包括微反射镜的防伪元件
技术领域
本发明涉及一种具有微反射镜的防伪元件，其中该微反射镜构造为呈现至少一个具有图案效果的物体。
背景技术
光学可变效果通常用于防伪元件，这些防伪元件尤其用于钞票、护照或卡片。例如，可通过色移效果颜料或色移多层结构实现色移效果。在改变防伪元件的观察角度时，颜色会偏移或变化，例如从红色变为绿色。第二组光学可变效果是倾斜图像效果。图像仅在一个观察角度下是可见的，而在另一个观察角度下是不可见的。除了这些简单的光学可变效果之外，还有所谓的图案效果，在这种图案效果中，所呈现的物体发生运动(例如显现流动的图案过渡)或具有三维效果。
在现有技术中，已知能通过微反射镜产生图案效果。例如可参考WO 2011/066990A2、WO 2012/000669 A1、WO 2015/078572 A1和WO 2016/180522 A1。微反射镜形成为微反射镜模式，从而将平面防伪元件划分为多个像素，这些像素之中的每一个包括至少一个光学有效小平面，即，至少一个微反射镜。防伪元件的平面形状限定主平面。例如，在WO 2015/078572 A1中，微反射镜的取向使得所述图案在防伪元件倾斜时显现出图案运动效果。
在WO 2011/066990 A2中，微镜产生具有明显凸出表面的图案(图案凸起效果)。在WO 2016/180522 A1(图案平面效果)中说明了一种浮在观察者的主平面上方或下方的无运动图案。申请DE 102017004586提到，能够改变图案以实现图案平面效果。
从根本上说，已知可在防伪文件上设置具有不同图案或者还部分地具有不同效果的多个防伪元件。此外，在实践中越来越多地采用具有同样显现不同效果的两个、三个或更多同时可见的图案的防伪元件。例如，除了具有色移效果的第一图案之外，在防伪元件的第二区域中还设置具有凸出效果的另一个图案，并且在第三区域中设置浮动图案。甚至能够在第二(或第三)区域中实现图案变化，从而例如根据观察角度显现第一种或第二种凸出效果图案(或浮动图案)。
具有显现图案效果的微反射镜的防伪元件难以复制，因为用常规的印刷技术通常无法实现这种图案效果。同时，普通观察者能识别出图案效果；微反射镜由此实现了独特的防伪元件。
发明内容
因此，本发明的目的是进一步开发具有微反射镜的防伪特征，所述微反射镜构造为使得它们呈现至少一个具有特别独特的可识别效果的物体。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求涉及有利的进一步改进。
一种平面防伪元件具有微反射镜，并且因其平面形式而设定主平面。所述微反射镜布置在微反射镜区域中，并且在防伪元件倾斜时向观察者呈现至少一个具有两种图案效果的图案。微反射镜区域形成为使得在平面视图方向在围绕主轴的倾斜运动中被导引并且同时处于围绕副轴的第一倾斜角度范围内时出现第一种图案效果。在围绕主轴的倾斜运动(可选地甚至是相同的倾斜运动)期间，当平面视图方向处于围绕副轴的不同的第二倾斜角度范围内时，出现另一种图案效果。因此，这些图案效果与围绕副轴的不同倾斜位置相关联。因此，围绕副轴的倾斜按照在围绕主轴的倾斜运动期间出现的图案效果的类型进行切换。
所述轴在主平面内相对于彼此倾斜，优选彼此成70°至90°之间的角度，特别优选彼此成直角。
倾斜平面视图方向(防伪元件固定)相当于在观察方向固定的条件下倾斜防伪元件。
在围绕主轴倾斜时，通过依赖于围绕副轴的倾斜位置的行为，防伪元件的观察者能获得非常独特的外观，因为在围绕主轴的倾斜中存在不同的图案效果类型。因此，防伪元件显现出非常独特的外观，这种外观易被观察者察觉，因此易于检查。
