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Die Erfindung betrifft ein optisch variables Flächenmuster der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
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Solche Flächenmuster enthalten Strukturen, meistens in der Form
mikroskopisch feiner Reliefstrukturen, die auftreffendes Licht beugen. Diese
diffraktiven Muster eignen sich beispielsweise als Echtheits- und
Sicherheitsmerkmal zur Erhöhung der Sicherheit gegen Fälschung. Sie eignen
sich insbesondere zum Schutz von Wertpapieren, Banknoten, Zahlungsmitteln,
Identitätskarten, etc..
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Die Funktion als Echtheitsmerkmal besteht darin, dem Empfänger des damit
versehenen Gegenstandes, z. B. einer Banknote, das Gefühl zu vermitteln, dass
der Gegenstand echt und nicht eine Fälschung ist. Die Funktion als
Sicherheitsmerkmal besteht darin, das unerlaubte Nachmachen zu verhindern
oder zumindest ausserordentlich zu erschweren.
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Derartige Flächenmuster sind aus vielen Quellen bekannt; stellvertretend seien
hier die EP 0 105 099 B1, EP 0 330 738 B1 und EP 0 375 833 B1 genannt. Sie
zeichnen sich durch die Brillanz der Muster und den Bewegungseffekt im
Muster aus, sind in ein dünnes Laminat aus Kunststoff eingebettet und werden
in Form einer Marke auf Dokumente, wie Banknoten, Wertpapiere,
Personalausweise, Pässe, Visa, Identitätskarten usw. aufgebracht, z. B.
aufgeklebt. Zur Herstellung der Sicherheitselemente verwendbare Materialien
sind in der EP 0 201 323 B1 zusammengestellt.
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Ein pixelorientiertes Flächenmuster ist aus dem europäischen Patent EP 0 375
833 B1 bekannt. Ein solches Flächenmuster enthält eine vorgegebene Anzahl
N unterschiedlicher Bilder. Das Flächenmuster ist in Pixel unterteilt. Jedes Pixel
ist in N Sub-Pixel unterteilt, wobei jedem der N Sub-Pixel eines Pixels ein
Bildpunkt von einem der N Bilder zugeordnet ist. Jedes Sub-Pixel enthält eine
Beugungsstruktur in der Form eines mikroskopisch feinen Reliefs, die
Informationen über einen Farbwert, über eine Stufe des Helligkeitswertes und
über eine Betrachtungsrichtung enthält. Einem Betrachter des Flächenmusters
stellt sich immer nur ein einziges Bild dar, wobei das jeweils sichtbare Bild
durch Kippen oder Drehen des Flächenmusters oder durch Änderung des
Blickwinkels des Betrachters geändert werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Flächenmuster
vorzuschlagen, das einen verbesserten Kopierschutz aufweist.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des
Anspruchs 1.
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Ein beugungsoptisch wirksames Flächenmuster besteht aus einem Hintergrund
und einer auf dem Hintergrund vorhandenen Bildinformation. Unter
gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen auf den Hintergrund bzw. die
Bildinformation auftreffendes Licht wird in unterschiedliche Richtungen gebeugt,
so dass ein Betrachter die Bildinformation lesen kann. Die Erfindung basiert nun
auf der Idee, sowohl die den Hintergrund als auch die die Bildinformation
enthaltenden Beugungsstrukturen derart auszugestalten, dass sie alle beim
Kopieren mittels eines Farbkopierers die Photodioden des Farbkopierers in
Sättigung bringen, so dass auf der Kopie anstelle des Hintergrundes mit der
Bildinformation eine kontrastlose helle Fläche entsteht.
