专利名称：用于显现隐藏的信息项目的光学安全元件和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学安全元件，它具有一个基底层，在其上特别地由浮雕形状、浮雕深度、空间频率和方位角构成的浮雕参数所确定的浮雕结构制作在由X轴与Y轴确定的表面区域，以产生光学效果，以及涉及利用这样一种元件显示隐藏的信息项目的一个系统。
不断改进的影印技术和电子扫描与印刷设备的前行发展，意味着对于可能作为防伪证据的光学安全元件有增长的需求。
现有美国6351537B1号描述了一种光学安全元件，它结合了全息图像与隐藏图像以提高复制安全的级别。所用的全息图像是一个日光全息图像，它是由一个制作在光敏聚合物胶片上的光学衍射结构产生，并且不必利用单色的、相干的光源即可显示。隐藏图像与全息图像首选以相邻关系安置在基板上。隐藏图像依靠译码器件可视。在那方面所用的译码器件可以是数字复印机或扫描仪，也可是透明载体，在其上印有线间隔对应于期望扫描频率的一个线光栅。如果是那样的话，隐藏图像是从一幅初始图像通过一个过程产生，籍此，首先初始图像的频率成分中大于译码器件半扫描频率的被移除，然后剩余频率成分被映射在对应于半扫描频率的频率坐标轴上。
以那种方法，光学安全元件提供了一个第一安全特征，即全息图像，以及一个第二安全特征，即隐藏图像。它增强了防伪安全措施的级别。
美国5 999 280号描述一种增强防伪安全措施级别的全息处理，在其中一幅只能依靠专用译码器件感知的隐藏图像被制作在全息图像上。当译码器件移动到全息图像上时，隐藏的图案就可以被观察者视觉检测到。
如果是那样的话，这样一幅全息图像经编码处理从一幅背景图像和从一幅待隐藏于全息图像的图像中而产生。背景图像包含带有多条平行黑条的一个线光栅。在编码处理中，待隐藏图像位于背景图像黑条之上的那些部分被转换成白色。待隐藏图像在背景图像白色之上的部分保持黑色。全息图像转换借助标准的全息技术实现，存在借助于基本物理原理制造光栅结构的局限性。
然而这里存在缺点，就是这样一个安全元件可以通过利用全息方法仿制。
现在，本发明的目标是提高光学安全元件的防伪安全措施的级别，以及提供一个系统用于隐藏信息项目的显现，确保一个高级别防伪安全措施。
那样一个目标是通过一种光学安全元件而达到，在其中特别地由浮雕形状、浮雕深度、空间频率和方位角构成的浮雕参数所确定的一个浮雕结构制作在一块基底层的表面区域中，此区域由X轴和Y轴确定，用于产生光学视觉效果；在其中确定表面区域中浮雕结构的一个或多个浮雕参数依照一个参数变化函数而变化；其中表面区域被分成一个或多个图案区域和一个背景区域；以及在其中确定一个或多个图案区域中浮雕结构的一个或多个浮雕参数依照一个参数变化函数而变化，该函数相对背景区域的参数变化函数作相移。本发明通过用显现隐藏信息的项目的一个系统而实现，它带有这样一个光学安全元件，其进一步具有一个带有一个周期传输函数所确定的检验光栅的检验元件，它的周期对应于参数变化函数的周期。
本发明获得许多优势一方面，依靠传统全息方法不可能产生本发明所必要的浮雕结构。这同样适用于本发明的光学安全元件产生的光学效果。它们也不能依靠传统全息方法被仿制。从而依靠传统全息方法的仿制是不可能的。另外，如果通过一个检验元件观看依照本发明的一个光学安全元件或者在依照本发明的一个光学安全元件上移动一个检验元件，会产生独特的光学效果。这样在移动中和/或从不同观看角度观看时，将出现显著的颜色和亮度变化。那些独特的光学效果是依照本发明的一个光学安全元件的浮雕结构中固有的，以至于利用其它更容易制造的浮雕结构的仿制是不可能的。因此依照本发明的一个光学安全元件提供了一个安全特征，其难于复制或仿制，但其另一方面，依靠相关检验元件可以由用户容易地检验。
有益的结构在附属权利要求中列出。
依照本发明的一个首选的具体实施方式
，此时的浮雕结构由衍射光栅构成，其方位角依照参数变化函数在表面区域周期性变化。如果一个检验元件应用于带有这样一个浮雕结构的表面区域，不同的光学效果一方面依赖于检验元件的对准和方位，另一方面依赖于观看方向，可以被观看者观察到。例如一个不用检验元件的观看者，从所有观看方向，察觉到有这样一个浮雕结构的表面区域是一个均匀表面区域。在检验元件的第一对准中，图案区域和背景区域呈现不同级别的亮度，其依赖于各自的观察方向。在第二对准中或者从不同观看方向观看时，出现互补效果。
因而，利用这样一个浮雕结构在表面区域产生一个容易看到但难以仿制的安全特征。