围绕主轴的倾斜范围(倾斜运动必须发生在该范围内)优选对于第一种和第二种图案效果是相同的。但是也可以是不同的，可选地甚至是不相交的。
防伪特征形成为使得不同的图案效果被组合。在此例中，颜色效果、倾斜图像效果和图案效果之间是区分开的。颜色效果可以是色移(即，颜色的直接变化(从红色变为绿色))，或者是颜色过渡(即，颜色随着倾斜或多或少地连续变化)。从当前意义上说，颜色效果不是图案效果。在倾斜图像效果中，图像在第一倾斜角度时可见，而在倾斜角度改变时消失。倾斜图像效果具有二元或静态行为的特征，即使出于实现图像变化的目的将它们彼此结合。因此，例如，在第一观察角度下，作为第一种图像的苹果可能消失，而梨可能出现。从当前意义上说，倾斜图像效果不是图案效果。
图案效果(尤其是第一种和第二种图案效果)可以是图案运动效果、图案过渡效果、图案平面效果和/或图案凸出效果。
当前意义上的图案运动效果是所呈现的物体相对于主平面的运动。尤其是，所呈现的物体的轮廓和面积是恒定的。物体可在主平面内直线运动或在弯曲路径上运动，并且/或者可以旋转。类似地，物体中的子区域可相对于主平面以直线、曲线或旋转的方式运动。在纯图案运动效果中，运动发生在主平面内。
相反，若物体的轮廓或大小或面积发生变化，则会呈现图案过渡效果。作为图案过渡效果，有已知的轮廓过渡(类似于苹果变成梨等)、(连续)尺寸变化或泵送效果。在泵送效果的情况下，物体或物体的子区域的尺寸首先增大，以便在其进一步沿同一方向倾斜时再次减小。这种逆向尺寸变化优选连续发生多次。图案运动效果和图案过渡效果是动态图案效果。
图案平面效果和图案凸出效果是三维图案效果。在凸出效果中，物体在观察者看来是三维或凸出的物体。此外，在倾斜时，在物体上有行进的光反射，这种光反射与凸出对应。在图案平面效果中，(凸出或非凸出的)物体位于主平面上方或下方，或者可能相对于主平面倾斜地排列。例如，在防伪元件倾斜时，观察者看到浮动的物体(还)以适应倾斜角度的不同呈现形式排列在主平面之外。对于观察者来说不运动的物体仅按照透视在其位置上运动。
到目前为止简单说明的所有类型的图案效果已知都是单独呈现的。例如，请再次参考WO 2011/066990 A2、WO 2012/000669 A1、WO 2015/078572 A1和WO 2016/180522 A1。
图案平面效果的一种较新的表现形式在此称为图案平面运动。在倾斜时，物体相对于观察者的主平面运动(即，不只在主平面内运动)。尤其是，在倾斜时，到主平面的距离发生改变(例如从位于主平面上方改变为位于主平面内或位于主平面下方)和/或物体相对于主平面的排列角度发生改变(以第一角度倾斜的物体发生运动(尤其是超过平行于主平面的位置)直到达到第二倾斜角度)。
第一种图案效果和第二种图案效果的图案效果类型不同。与纯粹的图案变化或两种相似图案效果之间的纯粹变化相反，当前提出的图案效果类型的变化对于观察者来说是特别独特的，并且对于伪造者来说甚至更难模仿。
总的来说，该图案效果也可称为图案动态和/或三维图案效果。在倾斜时，图案效果向观察者显现一种关于物体形状(轮廓和/或大小)、物体位置和/或物体观察角度的变化的呈现形式。图案效果的呈现形式的变化是通过从第一种呈现形式到第二种呈现形式的中间步骤实现的，这些呈现形式在物体形状、位置和/或观察角度方面有所不同。
在优选实施例中，采用图案动态效果作为第一种图案效果，采用三维图案效果作为第二种图案效果。
若第一种图案效果是图案运动效果(尤其是直线、非直线或旋转图案运动)而第二种图案效果是图案凸出效果，则两种图案效果会产生明显不同的效果(与静态三维效果相比是运动的)。
