CN105437822B - 具有反射性的面区域的光学可变的安全元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安全保护有价物的光学可变的安全元件(12)，其具有载体，该载体具有反射性的面区域(20)，该反射性面区域的伸展限定了x‑y平面和与其垂直的z轴线。根据本发明在此设有：‑反射性的面区域(20)包含多个反射性的像素(30)，其分别具有一个或多个取向相同的反射性刻痕面(32)，其中，每个刻痕面(32)相对于x‑y平面的斜率是通过给出它的归一化的法向矢量的来确定的，‑反射性面区域(20)具有通过x轴线说明的主方向，从而面区域(20)的多于80％的刻痕面(32)都具有位于y‑z平面中的法向矢量，以及‑至少一部分刻痕面(32)设有由多个光栅线(36)构成的衍射光栅图案(34)，该光栅图案的光栅矢量平行于x轴线。

Description

具有反射性的面区域的光学可变的安全元件

技术领域

本发明涉及一种用于有价物的防伪的光学可变的安全元件，该安全元件具有载体，该载体具有反射性的面区域，该反射性的面区域的伸展限定了x-y平面和与其垂直的z轴线。本发明还涉及一种用于制造这种安全元件的方法和一种相应地装备的信息载体。

背景技术

诸如有价票券或者身份证件的信息载体，或者诸如品牌商品的其它有价物为了得到安全保护而通常设有安全元件，其使得能够检验信息载体的真实性，并且同时用作对不允许的复制的防护。

安全元件通过与观察角度相关的效果来在真实性安全保护中起作用，因为这些效果本身不能通过最先进的复印机来复制。安全元件在此装备有光学上可变化的元件，其在不同的观察角度下向观察者传达不同的图像印象，并且例如根据观察角度而示出不同的色彩或亮度印象和/或不同的图形主题。

近来，通常使用具有在微镜结构基础上的运动学/立体画效果的安全元件。典型地，微镜结构由于微镜在5μm以上的微镜尺寸而本身并不产生色彩效果，然而色彩可以通过附加的、倾斜显色的(farbkippende)涂层来提供。这种倾斜显色的涂层的产生通常是通过真空蒸镀方法实现的，并且因此是耗时耗成本的。另外，可能的色彩效果的带宽也是受限的。因此，例如倾斜显色的涂层的色彩变化总是各向同性的，即与安全元件的倾斜方向无关。

发明内容

基于以上，本发明的任务是提出一种开头提及类型的光学可变的安全元件，其可以成本低廉地装备有显色的结构。理想地，该显色结构还具有引人注目的光学印象图，并且为安全元件赋予了较高的防伪性。

根据本发明在此类安全元件中设有：

-反射性的面区域包含多个反射性的像素，其分别具有一个或多个相同取向的反射性的刻痕面(Facetten)，其中，每个刻痕面相对于x-y平面的斜率是通过给出它的归一化(normalisiert)的法向矢量来确定的，

-反射性的面区域具有通过x轴线给出的主方向，从而所述面区域的多于80％的刻痕面具有位于y-z平面中的法向矢量，以及

-至少一部分刻痕面设有由多个光栅线构成的衍射性的光栅图案，该光栅图案的光栅矢量平行于x轴线。

X轴线或所提及的主方向的选择在此不是任意的，而是通过如下方式被唯一地限定，即，面区域的多于80％的刻痕面具有位于y-z平面(即垂直于主方向的平面)的法向矢量。如下面详细阐述的，安全元件通过协调面区域的刻痕面的取向以及衍射性光栅图案的光栅线的走向而提供了两个不同的倾斜效果，其在安全元件倾斜时围绕彼此正交的倾斜轴线而出现，并且这两个倾斜轴线有利地完全彼此独立。尤其，在围绕x轴线倾斜安全元件时作为第一倾斜效果出现运动学效果的印象，该运动学效果在有利的构型中并未伴随有色彩变化、即色彩学的倾斜效果，并且在围绕y轴线倾斜安全元件时出现第二倾斜效果的印象，即色彩学效果，其为纯粹的、不带运动效果的色彩变化。

在此，光栅图案的光栅矢量如通常那样是垂直于光栅线的矢量，而其数值给出了光栅周期。

尤其，至少一部分具有位于y-z平面中的法向矢量的刻痕面设有由多个光栅线构成的衍射性光栅图案，该光栅图案的光栅矢量平行于x轴线。

反射性像素优选分别包含两个或多个相同取向的刻痕面，然而可能的是，一部分像素或者所有像素都仅包含一个刻痕面。至少一部分像素和/或刻痕面有利地构建为具有主题形式、尤其符号或标志形式的轮廓。这些特别的轮廓可以用作附加的真实性特征，该真实性特征仅在放大时可见。此外，可以在一部分像素或刻痕面中附加地写入微缩文本。微缩文本在此不仅写在刻痕面上，或者还替代一些刻痕面呈现在载体上。