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Als Beugungsstrukturen sind Mattstrukturen, insbesondere anisotrope
Mattstrukturen, geeignet. Die Mattstrukturen sind Reliefstrukturen, deren
Profilparameter, wie Profillänge und Profilhöhe, einer statistischen Verteilung
unterliegen, so dass sie auftreffendes Licht azimutal isotrop oder anisotrop
streuen. Anisotrop bedeutet dabei, dass die Reliefstrukturen der Mattstrukturen
eine Vorzugsrichtung aufweisen. Dies bewirkt, dass unter gewöhnlichen
Beleuchtungsbedingungen auftreffendes Licht nicht gleichmässig in alle
Richtungen, sondern bevorzugt quer zur Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen
gebeugt wird. Wenn nun in einer Ausführungsform der Hintergrund mit einer
ersten Mattstruktur gebildet wird, die eine erste Vorzugsrichtung aufweist,
während die Bildinformation mit einer zweiten Mattstruktur gebildet wird, die
sich von der ersten Mattstruktur nur dadurch unterscheidet, dass sie eine
andere Vorzugsrichtung aufweist, dann erscheinen der Hintergrund und die
Bildinformation einem Betrachter unterschiedlich hell. Die Bildinformation ist
daher wahrnehm- und lesbar. Das Streuvermögen der ersten Mattstruktur und
das Streuvermögen der zweiten Mattstruktur sind aber gross genug, um beim
Kopieren die Photosensoren eines Kopierers in Sättigung zu bringen.
Hintergrund und Bildinformation erscheinen daher auf der Kopie als eine
gleichmässig helle Fläche. Die Bildinformation ist vollkommen verloren
gegangen.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind sowohl der Hintergrund als auch die
Bildinformation mit isotropen Mattstrukturen gebildet, die allerdings ein
unterschiedliches Streuvermögen aufweisen. Das Streuvermögen ist dabei
derart gewählt, dass das unbewaffnete menschliche Auge den Unterschied im
Streuvermögen als Kontrast wahrnimmt, so dass die Bildinformation erkennbar
ist, wobei das Streuvermögen beider Mattstrukturen aber ausreicht, um die
Photodioden des Farbkopierers in Sättigung zu bringen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1A, B das Streuvermögen von Mattstrukturen,
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Fig. 2 in Aufsicht ein Flächenmuster mit Bildinformation und mit
einem Hintergrund,
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Fig. 3 einen Ausschnitt des Flächenmusters im Querschnitt,
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Fig. 4 die Verhältnisse beim Kopieren,
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Fig. 5A ein Pixel des Hintergrunds,
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Fig. 5B ein Pixel der Bildinformation und
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Fig. 6 ein Dokument.
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Die Fig. 1A zeigt das Streuvermögen einer anisotropen Mattstruktur bei
senkrechtem Lichteinfall auf die Mattstruktur. Die anisotrope Mattstruktur
besteht aus Reliefstrukturen, die eine Vorzugsrichtung aufweisen. Dies bewirkt,
dass unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen auftreffendes Licht nicht
gleichmässig in alle Richtungen sondern bevorzugt quer zur Vorzugsrichtung
der Reliefstrukturen gebeugt wird. Die Intensität des an der anisotropen
Mattstruktur in den Halbraum über der Mattstruktur gebeugten Lichts ist für den
Fall senkrecht auf die Mattstruktur einfallenden Lichts als Funktion des
Winkelabstandes δ vom Zenit in Winkelgraden aufgetragen. Die breite
Intensitätskurve 1 entspricht der Lichtverteilung quer zur Vorzugsrichtung der
Reliefstrukturen der anisotropen Mattstruktur. Die schmale Intensitätskurve 2
entspricht der Lichtverteilung in der Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen der
anisotropen Mattstruktur. Die horizontale Linie 3 markiert den Sättigungspegel
der Photodioden eines Farbkopierers. Wie aus der Fig. 1A ersichtlich ist, gibt es
einen Winkelbereich 4, wo der Farbkopierer die anisotrope Mattstruktur
ungeachtet der Orientierung der Vorzugsrichtung ihrer Reliefstruktur mit
gleicher Helligkeit abbildet, während das blosse Auge eines Beobachters in
diesem Winkelbereich 4 die Intensitätsunterschiede als deutlichen
Kontrastunterschied wahrnimmt, da unter üblichen Beleuchtungsbedingungen
beim Auge keine Sättigungseffekte auftreten. Die Grösse des Winkelbereichs 4
hängt vom Grad der Anisotropie ab. Der Winkelbereich 4 umfasst
typischerweise Werte von 15° bis 35°.
