WO2004113953A2 - Optisches sicherheitselement und system zur visualisierung von versteckten informationen - Google Patents

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WO2004113953A2
WO2004113953A2 PCT/EP2004/006466 EP2004006466W WO2004113953A2 WO 2004113953 A2 WO2004113953 A2 WO 2004113953A2 EP 2004006466 W EP2004006466 W EP 2004006466W WO 2004113953 A2 WO2004113953 A2 WO 2004113953A2
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variation function
security element
optical security
relief
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Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
René Staub
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Ovd Kinegram Ag
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    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings

Definitions

  • the invention relates to an optical security element with a substrate layer, in which a relief structure, defined by relief parameters, in particular relief shape, relief depth, spatial frequency and azimuth angle, is formed in a surface area spanned by an X and Y axis, and also a system for the visualization of hidden information with such an optical security element.
  • US 6 351 537 B1 now describes an optical security element that combines a hologram and a hidden image to increase copy security.
  • the hologram used is a daylight hologram which is generated by a diffractive optical structure molded in a photopolymer film and is visible without the use of a monochromatic, coherent light source.
  • the hidden image and the hologram are preferably arranged adjacent to one another on a substrate.
  • the hidden picture is made visible by means of a decoding device.
  • Digital copiers or scanners, but also transparent carriers, can be used as the decoding device, on which a line screen with a line spacing corresponding to the desired sampling frequency is printed.
  • the hidden image is generated from an output image by first removing the frequency components of the output image that are greater than half the sampling frequency of the decoding device and then playing the remaining frequency components on the frequency axis that corresponds to half the sampling frequency ,
  • This provides the optical security element with a first security feature, namely the hologram, and a second security feature, namely the hidden image. This increases security against counterfeiting.
  • US Pat. No. 5,999,280 describes a holographic method for increasing security against counterfeiting, in which a hidden pattern is formed in a hologram and can only be recognized by means of a special decoding device. If the decoding device is moved over the hologram, the hidden pattern can be optically detected by the viewer.
  • Such a hologram is generated in a coding process from a background image and from the image to be hidden in the hologram.
  • the background image consists of a line grid with a large number of parallel, black stripes.
  • those parts of the picture to be hidden that lie over the black stripe of the background picture are now converted to white.
  • Those parts of the picture to be hidden that lie over the white part of the background picture are left in black.
  • the conversion into a hologram is carried out using classic holographic techniques, in which there are restrictions with regard to the lattice structures that can be generated due to the underlying physical principle.
  • the object of the invention is now to improve the security against forgery of optical security elements and to provide a system for the visualization of hidden information which ensures a high level of security against forgery.
  • an optical security element in which a relief structure defined by relief parameters, in particular relief shape, relief depth, spatial frequency and azimuth angle, is formed in a surface area of a substrate layer spanned by an X and Y axis to produce an optically recognizable effect, in which one or more of those defining the relief structure Relief parameters are varied in the area according to a parameter variation function, in which the area is divided into one or more pattern areas and a background area, and in which one or more of the relief parameters defining the relief structure in the one or more pattern areas opposite one another the parameter variation function of the background area phase-shifted parameter variation function are varied.
  • the invention is further solved by a system for the visualization of hidden information with such an optical security element, which further has a verification element with a verification grid defined by a periodic transmission function, the period of which corresponds to the period of the parameter variation function.
  • the invention achieves a large number of advantages: on the one hand, it is not possible to generate the reflow structures necessary for the invention by means of conventional holographic methods. This also applies to the optical effects generated by an optical security element according to the invention. These, too, cannot be imitated using conventional holographic methods. Imitation using conventional holographic methods is therefore not possible. Furthermore, new optical effects are generated when an optical security element according to the invention is viewed by a verification element or a verification element is moved over an optical security element according to the invention. This results in striking changes in color and brightness when moving and / or viewing from different viewing angles. These novel visual effects are inherent in the relief structure of an optical security element according to the invention, so that imitation by other relief structures that are easier to produce is not possible. Thus, an optical security element according to the invention provides a security feature which is very difficult to copy or imitate, but which on the other hand can be easily verified by a user by means of an assigned verification element. Advantageous refinements are specified in the subclaims.
  • the relief structure is formed by a diffraction grating, the azimuth angle of which is varied periodically in accordance with the parameter variation function in the area.
  • the verification element is applied to a surface area with such a relief structure, the viewer can observe different optical effects depending on the orientation and orientation of the verification element and on the other hand depending on the viewing direction. For example, a viewer perceives a surface area provided with such a relief structure as a homogeneous surface area from all viewing directions without using a verification element. In a first alignment of the verification element, the pattern area and background area appear in different brightness depending on the viewing direction. The complementary effect results in a second orientation or when viewed from a different direction.
  • a relief structure of this type accordingly generates an easily recognizable but very difficult to imitate security feature in the area.
  • the parameter variation function can periodically vary the azimuth angle of the diffraction grating depending on the value of the X axis. It is particularly advantageous if the parameter variation function varies the azimuth angle of the diffraction grating in such a way that the diffraction grating is composed of a plurality of serpentine lines.
  • the use of such parameter variation functions results in interesting optical effects when the verification element is rotated on the optical security element, which can serve as an additional security feature. In order to achieve such effects, it is e.g. expedient to use a sine function as the parameter variation function, which varies the azimuth angle of the diffraction grating depending on the value of the X axis.
  • the parameter variation function periodically varies the azimuth angle of the diffraction grating depending on the value of the X axis and depending on the value of the Y axis.
  • the parameter variation function can accordingly vary the relief parameters depending on the value of the X axis, depending on the value of the Y axis and depending on the value of the X axis and depending on the value of the Y axis.
  • the diffraction grating described above expediently has a spatial frequency of more than 300 lines per millimeter, in particular 800 to 1,200 lines per millimeter, so that clearly recognizable differences in brightness become apparent. It is also advantageous to select the parameter variation function in such a way that the mean azimuth angle is constant in the area in relation to the resolving power of the human eye. As a result, a homogeneous appearance is achieved in the area as long as no verification element is applied to the area.
  • the relief structure is a diffraction grating, the spatial frequency of which is periodically varied in accordance with the parameter variation function. This makes it possible for the surface area to show different color appearances and color changes in the pattern area and in the background area, provided that a verification element is applied. These different color appearances and color changes are easily recognizable for the viewer and are therefore particularly suitable as a security element.
