專利名稱：防偽元件、具有這種防偽元件的有價(jià)文件和這種防偽元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于防偽紙、有價(jià)文件等的防偽元件，涉及具有這種防偽元件的有價(jià)文件，并且涉及用于制造這種防偽元件的方法。
背景技術(shù)：
待保護(hù)物體常常設(shè)置有防偽元件，其允許檢驗(yàn)物體的真實(shí)性，同時(shí)用作對(duì)未授權(quán)復(fù)制的保護(hù)。待保護(hù)的物體例如是防偽紙、身份證件和有價(jià)文件(例如鈔票、芯片卡、護(hù)照、身份證、身份卡、股票、投資性證券、契約、收據(jù)、支票、入場(chǎng)券、信用卡、健康卡等等)以及例如標(biāo)簽、封條、包裝件等產(chǎn)品驗(yàn)證元件。 在防偽元件的領(lǐng)域中特別普遍并且為實(shí)際上平坦的箔片給予三維外觀的技術(shù)涉及各種形式的全息術(shù)。然而，這種技術(shù)對(duì)于防偽特征特別是在鈔票上的使用具有一些缺點(diǎn)。一方面，全息圖的三維圖示的質(zhì)量在很大程度上取決于照明條件。全息圖的圖示常常很難識(shí)別，特別是在漫射照明中。此外，全息圖具有這樣的缺點(diǎn)，即它們同時(shí)存在于日常生活中的許多地方，因此，它們作為防偽特征的特殊地位正在消失。

發(fā)明內(nèi)容
在這些基礎(chǔ)上，本發(fā)明基于避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的目的，并且特別提供一種用于防偽紙、有價(jià)文件等的防偽元件，其在作為防偽元件的極其扁平構(gòu)造的同時(shí)，獲得良好的三維外觀。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種用于防偽紙、有價(jià)文件等的防偽元件得以實(shí)現(xiàn)，所述防偽元件具有具有被分割成多個(gè)像素的表面區(qū)域的載體，所述多個(gè)像素分別包括至少一個(gè)光學(xué)活性小面，其中大部分像素分別具有對(duì)于每個(gè)像素取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面，并且所述小面取向成使得所述表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為相對(duì)于其實(shí)際空間形狀突出和/或后退的區(qū)域。這使得能夠提供極其扁平的防偽元件，其中例如小面的最大高度不大于IOymdM是仍然在觀察時(shí)生成非常好的三維印象。因此，能夠借助于(肉眼上)平坦的表面區(qū)域?yàn)橛^察者模擬出具有強(qiáng)烈凸出外觀的區(qū)域。以這種方式基本上能夠生成可感覺區(qū)域的任意成形的三維構(gòu)造。因此能夠模擬出人物、物體、圖形(motif)或者具有三維外觀的其它物體。三維印象在這里總是相對(duì)于表面區(qū)域的實(shí)際空間形狀。因此，表面區(qū)域自身可以具有扁平構(gòu)造或者具有彎曲的構(gòu)造。然而，總是相對(duì)于該基底區(qū)域形狀獲得三維外觀，以便對(duì)于觀察者來說，表面區(qū)域于是不呈現(xiàn)出與表面區(qū)域自身一樣的平坦或者彎曲。能夠被感覺為突出和/或后退區(qū)域的表面區(qū)域在這里應(yīng)理解為特別是指表面區(qū)域能夠被感覺為連續(xù)地凸出的區(qū)域。因此，所述表面區(qū)域能夠被感覺為例如具有偏離該表面區(qū)域的彎曲形狀或者實(shí)際空間形狀的明顯凸起的區(qū)域。通過本發(fā)明的防偽元件，因此能夠通過模擬相應(yīng)的反射行為而模仿出例如凸出的表面。表面區(qū)域特別是連續(xù)的表面區(qū)域。然而，表面區(qū)域還可以具有間隙或者甚至包括不連續(xù)的局部部位。這樣，表面區(qū)域能夠與其它防偽特征交織。其它防偽特征可以涉及例如真彩色全息圖，以便觀察者能夠一起感覺到真彩色全息圖和通過本發(fā)明的表面區(qū)域提供的突出和/或后退區(qū)域。特別是，所述小面的取向選擇成使得所述表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為非平坦的區(qū)域。分別具有對(duì)于每個(gè)像素來說取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面的大部分像素可以為像素?cái)?shù)量的51%。然而，所述大部分也可以大于像素?cái)?shù)量的60%、70%、80%，或者特別大于90%。此外，也可以是表面區(qū)域的全部像素都分別具有取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面。 光學(xué)活性小面可以構(gòu)造成反射性和/或透射性小面。所述小面可以形成在所述載體的表面中。此外，小面也可以形成在載體的上側(cè)以及下側(cè)，并且彼此相對(duì)。在該情況下，小面優(yōu)選構(gòu)造成具有折射效果的透射性小面，其中載體自身當(dāng)然也是透明或者至少半透明的。