在这种情形下，参数变化函数可以依赖于X轴的值周期性地改变衍射光栅的方位角。在这种情形下，如果参数变化函数以衍射光栅是由以蛇形线形式的多条线组成的方式改变衍射光栅的方位角，那是特别有利的。通过利用那种参数变化函数，依靠检验元件在光学安全元件上的旋转产生可作为附加安全特征的有吸引力的光学效果。为了获得这样的效果，例如将参数变化函数用作正弦函数是合适的，它依赖于X轴的值改变衍射光栅的方位角。
如果参数变化函数依赖于X轴的值和依赖于Y轴的值周期性地改变衍射光栅的方位角，可以获得更多复杂、因而更难于复制的安全特征。那样，将获得更多的与依照本发明的光学安全元件的防伪安全措施有关的优点。
参数变化函数因而可以依赖于X轴的值，依赖于Y轴的值，也可以依赖于X轴的值与依赖于Y轴的值来改变浮雕参数。
以上所描述的方位角依照参数变换函数理想地周期性改变的衍射光栅达到每毫米超过300线的空间频率，特别地每毫米800到1200线，以得到光在光亮度上的清晰可见的差异。对于选择与人眼分辨能力有关的平均方位角在表面区域不变的参数变化函数则更有利。只要没有检验元件应用于表面区域，它在表面区域上获得均匀外观。
依照本发明的进一步首选的一个具体实施方式
，浮雕结构是一个衍射光栅，其空间频率是依照参数变化函数周期性变化的。那样，如果应用一个检验元件，对于表面区域展现图案区域与背景区域上的不同颜色现象与颜色变化是可能的。那些不同颜色现象与颜色变化可以被观察者容易地看到，因而可以特别好地用作一种安全特征。
当利用衍射光栅的空间频率依照X轴的值在一个最大频率——首选每毫米1200线，与一个最小频率——首选每毫米800线之间周期性地变化的一个参数变化函数时，可以获得特别清晰的可见效果。在这方面首选锯齿形、三角形或正弦函数用作参数变化函数。
在这种情形也考虑到，利用不仅依赖X轴，也依赖Y轴来改变空间频率的参数变化函数是可能的。更难于仿制的安全特征可以通过这样复杂的浮雕结构而获得。
在这种情形下，参数变化函数相对人眼分辨能力恒定更有利，那样表面区域不用检验元件可对观察者提供单色感。
依照本发明的进一步首选的具体实施方式
，周期参数变化函数改变浮雕结构轮廓，比如改变轮廓深度、凹陷宽度或轮廓形状。这样的参数变化函数的利用，使产生这样的安全特征成为可能，其在利用检验元件时展现图案区域或背景区域在颜色或光亮度上的变化。如果参数变化函数周期性地在不对称的、相互镜像对称的浮雕形状之间改变轮廓形状，当利用一个检验元件时，依赖于观看角度的不同效果呈现在背景区域和图案区域，其依赖于检验元件对准。那样，容易看到而非常难以仿制的各安全特征也可以通过这些参数的变化在表面区域产生。另外，浮雕结构成为无光泽结构也是可能的，其浮雕参数，例如散射角或散射方向(各向异性无光泽结构的情况)依赖于参数变化函数而改变。此外，参数变化函数在不同种类浮雕结构之间变化也是可能的，例如在无光泽结构与衍射光栅或宏观结构之间变化。
依照本发明的一个更进一步的具体实施方式
，浮雕结构成为空间频率小于每毫米300线的宏观结构也是可能的。比如光在图案和背景区域上依赖于检验元件的位置被反射到不同方向，结果，不用检验元件时为均匀的表面，在利用检验元件时呈现光亮度上的差异，该差异依赖于图案和背景区域相关的观看角度。
显然，以上描述的与通过参数变化函数浮雕参数的变化有关的可能选项结合在一起也是可能的，比如依靠周期参数变化函数周期性地既改变方位角又改变空间频率是可能的。因此，例如由颜色决定的、光亮度决定的和观看角度决定的因素可以结合在一起产生特别感观的安全特征。
在上述本发明的具体实施方式
中，已证明参数变化函数的周期保持小于300μm，特别地对其取在20到200μm范围之间，是特别有优势的。它确保不用检验元件，观察者不能将图案区域从背景区域中区分出来。
如果参数变化函数是这样的一个函数将获得更多优点，该函数既依赖于X轴也依赖于Y轴，并且在多于一个方向上是周期的，另外，不同图案区域对不同周期有相移。那样，当在依照本发明的光学安全元件上旋转检验元件时，可得到运动效果。
在一个最简单的情况中，周期相应于参数变化函数的周期的一个简单线形光栅被用作检验元件。为了更进一步增强依照本发明用于隐藏信息项目显现的系统的防伪安全措施，可利用更复杂的线形光栅，例如包含蛇形线形式多条线或一个二维随机图案。如果那样的话，参数变化函数产生的浮雕参数的平均变化必须适合那个更复杂的线形光栅的表面图案。
如果由一个非二元传输函数，例如应用一个正弦传输函数确定的检验光栅代替一个二元检验光栅，防伪安全措施的级别可更进一步改进。隐藏信息的显现因而需要一个复杂的、个体化的检验元件，籍此增加系统仿制安全措施的级别。
本发明通过下文多个实施例所描述，在这里参照附图
图1显示一幅依照本发明的一个光学安全元件的横截面的图解视图；图2a显示一幅功能图解视图，图示说明权利要求1中所列的依照本发明的一个光学安全元件的表面区域的一部分；图2b显示如图1所示的依照本发明的光学安全元件的一个表面区域；图2c显示一幅视图来图示说明如图1所示的依照本发明的光学安全元件的基本操作模式；图3显示一幅依照本发明的一个光学安全元件的本发明更进一步具体实施方式