  • a parameter variation function in which the spatial frequency of the diffraction grating periodically, depending on the value of the X axis, between a maximum frequency, preferably 1200 lines per millimeter, and a minimum frequency, preferably 800 lines per millimeter , is varied.
  • Sawtooth, triangle or sine functions are preferably used as parameter variation functions.
  • parameter variation functions which periodically vary the spatial frequency not only as a function of the X axis, but also as a function of the Y axis.
  • security features can be achieved that are even more difficult to imitate.
  • the parameter variation function is constant in terms of the resolution of the human eye, and thus the surface area gives a homogeneous color impression for the human viewer without the use of a verification element.
  • the periodic parameter variation function varies the profile of the relief structure, for example the profile depth, the width of the depressions or the profile shape varies.
  • security features can be achieved that show color changes or changes in brightness of the pattern area or the background area when using a verification element.
  • the parameter variation function periodically varies the profile shape between asymmetrical, preferably mirror-symmetrical relief shapes, then when using a verification element, depending on the orientation of the verification element, different, viewing angle-dependent effects in the background area and in the pattern area are shown. By varying such parameters, it is thus possible to generate easily recognizable and very difficult to imitate security features in the area.
  • the relief structure it is also possible to use a matt structure as the relief structure, the relief parameters of which, for example scatter angle or preferred scatter direction (in the case of anisotropic matt structures), are varied in accordance with the parameter variation function. Furthermore, it is also possible for the parameter variation function to vary periodically between different types of relief structures, for example between a matt structure and a diffraction grating or a macro structure.
  • the relief structure it is also possible for the relief structure to be a macro structure with a spatial frequency of less than 300 lines per millimeter.
  • the light is reflected in different directions depending on the position of the verification element in the pattern and background areas, so that a homogeneous surface without the use of a verification element shows viewing angle-dependent differences in brightness of the pattern and background areas when using a verification element.
  • the period of the parameter variation function smaller than 300 ⁇ m, in particular to take it from the range from 20 to 200 ⁇ m. This ensures that the human viewer cannot distinguish the pattern area from the background area without the use of the verification element.
  • the parameter variation function is a function which is dependent on both the X axis and the Y axis and is periodic in more than one direction, and further different phase areas are shifted in phase with respect to different periodicities are. This makes it possible to achieve movement effects when the verification element is rotated on the optical security element according to the invention.
  • a simple line grid with a period corresponding to the periodicity of the parameter variation function is used as the verification element.
  • a more complex line grid which for example consists of a large number of serpentine lines or a two-dimensional random pattern. It is then also necessary to adapt the average variation of relief parameters generated by the parameter variation function to the surface pattern of this more complex line grid.
  • a verification grid which has a non-binary transmission function, for example a sinusoidal one Transmission function is defined.
  • the visualization of the hidden information therefore requires a complex, customizable verification element, which increases the security against forgery of the system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optical security element according to the invention.
  • FIG. 2 c shows an illustration to clarify the basic functioning of the optical security element according to the invention according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a surface area of an optical security element according to the invention for a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a surface area of an optical security element according to the invention for a further exemplary embodiment of the invention.
  • Security element. 5d shows a representation of a surface area of an optical security element according to the invention for a further exemplary embodiment of the invention.
  • Variation function and several relief forms of an optical security element for a further embodiment of the invention.
  • 10f show schematic representations of different verification elements for an inventive system for the visualization of hidden ones
  • FIG. 11 shows a functional sketch of a system according to the invention for
  • the transfer layer 12 has a release and / or protective lacquer layer 13, a replication layer 14, a reflection layer 15 and an adhesive layer 16.
  • the carrier layer 21 is made for example from a polyester film with a thickness of 12 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the release and / or protective lacquer layer 13 with a thickness of 0.3 to 1.2 ⁇ m and the replication layer 14 are applied to the carrier film.
  • the release and / or protective lacquer layer 13 could also be dispensed with here.
  • the replication layer 14 is preferably a transparent, thermoplastic material which is applied, for example, by means of a printing process to the film body formed by the carrier film 11 and the protective lacquer and / or release layer 13. After drying, a relief structure 17 is replicated in the replication layer by means of an embossing tool in the area 18.
  • the replication it is also possible for the replication to be carried out by means of a UV replication method, in which a UV replication lacquer is applied to the film body formed by the carrier film 11 and the release and / or protective lacquer layer 13 and then also partially used to replicate the relief structure 17 UV light is irradiated. After the replication of the relief structure 17 into the replication layer 14, the replication lacquer hardens by crosslinking or in some other way.
  • a thin reflection layer 15 is now applied to the replication layer 14.
  • HRI High Refraction Index
  • materials for an HRI layer are TiO 2 , ZnS or Nb 2 O 5 .
  • the material for the metal layer is essentially chromium, aluminum, copper, iron, nickel, silver, gold or an alloy with these materials.
  • a thin film layer sequence with a plurality of dielectric or dielectric and metallic layers can be used.
  • the adhesive layer 16 which consists for example of a thermally activatable adhesive, is now applied to the film body thus formed.
  • the embossing film is placed with the transfer layer 12 first onto the security document or those to be secured Applied object and the carrier film 11 is removed from the transfer layer 12 and removed.
  • an optical security element according to the invention is part of a transfer, sticker or laminating film or to be formed from an embossing, sticker, transfer or laminating film.
  • an optical security element according to the invention can have further layers in addition to the layers 13, 14, 15 and 16 shown in FIG. 1. Such layers can include, for example, (colored) decorative layers or layers of a thin-film layer system which generates color shifts dependent on the viewing angle by means of interference.
  • the reflection layer 15 only partially or to dispense with it entirely, so that the optical security element acts as a transparent and not as a reflective optical security element.
  • the adhesive layer 16 could also be dispensed with.
  • FIG. 2a shows a partial surface area 21 with a pattern area 23 and a background area 22, and a partial section of a verification element 20 with three line grids 26.
  • FIG. 2b shows a surface area 27 with a background area 28 and two pattern areas 29 and 30, the part - Area 21 shows a section of area 27.
  • a relief structure is formed in the surface area 27 or in the partial surface area 21, the azimuth angle of which is varied depending on the value of the X-axis in a serpentine manner.
  • the relief structure is preferably applied to the electron beam lithography system, which enables periods in the sub-micron range to micron range, or by means of a photolithographic process, which enables periods of less than 1 ⁇ m Replication layer 14 molded.
