EP3493996B1 - Optically variable security element - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement und ein Herstellungsverfahren für ein optisch variables Sicherheitselement.The invention relates to an optically variable security element and a production method for an optically variable security element.
Optisch variable Sicherheitselemente sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise ist in der
Daneben ist aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Die genannten Sicherheitselemente weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie lediglich Reflexionsbilder erzeugen.However, the security elements mentioned have the disadvantage that they only generate reflection images.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes optisch variables Sicherheitselement zur Verfügung zu stellen, das neben Reflexionsbildern ein weiteres Sicherheitselement enthält. Es ist in einem anderen Aspekt Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes optisch variables Sicherheitselement zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to provide a further developed optically variable security element which, in addition to reflection images, contains a further security element. In another aspect, the object of the invention is to provide a production method for an optically variable security element according to the invention.
Die Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes optisch variables Sicherheitselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.The object is achieved by an optically variable security element with the features of
Die Erfindung macht von der Idee Gebrauch, zwei über eine optisch wirksame Fläche eines variablen Sicherheitselementes verteilte Sicherheitsmerkmale miteinander zu verkämmen. Dazu ist eine Reliefschicht vorgesehen, die sich entlang der optisch wirksamen Fläche des Sicherheitselementes erstreckt. Die Reliefschicht weist eine Vielzahl an baugleichen optischen Einzelelementen auf. Jedes Einzelelement weist eine Einzelelementoberfläche auf, die in Teiloberflächen aufgeteilt ist, die verschiedene gerichtete Reflexionsgrade aufweisen, und die Teiloberflächen sind derart in Gruppen eingeteilt, dass jede Gruppe eine Teiloberfläche einer Einzelelementoberfläche umfasst und jede Gruppe von Teiloberflächen ein zugehöriges betrachtungswinkelabhängiges, mit bloßem Auge sichtbares Reflexionsbild kodiert. Die Vielzahl an optischen Einzelelementen bildet ein Sicherheitsmerkmal aus, das auf der Ausbildung von Reflexionsbildern beruht.The invention makes use of the idea of intermingling two security features distributed over an optically effective surface of a variable security element. For this purpose, a relief layer is provided which extends along the optically effective surface of the security element. The relief layer has a large number of structurally identical individual optical elements. Each individual element has an individual element surface which is divided into sub-surfaces that have different directed reflectivities, and the sub-surfaces are divided into groups such that each group comprises a sub-surface of an individual element surface and each group of sub-surfaces has an associated viewing angle-dependent reflection image visible to the naked eye coded. The large number of individual optical elements forms a security feature that is based on the formation of reflection images.
Zusätzlich ist in der Reliefschicht wenigstens ein planarer Bereich vorgesehen, der sich zwischen den optischen Einzelelementen erstreckt und mit einer über den wenigstens einen planaren Bereich aufgebrachten Beugungsgitterstruktur versehen ist, die durch die vorgegebene gerichtete Beleuchtung betrachtungswinkelabhängige Beugungsmotive erzeugt, die mit bloßem Auge sichtbar sind.In addition, at least one planar area is provided in the relief layer, which extends between the individual optical elements and is provided with a diffraction grating structure applied over the at least one planar area, which creates diffraction patterns that are visible to the naked eye through the specified directional illumination.
Die Erfindung macht also von der Idee Gebrauch, zwischen den reflektierenden Einzelelementen eine Beugungsgitterstruktur vorzusehen. Bei derselben gerichteten Beleuchtung, die auch auf die Einzelelemente wirkt, bildet die Beugungsgitterstruktur betrachtungswinkelabhängige Beugungsmotive aus. Die betrachtungswinkelabhängigen Beugungsmotive und die betrachtungswinkelabhängigen Reflexionsmotive bilden erfindungsgemäß Gesamtbilder aus, die ebenfalls mit bloßem Auge sichtbar sind. Beugungsmotive und Reflexionsmotive sind miteinander verkämmt.The invention thus makes use of the idea of providing a diffraction grating structure between the individual reflective elements. With the same directional lighting that also acts on the individual elements, the diffraction grating structure forms diffraction motifs that are dependent on the viewing angle. The viewing angle-dependent diffraction motifs and the viewing angle-dependent reflection motifs form overall images according to the invention, which are also visible to the naked eye. Diffraction motifs and reflection motifs are intermingled.
Der Offenbarungsgehalt der nachveröffentlichten Patentanmeldung
Hinsichtlich der Reflexionsmotive wird ein erstes Reflexionsmotiv in erste Teilmotive zerlegt. Den ersten Teilmotiven werden erste gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet, die das Reflexionsmotiv kodieren. Vorzugsweise handelt es sich dabei entweder um Teiloberflächen mit einem hohen Reflexionsgrad, vorzugsweise vollständig reflektierend, oder um Bereiche mit einem sehr geringen Reflexionsgrad, vorzugsweise vollständig absorbierend.With regard to the reflective motifs, a first reflective motif is broken down into first sub-motifs. First directed degrees of reflection are assigned to the first sub-motifs, which encode the reflection motif. Preferably it is either Partial surfaces with a high degree of reflection, preferably completely reflective, or around areas with a very low degree of reflection, preferably completely absorbing.
Dabei wird vorzugsweise jedem Teilmotiv über die gesamte Ausdehnung des Teilmotivs jeweils ein gleicher Reflexionsgrad zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Reflexionsgrad sich über die Ausdehnung eines oder mehrerer oder aller Teilmotive verändert.In this case, each partial motif is preferably assigned the same degree of reflection over the entire extent of the partial motif. However, it is also conceivable that the degree of reflection changes over the extension of one or more or all of the partial motifs.
Erfindungsgemäß wird eine Reliefschicht mit einer Vielzahl an optischen Einzelelementen mit jeweils einer Einzelelementoberfläche gefertigt. Die optischen Einzelelemente können gleichartig oder verschiedenartig oder in zwei, drei oder jeder höheren Anzahl an Gruppen jeweils gleichartiger Elemente in der Reliefschicht angeordnet sein.According to the invention, a relief layer is produced with a multiplicity of individual optical elements, each with an individual element surface. The individual optical elements can be arranged identically or differently or in two, three or any higher number of groups of elements of the same type in the relief layer.
Vorzugsweise wird jede der Einzelelementoberflächen in disjunkte Teiloberflächen unterteilt. Dabei wird vorzugsweise jede der Einzelelementoberflächen in identische und in gleich viele Teiloberflächen unterteilt. Es werden Gruppen von Teiloberflächen gebildet, und die Anzahl der Gruppen an Teiloberflächen entspricht günstigerweise der Anzahl der kodierten Reflexionsmotive. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Anzahl der Reflexionsbereiche größer ist als die Anzahl der kodierten Motive.Each of the individual element surfaces is preferably divided into disjoint sub-surfaces. In this case, each of the individual element surfaces is preferably divided into identical and an equal number of partial surfaces. Groups of partial surfaces are formed, and the number of groups of partial surfaces advantageously corresponds to the number of coded reflection motifs. However, it is also conceivable that the number of reflection areas is greater than the number of coded motifs.
Eine erste Gruppe an Teiloberflächen verschiedener Einzelelementoberflächen wird dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet, und die dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen wird mit den ersten gerichteten Reflexionsgraden versehen. Das heißt, das in erste Teilmotive zerlegte erste Reflexionsmotiv wird in eine erste Gruppe Teiloberflächen kodiert. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, Reflexionsmotive zu verwenden, die aus schwarzer Farbe auf weißem Grund gebildet sind, und das schwarzweiß Motiv dann in Teilmotive und jedes der Teilmotive entweder vollständig schwarz oder vollständig weiß auszubilden. Wenn eines der Teilmotive ausschließlich aus weißem Hintergrund besteht, wird diesem ein über seine gesamte Ausdehnung sehr geringer Reflexionsgrad zugeordnet. Wenn das Teilmotiv ausschließlich schwarz ausgebildet ist, wird dem Teilmotiv über seine gesamte Ausdehnung ein hoher Reflexionsgrad zugeordnet. Sollte ein Teilmotiv aus Bereichen schwarzer Farbe und weißem Hintergrund bestehen, so werden dem Teilmotiv unterschiedliche erste gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet. Wesentlich an der Erfindung ist, dass die Teiloberflächen mit gerichteten Reflexionsgraden versehen werden, die Reflexion also nicht-diffus ist.A first group of partial surfaces of different individual element surfaces is assigned to the first reflective motif, and the first group of partial surfaces assigned to the first reflective motif is provided with the first directed degrees of reflection. That is to say, the first reflection motif broken down into first sub-motifs is coded into a first group of sub-surfaces. It is preferably provided here to use reflection motifs which are formed from black paint on a white background, and then to form the black and white motif in partial motifs and each of the partial motifs either completely black or completely white. If one of the partial motifs consists exclusively of a white background, this is assigned a very low degree of reflection over its entire extent. If the partial motif is designed exclusively in black, the partial motif is assigned a high degree of reflection over its entire extent. If a partial motif consists of areas of black color and a white background, different first directed degrees of reflection are assigned to the partial motif. It is essential to the invention that the partial surfaces are provided with directional degrees of reflection, that is to say the reflection is non-diffuse.
Bei Reflexion von Licht an Grenzflächen unterscheidet man zwischen gerichteter Reflexion und diffuser Reflexion. Meist tritt eine Mischung aus gerichteter und diffuser Reflexion auf. Gerichtete Reflexion tritt insbesondere auf, wenn die Oberfläche im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts hinreichend glatt ist, d. h. die Rauhigkeitsstrukturen wesentlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Gekrümmte Oberflächen und gerichtete Reflexion schließen sich nicht gegenseitig aus, als Beispiel sei hier ein Parabolspiegel eines Teleskops angegeben. Gerichtete Reflexion verhält sich gemäß "Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel", wobei bei gekrümmten Flächen der Winkel zur Flächennormalen (Normale der Tangentialfläche) ausschlaggebend ist.When light is reflected at interfaces, a distinction is made between directed reflection and diffuse reflection. Usually a mixture of directed and diffuse reflection occurs. Directed reflection occurs in particular when the surface is sufficiently smooth compared to the wavelength of the light, i.e. H. the roughness structures are much smaller than the wavelength of the light. Curved surfaces and directed reflection are not mutually exclusive; a parabolic mirror of a telescope is given here as an example. Directed reflection behaves according to "angle of incidence equals angle of reflection", with the angle to the surface normal (normal of the tangential surface) being decisive for curved surfaces.
