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EP1397259B1 - Optisch variables flächenmuster - Google Patents

Optisch variables flächenmuster Download PDF

Info

Publication number
EP1397259B1
EP1397259B1 EP02745360A EP02745360A EP1397259B1 EP 1397259 B1 EP1397259 B1 EP 1397259B1 EP 02745360 A EP02745360 A EP 02745360A EP 02745360 A EP02745360 A EP 02745360A EP 1397259 B1 EP1397259 B1 EP 1397259B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surface pattern
inclination
relief structures
angles
structures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02745360A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1397259A1 (de
Inventor
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
René Staub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OVD Kinegram AG
Original Assignee
OVD Kinegram AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OVD Kinegram AG filed Critical OVD Kinegram AG
Publication of EP1397259A1 publication Critical patent/EP1397259A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1397259B1 publication Critical patent/EP1397259B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/20—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof characterised by a particular use or purpose
    • B42D25/29—Securities; Bank notes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S283/00—Printed matter
    • Y10S283/902—Anti-photocopy

Definitions

  • the invention relates to an optically variable surface pattern which in the preamble of Claim 1 mentioned type.
  • Such surface patterns contain structures, mostly microscopic in shape of fine relief structures that diffract incident light. These diffractive patterns are suitable, for example, as authenticity and security features for increasing security against counterfeiting. They are particularly suitable for the protection of Securities, banknotes, means of payment, identity cards, passports, etc.
  • the function as an authenticity feature consists in the recipient of the provided object, e.g. a banknote to convey the feeling that the object is real and not a fake.
  • the function as The security feature is to prevent unauthorized copying or at least to make it extremely difficult.
  • Such surface patterns are known from many sources; be representative called EP 0 105 099 B1, EP 0 330 738 B1, EP 0 375 833 B1 here. she are characterized by the brilliance of the pattern and the movement effect in the pattern from, are embedded in a thin laminate of plastic and are in shape a mark on documents such as banknotes, securities, ID cards, Passports, visas, identity cards etc. applied, e.g. glued. For the production The materials that can be used for the security elements are in EP 0 201 323 B1 compiled.
  • a pixel-oriented optically variable surface pattern is from the European Patent EP 0 375 833 B1 known.
  • Such a surface pattern contains one predetermined number N of different images.
  • the area pattern is in pixels subdividing. Each pixel is divided into N sub-pixels, with each of the N sub-pixels a pixel of one of the N images is assigned to a pixel.
  • Any sub-pixel contains a diffraction structure in the form of a microscopic relief that Information about a color value, a level of the brightness value and about contains a viewing direction. Provides a viewer of the surface pattern only one image is shown at a time, with the respective visible image being tilted or rotating the surface pattern or by changing the viewing angle of the Viewer can be changed.
  • Another optically variable surface pattern is from US Pat. No. 6,157,487 known.
  • the microscopically fine Relief structures have a comparatively small number of lines per millimeter, so that incident light is almost achromatically diffracted.
  • the invention has for its object an optically variable surface pattern propose that has improved copy protection.
  • a diffraction-optically effective surface pattern comprises at least two Representations nested on the surface pattern are.
  • the representations contain light diffractive, reflective structures that incident light under ordinary lighting conditions in bend different directions so that a viewer is only ever one of the Can see representations. By rotating and / or tilting the surface pattern or by changing the perspective, the viewer can do one or the other make another representation visible.
  • the invention is now based on the idea of making the differences in the diffraction directions so small that on the one hand the representations from the viewer from a typical distance of 30 cm are perceptible separately and that on the other hand when copying using a color copier either all representations are copied so that on the Copy a picture that corresponds to the overlay of all representations, or that none of the representations are copied.
  • Diffraction structures are preferably symmetrical or asymmetrical sawtooth-shaped relief structures are used, which are compared to the wavelength of the visible light a relatively long period, but different Have inclination angles.
  • the period length can be used for the relief structures of all Representations be the same; but it can also be of different sizes.
  • the Period length L is typically 5 ⁇ m or more. The bigger the Period length, the more the relief structure acts like an inclined mirror which reflects the incident light and is hardly bent anymore. That the Relief structure increasingly diffracts the light achromatically and the diffraction angle is determined by the law of reflection and diffraction and is for perpendicular striking light at least twice the angle of inclination.
