherheitselements nach unten gewandert zu sein, was gerade das erwartete Bewegungsverhalten eines unterhalb des flächigen Motivbereichs 20 schwebenden Objekts darstellt. Die Linie 16 erhält so neben der horizontalen Parallaxe durch die Wahl der Normalkomponente N_⊥ auch eine vertikale Parallaxe durch die beschriebene Wahl der Parallelkomponente N_∥. Ein Betrachter kann einen flächigen Motivbereich 20 mit einer Linie 16 somit nicht nur in x- und y-Richtung kippen, sondern auch beliebig in der x-y-Ebene drehen, ohne dass der dreidimensionale Tiefeneindruck verlorengeht.
Die Schilderung der Fig. 5 gilt für Schwebehöhen unterhalb des flächigen Motivbereichs 20. Für Linien, die oberhalb des flächigen Motivbereichs schweben sollen, ist der Auffächerungsbereich entsprechend im oberen Randbereich kontinuierlich von oben her einzuschränken und im unteren Randbereich kontinuierlich von unten her.
Die zunächst für eine vertikale Linie 16 beschriebene Vorgehensweise kann allgemein bei beliebigen gekrümmten Kurven 90 eingesetzt werden, wie in Fig. 7 illustriert. Figur 7 zeigt in Aufsicht einen flächigen Motivbereich 20 eines Sicherheitselements mit einem Darstellungsbereich 92, in dessen Mittelposition die gekrümmte Kurve 90 als Vorgabekurve sichtbar ist. Die Linie 90 schwebt für einen Betrachter einige Millimeter unterhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs 20 und bewegt sich beim Kippen um die x-Achse bzw. die y-Achse entsprechend ihrer scheinbaren Schwebehöhe bzw. Schwebetiefe in unterschiedliche Richtungen.
Da die gekrümmte Kurve 90 lokal durch kleine Geradenstücke beschrieben werden kann, können die obigen Überlegungen für eine Linie 16 problemlos auf die gekrümmte Kurve 90 übertragen werden, wenn die y-Richtung (parallel zur Linie 16) durch einen lokalen Richtungsvektor R_∥ parallel zur Kurve 90 und die x-Richtung durch einen lokalen Richtungsvektor R_⊥ senkrecht zur Kurve 90 ersetzt wird.
Mit Bezug auf den Detailausschnitt 94 der Fig. 7(b) ist der Darstellungsbereich 92 mit einer Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten 30 versehen, die insbesondere durch einen Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs 20 charakterisiert sind, welcher als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente N_∥ parallel zum lokalen Richtungsvektor R_∥ und eine Normalkomponente N_⊥ parallel zum lokalen Richtungsvektor R_⊥ aufweist.
Die Normalkomponente N_⊥ der Facettenneigung hängt dabei vom Abstand einer Facette 30 zur gekrümmten Kurve 90 ab. Insbesondere kann der Neigungswinkel parallel zum Richtungsvektor R_⊥ monoton und bevorzugt linear mit dem Abstand der Facette von der Kurve 90 zunehmen. Sind die Facetten mit zunehmendem Abstand von der Kurve immer stärker von der Kurve weg geneigt ausgebildet, so erscheint die Kurve unterhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs 20 zu schweben. Sind andererseits die Facetten mit zunehmendem Abstand von der Kurve immer stärker zur Kurve hin geneigt ausgebildet, so erscheint die Kurve oberhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs 20 zu schweben. Es versteht sich, dass eine Kurve keine konstante Schwebehöhe aufweisen muss, sondern dass sich die Schwebehöhe entlang der Kurve ändern kann und sogar von einer Schwebehöhe oberhalb des flächigen Motivbereichs in eine Schwebehöhe unterhalb des flächigen Motivbereichs übergehen kann oder umgekehrt.
