本發(fā)明涉及制造光學可變安全元件的方法。本發(fā)明也涉及光學可變安全元件。

背景技術：

us6,036,233記載了具有光學可變結構的數(shù)據(jù)載體，其中將圖案分解成子圖案并施用于浮雕層上。浮雕層包含子區(qū)域，其與浮雕層指向相同方向并且其上施用子圖案。垂直于浮雕層的橫截面是三角形的。將第一圖案的子圖像施用于三角形的一個邊，將其它圖案的子圖像施用于三角形的另一個邊，由此在第一圖案的子圖像的斜視角，或在另一圖案的子圖像的另一斜視角，將兩者組合以分別形成該圖案或另一圖案。在此情況下，第一圖案分別遮蔽另一圖案，使得僅可看見一個圖案或另一個圖案，這與在垂直視角的光入射的性質(zhì)本質(zhì)上無關。

ep0372274a公開了具有疊加對比色層的多層記錄媒體，其中通過在使具有不同顏色的深埋層區(qū)域暴露于激光束的情況下將單個層區(qū)域局部消融，使信息可以至少部分人類可讀形式展示。

這些類別的光學可變元件包含微浮雕結構。當具有這樣的浮雕結構時，可以克服平面光學可變元件的局限。特別地，可以實現(xiàn)專門的角度相關光學效應。通常，光學效應對照明位置的依賴性很小，由此通?？梢允褂眠@樣的光學可變元件。原則上，具有浮雕結構的光學可變元件包含至少一個浮雕層和至少一個信息層。在此情況下，浮雕層和信息層的位置、網(wǎng)格、角度、尺寸等通常彼此相配。浮雕層與信息層相互作用，這兩個層共同產(chǎn)生共有的光學效應，例如觀察者觀察到的圖像，其會隨觀察角度變化而變化。信息層可以是，例如，印制層。

在具有浮雕結構的光學可變元件的類別中，存在包含微透鏡陣列的所述元件。

這里所述的陣列是指微透鏡在預定網(wǎng)格中的規(guī)律重復。在此情況下微透鏡可以按矩形、六邊形、或按另一種方式規(guī)律地排列。不規(guī)律排列也是已知的。通常，這些光學可變元件用作莫爾放大鏡(moirémagnifier)，或用作其變體(參見，例如，kamalet.al.，"propertiesofmoirémagnifiers"，opt.eng.37(11)，3007-3014(nov01，1998))。在此情況下，使微圖像陣列作為信息層排列在微透鏡陣列之下，微透鏡陣列的網(wǎng)格和微圖像陣列的網(wǎng)格是容易相互區(qū)分的。信息層在此情況下是平面的。在該申請中，微透鏡聚集到信息層上，即，在微透鏡平面和信息層之間存在厚度等于微透鏡焦距的分離層。當觀察這樣的元件時，為觀察者提供微圖像的放大圖像，其顯現(xiàn)為在某一深度漂浮并且當傾斜元件時可明顯移動。該原理存在眾多變體。例如，可以展示任何所需的觀察角度相關動畫，而不是放大的微圖像。

可以使用微柱鏡陣列，即柱透鏡的一維陣列，代替微透鏡陣列。在此情況下，僅在一個維度上、尤其是垂直于柱透鏡的維度上壓制預期展示的圖像。將該壓制圖像作為柱透鏡下的一維陣列作為信息層放置，圖像陣列的網(wǎng)格也稍不同于透鏡陣列的網(wǎng)格。而且也可獲得莫爾放大鏡。但是，與二維透鏡相反，在傾斜過程中放大的圖像僅在一個維度上(垂直于柱透鏡)移動。當將柱透鏡以垂直于觀察者雙眼之間連線的方向取向時，可以實現(xiàn)立體深度效果。

在具有微透鏡陣列的光學可變元件中，浮雕層和(平面)信息層通常位于兩個不同平面。這特別是由于信息層通常以一定距離，例如等于微透鏡從微透鏡層起始的焦距的距離排列。微透鏡層通常必須排列在信息層之上，由此觀察者可以通過透鏡自上而下看到信息層。這種排列在制造方面具有一些缺點。例如，或者需要在施用微透鏡層之前印制信息層，或者必須將該層結構自下而上，即從微透鏡的對邊印制。由于信息層的微圖像網(wǎng)格一定不能旋轉回微透鏡網(wǎng)格，制造技術會遇到巨大的障礙。

在具有浮雕結構的光學可變元件之中，還存在其它實施方式，其中信息層直接鄰接浮雕層，因此采用浮雕形狀本身。這可以例如如下進行：直接印制浮雕層，或者使相鄰有色層暴露于激光，所述激光例如以某一角度撞擊浮雕。光學可變效應在此情況下通過遮蔽獲得。如果觀察者在不同角度觀察到這樣的元件，他主要會看到面朝他的浮雕表面，而背對他的浮雕表面就會封閉，即，遮蔽。如果浮雕由例如某種波紋片圖案組成，則觀察者從一邊觀察到的圖像可能不同于從另一邊觀察到的圖像，參見例如ep0372274a2和us6036233。為實現(xiàn)該效果，必須將兩個圖像分成條帶并彼此交錯，然后將其以與波紋片結構精確對齊的方式施用于波紋片結構上。例如，也可以使用四邊(微)棱錐，棱錐的每一個邊分配有四個圖像之一，且每個圖像都不同(us8100436b2)。當分別從四個邊之一觀察光學可變元件時，分別獲得不同的圖像。

具有浮雕結構的常規(guī)光學可變元件具有一些缺點。例如，圖像層的制造必須按與浮雕結構精確對齊的方式進行。為實現(xiàn)遮蔽效果，浮雕結構必須非常顯著。這表示必須使用較大的角度，因此需要相對高的浮雕結構。否則，從特定觀察角度可能發(fā)生不僅觀察到所需圖像，而且會以干涉的方式觀察到預期在其它觀察角度才可觀察到的其它圖像。如果自上而下觀察這樣的元件，在大多數(shù)情況下會得到所有單個圖像的不期望混合物。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種開頭所述的制造光學可變安全元件的方法，該方法至少部分克服上述缺點。