  • Diffraction structures can also be achromatic gratings with a Period length L of more than 5 ⁇ m and a sine-like relief profile, e.g. a sinusoidal relief profile can be used.
  • the relief structures of the Different representations differ in the period length L and / or in the structure depth of the relief profile, so that the representations by the observer are perceptible separately.
  • the diffraction structures can also be in the form of a Volume hologram can be realized.
  • the surface pattern according to the invention can therefore be characterized by that the different representations when illuminated with perpendicular to the Surface pattern of light hitting a human viewer below different angles are perceptible separately, and that the difference the viewing angle of at least two of the representations is so small that one copy made by means of a copier the at least two representations reproduces one above the other.
  • the directions of diffraction are from the given direction of illumination Orientation of the surface pattern depending. So when copying using a Color copier all regardless of the orientation of the surface pattern Representations can be copied onto the copy, several per representation Representations of the same content may be present by linear, but lattice structures rotated against each other are formed. Another solution is there in using circular grids as a grid.
  • the entirety of the partial areas 6 includes the first graphic Representation 2, the entirety of the partial areas 7 includes the second graphic Representation 3 and the entirety of subareas 8 include the third graphic Representation 4.
  • the dimensions of a field 5 are typically less than 0.3mm x 0.3mm, so that the individual fields 5 from the human eye at one Visible distance of 30 cm cannot be resolved.
  • FIG. 2 shows the three representations 2, 3 and 4, which, for example, the lettering "100", “EUR” and represent.
  • the lettering is light on a dark background (the reverse is true in the drawing).
  • the representations 2, 3 and 4 are also subdivided into n * m grid fields 2.1, 3.1 and 4.1, which are either light or dark.
  • the grid fields 2.1, 3.1, 4.1 are much too large compared to the lettering and, in addition, only some of the grid fields 2.1, 3.1, 4.1 are shown.
  • a partial surface 6 (FIG. 1) is assigned to each grid field 2.1 of the first representation 2.
  • a partial area 7 (FIG. 1) is assigned to each grid area 3.1 of the second representation 3
  • a partial area 8 (FIG. 1) is assigned to each grid area 4.1 of the third representation 4.
  • one of the grid fields 2.1 of the first representation 2 is dark, it contains the assigned partial area 6 a mirror or a cross grating with at least 3000 Lines per millimeter, which reflects, absorbs or reflects the incident light high angle is scattered. If one of the grid fields 2.1 is bright, it contains the assigned partial surface 6, as shown in FIG. 3, a sawtooth Relief structure 9.1.
  • the relief structure 9.1 has a compared to the wavelength visible light has a comparatively large period length L, which is typically Is 5 ⁇ m or more.
  • the first representation 2 (FIG.
  • the furrows of the different relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 run approximately parallel, i.e. the maximum difference in the angle that the furrows assume with respect to any axis in the plane of the surface pattern 1, the so-called azimuth angle, should be less than about 10 °, so below the lighting conditions prevailing when copying either all three or transfer none of representations 2, 3 and 4 to the copy become.
  • the furrows preferably run parallel to a side edge of the object to be protected with the surface pattern so that the furrows are aligned as parallel as possible to the scanner of a color copier.
  • the surface pattern 1 is, as shown in cross-section in FIG. 3, advantageously as Layered composite formed.
  • the layer composite is formed by a first one Paint layer 10, a reflection layer 11 and a second paint layer, the Cover layer 12.
  • the lacquer layer 10 is advantageously an adhesive layer, so that the Layer composite can be glued directly onto a substrate.
  • substrate is for example a security, a banknote, an identity card, a Credit card, passport, or more generally an item to be protected meant.
  • the cover layer 12 advantageously covers the relief structures completely on. It also preferably has an optical one in the visible range Refractive index of at least 1.5, so that the geometric profile height h a results in the largest possible optically effective profile height.
  • FIG. 3 shows side by side the bright pixels of the three representations 2, 3 and 4 of FIG. 2 assigned sawtooth-shaped relief structures 9.1, 9.2 and 9.3, which are present in the corresponding partial areas 6, 7 and 8 of the fields 5 are.
  • the human eye takes the representations 2, 3 and 4 separately true if the difference in the angle of inclination between each two adjacent representations is approximately 0.5 ° - 5 °.
  • the value for the largest angle of inclination i.e.
  • angle of inclination ⁇ should be at most 25 ° amount so that on the one hand the relief structures 9 do not become too deep and thus on the other hand, all three representations 2, 3 and 4 when copying using a Copier can be transferred to the copy.