小面的尺寸和取向于是選擇成特別使得區(qū)域能夠被觀察者感覺為相對(duì)于載體的上側(cè)和/或下側(cè)的實(shí)際空間形狀突出和/或后退。載體可以構(gòu)造成層疊的復(fù)合物。在該情況下，小面可以位于層疊復(fù)合物內(nèi)的界面上。因此，小面可以例如被壓印到位于載體箔片上的壓印漆中，接下來被金屬化，并嵌入另一漆層(例如保護(hù)漆或者粘結(jié)漆)中。特別地，在本發(fā)明的防偽元件中，小面可以構(gòu)造成嵌入式小面。特別地，所述光學(xué)活性小面構(gòu)造成使得所述像素沒有光學(xué)衍射效果。光學(xué)活性小面的尺寸可以在I μ m-300 μ m之間,優(yōu)選在3 μ m-100 μ m之間,特別優(yōu)選在5 μ m-30 μ m之間。特別地,優(yōu)選存在大致射線光學(xué)反射行為或者大致射線光學(xué)折射效
果O像素的尺寸如此選擇使得像素的面積比表面區(qū)域的面積小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，優(yōu)選小至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。表面區(qū)域的面積和像素的面積在這里應(yīng)理解為特別指沿正交于表面區(qū)域的宏觀表面的方向投射到一平面時(shí)的相應(yīng)面積。特別地，像素的尺寸可以選擇成使得像素的尺寸至少在一個(gè)方向上比表面區(qū)域的面積的尺寸小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，優(yōu)選小至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。像素的最大延伸度優(yōu)選處于5 μ m-5mm之間，優(yōu)選處于10 μ m-300 μ m之間，特別優(yōu)選處于20 μ m-100 μ m之間。像素形狀和/或像素尺寸可以在防偽元件內(nèi)變化，但并不是必須的。每個(gè)像素的小面的光柵周期(小面可以形成周期性的或者非周期性的光柵，例如鋸齒光柵)優(yōu)選在I μ m-300 μ m之間或者3 μ m-300 μ m之間，優(yōu)選在3 μ m-100 μ m之間或者5 μ m-100 μ m之間，特別優(yōu)選在5 μ m-30 μ m之間或者10 μ m-30 μ m之間。光柵周期選擇成特別使得每個(gè)像素包含至少兩個(gè)相同取向的小面，并且衍射效果實(shí)際上不再對(duì)入射光起作用(例如從380nm-750nm的波長(zhǎng)范圍)。因?yàn)闆]有或者沒有實(shí)際上相關(guān)的衍射效果發(fā)生，小面可以稱為無色差小面，或者像素稱為無色差像素，這引起方向性地?zé)o色差的反射。防偽元件因此對(duì)于通過像素的小面存在的光柵結(jié)構(gòu)具有無色差反射性。
小面優(yōu)選構(gòu)造成大致平坦的面積組元(area element)。小面構(gòu)造成大致平坦的面積組元的所選表述，考慮了由于制造原因在實(shí)踐中通常從來不能制造完全平坦的面積組元
這一事實(shí)。小面的取向特別由它們的傾斜角和/或它們的方位角確定。小面的取向當(dāng)然也可以由其它參數(shù)確定。特別地，所涉及的參數(shù)是兩個(gè)彼此正交的參數(shù)，比如相應(yīng)小面的法向矢量的兩個(gè)分量。在小面上，至少可以在某些區(qū)域中形成反射性或者反射增強(qiáng)涂層(特別是金屬或者高折射性涂層)。反射性或者反射增強(qiáng)涂層可以是例如氣相沉積的金屬涂層。作為涂層材料，可以特別地采用鋁、金、銀、銅、鈀、鉻、鎳和/或鎢以及它們的合金。替代地，反射性或者反射增強(qiáng)涂層可以由具有高折射率的材料的涂層形成。反射性或者反射增強(qiáng)涂層可以特別構(gòu)造成部分透射性涂層。
再一實(shí)施例中，可以在小面上至少在某些區(qū)域中形成顏色偏移涂層。顏色偏移涂層可以特別地構(gòu)造成薄膜系統(tǒng)或者薄膜干涉涂層。這里可以實(shí)現(xiàn)例如金屬層-介電層-金屬層的層序或者三個(gè)介電層的層序，其中中間層的折射率低于其它兩個(gè)層的折射率。作為介電材料，可以采用例如ZnS、SiO2、Ti02/MgF2。顏色偏移涂層也可以構(gòu)造成干涉濾光器、通過等離子共振效果具有選擇性透射的薄半透明金屬層、納米顆粒等。顏色偏移層也可以特別實(shí)施為液晶層、衍射性浮雕結(jié)構(gòu)或者子波長(zhǎng)光柵。由反射層、介電層、吸收層(以該順序形成在小面上)構(gòu)成的薄膜系統(tǒng)也是可能的。薄膜系統(tǒng)加小面如上所述可以不僅構(gòu)造成小面/反射層/介電層/吸收層，而且還構(gòu)造成小面/吸收層/介電層/反射層。其順序特別取決于將從哪側(cè)觀察防偽元件。此夕卜，當(dāng)薄膜系統(tǒng)加小面構(gòu)造成例如吸收層/介電層/吸收層/小面或者吸收層/介電層/反射層/介電層/吸收層/小面時(shí)，可見于兩側(cè)的顏色偏移效果也是可能的。顏色偏移涂層不僅可以構(gòu)造成薄膜系統(tǒng)，而且還構(gòu)造成液晶層(特別是膽固醇晶態(tài)液晶材料形成的)。