作为第一种图案效果的图案过渡效果和作为第二种图案效果(例如图案凸出或图案平面效果)的三维图案效果还为观察者提供了独特的区别(与具有三维效果的不变图案相比，图案是变化的)。
若第一种图案效果是图案凸出效果而第二种图案效果是图案平面效果，则会以另一种方式出现特别独特的效果。在此特别强调图案平面效果，因为这两种效果实际上都具有三维效果。
可设想使用组合的图案运动和过渡效果作为第一种(或第二种)图案效果。图案平面效果理论上也可与其它图案效果类型组合。例如，可以预计，能实现组合的凸出和运动效果或者组合的凸出和图案过渡效果。
微反射镜区域具有第一和第二微反射镜子区域，它们至少部分地相互嵌套。第一微反射镜子区域的微反射镜产生第一种图案效果，第二微反射镜子区域的微反射镜产生第二种图案效果。
微反射镜可以
-在两个微反射镜子区域中都规则地排列，尤其是由此形成微反射镜子模式，或者
-在两个微反射镜子区域之一中规则地排列，并在两个微反射镜子区域中的另一个中不规则地排列，或者
-在两个微反射镜子区域中都不规则地排列。
防伪元件可选地具有至少一个第一微反射镜子模式和至少一个第二微反射镜子模式，这些微反射镜子模式在所产生的图案效果的类型方面在微反射镜的结构上有所不同，并且至少部分地彼此嵌套，并且每个微反射镜子模式都产生一种图案效果。微反射镜优选按两个部分子模式排列，其中每个子模式精确地产生一种图案效果。因此，为了实现两种效果，可按照至少部分地彼此嵌套的方式布置两个微反射镜子模式，使得一个子模式的微反射镜与另一个子模式的微反射镜相邻或者被另一个子模式的微反射镜包围。棋盘格型嵌套、直线型嵌套或任何所需的螺旋型嵌套微反射镜模式同样也是可能的，以便在不同的倾斜过程中呈现具有不同图案效果的一个或多个物体。
微反射镜(模式)的规则排列的嵌套比不规则排列更容易计算，因此是优选的。
微反射镜子模式的差异与各个像素的形成以及它们的排列有关，这导致相应图案效果的呈现。这种差异不一定要求微反射镜子模式内的像素具有不同的几何划分或分布。就它们的结构划分而言，微反射镜子模式(如下面的示例性实施例所示)甚至可以完全相同但仅彼此偏移，即，在俯视图中的像素分布方面具有相同的基本结构。当然，两个微反射镜子模式的微反射镜在几何结构上是不同的，并导致不同的图案效果。
特别优选的是使两个微反射镜子模式彼此嵌套，使得第一和第二子模式的微反射镜都位于单独的平面区域中。嵌套的比例应优选在30:70至70:30的范围内，特别优选在40:60至60:40的范围内。
微反射镜的尺寸优选小于30微米。微反射镜的(一致的或变化的)尺寸进一步优选在1微米和30微米之间，进一步优选在10微米和20微米之间。
倾斜角度范围与出现图案效果的观察角度范围对应。可选地，在俯视图中，图案或其组成部分仅在这些角度范围内可见。倾斜角度范围之一可以主平面的垂直平面视图为中心，而另一个则不是。在另一个倾斜角度范围只包含相对于主平面小于90°的角度时，就是这种情况。但是，同样可能的是两个倾斜角度范围以相对于主平面的不同倾斜观察角度为中心。尤其是，在垂直俯视图中，可能根本无法识别一个或多个图案效果或者甚至无法识别图案或其部分。
图案效果优选指图案的相同组成部分，即，共有的物体。或者，不同的组成部分(即，图案的物体)分别显现一种图案效果。不言而喻，根据平面视图方向，第一种或第二种图案效果是为观察者产生的。由观察者选择的平面视图方向决定了两种图案效果中所呈现的那种图案效果。换句话说，第一种和第二种图案效果仅在相应的平面视图方向上出现，即，分别在相对于副轴的第一或第二倾斜角度范围内出现。