Als Reflexionsgrad bezeichnet man das Verhältnis der reflektierten zur einfallenden Lichtintensität. Als gerichteter Reflexionsgrad wird im Folgenden das Verhältnis der gerichtet reflektierten zur einfallenden Lichtintensität bezeichnet. Man kann den gerichteten Reflexionsgrad auch als Spiegelungsgrad bezeichnen. Für Anwendungen als optisch variables Sicherheitselement sind vor allem die gerichteten Reflexionsgrade im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts (ca. 400 nm - 700 nm) von Interesse. Besonders hohe Reflexionsgrade haben hier Metalle, z. B. Aluminium, Silber, Gold, Kupfer usw. Dies ist besonders interessant, da durch Bedampfen, Galvanisieren oder durch Bedruckung mit einem Metallpigmentlack dünne und glatte hochreflektierende Schichten erzeugt werden können.The degree of reflection is the ratio of the reflected to the incident light intensity. The ratio of the directionally reflected to the incident light intensity is referred to below as the directional reflectance. The directional reflectance can also be referred to as the degree of reflection. For applications as an optically variable security element, the directed reflectivities in the visible wavelength range of light (approx. 400 nm - 700 nm) are of particular interest. Metals have particularly high degrees of reflection here, e.g. B. aluminum, silver, gold, copper, etc. This is particularly interesting because thin and smooth highly reflective layers can be created by vapor deposition, electroplating or printing with a metal pigment paint.
Das erfindungsgemäße optische variable Sicherheitselement beruht auf unterschiedlicher gerichteter Reflexion. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der maximale gerichtete Reflexionsgrad eines erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselements besonders hoch ist, vorzugsweise zumindest in einem sichtbaren Wellenlängenbereich mehr als 5 %, vorzugsweise mehr als 10 %, vorzugsweise mehr als 50 % und in optimaler Weise mehr als 90 % beträgt.The optical variable security element according to the invention is based on differently directed reflection. It is therefore particularly advantageous if the maximum directional reflectance of an optically variable security element according to the invention is particularly high, preferably at least in a visible wavelength range more than 5%, preferably more than 10%, preferably more than 50% and optimally more than 90% amounts.
Die Beleuchtung des optisch variablen Sicherheitselementes erfolgt vorzugsweise nicht-diffus.The optically variable security element is preferably illuminated in a non-diffuse manner.
Als diffus wird eine Beleuchtung bezeichnet, die gleichmäßig aus allen Richtungen auf das optisch variable Sicherheitselement trifft, beispielsweise Tageslicht im Freien bei Bewölkung oder eine ausgedehnte Flächenlichtquelle oder indirektes Licht, welches durch eine große beleuchtete Fläche erzeugt wird. Als nicht-diffus wird eine Beleuchtung bezeichnet, die aus einem kleinen und mittleren Raumwinkelbereich auf das optisch variable Sicherheitselement trifft, beispielsweise eine Punktlichtquelle, ein Spotlicht, eine Glühbirne, eine Lampe, eine Neonröhre, ein Fenster oder Sonnenlicht.Diffuse is a lighting that hits the optically variable security element uniformly from all directions, for example daylight outdoors when it is cloudy or an extended surface light source or indirect light that shines through a large illuminated area is generated. Lighting that strikes the optically variable security element from a small and medium solid angle range, for example a point light source, a spot light, a light bulb, a lamp, a neon tube, a window or sunlight, is referred to as non-diffuse.
Hierbei ist zu beachten, dass die Unterscheidung zwischen nicht-diffuser und diffuser Lichtquelle durchaus fließend verläuft und durchaus eine nicht-diffuse Beleuchtung durch einen wolkenlosen Himmel bei Sonnenschein und eine diffuse Beleuchtung bei einem bewölkten Himmel realisiert sein kann. Ob sich das erfindungsgemäße optisch variable Verhalten des Wechselns zwischen den Motiven einstellt, hängt auch von der Größe der Reflexionsbereiche ab, die kleiner gewählt werden können, je nicht-diffuser das einfallende Licht ist.It should be noted here that the distinction between non-diffuse and diffuse light sources is quite fluid and that non-diffuse lighting can be implemented through a cloudless sky when the sun is shining and diffuse lighting when the sky is cloudy. Whether the optically variable behavior according to the invention of changing between the motifs is established also depends on the size of the reflection areas, which can be selected to be smaller, the more non-diffuse the incident light is.
Die Erfindung beruht auf der gerichteten Reflexion von Licht auf gekrümmten Oberflächen. Wird eine gerichtet reflektierende gekrümmte Oberfläche von einer nicht-diffusen Lichtquelle beleuchtet, so kann ein Betrachter einen Reflex der Lichtquelle auf der gerichtet reflektierenden gekrümmten Oberfläche an einem Ort der Oberfläche erkennen, an dem die Flächennormale der Oberfläche parallel zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen einer Geraden von der Lichtquelle zum Ort auf der Oberfläche und einer Geraden vom Betrachter zum Ort auf der Oberfläche ist. Dies entspricht dem Reflexionsgesetz "Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel" und kann je nach Krümmung an mehreren Orten auf einer gekrümmten Oberfläche erfüllt sein, so dass ein Betrachter mehrere spiegelnde Reflexe an unterschiedlichen Positionen wahrnehmen kann. An Orten, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist oder die nicht gerichtet reflektieren, kann der Betrachter keinen spiegelnden Reflex wahrnehmen. Die Orte, an denen spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden, sind bei einer gekrümmten Oberfläche abhängig von der Position der Lichtquelle und von der Position des Betrachters relativ zur gekrümmten Oberfläche. Werden diese Positionen geändert, so ändern sich auch die Orte an der Oberfläche, an denen ein spiegelnder Reflex wahrgenommen wird. So können z. B. von unterschiedlichen Betrachtungspositionen aus unterschiedliche spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden.The invention is based on the directional reflection of light on curved surfaces. If a directionally reflecting curved surface is illuminated by a non-diffuse light source, a viewer can see a reflection of the light source on the directionally reflecting curved surface at a location on the surface where the surface normal of the surface is parallel to the bisector of the angle between a straight line from the light source to the location on the surface and a straight line from the viewer to the location on the surface. This corresponds to the law of reflection "angle of incidence equals angle of reflection" and, depending on the curvature, can be fulfilled at several locations on a curved surface, so that a viewer can perceive several specular reflections at different positions. The viewer cannot perceive a specular reflex in places where this condition is not fulfilled or where there is no directional reflection. In the case of a curved surface, the locations at which specular reflections are perceived are dependent on the position of the light source and on the position of the viewer relative to the curved surface. If these positions are changed, the places on the surface where a reflective reflex is perceived also change. So z. B. different reflective reflections can be perceived from different viewing positions.
Erfindungsgemäß sind die gekrümmte Oberfläche und die unterschiedlich gerichtet reflektierenden Teiloberflächen so aufeinander abgestimmt, dass ein Betrachter aus verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedliche Reflexionsmotive wahrnimmt. Diese Reflexionsmotive sind aus spiegelnden Reflexen zusammengesetzt. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass ein spiegelnder Lichtreflex je nach Reflexionsgrad eine große Helligkeit besitzen kann und somit auch das zusammengesetzte Reflexionsmotiv. Je größer der maximale gerichtete Reflexionsgrad der Oberfläche ist, desto heller erscheint das Reflexionsmotiv.According to the invention, the curved surface and the sub-surfaces reflecting in different directions are coordinated with one another in such a way that a viewer perceives different reflection motifs from different viewing angles. These reflection motifs are composed of specular reflections. One advantage of the invention is that a specular light reflex has great brightness depending on the degree of reflection can own and thus also the composite reflection motif. The greater the maximum directional degree of reflection of the surface, the brighter the reflection motif appears.
Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf. Herkömmliche optisch variable Sicherheitselemente, bei denen die Informationsschicht direkt an die Reliefstruktur angrenzt, beruhen auf Abschattung. Dadurch muss der Winkelbereich, der benötigt wird, um zwei verschiedene Bilder getrennt voneinander darstellen zu können, sehr groß sein. Um zwei Bilder durch Abschattung vollständig voneinander zu trennen, müssen sie auf Flächen angeordnet sein, die einen Winkel von 90° zueinander haben. Wird der Winkel verkleinert, ist die Abschattung nicht mehr vollständig. Dadurch können in einem optisch variablen Sicherheitselement nicht sehr viele unterschiedliche Motive kodiert werden. Im Falle von vierseitigen Pyramiden sind dies z. B. nur vier, im Falle von Wellblechstrukturen nur zwei.The invention has clear advantages over the prior art. Conventional optically variable security elements in which the information layer directly adjoins the relief structure are based on shadowing. This means that the angular range that is required to be able to display two different images separately from one another must be very large. In order to completely separate two images from each other by shading, they must be arranged on surfaces that have an angle of 90 ° to each other. If the angle is reduced, the shadowing is no longer complete. As a result, not very many different motifs can be coded in an optically variable security element. In the case of four-sided pyramids, these are z. B. only four, in the case of corrugated iron structures only two.
Eine Abschattung erweist sich gemäß der Erfindung überraschenderweise als nicht notwendig. Der Betrachter sieht aus einem bestimmten Betrachtungswinkel die spiegelnden Reflexe, aus denen das Reflexionsmotiv für diesen Betrachtungswinkel zusammengesetzt wird. Zusätzlich sind in diesem Betrachtungswinkel prinzipiell auch alle oder einige andere Teiloberflächen zu sehen (nicht abgeschattet), d. h. die Gruppen von Teiloberflächen unterschiedlichen Reflexionsgrades, die für andere Betrachtungswinkel vorgesehen sind. Insofern müsste eigentlich eine Überlagerung mehrerer Reflexionsmotive wahrgenommen werden. Die störenden Reflexionsmotive sind jedoch im Vergleich zu den spiegelnden Reflexen so dunkel, dass sie nur als homogener Hintergrund wahrgenommen werden. Diese Wahrnehmung als homogener Hintergrund wird weiterhin durch kleine laterale Größe der Strukturen verstärkt, die vorzugsweise kleiner ist als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges.Surprisingly, shading proves to be unnecessary according to the invention. From a certain viewing angle, the viewer sees the specular reflections from which the reflection motif is composed for this viewing angle. In addition, all or some other partial surfaces can in principle also be seen in this viewing angle (not shaded), i.e. H. the groups of partial surfaces of different reflectance, which are provided for other viewing angles. In this respect, a superimposition of several reflection motifs should actually be perceived. The annoying reflection motifs are so dark compared to the reflective reflections that they are only perceived as a homogeneous background. This perception as a homogeneous background is further enhanced by the small lateral size of the structures, which is preferably smaller than the resolution of the human eye.