在一个优选的实施例中，所有设有衍射性光栅图案的刻痕面的光栅线都具有平行于x轴线的光栅矢量。衍射性光栅图案有利地具有在0.3μm和4μm之间、优选在0.6μm和3μm之间的光栅周期。

在本发明的一个有利的变型中，面区域的所有光栅图案都具有相同的光栅周期。替选地，各个刻痕面的光栅周期也可以选择为不同的，然而由此运动学和色彩学的倾斜效果部分地彼此耦合。在围绕x轴线倾斜时，具有不同的光栅周期的(相应地被照亮的)刻痕面也产生不同的衍射颜色，从而在动力学效果期间还附加地出现色彩变化或者色彩学效果。在此，色彩学效果并不由折弯的光的传播平面的改变而产生，如下面详细阐述那样，而是基于用于这些刻痕面的反射条件的变化而产生。相反地，在围绕y轴线倾斜时在该情况下还仅触发色彩学效果，而不触发运动学效果，从而正交的倾斜效果并非完全地，而是仅部分地彼此耦合。

刻痕面优选基本上构建为平的面元件。在此表述“基本上”考虑的是如下事实，即，在实践中由于制造条件的限制而无法产生完全平的面元件。替选地，这些刻痕面也可以构建成弯曲的、尤其凹进的、凸出的或者波浪状的面元件。于是法向矢量随着面元件的面延伸变化，然而始终处于y-z平面中。通常，刻痕面可以通过给出的刻痕面面积h(x,y)来描述，其中，平坦的刻痕面具有

h₁(x,y)＝c*y+c₀,其中(x,y)∈B

形式的刻痕面面积，其中c和c₀是常数，B是x-y平面的连贯的区域。弯曲的刻痕面通常具有如下形式的刻痕面面积：

h₂(x,y)＝f(y),其中(x,y)∈B

其具有仅与y相关的平滑函数f(y)。

在一个适宜的实施例中，反射性的刻痕面布置在周期性网栅或格栅中并且尤其形成锯齿光栅。替选地，反射性刻痕面非周期性地布置，其中这时刻痕面的非周期性布置是优选的，因为由此可以避免源于刻痕面的有规律布置的所不希望的衍射效果。

用于抑制所不希望的衍射效果的另一可能性在于，刻痕面在其在面区域之上的高度方面非周期地彼此错移。在刻痕面非周期地错移的情况下在相邻刻痕面的高度之间不存在简单的、有规律的关联，从而可靠地避免了相邻刻痕面所反射的光的结构性干涉和由此可靠地避免了形成叠加的衍射图案。这种非周期性错移的细节可以从文献WO 2012/055506A1中获得，其在该方面的公开内容结合在了本申请中。

刻痕面有利地在通过x轴线给出的主方向上具有10μm或更大、优选20μm或更大、特别优选30μm或更大的尺寸。在与主方向垂直的y方向上，刻痕面有利地具有在5μm和30μm之间、优选在7.5μm和15μm之间的尺寸，并且刻痕面的高度有利地在0和10μm之间、优选在0和5μm之间。

反射性刻痕面在有利的构型中具有金属涂层或者高折射率涂层。反射性的刻痕面然而还可以具有倾斜变色的涂层。

反射性的面区域可以划分为至少两个子区域，在其中刻痕面具有不同的平均取向，由此在围绕x轴线倾斜时图像印象突然转变，并且由此形成所谓的翻转图(Flip-Bild)。刻痕面的取向也可以在反射性面区域的至少一个子区域中具有连续变化的分布。以该方式可以产生拱曲效果，其中反射性面区域跟随三维模板的拱曲。在围绕x轴线倾斜时，衍射平面的旋转引起立体画效果，其中形成反射的和拱曲的表面的印象。在围绕y轴线倾斜时，被调节的镜面反射的颜色和/或强度变化。

有利地，刻痕面的取向彼此协调为使得安全元件在围绕x轴线倾斜时示出运动效果，尤其是正视差的(orthoparallaktischen)运动效果或者立体画效果。

在本发明的一个有利的实施例中，一部分刻痕面构建为没有衍射性光栅图案的。以该方式可以提供上层结构其通过具有或没有光栅图案的刻痕面的不同的倾斜特性而形成。

在一个有利的实施例中，面区域的所有刻痕面都具有位于y-z平面中的法向矢量。替选地，在一个同样有利的实施例中，面区域的更小比例的、小于20％、尤其小于10％的刻痕面具有归一化的、带有基本上随机选择的不为0的x分量的法向矢量。在此，具有不为0的x分量的刻痕面构建为没有衍射性光栅图案的。随机倾斜的刻痕面在特定的倾斜位置下分别无色地发亮并且由此产生视觉上吸引人的闪光效果，其叠加于所描述的正交的倾斜效果。