微反射镜区域包含多个微反射镜。正如现有技术(例如WO 2011/066990 A2)中已知的，可使这些微反射镜形成为像素形式。像素是其中至少有一个、优选有多个微反射镜的小平面区域，这些微反射镜具有一致的几何形状，并代表所呈现的物体的一个图像点。它们的反射特性(例如几何形状、取向和/或涂层)的实施方式使得它们产生所呈现的物体的一个图像点。由于微镜以反射方式工作，因此并不一定必须按照要呈现的图像点以常规的印刷图像方式使它们并排排列。相反，微反射镜通过反射入射照明辐射来呈现图像，并且由此还可在一定的观察距离范围内在基底上按空间排列形式布置，该空间排列与要产生的呈现物体的图像点的空间位置分离。因此，在本说明书中，故意不提“图像的呈现”，而是使用“呈现”一词。这是为了表达微反射镜在图像产生中所利用的投影特性。
平面微反射镜的几何形状优选一致地形成在微反射镜区域中，尤其是在两个子区域和背景区域中。所有微反射镜都具有相同的尺寸和形状(例如正方形、五边形或六边形)。或者，微反射镜的几何形状可在微反射镜子区域之一中以不同的方式形成，其中另一个微反射镜子区域的微反射镜的几何形状尤其可以一致或不同地形成。因此，可采用在第一子区域中具有不同的形状(例如部分地为正方形，部分地为不规则形状，并可能具有不同的尺寸)而在第二子区域中具有一致的尺寸和形状的纯平面型微反射镜。
在将图案布置在看起来很暗的背景下时，特别容易识别不同的图案效果。因此，优选在微反射镜模式中提供微反射镜背景模式，该微反射镜背景模式的微反射镜相对于主平面倾斜，使得它们在呈现图案效果的倾斜方向上显得较暗，从而形成物体背景。
在一个实施例中，一种有价文件(例如钞票、证件、支票、电子可读卡等)构造为具有所述类型的防伪元件的有价文件。
为了制造所述防伪元件，在因其形状而限定主平面的平坦基底上设置呈现至少一个物体的微反射镜。在防伪元件倾斜时，该物体显现出图案效果。为此，至少在防伪元件上以彼此嵌套的方式形成可作为模式的第一和第二微反射镜子区域。如上所述，两个微反射镜区域在产生的图案效果的类型方面彼此不同。
所述微反射镜是通过压印并可选地(在压印之前或之后)通过施加增加反射的涂层产生的。所述增加反射的涂层可通过进行金属/HRI层的气相沉积或印刷金属效果颜色层来产生。若增加反射的涂层具有多层结构(反射层、介质层、吸收层或HRI层)或干涉颜料，则会导致附加的色移效果。
附图说明
下面将参照附图借助于实施例更详细地解释本发明，附图同样公开了对本发明至关重要的特征。这些示例性实施例仅是说明性的，而不是限制性的。例如，不应该将具有多个元件或部件的示例性实施例的说明理解为意味着所有这些元件或部件对于具体实现都是必需的。相反，其它示例性实施例也可包含替代元件和部件、较少的元件或部件、或者附加的元件或部件。除非另有说明，否则不同示例性实施例的元件或部件可彼此组合。针对一个示例性实施例说明的修改和变化也可适用于其它示例性实施例。为了避免重复，不同附图中的相同或相应的元件以相同的附图标记标识，并且不再多次解释。在附图中：
图1是具有防伪元件的钞票的俯视图；
图2是图1的防伪元件的结构的示意图；
图3和图4是图2的防伪元件在俯视图中呈现给观察者的图案的示意图，并且在防伪元件倾斜时，这些图案以不同的方式运动；和
图5是用于阐明倾斜过程的倾斜角度范围的防伪元件示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有防伪元件S的钞票B。钞票B包括印刷的钞票纸，并且防伪元件S构造为已经施加到钞票纸上的薄片元件。由于防伪元件S和钞票B的平面构造，防伪元件S设定主平面H，该主平面与图1中的绘图平面重合。