的一个表面区域的图解视图；图4显示一幅依照本发明的一个光学安全元件的本发明更进一步具体实施方式
的一个表面区域的图解视图；图5a到5c显示对于依照本发明的一个光学安全元件的一个更进一步具体实施方式
的可能参数变化函数的视图；图5d显示一幅依照本发明的一个光学安全元件的本发明更进一步具体实施方式
的一个表面区域视图；图6a和6b分别显示依照本发明的一个光学安全元件的一个浮雕结构和一个表面区域，为本发明的一个更进一步具体实施方式
；图7a到7e分别显示依照本发明的一个光学安全元件的表面区域和浮雕结构，为本发明的一个更进一步具体实施方式
；图8a到8e显示一个光学安全元件的一个表面区域、一个参数变化函数的一部分和多个浮雕形状，以实现本发明的进一步具体实施方式
；图9a到9b显示一个光学安全元件的浮雕结构，以实现本发明的一个更进一步具体实施方式
的图解视图；图10a到10f显示对于依照本发明的一个系统的用于显示隐藏信息项目的各种检验元件的图解视图；以及图11显示一幅依照本发明的一个系统，用于显示隐藏信息项目的功能图解视图。
图1显示一张冲压薄膜1，它具有一个载体薄膜11和一个转换层部分12(用作一个光学安全元件)。转换层部分12具有脱开的和/或保护的漆层13、复制层14、反射层15和粘合层16。载体层21包含例如一层厚度12μm到50μm的聚酯薄膜。应用到载体薄膜的是脱开和/或保护漆层13，厚度0.3到1.2μm，还有复制层14。在那方面，省略脱开和/或保护漆层13也是可能的。
复制层14首选透明热塑性的材料，例如通过印刷处理应用于由载体薄膜11和保护漆层和/或脱开层13构成的薄膜体。烘干后，浮雕结构17依靠冲压工具被复制到区域18的复制层中。然而对于复制操作依靠紫外线复制处理来完成也是可能的，其中紫外线复制漆层被应用于由载体薄膜11和脱开和/或保护漆层13构成的薄膜体，并且为了浮雕结构17的复制被紫外线部分地照射。复制层14中的浮雕结构17复制后，复制漆通过交联或其它方式硬化。
现将一薄反射层15应用到复制层14。反射层15首选一薄的、蒸汽沉积金属层或一高折射系数层(HRI＝高折射系数)。例如TiO2、ZnS或Nb2O5以用作高折射系数层材料。本质上铬、铝、铜、铁、镍、银、金或这些材料的合金可以用作金属层材料。另外，替代这一金属或介质反射层，应用具有多层介质或介质与金属层的薄膜层序列是可能的。
粘合层16，例如包含热活化粘合剂，现应用到以上方式构成的薄膜体。
为将光学安全元件应用到待保护的安全文档或其他物品中，应用了转换层部分12指向安全文档或物品的冲压薄膜，并且在操作中载体薄膜11从转换层部分12被剥离并移除。
依照本发明的一个光学安全元件是转换、粘合或复合膜的组成部分或者由冲压薄膜、粘合薄膜、转换薄膜或复合膜构成也是可能的。另外，依照本发明的一个光学安全元件，除了如图1所示的层13、14、15和16之外，具有更多的层也是可能的。这些更多的层可以是，例如(彩色)装饰层，或者一个薄膜层系统的多层，可利用干涉产生与观看角度有关的颜色转变。
此外，对于反射层15只是部分实现或者完全忽略也是可能的，使光学安全元件作为透明的而不作反射的安全元件。忽略粘合层16也是可能的。
浮雕结构17的精确形状和由浮雕结构17产生的各光学效果将参照图2a到2c来描述图2a显示具有图案区域23和背景区域22的部分表面区域21，及具有三个线形光栅26的检验元件20的一部分。图2b显示具有背景区域28和两个图案区域29与30的一个表面区域27，部分表面区域21显示了表面区域27的一部分。
从图2a和2b中可以看到，浮雕结构分别被制作在表面区域27和部分表面区域21上，浮雕结构的方位角依赖于X轴的值被改变成蛇形线形式。
依靠允许亚微米到微米范围周期的电子束印刷系统，或依靠允许小于1μm周期的光刻处理，浮雕结构首选制作在复制层14上。在那方面浮雕结构的空间频率大约是每毫米1000线。在+40度与-40度之间周期性地改变浮雕结构17的方位角的参数变化函数的周期首选是20到300μm。参数变化函数是一个正弦函数。显然，用另一个周期函数作为参数变化函数或者提供其它最小/最大方位角也是可能的。
另外，图2a和2b中的视图只是用来解释功能原理而不真实地选取比例。通常图案区域23、30和29是多维的，对应对参数变化函数的多个周期，并且无论如何在人眼可以分辨的范围内变化。