第二方面，本發(fā)明的目的是提供引言中提及類型的光學可變安全元件，所述方法至少部分克服上述缺點。

該目的在其第一方面通過具有權利要求1的技術特征的方法實現(xiàn)。

在此情況下，將第一圖案分解成第一子圖案。將編碼第一圖案的第一定向反射率分配給第一子圖案。優(yōu)選地，這涉及具有高反射率的區(qū)域(優(yōu)選為全反射區(qū)域)，或具有極低反射率的區(qū)域(優(yōu)選為全吸收區(qū)域)。

在此情況下，優(yōu)選將相同反射率分配給整個范圍子圖案上每一子圖案。但是，反射率也可以在一個子圖案上、或一些子圖案上、或全部子圖案上變化。

根據(jù)本發(fā)明，制作具有多個單個光學元素的浮雕層，單個光學元素各自具有單個元素表面。單個光學元素可以按相同方式或不同方式或以分別相同元素組中兩個、三個、或任何更大數(shù)目在浮雕層中排列。

優(yōu)選地，將每一單個元素表面再分成反射區(qū)，在這種情況下，優(yōu)選將每一單個元素表面再分成相等數(shù)目的反射區(qū)，反射區(qū)的數(shù)目有利地對應于編碼圖案的數(shù)目。但是，反射區(qū)的數(shù)目也可以大于編碼圖案的數(shù)目。

將具有不同單個元素表面的第一反射區(qū)分配給第一圖案，分配給第一圖案的第一反射區(qū)設置有第一定向反射率。這表示，將分解成第一子圖案的第一圖案在反射區(qū)中編碼。在此情況下，優(yōu)選規(guī)定使用由白色背景上的黑色形成的圖案，然后在子圖案中形成黑白色圖案，每一待配置的子圖案為全黑或全白。如果子圖案之一僅由白色背景組成，則在整個子圖案上分配給其極低的反射率，且當配置僅黑色的子圖案時，在整個子圖案上分配給其高反射率。如果子圖案由黑色和白色背景的區(qū)域構成，則向子圖案分配不同的第一定向反射率。

本發(fā)明涉及制造具有浮雕層和信息層的光學可變安全元件的方法，所述信息層直接鄰接浮雕層且采用浮雕層的輪廓。信息層通過設置有定向反射率的反射區(qū)的總和形成。對于本發(fā)明必要的是，第一反射區(qū)設置有第一定向反射率，即，反射是非漫射的。

光在界面處的反射中，定向反射和漫反射之間是存在區(qū)別的。通常發(fā)生定向反射和漫反射的混合。定向反射特別在以下情況發(fā)生，當表面相對于光的波長足夠光滑時，即，粗糙結構顯著小于光的波長。曲面和定向反射并不相互排斥，這種情況可以給出的一個實例是望遠鏡的拋物面反射鏡。定向反射表現(xiàn)為“入射角等于反射角”，在這種情況下關于曲面法線(垂直于正切面)的角度是與曲面相關的角度。

反射率是指反射光強度與入射光強度的比率。在下文中，定向反射率是指定向反射光強度與入射光強度的比率。定向反射率也可以稱為鏡面反射因子。對于用作光學可變安全元件的應用，可見光波長(約400nm-700nm)中的以上所有定向反射率都是可用的。在此情況下，金屬例如鋁、銀、金、銅等具有特別高的反射率。這是特別有利的，因為薄且光滑的高反射層可以通過蒸發(fā)、電鍍或用金屬顏料涂層印制制造。

根據(jù)本發(fā)明的光學安全元件基于不同的定向反射。因此對于根據(jù)本發(fā)明的光學元件的最大定向反射率而言特別有利的是，其特別高，優(yōu)選至少在可見光波長范圍內(nèi)大于5％，優(yōu)選大于10％，優(yōu)選大于50％，最佳大于90％。這是因為，反射率越高，特征的可見性越好。

光學可變安全元件的照明優(yōu)選以非漫射方式進行。

漫射是指同時從所有方向撞擊光學可變元件的照明，例如戶外云量下的白天或擴展平面光源，或由大的照明表面產(chǎn)生的間接光線。非漫射是指從小且中心的立體角范圍撞擊光學可變元件的照明，例如點光源，聚光燈，白熾燈泡，發(fā)熱燈，霓虹燈，窗戶或陽光。

在此情況下，應該注意的是，非漫射光源和漫射光源之間的區(qū)別是非常易變的，尤其是在以下情況下更是如此，非漫射照片通過晴空下的陽光產(chǎn)生，漫射照明通過多云天氣中的陽光產(chǎn)生。本發(fā)明圖案之間變化的光學可變行為是否發(fā)生也取決于反射區(qū)的尺寸，當入射光是較為非漫射的時，可以選擇較小的尺寸。

本發(fā)明基于光在曲面上的定向反射。如果用非漫射光源照射定向反射曲面，則觀察者可以看見光源在定向反射曲面上在表面上的下述位置處的反射，在所述位置處表面的曲面法線平行于從光源到表面上該位置處的直線和從觀察者到表面該位置處的直線之間的角的角平分線。這符合反射定律“入射角等于反射角”，并且根據(jù)曲率可以在曲面上的多個位置處滿足這一定律，由此觀察者可以在不同位置觀察到多個鏡面反射。在不滿足該條件、或不定向反射的位置，觀察者無法觀察到鏡面反射。在曲面的情況下，觀察到鏡面反射的位置取決于光源的位置和觀察者相對于曲面的位置。如果這些位置改變，則曲面上觀察到鏡面反射的位置也會改變。因此，例如，不同的鏡面反射可以從不同的觀察位置觀察到。