  • Fig. 4 shows schematically the geometric relationships when copying by means of a color copier 13.
  • the color copier 13 has a glass plate 14 the document 15 to be copied, e.g. one banknote, one, and one in the x direction Mobile carriage 16 on which a light source 17, a deflecting mirror 18 and a detector 19 with photosensors 20 contains.
  • Part of the incident light becomes approximately vertical thrown back to the glass plate 14, hits the deflecting mirror 18 and is thus the photosensors 20 of the color copier 13 are shown.
  • the angles of inclination ⁇ , ⁇ and ⁇ are chosen such that the relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 with correct orientation on the glass plate 14 of the color copier 13 reflect light emitted by the light source 17 onto the deflecting mirror 18. 5 shows this situation.
  • Each of the representations 2, 3 and 4 is one associated sub-area 6, 7 or 8 on a very greatly enlarged scale shown, a bright point of the representation assigned to these partial areas is.
  • the light beam reflected on the relief structure 9.1 has the reference symbol 22, the light beam reflected on the relief structure 9.2 has the reference symbol 23 and the light beam reflected on the relief structure 9.3 is with the Reference numeral 24 denotes.
  • the mean angle of inclination is also the typical angle of 30 ° adjusted under which the light emitted by the light source 17 of the Color copier 13 falls on the document to be copied. This means that then the light diffracted at the associated relief structure approximately vertically is bent down to the deflecting mirror 18.
  • a relief structure with circular furrows is shown in FIG. 7. The distance between two circular lines correspond to the period length L.
  • asymmetrical relief structures 9.1, 9.2, 9.3 can also Relief structures with a symmetrical profile shape can be used incident light essentially not in one direction, but in two Reflect directions. Such an example is shown in FIG. 8. Also drawn is the angle ⁇ , which is the inclination of the relief structures 9 referred to the horizontal.
  • the embodiment of the invention is not based on pixel-oriented surface patterns limited. 9 shows sections of an example of one not pixel-oriented surface pattern with two representations 2 and 3 that are not overlap.
  • the area occupied by the surface pattern 1 is divided into three Subareas 6, 7 and 26.
  • the subarea 26 serves as a common background for the two representations 2 and 3.
  • the partial surface 6 contains sawtooth-shaped Relief structures which have a first angle of inclination and which are the light ones Create points of the first representation 2.
  • the partial surface 7 contains sawtooth-shaped relief structures that have a second, from the first angle of inclination have different angles of inclination and the bright points of the generate second representation 3.
  • the partial surface 26 is used to generate a dark or nondescript background. It is for example as a mirror or designed as a cross grid with at least 3000 lines per millimeter or transparent, so that at this point the substrate on which the surface pattern is glued on, is visible.
  • the two representations 2 and 3 are thus from a human viewer can be perceived separately for a given direction of illumination because it is below different angles are visible.
  • the angles of inclination are the sawtooth-shaped relief structures chosen so small that when copying using a copier both representations 2 and 3 are mapped onto the copy. On the copy, the two representations 2 and 3 are therefore visible without the Viewer must change the angle of view or the direction of illumination.
  • the invention can be either as pixel-oriented according to the first embodiment Area pattern, or as not according to the above embodiment Realize pixel-oriented surface pattern, whereby the overlapping Areas are assigned to either the first or the second display.
  • the surface pattern can also be a combination of the two Realize embodiments, the overlapping areas as in pixel-oriented surface patterns are executed.

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Finance (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Flächenmuster der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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, Pässen, etc.
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.
Derartige Flächenmuster sind aus vielen Quellen bekannt; stellvertretend seien hier die EP 0 105 099 B1, EP 0 330 738 B1, 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.
Ein pixelorientiertes optisch variables 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 unterteil. Jeder Pixel ist in N Unterpixel unterteilt, wobei jedem der N Unterpixel eines Pixels ein Bildpunkt von einem der N Bilder zugeordnet ist. Jeder Unterpixel 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.
Ein weiteres optisch variables Flächenmüster ist aus dem Patent US 6 157 487 bekannt. Bei diesem Flächenmuster weisen die mikroskopisch feinen Reliefstrukturen eine vergleichsweise geringe Anzahl von Linien pro Millimeter auf, so dass auftreffendes Licht nahezu achromatisch gebeugt wird.