部分区域23的宽度对应于参数变化函数的一个周期长度25，比如100μm宽。从图2a和2b可以看到，浮雕结构17的方位角在背景区域22与28和图案区域23、30和29中由参数变化函数来改变，函数相互之间是180度相移或同相。如图2d所示，用于图案区域23的参数变化函数因此对用于背景区域22的参数变化函数移动了半个周期长度24，即50μm。180度相移允许图案区域与背景区域之间特别大的对比度。在这方面，与180度相移稍有偏差也是可能的。另外，在一个图案区域或其它图案区域中，与180度相移明显偏移，如提供45度或135度相移，也可以享受到优点。因此，例如可依靠相移对灰度进行编码而构成隐藏灰度图象。
不用检验元件20，表面区域27因以平均方位角被人观察而呈现均匀性，在图案区域29和30及包围它们的背景区域28中，可以被人眼分辨的平均方位角不变。在表面区域28中，依赖于观看角度的均匀光学效果就提供给观察者了，该效果依赖于参数变化函数所覆盖的方位角范围和浮雕结构17所选的空间频率。
现在图2c显示检验元件20放置于部分表面区域21之上的情况。光源在Y-Z平面中，导致光的k矢量没有Y分量。
图2c显示部分表面区域21、线形光栅26、图案区域23和背景区域22。另外，图2c显示从左手边观看部分表面区域21的观察者的光学影象31和从右手边观看部分表面区域的观察者的光学影象33。
如图2c所示，检验元件20的光栅线26只覆盖具有负方位角的背景区域22的表面区域和只覆盖具有正方位角的图案区域21的表面区域。如果部分表面区域21从负方位角观看，也就是从左边，背景区域22因而是暗的而图案区域23是亮的。如果部分表面区域21从正方位角观看，也就是从右边，背景区域22因而是亮的而图案区域23是暗的。
因此光学影像31显示光栅线26的一个覆盖312，背景区域22的区域中的暗区域311和314，以及图案区域23中的区域的一个亮区域313。作为一个等价部分，光学影像23显示光栅线26的覆盖322，背景区域22的区域中的亮区域321和324，以及图案区域23的区域中暗区域323。
在真实观看中，覆盖312和322因参数变化函数的周期在一个不再能由人眼分辨的数量级范围内而消失。因而，亮图案区域和暗背景区域从左手边提供给观看者而暗图案区域和亮背景区域从右手边提供给观察者。如果检验元件20以参数变化函数的半个周期移动，将产生相反的印象，也就是从左手边观看时是一个亮背景区域和暗图案区域，从右手边观看时是一个暗背景区域和亮图案区域。因而如果通过检验元件20观看光学安全元件，将获得亮度反差的动态控制。
现在图3和4显示本发明的两个进一步具体实施方式
，其中浮雕结构17的方位角改变一个周期参数变化函数。
图3显示一个表面区域33，其具有一个背景区域34、一个图案区域35，检验元件20的一个部分区域有多条光栅线26。
图3所示的参数变化函数的周期是50μm，所以这里光栅线26的线间距也是50μm。如图3所示，背景区域34由六个部分区域341到346构成。每个部分区域341到346包含参数变化函数的一个周期的宽度，参数变化函数是一个周期性地包含抛物线部分的函数。图案区域35由两个部分表面351和352构成，其宽度也是参数变化函数的一个周期。
如图2a和2b的具体实施方式
中，或者背景区域34的负方位角区域和图案区域35的正方位角区域，或者背景区域34的正方位角区域和图案区域35的负方位角区域，都由光栅线26覆盖。它给出参照图2c所描述的效果，其中通过改变参数变化函数，从不同观看方向，与表面区域27比较，外观有些不同。
图4显示一个表面区域4，它包含多个部分区域40到49。每个表面区域40到49是由各自相同的衍射结构构成，每个衍射结构具有以圆形安置于围绕各自部分表面的中心的多个同心圆环。部分表面的宽度和高度大约100μm，而衍射结构的空间频率大约每毫米1000线。
因而图4显示一个周期参数变化函数的例子，其中衍射结构17的方位角依赖于X轴和Y轴的值周期性地变化。那个函数因此既显示了在X轴上的周期性，也显示了在Y轴上的周期性，所以隐藏信息项目可以通过检验元件20的不同方位而读出。现在将图案区域放置在依照图3所示种类的表面区域4上，所以部分表面区域41到46由相移过的相同的部分表面所覆盖。在这种情况下，既在X轴上也在Y轴上，一个可能的图案的部分表面的相位移动是可能的，当光栅分别指向Y方向或X方向时，依赖于各自相位移动的选择，可以读出图案区域。
本发明更进一步的一个具体实施方式
在下面参照图5a到5d描述，其中浮雕结构是一个衍射光栅，它的空间频率依照参数变化函数周期性地改变。
图5a到5c显示三个不同参数变化函数53、54和55，它们依靠表面区域的X轴的值51改变空间频率52。参照图5a到5c所描述的浮雕结构的k矢量指向Y轴方向，所以浮雕结构的凹槽指向平行于X轴。光栅线58指向也是平行于X轴。
