CN107995894B - 视觉可变防伪元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护贵重物品的安全的视觉可变防伪元件(12)，该防伪元件根据观察角度呈现具有曲线(16)的至少一个展示图的图案，当从第一观察角度观察时，所述展示图呈现为展示区(22)内的中间位置处的缺省曲线，当防伪元件(12)围绕两个不同的预定轴线倾斜时，所述展示图沿不同方向远离展示区(22)的中间位置，所述防伪元件具有二维图案区(20)，该二维图案区(20)在展示区(22)内具有多个平坦的反射小平面(30)，其中，每个平坦小平面(30)的特征在于相对于二维图案区(20)的平面成倾角，该倾角具有倾斜分量：平行于中间位置处的缺省曲线的平行分量(N_||)和垂直于中间位置处的缺省曲线的垂直分量(N_⊥)，其中，展示区(22)的平坦小平面(30)的两个倾斜分量中的第一个依据相应小平面(30)距缺省曲线的距离选择，而两个倾斜分量中的第二个在预定扩展区内选择，与相应小平面(30)距缺省曲线的距离无关。

Description

视觉可变防伪元件

技术领域

本发明涉及用于确保有价值物品的安全的光学可变防伪元件、制造这种防伪元件的方法，以及相应配备的数据载体。

背景技术

出于保护目的，数据载体(例如有价文件或证件、或者商标商品等其它有价值物品)往往具有防伪元件，这种防伪元件允许验证数据载体的真伪性，同时作为防止非法复制的保护手段。具有与观察角度相关的效果的防伪元件在防伪中起着特殊作用，因为即使利用最现代的复制装置也不能复制这些防伪元件。在此，防伪元件具有光学可变元件，当从不同观察角度观察时，这些光学可变元件向观察者呈现不同的图像效果，并且，根据观察角度，显现出另一种颜色或亮度效果和/或另一种图形图案。

在这种背景下，已知的是，光学可变防伪元件在其倾斜时显现不同的运动或倾斜效果，例如运动条、运动图形展示图(pictorial depictions)、泵送效果或三维展示图。为了实现光学可变外观，在背景技术中，使用了不同的技术，这些技术通常使得所述运动效果中的某些实现得特别好，而另一些则实现得不太好。

对于三维展示图，通常使用所谓的立体摄影法为观察者的左眼和右眼提供不同的视图，然后从这些视图产生三维印象。在此，观察者在防伪元件上的不同位置通过左眼和右眼看到表面上相同的图像点，然后无意识地通过相应的视差计算深度信息。

例如，从文献DE 10 2010 049 831 A1已知一种光学可变表面图案，在从左右方向看和上下方向看时，该表面图案都提供相应的空间视图。这种表面图案提供垂直和水平视差。虽然这样做的优点是这种表面图案可在其平面内任意旋转而不会损失空间印象，但也同时有如下缺点：这需要许多不同的视图彼此嵌套，因而每个视图仅能占很小的面积比。因此展示图往往比较淡，在某些情况下只有在使用很强的点光源照亮时才容易被察觉。

在文献DE 10 2010 048 262 A1中已知另一种产生具有水平和垂直视差的三维展示图的方法。其中，展示图元件由在凹面或凸面镜或金属化菲涅耳透镜等的焦点产生的各个“光点”形成。这种展示图可以非常明亮和光亮，前提是与各个光点相关联的表面区域不过分强烈地重叠，因为在这种情况下同样需要嵌套，因而明亮度会降低。因此，可以仅为由较少光点组成的图像产生发光的展示图，但是这会导致点状且通常细节较稀疏的外观。

已知的是，通过基于微透镜和微图像的莫尔放大构造还能产生具有三维深度效果的展示图，例如文献WO 2005/052650 A2中所述。在此，利用由具有相似但不完全相同周期的微透镜组成的网格放大由很多小微图像构成的周期性展示图。通过这种方式，根据线网的选择，能够产生明显位于实际表面图案之前或之后的展示图，或者能够产生所谓的正交视差运动。但是，这种莫尔放大构造的不利之处在于其制造比较复杂，需要用于微透镜和浮凸微图像的两个压印步骤，并且实际上仅能显示周期性展示图。

最后，例如WO2014/108303A1中所述，将磁性排列的反射颜料与具有相应形状的磁体对准，从而产生可包括一定的深度效果的明亮(尤其是环状)的展示图。这种展示图非常明亮且很容易看清，但是所需的磁性油墨较昂贵，并且效果的种类和分辨率受相应磁体的可用性的限制。

发明内容

由此出发，本发明的目的是提出一种上述类型的防伪元件，其克服了现有技术的缺点，并且尤其能显现具有水平和垂直视差的所需图案的光亮的高分辨率展示图。

所述目的是通过由独立权利要求限定的特征实现的。本发明的进一步改进是从属权利要求的主题。

根据本发明，提供一种通用防伪元件，该防伪元件以与视角相关的方式显现具有至少一个曲线展示图(curve depiction)的图案，当从第一观察方向观察时，该曲线展示图呈现为展示区(depiction region)内中心位置处的目标曲线，当防伪元件围绕两个不同的预定轴线倾斜时，该曲线展示图沿远离中心位置的不同方向在展示区内运动。