安全元件还可以包含两个或多个所描述类型的反射性的面区域，其优选地通过被标记的倾斜方向和/或光栅图案的光栅常数而不同。尤其，安全元件的每个反射性面区域都可以具有自己的、通过面区域的x轴线给出的主方向。例如，安全元件具有两个所描述类型的反射性面区域，它们的通过相应的面区域的x轴线给出的主方向彼此垂直。在围绕主方向之一倾斜安全元件时，则两个面区域之一示出纯粹的运动学倾斜效果，而另一面区域示出纯粹的色彩学倾斜效果。在围绕正交的主方向倾斜时，这两个面区域的角色交换。

替选地或者附加地，安全与案件可以包含两个或多个所描述类型的反射性面区域，其中，在每个面区域中所有光栅图案都具有相同的光栅周期，不同面区域的光栅周期不同。

所描述的反射性面区域可以与其它安全特征组合，例如与全息图、尤其是真实色彩全息图组合，与子波长光栅或者其它的子波长结构组合，与没有衍射性光栅的微镜装置组合，或者还与基于特殊材料特性诸如导电性、磁性、冷光性、荧光性等的安全特征组合。其它安全特征例如可以设在反射性面区域的缝隙中或者与其交错。

最后要注意的是，所说明的条件，即，刻痕面的法向矢量位于y-z平面中并且光栅矢量平行于x轴线，对于实际的结构而言当时不是必须或可以在数学上精确地满足，而是对于本领域技术人员可理解的是，与这些数学上精确的条件的小的、例如在制造技术上不能避免的偏差不影响所描述的倾斜效果和安全元件的功能性。

本发明还包含具有所描述类型的安全元件的信息载体。信息载体尤其可以是有价票券，例如钞票、尤其是纸钞、聚合物钞票或者膜复合物钞票，是股票、借据、证书、代金券、支票、高价值的入场券，然而也可以是证件卡，例如***、银行卡、支付卡、证明卡、身份证或者护照个人页。

本发明还包含一种用于制造开头描述类型的光学可变的安全元件的方法，其中

-提供载体并且为所述载体设有反射性面区域，该面区域的伸展限定了x-y平面和与其垂直的z轴线，

-其中，反射性面区域构建为具有多个反射性像素，这些像素分别具有一个或多个相同取向的反射性刻痕面，其中每个刻痕面相对于x-y平面的斜率是通过给出它的归一化的法向矢量来确定的，

-将反射性面区域产生为具有通过x轴线给出的主方向，使得面区域的多于80％的刻痕面都具有位于y-z平面中的法向矢量，以及

-至少一部分刻痕面设有由多个光栅线构成的衍射性光栅图案，其光栅矢量与x轴线平行。

为了制造根据本发明的安全元件，可以例如借助灰度光刻法将反射性刻痕面连同衍射性格栅图案刻入到光刻胶中，接下来冲洗、电镀变形、压入UV漆中和镜面化。镜面化例如可以通过所施加的、例如蒸镀的金属层来实现。典型地在此施加具有例如为50nm的厚度的铝层。当然还可以使用其它金属，诸如银、铜、铬、铁、镍或者其合金。替选于金属也可以施加把半导体诸如硅、由ZnS、Al₂O₃或者TiO₂制成的高折射率涂层或者倾斜变色的涂层。施加、尤其是蒸镀可以整面地进行，然而还可能的是仅执行按区域的或者格栅形的涂层，从而安全元件是部分地透明或者半透明的。