参数变化函数53是一个锯齿形函数，它在每毫米800线到每毫米1200线范围内以锯齿形外形周期性地改变空间频率。参数变化函数的周期是50μm。在参数变化函数53的最小值处，即在值为每毫米800线的地方，存在一个红色感观，其随后在每毫米1200线的最大值处线性地变成蓝色感观。因而在一个周期中，颜色感观从红色变成蓝色。在那方面，颜色感观与典型的照射/观看角度的结合有关。
参数变化函数54是一个周期为100μm的三角形函数，其从每毫米800线的最小值到每毫米1200线的最大值再返回来改变衍射光栅的空间频率。因而，在一个周期内，颜色感观从红色变成蓝色，再由蓝色返回红色。
参数变化函数55是一个周期为100μm的正弦函数，它依照X轴的值从每毫米800线的最小值到每毫米1200线的最大值再返回来改变衍射光栅的空间频率。因而，在一个周期内，颜色感观从红色变成蓝色再变回红色。
由于参数变化函数53到55的周期位于人眼分辨能力之下，在表面区域内，观察者有一个单一的颜色感观，起因于由参数变化函数所确定的颜色光谱的混合。现在如果具有对应于参数变化函数的周期的线间距56的光栅线58的一个检验元件应用于那个衍射光栅，那么颜色光谱的一个所给部分分别由光栅线58所覆盖，所以颜色感观通过检验元件在衍射光栅上的运动而变化。
现在图5d显示一个具有背景区域501和图案区域502的表面区域50。在背景区域501中，浮雕结构的空间频率依照参数变化函数54而改变。在图案区域502中，浮雕结构的空间频率依照参数变化函数54而改变，该函数有半个周期相移，即50μm。现在如果具有线光栅间距56的检验元件57在表面区域50上移动，不同颜色区域分别覆盖在背景区域501和图案区域502内，所以图案区域502给观察者一个与背景区域501不同的颜色感观。如果检验元件57因此在图案区域50上移动，将存在例如开始是一个蓝色图案区域和一个红色背景区域，然后随着检验元件的移动，平稳地过渡到一个红色图案区域对一个蓝色背景区域的感观。
参照图2b图5d前文所述只是作为解释所包含的操作原理。通常图案区域是包含多个参数变化函数的周期的和可以为人眼所分辨的数量级的范围。
因而，参数变化函数一方面决定单色感观，它是在没有检验元件应用于表面区域50的情况下产生的。另外，参数变化函数决定检验元件在表面区域50上移动时颜色如何变化(例如利用参数变化函数53时颜色突变)，这被用作一个附加的安全特征。
现将参考图6a和6d来描述本发明的一个进一步具体实施方式
，其中浮雕结构是一个衍射光栅，它的轮廓深度依照参数变化函数周期性地变化。
图6a显示一个浮雕结构61，其轮廓深度随周期63的一个周期参数变化函数的固定空间频率而变化。
浮雕结构61首选一个一阶衍射结构(空间频率范围在波长范围内变化)或者一个零阶衍射结构(线距小于光波长)。轮廓深度依赖于X轴的值或依赖于X轴与Y轴的值由周期参数变化函数以慢于衍射光栅的空间频率来改变。参数变化函数的周期在10μm和100μm之间，首选100μm附近的一个值。
图6a中所示的浮雕结构61因此包含例如每毫米1000线的空间频率，线间距62因而是1μm。周期63是1000μm，轮廓深度依赖于Y轴69的值在0nm和如150nm之间周期性变化。
现在图6b显示由X轴68和Y轴69所确定的，具有一个背景区域66和一个图案区域67的一个表面区域65，其中浮雕结构61在Y轴方向上周期性地变化，如图6a所示。如图6b所示，在图案区域67中，与背景区域66的参数变化函数相比，参数变化函数被移动了半个周期，即50μm。
现在，如果透过一个具有100μm线光栅的检验元件观看表面区域65，那么不同轮廓深度的区域被盖在背景区域66和图案区域67中，所以图案区域不再呈现均匀性。当应用检验元件时，在图案区域与背景区域之间因此存在明亮度对比，在检验元件移动时产生变化。因此当背景区域中150nm轮廓深度的区域被线光栅覆盖时，由于在轮廓深度大约0nm所确定的背景区域中产生的光学效果，这个背景区域显得更暗。相反地，检验元件在那个位置上，图案区域显得更明亮。随着检验元件的移动，此效果就慢慢产生相反的变化，结果背景区域显得更明亮而图案区域显得更暗。
现在参照图7a到7e，将描述本发明的一个更进一步的具体实施方式
，其中浮雕结构的浮雕形状依赖于参数变化函数周期性地变化。
图7a显示具有一个图案区域74和一个背景区域73的一个表面区域7。表面区域7在X轴方向上还具有部分区域71与72周期性地交替连续，其中部分区域71中一个浮雕形状76制作在背景区域中而一个浮雕形状75制作在图案区域中，部分区域72中浮雕形状75制作在背景区域中，而浮雕结构76制作在图案区域中。