Vorzugsweise werden Positionen der ersten Gruppe von Teiloberflächen auf den Einzelelementoberflächen ermittelt, indem aus einem vorgegebenen ersten Betrachtungswinkel eine Position einer sichtbaren gerichteten Reflexion einer Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt wird und um die Positionen der Reflexe der gerichteten Reflexionen herum die einem ersten Reflexionsmotiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird. Die erste Gruppe an Teiloberflächen, die einem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet wird, wird also derart auf den einzelnen Elementoberflächen verteilt, dass aus einem vorgegebenen Betrachtungswinkel in einem bestimmten Winkel auf das optisch variable Sicherheitselement erste Reflexe einer vorzugsweise virtuellen Punktlichtquelle oder einer realen nicht-diffusen Lichtquelle gebildet werden und um die ersten Reflexe die erste Gruppe an Teiloberflächen gebildet wird, auf die dann die Teilmotive des ersten Reflexionsmotives verteilt werden.Preferably, positions of the first group of partial surfaces on the individual element surfaces are determined by determining a position of a visible, directed reflection of a light source on each of the individual element surfaces from a predetermined first viewing angle and the first group assigned to a first reflection motif around the positions of the reflections of the directed reflections is arranged on partial surfaces. The first group of partial surfaces, which is assigned to a first reflection motif, is thus distributed on the individual element surfaces in such a way that from a predetermined viewing angle in one First reflections of a preferably virtual point light source or a real non-diffuse light source are formed on the optically variable security element at a certain angle and the first group of partial surfaces is formed around the first reflections, on which the partial motifs of the first reflection motif are then distributed.
Das erfindungsgemäße optisch variable Sicherheitselement entsteht vorzugsweise, wenn wenigstens ein weiteres Motiv in jeweils weitere Teilmotive zerlegt wird, denen jeweils weitere gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet werden, die jeweils das weitere Reflexionsmotiv kodieren, und die Einzelelementoberflächen in weitere Gruppen von Teiloberflächen unterteilt werden und weitere Gruppen von Teiloberflächen verschiedener Einzelelementoberflächen jeweils einem weiteren Reflexionsmotiv zugeordnet werden und die dem wenigstens einen weiteren Reflexionsmotiv zugeordneten weiteren Gruppen an Teiloberflächen mit den jeweils weiteren gerichteten Reflexionsgraden versehen werden. Unter einem weiteren Reflexionsmotiv ist hier wie auch im Weiteren mehr als ein einzelnes weiteres Motiv, nämlich auch zwei, drei oder jede noch höhere Anzahl an Motiven zu verstehen.The optically variable security element according to the invention is preferably created when at least one further motif is broken down into further sub-motifs, each of which is assigned further directed degrees of reflection that encode the further reflection motif, and the individual element surfaces are subdivided into further groups of sub-surfaces and further groups of sub-surfaces different individual element surfaces are each assigned to a further reflection motif and the further groups of sub-surfaces assigned to the at least one further reflection motif are provided with the respective further directed degrees of reflection. A further reflection motif is to be understood here as in the following as well as more than a single further motif, namely also two, three or any even higher number of motifs.
Dabei wird nicht nur ein erstes Reflexionsmotiv, sondern auch wenigstens ein weiteres Reflexionsmotiv auf dem optisch variablen Sicherheitselement kodiert, wobei günstigerweise wenigstens ein von dem ersten Betrachtungswinkel abweichender weiterer Betrachtungswinkel gewählt wird und wenigstens eine weitere Position wenigstens einer weiteren gerichteten Reflexion der Lichtquelle auf jede der einzelnen Elementoberflächen ermittelt wird und um die wenigstens eine weitere Position der wenigstens einen weiteren gerichteten Reflexion herum die dem wenigstens einen weiteren Reflexionsmotiv zugeordnete weitere Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird. Mehrere Reflexionsmotive können in einer zweidimensionalen Reliefschicht oder einer eindimensionalen Reliefschicht ausgebildet werden, wie im Folgenden ausgeführt wird.Not only a first reflection motif, but also at least one further reflection motif is coded on the optically variable security element, with at least one further viewing angle different from the first viewing angle being advantageously selected and at least one further position of at least one further directed reflection of the light source on each of the individual ones Element surfaces is determined and around the at least one further position of the at least one further directed reflection the further group of partial surfaces assigned to the at least one further reflection motif is arranged. Several reflection motifs can be formed in a two-dimensional relief layer or a one-dimensional relief layer, as will be explained below.
Prinzipiell funktioniert die Erfindung mit beliebigen Reliefs, also gekrümmten Oberflächen, die Bereiche unterschiedlicher gerichteter Reflexionsgrade enthalten. Auch komplett zufällig gewählte Freiformflächen sind möglich. In diesem Fall ist die Berechnung, welche Flächenelemente mit welchem Reflexionsgrad belegt werden, sehr komplex und muss mithilfe von 3D Programmen und Simulationen ermittelt werden. Auch die Herstellung solcher Elemente erweist sich als sehr komplex. Aus diesem Grund sind Reliefs zu bevorzugen, die zumindest in Teilbereichen sich wiederholende Einzelstrukturen aufweisen. Grundsätzlich kann man bei den sich wiederholenden Einzelstrukturen zwischen zweidimensionalen und im Wesentlichen eindimensionalen Einzelstrukturen unterscheiden.In principle, the invention works with any reliefs, that is to say with curved surfaces that contain areas of different directed degrees of reflection. Completely randomly selected free-form surfaces are also possible. In this case, the calculation of which surface elements are covered with which degree of reflection is very complex and has to be determined with the help of 3D programs and simulations. The production of such elements is also very complex. For this reason, reliefs are to be preferred which have repeating individual structures at least in partial areas. Basically you can with the repeating individual structures differentiate between two-dimensional and essentially one-dimensional individual structures.
Bei sich wiederholenden zweidimensionalen Einzelelementen wird jedes einzelne der M sich wiederholenden Einzelelemente als ein Mehrfachmotivpunkt aufgefasst. Die wahrgenommene Helligkeit einer Teiloberfläche der Mehrfachmotivpunkte ist abhängig von Position und Lage der Lichtquelle, des Sicherheitselements und des Betrachters sowie des gerichteten Reflexionsgrads an der Stelle, an der der Reflex erscheint. Die M Mehrfachmotivpunkte werden jeweils in N Teiloberflächen unterteilt, wobei jede der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte mit einem von M Teilmotiven eines von N Motiven korrespondiert. Der gerichtete Reflexionsgrad der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte wird entsprechend der Helligkeit des korrespondierenden Teilmotivs des Motivs eingestellt. Hat z. B. das korrespondierende Teilmotiv eine geringe Helligkeit, wird ein niedriger gerichteter Reflexionsgrad eingestellt und umgekehrt. Jedes der N Motive kann dann von einem Betrachter aus einem anderen Betrachtungswinkel durch spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden.In the case of repeating two-dimensional individual elements, each individual one of the M repeating individual elements is interpreted as a multiple motif point. The perceived brightness of a partial surface of the multiple motif points depends on the position and location of the light source, the security element and the viewer as well as the directed degree of reflection at the point where the reflex appears. The M multiple motif points are each subdivided into N sub-surfaces, each of the N sub-surfaces of the M multiple motif points corresponding to one of M sub-motifs of one of N motifs. The directional reflectance of the N partial surfaces of the M multiple motif points is adjusted according to the brightness of the corresponding partial motif of the motif. Has z. B. the corresponding partial motif has a low brightness, a lower directed reflectance is set and vice versa. Each of the N motifs can then be perceived by a viewer from a different viewing angle through specular reflections.
Vorteilhafterweise werden die zweidimensionalen Strukturen in einem regelmäßigen zweidimensionalen Raster wiederholt. Ein solches Raster kann orthogonal, hexagonal oder anderweitig regelmäßig sein. Die Einzelelemente können konkav, konvex oder konvex/konkav sein. Beispielsweise bestehen die Einzelelemente aus Halbkugeln, Kugelabschnitten, Halbellipsoiden, Ellipsoidenabschnitten, Parabolabschnitten oder Strukturen mit geringen Abweichungen davon oder anderweitig gewölbten Einzelelementen.The two-dimensional structures are advantageously repeated in a regular two-dimensional grid. Such a grid can be orthogonal, hexagonal or otherwise regular. The individual elements can be concave, convex or convex / concave. For example, the individual elements consist of hemispheres, spherical segments, semi-ellipsoids, ellipsoidal segments, parabolic segments or structures with slight deviations therefrom or individual elements curved in some other way.
Als im Wesentlichen eindimensional werden Einzelelemente des optisch variablen Sicherheitselementes bezeichnet, deren Länge deutlich größer als deren Breite ist und deren Schnittbild senkrecht zur langen Achse entlang dieser Achse in Längsrichtung im Wesentlichen gleich ist.Individual elements of the optically variable security element whose length is significantly greater than their width and whose sectional image perpendicular to the long axis along this axis is essentially the same in the longitudinal direction are referred to as essentially one-dimensional.