附图说明

下面借助附图阐述本发明的其它实施例以及优点，其中不使用合乎比例和尺寸的示出方式，以提高清楚性。其中：

图1是钞票的示意图，该钞票具有以较宽安全条形式的、按照本发明的光学可变的安全元件，

图2相应地对于图1的安全元件的一个区段示意性地示出了在安全元件的不同的倾斜位置下观察者所感知到的印象图，

图3示意性地以俯视图示出了根据本发明的安全元件的反射性面区域的细节片段，

图4示出了图3的细节片段的左边缘上的两个像素的透视图，

图5示出了根据本发明的安全元件的反射性面区域的片段，其中每个像素由仅一个刻痕面构成并且其中像素或刻痕面非周期性地布置在x-y平面中，

图6示出了按照本发明的另一实施形式的反射性面区域的横截面，

图7示出了安全元件，其反射性面区域划分为两个子区域，在它们中刻痕面分别具有不同的平均取向，以及

图8a和图8b分别示出了具有多个反射性面区域的安全元件，其区别在于主要的倾斜方向或者光栅图案的光栅常数。

具体实施方式

现在借助用于钞票的安全元件的示例来阐述本发明。图1对此示出了钞票10的示意图，其具有宽安全条形式的、根据本发明的光学可变的安全元件12。然而可理解的是，本发明并不限于安全条和钞票，而是可以在所有类型的安全元件中使用，例如在货品和包装的标签中或者在文件、证件、护照、***、医保卡等的防伪部件中。在钞票和类似文件中，除了安全条之外例如还考虑安全线或者转移元件。

在图1中示出的安全元件12示出了两个不同的倾斜效果，它们在围绕彼此正交的倾斜轴线倾斜14、16安全元件时出现，并且它们完全独立。为了描述这些正交的、独立的倾斜效果，附加地参考图2，其对于安全元件12的一个区段分别示意性地示出了在安全元件12的不同倾斜位置下由观察者感知的印象图。

光学可变的安全元件12包含反射性的面区域20，其伸展限定了x-y平面，该平面在此与钞票10的表面重合。X-y平面的x和y轴在此示出了两个被标出的倾斜方向，其中在围绕这些被标出的轴线之一倾斜时分别仅出现两个正交的倾斜效果之一。在该实施例中，x轴线沿着钞票10的纵棱边延伸而y轴线沿着横棱边延伸。因此，钞票向前或向后的倾斜14示出了围绕x轴线的倾斜，并且下面为了清楚性原因也称作“南北倾斜”。钞票向右或左的倾斜16示出了围绕y轴线的倾斜，并且下面也称作“东西倾斜”。z轴线垂直于x-y平面，从而通过这三个轴线形成的坐标系形成了右手坐标系。

面区域20示出了所谓的立方滚筒图案(RollingCube-Muster)，其中在每个倾斜位置中可以看到两列平行的小矩形22，其如图1中阐述那样具有彼此间的特定间距并且以特定的色彩印象、例如以红色的色彩印象出现。

在使钞票围绕x轴线倾斜、即安全元件12的南北倾斜14中，两个所提及的倾斜效果中的第一个倾斜效果出现，即运动学效果，其中两个矩形列22颜色不变地沿着图1的箭头24相向或相背离地移动。

在钞票围绕y轴线倾斜时，即安全元件12的东西倾斜16中，第二倾斜效果出现，即色彩学效果，其中矩形列22不改变其间隔地改变其颜色，例如在红和绿之间改变。

这两个倾斜效果称作正交的，因为它们在围绕彼此正交的倾斜轴14、16倾斜时出现。这两个倾斜效果此外完全独立，因为在围绕x轴线倾斜14时仅出现运动学效果而不出现色彩学效果，而在围绕y轴线倾斜16时仅出现色彩学效果而不出现运动学效果

图2示出了安全元件12在不同的倾斜14、16前后的印象图。在此，从图1的印象图出发，其在图2的左上方示出为印象图26-A，并且其示出了具有大的间隔和红色色彩印象的矩形列22。

钞票10的南北倾斜14引起图2左下方示出的印象图26-B，其中矩形列22对于观察者而言颜色不变地向着彼此移动，即现在在不变的红色色彩印象下具有较小的间隔。通过往回倾斜，重建原始的印象图26-A。如果相反地从印象图26-A触发执行东西倾斜16，则矩形列22改变它们的颜色，例如从红色变为绿色，而矩形的位置和矩形列22的间隔保持不变。图2右上方示出的印象图26-C具有矩形列22的大的间隔和绿色的色彩印象。如果从该倾斜位置开始执行南北倾斜14，则矩形列22又颜色不变地相向移动，从而形成右下方示出的印象图26-D，其中矩形列在绿色的色彩印象下具有小的间隔。另一(与第一东西倾斜相反的)东西倾斜16使得它回到具有小的间隔和红色色彩印象的印象图26-B。

可理解的是，矩形列22的间隔变化和色彩变化在实际中是连续的并且在图2中仅为了图解而仅局限于两个间隔值和两个色彩印象。

此外，从所描述的功能性中还得到的是，围绕并不与x或y轴线重合的轴线进行的倾斜会引起组合的倾斜效果，其不仅具有运动学还具有色彩学分量。x和y轴线在面区域20的平面中的取向恰好通过所标出的倾斜14、16的倾斜轴线来限定，其中出现纯粹的运动学效果(倾斜14)或者纯粹的色彩学效果(倾斜16)。在该实施例中，所标出的倾斜轴线与安全元件12和钞票10的棱边平行，然而通常所标出的倾斜轴线具有相对于安全元件的任意取向。