部分区域71和72的宽度小于300μm，所以部分区域71和72不能为人眼所分辨。浮雕形状75和76表现为非对称的相互映射的结构，所以轮廓形状76也可以被看作是浮雕结构75，方位角转过180°。轮廓结构75和76的典型空间频率在每毫米1200线和每毫米150线范围内。
部分区域71和72的宽度因此是例如各为50μm，所以表面区域7的参数变化函数的周期是100μm。轮廓形状75和76的空间频率例如是每毫米1150线。
现在，如果不用检验元件观看表面区域7，对于观察者在表面区域7产生均匀感观，此感观对应于具有轮廓形状75和76的空间频率，即每毫米1150线的正弦衍射光栅的感观。
如果周期对应于或几乎对应于参数变化函数的周期的一个检验元件应用到表面区域7，图案区域74变得可见。依赖于光栅线覆盖图案区域74的轮廓形状是75还是76，观察者看到相对明亮背景区域的一个暗图案区域，或者相对暗背景区域的一个明亮图案区域。如果表面区域转换180度，观察者看到互补的感观。
因此，例如当部分区域71在表面区域7中被光栅线覆盖时，存在图7d所示的图案区域74呈现暗色而背景区域73呈现明亮的效果。如果表面区域7转变180度，即给出如图7e所示的、相对暗背景区域73的一个明亮图案区域74的情况。由于参数变化函数的周期小于人眼的分辨能力，光栅线77对观察者不可见，所以，当在如图7d所示的情况下观看表面区域时，相对明亮背景区域73的暗表面区域74对观察者是可见的，而在如图7e所示情况下，相对于暗背景区域73的明亮表面区域74是可见的。当从相互转变180度的方向观看时，增加的倾斜效果构成了增加的安全特征。
显然，参数变化函数在其它非对称轮廓结构部分区域71和72之间变化也是可能的。另外，参数变化函数不是一个区分两个不同轮廓形状的二元函数，而是例如轮廓形状75的倾角依赖一个正弦函数线形变化也是可能的。它也提供了增加的安全特征，有利于增强防伪安全措施的级别。
另外，利用浮雕形状周期性地改变的参数变化函数也是普遍地可能的。因此，浮雕轮廓可以表现为一个方程，例如f3(x)＝f1(x)+f2(x)其中，f1(x)=bsin(2πxd)]]>f2(x)b2sin(2πxd/2+β(x))]]>因此，通过按参数变化函数周期性地改变浮雕结构的槽宽度，参数变化函数按参数变化函数周期性地改变浮雕结构的浮雕形状也是可能的。
现在参照图8a到8e，通过举例方式阐明这一状况。
在对应于参数变化函数的一个周期的一个区域8中，浮雕结构的槽宽度随恒定的空间频率线性地减小。如图8b所示，依靠这个方法，浮雕结构的槽宽度82依照函数83沿X轴81变化。参数变化函数是例如一个锯齿形函数，在230与70nm之间改变具有300nm线间距的矩形浮雕结构的宽度。它给出在表面区域8的一个区域a中的一个轮廓形状84(图8c)、表面区域8的一个区域b中的一个轮廓形状85(图8d)和表面区域8的一个区域c中的一个轮廓形状86(图8e)，其中轮廓形状84、85和86具有300nm的线间距87。
依赖于所选的空间频率，相异颜色与光亮度的光学效果在区域a、b和c中产生，所以随着图案和背景区域的相移，当利用一个检验元件/不用检验元件时，产生了上述所指的光学叠加效果。参数变化函数的周期这里也首选在40到300μm范围内。
依照本发明的一个更进一步的具体实施方式
，利用一个大于每毫米300线的宏观结构作为浮雕结构也是可能的。这样一个宏观结构的典型周期是10μm。宏观结构因此完全通过反射而不是衍射起作用。图9a和9b显示了两个这样的宏观结构，其中图9a描述一个具有周期93的宏观结构91，而图9b描述一个具有周期93的宏观结构92。周期93是例如100μm。现在，如果通过具有对应于周期93的线间距的检验元件观看宏观结构91和92，宏观结构91和92的不同区域依赖于检验元件的位置而可见。在图案区域中，现在宏观结构91与背景区域中的宏观结构有相位移动，结果宏观结构91和92的不同区域在应用检验元件时，在背景区域和图案中分别被看到。如果不应用检验元件，整个表面区域呈现均匀性。当应用检测元件时，在图案区域与背景区域之间存在光亮度差异。
参照一个线性线光栅的应用，图1到9d所示的各具体实施方式
都被描述成一个编码系统/检验元件。然而，如前文所提，除了线性线光栅，更进一步地利用，特别是二维光栅，也是可能的。图10a因此显示一个线性线光栅，图10b到10f显示更多的线光栅102到106，它们也可以应用于图1到9b所示的各具体实施方式
中。
另外，在一个表面区域提供利用不同光栅变得可见的图案区域也是可能的。因此，图11显示一个表面区域110，其中提供有各种图案区域113，在一个给定的检验元件11的倾角下分别变得可见。现在，如果检验元件11在表面区域112上旋转，它产生运动图像效果。如果不用检验元件111观看表面区域112，感观是一个均匀表面区域110。利用图1到9b所示的各具体实施方式