根據(jù)本發(fā)明，曲面和不同定向反射的反射區(qū)以下述方式彼此相配，所述方式使得觀察者從不同位置觀測到不同圖案。這些圖案由鏡面反射組成。本發(fā)明的優(yōu)點是，鏡面光反射、以及因此形成的復雜圖案都可以具有高亮度，這取決于反射率。表面的最大定向反射率越大，圖案顯現(xiàn)的越亮。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有顯著的優(yōu)勢。常規(guī)的信息層直接鄰接浮雕結構的光學可變元件是基于遮蔽。因此，為了能夠表示彼此分開的兩個不同圖像而需要的角度范圍必須非常大。為了通過遮蔽將兩個圖像完全彼此分開，必須將它們以彼此相差90°的角度排列在表面上。

如果角度減小，遮蔽就不再完全。因此不可能在光學可變元件中編碼極大數(shù)目的不同圖案。例如，在四面棱錐的情況下，僅存在四種圖案，在波紋片結構的情況下僅存在兩種圖案。

本發(fā)明不是基于遮蔽，且出乎意料地發(fā)現(xiàn)，遮蔽變得不再必要。觀察者從一個特定位置看見構成該位置處圖案的鏡面反射。理論上，在該位置也可以看見所有其它結構(未被遮蔽)，即，對于其它觀察位置提供的具有不同反射率的區(qū)域。從這種程度上講，實際上必將觀察到多個圖案的疊加。但是，干涉圖案與鏡面反射相比太暗，使得它們僅能作為均勻背景被觀察到。這種均勻背景的觀點進一步優(yōu)選通過該結構的較小側向尺寸增強，所述側向尺寸優(yōu)選小于人眼的分辨能力。

優(yōu)選地，第一反射區(qū)在單個元素表面上的位置如下確定：從預設的第一觀察者位置確定光源在每一單個元素表面上的可見定向反射位置，和將分配給第一圖案的第一反射區(qū)安排在定向反射的反射位置周圍。分配給第一圖案的第一反射區(qū)由此以下述方式分布在單個元素表面上，所述方式使得優(yōu)選點光源的第一反射或非漫射光源的第一反射從預設的觀察者位置以特定角度在光學可變元件上形成，然后其上分布第一圖案的子圖案的第一反射區(qū)在第一反射周圍形成。

根據(jù)本發(fā)明的光學可變安全元件優(yōu)選在以下情況下形成：將至少一個其它圖案分別分解成其它子圖案，其中分別編碼其它圖案的其它定向反射率至少部分地分配給所述其它子圖案，將單個元素表面再分成反射區(qū)，將具有不同單個元素表面的其它反射區(qū)分別分配給至少一個其它圖案，分別分配給至少一個其它圖案的其它反射區(qū)設置有各自的其它定向反射率。此處及下文，其它圖案意在表示其他單個圖案，即，兩個、三個、或任何更大數(shù)目的圖案。

在此情況下，不僅第一圖案、而且至少一個其它圖案在光學可變安全元件上編碼，在這種情況下，有利地，選擇至少一個不同于第一觀察者位置的其它觀察者位置且確定光源在每一單個元素表面上的至少一個其它定向反射的至少一個其它位置，將分配給至少一個其它圖案的其它反射區(qū)在至少一個其它定向反射的至少一個其它位置周圍排列。多個圖案可以在二維浮雕層或一維浮雕層中形成。

理論上，本發(fā)明可以包含具有不同定向反射率的區(qū)域的任何浮雕(即，曲面)起作用。甚至可以使用完全無規(guī)選擇的自由形式的表面。在此情況下，其表面元素的計算涉及非常復雜的反射率，必須借助于3d程序和模擬來確定。也證實這樣的元素的制造是非常復雜的。為此，優(yōu)選下述浮雕，其包含至少在子區(qū)域中重復的單個結構。理論上，對于重復的單個結構，可以在二維單個結構和基本上一維的單個結構之間產(chǎn)生區(qū)別。

在重復的二維單個元素中，認為m個重復單個元素中的每一個是多圖案點。多圖案點的反射區(qū)的觀察到的亮度取決于光源的具體地點和座落場所，安全元件的具體地點和座落場所和觀察者的具體地點和座落場所，以及出現(xiàn)反射處的定向反射率。將m個多圖案點分別再分成n個反射區(qū)，m個多圖案點的n反射區(qū)中的每一個對應于n個圖案之一的m個子圖案之一。根據(jù)圖案的相應子圖案的亮度調(diào)節(jié)m多圖案點的n反射區(qū)的定向反射率。例如，如果相應子圖案具有低亮度，則調(diào)節(jié)低定向反射率，反之亦然。然后觀察者可以從鏡面反射的不同位置觀察到n個圖案中每一個。

有利地，二維結構在規(guī)則的二維網(wǎng)格中重復。這樣的網(wǎng)格可以是矩形，六邊形，或者其它方式的規(guī)則形狀。單個元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，單個元素由半球、球形段、半橢球體、橢球體段、拋物線段、或與其略有偏差的結構組成，或者以其他方式拱起的結構。

基本上一維是指安全元件的長度遠大于寬度、且其垂直于縱軸的橫截面沿縱向方向的該軸基本上相同的單個元素。

在重復的基本上一維的單個元素中，認為k個重復單個元素中每一個都是多圖案線。將該多圖案線分成平行于一維結構的l個多圖案點，在這種情況下這種區(qū)分可以任意選擇。這得到總數(shù)k*l個多圖案點。多圖案點的反射區(qū)的觀察到的亮度取決于光源的具體地點和座落場所，單個元素的具體地點和座落場所和觀察者的具體地點和座落場所，以及出現(xiàn)反射處的定向反射率。光源在此情況下應該具有對應于光學可變安全元件的尺寸的最小程度，以便于能夠觀察到最佳效果。將m個多圖案點分別再分成n個反射區(qū)，m個多圖案點的n個反射區(qū)各自對應于n個圖案之一的m個子圖案之一。m個多圖案點的n個反射區(qū)的定向反射率根據(jù)該圖案的相應多圖案點的亮度調(diào)節(jié)。例如，如果相應多圖案點具有低亮度，則調(diào)節(jié)低定向反射率，反之亦然。然后觀察者可以從鏡面反射的不同位置觀察到n個圖案中的每一個。