根据本发明，所述防伪元件包括布置在展示区中、具有多个平坦的反射小平面的平面图案区，每个平坦的小平面的特征在于相对于所述平面图案区的平面成一定的倾角，该倾角具有作为倾斜分量的平行于中心位置的目标曲线的平行分量和垂直于中心位置的目标曲线的垂直分量，并且，对于展示区中的平坦小平面，两个倾斜分量中的第一个依据相应小平面距目标曲线的距离来选择，而两个倾斜分量中的第二个在预定扩展范围内选择，与相应小平面距目标曲线的距离无关。

由于曲线展示图呈现为展示区的中心位置处的目标曲线，因此在本说明书的范围内，通常使用“距目标曲线的距离”作为“距曲线展示图呈现为目标曲线的中心位置的距离”的缩略语。两个倾斜分量通常由平坦小平面在相应方向上的倾角的值限定。

平坦小平面的第一倾斜分量最好随着相应小平面距目标曲线的距离的变化单调地增大或减小，尤其是严格单调地增大或减小。第一倾斜分量更优选随着各个小平面距目标曲线的距离的变化线性地增大或减小。

平坦小平面的第二倾斜分量优选在扩展范围内无规律地变化，尤其是按随机分布或伪随机分布变化。伪随机数是看起来随机但是由确定性算法计算出的数字串，因此在严格意义上说，它们不是真正的随机数。不过，伪随机数被广泛使用，因为伪随机分布的统计特性(例如各个数字的均等概率或连续数字的统计独立性)通常足以满足实际用途的要求，并且与真正的随机数不同的是，伪随机数易于通过计算机产生。

但是，原则上说，第二倾斜分量的扩展也可以是有规律的，例如扩展范围内的所有倾斜值都可按很短的间隔通过一定的连续步骤达到。例如，如果要使用尺寸为5微米的小平面实现30°的扩展角，那么可以连续布置11个具有相差3°的偏转角的反射镜。这样产生一种周期性构造，其中相应倾斜分量每55μm重复一次，这是肉眼不能分辨的。

小平面的第一倾斜分量和第二倾斜分量各自具有一定的角度范围，该角度范围在下文中分别称为第一角度范围和第二角度范围。在此，第一角度范围的大小由效果预定可见的所需观察范围的大小以及小平面随着距目标曲线的距离的变化的具体增减量决定，因此通常由曲线展示图的所需外观和所需运动行为决定。尤其是，第一角度范围也影响曲线展示图的动态或表观漂浮高度或漂浮深度。因此，较小的角度范围导致曲线展示图仅在很小的视角范围内显现并且较模糊；不过，所述展示图看起来处于较高或较深处。在一种有利的实施方式中，现在第二角度范围的大小选择为与第一角度范围的大小相当，并且最好在第一角度范围的大小的80％和120％之间，优选在90％和110％之间。第一和第二角度范围的大小最好为15°以上，优选为30°以上。

在本发明的一种优选变化形式中，第一倾斜分量是小平面的垂直分量(垂直于中心位置处的目标曲线的分量)，并且第二倾斜分量是小平面的平行分量(平行于中心位置处的目标曲线的分量)。在此，对于观察者来说，曲线展示图漂浮在平面图案区的平面的下方或上方。如下文中更详细说明的，漂浮高度或漂浮深度由第一倾斜分量对于距曲线的距离的依赖类型决定。如果小平面随着距曲线的距离的增大而更强烈地远离曲线倾斜，那么对于观察者来说，曲线展示图会漂浮在平面图案区的平面的下方；与此相反，如果小平面随着距离的增大而更强烈地朝向曲线倾斜，那么曲线会漂浮在平面图案区的平面的上方。倾角的迅速增大导致较小的漂浮高度或漂浮深度，而倾角的缓慢增大导致较大的漂浮高度或漂浮深度。

在本发明的另一种同样优选的变化形式中，第一倾斜分量是小平面的平行分量，第二倾斜分量是小平面的垂直分量。当防伪元件倾斜时，这种变化形式中的曲线展示图呈现正交视差运动行为，其中，曲线展示图垂直于倾斜方向运动，而不是像直觉上预期的那样平行于倾斜方向运动。

作为目标曲线，曲线展示图可以显现闭合曲线，但也可以显现具有一个或多个曲线端部的曲线。在后一种情况下，小平面的第二倾斜分量的扩展范围在每个曲线端部的区域中最好比其在曲线内部的扩展范围小。尤其是，在小于一定距离时，扩展范围可朝着曲线端部连续地缩小，即，其缩小方式最好使得朝曲线内部反射的光线越来越少(对于漂浮高度在平面图案区下方的情况)或者朝曲线外部反射的光线越来越少(对于漂浮高度在平面图案区上方的情况)。这样，在观察时，曲线端部在所有观看方向上是不可见的，并且除了水平视差之外，曲线还获得了垂直视差。这样，观察者不仅可以沿不同方向倾斜具有曲线展示图的平面图案区，而且可以在图案区的平面内任意旋转它，而不会损失三维印象。

能够实现扩展范围的缩小例如是因为小平面在相应表面区域中具有不显眼的图案(例如黑化或去金属化)，或者因为在其中布置有随机朝向的反射镜或其它非定向的反射图案。

在有利的实施方式中，曲线展示图可显现字母数字字符、符号或几何形状(尤其是圆形、椭圆形、三角形、矩形、六边形或星形)作为目标曲线。

所述图案还可包括呈现相同或不同的运动行为和/或相同或不同的漂浮高度或漂浮深度的多个曲线展示图。尤其是，所述图案可包括至少第一曲线展示图和第二曲线展示图，当分别从第一或第二观察方向观察时，这些曲线展示图分别呈现为位于第一或第二展示区的中心位置处的第一或第二目标曲线。当防伪元件倾斜时，这两个曲线展示图最好沿不同的(优选相反的)方向运动，从而产生特别动态的外观。