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Die anisotropen Mattstrukturen weisen z. B. ellipsoidförmige und somit längliche
Erhebungen auf, deren Längen und Breiten unterschiedlich gross sind. Sowohl
die Längen wie die Breiten sind statistisch verteilt. Gemeinsam ist den
Erhebungen aber die Ausrichtung, d. h. die Längsachsen der Ellipsoide
verlaufen annähernd in der gleichen Richtung.
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Die Fig. 1B veranschaulicht das Streuvermögen zweier isotroper Mattstrukturen
bei senkrechtem Lichteinfall auf die Mattstruktur. Die Intensität des an den
isotropen Mattstrukturen in den Halbraum über der Mattstruktur gebeugten
Lichts ist wiederum als Funktion des Winkelabstandes δ vom Zenit in
Winkelgraden aufgetragen. Die Reliefstrukturen einer isotropen Mattstruktur
weisen azimutal keine Vorzugsrichtung auf. Die beiden Intensitätskurven 5 und
6 sind daher unabhängig vom Azimut, d. h. von der Orientierung der
Reliefstrukturen in der Ebene der Mattstruktur. Die isotropen Mattstrukturen
beugen also senkrecht einfallendes Licht azimutal isotrop. Der Unterschied in
den beiden isotropen Mattstrukturen ist im unterschiedlichen
Rückstreuvermögen begründet. Wie aus der Fig. 1B ersichtlich ist, liegen die
Intensitäten der beiden isotropen Mattstrukturen im Winkelbereich 4 des
Farbkopierers über dem Sättigungspegel 3 der Photodioden eines
Farbkopierers, so dass die beiden isotropen Mattstrukturen in einer Kopie mit
gleicher Helligkeit abgebildet werden, während das unbewaffnete Auge eines
Beobachters den Intensitätsunterschied auch in diesem Fall deutlich
wahrnimmt.
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Die Fig. 2 zeigt in der Aufsicht ein Flächenmuster 7, dessen Fläche in
verschiedene Bildbereiche unterteilt ist, die eine vom menschlichen Auge
gegenüber einem Hintergrund 8 wahrnehmbare Bildinformation 9 darstellen. Im
vorliegenden Fall besteht die Bildinformation 9 aus getrennten Buchstaben, die
das Wort "VALID" bilden. Die die Bildinformation 9 darstellenden Buchstaben
bestehen aus einer ersten Mattstruktur, die senkrecht auftreffendes Licht
anisotrop beugt. Die erste Mattstruktur beugt senkrecht einfallendes Licht daher
bevorzugt, aber nicht nur, in eine erste Richtung. Der Hintergrund 8 besteht aus
einer zweiten Mattstruktur, die sich von der ersten Mattstruktur in ihrer
Orientierung unterscheidet. Sie beugt daher senkrecht auftreffendes Licht
bevorzugt in eine von der ersten Richtung abweichende Richtung.
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Das Flächenmuster 7 ist, wie in der Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, vorteilhaft
als Schichtverbund ausgebildet. Der Schichtverbund ist gebildet von einer
ersten Lackschicht 10, einer Reflexionsschicht 11 und einer als Deckschicht 12
dienenden zweiten Lackschicht. Die Gesamtheit der Mattstrukturen der
Bildbereiche des Flächenmusters 7 wird mittels mikroskopisch feiner
Reliefstrukturen 13 realisiert. Die Reflexionsschicht 11 macht die
Reliefstrukturen 13 zu lichtreflektierenden Strukturen. Die Lackschicht 10 ist mit
Vorteil eine Kleberschicht, so dass der Schichtverbund direkt auf ein Substrat
aufklebbar ist. Die Deckschicht 12 deckt mit Vorteil die Reliefstrukturen 13
vollständig ab. Sie weist zudem im sichtbaren Bereich bevorzugt einen
optischen Brechungsindex von wenigstens 1.5 auf, damit die geometrische
Profilhöhe h eine möglichst grosse optisch wirksame Profilhöhe ergibt. Weiter
dient die Deckschicht 12 als kratzfeste Schutzschicht.