Die Parallelkomponente N_∥ der Facettenneigung ist unabhängig vom Abstand einer Facette zur gekrümmten Kurve gewählt und variiert zufällig oder pseudozufällig in einem zweiten Winkelbereich, dessen Größe vergleichbar mit der Winkelspreizung parallel zum Richtungsvektor R_⊥ (erster Winkelbereich) ist. An den Enden 96, 98 der Kurve 90 ist der Auffächerungsbereich der Parallelkomponente N_∥ auf einen Teilbereich eingeschränkt, wie oben für eine vertikale Linie 16 beschrieben, um die Sichtbarkeit der Linienenden entsprechend der gewünschten Schwebehöhe vom Betrachtungswinkel abhängig zu machen. Ein Betrachter kann den flächigen Motivbereich 20 mit der gekrümmten Kurve 90 dann nicht nur in x- und y-Richtung kippen, sondern auch beliebig in der x-y-Ebene drehen, ohne dass der dreidimensionale Tiefeneindruck verlorengeht.
Ist die Kurve 90 eine geschlossene Kurve, ist eine Einschränkung des Auffächerungsbereiches an Linienenden natürlich nicht erforderlich. Die Kurve 90 kann eine beliebige Form haben, stellt aber bevorzugt Buchstaben, Zahlen, Symbole oder auch einfache geometrische Formen wie Kreise, Ovale, Dreiecke, Rechtecke oder Quadrate dar.
Das erfindungsgemäße Prinzip erlaubt auch die Erzeugung allgemeinerer Bewegungseffekte. Zur Erläuterung sind in den Figuren 8 und 9 zunächst nochmals die bisher beschriebenen Bewegungseffekte für ein Motiv mit einem Ring in Form einer Kreiskurve 104 zusammengefasst. In Fig. 8 zeigt die mittlere Ansicht 100-M in Aufsicht einen flächigen Motivbereich 20 mit einem gestrichelt eingezeichneten Darstellungsbereich 102, in dem die Kreiskurve 104 bei senkrechter Betrachtung in der Mittelposition sichtbar ist und unterhalb des flächigen Motivbereichs 20 zu schweben scheint. Bei Betrachtung von oben (Ansicht 100-O) wandert die Kreiskurve 104 an den oberen Rand des Darstellungsbereichs 102, bei Betrachtung von unten (Ansicht 100-U) an den unteren Rand. Entsprechend wandert die Kreiskurve 104 bei Betrachtung von rechts (Ansicht 100-R) an den rechten Rand und bei Betrachtung von links (Ansicht 100-L) an den linken Rand des Darstellungsbereichs 102. Ein solches Bewegungsverhalten entspricht dem Bewegungsverhalten eines in der. Tiefe angeordneten Objekts und erzeugt daher den dreidimensionalen Eindruck des in der Tiefe schwebenden Rings.
Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben, wird dieses Erscheinungsbild und Bewegungsverhalten beispielsweise dadurch erreicht, das die Facetten im Darstellungsbereich 102 in Richtung senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ der Kreiskurve 104 von der Kreiskurve 104 weg geneigt sind und die Neigungswinkel linear mit dem Abstand der Facette von der Kreiskurve 104 zunehmen, und dass die Neigungswinkel parallel zum Richtungsvektor R_∥ unabhängig vom Abstand zur Kreiskurve 104 zufällig oder pseudozufällig in einem Auffächerungsbereich variieren, dessen Größe vergleichbar mit der Winkelspreizung senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ ist.
In Fig. 9 zeigt die mittlere Ansicht 110-M in Aufsicht einen flächigen Motivbereich 20 mit einem gestrichelt eingezeichneten Darstellungsbereich 112, in dem die Kreiskurve 114 bei senkrechter Betrachtung in der Mittelposition sichtbar ist und oberhalb des flächigen Motivbereichs 20 zu schweben scheint. In diesem Fall wandert die Kreiskurve 114 bei Betrachtung von oben (Ansicht 110-O) an den unteren Rand des Darstellungsbereichs 112, bei Betrachtung von unten (Ansicht 110-U) an den oberen Rand, bei Betrachtung von rechts (Ansicht 110-R) an den linken Rand und bei Betrachtung von links (Ansicht 110-L) an den rechten Rand des Darstellungsbereichs 112. Ein solches Bewegungsverhalten entspricht dem Bewegungsverhalten eines über dem Motivbereich 20 angeordneten Objekts und erzeugt daher den dreidimensionalen Eindruck des über dem Motivbereich schwebenden Rings.