根据本发明的安全元件的结构和两个正交的、独立的倾斜效果的形成现在参考图3和4来详细阐述。在此，图3示意性地以俯视图示出了根据本发明的安全元件的反射性面区域的细节片段，而图4示出了在图3的细节片段的左边缘上的两个像素30-A、30-B的立体图。

根据本发明的安全元件的反射性面区域20是由多个反射性像素30构成的，其中在图3和4的细节图中仅示出了其中一些。在该实施例中像素构建为具有矩形的轮廓，然而它们也通常可以具有其它轮廓形状、尤其具有诸如符号或标志的主题形状。像素30的棱边长度在300μm以下，并且尤其位于20μm到100μm的范围中。

每个反射性像素30都包含一个或多个、在该实施例中为2个具有相同取向的反射性刻痕面。刻痕面32的长度和宽度位于5μm以上，以便避免通过刻痕面布置引起的颜色分散。刻痕面的长度(在x方向上的尺寸)优选为大于10μm、尤其大于20μm，刻痕面的宽度(在y方向上的尺寸)有利地在7.5和15μm之间。在这种尺寸的刻痕面的情况下，借助下面描述的光栅图案获得清楚的衍射颜色。

刻痕面32的取向，即尤其是刻痕面相对于x-y平面的斜率，是通过给出它们的归一化的法向矢量n₀＝(n_x,n_y,n_z)(其中|n₀|＝1)和正的z分量来确定的。虽然刻痕面32在像素30内的取向总是相同的，但是它们在实践中是按像素相区别的，以便在不同的观察方向中给观察者一个或多个所希望的、由像素30构造的主题。

根据本发明，面区域20的大部分、在所示出的实施例中甚至100％的刻痕面32都具有位于y-z平面中的法向矢量，即法向矢量的x分量n_x为0。由于归一化，刻痕面的法向矢量已经通过y分量n_y唯一地确定并且通过关系式

n_y＝sinγ

与倾斜角γ关联，刻痕面32与x-y平面和由此与表面图案20的宏观表面围成该倾斜角(图4)。

反射性的刻痕面32还设有衍射性光栅图案34，其是由多个平行的光栅线36构成的。出于纵览性原因，在图4中仅对于像素30-A的刻痕面之一标出光栅线36。光栅线36的取向在本发明的范围中选择为使得光栅图案34的、按照定义垂直于光栅线36并且数值上确定光栅周期的光栅矢量g与x轴线平行。光栅矢量因此通常可以写作g＝(g_x,0,0)，其中g_x是光栅周期。

光栅图案34的光栅周期g_x在本发明的范围中通常在0.6μm和3μm之间，并且具体地这样选择，使得在预先给定的期望的倾斜角范围内产生所希望的色彩效果。在该实施例中，所有刻痕面32被具有相同的光栅周期g_x的相同的光栅图案34占据。然而基本上也可能的是，对于一部分像素变化光栅周期，由此将运动学效果和色彩学效果部分地彼此耦合，如上面已经阐述过那样。

对于光栅图案34的光栅矢量应平行于x轴线的条件的一个替选表述可以用刻痕面面积h(x,y)来实现。因为梯度表示刻痕面平面的最大斜率的方向，所以该关于光栅图案34的条件也可以表述为，在刻痕面的每个点处的光栅线36都必须平行于该最大斜率的切向矢量t来走向。

刻痕面面积的最大斜率的切向矢量t对于通常的刻痕面面积h(x,y)是通过

给出的，其中，和表示偏导数，并且 是刻痕面面积的梯度。

因为刻痕面32根据本发明具有位于y-z平面中的法向矢量，其在归一化的形式中通常通过

n₀＝n/|n|,其中n＝(-h_x,-h_y,1)

给出，所以h_x＝0并且最大斜率的切向矢量同样位于y-z平面中：

对于上面提及的平坦的刻痕面

h₁(x,y)＝c*y+c₀,其中(x,y)∈B

最大斜率的切向矢量是与位置无关的，即，

t₁(x,y)＝(0,1,c)

并且对于一般弯曲的刻痕面

h₂(x,y)＝f(y),其中(x,y)∈B

对于最大斜率的切向矢量得出

₂(x,y)＝(0,f'(y)/|f'(y)|,|f'(y)|)。

如果为了解释运动学效果而首先观察没有衍射性光栅图案34的反射性刻痕面32，则这些没有光栅的刻痕面32起消色差的反射性微镜的作用，其将入射的光线在无色散的条件下按照几何光学定理进行反射。如果从刻痕面的一个观察方向来看满足了反射条件“入射角等于出射角”，则刻痕面显得无色发亮，否则是暗的。因为反射条件仅对于一个倾斜角度被精确地满足(在存在仅一个主光源的条件下)，所以在沿南北方向倾斜安全元件时得到突然的、离散的亮度变化。