如果要模擬漫散射的物體，則可以對(duì)小面進(jìn)行散射涂覆或者表面處理。這種涂覆或者處理可以根據(jù)朗伯特(Lambert)余弦定律散射，或者可以存在具有偏離朗伯特余弦定律的角度分布的漫反射。特別地，這里感興趣的是具有顯著擇優(yōu)方向的散射。在通過壓印工藝制造小面時(shí)，壓印工具的壓印區(qū)域可以附加地設(shè)置有微結(jié)構(gòu)以生成某些效果，通過所述壓印區(qū)域，能夠?qū)⑿∶娴男螤顗河〉捷d體中或者載體的層中。例如，壓印工具的壓印區(qū)域可以設(shè)置有粗糙表面，以便具有漫反射的小面出現(xiàn)在最終產(chǎn)品中。在本發(fā)明的防偽元件中，每個(gè)像素可以優(yōu)選設(shè)置至少兩個(gè)小面。也可以設(shè)置三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)小面。在本發(fā)明的防偽元件中，每個(gè)像素的小面的數(shù)量可以選擇成特別使得預(yù)定的最大小面高度不被超過。最大小面高度可以為例如20 μ m或者為10 μ m。此外，在本發(fā)明的防偽元件中，小面的光柵周期可以選擇成對(duì)于全部像素都是相同的。然而，也可以是像素中的每個(gè)或者數(shù)個(gè)具有不同的光柵周期。此外，也可以是光柵周期在像素內(nèi)發(fā)生變化，從而不是恒定的。此外，也可以向光柵周期中壓印用于編碼其它信息項(xiàng)目的相位信息項(xiàng)目。特別地，可以設(shè)置具有光柵結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)掩模，所述光柵結(jié)構(gòu)具有與本發(fā)明的防偽元件中的小面相同的周期和方位角。在檢驗(yàn)掩模的局部部位中，光柵可以具有與待檢驗(yàn)防偽元件相同的相位參數(shù)，而在其它部位具有一定的相位差。當(dāng)檢驗(yàn)掩模置于防偽元件之上時(shí)，由于莫爾效應(yīng)，不同區(qū)域于是將呈現(xiàn)出不同的明度或者暗度。特別地，檢驗(yàn)掩?？梢栽O(shè)置在與本發(fā)明的防偽元件相同的待保護(hù)物體上。在本發(fā)明的防偽元件中，表面區(qū)域可以構(gòu)造成使得它能夠被觀察者感覺為虛擬區(qū)域。這應(yīng)理解為特別是指本發(fā)明的防偽元件顯示出不能由真實(shí)的肉眼看起來凸出的表面生成的反射行為。特別地，虛擬區(qū)域能夠被感覺為使可見鏡像旋轉(zhuǎn)例如90°的旋轉(zhuǎn)反射鏡。這種虛擬區(qū)域， 特別是這種旋轉(zhuǎn)反射鏡，非常易于觀察者檢測(cè)和檢驗(yàn)。原則上，任何真實(shí)的凸出的反射性或者透射性表面都能夠借助于本發(fā)明的防偽元件的表面區(qū)域改造為虛擬區(qū)域。這可以例如通過改變所有小面的方位角(例如旋轉(zhuǎn)一定角度)來實(shí)現(xiàn)。這使得能夠獲得有趣的效果。例如，如果全部方位角均向右旋轉(zhuǎn)45°，則當(dāng)從上方直接地照明時(shí)，表面區(qū)域?qū)τ谟^察者來說是從右上部明顯地發(fā)亮的凸出區(qū)域。如果全部方位角都旋轉(zhuǎn)90°，則光反射在傾斜時(shí)沿與觀察者預(yù)期的方向垂直的方向移動(dòng)。這種不自然的反射行為于是例如也將使得觀察者不再能夠確定可被感覺為凸出的區(qū)域(相對(duì)于表面區(qū)域)是朝前側(cè)還是朝后側(cè)存在。此外，可以通過非周期性的光柵或者引入隨機(jī)相位參數(shù)來按預(yù)期的方式抑制衍射效果。此外，可以為小面的取向設(shè)置“噪點(diǎn)”(即相對(duì)于待模擬區(qū)域的最佳形狀略微改變它們)，以模擬例如具有亞光外觀的表面。因此，表面區(qū)域不但看起來相對(duì)于其實(shí)際空間形狀突出和/或后退，而還可以被給予完全對(duì)齊定位的質(zhì)地。此外，除所述表面區(qū)域之外，載體還可以具有優(yōu)選與所述一個(gè)表面區(qū)域交織的其它表面區(qū)域，并且特別構(gòu)造成其它防偽特征。這種構(gòu)造可以稱為例如交織式或者多通道式圖像。其它表面區(qū)域與所述一個(gè)表面區(qū)域一樣也可以被分割成分別包括至少一個(gè)光學(xué)活性小面的多個(gè)像素，其中大部分像素優(yōu)選分別具有對(duì)于每個(gè)像素來說取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面，并且小面取向成使得其它表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為相對(duì)于其實(shí)際空間形狀凸出或者突出和/或后退的區(qū)域。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)例如兩個(gè)不同的三維圖示。借助于交織，所述一個(gè)表面區(qū)域可以被疊加例如附加的完全對(duì)齊的顏色信息或者灰階信息(例如基于子波長(zhǎng)光柵，與例如真彩色全息圖或者半色調(diào)圖像的組合)。此外，可以在小面的配置中隱藏或者存儲(chǔ)作為另一防偽元件的相位信息項(xiàng)目。