第一曲线展示图和第二曲线展示图的展示区可彼此相邻或彼此嵌套地布置在平面图案区中。展示区的相邻布置形式允许产生特别明亮和光亮的展示图，而嵌套的实施方式不太明亮，但是却能够在该位置处描绘两条曲线，尤其是，在不同运动行为的情况下，能够导致显眼的视觉效果。对于嵌套而言，对于不同的曲线展示图，小平面可按窄条或类似于小像素的棋盘格形式交替布置。

应理解，采用同样的方式，防伪元件的图案还可包括不止两个曲线展示图，当防伪元件倾斜时，这些曲线展示图可沿相同或不同的方向运动。例如，字母数字字符串形式的曲线展示图可交替地显现不同的运动行为，例如交替地漂浮在平面图案区的平面上方或下方，并且在倾斜时按照其漂浮高度运动。

在一种有利的实施方式中，平坦小平面镶铸在压印漆层中，并优选设置有反射增强涂层(尤其是金属化层)、反射油墨层、或者由具有高折射率的材料构成的涂层。可替代地，平坦小平面也可压印在反射油墨层中。反射增强涂层或反射油墨层最好具有色移效果。

防伪元件最好构成防伪线、封口带、防伪带、防伪条、贴片或标签，以便施加到防伪纸、有价文件等物品上。

平面图案区可存在于箔片元件和印刷元件中。箔片元件例如是防伪线、防伪条或防伪贴片，其中，具有小平面的平面图案区压印在压印漆层中，并且具有反射增强涂层。在此，小平面的最大尺寸优选小于100微米，特别优选小于20微米。同时，小平面最好大于3微米，优选大于5微米，以便以射线光学方式起作用，并且不会因衍射效应而干扰颜色分离。小平面可以有规律地布置(例如以锯齿格栅的形式布置)或无规律地布置。

在印刷元件中，例如在钞票印刷中，小平面最好是通过在反射背景中压印而产生的，例如丝网印刷油墨、具有薄片状反射颜料的好像金属的印刷油墨、光学可变油墨等。也可采用凹版印刷中的压印或素压印。在印刷元件中，小平面的尺寸最好在20微米和300微米之间，优选在50微米和200微米之间。

本发明还包括一种具有所述类型的防伪元件的数据载体，可以将防伪元件布置在数据载体的不透明区中以及数据载体中的透明窗口区或贯通开口内或其上方。所述数据载体尤其可以是有价文件，例如钞票，尤其是纸质钞票、聚合物材料钞票或薄膜复合材料钞票，股票、权证、证书、票券、支票、高价值的入场券，但是也可以是识别卡，例如***、银行卡、现金卡、授权卡、个人身份证、或护照等个人信息页。

本发明还包括一种制造上述类型的光学可变防伪元件的方法，其中：

-限定当防伪元件围绕两个不同的轴线倾斜时所需的目标曲线和所需的目标曲线的运动行为，

-确定目标曲线的展示区，其中，当防伪元件倾斜时，目标曲线按照限定的运动行为远离中心位置运动，

-在所确定的展示区中的平面图案区中，布置有相对于平面图案区的平面成倾角的多个平坦的反射小平面，这些平坦小平面的排列方式使得它们具有作为倾斜分量的平行于中心位置处的目标曲线的平行分量和垂直于中心位置处的目标曲线的垂直分量，

-对于展示区中的平坦小平面，两个倾斜分量中的第一个是依据相应小平面距目标曲线的距离选择的，两个倾斜分量中的第二个是在预定扩展范围内选择的，与相应小平面距目标曲线的距离无关。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的更多示例性实施方式和优点，在附图中，为了清楚起见，图示不是按比例绘制的。

在附图中：

图1是具有本发明的光学可变防伪元件的钞票的示意图；

图2示意性地示出了图1中的防伪元件的平面图案区的一部分；

图3是图2的详细截面图；

图4示意性地示出了图2中的平面图案区沿IV-IV线剖切时的横截面图；

图5是在线端处的缩减扩展范围的示意图，其中，图5(a)是延伸的竖直线的展示区的侧视图，图5(b)是该展示区的俯视图；

图6(a)和6(b)是通过减小两个观察方向的扩展范围而实现的效果的示意图；

图7(a)示意性地示出了具有弯曲曲线的平面图案区的俯视图，图7(b)是该平面图案区的详图；

图8以不同的视图示出了具有漂浮在图案区下方的圆形曲线的平面图案区；

图9以不同的视图示出了具有漂浮在图案区上方的圆形曲线的平面图案区；

图10以不同的视图示出了具有正交视差运动行为的圆形曲线的平面图案区；

图11在不同的视图中示出了具有数值数字“100”的平面图案区，该平面图案区用于产生具有相反运动效果的三维外观；和

图12以不同的视图示出了用于描绘具有相反的正交视差运动行为的两条圆形曲线的平面图案区。

具体实施方式

现在将利用用于钞票的防伪元件的实例来说明本发明。为此，图1示出了钞票10的示意图，该钞票10具有本发明的光学可变防伪元件12，该防伪元件是窗口防伪线的形式，它在钞票10的表面上显现在特定窗口区14处，同时，在这些区域之间的区域中，它嵌入在钞票10之内。但是应理解，本发明不局限于防伪线和钞票，而是可用于各种防伪元件，例如用在货物和包装上的标签中，或者用在防伪文件、身份证、护照、***、保健卡等之中。在钞票和类似文件中，除了防伪线之外，例如还可使用较宽的防伪条或转印元件。