Bekannt ist auch die auf den Unterschieden in der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges und der Farbkopierer basierende Idee, Dokumente mit einem farbigen Hintergrund auszurüsten und auf den Hintergrund Information in einer anderen Farbe zu drucken, wobei Information und Hintergrund einen vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Kontrast aufweisen, der jedoch von den Farbkopierem nicht reproduziert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Flächenmuster vorzuschlagen, das einen verbesserten Kopierschutz aufweist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Ein beugungsoptisch wirksames Flächenmuster umfasst wenigstens zwei Darstellungen, die auf dem Flächenmuster ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die Darstellungen enthalten lichtbeugende, reflektierende Strukturen, die auftreffendes Licht unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen in unterschiedliche Richtungen beugen, so dass ein Betrachter immer nur eine der Darstellungen sehen kann. Durch Drehen und/oder Kippen des Flächenmusters oder durch Verändern des Blickwinkels kann der Betrachter die eine oder die andere Darstellung zur sichtbaren Darstellung machen. Die Erfindung basiert nun auf der Idee, die Unterschiede in den Beugungsrichtungen so klein zu machen, dass die Darstellungen einerseits vom Betrachter aus einer typischen Distanz von 30 cm getrennt wahrnehmbar sind und dass andererseits beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder alle Darstellungen kopiert werden, so dass auf der Kopie ein Bild entsteht, das der Überlagerung aller Darstellungen entspricht, oder dass keine der Darstellungen kopiert wird.
Als Beugungsstrukturen werden bevorzugt symmetrische oder asymmetrische sägezahnförmige Reliefstrukturen verwendet, die gegenüber der Wellenlänge des sichtbaren Lichts eine relativ grosse Periodenlänge, aber unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Die Periodenlänge kann für die Reliefstrukturen aller Darstellungen die gleiche sein; sie kann aber auch verschieden gross sein. Die Periodenlänge L beträgt typisch 5 µm, oder auch mehr. Je grösser die Periodenlänge ist, umso mehr wirkt die Reliefstruktur wie ein geneigter Spiegel, an dem das auftreffende Licht reflektiert und kaum mehr gebeugt wird. D.h. die Reliefstruktur beugt das Licht zunehmend achromatisch und der Beugungswinkel ist durch das Reflexions- und Beugungsgesetz bestimmt und beträgt für senkrecht auffallendes Licht wenigstens das Doppelte des Neigungswinkels.
Als Beugungsstrukturen können auch achromatische Beugungsgitter mit einer Periodenlänge L von mehr als 5 µm und einem sinusähnlichen Reliefprofil, z.B. einem sinusförmigen Reliefprofil, verwendet werden. Die Reliefstrukturen der verschiedenen Darstellungen unterscheiden sich in der Periodenlänge L und/oder in der Strukturtiefe des Reliefprofils, damit die Darstellungen vom Beobachter getrennt wahrnehmbar sind.
Die Beugungsstrukturen können aber auch in der Form eines Volumenhologramms realisiert werden.
Das erfindungsgemässe Flächenmuster kann also dadurch charakterisiert werden, dass die verschiedenen Darstellungen bei Beleuchtung mit senkrecht auf das Flächenmuster auftreffendem Licht von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind, und dass die Differenz der Blickwinkel von mindestens zwei der Darstellungen so klein ist, dass eine mittels eines Kopierers hergestellte Kopie die mindestens zwei Darstellungen übereinander wiedergibt.
Die Beugungsrichtungen sind bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung von der Orientierung des Flächenmusters abhängig. Damit beim Kopieren mittels eines Farbkopierers unabhängig von der Orientierung des Flächenmusters alle Darstellungen auf die Kopie kopiert werden, können pro Darstellung mehrere Darstellungen gleichen Inhalts vorhanden sein, die durch lineare, aber gegeneinander rotierte Gitterstrukturen gebildet sind. Eine andere Lösung besteht darin, als Gitter kreisförmige Gitter zu verwenden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters in der Aufsicht,
Fig. 2
grafische Darstellungen,
Fig. 3
das Flächenmuster im Querschnitt,
Fig. 4
einen Farbkopierer,
Fig. 5, 6
Lichtverhältnisse beim Kopiervorgang,
Fig. 7
ein Gitter mit kreisförmigen Furchen,
Fig. 8
eine Reliefstruktur mit einer symmetrischen Profilform und
Fig. 9
ein nicht pixelorientiertes Flächenmuster.