面图案20具有带有不同的倾斜角度γ的多个刻痕面32，其中相同定向的刻痕面32布置为使得发亮的和暗的刻痕面总体上对于观察呈现出期望的主题。所有刻痕面32的法向矢量都位于y-z平面中，从而反射条件在沿南北方向倾斜安全元件12时对于所有刻痕面32同时地并且以相同程度变化。在倾斜之前满足反射条件并且发亮的刻痕面在南北倾斜之后不再能满足反射条件并且因此显得暗。相反地，在倾斜之前是暗的刻痕面在按照南北方向倾斜合适地倾斜之后可以变亮。通过合适地布置刻痕面和其倾斜角，可以由此产生所有期望的移动效果，尤其是还有正视差的移动效果。呈现立体画效果也是可能的。可能的移动效果和立体画效果的总体在本说明书的范围中总结为术语“运动学效果”。

如果为了阐述色彩学效果现在加上衍射性的光栅图案34，从而附加地必须考虑入射光在光栅图案上的衍射，于是替代几何定向的反射光束的方向而考虑光栅图案的零级衍射级的方向。在零级衍射级的方向中，满足了反射条件“入射角等于出射角”，刻痕面显得亮且无色，尽管亮度典型地比上面描述的没有光栅的情况较小一些，因为一部分光被衍射到了其它空间方向上。

在光栅图案34中，被衍射的光的传播方向处于通过光栅矢量g和零级衍射级的方向张成的平面中。在该平面内，衍射光的方向是通过光栅方程

sinα+sinβ＝mλ/g_x

给出的，其中m是衍射级，g_x是光栅周期而λ是波长。角度α或β是入射或反射光投射到由光栅矢量g和法向矢量n张成的平面中时的角度。在此，角度α在此总是被取为正的，角度β在如在根据本发明的构型中常见那样相对于光栅法线位于与α同一侧时是正的，否则是负的。

对于安全元件12的特定的观察方向和倾斜位置，例如图1中示出那样，于是得到面区域的特定的印象图，该印象图一方面通过刻痕面32的倾斜角度并且另一方面通过光栅图案34的衍射效果来确定。

在南北倾斜14安全元件12时，即围绕x轴线倾斜时，反射条件对于所有刻痕面32同时变化，从而通过刻痕面32的布置形成所希望的运动学效果。由于带有平行于y-z平面的光栅线或平行于x轴线的光栅矢量g的光栅图案34的特别的取向，光栅方程的角度α和β在南北倾斜14中不改变。因此，刻痕面32的色彩印象在南北倾斜14中保持不变，并且运动学效果并不伴随有色彩学效果。

相反地，由于刻痕面32的特别的取向，安全元件的东西倾斜16、即围绕y轴线的倾斜并不改变所衍射的光的、通过光栅矢量g和零级衍射级的方向张成的传播平面，从而在东西倾斜时并不会出现各个刻痕面的可见性的突然和离散的变化，更确切而言，不会出现空间的印象图，例如图1和2的矩形列22的间隔保持不变。

东西倾斜16在光栅图案34的衍射平面中延伸，从而随着倾斜，光栅方程中的角度α和β逐渐变化。在东西倾斜中因此出现颜色和/或强度渐变，通过这种颜色和/或强度渐变，尤其刻痕面32的色彩印象连续改变。然而因为空间的印象图保持不变，所以该色彩学效果并不伴随有运动学效果。总体上，由此这两个正交的效果完全独立。

反射性像素30或者反射性刻痕面32可以如图3中所示那样布置成规则的格栅，并且例如形成规则的闪耀光栅。根据本发明的面区域然而并不限于规则的像素或者刻痕面布置，更确切而言，甚至优选地使用非周期或不规则的像素或者刻痕面布置，因为由此避免不希望的衍射效果，如会通过规则布置形成那样的衍射效果。

图5示出了一个实施例，其中为了简化的视图，每个像素30仅由一个刻痕面32构成，并且其中像素或刻痕面非周期地布置在x-y平面中。为了尽管有相邻刻痕面的高度差和伴随于此的相位跳跃而仍获得具有清楚的衍射色彩的面区域，刻痕面在x方向的尺寸为至少10μm、优选至少20μm、特别优选至少30μm。在y方向上，刻痕面的尺寸在5μm与30μm之间、优选在7.5μm与15μm之间。刻痕面的高度在0与10μm之间、优选在0与5μm之间。