在反射光下，在窗口区14中，防伪线12分别在每种情况中显现具有特殊的三维外观的数值数字“100”的展示图，其中，对于观察者来说，连续的数字“1”和“0”在防伪线12的平面之上或之下数毫米处交替地漂浮。当钞票围绕x轴(横轴)或y轴(纵轴)倾斜时，这个三维外观被放大，数字“1”和“0”看起来按照其表观漂浮高度或漂浮深度沿不同方向运动。这种真三维设计的逼真再现产生了很显眼的视觉外观，具有很高的吸引关注度和辨识价值。

现在首先参照图2至图4更详细地说明防伪元件12倾斜时的三维外观和运动效果的产生。在此，图2示出了防伪线12的平面图案区20的一部分，为了便于说明，该部分仅包括一条竖直线16。图3示出了图2的详细截面图。图4示意性地示出了图2中的平面图案区20沿着线IV-IV剖切的截面图。

图2至图4中的竖直线16一方面用作说明本发明的简单实例，但线16也可以是真实、复杂的防伪元件的一部分，例如，竖直线16可描绘图1所示的防伪线12中的数值数字“100”中的数字“1”的下半部分。

图2中的俯视截面图示出了防伪线12的平面图案区20，该平面图案区20具有展示区22，线16在该展示区的中心位置呈现为目标曲线。对于观察者来说，当防伪元件围绕y轴倾斜时(平行于线16)，线16看起来在平面图案区20的平面下方数毫米处漂浮，并且在展示区22中从右向左或从左向右运动。

如图3的详细截面图24所示，展示区22设置有多个平坦的反射小平面30，这些平坦小平面例如具有15微米×15微米底面区和数微米最大高度。每个平坦小平面30的特征在于相对于平面图案区20的平面成一定的倾角，该倾角具有作为倾斜分量的平行于线16的平行分量N_||(图2和图3中的y方向)以及垂直于线16的垂直分量N_⊥(图2和图3中的x方向)。

射线光学有效反射小平面30构成很小的倾斜微镜，这些微镜沿由“入射角等于反射角”条件给出的反射方向引导入射光。因此，在本说明书的范围内，反射小平面30的布置形式也称为微镜布置。

尤其是，可以从两个倾斜分量N_||和N_⊥计算相应方向上的反射镜斜率或小平面斜率。为了便于说明，在图3的俯视图中，小平面30的倾斜分量标记为矢量，其方向表示镜面上升的方向，并且其绝对值表示相应方向上的斜率。通常，倾斜分量N_||和N_⊥构成小平面30的总斜率N，该小平面在图3中另外标记为中间小平面。从图3能够明显看出，小平面30的总斜率N的方向通常不平行于小平面的外边界线。在此示例性实施方式中，所示的小平面具有正方形底面区，但也可采用其它形状，例如三角形、矩形、六边形或多边形底面区形状。

图4中的横截面沿图2中的x方向延伸，因此仅示出了垂直于线16且平行于x轴的垂直分量N_⊥，该垂直分量作为小平面的斜率。

为了使线16看起来漂浮在平面图案区20的平面以下数毫米处，对于观察者的右眼和左眼来说，线16必须在图案区20中相对于彼此略微偏移的位置处呈现。由此产生的视差然后被观察者无意识地自动判读为深度信息，并产生相应的外观。

请参考图4，在此示例性实施方式中，所述偏移是通过以下方式实现的：在展示区22的中心位置的小平面30发展为在x方向上(小平面32)不倾斜(即，它们在x方向上具有0°倾角)，并且朝外的方向上，小平面发展为随着距中心位置(小平面34和36)的距离的增大而更强烈地向外倾斜。如果照明是由垂直布置在平面图案区20上方的光源44提供的，那么小平面32、34、36会按照图4中标记的反射方向反射入射光。此时，例如当从与观察者的左眼位置对应的位置40观察时，小平面34在平面图案区20的位置54处亮起，而当从与观察者的右眼位置对应的位置40观察时，小平面36在平面图案区20的位置56处亮起。观察者自动判读位置54与56之间的偏移，从而看到在平面图案区20下方的深度T处漂浮的一条亮线16T。

如图3和图4所示，在此示例性实施方式中，小平面的倾斜的垂直分量N_⊥被选择为使得在朝外的方向上小平面34、36的倾角随着小平面距中心位置的距离的变化线性地增大。例如，如果x₀表示线16的中心位置并且x_max表示展示区在+x方向和-x方向上的尺寸(参见图2)，那么在此示例性实施方式中，处于位置(x，y)的小平面30在x方向上的倾角由下式给出：

α_⊥(x,y)＝-A_x(x-x₀)/x_max (1)

在此，正倾角表示小平面在+x方向上升的倾斜度，负倾角表示小平面在+x方向上下降的倾斜度。此时，小平面在x方向上的倾角从α_⊥＝0°变化到最大值|α_⊥|＝A_x，该最大值例如可以是20°。即小平面34、36的倾斜方式总是朝远离线16的中心位置的方向倾斜，即向外倾斜。在此示例性实施方式中，第一角度范围的大小是2*A_x＝40°。