  • the spatial frequency of the relief structure is about 1,000 lines per millimeter.
  • the period of the parameter variation function which periodically varies the azimuth angle of the relief structure 17 between +40 degrees and -40 degrees, is preferably 20 to 300 ⁇ m.
  • the parameter variation function is a sine function. It is of course also possible to use another periodic function as a parameter variation function or to provide other minimum / maximum azimuth angles.
  • FIGS. 2a and 2b only serve to explain the functional principle and are not to scale.
  • the pattern areas 23, 30 and 29 have dimensions which correspond to a multiple of the period of the parameter variation function and in any case move in an area which can be resolved by the human eye.
  • the partial area 23 has a width that corresponds to the length of a period 25 of the parameter variation function, and is thus, for example, 100 ⁇ m wide.
  • the azimuth angle of the relief structure 17 in the background areas 22 and 28 and the pattern areas 23, 30 and 29 is varied by parameter variation functions which are phase-shifted by 180 degrees and which are otherwise identical.
  • the parameter variation function used in the pattern area 23 is shifted relative to one another by half a period length 24, that is to say by 50 ⁇ m, compared to the parameter variation function used in the background area 22.
  • a phase shift of 180 degrees enables a particularly large contrast between the pattern area and the background area.
  • phase shift it is also possible to deviate somewhat from the phase shift by 180 degrees. Furthermore, it can also be advantageous to deviate considerably from a phase shift of 180 degrees in one or the other pattern area and, for example, to provide a phase shift of 45 degrees or 135 degrees. For example, it is possible to implement hidden grayscale images in which the grayscale is coded by means of the phase shift.
  • the surface area 27 now appears homogeneous to the human viewer, since the middle one, for the human eye resolvable azimuth angles in the pattern areas 29 and 30 and in the background area 28 surrounding them is constant.
  • the viewer then has a homogeneous, viewing angle-dependent optical effect in the area 28, which is dependent on the azimuth angle range covered by the parameter variation function and on the selected spatial frequency of the relief structure 17.
  • 2c now illustrates the situation in which the verification element 20 is placed on the partial surface area 21.
  • the light source lies in the Y-Z plane, so that the k vector of the light has no Y component.
  • FIG. 2c shows the partial surface area 21, the line grid 26, the pattern area 23 and the background area 22. Furthermore, FIG. 2c shows an optical impression 31 of a viewer who views the partial area 21 from the left side and an optical impression 32 of a viewer looking at the partial area from the right side.
  • the raster lines 26 of the verification element 20 cover only the surface areas of the background area 22 with negative azimuth angles and only surface areas of the pattern area 21 with positive azimuth angles. Accordingly, when the partial area 21 is viewed from a negative azimuth angle, ie from the left, the background area 22 is dark and the pattern area 23 is light. When the partial area 21 is viewed from the positive azimuth angle side, ie from the right, the background area is 22 light and the pattern area 23 dark.
  • the optical impression 31 thus shows a cover 312 by the raster line 26, dark areas 311 and 314 in the area of the background area 22 and a light area 313 in the area of the pattern area 23.
  • the optical impression 23 shows a cover 322 by the raster line 26 and light areas 321 and 324 in the area of the background area 22 and a dark area 323 in the area of the pattern area 23.
  • the covers 312 and 322 disappear because the period of the parameter variation function is of an order of magnitude that can no longer be resolved by the human eye. Accordingly, for the viewer from the left side light pattern areas and dark background areas and for the viewer from the right side dark pattern areas and a light background area. If the verification element 20 is shifted by half a period of the parameter variation function, the opposite impression results, i.e. a light background area and dark pattern areas when viewed from the left and a dark background area and light pattern areas when viewed from the right Page. If the optical security element is accordingly viewed by the verification element 20, a dynamic control of the brightness contrast is implemented.
  • FIG 3 shows a surface area 33 with a background area 34 and a pattern area 35 as well as a partial area of the verification element 20 with a plurality of raster lines 26.
  • the period of the parameter variation function according to FIG. 3 is 50 ⁇ m, so that the line spacing of the raster lines 26 here is also 50 ⁇ m.
  • the background area 34 is formed by six partial areas 341 to 346.
  • the subregions 341 to 346 each have the width of a period of the parameter variation function, which is a function periodically composed of parabolic sections.
  • the pattern area 35 is formed by two partial areas 351 and 352, each of which likewise has the width of a period of the parameter variation function.
  • either the negative azimuth angle areas of the background area 34 and the positive azimuth angle areas of the pattern area 35 or the positive azimuth angle areas of the background area 34 and the negative azimuth angle areas are Areas of the pattern area 35 covered.
  • FIG. 4 shows a surface area 4, which is composed of several partial areas 40 to 49.
  • the surface areas 40 to 49 are each formed by identical diffraction structures, each of which has a multiplicity of concentric rings arranged in a circle around the center of the respective partial surface.
  • the width and height of a partial area is approximately 100 ⁇ m, the spatial frequency of the diffraction structure is approximately 1,000 lines per millimeter.
  • Pattern areas are now placed in the area 4 in the manner shown in FIG. 3, so that the partial areas 41 to 46 are covered by identical but phase-shifted partial areas.
  • a phase shift of the partial areas of a possible pattern area is possible both in the X and Y directions, depending on the choice of this phase shift, the pattern area can then be read out when the grating is aligned in the Y direction or in the X direction.
  • FIGS. 5a to 5d A further exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 5a to 5d, in which the relief structure is a diffraction grating, the spatial frequency of which is periodically varied in accordance with the parameter variation function.
  • the parameter variation function 53 is a sawtooth-shaped function that varies the spatial frequency in the range from 800 lines per millimeter to 1200 lines per millimeter sawtooth-shaped.
  • the period of the parameter variation function is 50 ⁇ m.
  • the color impressions relate to a typical lighting / viewing angle combination.
  • the parameter variation function 54 is a triangular function with a period of 100 ⁇ m, which varies the spatial frequency of the diffraction grating from a minimum value of 800 lines per millimeter to a maximum value of 1200 lines per millimeter and back. The color impression changes from red to blue and back from blue to red within a period.
  • the parameter variation function 55 is a sine function with a period of 100 ⁇ m, which varies the spatial frequency of the diffraction grating depending on the value of the X axis from a minimum value of 800 lines per millimeter to a maximum value of 1,200 lines per millimeter and back , This results in a color impression from red to blue and back to red within a period.