在本發(fā)明的防偽元件中，至少一個(gè)小面可以在其表面上具有光散射微結(jié)構(gòu)。數(shù)個(gè)或者全部小面當(dāng)然也可以在小面表面上具有這種光散射微結(jié)構(gòu)。例如，光散射微結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成涂層。特別地，可以嵌入小面，并且用作嵌入材料，由其能夠?qū)崿F(xiàn)期望的光散射微結(jié)構(gòu)。通過這種構(gòu)造，散射物體，比如大理石像、石膏模型等，可以被本發(fā)明的防偽元件模擬。小面當(dāng)然也可以被嵌入彩色材料中，以附加地實(shí)現(xiàn)顏色效果或者模擬彩色物體。在本發(fā)明的防偽元件中，數(shù)個(gè)小面的取向可以相對(duì)于用于生成突出和/或后退區(qū)域的取向被改變成使得所述突出和/或后退區(qū)域仍然是可被感覺的，但是具有呈亞光外觀的表面。因此，突出和/或后退區(qū)域也可以呈現(xiàn)亞光表面外觀。
本發(fā)明還包括一種用于制造防偽元件的方法，所述防偽元件用于防偽紙、有價(jià)文件等，其中在表面區(qū)域中將載體的表面的高度調(diào)制成使得所述表面區(qū)域被分割成分別具有至少一個(gè)光學(xué)活性小面的多個(gè)像素，其中大部分像素分別具有對(duì)于每個(gè)像素取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面，并且所述小面取向成使得所述表面區(qū)域?qū)τ谒圃斓姆纻卧挠^察者可被感覺為相對(duì)于其實(shí)際空間形狀突出和/或后退的區(qū)域。本發(fā)明的制造方法可以開發(fā)成特別使得本發(fā)明的防偽元件以及本發(fā)明的防偽元件的改進(jìn)能夠被制造。該制造方法可以進(jìn)一步包含從待模擬表面開始計(jì)算像素的步驟。在該計(jì)算步驟中，對(duì)于全部像素計(jì)算小面(它們的尺寸以及它們的取向)。基于這些數(shù)據(jù)，于是可以進(jìn)行表面區(qū)域的高度調(diào)制。在本發(fā)明的制造方法中，可以進(jìn)一步提供涂覆小面的步驟?？梢詾樾∶嬖O(shè)置反射性或者反射增強(qiáng)涂層。反射性或者反射增強(qiáng)涂層可以是完全的鏡膜涂層或者是部分透明的鏡膜涂層。
為了生成載體的高度得到調(diào)制的表面，可以采用已知的微結(jié)構(gòu)化方法，比如壓印方法。因此，例如，還使用從半導(dǎo)體制造已知的方法(光刻、電子束光刻、激光束光刻等)，抗蝕材料中的適當(dāng)結(jié)構(gòu)能夠被曝光、可能被精煉、模制和采用于制造壓印工具。可以使用已知的方法來在熱塑性箔片中或者向涂覆有輻射固化漆的箔片中進(jìn)行壓印。載體可以具有數(shù)個(gè)層，所述數(shù)個(gè)層被依次施加并且可選地被結(jié)構(gòu)化，并且/或者它可以由數(shù)個(gè)部分組成。防偽元件可以特別構(gòu)造成防偽線、撕裂線、防偽帶、防偽條、補(bǔ)丁，或者構(gòu)造成用于施加到防偽紙、有價(jià)文件等上的標(biāo)簽。特別地，防偽元件可以橫跨透明的或者至少半透明的區(qū)域或者凹部。術(shù)語防偽紙?jiān)谶@里應(yīng)理解為特別是指有價(jià)文件的還不可流通的前身，其除了本發(fā)明的防偽元件之外，還可以具有例如其它身份驗(yàn)證特征(比如設(shè)置在體積內(nèi)的發(fā)光物質(zhì))。一方面，有價(jià)文件在這里應(yīng)理解為由防偽紙制造的文件。另一方面，有價(jià)文件也可以是可以設(shè)置有本發(fā)明的防偽元件的其它文件和物體，以使有價(jià)文件具有不可復(fù)制的身份驗(yàn)證特征，從而使得能夠檢查真實(shí)性并且同時(shí)防止不想要的復(fù)制。還提供了一種壓印工具，其具有壓印區(qū)域，通過該壓印區(qū)域，本發(fā)明(包括其改進(jìn))的防偽元件的小面的形狀能夠被壓印到載體中或者壓印到載體的層中。壓印區(qū)域優(yōu)選具有待壓印表面輪廓的顛倒形狀，其中該顛倒形狀有利地通過形成相應(yīng)的凹部而生成。此外，本發(fā)明的防偽元件可以用作用于曝光體積全息圖或者純粹用于裝飾目的的母版(master)。為了曝光體積全息圖，可以使將在其中形成體積全息圖的感光層直接地或者經(jīng)由透明光學(xué)介質(zhì)，與母版的前側(cè)接觸，從而與防偽元件的前側(cè)接觸。然后，用相干光束曝光感光層和母版，從而使體積全息圖寫入感光層中。該程序可以相同于或者類似于用于生成如DE 10 1006 016 139 Al中所描述的體積全息圖的程序。基本程序在所述出版物的第7和8頁上的第70-79段中參考圖la、lb、2a和2b有描述。在這里向本申請(qǐng)中并入DE 102006 016 139 Al的關(guān)于體積全息圖的制造的全部?jī)?nèi)容。顯而易見的是，在以上提及的特征以及將在以下說明的特征不但能夠以所陳述的組合使用，而且還能以其它組合或者單獨(dú)地使用，而不會(huì)超出本發(fā)明的范圍。