同样可以从图4推断出，在x方向上的倾角的缓慢增大会导致很小的偏移54-56，因此导致线16T有很大的表观深度T，而倾角的快速增大会导致较大的偏移，因此导致线16T有较小的表观深度T。

在此特别重要的是，小平面的垂直倾角依赖于从小平面距线16的中心位置的距离(x-x₀)，尤其是随着距离的变化单调地增大，或者像示例性实施方式中那样甚至随着距离的变化线性地增大。

对于小平面30的垂直倾角的这种选择，观察者可以将具有平面图案区20的防伪元件围绕y轴在很宽的角度范围内向左或向右倾斜，并且这样做总是能看到深度T处的亮线16T。

作为一个区别特征，平面图案区20的小平面30的倾斜度除了垂直分量N_⊥之外还具有平行于线16的非零平行分量N_||，其值在一个角度范围内随机变化，该角度范围的大小与第一角度范围在x方向上的大小相当。具体而言，在此示例性实施方式中，处于位置(x，y)的小平面30的平行于线16的倾角由下式给出：

α_||(x,y)＝A_y*rand(-1,1), (2)

其中，rand(-1,1)是一个在区间[-1,1]中产生随机数或伪随机数的函数，A_y表示最大平行倾角。例如，可以选择A_y＝A_x，从而第一角度范围(2*A_x)和第二角度范围(2*A_y)具有相同的大小。正倾角α_||表示小平面在+y方向上升高的倾斜度，负倾角表示小平面在+y方向上下降的倾斜度。

从关系式(2)能够看出，小平面30的平行倾角α_||与小平面距线16的中心位置的距离无关。通过平行倾角的这种与距离无关并且尤其是随机的变化，能实现平行于线16的入射光的扩展，其尺寸与由垂直倾角α_⊥引起的视差效应相当。附加的平行分量N_||确保即使观察者在将防伪元件围绕x轴向上或向下倾斜第二角度范围内的某个角度时也依然看到在深度T处漂浮的线16。

现在，为了不仅在倾斜时能获得空间外观而且在任意旋转防伪元件时也能获得空间外观，对于竖直线16，小平面30的平行分量N_||修改为使得在线的末端处入射光不在整个角度范围内扩展，而是仅在其子范围内扩展，从而线端的可见度取决于观察方向。

为了便于说明，图5(b)以俯视图示出了平面图案区20内的延伸竖直线16的展示区22。在整个展示区22中，小平面30在x方向上的倾角α_⊥由上述关系式(1)给出。在展示区22的核心区60中，y方向上的倾角α_||由关系式(2)给出，从而在其中利用整个扩展范围。在展示区22的边缘区62和64中，对关系式(2)进行修改以减小扩展范围，并且以这种方式限制线端的可见性。

为此，图5(a)中的侧视图示出了线16在核心区60中的扩展范围70，该扩展范围按照关系式(2)将从方向80入射的光在角度范围[-A_y,A_y]中扩展，例如[-20°,20°]。在上边缘区62中，扩展范围从下面连续受限，所示的扩展范围72具有角度范围[0°,A_y]，非常接近线16的上边缘的扩展范围74具有角度范围[0.8*A_y,A_y]。相应地，在下边缘区64中，扩展范围从上面连续受限，所示的扩展范围76具有角度范围[-A_y,0°]，非常接近线16的下边缘的扩展范围76具有角度范围[-A_y,-0.8*A_y]。

图6中示出了在A_y＝20°时对于两个观察方向减小扩展范围所实现的效果。在图6(a)所示的垂直视图82中(对应于视角

)，观察者看到线16的部分84，其中扩展范围包括角度

因此，可见的线部分84包括核心区60以及上边缘区62和下边缘区64的相等尺寸的部分。线16的最外边缘85是不可见的，因为它们不以角度

反射。例如，扩展范围74仅包括16°至20°的角度范围，扩展范围78仅包括-20°至-16°的角度范围。

在图6(b)所示的视图86中，当从下方以角度

倾斜地观察时，观察者能看到线16的部分88，其中扩展范围包括角度

因此，可见的线部分88包括核心区60、上边缘区62的一小部分、以及下边缘区64的较大部分。例如，所述线在扩展范围76内是可见的，因为从-20°到0°的角度范围包括视角

与此相反，扩展范围72仅包括从0°到20°的角度范围，因此不以

的角度反射。具有扩展范围74和78的线端部89在观察方向86上是不可见的，在上端处产生较大的不可见部分，在下线端处产生较小的不可见部分。

结果，由于观察方向的改变或者由于防伪元件的倾斜，可见的线部分84、88看起来已经向下迁移，这恰好构成漂浮在平面图案区20之下的物体的预期运动行为。通过这种方式，除了由于垂直分量N_⊥的选择引起的水平视差之外，线16还获得了由于所述的平行分量N‖的选择而产生的垂直视差。因此，观察者不仅可以沿x和y方向倾斜具有线16的平面图案区20，而且可以将其在x-y平面内任意旋转，而不会损失三维深度印象。

图5中的图示适用于平面图案区20下方的漂浮高度。对于预定在平面图案区上方漂浮的线，必须相应地在上边缘区中从上方连续限制扩展范围，并在下边缘区中从下方连续限制扩展范围。