  • the viewer Since the period of the parameter variation functions 53 to 55 are below the resolution of the human eye, the viewer has a uniform color impression within the area, which results from the mixture of the color spectrum determined by the parameter variation function. If a verification element 57 with the grid lines 58, which have a line spacing 56 corresponding to the period of the parameter variation function, is now applied to this diffraction grating, then a certain part of the color spectrum is covered by the grid lines 58, so that the color impression is improved Movement of the verification element over the diffraction grating changes.
  • the spatial frequency is the Relief structure varies according to the parameter variation function 54.
  • the spatial frequency of the relief structure is varied with a parameter variation function 54 phase-shifted by half a period, that is to say by 50 ⁇ m. If the verification element 57 is now moved over the surface area 50 with the line grid spacing 56, different color areas are covered in the background area 501 and the pattern area 502, so that the pattern area 502 conveys a different color impression for the human viewer than the background area 501. If the verification element 57 is moved over the pattern area 50 in this way, for example, the first impression is a blue pattern area and a red background area, which then continuously changes into a red pattern area in front of a blue background area when the verification element is moved.
  • pattern areas have an extent that encompasses a large number of periods of the parameter variation function and is of an order of magnitude that can be resolved by the human eye.
  • the parameter variation function accordingly determines, on the one hand, the homogeneous color impression which results in the case in which no verification element is placed on the surface area 50. Furthermore, the parameter variation function determines how the color changes when the verification element is shifted over the surface area 50 (e.g. abrupt color changes when using the parameter variation function 53), which serves as an additional security feature.
  • FIGS. 6a and 6b A further exemplary embodiment of the invention will now be explained with reference to FIGS. 6a and 6b, in which the relief structure is a diffraction grating, the profile depth of which is periodically varied in accordance with the parameter variation function.
  • FIG. 6a shows a relief structure 61, the profile depth of which is varied with a period 63 at a constant spatial frequency by a periodic parameter variation function.
  • the relief structure 61 is preferably a first-order diffraction structure (spatial frequency range moves in the range of the wavelength) or one Zero-order diffraction structure (line spacing is smaller than the wavelength of the light).
  • the profile depth is changed more slowly by the periodic parameter variation function in comparison to the spatial frequency of the diffraction grating depending on the value of the X axis or depending on the value of the X and Y axes.
  • the period of the parameter variation function is between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m and preferably has a value around 100 ⁇ m.
  • the relief structure 61 according to FIG. 6a thus has, for example, a spatial frequency of 1,000 lines per millimeter, the line spacing 62 is thus 1 ⁇ m.
  • the period 63 is 100 ⁇ m and the profile depth is varied periodically depending on the value of a Y axis 69 between 0 nm and 150 nm, for example.
  • FIG. 6b shows a surface area 65 spanned by an X-axis 68 and the Y-axis 69 with a background area 66 and a pattern area 67, in which the relief structure 61, as shown in FIG. 6a, periodically in the direction of the Y- Axis is varied.
  • the parameter variation function in the pattern area 67 is shifted by half a period, that is to say by 50 ⁇ m, compared to the parameter variation function of the background area 66.
  • the surface area 65 is now considered by a verification element with a line grid of 100 ⁇ m, then areas with different profile depths are covered in the background area 66 and the pattern area 67, so that the pattern area 67 no longer appears homogeneous.
  • the verification element is put on, there is thus a brightness contrast between the pattern area and the background area, which changes when the verification element is moved.
  • the areas of the background area are covered by a profile depth of 150 nm, the background area appears darker because the optical effect generated in the background area is determined by profile depths around 0 nm.
  • the pattern area appears lighter in this position of the verification element. When you move the verification element, this effect changes slowly to the opposite, so that the background area appears lighter and the pattern area appears darker.
  • FIGS. 7a to 7e in which the relief shape of the relief structure is varied periodically in accordance with the parameter variation function.
  • the surface area 7a shows a surface area 7 with a pattern area 74 and a background area 73.
  • the surface area 7 furthermore has a periodic sequence of partial areas 71 and 72 in the direction of the X axis, with a relief shape 76 in partial areas 71 in the background area and one in the pattern area Relief shape 75 and in partial areas 72 in the background area the relief shape 75 and in the pattern area the relief shape 76 is molded.
  • the width of the partial areas 71 and 72 is less than 300 ⁇ m, so that the partial areas 71 and 72 cannot be resolved by the human eye.
  • the relief shapes 75 and 76 represent asymmetrical, mutually mirrored structures, so that the profile shape 76 can also be regarded as a relief structure 75 in which the azimuth angle is rotated by 180 degrees with respect to the relief shape 75.
  • Typical spatial frequencies of the profile shapes 75 and 76 are in the range from 1,200 lines per millimeter to 150 lines per millimeter.
  • the width of the partial regions 71 and 72 is, for example, 50 ⁇ m each, so that the period of the parameter variation function of the surface region 7 is 100 ⁇ m.
  • the spatial frequency of the profile shapes 75 and 76 is, for example, 1,150 lines per millimeter.
  • the surface area 7 gives the human observer a homogeneous impression which corresponds to that of a sinusoidal diffraction grating with a spatial frequency of the profile shapes 75 and 76, i.e. of 1,150 lines per millimeter.
  • the pattern area 74 becomes visible. Depending on whether the grid lines cover the profile shapes 75 or 76 of the pattern area 74, the result for the Viewers see a dark pattern area against a light background area or a light pattern area against a dark background area. If the surface area is rotated by 180 degrees, the viewer receives the complementary impression.
  • the effect shown in FIG. 7d results that the pattern area 74 appears dark and the background area 73 appears light.
  • the surface area 7 is rotated by 180 degrees, the situation shown in FIG. 7e results in a bright pattern area 74 in front of a dark background area 73. Since the period of the parameter variation function is less than the resolving power of the human eye, the raster lines are 77 not visible to the viewer, so that when viewing the area in the situation according to FIG. 7d, the viewer sees the dark area 74 in front of the light background area 73 and in the situation according to FIG. 7e the light pattern area 74 in front of the dark background area 73 is visible.
  • This additional tilting effect when viewed from directions rotated 180 ° against each other forms an additional security feature.
  • the parameter variation function in the partial areas 71 and 72 can be varied between any other asymmetrical profile shapes.
  • the parameter variation function is not a binary function that differentiates between two different profile shapes, but that, for example, the angle of inclination of the profile shape 75 is varied linearly according to a sine function. This also results in additional security features that contribute to increasing the security against counterfeiting.