有利地，一維單個元素在規(guī)則網(wǎng)格中重復。單個元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，單個元素的橫截面由半圓、圓形段、橢圓段、拋物線段、或與其略有偏差的結構組成，或者以其他方式拱起的結構。

有利地，第一反射區(qū)在單個元素表面上的位置如下確定：從預設的第一觀察者位置確定光源在每一單個元素表面上可見定向反射的第一反射的位置，并且將分配給第一圖案的第一反射區(qū)在第一反射的位置周圍排列。

在可以從不同觀察者位置、和優(yōu)選僅從精確的這些觀察者位置觀察到多個圖案的情況中，選擇不同于第一觀察者位置的其它觀察者位置，確定光源在每一單個元素表面上進一步定向反射的其它反射的位置，將分配給其它圖案的其它反射區(qū)在其它定向反射的其它反射的位置周圍排列。

發(fā)射非漫射光的光源在單個元素表面上產(chǎn)生反射。當反射率高時，反射亮，當反射率低時，反射暗。對于安全元件的預設位置和光源相對于安全元件的預設排列，反射在單個元素表面上的位置取決于觀察者看向光學可變安全元件的觀察者角度。根據(jù)觀察者角度，反射沿單個元素表面移動。理論上按下述方式選擇分配給圖案的反射區(qū)，所述方式使得分配給其它圖案的其它反射不可從第一觀察者位置觀察到，且反之分配給第一圖案的第一反射不可從其它觀察者位置觀察到。

此外，優(yōu)選使反射區(qū)和其它反射區(qū)定向反射入射光。

有利地，以下述方式配置輪廓層，所述方式使得第一反射區(qū)和其它反射區(qū)在非漫射光入射下從其它觀察者位置或第一觀察者位置不可見，且在漫射光入射下從第一觀察者位置和從其它觀察者位置都可看見第一圖案和其它圖案兩者。

第一反射區(qū)和其它反射區(qū)有利地按下述方式排列，所述方式使得它們不會互相遮蔽，并由此在優(yōu)選的各觀察者位置共同處于觀察者的視野中。但是，在定向反射的情況下，僅當觀察者處于第一觀察者位置或其它觀察者位置時，他才能看見反射。

與已知浮雕相比，根據(jù)本發(fā)明的浮雕層可以具有極低的浮雕高度，以便于實現(xiàn)所需的變化效果或傾斜效果(kippeffekt)。有利地，單個元素存在范圍處于低于眼睛的分辨能力(其為80μm)的數(shù)量級。

已經(jīng)制造出直徑為40μm的單個元素，其在單個元素的球形截面形構造的情況下升至超出安全元件平面端2.5μm至3μm的高度。使用這種小高度的球形截面，除去安全元件的平面上小于20°的極端視角，幾乎可以看見整個單個元素表面。

通過將僅包含金屬的涂層印制到具有高反射率的反射區(qū)上，有利地將信息層施用于浮雕層上。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，首先將浮雕層全金屬化，然后通過將具有低反射率的反射區(qū)脫金屬而形成信息層。脫金屬可以優(yōu)選使用激光蝕刻儀進行。使用的激光蝕刻儀以聚焦方式聚集到金屬化層上。在實踐實施方式中，聚焦激光束的直徑為約1μm至10μm，由此可以將約40至4個不同的子圖案施用于直徑為例如40μm的單個元素。

在根據(jù)本發(fā)明方法的另一種實施方式中，浮雕層在具有低反射率的反射區(qū)涂布有隔離涂層，然后浮雕層完全鏡面化，并且接著將隔離涂層清洗掉。作為其備選實施方式，可以將浮雕層在具有高反射率的反射區(qū)涂布有結合涂層，然后浮雕層完全鏡面化并且浮雕層在沒有接合涂層的反射區(qū)中的鏡面化被清洗掉。

通過具有權利要求12的技術特征的光學可變安全元件可實現(xiàn)第二方面的目的。

光學可變安全元件包含具有多個單個光學元素的浮雕層，每一單個光學元素具有單個元素表面。將單個元素表面再分成反射區(qū)。將第一圖案分解成第一子圖案，將編碼第一圖案的第一定向反射率分配給第一子圖案。將具有不同單個元素表面的第一反射區(qū)分配給第一圖案。分配給第一圖案的第一反射區(qū)設置有第一定向反射率。

光學可變安全元件優(yōu)選通過上文所述的方法之一制造。

優(yōu)選地，將第一反射區(qū)排列在光源定向反射到預設的第一觀察者位置的反射位置周圍的元素表面上。

優(yōu)選地，將其它圖案分解成其它子圖案。將分別編碼其它圖案的其它定向反射率分配給其它子圖案。將單個元素表面再分成第一反射區(qū)和其它反射區(qū)。將具有不同單個元素表面、優(yōu)選具有所有單個元素表面的其它反射區(qū)分配給其它圖案，分配給其它圖案的其它反射區(qū)設置有其它定向反射率。

優(yōu)選地，除了第一圖案之外，將其它圖案施用于安全元件上，在這種情況下其它圖案也可以理解為多余一個單個其它圖案，也就是說，兩個、三個、或任何甚至更大數(shù)目的圖案。

有利地將單個元素表面上的其它反射區(qū)分別在光源分別定向進一步反射到預設的其它觀察者位置的其它反射位置周圍排列，由此第一圖案可以從第一觀察者位置觀察，且其它圖案可以從其它觀察者位置觀察。在以下情況下也可自然實現(xiàn)相同效果：第一觀察者位置和其它觀察者位置一致，將單個元素傾斜通過第一觀察者位置和其它觀察者位置質(zhì)檢的同位角。在光學元件的實際操作過程中，通常觀察到后一傾斜效果。