首先描述的用于竖直线16的方法通常可用于任意弯曲曲线90，如图7所示。图7以俯视图示出了防伪元件的平面图案区20，该平面图案区20具有展示区92，在展示区92的中心位置处弯曲曲线90呈现为目标曲线。对于观察者而言，线90漂浮在平面图案区20的平面下方数毫米处，并且当围绕x轴或y轴倾斜时，线90按照其表观漂浮高度或漂浮深度沿不同的方向运动。

由于弯曲曲线90可由小直线段局部描述，因此如果以平行于曲线90的局部方向矢量R_||替代y方向(平行于线16)，并以垂直于曲线90的局部方向矢量R_⊥替代x方向，那么可以很容易将线16的上述考虑转移至弯曲曲线。

请参考图7(b)中的详细截面图94，展示区92设置有多个平坦的反射小平面30，其特征尤其在于相对于平面图案区20的平面成一定的倾角，该倾角具有作为倾斜分量的与局部方向矢量R_||平行的平行分量N_||和与局部方向矢量R_⊥平行的垂直分量N_⊥。

在此，小平面的倾斜的垂直分量N_⊥取决于小平面30距弯曲曲线90的距离。尤其是，平行于方向矢量R_⊥的倾角可随着小平面距曲线90的距离的变化单调地增大，优选线性地单调地增大。如果小平面随着距曲线的距离增大而变得更强烈地朝远离该曲线的方向倾斜，那么曲线看起来漂浮在平面图案区20的平面的下方。另一方面，如果小平面随着距曲线的距离增大而变得更强烈地朝该曲线倾斜，那么曲线看起来漂浮在平面图案区20的平面的上方。可以理解的是，曲线不必具有恒定的漂浮高度，相反，漂浮高度可以沿着曲线变化，甚至从位于平面图案区上方的漂浮高度过渡到位于平面图案区下方的漂浮高度，反之亦然。

小平面的倾斜的平行分量N_||的选择与小平面距弯曲曲线的距离无关，并且在第二角度范围内随机地或伪随机地变化，第二角度范围的大小与平行于方向矢量R_⊥(第一角度范围)的角度扩展量相当。在曲线90的端部96、98处，对于竖直线16，平行分量N_||的扩展范围限于如上所述的子区，以根据所需的漂浮高度使线端的可见性取决于视角。这样，观察者不仅可以将具有弯曲曲线90的平面图案区20沿x方向和y方向倾斜，而且可以将其在x-y平面内任意旋转，而不会损失三维深度印象。

如果曲线90是闭合曲线，那么当然不需要线端扩展范围的限制。曲线90可具有任何形状，但优选描绘字母、数字、符号，或者也可描绘简单的几何形状，例如圆形、椭圆形、三角形、矩形或正方形。

本发明的原理还允许产生更一般性的运动效果。为了便于说明，在图8和图9中，首先再次综述先前描述的具有圆形曲线104形式的环的图案的运动效果。在图8中，中间视图100-M以俯视图示出了具有以虚线标明的展示区102的平面图案区20，其中，当垂直地观察时，圆形曲线104在中心位置是可见的，并且看起来漂浮在平面图案区20的下方。当从上方观察时(视图100-O)，圆形曲线104迁移到展示区102的上边缘，当从下方观察时(视图100-U)，圆形曲线104迁移到下边缘。相应地，当从右侧观察时(视图100-R)，圆形曲线104迁移到展示区102的右边缘，当从左侧观察时(视图100-L)，圆形曲线104迁移到左边缘。这样的运动行为对应于布置在一定深度处的对象的运动行为，并且因此产生在一定深度处漂浮的环的三维印象。

如前文中结合图7所述，所述外观和运动行为例如通过以下方式实现：展示区102中的小平面沿远离圆形曲线104的方向朝垂直于圆形曲线104的方向矢量R_||倾斜，并且倾角随着小平面距圆形曲线104的距离的变化而线性地增大，而平行于方向矢量R_||的倾角的变化与距圆形曲线104的距离无关，该倾角在扩展范围内随机或伪随机地变化，所述扩展范围的大小与垂直于方向矢量R_||的角度扩展量相当。

在图9中，中间视图110-M以俯视图示出了具有以虚线标明的展示区112的平面图案区20，其中，当垂直地观察时，圆形曲线114在中心位置处是可见的，并且看起来漂浮在平面图案区20的上方。在这种情况下，当从上方观察时(视图110-O)，圆形曲线114迁移到展示区112的下边缘，当从下方观察时(视图110-U)，圆形曲线114迁移到展示区112的上边缘，当从右侧观察时(视图110-R)，圆形曲线114迁移到展示区112的左边缘，当从左侧观察时(视图110-L)，圆形曲线114迁移到展示区112的右边缘。这样的运动行为与布置在图案区20上方的物体的运动行为相符，从而产生漂浮在图案区上方的环的三维印象。

这样的外观和运动行为例如通过以下方式实现：展示区112中的小平面沿朝向圆形曲线114的方向朝垂直于圆形曲线114的方向矢量R_||倾斜，并且倾角随着小平面距圆形曲线114的距离的变化线性地增大，而平行于方向矢量R_||的倾角的变化与距离圆形曲线114的距离无关，该倾角在扩展范围内随机或伪随机地变化，所述扩展范围的大小与垂直于方向矢量R_||的角度扩展量相当。