Die Fig. 1 zeigt für ein erstes Ausführungsbeispiel in der Aufsicht die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters 1, das beispielsweise k = 3 Bildmotive enthält, die von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind. Die Bildmotive werden im folgenden als grafische Darstellungen 2, 3 und 4 (Fig. 2) bezeichnet. Das Flächenmuster 1 ist matrixartig in n*m Pixel oder Felder 5 unterteilt. Jedes Feld 5 ist in k = 3 Teilflächen 6, 7 und 8 unterteilt. Die Gesamtheit der Teilflächen 6 beinhaltet die erste grafische Darstellung 2, die Gesamtheit der Teilflächen 7 beinhaltet die zweite grafische Darstellung 3 und die Gesamtheit der Teilflächen 8 beinhaltet die dritte grafische Darstellung 4. Die Abmessungen eines Feldes 5 betragen typisch weniger als 0,3mm x 0.3mm, so dass die einzelnen Felder 5 vom menschlichen Auge bei einer Sichtdistanz von 30 cm nicht aufgelöst werden.
Die Fig. 2 zeigt die drei Darstellungen 2, 3 und 4, die beispielsweise die Schriftzüge "100", "EUR" und
Figure 00050001
darstellen. Die Schriftzüge sind hell auf dunklem Hintergrund (in der Zeichnung ist es umgekehrt). Die Darstellungen 2, 3 und 4 sind ebenfalls matrixartig in n*m Rasterfelder 2.1, 3.1 bzw. 4.1 unterteilt, die entweder hell oder dunkel sind. Aus zeichnerischen Gründen sind die Rasterfelder 2.1, 3.1, 4.1 im Vergleich zu den Schriftzügen viel zu gross und zudem jeweils nur einige der Rasterfelder 2.1, 3.1, 4.1 dargestellt. Jedem Rasterfeld 2.1 der ersten Darstellung 2 ist eine Teilfläche 6 (Fig. 1) zugeordnet. Auf gleiche Weise ist jedem Rasterfeld 3.1 der zweiten Darstellung 3 eine Teilfläche 7 (Fig. 1) und jedem Rasterfeld 4.1 der dritten Darstellung 4 eine Teilfläche 8 (Fig. 1) zugeordnet.
Falls eines der Rasterfelder 2.1 der ersten Darstellung 2 dunkel ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6 einen Spiegel oder ein Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter, wodurch das auftreffende Licht gespiegelt, absorbiert oder in hohe Winkel gestreut wird. Falls eines der Rasterfelder 2.1 hell ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine sägezahnförmige Reliefstruktur 9.1. Die Reliefstruktur 9.1 weist eine im Vergleich zur Wellenlänge sichtbaren Lichts vergleichsweise grosse Periodenlänge L auf, die typischerweise 5 µm oder mehr beträgt. Die erste Darstellung 2 (Fig. 2) erscheint somit bei Beleuchtung mit weissem Licht, und wenn der Betrachter seinen Blickwinkel entsprechend den Reflexionsbedingungen der geometrischen Optik einnimmt, als Bild aus hellen und dunklen Punkten, die in der Regel die Farbe der zur Bedeckung der Reliefstruktur 9.1 verwendeten Reflexionsschicht 11 und/oder der Deckschicht 12 aufweisen.
Die beiden anderen Darstellungen 3 (Fig. 2) und 4 (Fig. 2) sind mit einer ähnlichen sägezahnförmigen Reliefstruktur 9.2 bzw. 9.3 wie die Reliefstruktur 9.1 der ersten Darstellung 2 realisiert. Die Neigungswinkel α, β und γ des Sägezahns der drei Reliefstrukturen 9.1, 9.2 bzw. 9.3 bezüglich der Ebene des Flächenmusters 1 sind so gewählt, dass
  • a) ein Betrachter, der das Flächenmuster aus einer typischen Distanz von 30 cm betrachtet, jeweils nur eine der drei Darstellungen 2, 3 oder 4 sieht,
    und
  • b) beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder wenigstens zwei oder überhaupt keine der Darstellungen 2, 3 und 4 mitkopiert werden.