以下，將參考同樣公開了本發(fā)明必要特征的附圖通過示例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。為了更加清楚，附圖的圖示不是真實(shí)比例的。附圖中圖I是具有本發(fā)明的防偽元件I的鈔票的俯視圖；圖2是防偽元件I的區(qū)域3的一部分的放大俯視圖；圖3是沿著圖2中的線6的截面圖；圖4是圖2的像素47的示意性透視圖；圖5是防偽元件I的一些小面的再一實(shí)施例的截面圖； 圖6是防偽元件I的一些小面的再一實(shí)施例的截面圖；圖7是用于說明小面的計(jì)算的截面圖；圖8是用于說明用于計(jì)算像素的正方形網(wǎng)格的俯視圖；圖9是用于說明用于計(jì)算像素的60°網(wǎng)格的俯視圖；圖10是區(qū)域3的三個(gè)像素4的俯視圖；圖11是圖10的圖示的截面圖；圖12是區(qū)域3的三個(gè)像素4的俯視圖；圖13是圖12的俯視圖的截面圖；圖14是區(qū)域3的三個(gè)像素4的俯視圖；圖15是圖14的俯視圖的截面圖；圖16是用于說明根據(jù)再一實(shí)施例的像素的計(jì)算的俯視圖；圖17是圓柱形基底區(qū)域上的像素的小面的配置的截面圖；圖18是用于說明用于根據(jù)圖17的應(yīng)用的像素的制造的截面圖；圖19-21是用于說明在反射性和透射性小面中的角度的圖示；圖22是待模擬的反射性表面的截面圖；圖23是模擬根據(jù)圖22的表面的透鏡22的截面圖；圖24是用于模擬根據(jù)圖23的透鏡的透射性小面的截面圖；圖25是待模擬的反射性表面的截面圖；圖26是模擬根據(jù)圖25的表面的透鏡22的截面圖；圖27是用于模擬根據(jù)圖24的透鏡的相應(yīng)透射性小面的截面圖；圖28是透射性小面形成在載體8的兩側(cè)的實(shí)施例的截面圖；圖29是透射性小面形成在載體8的兩側(cè)的再一實(shí)施例的截面圖；圖30是用于說明透射性小面形成在載體8的兩側(cè)的實(shí)施例中的角度的圖示；圖31是用于制造圖5所示本發(fā)明的防偽元件的壓印工具的示意性截面圖。圖32a_32c是用于說明嵌入小面的圖示，其中小面構(gòu)造成反射性小面；圖33a和33b是用于說明嵌入小面的圖示，其中小面構(gòu)造成透射性小面；圖34是用于說明被嵌入的散射小面的圖示，而圖35是用于說明被嵌入的亞光光澤小面的圖示。
具體實(shí)施例方式在圖I所示的實(shí)施例中，本發(fā)明的防偽元件I集成在鈔票2中，使得防偽元件I從圖I所示鈔票2的前側(cè)可見。防偽元件I構(gòu)造成具有矩形外廓的反射性防偽元件1，其中由矩形外廓限定出的區(qū)域3被分割成多個(gè)反射性像素4，所述反射性像素4的一小部分在作為俯視圖的圖2中放大地示出。像素4在這里是方形的，并且具有處于10到數(shù)百微米范圍內(nèi)的邊長(zhǎng)。優(yōu)選地，邊長(zhǎng)不大于300 μ m。特別地，它可以處于20-100 μ m的范圍中。像素4的邊長(zhǎng)選擇成特別使得每個(gè)像素4的面積比區(qū)域3小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，優(yōu)選小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。大部分像素4分別具有取向相同的數(shù)個(gè)反射性小面5，其中小面5是反射性鋸齒光 柵的光學(xué)活性區(qū)域。在圖3中示出了六個(gè)相鄰像素WHdjP46沿線6的截面圖，其中圖3中的圖示，也如同其它圖中一樣，為獲得更好的可表示性，局部并不是真實(shí)比例。此外，小面5上的反射性涂層在圖1-3中未示出，在圖4中也未示出，以簡(jiǎn)化圖示。像素4的鋸齒光柵在這里形成于載體8的表面7中，其中如此結(jié)構(gòu)化的表面7優(yōu)選涂覆有反射性涂層(圖3中未示出)。載體8可以是例如施加至未示出的載體箔片(例如PET箔片)的輻射固化塑料(UV樹脂)。如在圖3中看出的，像素41、42、44、45和46分別具有三個(gè)小面5，小面的取向?qū)τ诿總€(gè)像素1、42、44、45和46來說分別是相同的。這些像素的鋸齒光柵從而小面5在這里是相同的，但它們的不同傾斜角ο。O4除外(為了簡(jiǎn)化圖示，只畫出了像素1、44的一個(gè)相應(yīng)小面5的傾斜角σ i和。4)。像素43在這里只具有單個(gè)小面5。在俯視圖(圖2)中觀察時(shí)，像素H6的小面5是排列成彼此平行的帶狀鏡面。小面5的取向在這里選擇成使得區(qū)域3對(duì)觀察者可感覺為相對(duì)于其實(shí)際(宏觀)空間形狀(其在這里是平坦區(qū)域的形態(tài))突出和/或后退的區(qū)域。這里，觀察者在觀看小面5時(shí)感覺到的是圖3中的截面中示出的表面9。這是通過選擇小面5的取向?qū)崿F(xiàn)的，所述小面5反射入射光LI，就好像它是根據(jù)圖3中的線9示出的空間形狀落在區(qū)域上似的，如入射光L2示意性地示出的。由像素4的小面5生成的反射對(duì)應(yīng)于表面9的區(qū)域的平均反射，其由相應(yīng)像素4轉(zhuǎn)換或者模擬。在本發(fā)明的防偽元件I中，三維外觀的高度輪廓因此由模仿高度輪廓的反射行為的反射性鋸齒結(jié)構(gòu)(每個(gè)像素4的小面5)的配置(這里為網(wǎng)格狀)模擬。