Bei sich wiederholenden, im Wesentlichen eindimensionalen Einzelelementen wird jedes einzelne der K sich wiederholenden Einzelelemente als eine Motivlinie aufgefasst. Diese Motivlinie ist parallel zur eindimensionalen Struktur in M Mehrfachmotivpunkte aufgeteilt. Die wahrgenommene Helligkeit einer Teiloberfläche des Mehrfachmotivpunktes ist abhängig von Position und Lage der Lichtquelle, des Einzelelements und des Betrachters sowie des gerichteten Reflexionsgrads an der Stelle, an der der Reflex erscheint. Die Lichtquelle sollte in diesem Fall eine Mindestausdehnung haben, die der Größe des optisch variablen Sicherheitselements entspricht. Die M Mehrfachmotivpunkte werden jeweils in N Reflexionsbereiche unterteilt, wobei jeder der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte zu einem von M Teilmotiven eines von N Motiven korrespondiert. Der gerichtete Reflexionsgrad der N Reflexionsbereiche der M Mehrfachmotivpunkte wird entsprechend der Helligkeit des korrespondierenden Mehrfachmotivpunkts des Motivs eingestellt. Hat z. B. der korrespondierende Mehrfachmotivpunkt eine geringe Helligkeit, wird ein niedriger gerichteter Reflexionsgrad eingestellt und umgekehrt. Jedes der N Motive kann dann von einem Betrachter aus einer anderen Position durch spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden.In the case of repeating, essentially one-dimensional individual elements, each individual K repeating individual element is understood as a motif line. This motif line is divided into M multiple motif points parallel to the one-dimensional structure. The perceived brightness of a partial surface of the multiple motif point depends on the position and location of the light source, the individual element and the viewer as well as the directed degree of reflection at the point at which the reflex appears. In this case, the light source should have a minimum dimension that is the size of the optical corresponds to variable security elements. The M multiple motif points are each subdivided into N reflection areas, with each of the N partial surfaces of the M multiple motif points corresponding to one of M partial motifs of one of N motifs. The directional reflectance of the N reflection areas of the M multiple motif points is set in accordance with the brightness of the corresponding multiple motif point of the motif. Has z. B. the corresponding multiple motif point has a low brightness, a lower directional reflectivity is set and vice versa. Each of the N motifs can then be perceived by a viewer from a different position through reflective reflections.
Vorteilhafterweise werden die eindimensionalen Einzelelemente in einem regelmäßigen Raster wiederholt. Die Einzelelemente können konkav, konvex oder konvex/konkav sein. Beispielsweise bestehen die Schnittbilder der Einzelelemente aus Halbkreisen, Kreisabschnitten, Ellipsenabschnitten, Parabelabschnitten oder Strukturen mit geringen Abweichungen davon oder anderweitig gewölbten Strukturen.The one-dimensional individual elements are advantageously repeated in a regular grid. The individual elements can be concave, convex or convex / concave. For example, the sectional images of the individual elements consist of semicircles, circular segments, elliptical segments, parabolic segments or structures with slight deviations therefrom or otherwise curved structures.
Vorteilhafterweise werden Positionen der ersten Gruppe an Teiloberflächen auf den Einzelelementoberflächen ermittelt, indem aus einer vorgegebenen ersten Betrachterposition eine Position eines ersten Reflexes einer sichtbaren gerichteten Reflexion einer Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt wird und indem um die Positionen der ersten Reflexe der gerichteten Reflexionen herum die einem ersten Motiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird.Advantageously, positions of the first group of partial surfaces on the individual element surfaces are determined by determining a position of a first reflection of a visible directional reflection of a light source on each of the individual element surfaces from a predetermined first observer position and by determining the positions of the first reflections of the directional reflections The first group associated with the first motif is arranged on partial surfaces.
Bei mehreren Motiven, die aus unterschiedlichen Betrachterpositionen und vorzugsweise nur aus genau diesen Betrachterpositionen wahrgenommen werden können, wird eine von der ersten Betrachterposition abweichende weitere Betrachterposition gewählt und eine Position eines weiteren Reflexes einer weiteren gerichteten Reflexion der Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt, und um die Positionen der weiteren Reflexe der weiteren gerichteten Reflexion herum werden die dem weiteren Motiv zugeordneten weiteren Reflexionsbereiche angeordnet.In the case of several motifs that can be perceived from different observer positions and preferably only from precisely these observer positions, a further observer position that deviates from the first observer position is selected and a position of a further reflection of a further directed reflection of the light source on each of the individual element surfaces is determined, and around the The further reflection areas assigned to the further motif are arranged around positions of the further reflections of the further directed reflection.
Eine nicht-diffuses Licht aussendende Lichtquelle erzeugt Reflexe auf den Einzelelementoberflächen. Die Reflexe sind hell, wenn der Reflexionsgrad hoch ist und dunkel, wenn der Reflexionsgrad niedrig ist. Die Position der Reflexe auf der Einzelelementoberfläche hängt von dem Betrachterwinkel ab, mit dem der Betrachter auf das optisch variable Sicherheitselement blickt bei einer vorgegebenen Lage des Sicherheitselementes und einer relativ zum Sicherheitselement vorgegebenen Anordnung der Lichtquelle. Je nach Betrachterwinkel wandern die Reflexe auf den Einzelelementoberflächen entlang. Die einem Reflexionsmotiv zugeordnete Gruppe an Teiloberflächen wird grundsätzlich so gewählt, dass weitere Reflexe, die einem weiteren Reflexionsmotiv zugeordnet sind, nicht aus der ersten Betrachterposition wahrgenommen werden können und umgekehrt erste Reflexe, die dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet sind, nicht aus einer weiteren Betrachterposition wahrgenommen werden können.A light source emitting non-diffuse light generates reflections on the individual element surfaces. The reflections are bright when the reflectance is high and dark when the reflectance is low. The position of the reflections on the individual element surface depends on the observer angle with which the observer looks at the optically variable security element given a predetermined position of the security element and a predetermined arrangement relative to the security element the light source. Depending on the viewing angle, the reflections wander along the individual element surfaces. The group of partial surfaces assigned to a reflection motif is generally chosen so that further reflections, which are assigned to a further reflection motif, cannot be perceived from the first observer position and, conversely, first reflections, which are assigned to the first reflection motif, cannot be perceived from a further observer position can.
Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Reflexionsbereiche und die weiteren Reflexionsbereiche einfallendes Licht gerichtet reflektieren.Furthermore, it is preferably provided that the reflection areas and the further reflection areas reflect incident light in a directed manner.
Günstigerweise ist die Profilschicht derart ausgebildet, dass die ersten und die weiteren Reflexionsbereiche bei nicht-diffusem Lichteinfall aus der weiteren Betrachterposition bzw. der ersten Betrachterposition nicht zu erkennen sind und bei diffusem Lichteinfall sowohl das erste als auch das weitere Reflexionsmotiv sowohl aus der ersten als auch aus der weiteren Betrachterposition zu erkennen sind.The profile layer is advantageously designed in such a way that the first and the further reflection areas cannot be seen in the case of non-diffuse incidence of light from the further observer position or the first observer position and, in the case of diffuse incidence of light, both the first and the further reflection motifs from both the first and can be seen from the further observer position.
Die ersten und die weiteren Reflexionsbereiche sind günstigerweise so angeordnet, dass sie sich gegenseitig nicht abschatten, also gemeinsam im Blickbereich des Betrachters in vorzugsweise jeder der Betrachterpositionen liegen. Reflexe sind jedoch bei gerichteter Reflexion für den Betrachter nur dann zur erkennen, wenn er sich in der ersten oder in der weiteren Betrachterposition befindet.The first and the further reflection areas are expediently arranged in such a way that they do not shade one another, that is to say they are together in the viewing area of the observer in preferably each of the observer positions. In the case of directed reflection, however, reflections can only be recognized by the observer when he is in the first or in the further observer position.
Gegenüber bekannten Reliefs kann die erfindungsgemäße Reliefschicht sehr geringe Reliefhöhen aufweisen, um den gewünschten Wechseleffekt oder Kippeffekt zu erzielen. Günstigerweise liegen die Ausdehnungen der Einzelelemente in einer Größenordnung unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges, das bei 80 µm liegt.Compared to known reliefs, the relief layer according to the invention can have very low relief heights in order to achieve the desired alternating effect or tilting effect. The dimensions of the individual elements are favorably in an order of magnitude below the resolution of the eye, which is 80 μm.
Gefertigt wurden bereits Einzelelemente mit einem Durchmesser von 40 µm, die sich bei einer kugelabschnittförmigen Gestalt der Einzelelemente in einer Höhe von 2,5 µm bis 3 µm über eine Ebene des Sicherheitselementes erheben. Bei einer derart geringen Höhe eines Kugelabschnitts kann, abgesehen von extremen Blickwinkeln von 0° über der Ebene des Sicherheitselementes, beinahe die gesamte Einzelelementoberfläche gesehen werden.Individual elements with a diameter of 40 µm have already been produced which, with a spherical segment-shaped shape of the individual elements, rise at a height of 2.5 µm to 3 µm above a plane of the security element. With such a low height of a spherical segment, apart from extreme viewing angles of 0 ° above the plane of the security element, almost the entire surface of the individual element can be seen.
Eine Informationsschicht wird günstigerweise auf die Reliefschicht aufgebracht, indem nur die Reflexionsbereiche mit hohem Reflexionsgrad mit einem metallhaltigen Lack bedruckt werden. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reliefschicht zunächst vollständig metallisiert und danach die Informationsschicht ausgebildet, indem Reflexionsbereiche mit niedrigem Reflexionsgrad entmetallisiert werden. Die Entmetallisierung kann vorzugsweise mit einem Laserlithographen erfolgen. Verwendete Laserlithographen werden fokussiert auf die metallisierte Schicht gebündelt. In praktischen Ausführungsformen weist ein Durchmesser des fokussierten Laserstrahls etwa 8 µm auf, so dass auf Einzelelemente mit einem Durchmesser von etwa 40 µm fünf verschiedene Teilmotive aufgebracht werden können.An information layer is advantageously applied to the relief layer in that only the reflection areas with a high degree of reflection are printed with a metal-containing lacquer. In another embodiment of the method according to the invention, the relief layer is first completely metallized and then the information layer formed by demetalling reflection areas with low reflectance. The demetallization can preferably take place with a laser lithograph. The laser lithographs used are focused and bundled onto the metallized layer. In practical embodiments, the diameter of the focused laser beam is approximately 8 μm, so that five different partial motifs can be applied to individual elements with a diameter of approximately 40 μm.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reliefschicht mit einem Releaselack in Reflexionsbereichen mit geringem Reflexionsgrad beschichtet, die Reliefschicht dann vollständig verspiegelt, und der Releaselack wird anschließend ausgewaschen. Alternativ dazu kann die Reliefschicht mit einem Haftvermittlungslack in den Reflexionsbereichen mit hohem Reflexionsgrad beschichtet werden, die Reliefschicht dann vollständig verspiegelt werden und die Verspiegelung der Reliefschicht in den Reflexionsbereichen ohne Haftvermittlungslack ausgewaschen werden.In another embodiment of the method according to the invention, the relief layer is coated with a release lacquer in reflection areas with a low degree of reflection, the relief layer is then completely mirrored, and the release lacquer is then washed out. Alternatively, the relief layer can be coated with an adhesion promoting lacquer in the reflection areas with a high degree of reflection, the relief layer can then be completely mirrored and the mirroring of the relief layer in the reflection areas can be washed out without adhesion promoting lacquer.