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Das Flächenmuster kann z. B. hergestellt werden, indem das Flächenmuster 7
matrixartig in eine Anzahl von A = n.m Pixeln 14 (Fig. 2) unterteilt wird und
indem dann ein Prägestempel, dessen Prägefläche der Fläche eines Pixels 14
entspricht, ein Pixel 14 nach dem andern in eine thermoplastische Folie prägt.
Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit sind nur einige der Pixel 14
dargestellt. Während der Prägung der zum Hintergrund 8 gehörenden Pixel 14
nimmt der Prägestempel eine erste Drehlage ein, während er beim Prägen der
zur Bildinformation 9 gehörenden Pixel 14 eine zweite Drehlage einnimmt. Die
beiden Drehlagen des Prägestempels unterscheiden sich beispielsweise um
einen Winkel im Bereich von 10° bis 90°, beispielsweise um einen Winkel von
20°, so dass sich die Vorzugsrichtungen der beiden anisotropen Mattstrukturen
um 20° unterscheiden. Nachdem alle Pixel 14 geprägt wurden, wird von der
thermoplastischen Folie in bekannter Art und Weise eine Prägematrize
hergestellt.
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Weitergehende Angaben über die Herstellung solcher Flächenmuster finden
sich z. B. in den europäischen Patenten EP 0 105 099 B1, EP 0 375 833 B1 und
EP 0 201 323 B1, auf die hiermit explizit verwiesen wird.
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Die Fig. 4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse beim Kopieren
mittels eines Kopierers, beispielsweise eines Farbkopierers 15. Der
Farbkopierer 15 weist eine Glasplatte 16, auf der das zu kopierende Dokument
17, z. B. eine Banknote, aufliegt, und einen in x-Richtung fahrbaren Schlitten 18
auf, der eine Lichtquelle 19, einen Umlenkspiegel 20 und einen Detektor 21 mit
Photosensoren 22 enthält. Beim Kopieren fällt das von der Lichtquelle 19
abgestrahlte Licht 23 unter einem bestimmten Winkel schräg auf das Dokument
17 und somit schräg auf das auf dem Dokument 17 vorhandene Flächenmuster
7 mit den unterschiedlich orientierten Mattstrukturen auf. Ein Teil des
auffallenden Lichtes wird senkrecht nach unten gebeugt und über den
Umlenkspiegel 20 auf die Photosensoren 22 des Farbkopierers 15 abgebildet.
Die beiden Mattstrukturen beugen das Licht viel effizienter als die das
Flächenmuster 7 umgebende Fläche des Dokuments 17, wo das Licht nicht
gebeugt, sondern nur gestreut wird. Selbst dann, wenn nur ein geringer Anteil
des an den Mattstrukturen gebeugten Lichtes auf die Photosensoren 22 des
Farbkopierers 15 fällt, reicht dieser Anteil aus, um die Photosensoren 22 zu
sättigen. Die dem Flächenmuster 7 entsprechende Fläche erscheint daher auf
der Kopie als gleichmässig helle Fläche. Die Bildinformation ist also beim
Kopieren verloren gegangen.