通過區(qū)域3，因此能夠生成任意的可三維地感覺的圖形，比如人、人的一些部分、數(shù)字或者其它物體。除個(gè)體小面5的斜度σ之外，模擬表面的方位角α也將被調(diào)節(jié)。對(duì)于像素七-七，相對(duì)于箭頭Pl (圖2)所示方向的方位角α為O。。對(duì)于像素47，方位角α為例如大約170°。像素47的鋸齒光柵在圖4中以三維圖示示意性地示出。為了制造防偽元件1，反射性鋸齒結(jié)構(gòu)可以例如借助于灰階光刻寫入光致抗蝕劑中，接下來顯影、電鑄、壓印到UV漆(載體)中并進(jìn)行鏡膜涂覆。鏡膜涂覆可以例如借助于施加的金屬層(例如氣相沉積)來實(shí)現(xiàn)。通常，施加的是厚度為例如50nm的鋁層。當(dāng)然也可以采用其它金屬，比如銀、銅、鉻、鐵等，或者它們的合金。作為金屬的替代，也可以施加高折射性涂層，例如ZnS或者Ti02。氣相沉積可以在整個(gè)區(qū)域之上。然而，也可以實(shí)施只位于某些部位中或者呈網(wǎng)格狀的涂層，以便防偽元件I是部分地透明或者半透明的。在最簡(jiǎn)單的情況中，小面5的周期Λ對(duì)于所有像素4是相同的。然而，也可以改變每個(gè)像素4的小面5的周期Λ。因此，例如像素47具有比像素H6小的周期Λ (圖2)。特別地，小面5的周期Λ對(duì)于每個(gè)像素來說可以隨機(jī)地選擇。通過改變對(duì)于小面5的鋸齒光柵的周期Λ的選擇，能夠使出現(xiàn)于鋸齒光柵的衍射圖像的可能存在的可見性最小化。在一個(gè)像素4內(nèi)，設(shè)置固定的周期Λ。然而，基本上也可以在像素4內(nèi)改變周期Λ，使得每個(gè)像素4存在非周期性的鋸齒光柵。一方面，為了避免不想要的衍射效果，另一方面，為了使必要的箔片厚度(載體8的厚度)最小化，小面5的周期Λ優(yōu)選處于3 μ m-300 μ m之間。特別地，間隔在5 μ m-100 μ m之間，其中特別優(yōu)選地選擇10 μ m-30 μ m之間的間隔。在這里所描述的實(shí)施例中，像素4是正方形的。然而，也可以將像素4構(gòu)造成矩形 的。也可以使用其它像素形狀，比如平行四邊形或者六邊形像素形狀。像素4在這里一方面優(yōu)選具有比小面5的間隔大的尺寸，另一方面，小到使得單個(gè)像素4不會(huì)令人不安地沖擊裸眼。從這些需求得到的尺寸范圍在大約十到數(shù)百微米之間。像素4內(nèi)的小面5的斜度σ和方位角α于是由模擬高度輪廓9的斜度產(chǎn)生。除斜度σ和方位角α之外，可選地對(duì)于每個(gè)像素4可以進(jìn)一步引入相位參數(shù)Pi。防偽元件I的表面浮凸于是可以以第i個(gè)像素I通過以下高度函數(shù)Iii (X，y)描述hj (x, y) = Ai [ (-χ · sin a Jy · cos a i+pJmodA J這里，Ai是鋸齒光柵的幅度，a i是方位角，而Ai是光柵周期?！癿od”代表模運(yùn)算，并且在做除法時(shí)得到正余數(shù)。幅度因數(shù)Ai由模擬表面輪廓9的斜度產(chǎn)生。通過改變相位參數(shù)Pi，能夠使不同像素4的鋸齒光柵或者小面5相對(duì)于彼此偏移。對(duì)于參數(shù)Pi，可以使用對(duì)于每個(gè)像素4不同的隨機(jī)值或者其它值。因此能夠消除鋸齒光柵的(每個(gè)像素4的小面5的)或者像素4的網(wǎng)格光柵的潛在可見的衍射圖案，其否則可以引起不想要的顏色效果。此外，由于變化的相位參數(shù)Pi,也不存在相鄰像素4的鋸齒光柵彼此匹配得特別好或者特別差的特殊方向，這防止了可見的各向異性。在本發(fā)明的防偽元件I中，每個(gè)像素4的小面5的方位角α以及斜度σ可以選擇成使得它們不盡可能好地對(duì)應(yīng)于模擬表面9，而是略微從它偏離。為此，可以對(duì)于每個(gè)像素4向根據(jù)適當(dāng)分布模擬表面9的最佳值增加一個(gè)分量(優(yōu)選為隨機(jī)的)。取決于像素4的尺寸和噪點(diǎn)的強(qiáng)度(分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差)，于是能夠獲得不同的有趣效果。在非常細(xì)小的像素4(大約20μπι)的情況下，原本光亮的表面隨著噪點(diǎn)的增大而逐漸呈現(xiàn)出亞光。在較大像素(大約50 μ m)的情況下，獲得與金屬漆相當(dāng)?shù)耐庥^。在非常大的像素(數(shù)百微米)的情況下，各個(gè)個(gè)體像素4被裸眼分辨出。它們于是看起來是好像粗糙但是平滑的部分，其在不同視角處明亮地亮起。對(duì)于不同像素4可以不同地選擇噪點(diǎn)的強(qiáng)度，由此使凸出外觀的表面能夠看起來在不同位置具有不同的平滑度或者亞光度。因此能夠生成例如觀察者感覺區(qū)域3好像是具有亞光銘文或者質(zhì)地的平滑的突出和/或后退的區(qū)域的效果。此外，可以向小面5施加顏色偏移涂層，特別是薄膜系統(tǒng)。薄膜系統(tǒng)可以具有例如彼此層疊的第一、第二和第三介電層，其中第一和第三層具有比第二層高的折射率。由于小面5的不同傾斜角，在不用旋轉(zhuǎn)防偽元件I的情況下，觀察者可感覺到不同顏色。因此可感覺區(qū)域具有一定的顏色光譜。