防伪元件S具有多个微反射镜，这些微反射镜在俯视图中向观察者呈现具有物体P1、P3的图案P。图3示意性地示出了具有物体P1的防伪元件S的俯视图；图4涉及具有两个物体P1、P3的一个实施例。
在这两种情况下，防伪元件S具有两个微反射镜模式1、2，在图2的实施例中，这两个微反射镜模式以棋盘模式的方式彼此嵌套，使得第一微反射镜模式1的水平且平整的微反射镜像素3与第二微反射镜模式2的微反射镜像素4交替排列。此外，还设有第三微反射镜模式5，该微反射镜模式具有微反射镜像素6。如稍后所解释的，这些像素用于产生背景，并且布置为使得它们在第一和/或第二微反射镜模式1、2显现出图案效果的观察角度范围内较暗。
微反射镜区域是通过压印产生的，例如在(紫外线)固化漆层或软化塑料层中产生。可通过气相沉积或印刷来产生增加反射的涂层，例如金属层、HRI层、金属效果颜料层或多层结构。可在涂层中有选择性地(通过清洗/蚀刻/激光)产生凹部，或者可在涂装过程中(通过掩模或印刷技术)产生凹部。还可在涂层和/或压印层上面或之中提供着色剂或颜料，尤其是效果颜料，例如干涉颜料。
图3示意性地示出了防伪元件S所呈现的图案P。主平面H在此与输入的笛卡尔坐标系的x/y平面对应。两个微反射镜模式1、2相对于它们的微反射镜像素3、4配置为使它们呈现星形P1，但是根据倾斜情况显现不同的图案效果7、8。具体出现哪种图案效果取决于围绕副轴A2的倾斜位置。在围绕主轴A1的倾斜运动过程中，图案效果出现两次。一个(第一种)图案效果7导致以可选的三维形式显现的星形P1相对于主平面H向前或向后运动(图案平面效果)。倾斜的双箭头示出了这一点。或者，第一种图案效果可以是凸出效果。然后，星形P1呈现为一个三维凸出的物体，在倾斜时，其上的光反射会随着凸出情况而行进。
另一方面，第二个微反射镜模式2的微反射镜像素4构造为使得在防伪元件S围绕主轴A1倾斜时出现的另一个(第二种)图案效果使星形P1平行于主轴H移位。该图案效果8以水平双箭头示出(并且是图案运动效果)。
对于观察者来说，这两种图案效果必须尽可能清晰地彼此不同。尤其是，考虑第一种和/或第二种图案效果的以下示例：在第一示例中，在防伪元件围绕主轴A1倾斜时，星形P1漂浮在主平面H上方并改变其与主平面H的距离。在第二个示例中，星形P1改变其呈现形式，使得它以相对于主平面H的不同角度出现。例如，在第一个倾斜位置，星形看起来相对于主平面H的倾斜程度很大，以至于星形的左半部分下降到主平面H之下，而右半部分上升到主平面H之上。在围绕主轴A1倾斜时，状况正好相反，由此所述星形通过改变其倾斜位置而显现出一种翻转效果，并因此具有图案平面运动，该图案平面运动具有垂直于主平面H延伸的分量。在这两个示例中，星形P1可选地具有三维呈现效果。但是，也可以是二维物体。在第三个示例中，在围绕轴A1倾斜时，星形P1的三维构造(例如凸出)发生变化。在第四个示例中，星形P1在主平面内侧向移位。在此，它也可具有二维或三维外观。
此外，在由第三微反射镜模式5产生的图案P中提供背景P2。该背景较暗，使得物体P1特别易辨别。