Erfindungsgemäß sind zwischen den Einzelelementen planare Bereiche vorgesehen. Diese planaren Bereiche können zusammenhängend oder nicht zusammenhängend sein. Die planaren Bereiche enthalten eine Beugungsgitterstruktur. Die Beugungsgitterstruktur kann Beugungsgitter einer ersten Gruppe an Beugungsgittern und Beugungsgitter mehrerer Gruppen an Beugungsgittern aufweisen. Eine Gruppe an Beugungsgittern wird durch denselben Beugungsgittertyp definiert, so dass sie die gleichen Beugungseigenschaften aufweisen, also insbesondere die gleiche Gitterkonstante bzw. die gleichen Gitterkonstanten aufweisen. Bei dem Beugungsgitter kann es sich um ein Liniengitter oder um ein Rastergitter handeln.According to the invention, planar areas are provided between the individual elements. These planar areas can be contiguous or discontinuous. The planar areas contain a diffraction grating structure. The diffraction grating structure can have diffraction gratings of a first group of diffraction gratings and diffraction gratings of several groups of diffraction gratings. A group of diffraction gratings is defined by the same diffraction grating type, so that they have the same diffraction properties, that is to say in particular have the same grating constant or the same grating constants. The diffraction grating can be a line grating or a raster grating.
Es kann eine Gruppe oder es können mehrere Gruppen von Beugungsgittern vorgesehen sein, wobei sich jede Gruppe von Beugungsgittern dadurch auszeichnet, dass sie Beugungsgitter desselben Beugungsgittertyps aufweist.One group or several groups of diffraction gratings can be provided, each group of diffraction gratings being distinguished by the fact that it has diffraction gratings of the same diffraction grating type.
Die Beugungsgitter einer Gruppe können ein zusammenhängendes oder mehrere Teilbeugungsgitter ausbilden. Jede Gruppe der Teilbeugungsgitter kodiert jeweils ein Beugungsmotiv.The diffraction gratings of a group can form a contiguous or several partial diffraction gratings. Each group of partial diffraction gratings encodes a diffraction motif.
Sowohl die Beugungsmotive als auch die Reflexionsmotive sind mit bloßem Auge sichtbar. Das optisch variable Sicherheitselement wird sowohl hinsichtlich der Beugungsgitterstruktur als auch hinsichtlich der Einzelelemente mit derselben gerichteten Beleuchtungsquelle beleuchtet und aus demselben Betrachtungswinkel mit bloßem Auge betrachtet.Both the diffraction motifs and the reflection motifs are visible to the naked eye. The optically variable security element is illuminated both with regard to the diffraction grating structure and with regard to the individual elements with the same directed illumination source and viewed with the naked eye from the same viewing angle.
Erfindungsgemäß sind die Geometrie und die Anordnung der Einzelelemente sowie die Geometrie und Anordnung der Beugungsgitter so aufeinander abgestimmt, dass die betrachtungswinkelabhängigen Reflexionsmotive und die betrachtungswinkelabhängigen Beugungsmotive betrachtungswinkelabhängige Gesamtmotive erzeugen, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Durch die Verkämmung der Einzelelemente und des Beugungsgitters oder der Beugungsgitter sind die Reflexionsmotive und die Beugungsmotive entlang der gleichen optisch wirksamen Fläche des optisch variablen Sicherheitselementes erkennbar. Sie können direkt nebeneinander angeordnet sein, sich abwechseln und ergänzen.According to the invention, the geometry and the arrangement of the individual elements and the geometry and arrangement of the diffraction gratings are coordinated so that the viewing angle-dependent reflection motifs and the viewing angle-dependent diffraction motifs generate viewing angle-dependent overall motifs that are visible to the naked eye. By intermingling the individual elements and the diffraction grating or the diffraction grating, the reflection motifs and the diffraction motifs can be recognized along the same optically effective surface of the optically variable security element. They can be arranged right next to one another, alternate and complement one another.
Der Begriff des Gesamtmotivs ist hier breit zu verstehen. Zum einen sind darunter Gesamtmotive zu verstehen, die im selben Betrachtungswinkel wenigstens ein Beugungsmotiv und wenigstens ein Reflexionsmotiv umfassen. Wenn der Betrachter aus einem Betrachtungswinkel auf das optisch variable Sicherheitselement sieht, nimmt er gleichzeitig sowohl ein Beugungs- als auch ein Reflexionsmotiv wahr. Dabei sind unterschiedliche Ausprägungen des gleichzeitigen Zusammenwirkens denkbar. Das Beugungs- und das Reflexionsmotiv können nebeneinander angeordnet sein und dabei jeweils für sich lesbare Motive bilden; beispielsweise kann sowohl das Beugungs- als auch das Reflexionsmotiv jeweils einen Buchstaben oder eine Buchstabenabfolge, eine Zahl oder eine Zahlenfolge oder Mischungen aus beiden o. Ä. ausbilden, und das Gesamtmotiv ist ein Wort, ein Sicherheitscode o. Ä., das bzw. der sich aus den einzelnen Buchstaben, Buchstabenabfolgen, Zahlen oder den Zahlenfolgen beider Motivarten zusammensetzt.The concept of the overall motif is to be understood broadly here. On the one hand, this is to be understood as meaning overall motifs which include at least one diffraction motif and at least one reflection motif in the same viewing angle. When the viewer looks at the optically variable security element from a viewing angle, he perceives both a diffraction and a reflection motif at the same time. Different forms of simultaneous interaction are conceivable. The diffraction and reflection motifs can be arranged next to one another and thereby each form motifs that can be read individually; For example, both the diffraction and reflection motifs can each have a letter or a sequence of letters, a number or a sequence of numbers or mixtures of both or the like. train, and the overall motif is a word, a security code or the like, which is composed of the individual letters, letter sequences, numbers or the number sequences of both types of motifs.
Eine andere Variante wäre, dass bereits der einzelne Buchstabe, die einzelne Zahl selbst teilweise aus einem Beugungsmotiv und teilweise aus einem Reflexionsmotiv besteht. Dabei bilden die Reflexionsmotive und Beugungsmotive jeweils keine für sich lesbaren Motive aus. Das Gesamtmotiv wird erst bei gleichzeitigem Zusammenwirken der beiden Motivarten lesbar.Another variant would be that the individual letter, the individual number itself consists partly of a diffraction motif and partly of a reflection motif. The reflection motifs and diffraction motifs each do not form any individually readable motifs. The overall motif can only be read when the two types of motif work together.
Der Begriff des Gesamtmotivs umfasst aber auch eine Folge oder Sequenz von Beugungs- und Reflexionsmotiven. Die Folge ergibt sich dabei durch Veränderung des Betrachtungswinkels, beispielsweise durch Kippen des optisch variablen Sicherheitselementes. Durch die zeitliche Dauer des Kippens entsteht eine zeitliche Folge aufeinanderfolgender Motive. Je nach Betrachtungswinkel wird ein anderes Motiv, entweder Beugungs- oder Reflexionsmotiv, sichtbar, oder es wird eine der oben beschriebenen Motivkombinationen bei gleichem Betrachtungswinkel sichtbar. Dem Betrachter stellt sich dabei als Gesamtmotiv eine Folge von Motiven dar. In einem ersten Betrachtungswinkel ist ein erstes Motiv, in einem zweiten Betrachtungswinkel ein zweites Motiv usw. für den Betrachter zu sehen. Das erste Motiv kann ein Reflexionsmotiv und das zweite Motiv ein Beugungsmotiv sein. Es sind beinahe beliebige Folgen denkbar. Es ist auch denkbar, dass innerhalb der Folge in einem Betrachtungswinkel sowohl ein Beugungs- als auch ein Reflexionsmotiv angeordnet sind.The concept of the overall motif also includes a sequence or sequence of diffraction and reflection motifs. The result is obtained by changing the viewing angle, for example by tilting the optically variable security element. The temporal duration of the tilting creates a chronological sequence of successive motifs. Depending on the viewing angle, another motif, either diffraction or reflection, becomes visible, or one of the motif combinations described above becomes visible at the same viewing angle. A sequence of motifs is presented to the viewer as an overall motif. A first motif can be seen in a first viewing angle, and a second motif, etc., can be seen for the viewer in a second viewing angle. The first motif can be a reflection motif and the second motif can be a diffraction motif. Almost any consequences are conceivable. It is also conceivable that both a diffraction and a reflection motif are arranged within the sequence at a viewing angle.
Unter einem Gesamtmotiv ist daher sowohl ein statisches Gesamtmotiv, das zuerst beschrieben wurde, als auch ein dynamisches Gesamtmotiv in Form einer Folge zu verstehen, wie es danach beschrieben wurde.An overall motif is therefore to be understood both as a static overall motif, which was described first, and a dynamic overall motif in the form of a sequence, as it was then described.