Ein solches Erscheinungsbild und Bewegungsverhalten wird beispielsweise dadurch erreicht, das die Facetten im Darstellungsbereich 112 in Richtung senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ der Kreiskurve 114 zu der Kreiskurve 114 hin geneigt sind und die Neigungswinkel linear mit dem Abstand der Facette von der Kreiskurve 114 zunehmen, und dass die Neigungswinkel parallel zum Richtungsvektor R_∥ unabhängig vom Abstand zur Kreiskurve 114 zufällig oder pseudozufällig in einem Auffächerungsbereich variieren, dessen Größe vergleichbar mit der Winkelspreizung senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ ist.
Anstelle eines intuitiv korrekten Bewegungsverhaltens nach Fig. 8 oder 9 können mit den beschriebenen Mikrospiegelgestaltungen auch Kurvendarstellungen mit kontraintuitivem Bewegungsverhalten erzeugt werden, bei dem das Bewegungsverhalten nicht dem eines realen Objekt entspricht. Figur 10 zeigt hierzu wiederum einen Ring 124 als Motiv, allerdings ist bei den Facetten des Darstellungsbereichs 122 bezogen auf die Gestaltungen der Figuren 8 und 9 die Rolle der Komponente N_⊥ und N_∥ vertauscht. Für jede Facette im Darstellungsbereich 122 ist also die Parallelkomponente N_∥ parallel zum Richtungsvektor R_∥ der Kreiskurve 124 geneigt und zwar mit Neigungswinkeln, die linear mit dem Abstand der Facette von der Kreiskurve 114 zunehmen. Dagegen variieren die Neigungswinkel senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ unabhängig vom Abstand zur Kreiskurve 114 zufällig oder pseudozufällig in einem Auffächerungsbereich, dessen Größe vergleichbar mit der Winkelspreizung parallel zum Richtungsvektor R_∥ ist.
Konkret zeigt in Fig. 10 die mittlere Ansicht 120-M in Aufsicht einen flächigen Motivbereich 20 mit einem gestrichelt eingezeichneten Darstellungsbereich 122, in dem die Kreiskurve 124 bei senkrechter Betrachtung in der Mittelposition sichtbar ist. Bei Betrachtung von oben (Ansicht 120-O) wandert die Kreiskurve 124 entgegen der Erwartung an den rechten Rand des Darstellungsbereichs 122, bei Betrachtung von unten (Ansicht 120-U) an den linken Rand. Entsprechend wandert die Kreiskurve 124 bei Betrachtung von rechts (Ansicht 120-R) an den unteren Rand und bei Betrachtung von links (Ansicht 120-L) an den oberen Rand des Darstellungsbereichs 122. Ein solches Bewegungsverhalten wird als orthoparallaktische Bewegung bezeichnet, da die scheinbare Bewegung der Kreiskurve 124 stets senkrecht auf der Kipprichtung und auf der intuitiv erwarteten Bewegungsrichtung steht.
Mit umgekehrten Vorzeichen der Facettenneigung parallel zum Richtungsvektor R_∥ kann natürlich auch der umkehrte Bewegungseffekt erzeugt werden, bei dem also die Kreiskurve 124 bei Betrachtung von oben an den linken Rand des Darstellungsbereichs 122 wandert, etc.