    • Die Furchen der verschiedenen Reliefstrukturen 9.1, 9.2 und 9.3 verlaufen annähernd parallel, d.h. die maximale Differenz der Winkel, den die Furchen bezüglich einer beliebigen Achse in der Ebene des Flächenmusters 1 einnehmen, der sogenannten Azimutwinkel, soll weniger als etwa 10° betragen, damit unter den beim Kopieren herrschenden Beleuchtüngsverhältnissen entweder alle drei oder überhaupt keine der Darstellungen 2, 3 und 4 auf die Kopie übertragen werden. Zudem verlaufen die Furchen bevorzugt parallel zu einer Seitenkante des mit dem Flächenmuster zu schützenden Gegenstands, damit die Furchen möglichst parallel zum Scanner eines Farbkopierers ausgerichtet sind.
    Das Flächenmuster 1 ist, wie in der Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, vorteilhaft als Schichtverbund ausgebildet. Der Schichtverbund wird gebildet von einer ersten Lackschicht 10, einer Reflexionsschicht 11 und einer zweite Lackschicht, der Deckschicht 12. Die Lackschicht 10 ist mit Vorteil eine Klebeschicht, so dass der Schichtverbund direkt auf ein Substrat aufklebbar ist. Mit dem Begriff Substrat ist beispielsweise ein Wertpapier, eine Banknote, eine Identitätskarte, eine Kreditkarte, ein Pass oder ganz allgemein ein zu schützender Gegenstand gemeint. Die Deckschicht 12 überdeckt mit Vorteil die Reliefstrukturen vollständig ein. 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. Der Einfachheit der Beschreibung wegen ist der Einfluss der Refraktion an der Grenze zwischen Luft (Brechungsindex = 1) und der Deckschicht 12 mit einem Brechungsindex von rund 1,5 vernachlässigt.
    Die Fig. 3 zeigt nebeneinander die den hellen Bildpunkten der drei Darstellungen 2, 3 und 4 der Fig. 2 zugeordneten sägezahnförmigen Reliefstrukturen 9.1, 9.2 und 9.3, die in den entsprechenden Teilflächen 6, 7 bzw. 8 der Felder 5 vorhanden sind. Bei Betrachtung aus einer Entfernung von 30 cm und bei einem Pupillendurchmesser von 5 mm nimmt das menschliche Auge die Darstellungen 2, 3 und 4 getrennt wahr, wenn der Unterschied des Neigungswinkels zwischen je zwei benachbarten Darstellungen etwa 0,5° - 5° beträgt. Die Neigungswinkel betragen beispielsweise α = 12,5°, β = 15° und γ = 17,5°. Der Wert für den grössten Neigungswinkel, d.h. hier für den Neigungswinkel γ, soll höchstens 25° betragen, damit einerseits die Reliefstrukturen 9 nicht zu tief werden und damit andererseits alle drei Darstellungen 2, 3 und 4 beim Kopieren mittels eines Kopierers auf die Kopie übertragen werden.
    Die Fig. 4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse beim Kopieren mittels eines Farbkopierers 13. Der Farbkopierer 13 weist eine Glasplatte 14, auf der das zu kopierende Dokument 15, z.B. eine Banknote, aufliegt, und einen in x-Richtung fahrbaren Schlitten 16 auf, der eine Lichtquelle 17, einen Umlenkspiegel 18 und einen Detektor 19 mit Photosensoren 20 enthält. Beim Kopieren fällt das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 unter einem bestimmten Winkel schräg auf das Dokument 15 und somit schräg auf das auf dem Dokument 15 vorhandene Flächenmuster 1 mit den unterschiedlich geneigten Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3 (Fig. 3). Ein Teil des auffallenden Lichtes wird in etwa senkrecht zur Glasplatte 14 zurückgeworfen, trifft auf den Umlenkspiegel 18 und wird so auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13 abgebildet.