利用所述的微镜实施方式，也可以产生具有违反直觉的运动行为的曲线展示图，这种运动行为与真实物体的运动行为不相符，而不是图8或9所示的在直觉上正确的运动行为。为此，图10还示出了作为图案的环124，但是对于展示区122中的小平面来说，分量N_⊥和N_||的作用与图8和9中的实施方式中的相反。因此，对于展示区122中的每个小平面，平行分量N_||平行于圆形曲线124的方向矢量R_||倾斜，即，具有随着小平面距圆形曲线114的距离的变化线性地增大的倾角。与此相反，垂直于方向矢量R_||的倾角的变化与距圆形曲线114的距离无关，该倾角在扩展范围内随机地或伪随机地变化，所述扩展范围的大小与平行于方向矢量R_||的角度扩展量相当。

具体而言，在图10中，中间视图120-M以俯视图示出了具有以虚线标明的展示区122的平面图案区20，其中，当垂直地观察时，圆形曲线124在中心位置是可见的。当从上方观察时(视图120-O)，圆形曲线124与预期相反地迁移到展示区122的右边缘，而当从下方观察时(视图120-U)，圆形曲线124迁移到左边缘。相应地，当从右侧观察时(视图120-R)，圆形曲线124迁移到展示区122的下边缘，而当从左侧观察时(视图120-L)，圆形曲线124迁移到上边缘。这种运动行为称为正交视差运动，因为圆形曲线124的表观运动总是垂直于倾斜方向和直觉上预期的运动方向。

在逆转平行于方向矢量R_||的小平面倾斜方向时，当然也可以产生相反的运动效果，也就是说，当从上方观察时，圆形曲线124迁移到展示区122左边缘，等等。

分量N_⊥和N_||的作用的转换对应于将小平面或微镜的倾斜度旋转+90°或-90°的情况。如果从高度或深度效果着手，将小平面的倾斜度旋转不等于90°的整数倍的任意角度，那么还可产生高度/深度效果与正交视差运动效果的组合。

例如，上述效果可以彼此结合，以产生如图1所示的特殊的三维外观。为此，请参考图11，对于数值数字“100”，数字“1”、“0”和“0”在具有各自的展示区142、144、146的平面图案区20中布置为曲线展示图132、134、136，使得如图8所示的曲线展示图132和136看起来漂浮在图案区20的下方，而如图9所示的曲线展示图134看起来漂浮在图案区20的上方(视图130-M)。这样，当从上方观察时(视图130-O)，曲线展示图132和136迁移到其各自的展示区的上边缘，而曲线展示图134迁移到其展示区的下边缘。当从下方观察时(视图130-U)，产生相反的外观，从而当从上到下倾斜时，数字看起来相向运动并彼此穿过。

类似地，当从右侧观察时(视图130-R)，曲线展示图132和136迁移到其各自的展示区的右边缘，而曲线展示图134迁移到其展示区的左边缘。当从左侧观察时(130-L)，看到的是相反的外观，从而当从左向右倾斜时，数字看起来彼此接近或远离。

这种展示图非常显眼和动态，因此特别适合作为钞票或其他有价文件的防伪元件。除了组合不同高度和深度效果，当然也可组合不同的正交视差运动效果，或者将高度和深度效果与正交视差运动效果组合。

由于小平面很小，因此在同一个表面区域中可以嵌套地布置多个曲线展示图和运动效果。例如，用于具有第一运动效果的第一曲线展示图的第一小平面和用于具有第二运动效果的第二曲线展示图的第二小平面可按类似于棋盘的形式彼此嵌套地布置。

参考图12，平面图案区20例如可包括由两个圆形曲线152、154构成的图案，这两个圆形曲线152、154布置在同一个展示区156内，并且由按类似于棋盘的形式布置的第一或第二小平面分别描绘。在此，两个圆形曲线152、154各自显现相向的正交视差运动行为，如针对图10的原理说明中所述。具体而言，对于展示区156中的每个小平面，平行分量N_||平行于圆形曲线152、154的方向矢量R_||倾斜，即具有绝对值随着小平面距圆形曲线的中心位置的距离的变化线性地增大的倾角(视图150-M)。

为了产生相向的正交视差运动，第二小平面的平行于方向矢量R_||的倾角选择为在绝对值上与第一小平面的相应倾角相等，但是在方向上与之相反。对于这两种类型的小平面，垂直于方向矢量R_||的倾角与距圆形曲线152、154的中心位置的距离无关，它们在扩展范围内随机或伪随机地选择，所述扩展范围的大小与平行于方向矢量R_||的角度扩展量相当。

通过所述的小平面设计，能产生图12中所示的平面图案区20的运动行为，其中圆形曲线152显现在图10所述的正交视差运动行为，而圆形曲线154显现相反的正交视差运动行为，如图150-O、150-U、150-R和150-L所示，这些附图分别示出了从上方、下方、右侧和左侧观察时的视图。通过嵌套也能够产生非常动态的效果，因为即使在同一个表面区域内，多个曲线展示图也能显现不同的运动效果。由于两种类型的小平面的嵌套，各个环当然具有较低的亮度，但由小平面产生的表面区域通常非常明亮，因而嵌套展示图的较低亮度对于许多用途而言也完全足够的。