  • the relief profile can, for example, by a function
  • the parameter variation function may vary the relief shape of the relief structure periodically in accordance with the parameter variation function by varying the width of the valleys of the relief structure periodically in accordance with the parameter variation function.
  • the width of the valleys of the relief structure is linearly reduced at a constant spatial frequency.
  • a width 82 of the valleys of the relief structure is varied along an X axis 81 according to a function 83.
  • the parameter variation function is, for example, a sawtooth-shaped function that varies the width of a rectangular relief structure with a line spacing of 300 nm between 230 and 70 nm.
  • the profile shapes 84, 85 and 86 have a line spacing 87 of 300 nm.
  • optical effects of different color and brightness are generated in areas a, b and c, so that when the phase and pattern areas are shifted in phase, the optical overlay effects already mentioned above result when using a verification element / without using a verification element.
  • the period of the parameter variation function here is preferably also in the range from 40 to 300 ⁇ m.
  • a macro structure of more than 300 lines per millimeter as the relief structure. Typical periods of such a macro structure are 10 ⁇ m.
  • Macro structures work essentially through reflection and not through diffraction. Two such macrostructures are shown in FIGS. 9a and 9b, FIG. 9a describing a macrostructure 91 with a period 93 and FIG. 9b describing a macrostructure 92 with the period 93.
  • the period 93 is, for example, 100 ⁇ m.
  • the macrostructures 91 and 92 are now viewed through a verification element with a line spacing corresponding to the period 93, different areas of the macrostructures 91 and 92 are visible depending on the position of the verification element.
  • the macro structure 91 is now out of phase with the macro structure in the background area, so that different areas of the macro structures 91 and 92 are visible in the background area and in the pattern area when the verification element is used. If the verification element is not in place, the entire surface area appears homogeneous. When the verification element is applied, there is a brightness contrast between the pattern area and the background area.
  • FIGS. 1 to 9d are each explained using a linear line grid as the coding scheme / verification element.
  • 10a shows a linear line grid 101
  • the FIGS. 10b to 10f show further line grids 102 to 106, which can also be used in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 9b.
  • a surface area 110 is shown in FIG. 11, in which different pattern areas 113 are provided, each of which becomes visible at a certain angle of inclination of a verification element 11. If the verification element 11 is now rotated on the surface area 112, the effect of a moving image results. If the surface area 112 is considered without a verification element 111, the impression is homogeneous Surface areas 110.
  • Such pattern areas 113 can be realized with the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 9b, it also possible, of course, to combine different exemplary embodiments with one another in order to achieve additional color appearances and viewing angle-dependent security features.
  • the verification element can have a period that corresponds to the two or more periods of the parameter variation function.
  • the verification element can also form a hyperbolic pattern of a period corresponding to the period of the parameter variation function.
  • the security features described above can be used as standalone security features. However, it is also possible to combine these security features with other security features within a security product. They can thus be part of an OVD (Optical Variable Device), for example Kinegram ® or Truststseal ® and thus form the background of a Kinegram ® . It is also possible for the security features described above to be arranged in a mosaic in an OVD.
  • OVD Optical Variable Device

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Sicherheitselement sowie ein System zur Visualisierung von versteckten Informationen mit einem derartigen optischen Sicherheitselement. Das optische Sicherheitselement weist eine Substratschicht auf, in der in einem von einer X- und einer Y-Achse aufgespannten Flächenbereich eine durch Reliefparameter, insbesondere Reliefform, Relieftiefe, Spatialfrequenz und Azimutwinkel, definierte Reliefstruktur zur Erzeugung eines optisch erkennbaren Effektes abgeformt ist. Ein oder mehrere der die Reliefstruktur definierenden Reliefparameter sind in dem Flächenbereich (27) gemäss einer Parameter-Variations- Funktion variiert. Der Flächenbereich (27) ist in ein oder mehrere Musterbereiche (29, 30) und einen Hintergrundbereich (28) geteilt. Ein oder mehrere der die Reliefstruktur definierenden Reliefparameter sind in den ein oder mehreren Musterbereichen (29, 30) gemäss einer gegenüber der Parameter-Variations-Funktion des Hintergrundbereiches (28) phasenverschobenen Parameter-Variations-Funktion variiert. Weiter ist ein Verifikationselement vorgesehen, das ein durch eine periodische Transmissions-Funktion definiertes Verifikationsraster besitzt, dessen Periode der Periode der Parameter-Variations-Funktion entspricht.

Description

Optisches Sicherheitselement und System zur Visualisierung von versteckten Informationen
Die Erfindung betrifft ein optisches Sicherheitselement mit einer Substratschicht, in die in einem von einer X- und einer Y-Achse aufgespannten Flächenbereich eine durch Reliefparameter, insbesondere Reliefform, Relieftiefe, Spatialfrequenz und Azimutwinkel, definierte Reliefstruktur zur Erzeugung eines optisch erkennbaren Effektes ausgeformt ist, sowie ein System zur Visualisierung von versteckten Informationen mit einem derartigen optischen Sicherheitselement.
Aufgrund der immer besser werdenden Photokopiertechnik und der ständigen Weiterentwicklung von elektronischen Scann- und Druckvorrichtungen besteht ein zunehmender Bedarf an möglichst fälschungssicheren optischen Sicherheitselementen.
US 6 351 537 B1 beschreibt nun ein optisches Sicherheitselement, das ein Hologramm und ein verstecktes Bild zur Erhöhung der Kopiersicherheit kombiniert. Bei dem verwendeten Hologramm handelt es sich um ein Tageslicht-Hologramm, das durch eine in einem Photopolymerfilm abgeformte beugungsoptische Struktur generiert wird und ohne Verwendung einer monochromatischen, kohärenten Lichtquelle sichtbar ist. Das versteckte Bild und das Hologramm sind vorzugsweise benachbart auf einem Substrat angeordnet. Das versteckte Bild wird mittels einer Decodiervorrichtung sichtbar gemacht. Als Decodiervorrichtung können hierbei digitale Kopierer oder Scanner, aber auch transparente Träger dienen, auf die ein Linienraster mit einem der gewünschten Abtastfrequenz entsprechenden Linienabstand aufgedruckt ist. Das versteckte Bild wird hierbei dadurch aus einem Ausgangsbild erzeugt, dass zuerst die Frequenz- Komponenten des Ausgangsbildes, die grösser als die halbe Abtastfrequenz der Decodiervorrichtung sind, entfernt werden und die verbleibenden Frequenz- Komponenten sodann an der Frequenzachse gespielt werden, die der halben Abtastfrequenz entspricht. Hierdurch wird von dem optischen Sicherheitselement ein erstes Sicherheitsmerkmal, nämlich das Hologramm, und ein zweites Sicherheitsmerkmal, nämlich das versteckte Bild, bereitgestellt. Dadurch erhöht sich die Fälschungssicherheit.