浮雕層可以具有至少沿縱向方向重復的單個元素。但是，浮雕層也可以具有在縱向方向上和在垂直縱向方向延伸的橫向方向上重復的單個元素。第一種情況可以，例如，包括圓柱形截面彼此挨著排列，而在第二種情況下，例如，將球形截面按矩形圖案排列。優(yōu)選地，浮雕層包含m個單個元素，且每一單個元素分別包含n個反射區(qū)。

優(yōu)選地，每一單個元素小于300μm，優(yōu)選小于100μm，優(yōu)選小于75μm，特別優(yōu)選小于50μm。每一單個元素可以具有至多100個或20個或5個或2個反射區(qū)。單個元素可以按球形截面或圓柱形截面的形式配置，但是單個元素的其它構造形式也是可行的，例如單個元素的曲面。也可以使用不同單個元素的混合物。

優(yōu)選地，可以將平面區(qū)布置在鄰接的單個元素之間。平面區(qū)優(yōu)選具有選自下組的其它光學有效結構：衍射光柵，傅里葉全息圖，和菲涅耳全息圖。因此，可以將不同的光學安全元素同時應用于光學可變安全元件上。

平面區(qū)的光學有效結構可以通過常規(guī)方法制造，例如激光蝕刻或壓印掩模。掩模優(yōu)選包含單個元素的微結構和平面區(qū)的光學有效結構兩者，分別作為凹模。掩模優(yōu)選為鎳墊片，優(yōu)選將其施用于滾筒上。以這種方式，可以使用經(jīng)濟的卷對卷壓印方法。作為可替換的實施方式，掩?？梢允峭ㄟ^金剛石車削制造的壓印滾筒。平面區(qū)的衍射光柵在此情況下可以同樣通過金剛石車削產(chǎn)生。

附圖說明

以下將在14個附圖中借助于多個示例性實施方式描述本發(fā)明，其中：

圖1a，1b顯示具有高定向反射率的曲面上的反射的圖示，

圖2顯示具有球形截面的陣列的表面上的反射，

圖3a在平面視圖中顯示球形截面的陣列，

圖3b顯示第一圖案，

圖3c顯示第二圖案，

圖3d顯示圖3a中的分別具有每個球形截面兩個反射區(qū)的球形截面陣列，

圖3e，3f顯示從與圖3b，3c中圖案不同的觀察者位置對觀察者展示的反射圖案，

圖4顯示圖3a中陣列再分成每個球形截面四個反射區(qū)，

圖5顯示由擴大的照明表面進行的球面照明，

圖6用示意性光路顯示浮雕層的配置為半圓柱體的單個元素，

圖7a顯示配置為半圓柱體的浮雕層，

圖7b顯示第一圖案，

圖7c顯示第二圖案，

圖7d顯示第三圖案，

圖7e顯示施用于圖7a中分別具有每半圓柱體15個子區(qū)域的浮雕層上的圖7b-7d信息層中圖像的段編號，

圖7f-7h顯示光束在圖7e中的光學元件上的對觀察者顯示的反射，

圖8顯示具有球形截面和平面區(qū)的光學安全元件的圖示，

圖9a，9b顯示單個圖像的圖示，

圖10a-10d顯示通過傾斜光學安全元件獲得的移動圖案的圖示，

圖11a-11d顯示具有持續(xù)鑲邊的移動圖案，其通過傾斜光學安全元件獲得，

圖12a-12d顯示光學安全元件的各種層結構，

圖13a-13d顯示具有對比層的光學安全元件的各種層結構，

圖14顯示用于制造根據(jù)本發(fā)明光學元件的激光蝕刻儀的圖示。

具體實施方式

圖1a和1b示意性地展示反射來自非漫射光源1的第一入射光束21a在形狀為具有高定向反射率的球形截面(即，鏡像半球)的表面3上的行為。如果鏡像半球的表面3在此情況下由配置為點光源的非漫射光源1照射，則觀察者從根據(jù)圖1a的第一觀察者位置41觀察到第一反射光束21b作為光源1的鏡面第一反射31，其形式為鏡像半球上的亮光點。第一反射31在半球的鏡像表面3上在第一反射區(qū)61的下述位置形成，在該位置鏡像表面3的第一曲面法線n1(此處由虛線表示)平行于第一入射光束和第一反射光束21a，21b之間的角的角平分線延伸。當觀察者將第一觀察者位置41改變?yōu)楦鶕?jù)圖1b的第二觀察者位置42時，第一反射31的位置變化到第二反射83。

在圖1b中，第二反射83在第二反射區(qū)71中的下述位置形成，在該位置鏡像表面3的第二曲面法線n2(其同樣由虛線表示)平行于第二入射光束和第二反射光束22a，22b之間的角的角平分線延伸。第一反射和第二反射31，83的亮度取決于反射31，83在表面3上的位置處的定向反射率：定向反射率越高，反射31，83越亮。如果第一反射區(qū)61(其中產(chǎn)生第一反射31)和第二反射區(qū)71(其中產(chǎn)生第二反射83)中的反射率不同，觀察者將觀察到不同亮度的反射，這取決于觀察位置41，42。

圖2示意性地展示具有浮雕層50的光學可變安全元件20的橫截面，所述浮雕層50具有配置為球形截面51，52，53，54的單個元件，它們以二維陣列的形式分布在浮雕層50上。球形截面51，52，53，54在浮雕層50的平面中接觸。所有球形截面51，52，53，54的表面3是完全鏡像的。

與圖1a，b中的示例性實施方式對比，在此情況下展示四個球形截面51，52，53，54，由此當觀察者從第一觀察者位置41看向球形截面51，52，53，54的陣列時，會看見四個反射31，32，33，34，理論上觀察者從第一觀察者位置41可看見與球形截面51，52，53，54一樣多的反射31，32，33，34。第一反射31，32，33，34在觀察者眼中合并形成第一(總體)圖案。