图4示出了在图案P的两个物体P1、P3之间划分两个图案效果的一个实施例。产生两个物体的图案效果的微反射镜也以相互嵌套的方式布置。与在图4中所示的选定呈现形式相反，观察者不能同时识别出这些物体(或者至少不能识别出它们的图案效果)。在第一个示例中，第一个物体P1(即，星形)沿第一平面视图方向从图案P的左边缘向右边缘运动。对于这个平面视图方向，防伪元件例如被观察者围绕轴A1旋转+30度(0度与平行于平面的平面视图对应)。在围绕轴A2倾斜时，作为第二个物体P3的环形是不可见的(或者难以独立于倾斜角度静态地识别)。当观察者将平面视图方向改变到-30度时(即，使防伪元件围绕轴A1旋转60度)，环形变得可见并作为物体P3，并且在随后围绕轴A2倾斜时出现第二种图案效果。例如，环形P3浮动在防伪元件的主平面的前面或后面。根据倾斜角度，观察者可从不同的观察角度三维地看到浮动的环。或者，例如，在倾斜时，以三维形式出现的环的部分元件(与凸出效果相结合)发生旋转(图案运动效果)。类似地，例如，在倾斜时，环的尺寸可收缩到星形的尺寸(不可见或仅与倾斜角度无关地可见)。否则，上述内容同样适用。
图5示出了两种图案效果的倾斜角度范围10、11的取向。倾斜角度范围分别是围绕副轴A2的倾斜取向的范围，并且限定具有第一或第二图案效果的图案可见的观察角度范围。倾斜角度范围10适用于第一种图案效果，在围绕主轴A1倾斜时显现该图案效果。它由围绕副轴A2的最小倾斜角b1-min和最大倾斜角b1-max限定。这两个角度当然是相对于轴A1测量的，这是几何定律的结果。当围绕主轴A1的倾斜运动在倾斜角度范围10内发生时，如图5中的虚线所示，会显现第一种图案效果，该图案效果例如是由第一种微镜模式1产生的。若围绕副轴A2的倾斜角度同时处于限定第二倾斜角度范围11的对应角度-b2-min和-b2-max内，则这同样适用于围绕主轴A1的相同倾斜运动。围绕轴A1倾斜形式的运动然后产生第二种图案效果，这种图案效果例如是由第二种微反射镜模式3导致的。
轴A1和A2位于由平面防伪元件S限定的主平面H内。它们具有相对于彼此的轴角w，例如，在所示的实施例中，该轴角w等于90°。
图案P的图案效果是通过相应地独立倾斜相关的微反射镜模式1、2和5中的微反射镜3、4和6实现的。为了确定微反射镜的相应排列，首先分别为两种图案效果计算对应的反射镜设计。关于这一点，可参考现有技术。随后，在轴A1和A2的方向上以一个因子按比例缩放所述反射镜设计，并且相对于轴A2使反射镜设计不同地移位，使得两种图案效果进入到相应的镜面倾斜范围内，从而预先确定围绕轴A2倾斜的倾斜角度范围。然后，如图2所示，使像素对应地彼此嵌套，例如以棋盘的方式嵌套。像素大小通常与10到20微米对应。第一微反射镜结构1的像素与第二微反射镜结构2的像素的嵌套比例在30:70至70:30的范围内，优选在40:60至60:40的范围内。
在反射镜设计中未被占用的所有反射镜元件可选地相对于主平面H设有很陡的斜度，使得它们在各自的倾斜角度范围内显得较暗。从噪音的意义上来说，使所述很陡的斜度有变化是有利的。这为背景产生了第三个微反射镜模式5。它包含微反射镜6。
优选显现第一种或第二种图案效果的所有物体完全被暗反射镜(即，属于背景P2的第三个微反射镜模式5的反射镜)包围。
防伪元件的所有实施例都可实现为薄片元件、窗口凹部上的薄片元件或防伪线。它们可附着在纸张或聚合物钞票的正面和背面。这同样适用于防伪文件、证件或需要保护的其它产品。作为产生独立的元件并施加到要保护的产品上的方案的一种替代方案，也可直接在要保护的产品上产生防伪元件。
附图标记列表
1、2、5微反射镜模式
3、4、6微反射镜像素
7第一种图案效果
8第二种图案效果
10、11倾斜角度范围
b1-min倾斜角度
b1-max倾斜角度
b2-min倾斜角度
b2-max倾斜角度
w轴角度
A1、A2轴
B钞票
H主平面
P图案
P1、P3物体
P2背景
S防伪元件