US 5 999 280 beschreibt ein holographisches Verfahren zur Erhöhung der Fälschungssicherheit, bei dem in einem Hologramm ein verstecktes Muster geformt ist, das nur mittels einer speziellen Decodiereinrichtung erkennbar ist. Wenn die Decodiereinrichtung über das Hologramm bewegt wird, dann kann das versteckte Muster vom Betrachter optisch erfasst werden.
Ein derartiges Hologramm wird hierbei in einem Codier-Prozess aus einem Hintergrundbild und aus dem in dem Hologramm zu versteckenden Bild generiert. Das Hintergrundbild besteht aus einem Linienraster mit einer Vielzahl paralleler, schwarzer Streifen. In dem Codier-Prozess werden nun diejenigen Teile des zu versteckenden Bildes, die über den schwarzen Streifen des Hintergrundbildes liegen, in weiss konvertiert. Diejenigen Teile des zu versteckenden Bildes, die über dem weissen Teil des Hintergrundbildes liegen, werden in schwarz belassen. Die Umsetzung in ein Hologramm erfolgt mittels klassischer holographischer Techniken, bei denen aufgrund des zugrundeliegenden physikalischen Prinzips Einschränkungen bezüglich der erzeugbaren Gitterstrukturen bestehen.
Hier ergibt sich jedoch der Nachteil, dass sich ein derartiges Sicherheitselement durch die Verwendung holographischer Techniken nachahmen lässt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Fälschungssicherheit von optischen Sicherheitselementen zu verbessern und ein System zur Visualisierung von versteckten Informationen anzugeben, das ein hohes Mass an Fälschungssicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird von einem optischen Sicherheitselement gelöst, bei dem in einem von einer X- und einer Y-Achse aufgespannten Flächenbereich einer Substratschicht eine durch Reliefparameter, insbesondere Reliefform, Relieftiefe, Spatialfrequenz und Azimutwinkel, definierte Reliefstruktur zur Erzeugung eines optischen erkennbaren Effekts abgeformt ist, bei dem ein oder mehrere der die Reliefstruktur definierenden Reliefparameter in dem Flächenbereich gemass einer Parameter-Variations-Funktion variiert sind, bei dem der Flächenbereich in ein oder mehrere Musterbereiche und einen Hintergrundbereich geteilt ist, und bei dem ein oder mehrere der die Relief Struktur definierenden Reliefparameter in den ein oder mehreren Musterbereichen gemass einer gegenüber der Parameter-Variations-Funktion des Hintergrundbereiches phasenverschobenen Parameter-Variations-Funktion variiert sind. Die Erfindung wird weiter von einem System zur Visualisierung von versteckten Informationen mit einem derartigen optischen Sicherheitselement gelöst, das weiter ein Verifikationselement mit einem durch eine periodische Transmissions-Funktion definierten Verifikationsraster aufweist, dessen Periode der Periode der Parameter-Variations-Funktion entspricht.
Durch die Erfindung werden eine Vielzahl von Vorteilen erreicht: Zum einen ist es nicht möglich, die für die Erfindung notwendigen Refliefstrukturen mittels herkömmlicher holographischer Methoden zu generieren. Dies gilt ebenso für die durch ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement generierten optischen Effekte. Auch diese lassen sich nicht mittels herkömmlicher holographischer Methoden imitieren. Eine Nachbildung mittels herkömmlicher holographischer Methoden ist demnach nicht möglich. Weiter werden neuartige optische Effekte generiert, wenn ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement durch ein Verifizierungselement betrachtet wird oder ein Verifizierungselement über ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement bewegt wird. So ergeben sich bei der Bewegung und/oder bei der Betrachtung aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln markante Färb- und Helligkeitswechsel. Diese neuartigen visuellen Effekte sind der Reliefstruktur eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements immanent, so dass eine Nachahmung durch andere, leichter herzustellende Reliefstrukturen nicht möglich ist. Somit wird von einem erfindungsgemässen optischen Sicherheitselement ein Sicherheitsmerkmal bereitgestellt, das sehr schwer zu kopieren oder zu imitieren ist, das andererseits jedoch von einem Benutzer einfach mittels eines zugeordneten Verifizierungselement verifiziert werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Gemass einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Relief Struktur hierbei von einem Beugungsgitter gebildet, dessen Azimutwinkel periodisch gemass der Parameter-Variations-Funktion in dem Flächenbereich variiert ist. Wird ein Verifikationselement auf einen Flächenbereich mit einer derartigen Reliefstruktur aufgebracht, so sind für den Betrachter zum einen abhängig von der Ausrichtung und Orientierung des Verifikationselements und zum anderen abhängig von der Betrachtungsrichtung unterschiedliche optische Effekte beobachtbar. Beispielsweise nimmt ein Betrachter einen mit einer derartigen Reliefstruktur versehenen Flächenbereich ohne Einsatz eines Verifizierungselements aus allen Betrachtungsrichtungen als homogenen Flächenbereich war. In einer ersten Ausrichtung des Verifizierungselements erscheinen Musterbereich und Hintergrundbereich je nach Betrachtungsrichtung in unterschiedlicher Helligkeit. In einer zweiten Ausrichtung oder bei Betrachtung aus einer anderen Betrachtungsrichtung ergibt sich der komplementäre Effekt.
Durch eine derartige Reliefstruktur wird demnach ein einfach erkennbares, aber sehr schwer nachahmbares Sicherheitsmerkmal in dem Flächenbereich generiert.
Die Parameter-Variations-Funktion kann den Azimutwinkel des Beugungsgitters hierbei abhängig von dem Wert der X-Achse periodisch variieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters hierbei derart variiert, dass sich das Beugungsgitter aus einer Vielzahl von schlangenlinienförmigen Linien zusammensetzt. Durch den Einsatz derartiger Parameter-Variations-Funktionen ergeben sich bei Verdrehen des Verifizierungselements auf dem optischen Sicherheitselement interessante optische Effekte die als zusätzliches Sicherheitsmerkmal dienen können. Um derartige Effekte zu erzielen, ist es z.B. zweckmässig, als Parameter-Variations-Funktion eine Sinusfunktion einzusetzen, die den Azimutwinkel des Beugungsgitters abhängig von dem Wert der X- Achse variiert.