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Die Mattstrukturen beugen Licht gleichmässiger in den Halbraum 24 über dem
Flächenmuster 7 als ein Beugungsgitter, sie haben daher den grossen Vorteil,
dass der für den Erfolg der Erfindung erforderliche Effekt nicht von der
Einhaltung bestimmter Beleuchtungsbedingungen abhängig ist. D. h. dass auch
dann genügend Licht in den Detektor 21 gebeugt wird, wenn der
Beleuchtungswinkel beim Farbkopierer 15 sich aufgrund irgendwelcher Gründe
ändert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Flächenmuster 7 aus in den
Fig. 5A und 5B gezeigten Bildpixeln 25, die der Erzeugung der Bildinformation 9
dienen, und Hintergrundpixeln 26, die den Hintergrund 8 erzeugen. Die Bildpixel
25 und die Hintergrundpixel 26 sind je in vier Sub-Pixel 27 unterteilt. Die
Abmessungen eines Sub-Pixels 27 betragen typisch 0,1 mm.0,1 mm, so dass
die vier Sub-Pixel 27 eines Pixels vom Auge eines menschlichen Betrachters
nicht getrennt wahrgenommen werden. Drei Sub-Pixel 27 jedes Bildpixels 25
enthalten eine erste Mattstruktur mit einer ersten Vorzugsrichtung, das vierte
Sub-Pixel 27 des Bildpixels 25 enthält eine zweite Mattstruktur mit einer
zweiten, von der ersten unterschiedlichen Vorzugsrichtung. Bei den
Hintergrundpixeln 26 ist es umgekehrt: Hier enthalten drei Sub-Pixel 27 des
Hintergrundpixels 26 die zweite Mattstruktur und das vierte Sub-Pixel 27 des
Hintergrundpixels 26 enthält die erste Mattstruktur. Die erste und die zweite
Vorzugsrichtung schliessen einen Winkel θ derart ein, dass der Beobachter ein
Bildpixel 25 als hellen Punkt und ein Hintergrundpixel 26 als dunklen Punkt,
oder umgekehrt, wahrnimmt. Bei einer Drehung des Flächenmusters 7 in seiner
Ebene um den Winkel θ oder um den Winkel 180° + θ vertauschen sich die
Helligkeitswerte der Bildpixel 25 und der Hintergrundpixel 26. Die Orientierung
der Mattstrukturen in den Sub-Pixeln 27 ist durch einen Pfeil dargestellt. Die
den Hintergrund 8 erzeugenden Mattstrukturen und die die Bildinformation 9
erzeugenden Mattstrukturen enthalten also einen Anteil gleicher Mattstrukturen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel beugen alle Bildbereiche, also sowohl der
Hintergrund 8 wie die Bildinformation 9 Licht in beide Vorzugsrichtungen, aber
mit einem unterschiedlich grossen Anteil. Das menschliche Auge vermag
aufgrund des so erzeugten Kontrastes die Bildinformation 9 dennoch vom
Hintergrund 8 zu trennen. Da jedes der Bildpixel 25 und jedes der
Hintergrundpixel 26 mindestens ein Sub-Pixel 27 mit der ersten Mattstruktur
und mindestens ein Sub-Pixel 27 mit der zweiten Mattstruktur enthält, beugen
beim Kopieren alle Bildpixel 25 und alle Hintergrundpixel 26 Licht auf die
zugehörigen Photosensoren 22 und bringen alle zugehörigen Photosensoren
22 in Sättigung, so dass das kopierte Flächenmuster 7 auf der Kopie als
kontrastlose helle Fläche erscheint.
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In einer anderen Ausführung ist nur die erste Mattstruktur eine anisotrop
beugende Mattstruktur, während die zweite Mattstruktur eine isotrop in den
Halbraum 24 beugende Mattstruktur ist. Auch in diesem Fall erkennt das
menschliche Auge die Bildinformation 9 und den Hintergrund 8 des
Flächenmusters 7 aufgrund des unterschiedlichen Kontrasts, während der
Farbkopierer 15 den Kontrastunterschied infolge Sättigung seiner
Photosensoren nicht erkennt.
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In einer weiteren Ausführung sind sowohl die erste wie die zweite Mattstruktur
isotrope Mattstrukturen, aber mit einem unterschiedlichen Rückstreuvermögen.
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Die Erfindung lässt sich auch verwenden, um den Sinngehalt einer Information
auf der Kopie gegenüber dem Sinngehalt auf dem Original zu ändern. Die Fig. 6
zeigt als Beispiel einen Teil eines Dokuments 28 mit dem Flächenmuster 7. Auf
dem Dokument 28 ist der Schriftzug "Dies ist eine Kopie" aufgedruckt. Dem
Wort "eine" des Schriftzuges ist das Flächenmuster 7 vorangestellt, wobei die
Bildinformation 9 des Flächenmusters 7 den Buchstaben "k" darstellt. Beim
Betrachten des Dokuments 28 liest ein Betrachter daher den Satz "Dies ist
keine Kopie". Auf der Kopie erscheint aber der Satz "Dies ist eine Kopie".