标号列表

10 钞票

12 光学可变防伪元件

14 窗口区

16 线

16T 深度T处的亮线

20 平面图案区

22 展示区

24 详细截面图

30,32,34,36 平坦的反射小平面

40,42 左眼和右眼的各自位置

44 光源

54,56 表面区的位置

60 核心区

62,64 边缘区

70,72,74,76,78 扩展范围

80,82,86 观察方向

84,88 可见的线部分

85,89 线端

90 弯曲曲线

92 展示区

94 详细截面图

96,98 曲线端

100-M,O,U,R,L 视图

102 展示区

104 圆形曲线

110-M,O,U,R,L 视图

112 展示区

114 圆形曲线

120-M,O,U,R,L 视图

122 展示区

124 圆形曲线

130-M,O,U,R,L 视图

132,134,136 曲线展示图

142,144,146 展示区

150-M,O,U,R,L 视图

152,154 圆形曲线

156 展示区

Claims (24)

1.一种用于确保有价值物品的安全的光学可变防伪元件，该防伪元件以与视角相关的方式显现具有至少一个曲线展示图的图案，当从第一观察方向观察时，该曲线展示图呈现为展示区内中心位置处的目标曲线，当防伪元件围绕两个不同的预定轴线倾斜时，该曲线展示图沿远离中心位置的不同方向在展示区内运动，该防伪元件具有：

-布置在展示区中、具有多个平坦的反射小平面的平面图案区，

-每个平坦小平面的特征在于相对于所述平面图案区的平面成倾角，该倾角具有作为倾斜分量的平行于中心位置处的目标曲线的平行分量和垂直于中心位置处的目标曲线的垂直分量，和

-对于展示区中的平坦小平面，两个倾斜分量中的第一倾斜分量是依据相应小平面距目标曲线的距离选择的，两个倾斜分量中的第二倾斜分量是在预定扩展范围内选择的，与相应小平面距目标曲线的距离无关。

2.如权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面的第一倾斜分量随着相应小平面距目标曲线的距离的变化单调地增大或减小。

3.如权利要求2所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面的第一倾斜分量随着相应小平面距目标曲线的距离的变化严格地单调地增大或减小。

4.如权利要求3所述的防伪元件，其特征在于，第一倾斜分量随着相应小平面距目标曲线的距离的变化线性地增大或减小。

5.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面的第二倾斜分量在扩展范围内无规律地变化。

6.如权利要求5所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面的第二倾斜分量在扩展范围内按随机分布或伪随机分布变化。

7.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述小平面的第一和第二倾斜分量分别具有第一角度范围或第二角度范围，并且第二角度范围的大小在第一角度范围的大小的80％和120％之间。

8.如权利要求7所述的防伪元件，其特征在于，第二角度范围的大小在第一角度范围的大小的90％和110％之间。

9.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述第一倾斜分量是小平面的垂直分量，所述第二倾斜分量是小平面的平行分量，并且对于观察者来说，所述曲线展示图漂浮在平面图案区的平面的上方或下方。

10.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述第一倾斜分量是小平面的平行分量，所述第二倾斜分量是小平面的垂直分量，并且当防伪元件倾斜时，所述曲线展示图显现正交视差运动行为。

11.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述曲线展示图显现闭合曲线作为目标曲线。

12.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述曲线展示图显现具有一个或多个曲线端的曲线作为目标曲线，并且小平面的第二倾斜分量在每个曲线端的区域中的扩展范围与其在曲线内部的扩展范围相比是缩减的。

13.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述曲线展示图显现字母数字字符、符号或几何形状作为目标曲线。

14.如权利要求13所述的防伪元件，其特征在于，所述几何形状包括圆形、椭圆形、三角形、矩形、六边形或星形。

15.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述图案包括至少第一曲线展示图和第二曲线展示图，当分别从第一或第二观察方向观察时，这些曲线展示图分别呈现为位于第一或第二展示区的中心位置处的第一或第二目标曲线，当防伪元件倾斜时，这两个曲线展示图沿不同的方向运动。

16.如权利要求15所述的防伪元件，其特征在于，当防伪元件倾斜时，这两个曲线展示图沿相反的方向运动。

17.如权利要求15所述的防伪元件，其特征在于，在所述平面图案区中，第一和第二曲线展示图的展示区彼此相邻或彼此嵌套地布置。

18.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面镶铸在压印漆层中。

19.如权利要求18所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面设置有金属化层的反射增强涂层、反射油墨层、或者由具有高折射率的材料构成的涂层。

20.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述平坦小平面压印在反射油墨层中。

21.如权利要求19所述的防伪元件，其特征在于，所述反射增强涂层或反射油墨层具有色移效果。

22.如权利要求1至4中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述防伪元件是防伪线、封口带、防伪带、防伪条、贴片或标签，以便施加到防伪纸、有价文件物品上。

23.一种具有如权利要求1至22之一所述的防伪元件的数据载体。

24.一种制造如权利要求1至22中的一项所述的光学可变防伪元件的方法，其中，

-限定当防伪元件围绕两个不同的轴线倾斜时所需的目标曲线和所需的目标曲线的运动行为，

-确定目标曲线的展示区，其中，当防伪元件倾斜时，目标曲线按照限定的运动行为远离中心位置运动，

-在所确定的展示区中的平面图案区中，布置有相对于平面图案区的平面成倾角的多个平坦的反射小平面，这些平坦小平面的排列方式使得它们具有作为倾斜分量的平行于中心位置处的目标曲线的平行分量和垂直于中心位置处的目标曲线的垂直分量，

对于展示区中的平坦小平面，两个倾斜分量中的第一倾斜分量是依据相应小平面距目标曲线的距离选择的，两个倾斜分量中的第二倾斜分量是在预定扩展范围内选择的，与相应小平面距目标曲线的距离无关。

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