另一用于通过划分为刻痕面抑制所不希望的衍射效果的可能性在于，将刻痕面在其在面区域之上的高度方面非周期地彼此错移。例如，图6示出了安全元件12的反射性面区域40的横截面，其中在片段中示出的刻痕面42虽然全都具有相同的倾斜度，但是按照非周期的、尤其不规则的方式以在0到至少半波长之间的高度偏移量从其规则的初始位置起偏移。由此，在不同的刻痕面42-j、42-k之间的级差(Gangunterschiede)不规则地以0与至少一个完整波长之间的值变化。由不同的刻痕面42-j、42-k反射的光束44-j和44-k于是处于随机的相位关系中，从而尽管存在相同取向的刻痕面12的周期性布置，刻痕面42的格栅仍并不起衍射结构的作用，并且因此并不出现干扰性的次级衍射效果。

图7示出了一个实施例，其中安全元件的反射性面区域50被划分为两个子区域52、54，其中刻痕面32分别具有不同的平均取向。例如，刻痕面32可以在以数字“20”的形式构建的子区域52中具有倾斜角度γ，它在10°与20°之间随机选择的，而刻痕面32在背景区域54中具有倾斜角度γ，它在-10°与-20°之间随机选择的。在安全元件沿南北向倾斜时，于是，根据倾斜位置，第一或第二子区域52、54显得亮且有颜色，从而数字“20”在正示图(数字亮、背景暗)和负示图(数字暗、背景亮)之间变换，并且形成所谓的翻转图。在沿东西方向倾斜时，正或负示图基本上保持不变，然而示出了上面描述的色彩学效果的颜色变化。

刻痕面还可以设在具有第一光栅周期g_x1的光栅图案的子区域52中以及设在具有第二光栅周期g_x2的光栅图案的子区域54中，从而子区域52、54在南北倾斜时显现出虽然恒定，但是不同的颜色。

安全元件还可以具有多个所描述类型的反射性面区域，其例如通过标记的倾斜方向或者光栅图案的光栅常数相区别。图8a为了解释而示出了具有两个上面描述类型的反射性面区域62、64的安全元件60。每个面区域62、64都通过其伸展限定了x-y平面，其中显示为正交的倾斜轴线(即用于运动学效果的x轴线和用于色彩学效果的y轴线)在面区域64中相对于在面区域62中旋转了90°。

如从上面的图示中可见的，由此可以实现的是，将面区域62中的刻痕面定向为使得它具有位于那里的y-z平面中的法向矢量，而面区域64中的刻痕面定向为使得它具有在面区域64的y-z平面中的法向矢量。相应地，面区域62、64中的光栅线的定向相互旋转90°，即垂直于相应的x轴线延伸。

在围绕轴线66倾斜时，安全元件60在面区域62中示出了纯运动学倾斜效果，因为倾斜是围绕那里的x轴线进行的。同时，安全元件60在面区域64中示出了纯粹的色彩学倾斜效果，因为倾斜66是围绕那里的y轴线进行的。相应地，安全元件60在围绕轴线68倾斜时在面区域62中示出了纯粹的色彩学倾斜效果，并且在子区域64中同时示出了纯粹的运动学倾斜效果。

图8b的安全元件70包含两个上面描述类型的反射性面区域72、74，其具有相同的被标记的倾斜轴线。然而，刻痕面32在面区域72中设有第一光栅周期g_x1的光栅图案76，并且在面区域74中设有第二光栅周期g_x2的光栅图案78，并且因此示出了不同的衍射颜色。

在围绕轴线66倾斜时，安全元件70在两个面区域72、74中示出了纯粹的运动学倾斜效果，因为倾斜分别是围绕x轴线进行的。相应地，安全元件70在围绕轴线68倾斜时在两个面区域72、74中示出了纯粹的色彩学倾斜效果，因为倾斜分别是围绕y轴线进行的。由于光栅周期g_x1和g_x2不同，两个面区域72、74中的衍射颜色不同，更确切而言，在围绕轴线66倾斜时的恒定的色彩印象以及在围绕轴线68倾斜时变化的色彩印象都不同。

附图标记列表

10 钞票

12 安全元件

14,16 倾斜轴线

20 反射性面区域

22 小矩形

24 移动方向的箭头

26-A至26-D 印象图

30,30-A，30-B 像素

32 反射性刻痕面

34 衍射性光栅图案

36 光栅线

40 反射性面区域

42,42-j，42-k 刻痕面

44-j，44-k 反射性光束

50 反射性面区域

52,54 子区域

60 安全元件

62,64 子区域

66,68 倾斜轴线

70 安全元件

72,74 子区域

76,78 光栅图案

Claims (31)