防偽元件I可以特別構(gòu)造成多通道圖像，其具有不同的彼此交織的局部區(qū)域，其中所述局部區(qū)域中的至少一個(gè)以本發(fā)明的方式構(gòu)成，以使該局部區(qū)域可被觀察者感覺為三維局部區(qū)域。當(dāng)然其它局部區(qū)域也可以借助于具有至少一個(gè)小面5的像素4以所描述的方法構(gòu)成。其它局部區(qū)域也可以，但是并非必須，可感覺為相對(duì)于實(shí)際空間形狀突出和/或后退的區(qū)域。交織可以是例如棋盤狀的，或者條帶狀的構(gòu)造。通過數(shù)個(gè)局部區(qū)域的交織可獲得有趣的效果。當(dāng)例如球面的模擬與數(shù)字的圖示交織時(shí)，這可以進(jìn)行成使得對(duì)于觀察者來說出現(xiàn)數(shù)字位于具有半鏡像表面的玻璃球的內(nèi)部中的印象。除上述采用顏色偏移涂層之外，還可以為本發(fā)明的防偽元件I附加地設(shè)置顏色信息。因此，油墨可以例如印刷在小面5上(透明的或者薄的)，或者設(shè)置在至少部分地透明或者半透明的鋸齒結(jié)構(gòu)下方。例如，可以由此進(jìn)行借助于像素4表示的圖形的去色。當(dāng)例如模擬人物時(shí)，油墨層可以提供面部的顏色。
與真彩色全息圖或者Kinegram的組合，特別是與顯示以像素4模擬出的表面9的彩色圖示的真彩色全息圖的交織，也是可能的。因此，物體的基本上無色差的三維圖像將在某些角度呈現(xiàn)出彩色。此外，與子波長(zhǎng)光柵的組合也是可能的。特別地，通過兩種技術(shù)的相同圖形的交織圖示是有利的，其中鋸齒結(jié)構(gòu)的三維效果與子波長(zhǎng)光柵的顏色信息組合。以像素4模擬出的表面9可以特別是所謂的虛擬區(qū)域。這在這里應(yīng)理解為不能以真實(shí)的凸出的反射性或者透射性表面生成的反射行為或者透射行為的形成。為了進(jìn)一步說明虛擬區(qū)域的概念，用于與真實(shí)區(qū)域劃界的數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)將在以下引入，并且通過旋轉(zhuǎn)反射鏡的示例來說明。在模擬真實(shí)的凸出表面時(shí)，后者通過高度函數(shù)h(x，y)是可描述的。這里可以假設(shè)函數(shù)h(x，y)是可微分的(differentiable)(不可微分的函數(shù)可以通過可微分的函數(shù)概算出，其最終將對(duì)觀察者生成相同的效果)。如果現(xiàn)在沿任意閉合的曲線C求h(x，y)的梯度的積分，則積分將消失
= O以比喻的方式來說，這意味著某人沿一閉合路徑上下行走的高度差相同，并且最后著陸在相同高度處。在該路徑上克服的高度差之和因此必須為零。在本發(fā)明的防偽元件I中，小面5的斜度和方位角對(duì)應(yīng)于高度函數(shù)的梯度?，F(xiàn)在可以構(gòu)成這樣的情況，其中小面5的斜度和方位角實(shí)際上連續(xù)地彼此相碰，但是找不到使以上積分消失的高度函數(shù)。在該情況下，談到的將是虛擬區(qū)域的模擬。一個(gè)特殊的實(shí)施例是例如旋轉(zhuǎn)反射鏡。關(guān)于這一點(diǎn)，我們將首先以拋物線輪廓來考慮真實(shí)凸?fàn)罘瓷溏R的模擬。高度函數(shù)由下式給出h (x, y) =-c (x2+y2)其中c>0是常數(shù)并且確定反射鏡的曲率。在這種反射鏡中，觀察者可以看到自己的直立縮小的鏡像。鋸齒結(jié)構(gòu)的參數(shù)于是由下式給出a (x, y) =arctan (x, y)
和
權(quán)利要求
1.一種防偽元件，用于防偽紙、有價(jià)文件等，具有 具有被分割成多個(gè)像素的表面區(qū)域的載體，所述多個(gè)像素分別包括至少一個(gè)光學(xué)活性小面(5)， 其中大部分像素分別具有對(duì)于每個(gè)像素取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面，并且所述小面取向成使得所述表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為相對(duì)于其實(shí)際空間形狀突出和/或后退的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求I所述的防偽元件，其中，所述小面的取向選擇成使得所述表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為非平坦的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求I或2所述的防偽元件，其中，所述光學(xué)活性小面被構(gòu)造成反射性小面。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述光學(xué)活性小面被構(gòu)造成具有折射效果的透射性小面。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述光學(xué)活性小面被構(gòu)造成使得所述像素沒有光學(xué)衍射效果。