Noch komplexere und damit noch schwerer nachahmbare Sicherheitsmerkmale lassen sich erzielen, wenn die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters abhängig von dem Wert der X-Achse und abhängig von dem Wert der Y-Achse periodisch variiert. Hierdurch sind weitere Vorteile in Bezug auf die Fälschungssicherheit des erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements erzielbar. Die Parameter-Variations-Funktion kann demnach Reliefparamter abhängig von dem Wert der X-Achse, abhängig von dem Wert der Y-Achse sowie abhängig von dem Wert der X-Achse und abhängig von dem Wert der Y-Achse variieren.
Das oben beschriebene Beugungsgitter, dessen Azimutwinkel periodisch gemass der Parameter-Variations-Funktion variiert wird, hat zweckmässigerweise eine Spatialfrequenz von mehr als 300 Linien pro Millimeter, insbesondere 800 bis 1.200 Linien pro Millimeter, so dass klar erkennbare Helligkeitsunterschiede zu tage treten. Weiter ist es vorteilhaft, die Parameter-Variations-Funktion derart zu wählen, dass der mittlere Azimutwinkel in Bezug auf das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges im Flächenbereich konstant ist. Dadurch wird ein homogenes Erscheinungsbild im Flächenbereich erzielt, solange kein Verifizierungselement auf den Flächenbereich aufgebracht wird.
Gemass eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Reliefstruktur ein Beugungsgitter, dessen Spatialfrequenz periodisch gemass der Parameter-Variations-Funktion variiert ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Flächenbereich unterschiedliche Farberscheinungen und Farbwechsel im Musterbereich und im Hintergrundbereich zeigt, sofern ein Verifizierungselement aufgelegt ist. Diese unterschiedlichen Farberscheinungen und Farbwechsel sind für den Betrachter leicht erkennbar und sind deshalb besonders gut als Sicherheitselement einsetzbar.
Besonders gut erkennbare Effekte lassen sich beim Einsatz einer Parameter-Variations- Funktion erzielen, bei der die Spatialfrequenz des Beugungsgitters abhängig von dem Wert der X-Achse periodisch zwischen einer Maximalfrequenz, vorzugsweise 1.200 Linien pro Millimeter, und einer Minimalfrequenz, vorzugsweise 800 Linien pro Millimeter, variiert ist. Als Parameter-Variations-Funktionen werden hierbei vorzugsweise Sägezahn-, Dreieck- oder Sinus-Funktionen eingesetzt.
Auch hier ist es natürlich möglich, Parameter-Variations-Funktionen zu verwenden, die die Spatialfrequenz nicht nur abhängig von der X-Achse, sondern auch abhängig von der Y-Achse periodisch variieren. Durch derart komplexe Reliefstrukturen lassen sich Sicherheitsmerkmale erzielen, die noch schwerer nachahmbar sind. Weiter ist es auch hier vorteilhaft, die Parameter-Variations-Funktion derart zu Auflösungsvermögen des menschlichen Auges konstant ist, und damit der Flächenbereich ohne den Einsatz eines Verifizierungselements einen homogenen Farbeindruck für den menschlichen Betrachter ergibt.
Gemass weiterer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung variiert die periodische Parameter-Variations-Funktion das Profil der Reliefstruktur, variiert so beispielsweise die Profiltiefe, die Breite der Vertiefungen oder die Profilform. Durch den Einsatz derartiger Parameter-Variations-Funktionen lassen sich Sicherheitsmerkmale erzielen, die Farbänderungen oder Helligkeitsänderungen des Musterbereiches oder des Hintergrundbereiches bei Einsatz eines Verifizierungselements zeigen. Variiert die Parameter-Variations-Funktion die Profilform periodisch zwischen asymmetrischen, bevorzugt zueinander spiegelsymmetrischen Reliefformen, so zeigen sich beim Einsatz eines Verifizierungselements abhängig von der Ausrichtung des Verifizierungselements unterschiedliche, blickwinkelabhängige Effekte im Hintergrundbereich und im Musterbereich. Damit lassen sich auch durch die Variation derartiger Parameter leicht erkennbare und sehr schwer nachahmbare Sicherheitsmerkmale in dem Flächenbereich generieren. Weiter ist es auch möglich, als Reliefstruktur eine Mattstruktur zu verwenden, deren Reliefparameter, beispielsweise Streuwinkel oder bevorzugte Streurichtung (bei anisotropen Mattstrukturen) gemass der Parameter- Variations-Funktion variiert ist. Weiter ist es auch möglich, dass die Parameter- Variations-Funktion periodisch zwischen verschiedenartigen Reliefstrukturen, beispielsweise zwischen einer Mattstruktur und einem Beugungsgitter oder einer Makrostruktur, variiert.
Gemass eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es auch möglich, dass die Reliefstruktur eine Makrostruktur mit einer Spatialfrequenz von weniger als 300 Linien pro Millimeter ist. So wird beispielsweise das Licht abhängig von der Position des Verifizierungselements im Muster- und Hintergrundbereich in unterschiedliche Richtungen reflektiert, so dass eine ohne Einsatz eines Verifizierungselements homogene Fläche beim Einsatz eines Verifizierungselements blickwinkelabhängige Helligkeitsunterschiede von Muster- und Hintergrundbereich zeigt. Natürlich ist es auch möglich, die oben aufgezeigten Möglichkeiten der Variation von Reliefparametern durch die Parameter-Variations-Funktion miteinander zu kombinieren und so beispielsweise mittels der periodischen Parameter-Variations-Funktion sowohl den Azimutwinkel als auch die Spatialfrequenz periodisch zu variieren. So lassen sich beispielsweise färb-, helligkeits- und blickwinkelabhängige Komponenten zu besonders eindrucksvollen Sicherheitsmerkmalen kombinieren.