1.一种用于安全保护有价物的光学可变的安全元件，所述安全元件具有载体，所述载体具有反射性的面区域，所述反射性的面区域的伸展限定了x-y平面和与其垂直的z轴线，

其特征在于，

-反射性的面区域包含多个反射性的像素，这些像素分别具有一个或多个取向相同的反射性的刻痕面，其中，每个刻痕面相对于x-y平面的斜率是通过给出它的归一化的法向矢量来确定的，

-反射性的面区域具有通过x轴线确定的主方向，使得所述面区域的多于80％的刻痕面具有位于y-z平面中的法向矢量，以及

-至少一部分刻痕面设有由多个光栅线构成的衍射性的光栅图案，所述光栅图案的光栅矢量平行于x轴线。

2.根据权利要求1所述的安全元件，其特征在于，所有设有衍射性的光栅图案的刻痕面的光栅线都具有与x轴线平行的光栅矢量。

3.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，衍射性的光栅图案具有在0.3μm与4μm之间的光栅周期。

4.根据权利要求3所述的安全元件，其特征在于，衍射性的光栅图案具有在0.6μm与3μm之间的光栅周期。

5.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的面区域的所有光栅图案都具有相同的光栅周期。

6.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，各个刻痕面的光栅周期选择为不同的。

7.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面构建为平坦的面元件。

8.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面设计为弯曲的面元件。

9.根据权利要求8所述的安全元件，其特征在于，刻痕面设计为凹进的、凸出的或者波浪状的面元件。

10.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的像素包括两个或多个相同取向的反射性的刻痕面。

11.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的刻痕面布置成周期性格栅。

12.根据权利要求11所述的安全元件，其特征在于，反射性的刻痕面形成锯齿光栅。

13.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的刻痕面是非周期性布置的。

14.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面在其在所述面区域之上的高度方面相对于彼此错移。

15.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面在通过x轴线确定的主方向上具有10μm或更大的尺寸，和/或刻痕面在与所述主方向垂直的y方向上具有在5μm与30μm之间的尺寸，和/或刻痕面的高度在0与10μm之间。

16.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的刻痕面具有金属涂层或者高折射率的涂层。

17.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，反射性的面区域被划分为至少两个子区域，在这些子区域中刻痕面具有不同的平均取向。

18.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面的取向至少在反射性的面区域的一个子区域中具有连续变化的走向。

19.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，刻痕面的取向彼此协调为使得安全元件在围绕x轴线倾斜时示出移动效果或者是立体画的效果。

20.根据权利要求19所述的安全元件，其特征在于，所述移动效果是正视差的移动效果。

21.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，一部分刻痕面构建为没有衍射性光栅图案的。

22.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，所述面区域的小于20％的刻痕面具有带有随机选择的、不等于0的x分量的归一化的法向矢量，并且这些具有不等于0的x分量的刻痕面构建为没有衍射性光栅图案的。

23.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，至少一部分像素构建为具有主题形式的轮廓。

24.根据权利要求23所述的安全元件，其特征在于，所述主题是符号或标志。

25.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，在一部分像素或刻痕面中写入微缩文本。

26.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，安全元件包含两个或多个根据权利要求1所述的反射性的面区域，其中每个反射性的面区域具有自己的、通过所述面区域的x轴线给出的主方向。

27.根据权利要求26所述的安全元件，其特征在于，安全元件包含两个根据权利要求1所述的反射性的面区域，它们的通过所述面区域的x轴线给出的主方向彼此垂直。

28.根据权利要求1或2所述的安全元件，其特征在于，安全元件包含两个或多个根据权利要求1所述的反射性的面区域，其中，在每个面区域中，所有光栅图案都具有相同的光栅周期，然而不同的面区域的光栅周期是不同的。

29.一种具有根据权利要求1至28中任一项所述的安全元件的信息载体。

30.根据权利要求29所述的信息载体，其特征在于，所述信息载体是有价票券或证件卡。

31.一种用于制造根据权利要求1至28中任一项所述的、光学可变的安全元件的方法，其中

-提供载体并且为其设置反射性的面区域，该反射性的面区域的伸展限定了x-y平面和与其垂直的z轴线，

-其中，所述反射性的面区域构建为具有多个反射性的像素，所述像素分别具有一个或多个相同取向的反射性的刻痕面，其中，每个刻痕面相对于x-y平面的刻痕面的斜率是通过给出它的归一化的法向矢量来确定的，

-所述反射性的刻痕面产生为具有通过x轴线给出的主方向，从而所述面区域的多于80％的刻痕面具有位于y-z平面中的法向矢量，以及

-至少一部分刻痕面设有由多个光栅线构成的衍射性光栅图案，该光栅图案的光栅矢量平行于x轴线。