Ein Vertauschen der Rolle der Komponente N_⊥ und N_∥ entspricht einer Drehung der Neigung der Facetten bzw. Mikrospiegel um +90° oder -90°. Auch Kombinationen von Höhen-/Tiefeneffekten und orthoparallaktischen Bewegungseffekten können erzeugt werden, wenn ausgehend von einem Höhen- bzw. Tiefeneffekt die Neigung der Facetten um einen beliebigen Winkel gedreht wird, der kein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
Die oben angesprochenen Effekte können miteinander kombiniert werden, beispielsweise um das bei Fig. 1 angesprochene ungewöhnliche dreidimensionale Erscheinungsbild zu erzeugen. Dazu werden mit Bezug auf Fig. 11 für die Wertzahl "100" die Ziffern "1", "0" und "0" als Kurvendarstellungen 132, 134, 136 in einem flächigen Motivbereich 20 mit ihren jeweiligen Darstellungsbereichen 142, 144, 146 so angelegt, dass die Kurvendarstellungen 132 und 136 gemäß Fig. 8 unterhalb des Motivbereichs 20 und die Kurvendarstellung 134 gemäß Fig. 9 oberhalb des Motivbereichs 20 zu schweben scheint (Ansicht 130-M). Bei Betrachtung von oben (Ansicht 130-O) wandern dann die Kurvendarstellungen 132 und 136 an den oberen Rand ihres jeweiligen Darstellungsbereichs, während die Kurvendarstellung 134 an den unteren Rand ihres Darstellungsbereichs wandert. Bei Betrachtung von unten (Ansicht 130-U) ergibt sich das umgekehrte Erscheinungsbild, so dass sich die Ziffern beim Kippen von oben nach unten gegeneinander und aneinander vorbei zu bewegen scheinen.
Analog wandern die Kurvendarstellungen 132 und 136 bei Betrachtung von rechts (Ansicht 130-R) an den rechten Rand ihres jeweiligen Darstellungsbereichs, während die Kurvendarstellung 134 an den linken Rand ihres Darstellungsbereichs wandert. Bei Betrachtung von links (130-L) zeigt sich wiederum das umgekehrte Erscheinungsbild, so dass sich die Ziffern beim Kippen von links nach rechts anzunähern oder voneinander zu entfernen scheinen.
Solche Darstellungen sind sehr auffällig und dynamisch und daher als Sicherheitselemente für Banknoten oder andere Wertdokumente besonders gut geeignet. Anstatt verschiedene Höhen- und Tiefeneffekte zu kombinieren, können selbstverständlich auch verschiedene orthoparallaktische Bewegungseffekte kombiniert werden oder Höhen- und Tiefeneffekte einerseits mit orthoparallaktischen Bewegungseffekten andererseits kombiniert werden.
Wegen der Kleinheit der Facetten können auch mehrere Kurvendarstellungen und Bewegungseffekte im selben Flächenbereich verschachtelt angeordnet werden. Beispielsweise können erste Facetten für eine erste Kurvendarstellung mit einem ersten Bewegungseffekt und zweite Facetten für eine zweite Kurvendarstellung mit einem zweiten Bewegungseffekt schachbrettartig ineinander verschachtelt angeordnet sein.
Mit Bezug auf Fig. 12 kann der flächige Motivbereich 20 beispielsweise ein Motiv aus zwei Kreiskurven 152,154 enthalten, die innerhalb desselben Darstellungsbereichs 156 angeordnet sind und die von schachbrettartig angeordneten ersten bzw. zweiten Facetten dargestellt werden. Die beiden Kreiskurven 152, 154 zeigen dabei jeweils entgegengesetztes orthoparallaktisches Bewegungsverhalten, wie grundsätzlich bei Fig. 10 bereits erläutert. Insbesondere ist für jede Facette im Darstellungsbereich 156 die Parallelkomponente N_∥ parallel zum Richtungsvektor R_∥ der Kreiskurven 152,154 geneigt und zwar mit Neigungswinkeln, die betragsmäßig linear mit dem Abstand der Facette von der Mittelposition der Kreiskurven zunehmen (Ansicht 150-M).
Um die entgegengesetzte orthoparallaktische Bewegung zu erzeugen, ist der Neigungswinkel der zweiten Facetten parallel zum Richtungsvektor R_∥ betragsmäßig gleich, aber entgegengesetzt zu dem entsprechenden Neigungswinkel der ersten Facetten gewählt. Die Neigungswinkel senkrecht zum Richtungsvektor R_∥ werden für beide Facettenarten unabhängig vom Abstand zur Mittelposition der Kreiskurven 152,154 zufällig oder pseudozufällig in einem Auffächerungsbereich gewählt, dessen Größe vergleichbar mit der Winkelspreizung parallel zum Richtungsvektor R_∥ ist.