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，每個(gè)像素的面積比所述表面區(qū)域的面積小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述小面形成在所述載體的表面中。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述小面被構(gòu)造成嵌入式小面。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述小面被構(gòu)造成大致平坦的面積組元。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述小面的取向由它們的傾斜角和/或它們的方位角確定。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述小面形成周期性的或者非周期性的光柵，并且所述小面的光柵周期在I μ m-300 μ m之間，優(yōu)選在3 μ m-100 μ m之間，特別優(yōu)選在5μπι-30μπι之間。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，在所述小面上，至少在某些區(qū)域中形成有反射性或者反射增強(qiáng)涂層。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，在所述小面上，至少在某些區(qū)域中形成有顏色偏移涂層。
14.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，像素的最大延伸度處于5 μ m-5mm之間,優(yōu)選處于10 μ m-300 μ m之間,特別優(yōu)選處于20 μ m-100 μ m之間。
15.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，所述表面區(qū)域能夠被觀察者感覺為虛擬區(qū)域，該虛擬區(qū)域的反射行為或者透射行為不能由真實(shí)的凸出的反射性或者透射性表面生成，其中所述表面區(qū)域特別可被感覺為旋轉(zhuǎn)反射鏡。
16.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，至少一個(gè)小面在其表面上具有光散射微結(jié)構(gòu)，其中所述光散射微結(jié)構(gòu)優(yōu)選地構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)具有擇優(yōu)方向的散射，以生成亞光結(jié)構(gòu)。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件，其中，數(shù)個(gè)小面的取向相對(duì)于用于生成突出和/或后退區(qū)域的取向被改變成使得所述突出和/或后退區(qū)域仍然是可被感覺的，但是具有呈亞光外觀的表面。
18.一種有價(jià)文件，具有如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的防偽元件。
19.一種用于制造防偽元件的制造方法，所述防偽元件用于防偽紙、有價(jià)文件等，其中 在表面區(qū)域中將載體的表面的高度調(diào)制成使得所述表面區(qū)域被分割成分別具有至少一個(gè)光學(xué)活性小面的多個(gè)像素， 其中大部分像素分別具有對(duì)于每個(gè)像素取向相同的數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面，并且所述小面取向成使得所述表面區(qū)域?qū)τ谒圃斓姆纻卧挠^察者可被感覺為相對(duì)于其實(shí)際空間形狀突出和/或后退的區(qū)域。
20.一種壓印工具，具有壓印區(qū)域，通過該壓印區(qū)域，能夠?qū)⑷鐧?quán)利要求1-17中任一項(xiàng) 所述的防偽元件的小面的形狀壓印到所述載體中。
21.如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的防偽元件的用途，作為用于曝光體積全息圖的母版。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防偽元件(1)，其用于防偽紙、有價(jià)文件等，包括具有被分割成多個(gè)像素(4)的表面區(qū)域(3)的載體(8)，所述多個(gè)像素(4)在各情況下包括至少一個(gè)光學(xué)活性小面(5)。根據(jù)本發(fā)明，所述多個(gè)像素(4)分別包括數(shù)個(gè)光學(xué)活性小面(5)，所述光學(xué)活性小面對(duì)于每個(gè)像素(4)具有相同的取向，并且所述小面(5)取向成使得表面區(qū)域(3)能夠被觀察者感覺為相對(duì)于其實(shí)際三維形狀向前和/或向后突出的表面。
文檔編號(hào)G02B5/18GK102905909SQ201080062597
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者C.福斯, M.拉姆, A.勞赫, W.考勒 申請(qǐng)人:德國(guó)捷德有限公司