但是，在此情況下，應該注意到，第一圖案的第一反射31，32，33，34在各球形截面51，52，53，54上的位置來自于在各自球形截面51，52，53，54的表面3的另一第一反射區(qū)61，62，63，64，例如，將在左球形截面51中產(chǎn)生第一圖案的第一反射區(qū)61的第一反射31剛好鄰近在球形截面51末端的右側排列，而將第四球形截面54的產(chǎn)生第一圖案的其它第一反射區(qū)64的其它第一反射34排列在球形截面54幾乎鄰近極點的中心。構成總體圖案的第一反射區(qū)61，62，63，64必需以下述方式排列，所述方式使得從第一觀察者位置41，單個第一反射31，32，33，34合并形成第一總體圖案。

由于根據(jù)圖1a，1b，當從第一觀察位置41改變?yōu)榈诙^察位置42時，反射31，83的位置改變，對于不同的觀察位置41，42可以觀察到不同圖案。

圖3a顯示光學可變元件20的矩形浮雕層50，其由5×5個球形截面51，52，53，54，55組成。25個球形截面51，52，53，54，55按五行五列正交排列。它們形成球形截面網(wǎng)格。僅最初的五個球形截面51，52，53，54，55由參考符號表示。

圖3b顯示第一圖案，即字母“f”，圖3c顯示第二圖案，即字母“t”。將第一圖案和第二圖案在矩形5×5網(wǎng)格(對應于球形截面網(wǎng)格)中分別分解成子圖案91，92，93，94，95，101，102，103，104，105。在此情況下，僅展示子圖案91，92，93，94，95或101，102，103，104，105的第一行。在此情況下，兩個圖案的每個圖案實際上分別由25個子圖案組成。25個球形截面51，52，53，54，55在5×5正交網(wǎng)格中排列。將借助于球形截面51，52，53，54，55的第一行介紹功能原理。對于五個球形截面的其它四行也各自類似地適用。

將球形截面51，52，53，54，55分別各自再分成第一反射區(qū)61，62，63，64，65和第二反射區(qū)71，72，73，74，75。在圖3d中，第一反射區(qū)61，62，63，64，65各自配置為各球形截面51，52，53，54，55的下半部，第二反射區(qū)71，72，73，74，75配置為球形截面51，52，53，54，55的上半部。

將子圖案91，92，93，94，95分配給反射區(qū)61，62，63，64，65，將子圖案101，102，103，104，105分配給反射區(qū)71，72，73，74，75。

在光源反射到第一觀察者位置41的過程中，第一反射區(qū)61，62，63，64，65形成第一圖案，字母“f”，在光源41反射到第二觀察者位置42的過程中，第二反射區(qū)71，72，73，74，75形成字母“t”。以下述方式配置球形截面51，52，53，54，55的反射率，該方式使得第一反射區(qū)61，62，63，64，65編碼字母“f”，第二反射區(qū)71，72，73，74，75編碼字母“t”。

在圖3d中，具有高定向反射率的第一和第二反射區(qū)61，62，63，64，65，71，72，73，74，75表示為白色，具有低定向反射率的反射區(qū)表示為黑色。觀察者從根據(jù)圖2的幾何形狀確定的第一觀察者位置41觀察到第一圖案“f”的第一反射31作為亮點，其展示于圖3e并且作為第一反射31的總和，因此表示字母“f”。當從不同于第一觀察者位置41的第二觀察者位置42觀察根據(jù)圖3d光學可變安全元件20時，觀察者看見第二反射83，其展示于圖3f，第二反射83的總和表示字母“t”。在圖3e和3f中，反射由深色點表示。為了清楚，在圖3e，3f中分別僅展示一個反射31，83。

如果觀察者來回傾斜根據(jù)圖3的光學可變安全元件20，則觀察者觀察到第一和第二圖案“f”和“t”之間的變化效果。傾斜角對應于第一和第二觀察者位置41，42之間的角度。

當在漫射光中觀察根據(jù)圖3d的光學可變安全元件20時，觀察者可以觀察到兩個圖案“f”和“t”的漫射疊加，其并不隨著傾斜角的變化而改變；在物理上這是因為，這種變化效果不是通過一個圖案被另一個圖案遮蔽而產(chǎn)生，即，因為球形截面51，52，53，54，55的表面3上的區(qū)域從觀察角不可再觀察到，而是因為點光源1定向反射的反射31，83比兩個圖案“f”，“t”的漫射疊顯著更亮而根據(jù)本發(fā)明獲得了變化效果。第一和第二圖案“f”和“t”可在漫射光入射下從各觀察者位置、特別是第一和第二觀察者位置41，42作為疊加看見。

圖4顯示光學可變安全元件20的浮雕層50的示例性實施方式，其中浮雕再次由25個單個元素形成，所述單個元素同樣分別作為球形截面51，52，53，54，55形成。在此情況下將球形截面51，52，53，54，55分別分成第一反射區(qū)61，第二反射區(qū)71，第三反射區(qū)66和第四反射區(qū)76，理論上特別可將球形截面51，52，53，54，55的表面3分成不同數(shù)目的反射區(qū)、特別是較高數(shù)目的反射區(qū)。對于全部25個球形截面51，52，53，54，55，也是這樣劃分。

也可自然想到將球形截面51，52，53，54，55分成不同數(shù)目的n個反射區(qū)，所述反射區(qū)可以分別具有不同的反射率。從n個不同觀察者位置觀察到的n個圖案可由此在光學可變安全元件20中編碼。以這種方式，也可將移動的動畫編碼成光學可變安全元件20，這些分別在圖10a至10d和11a至11d中作為實例展示。在此情況下，相鄰觀察者位置的圖案僅遞增變化。觀察到的圖案取決于光源在空間中的具體地點，光學可變安全元件20的座落場所和具體地點，以及觀察者在空間中的具體地點。如果將光學可變安全元件20傾斜或移動，可以觀察到相對于彼此或相對于其它圖案的相對位置。在此情況下，可以展示出不同的圖案，這取決于光學可變安全元件20是否向前或向后傾斜，是否向右或向左傾斜，或是否旋轉。