Die Beugungsgitterstruktur ist zwischen den einzelnen Elementen in planaren Bereichen vorgesehen. Von besonderem Vorteil ist es, dass die planaren und gekrümmten Bereiche abwechselnd vorgesehen sind und so miteinander verkämmt sind. Vorteilhafterweise enthält die Beugungsgitterstruktur Gruppen von Beugungsgittern mit in den Gruppen gleichen, aber untereinander unterschiedlichen Beugungseigenschaften; das sind hier die Beugungswinkel der Beugungsgitter und die einzelnen Beugungswinkel. Diese sind bestimmt durch die Gitterkonstante der Beugungsgitter.The diffraction grating structure is provided between the individual elements in planar areas. It is particularly advantageous that the planar and curved areas are provided alternately and are thus intermeshed with one another. The diffraction grating structure advantageously contains groups of diffraction gratings with diffraction properties that are the same in the groups but differ from one another; these are the diffraction angles of the diffraction grating and the individual diffraction angles. These are determined by the grating constant of the diffraction grating.
Die Beugungseigenschaften hängen von der Mikrostruktur eines Beugungsgitters ab, welche eine Rechteckstruktur, eine Sägezahnstruktur oder eine Sinusstruktur sein kann. Sie hängen davon ab, ob es sich um Phasen- oder Amplitudengitter oder eine Mischform davon handelt. Sie hängen davon ab, ob es sich um Liniengitter oder um Kreuzgitter handelt. Bei den Beugungsgittern kann es sich auch um geblazte Gitter handeln, die im Wesentlichen genau eine Beugungsordnung aufweisen. Wichtig für die Beugungseigenschaften ist vor allem die Gitterkonstante, d. h. die Wiederholrate der beugenden Mikrostrukturen. Die Gitterkonstante bestimmt wesentlich die Winkel, unter denen Beugungsordnungen auftreten.The diffraction properties depend on the microstructure of a diffraction grating, which can be a rectangular structure, a sawtooth structure or a sinus structure. They depend on whether it is a phase or amplitude grating or a hybrid of them. They depend on whether it is a line grid or a cross grid. The diffraction gratings can also be blazed gratings which essentially have exactly one diffraction order. The lattice constant, ie the repetition rate of the diffractive microstructures, is particularly important for the diffraction properties. The lattice constant essentially determines the angles at which diffraction orders occur.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthalten die planaren Bereiche Gruppen von Beugungsgittern der gleichen Beugungseigenschaft. In diesem Fall bildet jede der Gruppe an Beugungsgittern der planaren Bereiche ein Beugungsmotiv aus, das in den Beugungswinkeln und somit betrachtungswinkelabhängig sichtbar ist. Die Bereiche mit Beugungsgittern entsprechen dabei dem Motiv, d. h. dort, wo das Motiv helle Bereiche aufweist, befinden sich Beugungsgitter der zugehörigen Gruppe und dort, wo das Bild dunkle Bereiche aufweist, befinden sich keine Beugungsgitter. Dort, wo das Bild mittlere Helligkeit besitzt, kann durch ein Rasterungsverfahren, wie es aus der Drucktechnik bekannt ist, das Bild in helle und dunkle Bereiche unterteilt werden. Ein Bild, das aus Beugungsgittern zusammengesetzt ist, wird im Weiteren Beugungsbild genannt.In a preferred embodiment, the planar regions contain groups of diffraction gratings with the same diffraction property. In this case, each of the groups of diffraction gratings of the planar areas forms a diffraction motif which is visible in the diffraction angles and thus as a function of the viewing angle. The areas with diffraction gratings correspond to the motif, i.e. H. where the subject has light areas there are diffraction gratings of the associated group and where the image has dark areas there are no diffraction gratings. Where the image has medium brightness, the image can be divided into light and dark areas using a screening process, as is known from printing technology. An image that is composed of diffraction gratings is called a diffraction image in the following.
Bekanntermaßen bewirken Beugungsgitter eine Farbaufspaltung von weißem Licht, da der Beugungswinkel abhängig vom Verhältnis der Wellenlänge des Lichts zur Gitterkonstanten ist. Dadurch erscheinen Beugungsbilder bei Beleuchtung mit weißem Licht in Regenbogenfarben, sie schillern. Die wahrgenommene Farbe hängt dabei insbesondere vom Beleuchtungs- bzw. Betrachtungswinkel ab. Wird der Betrachtungswinkel im Vergleich zur Flächennormalen vergrößert, nimmt man das Beugungsbild zunächst in Blau wahr, dann in Grün, dann in Orange/Gelb und zuletzt in Rot.It is known that diffraction gratings cause color splitting of white light, since the diffraction angle is dependent on the ratio of the wavelength of the light to the grating constant. As a result, diffraction images appear in rainbow colors when illuminated with white light, they shimmer. The perceived color depends in particular on the lighting or viewing angle. If the viewing angle is enlarged compared to the surface normal, the diffraction image is first perceived in blue, then in green, then in orange / yellow and finally in red.
An den Stellen, an denen sich die Einzelelemente der Reliefstruktur befinden, sind keine Beugungsgitter vorgesehen, und somit sind an diesen Stellen keine Beugungsmotive vorhanden. Es hat sich herausgestellt, dass die Beugungsmotive dennoch für einen Betrachter sehr gut erkennbar sind, insbesondere wenn die Größe der Einzelelemente der Struktur zumindest in einer Dimension nahe oder vorzugsweise unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges ist.No diffraction gratings are provided at the points where the individual elements of the relief structure are located, and thus no diffraction motifs are present at these points. It has been found that the diffraction motifs are nevertheless very easily recognizable for a viewer, in particular if the size of the individual elements of the structure is at least in one dimension close to or preferably below the resolution limit of the human eye.
In einer weiteren Ausgestaltung enthalten die planaren Bereiche N Gruppen mit Beugungsgittern mit N verschiedenen Beugungseigenschaften. In diesem Fall bilden jeweils den Gruppen zugeordnete Unterbereiche der planaren Bereiche mit gleicher Beugungseigenschaft ein Beugungsmotiv aus, das in den jeweiligen Beugungswinkeln und somit betrachtungswinkelabhängig sichtbar ist, wodurch sich die Gesamtheit von N Beugungsbildern ergibt. Diese N Beugungsmotive wiederum sind untereinander verkämmt oder überlagert in den planaren Bereichen enthalten.In a further embodiment, the planar regions contain N groups with diffraction gratings with N different diffraction properties. In this case, sub-areas of the planar areas assigned to the groups with the same diffraction property form a diffraction motif that is visible at the respective diffraction angles and thus as a function of the viewing angle, resulting in the total of N diffraction images. These N diffraction motifs in turn are intermingled or superimposed in the planar areas.
Vorzugsweise weist wenigstens eines der Gesamtmotive in einem Betrachtungswinkel nebeneinander angeordnet ein vollständiges Reflexionsmotiv und ein vollständiges Beugungsmotiv auf. Bei diesem Gesamtmotiv können in dem Betrachtungswinkel gleichzeitig ein vollständiges Reflexionsmotiv, beispielsweise ein Firmenlogo, eine Zahl, ein Buchstabe, ein Wort, und ein vollständiges Beugungsmotiv, ebenfalls ein Firmenlogo, eine Zahl, ein Buchstabe, ein Wort, erkannt werden.At least one of the overall motifs preferably has a complete reflection motif and a complete diffraction motif arranged next to one another at a viewing angle. With this overall motif, a complete reflection motif, for example a company logo, a number, a letter, a word, and a complete diffraction motif, also a company logo, a number, a letter, a word, can be recognized at the same time in the viewing angle.
Die Aufgabe wird in ihrem anderen Aspekt durch ein Herstellungsverfahren eines der oben beschriebenen optisch variablen Sicherheitselemente gelöst.In its other aspect, the object is achieved by a production method for one of the optically variable security elements described above.
Erfindungsgemäß wird zunächst ein Master mit einem Negativ einer Reliefschicht mit einer Vielzahl an baugleichen Einzelelementen und mit wenigstens einem planaren Bereich zwischen den Einzelelementen hergestellt. Dabei wird in den Master die Struktur, das Höhenprofil der Reliefschicht, negativ eingeformt. Dies kann z. B. durch Lithographietechniken oder durch spanende Diamantbearbeitung geschehen. Anschließend wird die Reliefschicht von dem Master in ein Trägersubstrat abgeprägt, z. B. durch ein Heißprägeverfahren oder durch ein UV-Prägeverfahren. Bevorzugt handelt es sich um ein rotatives Prägeverfahren. Danach wird das Trägersubstrat mit der abgeprägten Reliefschicht mit einer Metallschicht überzogen. Die unterschiedlichen Reflexionsgrade von Teiloberflächen von Einzelelementoberflächen und Teilbereichen mit Beugungsgittern werden in einem Laserlithographieverfahren durch Bearbeitung der Metallschicht des Trägersubstrats hergestellt. Teilbereiche mit niedrigem Reflexionsgrad werden entmetallisiert.According to the invention, a master is first produced with a negative of a relief layer with a large number of structurally identical individual elements and with at least one planar area between the individual elements. The structure, the height profile of the relief layer, is negatively shaped into the master. This can e.g. B. done by lithography techniques or by diamond machining. Then the relief layer is embossed from the master into a carrier substrate, e.g. B. by a hot stamping process or by a UV stamping process. It is preferably a rotary embossing process. The carrier substrate with the embossed relief layer is then coated with a metal layer. The different degrees of reflection of partial surfaces of individual element surfaces and partial areas with diffraction gratings are produced in a laser lithography process by processing the metal layer of the carrier substrate. Partial areas with low reflectance are demetallized.
Vorzugsweise werden die Teilbereiche mit Beugungsgittern erzeugt, indem Zwischenflächen zwischen Gittern des Beugungsgitters entmetallisiert werden. Das Beugungsgitter weist eine Gitter- oder Linienstruktur mit in einer Richtung gleicher Gitterkonstanten auf. Das sind Erhebungen oder Absenkungen in der Trägerschicht. Die Gitter selbst verbleiben metallisiert, so dass sie das einfallende Licht beugen können, aber die Zwischenflächen zwischen den Gittern werden entmetallisiert. Der Laserlithographieprozess muss exakt zu den geprägten Strukturen ausgerichtet sein, um die gewünschten Effekte zu erhalten. Die Laserlithographie ist besonders vorteilhaft, wenn eine Serie von Sicherheitselementen hergestellt wird, bei der jedes einzelne Sicherheitselement individualisiert bzw. serialisiert ist, d. h. z. B. eine eigene Seriennummer trägt, die optisch variabel dargestellt ist.The subregions with diffraction gratings are preferably produced by demetallizing intermediate surfaces between gratings of the diffraction grating. The diffraction grating has a grating or line structure with the same grating constants in one direction. These are elevations or depressions in the carrier layer. The gratings themselves remain metallized so that they can diffract incident light, but the interfaces between the gratings are demetallized. The laser lithography process must be precisely aligned with the embossed structures in order to obtain the desired effects. Laser lithography is particularly advantageous when a series of security elements is produced in which each individual security element is individualized or serialized, ie, for example, has its own serial number, which is represented in an optically variable manner.