，为得到更多额外的依赖于观看角度的颜色现象和安全特征，不同具体实施方式
可以组合起来实现图案区域113。
另外，使用一个不同于参数变化函数的光栅的检验元件是可能的。因此，检验元件可以有例如对应于两倍或多倍于参数变化函数的周期的周期。另外，检验元件也可以制作成周期相应于参数变化函数的周期的双曲线图案。
以上所描述的各安全特征可以用作独立的安全特征。然而，也可能在一个安全产品内将这些安全特征结合到一起成为更进一步的安全特征。因此，它们可以是OVD(光学可变器件)的部分，例如一个Kinegram或Trustseal，和例如构成Kinegram的背景。上面描述的安全特征也可能被制作在一个OVE内成镶嵌状。
权利要求
1.具有基底层(14)的一个光学安全元件(1)，其中由多个浮雕参数，特别是浮雕形状、浮雕深度、空间频率和方位角所确定的一个浮雕结构(17)制作在基底层的一个表面区域(21、27、33、4、50、7、65)中，该区域由X轴和Y轴确定，用于产生光学视觉效果，其特征在于确定表面区域(21、27、33、4、50、7、65)中浮雕结构的浮雕参数的一个或多个依照参数变化函数(54、54、55)而变化，表面区域(21、27、33、4、50、7、65)被分成一个或多个图案区域(23、30、29、35、502、74、66)和一个背景区域(22、28、34、501、73、66)，在一个或多个图案区域(23、29、30、35、502、74、67)中确定浮雕结构(17)的浮雕参数的一个或多个依照相对于背景区域(22、28、34、501、73、66)的参数变化函数作相移的一个参数变化函数而变化。
2.依照权利要求1的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数(54、54、55)是一个周期参数变化函数(54、54、55)，确定浮雕结构的浮雕参数的一个或多个在表面区域(21、27、33、4、50、7、65)中依照周期参数变化函数(54、54、55)周期性地变化。
3.依照权利要求2的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数(53、54、55)的周期(25、56、63、93)小于300μm，特别地取自20到200μm的范围。
4.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，在图案区域与背景区域之间，参数变化函数的相位移动大约是180度。
5.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，在图案区域与背景区域之间，参数变化函数的相位移动是按设定的对比度选择。
6.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构是一个衍射光栅，其方位角按参数变化函数周期性地变化。
7.依照权利要求6的一个光学安全元件，其特征在于，与人眼分辨能力有关的平均方位角不变。
8.依照权利要求6和7之一的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化<函数>按X轴的值周期性地改变衍射光栅(28、33)的方位角。
9.依照权利要求8的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数以衍射光栅包含多条蛇形线形状的线条的方式改变衍射光栅(28)的方位角。
10.依照权利要求9的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数是一个正弦函数，它按X轴的值改变衍射光栅(28)的方位角。
11.依照权利要求6到8之一的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数按X轴的值和Y轴的值周期性地改变衍射光栅(4)的方位角。
12.依照权利要求11的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数以衍射光栅(4)包含多条同心圆排列的线条的方式改变衍射光栅的方位角。
13.依照权利要求6到12之一的一个光学安全元件，其特征在于，衍射光栅具有大于每毫米300线的空间频率，特别另空间频率在每毫米800到1200线。
14.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构(17)是一个衍射光栅(50)，其空间频率按参数变化函数(53、54、55)周期性地变化。