如果兩個相互獨立的觀察者位置41，42具有的間距近似對應于觀察者雙眼的眼間距，當從兩個觀察者位置41，42顯示同一圖像的不同透視圖時，可以實現(xiàn)立體效果?？梢园磩討B(tài)動畫與立體效果聯(lián)合的方式獲得物體漂浮在表面之下或之上的印象。

圖5顯示球形截面51。但是，非漫射光源1并不是配置為點光源而是配置成照明表面。照明表面或照明立體角越大，第一反射區(qū)61以及反射曲面3上的第一反射31越大，因而尺寸取決于照明立體角和表面3的曲率。

當使用相對較大的平面光源1時，這使得根據(jù)圖5的光反射尺寸最小。在此情況下，將球形截面51的表面3再分成反射區(qū)61，66，71，76按下述方式進行，所述方式使得球形截面51的反射區(qū)61，66，71，76各自具有至少反射31的尺寸，否則不同圖案將會疊加。另一方面，當仍可讀取有意義的光學可變安全元件20時，非漫射光源1也必須不能超過某一程度。通常，以下述方式選擇反射區(qū)61，66，71，76的尺寸，所述方式使得在大多數(shù)照明情況例如室內(nèi)照明情況下，可以觀察到彼此分開的單個子圖案。

在本發(fā)明的另一種實施方式中，浮雕層50的單個元素配置為根據(jù)圖6的圓柱形截面110。與球形截面51的表面3上的反射相反，在用擴展光源1反射圓柱形截面110的照明過程中，所得反射不是光點，而是基本上光線120，其平行于圓筒軸取向并且在縱向方向l上具有近似光源1的長度。分配給圖案的反射區(qū)因此以下述方式排列，所述方式使得針對每個圓柱形截面110的多個第一反射區(qū)和第二反射區(qū)分別在縱向方向l上配置為彼此挨著。

圖7a顯示配置為圓柱形截面110，111，112，113，114的單個結構的排列，該排列形成浮雕層50。圖7b至7d顯示：第一圖案，即字母“f”，第二圖案，即字母“t”，和第三圖案，即字母“n”。將每一圖案分別分成5×5的子圖案。這種劃分是不相交的。

將圖7e顯示信息層130施用于圖7a中的浮雕層50上，第一反射區(qū)61，62，63，64，65分別在各圓柱形截面110，111，112，113，114上具有五個較小的第一反射區(qū)。在圖7e中，第一反射區(qū)較小，上面五個矩形反射區(qū)在各圓柱形截面110，111，112，113，114上在縱向方向l彼此挨著排列。同樣將第二反射區(qū)71，72，73，74，75分別再分成五個較小的第二反射區(qū)和第三反射區(qū)66，67，68，69，70，第二反射區(qū)是在各圓柱形截面110，111，112，113，114中在縱向方向l彼此挨著排列的中間的五個小矩形反射區(qū)，第三反射區(qū)66，67，68，69，70分別是圖7e中各圓柱形截面110，111，112，113，114中的下面五個反射區(qū)。圓柱形截面110，111，112，113，114的分配給圖像的五個反射區(qū)各自按平行于圓筒軸的圖像線路排列，并且在反射過程中產(chǎn)生至多五個反射條。

在圖7e中，具有高反射率的反射區(qū)61，62，63，64，65，71，72，73，74，75，66，67，68，69，70表示為白色，具有低反射率的那些表示為黑色。通常形成不同反射率，第一反射區(qū)61，62，63，64，65編碼第一圖案“f”，第二反射區(qū)71，72，73，74，75編碼第二圖案“t”，第三反射區(qū)66，67，68，69，70編碼第三圖案“n”。在此情況下將第一反射區(qū)61，62，63，64，65各自再分成五個較小的第一反射區(qū)。對于第二反射區(qū)71，72，73，74，75和第三反射區(qū)66，67，68，69，70同樣適用。

圖7f、7g和7h中展示從第一觀察者位置41、或從第二觀察者位置42、或從第三觀察者位置，由單個反射31，83，131，135展示給觀察者的圖案。在此情況下，僅分配給底部反射區(qū)61，71，66的反射31，83，131，135由附圖標記表示。

可從第一觀察者位置41看見的第一反射31總體表示字母“f”，可在第二觀察者位置42看見的第二反射83總體表示字母“t”。在第三觀察者位置的第三反射131，135總體表示字母“n”。如果觀察者來回傾斜根據(jù)圖7e的光學可變安全元件20，當在非漫射光中照射光學可變安全元件20時，觀察者觀察到圖7f、圖7g、圖7h的三個圖案之間的變化效果。

但是，如果用漫射光照射光學可變安全元件20，觀察者觀察到三個圖案“f”、“t”和“n”的漫射疊加，其并不隨著傾斜角變化而變化。通過使光學可變安全元件20傾斜在圖案之間產(chǎn)生的變化效果并不是通過遮蔽產(chǎn)生，即，表面3的區(qū)域從觀察角是不可見的并且被表面3的其它區(qū)域覆蓋。根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生變化效果，是因為非漫射光源1在觀察者位置41，42的方向上的反射31，83，131，135遠比三個圖案的漫射疊加更亮。

圖8展示根據(jù)本發(fā)明的光學可變安全元件20的第三實施方式，其中浮雕層50由球形截面51，52，53，54，55和平面區(qū)141，142，143，144，145組成，它們在網(wǎng)格中交替重復，在根據(jù)圖8的實例中，平面區(qū)141，142，143，144，145的表面比例總共為50％，彎曲的球形截面51，52，53，54，55上的其它光學有效結構(其無法制造或者不是有效的，或者僅可有限地制造或者僅有限地有效)可以位于平面區(qū)141，142，143，144，145中，例如衍射光柵，傅里葉全息圖，和菲涅耳全息圖，或者可替換地為微圖像或微文本。

通過傾斜根據(jù)本發(fā)明的光學可變安全元件20，在不同的觀察者位置41，42可以產(chǎn)生不同的單個圖案，如圖9a和9b中所示，兩個位置是彼此完全獨立的。這里，第一圖像是一個標識，第二圖像是一個序列號。