In einem besonders bevorzugten Herstellungsverfahren enthält schon der Master in den planaren Bereichen zwischen den Einzelelementen Beugungsgitter, die in dem Prägeverfahren in das Material mitübertragen werden. In diesem Fall werden die Unterbereiche mit Beugungsgittern erzeugt durch Überdecken, Zerstören oder Demetallisieren der vorgeprägten Beugungsgitter an den Stellen, an denen kein Beugungsgitter vorgesehen ist.In a particularly preferred manufacturing process, the master already contains diffraction gratings in the planar areas between the individual elements, which are also transferred into the material in the embossing process. In this case, the subregions with diffraction gratings are produced by covering, destroying or demetallizing the pre-embossed diffraction gratings at the points where no diffraction grating is provided.
In einem besonders bevorzugten Herstellungsverfahren wird ein Prägezylinder durch Diamantdrehen eines Rohzylinders direkt hergestellt. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Strukturen im Wesentlichen eindimensional sind. Die Geometrie der Einzelelemente der Reliefstruktur ist in diesem Fall bevorzugt von dem Diamantwerkzeug vorgegeben. Auch die Beugungsgitter in den planaren Bereichen können durch Diamantdrehen eines Rohzylinders direkt hergestellt werden, indem z. B. die Gitterlinien mit einem Diamantwerkzeug direkt eingedreht werden. In diesem Fall sind die Gitterlinien und die Einzelelemente parallel zueinander angeordnet.In a particularly preferred production method, an embossing cylinder is produced directly by diamond turning a raw cylinder. It is particularly preferred here that the structures are essentially one-dimensional. In this case, the geometry of the individual elements of the relief structure is preferably predetermined by the diamond tool. The diffraction gratings in the planar areas can also be produced directly by diamond turning a raw cylinder by z. B. the grid lines can be screwed in directly with a diamond tool. In this case, the grid lines and the individual elements are arranged parallel to one another.
Die Entmetallisierung kann vorzugsweise mit einem Laserlithographen erfolgen. Verwendete Laserlithographen werden fokussiert auf die metallisierte Schicht gebündelt. In praktischen Ausführungsformen weist ein Durchmesser des fokussierten Laserstrahls etwa 1 µm bis 20 µm auf, so dass auf Einzelelemente mit einem Durchmesser von etwa 40 µm bis zu vierzig verschiedene Teilmotive aufgebracht werden können.The demetallization can preferably take place with a laser lithograph. The laser lithographs used are focused and bundled onto the metallized layer. In practical embodiments, the diameter of the focused laser beam is approximately 1 μm to 20 μm, so that up to forty different partial motifs can be applied to individual elements with a diameter of approximately 40 μm.
Gegenüber bekannten Reliefs kann die erfindungsgemäße Reliefschicht mit ihren Einzelelementen sehr geringe Reliefhöhen aufweisen, um den gewünschten Wechseleffekt oder Kippeffekt zu erzielen. Günstigerweise liegen die Ausdehnungen der Einzelelemente in einer Größenordnung unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges, das bei etwa 80 µm liegt.Compared to known reliefs, the relief layer according to the invention with its individual elements can have very low relief heights in order to achieve the desired alternating effect or tilting effect. The dimensions of the individual elements are favorably in an order of magnitude below the resolution of the eye, which is around 80 μm.
Gefertigt wurden bereits Einzelelemente mit einem Durchmesser von 40 µm, die sich bei einer kugelabschnittförmigen Gestalt der Einzelelemente in einer Höhe von 2,5 µm bis 3 µm über eine Ebene des optisch variablen Sicherheitselementes erheben. Bei einer derart geringen Höhe eines Kugelabschnitts kann, abgesehen von extremen Blickwinkeln von 0° über der Ebene des optisch variablen Sicherheitselementes, beinahe die gesamte Einzelelementoberfläche gesehen werden.Individual elements with a diameter of 40 µm have already been produced which, with a spherical segment-shaped shape of the individual elements, rise at a height of 2.5 µm to 3 µm above a plane of the optically variable security element. With such a small height of a spherical segment, apart from extreme viewing angles of 0 ° above the plane of the optically variable security element, almost the entire surface of the individual element can be seen.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in 14 Figuren dargestellt. Dabei zeigen:
- Fig. 1a
- einen schematischen Schnitt eines erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselementes,
- Fig. 1b
- eine schematische Ansicht eines Einzelelementes mit benachbartem planaren Teilbereich,
- Fig. 2
- neun Abbildungen, die die Verkämmung von zwei Reflexionsmotiven mit einem Beugungsmotiv in einem zweidimensionalen Raster von Einzelelementen darstellen,
- Fig. 3
- fünf Abbildungen, die die Ausbildung von zwei Beugungsmotiven in zwei Teilbereichen des planaren Bereichs in einem zweidimensionalen Raster von Einzelelementen darstellen,
- Fig. 4
- zehn Abbildungen, die die Verkämmung von drei Reflexionsmotiven und einem Beugungsmotiv in einem eindimensionalen Raster von Einzelelementen darstellen,
- Fig. 5a
- ein Beispiel einer Motivabfolge mit zwei außerhalb der Reflexionsmotive angeordneten Beugungsmotiven,
- Fig. 5b
- ein Beispiel einer Motivabfolge mit zwei innerhalb der Reflexionsmotive angeordneten Beugungsmotiven,
- Fig. 5c
- ein Beispiel einer Motivabfolge mit einem innerhalb der Reflexionsmotive angeordneten Beugungsmotiv,
- Fig. 6
- ein Beispiel einer Motivabfolge mit in zwei in gleichen Betrachtungswinkeln sichtbaren Beugungs- und Reflexionsmotiven,
- Fig. 7
- drei Beispiele einer Verknüpfung von Beugungs- und Reflexionsmotiven,
- Fig. 8
- ein Beispiel einer Motivabfolge mit in verschiedenen Farben sichtbarem Beugungsmotiv und in gleichen Betrachtungswinkeln sichtbaren Reflexionsmotiven,
- Fig. 9
- ein weiteres Beispiel einer Motivabfolge mit in verschiedenen Farben sichtbarem Beugungsmotiv und in gleichen Betrachtungswinkeln sichtbaren Reflexionsmotiven,
- Fig. 10
- Schichtaufbau eines optisch variablen Sicherheitselementes,
- Fig. 11
- Brechungsverhalten eines Strahlenganges eines Beugungs- und eines Reflexionsmotivs.
- Fig. 1a
- a schematic section of an optically variable security element according to the invention,
- Figure 1b
- a schematic view of an individual element with an adjacent planar partial area,
- Fig. 2
- nine images showing the intermingling of two reflection motifs with a diffraction motif in a two-dimensional grid of individual elements,
- Fig. 3
- five images showing the formation of two diffraction motifs in two sub-areas of the planar area in a two-dimensional grid of individual elements,
- Fig. 4
- ten illustrations that show the intermingling of three reflection motifs and one diffraction motif in a one-dimensional grid of individual elements,
- Figure 5a
- an example of a sequence of motifs with two diffraction motifs arranged outside the reflection motifs,
- Figure 5b
- an example of a sequence of motifs with two diffraction motifs arranged within the reflection motifs,
- Figure 5c
- an example of a sequence of motifs with a diffraction motif arranged within the reflection motifs,
- Fig. 6
- an example of a sequence of motifs with diffraction and reflection motifs visible at the same viewing angles,
- Fig. 7
- three examples of a combination of diffraction and reflection motifs,
- Fig. 8
- an example of a sequence of motifs with a diffraction motif visible in different colors and reflection motifs visible at the same viewing angles,
- Fig. 9
- Another example of a sequence of motifs with a diffraction motif visible in different colors and reflection motifs visible at the same viewing angles,
- Fig. 10
- Layer structure of an optically variable security element,
- Fig. 11
- Refraction behavior of a beam path of a diffraction and reflection motif.