    Die Neigungswinkel α, β und γ sind so gewählt, dass die Reliefstrukturen 9.1, 9.2 und 9.3 bei richtiger Orientierung auf der Glasplatte 14 des Farbkopierers 13 das von der Lichtquelle 17 ausgesandte Licht auf den Umlenkspiegel 18 reflektieren. Die Fig. 5 zeigt diese Situation. Von jeder der Darstellungen 2, 3 und 4 ist je eine zugehörige Teilfläche 6, 7 bzw. 8 in sehr stark vergrössertem Massstab dargestellt, wobei diesen Teilflächen ein heller Punkt der Darstellung zugeordnet ist. Der an der Reliefstruktur 9.1 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 22, der an der Reliefstruktur 9.2 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 23 und der an der Reliefstruktur 9.3 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Die an diesen drei dargestellten Teilflächen 6,7 bzw. 8 reflektierten Lichtstrahlen 22, 23 und 24 treffen, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, nahezu nebeneinander auf den Umlenkspiegel 18 auf und werden dort in Richtung der Photosensoren 20 umgelenkt. Obwohl die Lichtstrahlen 22, 23 und 24 unter verschiedenen Winkeln auf den Umlenkspiegel 18 auftreffen, werden sie auf die Photosensoren 20 abgebildet, da die Winkelunterschiede genügend klein sind. Bei einem herkömmlichen Farbkopierer werden nämlich Winkelunterschiede von typisch 30° erfasst. Die Grenzen des vom Farbkopierer erfassten Bereichs sind mit gestrichelten Linien 25 eingezeichnet. Im vorliegenden Beispiel mit den Neigungswinkeln α = 12,5°, β = 15° und γ = 17,5° beträgt der maximale Winkelunterschied zwischen den Lichtstrahlen 22, 23 und 24 nur 10°.
    Der mittlere Neigungswinkel ist mit 15° zudem dem typischen Winkel von 30° angepasst, unter dem das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 des Farbkopierers 13 auf das zu kopierende Dokument fällt. Dies bedeutet, dass dann das an der zugehörigen Reliefstruktur gebeugte Licht annähernd senkrecht nach unten zum Umlenkspiegel 18 hin gebeugt wird.
    Damit die Darstellungen von einem menschlichen Betrachter unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen und bei einem Sichtabstand von 30 cm getrennt wahrgenommen werden, muss die Oberfläche des das Flächenmuster 1 aufnehmenden Dokuments eine relativ glatte Oberfläche aufweisen, da sonst die Darstellungen wegen der Rauhigkeit verschmiert werden, so dass sie nicht getrennt sichtbar sind. Für die Verwendung mit Dokumenten mit relativ rauher Oberfläche, wie sie beispielsweise Banknoten aufweisen, sind deshalb grössere Neigungswinkel von α = 10°, β = 15° und γ = 20° oder sogar von α = 5°, β = 15° und γ = 25° vorgesehen. Auch in diesem Fall gelangen noch alle gebeugten Lichtstrahlen 22, 23 und 24 auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13. Die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Neigungswinkel soll höchstens 20° betragen, damit beim Kopieren alle Darstellungen kopiert werden.
    Beim Kopieren werden somit entweder alle oder keine der drei Darstellungen auf die Kopie übertragen. Die in den Darstellungen des Flächenmusters 1 gespeicherte Information wird somit unleserlich oder verschwindet ganz.
    Bei den vorangegangenen Zahlenbeispielen waren die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln, also die Differenz β-α und die Differenz γ-β, gleich gross. Die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln können aber auch verschieden gross sein.
    Um die Abhängigkeit des Effektes von der Orientierung des Flächenmusters auf dem Farbkopierer möglichst klein zu halten oder sogar zu eliminieren, sind die Reliefstrukturen 9.1, 9.2 und 9.3 mit Vorteil nicht lineare Gitter mit geraden Furchen, sondern Gitter mit schlangenlinienförmig gewellten Furchen, also Gitter mit Furchen mit wechselnder Krümmung, oder Gitter mit kreisförmigen oder dem Kreis angenäherten, vieleckförmigen Furchen. Eine Reliefstruktur mit kreisförmigen Furchen ist in der Fig. 7 gezeigt. Der Abstand zwischen je zwei kreisförmigen Linien entspricht der Periodenlänge L.
    Anstelle der asymmetrischen Reliefstrukturen 9.1, 9.2, 9.3 können auch Reliefstrukturen mit einer symmetrischen Profilform verwendet werden, die auftreffendes Licht im wesentlichen nicht in eine einzige Richtung, sondern in zwei Richtungen reflektieren. Ein solches Beispiel ist in der Fig. 8 gezeigt. Eingezeichnet ist auch der Winkel α, der die Neigung der Reliefstrukturen 9 gegenüber der Horizontalen bezeichnet.
    Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf pixelorientierte Flächenmuster beschränkt. Die Fig. 9 zeigt ausschnittsweise ein Beispiel eines nicht pixelorientierten Flächenmusters mit zwei Darstellungen 2 und 3, die nicht überlappen. Die vom Flächenmuster 1 belegte Fläche ist unterteilt in drei Teilflächen 6, 7 und 26. Die Teilfläche 26 dient als gemeinsamer Hintergrund für die beiden Darstellungen 2 und 3. Die Teilfläche 6 enthält sägezahnförmige Reliefstrukturen, die einen ersten Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der ersten Darstellung 2 erzeugen. Die Teilfläche 7 enthält sägezahnförmige Reliefstrukturen, die einen zweiten, vom ersten Neigungswinkel unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der zweiten Darstellung 3 erzeugen. Die Teilfläche 26 dient der Erzeugung eines dunklen oder unscheinbaren Hintergrunds. Sie ist beispielsweise als Spiegel oder als Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter ausgebildet oder durchsichtig, so dass an dieser Stelle das Substrat, auf das das Flächenmuster aufgeklebt ist, sichtbar ist.
    Die beiden Darstellungen 2 und 3 sind somit von einem menschlichen Betrachter bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung getrennt wahrnehmbar, weil sie unter verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sind. Allerdings sind die Neigungswinkel der sägezahnförmigen Reliefstrukturen so klein gewählt, dass beim Kopieren mittels eines Kopierers beide Darstellungen 2 und 3 auf die Kopie abgebildet werden. Auf der Kopie sind daher die beiden Darstellungen 2 und 3 sichtbar, ohne dass der Betrachter den Blickwinkel oder die Beleuchtungsrichtung ändern muss.
    Wenn die beiden Darstellungen teilweise überlappen, lässt sich die Erfindung entweder gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel als pixelorientiertes Flächenmuster, oder gemäss dem obigen Ausführungsbeispiel als nicht pixelorientiertes Flächenmuster realisieren, wobei dann die überlappenden Bereiche entweder der ersten oder der zweiten Darstellung zugeordnet werden. Das Flächenmuster lässt sich auch als Kombination der beiden Ausführungsbeispiele realisieren, wobei die überlappenden Bereiche wie beim pixelorientierten Flächenmuster ausgeführt sind.

    Claims (12)

    1. Optisch variables Flächenmuster (1) aus Teilflächen (6; 7; 8) mit lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen und spiegelnden Teilflächen (26) zur Erzeugung von zwei oder mehr Darstellungen (2; 3; 4), die bei Beleuchtung mit senkrecht auf das Flächenmuster (1) auftreffendem Licht von einem menschlichen Betrachter in einem Sichtabstand von 30 cm unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen (6; 7; 8) achromatisch lichtbeugende, sägezahnförmige Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) mit Neigungswinkeln (α; β; γ) des Sägezahns bezüglich der Ebene des Flächenmusters (1) enthalten, dass die unterschiedlichen Darstellungen (2; 3; 4) zugeordneten Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) unterschiedliche Neigungswinkel (α; β; γ) haben, und dass der Wert des grössten Neigungswinkels (α; β; γ) höchstens 250°beträgt, so dass die Differenz der Blickwinkel von an den Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) reflektierten Lichtstrahlen (22; 22; 23) von mindestens zwei der Darstellungen (2; 3; 4) kleiner als ein vom Kopierer erfasster Winkelunterschied von 30° ist, wodurch eine mittels eines Kopierers hergestellte Kopie mindestens zwei Darstellungen (2; 3; 4) übereinander wiedergibt.
    2. Flächenmuster (1) nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen mikroskopisch feine Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) sind und eine Periodenlänge (L) von mindestens fünf Mikrometern aufweisen.
    3. Flächenmuster nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Neigungswinkeln (α; β; γ) von zwei Darstellungen mindestens 0.5° beträgt.
    4. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Neigungswinkel (α; β; γ) höchstens 20° beträgt.
    5. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Neigungswinkel (α; β; γ) den Wert 15° aufweist.
    6. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzen (β-α;γ-β) aufeinanderfolgender Neigungswinkel (α; β; γ) gleich gross sind.
    7. Flächen muster nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) eine symmetrische Profilform aufweisen.
    8. Flächenmuster (1) nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Profilform sinusähnlich ist.
    9. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Furchen der Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) gewellt, kreisförmig oder vieleckförmig sind.
    10. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Furchen der Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) gerade und die Furchen der verschiedenen Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) annähernd parallel sind.
    11. Flächenmuster (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelnden Teilflächen (26) Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter aufweisen.
    12. Flächenmuster (1) nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen in der Form eines Volumenhologramms realisiert sind.
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