圖10a至10d顯示動態(tài)動畫的五個單獨圖案；對于流暢的動態(tài)動畫，應該使用其它相應中間像。觀察者通過傾斜光學可變安全元件20可以觀察到這樣的動畫，這樣的動畫與莫爾放大鏡有關，或者可以將動畫轉化成這樣的動畫。但是，本發(fā)明并不限于動態(tài)動畫，任何期望的動畫都是可行的，例如旋轉動畫或放大動畫。

當將圖10a至10d的動態(tài)動畫的單個圖像以使得觀察者的每只眼睛觀察到動態(tài)動畫的不同圖像的方式編碼成光學可變安全元件20時，獲得上述立體效果，即深度印象，仿佛是圖像漂浮在光學元件的平面之上或之下。

圖11a至11d展示動態(tài)動畫的五個單個圖像；對于流暢的動態(tài)動畫，應該使用其它相應中間像。除了動態(tài)動畫之外還應用靜態(tài)元素，此處為鋸齒邊緣形式。在漫射照明下，不可觀察到動畫，而是觀察到單個圖像的疊加，也可看見鋸齒狀邊緣。

圖12a至12d展示根據(jù)本發(fā)明的光學可變安全元件20的可能的層結構。

圖12a顯示具有以下層的層結構：浮雕層50；信息層130，其在圖12a中直接鄰接浮雕層50之上且由虛線表示；和粘合劑層150，其配置在浮雕層50對面。浮雕層50是聚合物膜，其中通過熱和壓力的效果將直接浮雕壓印在所述聚合物膜上。在所有示例性的實施方式中，信息層130表示為虛線。

圖12b顯示具有以下層的層結構：浮雕層50；信息層130，其由虛線表示且外面直接鄰接浮雕層50；載體層151和粘合劑層150，載體層151排列在粘合劑層150和浮雕層50之間；和信息層130，其配置在浮雕層50上的載體層151對面。載體層151是聚合物膜，浮雕層50例如是通過uv壓印制造的涂料層。

圖12c展示以下順序的層結構：保護層152，信息層130，浮雕層50，載體層151和粘合劑層150；圖12d展示以下順序的層結構：載體層151，浮雕層50，信息層130，粘合劑層150。位于信息層130之上的層必須對于該結構是基本上透明的。排列12c或12d的優(yōu)點是，可保護信息層130免受外界傷害，且實現(xiàn)了高度的抗開裂性。另一個優(yōu)點是，對于功能性而言沒有必要調(diào)適覆于信息層130之上的層的折射率。

可以將對比層(kontrastgebendeschicht)結合到層結構中。在圖12c的實施方式的改良中，圖13a顯示浮雕層50配置為對比層，并且作為圖12d的實施方式的修改，圖13b同樣顯示配置為對比層的載體層151。除了載體層151，對比層也可以額外或代替性地增加。在根據(jù)圖13c和13d的實施方式中，粘合劑層150配置為對比層，作為圖12c和12d中實施方式的增強。

圖14顯示圖12d中展示的光學可變安全元件20的實施方式。信息層130在此情況下是金屬化層，其例如通過真空蒸發(fā)浮雕層50或通過用金屬顏料涂層全表面印制浮雕層50產(chǎn)生。全金屬化層用激光蝕刻儀160加工。在用激光蝕刻儀160加工過程中，激光束161在信息層130中強力聚焦，且暴露區(qū)域通過激光作用脫金屬，由此金屬化層的定向反射率在該位置降低。另一方面，載體層151和浮雕層50對于激光束161是基本上透明的，使得在這些層中不會發(fā)生損壞物質(zhì)的熱效果。

在圖14中，激光蝕刻儀160的光路通過粗線以抽象方式展示。激光束161借助于光學系統(tǒng)162聚焦，由此其在信息層130的區(qū)域中具有小直徑，這導致在小區(qū)域中的高能輸入，因此導致小區(qū)域、或點的暴露。當用聚焦的激光束161時，小直徑區(qū)域具有一定長度，這導致深度公差大約相當于該長度。如果浮雕層50的深度公差大于高度，則信息層130可以完全用激光束161加工，即使其不是平面的。在圖14中，平面區(qū)141，142，143和球形截面51，52，53，54在浮雕層50中交替，激光蝕刻儀160可以將其它光學有效結構例如衍射光柵、全息圖、或菲涅耳全息圖整合到平面區(qū)141，142，143中。

附圖標記列表

1非漫射光源

3表面

20光學可變安全元件

21a第一入射光束

21b第一反射光束

22a第二入射光束

22b第二反射光束

31第一反射

32第一反射

33第一反射

34第一反射

41第一觀察者位置

42第二觀察者位置

50浮雕層

51球形截面

52球形截面

53球形截面

54球形截面

55球形截面

61第一反射區(qū)

62第一反射區(qū)

63第一反射區(qū)

64第一反射區(qū)

65第一反射區(qū)

66第三反射區(qū)

67第三反射區(qū)

68第三反射區(qū)

69第三反射區(qū)

70第三反射區(qū)

71第二反射區(qū)

72第二反射區(qū)

73第二反射區(qū)

74第二反射區(qū)

75第二反射區(qū)

76第四反射區(qū)

77第四反射區(qū)

78第四反射區(qū)

79第四反射區(qū)

80第四反射區(qū)

83第二反射

91第一子圖案

92第一子圖案

93第一子圖案

94第一子圖案

95第一子圖案

101第二子圖案

102第二子圖案

103第二子圖案

104第二子圖案

105第二子圖案

110圓柱形截面

111圓柱形截面

112圓柱形截面

113圓柱形截面

114圓柱形截面

120光線

130信息層

131第三反射

135第三反射

141平面區(qū)

142平面區(qū)

143平面區(qū)

144平面區(qū)

145平面區(qū)

150粘合劑層

151載體層

152保護層

160激光蝕刻儀

161激光束

162光學系統(tǒng)

n1曲面法線

n2曲面法線

l縱向方向