In der
An Teiloberflächen der Einzelelementoberflächen 6 mit geringem Reflexionsgrad oder gar keiner Reflexion wird weniger bzw. kein Licht in den entsprechenden Raumwinkel reflektiert. An Teiloberflächen der Einzelelementoberflächen 6 mit hohem Reflexionsgrad wird viel Licht in den entsprechenden Raumwinkel reflektiert. Die Einzelelementoberfläche 6 ist bereichsweise verspiegelt. An den Teiloberflächen, in denen viel Licht reflektiert wird, ist ein hoher Reflexionsgrad, an Teiloberflächen, an denen wenig Licht reflektiert wird, ist ein geringer Reflexionsgrad, also keine Verspiegelung vorgesehen.On partial surfaces of the individual element surfaces 6 with a low degree of reflection or no reflection at all, less or no light is reflected into the corresponding solid angle. A lot of light is reflected in the corresponding solid angle on partial surfaces of the individual element surfaces 6 with a high degree of reflection. The
In den planaren Bereichen 3 finden sich Teilbereiche mit Beugungsgittern, die das Licht 4 in eine Beugungsordnung oder mehrere Beugungsordnungen beugen.In the
Das zweite Bild der zweiten Reihe zeigt, wie die Einzeloberflächen 6 in Teiloberflächen 61, 62 mit unterschiedlichen Reflexionsgraden aufgeteilt werden. Die Teiloberflächen sind in eine erste Gruppe von Teiloberflächen 61, die den Buchstaben F kodieren, und eine zweite Gruppe von Teiloberflächen 62, die den Buchstaben T kodieren, aufgeteilt. Jede Einzelelementoberfläche 6 ist disjunkt in die Teiloberflächen 61, 62 der ersten und zweiten Gruppe aufgeteilt. Schwarz kennzeichnet einen hohen Reflexionsgrad und Weiß einen sehr geringen Reflexionsgrad, d.h. die Teiloberflächen 61, 62 der Einzelelementoberflächen 6, die schwarz markiert sind, sind vollverspiegelt, während die Teiloberflächen 61, 62 der Einzelelemente 1, die weiß markiert sind, entspiegelt sind. Dadurch entsteht der Eindruck, dass bei der Betrachtung der in einem Raster angeordneten Vielzahl an Einzelelementen 2 in einem ersten Betrachtungswinkel der Buchtstabe F und in einem zweiten Betrachtungswinkel der Buchstabe T als Reflexionsmotiv erscheint.The second image of the second row shows how the
Erfindungsgemäß ist nunmehr zusätzlich in dem Teilbereich 31 des planaren Bereiches 3, der sich gemäß der dritten Darstellung der zweiten Zeile der
Die dritte Zeile der
Die schematischen Darstellungen der
Die erste Gruppe von Teilbereichen 31 ist im Gegensatz zum Teilbereich der
In den
In
Da es sich in diesem Beispiel um ein symmetrisches, nicht geblaztes Beugungsgitter handelt, ist das Beugungsmotiv B unter mindestens zwei Betrachtungswinkeln sichtbar, die um den Betrachtungswinkel 0 herum symmetrisch angeordnet sind. Zu beachten ist, dass diese Symmetrie bei der Reflexionsmotivabfolge nicht gegeben ist. Hierbei stehen die Ziffern 1-2-3-4-5 und der Buchstabe B jeweils für beliebige Inhalte der Motive. Bei den Inhalten kann es sich um Logos, Texte, Seriennummern, Symbole, Fotos usw. handeln. Insbesondere kann es sich bei der Bildabfolge 1-2-3-4-5 um eine Animation handeln, z. B. eine Bewegungs- oder Zoomanimation. In dem Betrachtungswinkel außerhalb des Betrachtungswinkelbereichs der Reflexionsmotivabfolge können auch noch weitere Beugungsmotive vorhanden sein.Since it is a symmetrical, non-blazed diffraction grating in this example, the diffraction motif B is visible from at least two viewing angles, the are arranged symmetrically around the
In
In
In der Ausführungsform gemäß
In
In
Auf der linken Seite wird ein einfallender Lichtstrahl an einem Beugungsgitter in dem planaren Bereich 3 entsprechend der Formel sin(α) = λ/g gebeugt, wobei α der Beugungswinkel, λ die Wellenlänge im Medium und g die Gitterkonstante des Beugungsgitters ist. Die Wellenlänge λ in der Lackschicht 101 mit Brechungsindex n ist um den Faktor 1/n gegenüber der Wellenlänge in Luft verkürzt. Dadurch ist der Sinus des Beugungswinkels im Medium ebenfalls um den Faktor 1/n kleiner. Bei Austritt aus dem Medium an der Grenzfläche zu Luft erfährt der Lichtstrahl eine Brechung entsprechend dem Brechungsgesetz sin(β) = n ∗ sin(α). Dabei wird angenommen, dass die Brechungsindices der Trägerschicht 100 und der Lackschicht 101 gleich sind. Der Sinus des Beugungswinkels wird also um den Faktor n vergrößert, wodurch sich außerhalb der Lackschicht 101 ein Beugungswinkel ergibt, wie er bei einem Beugungsgitter ohne Medium auftreten würde. Es ist somit für die Beugungswinkel des optisch variablen Sicherheitselementes 1 unerheblich, ob sich über dem Beugungsgitter noch eine Lackschicht 101 mit einem Brechungsindex n befindet.On the left-hand side, an incident light beam is diffracted at a diffraction grating in
Auf der rechten Seite wird ein einfallender Lichtstrahl entsprechend dem Reflexionsgesetz "Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel" reflektiert, unabhängig vom Brechungsindex n der Lackschicht 101. Bei Austritt aus der Lackschicht 101 an der Grenzfläche zu Luft wird der Sinus des Winkels um den Faktor n vergrößert. Wenn sich also über der reflektierenden Struktur noch eine Schicht mit einem Brechungsindex n befindet, sind die Spiegelwinkel und somit die Winkel, unter denen die erfindungsgemäßen ersten Bildinformationen sichtbar sind, deutlich vergrößert. Auch hier werden zur Erklärung des Reflexionsverhaltens der Einfachheit halber die Lackschicht 101 und die Trägerschicht 100 als eine Schicht, als Lackschicht 101 angesehen. Im Übrigen spielt es keine Rolle, ob die Trägerschicht 100 einen anderen Brechungsindex als die Lackschicht 101 hat, weil sich der Brechungsindex der Trägerschicht 100 sowohl beim Beugungsmotiv als auch beim Reflexionsmotiv aufhebt.On the right-hand side, an incident light beam is reflected according to the law of reflection "angle of incidence equals angle of reflection", regardless of the refractive index n of
Erfindungsgemäß wird bei der Erzeugung des optisch variablen Sicherheitselements 1 der Brechungsindex n der über der Reliefstruktur liegenden Schicht 101 berücksichtigt, indem die durch den Brechungsindex n verursachte Winkelvergrößerung der Reflexionsmotive bei der Gestaltung des optisch variablen Sicherheitselements 1 kompensiert wird. Eine Kompensation kann hierbei entweder durch eine angepasste Auswahl der Geometrie der Einzelelemente 1 erfolgen, wobei im Allgemeinen die Krümmungen der Geometrie bei größerem Brechungsindex verkleinert werden oder bei gleicher Geometrie durch Änderung bzw. Verschiebung der Bereiche unterschiedlicher Reflexion.According to the invention, when generating the optically
- 11
- optisch variables Sicherheitselementoptically variable security element
- 22
- EinzelelementSingle element
- 33
- planarer Bereichplanar area
- 44th
- Lichtlight
- 66
- EinzelelementoberflächeSingle element surface
- 3131
- TeilbereichSection
- 3232
- TeilbereichSection
- 6161
- TeiloberflächePartial surface
- 6262
- TeiloberflächePartial surface
- BB.
- Breite EinzelelementWidth single element
- LL.
- Länge EinzelelementLength of single element
- 100100
- TrägerfolieCarrier film
- 101101
- LackschichtPaint layer
- 102102
- ReliefschichtRelief layer
- 103103
- kontrastgebende Schichtcontrasting layer
- nn
- BrechungsindexRefractive index
Claims (18)
- Optically variable security element (1) having a relief layer (102) with a multiplicity of structurally identical optical individual elements (2),
which respectively comprise an individual element surface (6) that is divided into subsurfaces (61, 62) which have different directional reflectances, and the subsurfaces (61, 62) are split into groups in such a way that each group comprises one subsurface (61, 62) of an individual element surface (6) and each group encodes an associated observation angle-dependent reflection pattern visible to the naked eye,
and having at least one planar region (3) which extends between the optical individual elements (2) and comprises subregions (31, 32) having diffraction gratings that as a result of the predetermined directional illumination produce at least one observation angle-dependent diffraction pattern which is visible to the naked eye, characterized in that
the observation angle-dependent reflection patterns and the at least one observation angle-dependent diffraction pattern produce observation angle-dependent overall patterns which are visible to the naked eye. - Optically variable security element according to Claim 1,
characterized in that at least one of the overall patterns comprises a complete reflection pattern and a complete diffraction pattern arranged next to one another at an observation angle. - Optically variable security element according to Claim 1 or 2,
characterized in that at least one of the overall patterns is constructed in one part from a reflection pattern and in another part from a diffraction pattern. - Optically variable security element according to Claim 1, 2 or 3,
characterized in that reflection patterns and diffraction patterns are represented successively at observation angles increasing along a tilt axis, and the reflection patterns are arranged between the diffraction patterns or the diffraction patterns are arranged between the reflection patterns. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that the relief layer (102) comprises individual elements (2) repeating along a longitudinal direction. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 5,
characterized in that the relief layer (102) comprises individual elements (2) repeating along a transverse direction. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that the individual elements (2) are arranged in a grid. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 7,
characterized in that the subregions are split into groups, each group is assigned a diffraction grating type, and each group encodes an associated diffraction pattern. - Optically variable security element according to Claim 8,
characterized in that different diffraction grating types comprise different diffraction properties. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 9,
characterized in that the individual elements (2) have a maximum diameter of less than 200 µm, preferably less than 100 µm, preferably less than 75 µm, preferably less than 50 µm. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 10,
characterized in that the planar region (3) occupies an area fraction of between 20% and 80% of an optically effective overall area of the optically variable security element (1). - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 11,
characterized in that a transparent carrier layer (100) extends surface-wide along the side of the relief layer (102) facing toward the directional illumination. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 12,
characterized in that a layer (103) that provides contrast extends surface-wide along the side of the relief layer (102) facing away from the directional illumination. - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 13,
characterized in that an adhesive layer extends surface-wide along a lower side of the optically variable security element (1). - Optically variable security element according to one of Claims 1 to 14,
characterized in that a protective layer (101) is arranged directly on the relief layer (102), having a refractive index (n), a diffraction angle of the diffraction pattern in relation to ambient air being independent of a value of the refractive index (n), and a refraction angle of the reflection pattern depending on the value of the refractive index (n), and the dependency jointly determining the diffraction properties of the diffraction gratings and/or the position of the subsurfaces (61, 62). - Production method for an optically variable security element (1) according to Claim 1,
a master having a negative of a relief layer (102) being produced with a multiplicity of structurally identical individual elements (2) and with at least one planar region (3) between the individual elements (2),
the relief layer (102) being impressed from the master into a carrier substrate,
the carrier substrate having the impressed relief layer (102) being coated with a metal layer,
different reflectances of subsurfaces (61, 62) of individual element surfaces (6) and subregions having diffraction gratings being produced in a laser lithography method by processing the metal layer of the carrier substrate. - Production method according to Claim 16,
characterized in that the subregions (31, 32) with diffraction gratings are produced by intermediate faces between grating lines or grating points of the diffraction grating being demetallized. - Production method according to Claim 16 or 17,
characterized in that the subregions (31, 32) with diffraction gratings are produced by diffraction gratings being introduced surface-wide in the planar region of the master and transferred into the carrier substrate by the impressing, and subregions in which a diffraction grating is not provided being demetallized.
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