15.依照权利要求14的一个光学安全元件，其特征在于，与人眼分辨能力有关的平均空间频率不变。
16.依照权利要求14或权利要求15的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数(53、54、55)在首选为每毫米1200线的最大频率与首选为每毫米800线的最小频率之间，按X轴的值周期性地改变空间频率(50)。
17.依照权利要求16的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数是锯齿形函数(53)、三角形函数(54)或正弦函数(55)。
18.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构(17)是一个衍射光栅(61)，其轮廓深度按参数变化函数周期性地变化。
19.依照权利要求18的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数按X轴的值，在首选为300nm的一个最大深度与首选为50nm的最小深度之间周期性地改变衍射光栅(61)的轮廓深度。
20.依照权利要求18和19之一的一个光学安全元件，其特征在于，参数变化函数是三角形、长方形或正弦函数。
21.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕形状(75、76)按参数变化函数周期性地变化。
22.依照权利要求21的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕形状在两个不对称和相互镜像对称的浮雕形状(75、76)之间周期性地变化。
23.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构的槽宽度按参数变化函数周期性地变化。
24.依照权利要求1到5之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构是空间频率小于每毫米300线的宏观结构。
25.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，浮雕结构(17)的平均方位角分别对应于相关的检验光栅(101到106)的方位角
26.依照前面权利要求之一的一个光学安全元件，其特征在于，背景区域与图案区域之间的相位移动由另一个更函数变化实现。
27.用于显现隐藏信息项目的一个系统，包含一个具有基底层(14)的安全元件(1)，其中由多个浮雕参数，特别地是浮雕形状、浮雕深度、空间频率和方位角所确定的一个浮雕结构(17)制作在基底层(14)的表面区域(21、27、33、4、50、7、65)中，该区域由X轴和Y轴确定，用于产生光学视觉效果，其特征在于确定表面区域(21、27、33、4、50、7、65)中浮雕结构的一个或多个浮雕参数按周期参数变化函数周期性地变化，表面区域被分成一个或多个图案区域(23、30、29、35、502、74、66)和一个背景区域(22、28、34、501、73、66)，在一个或多个图案区域中确定浮雕结构的一个或多个浮雕参数依照相对于背景区域的参数变化函数相移的一个参数变化函数而变化，此系统还具有一个检验元件(20、57、101)，它具有由一个周期传输函数确定的检验光栅，其周期对应于参数变化函数的周期。
28.依照权利要求27的一个系统，其特征在于，传输函数是一个非二元函数，特别地是一个正弦函数。
全文摘要
本发明涉及一种光学安全元件和包含了这样一个安全元件的用于显现隐藏信息项目的一个系统。光学安全元件具有一个基底层，其中由多个浮雕参数，特别是浮雕形状、浮雕深度、空间频率和方位角所确定的一个浮雕结构制作在一个表面区域中，该区域由X轴和Y轴确定，用于产生光学视觉效果。确定浮雕结构的一个或多个浮雕参数在表面区域(27)依照一个参数变化函数而变化。表面区域(27)被分成一个或多个个图案区域(29、30)和一个背景区域(28)。确定浮雕结构的一个或多个浮雕参数在一个或多个图案区域(29、30)中依照一个与背景区域(28)的参数变化函数有相移的参数变化函数而变化。更进一步提供一个检验元件，它具有由一个周期传输函数确定的一个检验光栅，其周期对应于参数变化函数的周期。
文档编号B42D15/10GK1813259SQ200480017985
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月25日
发明者A·希林, W·R·汤普金, R·斯道布 申请人:Ovd基尼格拉姆股份公司