Durch diese Auslegung der Facetten ergibt sich das in Fig. 12 illustrierte Bewegungsverhalten des flächigen Motivbereichs 20, bei dem die Kreiskurve 152 das in Fig. 10 bereits beschriebene orthoparallaktische Bewegungsverhalten und die Kreiskurve 154 das entgegengesetzte orthoparallaktische Bewegungsverhalten zeigt, wie in den Ansichten 150-O, 150-U, 150-R und 150-L illustriert, die Ansichten bei Betrachtung von oben, unten, rechts bzw. links zeigen. Auch durch eine Verschachtelung können sehr dynamische Effekte erzeugt werden, da mehrere Kurvendarstellungen sogar innerhalb desselben Flächenbereichs unterschiedliche Bewegungseffekte zeigen. Durch die Verschachtelung zweier Facettenarten weisen die einzelnen Ringe naturgemäß eine geringere Helligkeit auf, allerdings sind die durch die Facetten erzeugten Flächenbereiche in der Regel ohnehin so hell, dass auch die geringere Helligkeit verschachtelter Darstellungen für viele Zwecke vollkommen ausreicht.

Bezugszeichenliste

10: Banknote
12: optisch variables Sicherheitselement
14: Fensterbereiche
16: Linie
16T: helle Linie in Tiefe T
20: flächiger Motivbereich
22: Darstellungsbereich
24: Detailausschnitt
30,32, 34, 36: reflektive, ebene Facetten
40,42: Position des linken bzw. rechten Auges
44: Lichtquelle
54, 56: Stelle des Flächenbereichs
60: Kernbereich
62, 64: Randbereiche
70, 72, 74, 76, 78: Auffächerungsbereiche
80, 82, 86: Betrachtungsrichtungen
84, 88: sichtbare Linienteile
85, 89: Linienenden
90: gekrümmte Kurve
92: Darstellungsbereich
94: Detailausschnitt
96, 98: Kurvenenden
100-M, O, U, R, L: Ansichten
102: Darstellungsbereich
104: Kreiskurve
110-M, O, U, R, L: Ansichten
112: Darstellungsbereich
114: Kreiskurve
120-M, O, U, R, L: Ansichten
122: Darstellungsbereich
124: Kreiskurve
130-M, O, U, R, L: Ansichten
132, 134, 136: Kurvendarstellungen
142, 144, 146: Darstellungsbereiche
150-M, O, U, R, L: Ansichten
152,154: Kreiskurven
156: Darstellungsbereich

Claims

Optisch variables Sicherheitselement (12) zur Absicherung von Wertgegenständen, das betrachtungswinkelabhängig ein Motiv mit zumindest einer Kurvendarstellung (16) zeigt, die aus einer ersten Betrachtungsrichtung innerhalb eines Darstellungsbereichs (22) in einer Mittelposition als Vorgabekurve sichtbar ist, und die sich beim Kippen des Sicherheitselements (12) um zwei unterschiedliche vorbestimmte Achsen innerhalb des Darstellungsbereichs (22) in unterschiedliche Richtungen von der Mittelposition weg bewegt, mit
- einem flächigen Motivbereich (20), der in dem Darstellungsbereich (22) mit einer Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten (30) versehen ist,

- wobei jede ebene Facette (30) durch einen Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs (20) charakterisiert ist, welcher als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente (N_∥) parallel zu der Vorgabekurve in der Mittelposition und eine Normalkomponente (N_⊥) senkrecht zu der Vorgabekurve in der Mittelposition aufweist, und wobei

- für die ebenen Facetten (30) des Darstellungsbereichs (22) eine erste der beiden Neigungskomponenten vom Abstand der jeweiligen Facette (30) zu der Vorgabekurve abhängig gewählt ist und eine zweite der beiden Neigungskomponenten in einem vorbestimmten Auffächerungsbereich unabhängig vom Abstand der jeweiligen Facette (30) zu der Vorgabekurve gewählt ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Neigungskomponente der ebenen Facetten monoton, insbesondere streng monoton mit dem Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve zunimmt oder abnimmt, vorzugsweise dass die erste Neigungskomponente linear mit dem Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve zunimmt oder abnimmt.
Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Neigungskomponente der ebenen Facetten in dem Auffächerungsbereich unregelmäßig, insbesondere gemäß einer Zufallszahlenverteilung oder einer Pseudozufallszahlenverteilung variiert.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Neigungskomponente der Facetten jeweils einen ersten bzw. zweiten Winkelbereich einnehmen und dass die Größe des zweiten Winkelbereichs zwischen 80% und 120%, vorzugsweise zwischen 90% und 110% der Größe des ersten Winkelbereichs beträgt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Neigungskomponente die Normalkomponente und die zweite Neigungskomponente die Parallelkomponente der Facetten ist, und dass die Kurvendarstellung für einen Betrachter unterhalb oder oberhalb der Ebene des flächigen Motivbereichs schwebt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Neigungskomponente die Parallelkomponente und die zweite Neigungskomponente die Normalkomponente der Facetten ist, und dass die Kurvendarstellung beim Kippen des Sicherheitselements ein orthoparallaktisches Bewegungsverhalten zeigt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvendarstellung als Vorgabekurve eine geschlossene Kurve zeigt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvendarstellung als Vorgabekurve eine Kurve mit einem oder mehreren Kurvenenden zeigt und dass der Auffächerungsbereich der zweiten Neigungskomponente der Facetten jeweils im Bereich der Kurvenenden gegenüber seiner Größe im Kurveninneren verkleinert ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvendarstellung als Vorgabekurve ein alphanumerisches Zeichen, ein Symbol oder eine geometrische Form, insbesondere einen Kreis, ein Oval, ein Dreieck, ein Rechteck, ein Sechseck, oder eine Sternform zeigt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Motiv zumindest eine erste und eine zweite Kurvendarstellung enthält, die aus einer ersten bzw. zweiten Betrachtungsrichtung innerhalb eines ersten bzw. zweiten Darstellungsbereichs in einer Mittelposition als erste bzw. zweite Vorgabekurve sichtbar ist, wobei sich die beiden Kurvendarstellungen beim Kippen des Sicherheitselements in unterschiedliche, vorzugsweise entgegengesetzte Richtungen bewegen, insbesondere, dass die Darstellungsbereiche der ersten und der zweiten Kurvendarstellung in dem flächigen Motivbereich nebeneinander oder ineinander verschachtelt angeordnet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Facetten in einen Prägelack abgeformt sind und vorzugsweise mit einer reflexionserhöhenden Beschichtung, insbesondere einer Metallisierung, einer reflektierenden Farbschicht oder einer Beschichtung mit einem Material mit hohem Brechungsindex versehen sind, oder, dass die ebenen Facetten in eine reflektierende Farbschicht eingeprägt sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexionserhöhende Beschichtung bzw. die reflektierende Farbschicht einen Farbkippeffekt aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement ein Sicherheitsfaden, ein Aufreißfaden, ein Sicherheitsband, ein Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen ist.
Datenträger mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem
- eine gewünschte Vorgabekurve und ein gewünschtes Bewegungsverhalten der Vorgabekurve beim Kippen des Sicherheitselements (12) um zwei unterschiedliche Achsen festgelegt werden,

- ein Darstellungsbereich (22) für die Vorgabekurve bestimmt wird, in dem sich die Vorgabekurve beim Kippen des Sicherheitselements (12) entsprechend dem festgelegten Bewegungsverhalten von einer Mittelposition weg bewegt,

- in einem flächigen Motivbereich (20) in dem bestimmten Darstellungsbereich (22) eine Mehrzahl reflektiver, ebener Facetten (30) mit einem Neigungswinkel gegen die Ebene des flächigen Motivbereichs (20) so angeordnet und ausgerichtet werden, dass sie als Neigungskomponenten eine Parallelkomponente (N_∥) parallel zu der Vorgabekurve in der Mittelposition und eine Normalkomponente (N_⊥) senkrecht zu der Vorgabekurve in der Mittelposition aufweisen, wobei

- für die ebenen Facetten (30) des Darstellungsbereichs (22) eine erste der beiden Neigungskomponenten vom Abstand der jeweiligen Facette (30) zu der Vorgabekurve abhängig gewählt wird und eine zweite der beiden Neigungskomponenten in einem vorbestimmten Auffächerungsbereich unabhängig vom Abstand der jeweiligen Facette zu der Vorgabekurve gewählt wird.