Bei den oben aufgezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Periode der Parameter-Variations-Funktion kleiner als 300 μm zu halten, sie insbesondere dem Bereich von 20 bis 200 μm zu entnehmen. Hierdurch wird sichergestellt, dass ohne den Einsatz des Verifikationselements der Musterbereich von dem Hintergrundbereich vom menschlichen Betrachter nicht unterscheidbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Parameter-Variations-Funktion eine sowohl von der X-Achse als auch von der Y-Achse abhängige Funktion ist, die in mehr als eine Richtung periodisch ist, und weiter verschiedene Musterbereiche in Bezug auf verschiedene Period izitäten phasenverschoben sind. Hierdurch ist es möglich, Bewegungseffekte beim Verdrehen des Verifizierungselements auf dem erfindungsgemässen optischen Sicherheitselement zu erzielen.
Als Verifikationselement wird im einfachsten Fall ein einfaches Linienraster mit einer der Periodizität der Parameter-Variations-Funktion entsprechenden Periode eingesetzt. Um die Fälschungssicherheit eines erfindungsgemässen Systems zur Visualisierung von versteckten Informationen weiter zu erhöhen, ist es hier auch möglich, ein komplexeres Linienraster zu verwenden, das beispielsweise aus einer Vielzahl schlangenlinienförmiger Linien oder aus einem zweidimensionalen Zufallsmuster besteht. Hierbei ist es dann auch erforderlich, die durch die Parameter-Variations- Funktion erzeugte mittlere Variation von Reliefparametern dem Flächenmuster dieses komplexeren Linienrasters anzupassen.
Weiter Verbesserungen der Fälschungssicherheit sind dadurch erzielbar, dass anstelle eines binären Verifikationsrasters ein Verifikationsraster verwendet wird, das durch eine nicht-binäre Transmissionsfunktion, beispielsweise durch eine sinusförmige Transmissionsfunktion, definiert ist. Die Visualisierung der versteckten Information erfordert demnach ein komplexes, individualisierbares Verifikationselement, wodurch sich die Fälschungssicherheit des Systems erhöht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement.
Fig. 2a zeigt eine Funktionsskizze mit einer ausschnittsweisen Darstellung eines
Flächenbereiches eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements nach Anspruch 1.
Fig. 2b zeigt einen Flächenbereich des erfindungsgemässen optischen
Sicherheitselements nach Fig. 1.
Fig. 2c zeigt eine Darstellung zur Verdeutlichung der prinzipiellen Funktionsweise des erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flächenbereiches eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Flächenbereiches eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5a bis
Fig. 5c zeigen Darstellungen möglicher Parameter-Variations-Funktionen für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen optischen
Sicherheitselements. Fig. 5d zeigt eine Darstellung eines Flächenbereiches eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6a und
Fig. 6b zeigen eine Reliefstruktur bzw. einen Flächenbereich eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements für ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7a bis
Fig. 7e zeigen Fiächenbereiche bzw. Reliefstrukturen eines erfindungsgemässen optischen Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
Fig. 8a bis
Fig. 8e zeigen einen Flächenbereich, einen Ausschnitt einer Parameter-
Variations-Funktion und mehrere Reliefformen eines optischen Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 9a und
Fig. 9b zeigen schematische Darstellungen von Reliefstrukturen eines optischen
Sicherheitselements für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10a bis
Fig. 10f zeigen schematische Darstellungen verschiedener Verifizierungselements für ein erfindungsgemässes System zur Visualisierung versteckter
Informationen.
Fig. 11 zeigt eine Funktionsskizze eines erfindungsgemässen Systems zur
Visualisierung von versteckten Informationen.
Fig. 1 zeigt eine Prägefolie 1, die eine Trägerfolie 11 und eine als optisches Sicherheitselement dienende Ubertragungslage 12 aufweist. Die Ubertragungslage 12 weist eine Ablöse- und/oder Schutzlackschicht 13, eine Replizierschicht 14, eine Reflexionsschicht 15 und eine Klebeschicht 16 auf. Die Trägerschicht 21 besteht beispielsweise aus einer Polyesterfolie einer Dicke von 12 μm bis 50 μm. Auf die Trägerfolie ist die Ablöse- und/oder Schutzlackschicht 13 in einer Dicke von 0,3 bis 1,2 μm sowie die Replizierschicht 14 aufgebracht. Auf die Ablöse- und/oder Schutzlackschicht 13 könnte hierbei auch verzichtet werden.
Bei der Replizierschicht 14 handelt es sich vorzugsweise um ein transparentes, thermoplastisches Kunststoffmaterial, das beispielsweise mittels eines Druckverfahrens auf den von der Trägerfolie 11 und der Schutzlack- und/oder Ablöseschicht 13 gebildeten Folienkörper aufgebracht wird. Nach Trocknung wird in die Replizierschicht mittels eines Prägewerkzeuges in dem Bereich 18 eine Relief Struktur 17 repliziert. Es ist jedoch auch möglich, dass die Replikation mittels eines UV-Replikationsverfahrens durchgeführt wird, bei dem ein UV-Replizierlack auf den von der Trägerfolie 11 und der Ablöse- und/oder Schutzlackschicht 13 gebildeten Folienkörper aufgetragen und anschliessend zur Replikation der Reliefstruktur 17 partiell mit UV-Licht bestrahlt wird. Nach der Replikation der Reliefstruktur 17 in die Replizierschicht 14 erhärtet der Replizierlack durch Vernetzen oder in sonstiger Weise.
Auf die Replizierschicht 14 wird nun eine dünne Reflexionsschicht 15 aufgebracht. Bei der Reflexionsschicht 15 handelt es sich vorzugsweise um eine dünne, aufgedampfte Metallschicht oder um eine HRI-Schicht (HRI = High Refraction Index). Als Materialien für eine HRI-Schicht kommen beispielsweise TiO2, ZnS oder Nb2O5 in Frage. Als Material für die Metallschicht kommt im wesentlichen Chrom, Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel, Silber, Gold oder eine Legierung mit diesen Materialien in Frage. Weiter kann Anstelle einer derartigen metallischen oder dielektrischen Reflexionsschicht eine Dünnfilmschichtfolge mit mehreren dielektrischen oder dielektrischen und metallischen Schichten eingesetzt werden.
Auf den so gebildeten Folienkörper wird nun die Klebeschicht 16 aufgebracht, die beispielsweise aus einem thermisch aktivierbaren Kleber besteht.
Zum Aufbringen des optischen Sicherheitselements auf einem Sicherheitsdokument oder einem sonstigen zu sichernden Gegenstand wird die Prägefolie mit der Ubertragungslage 12 voran auf das Sicherheitsdokument bzw. den zu sichernden Gegenstand aufgebracht und dabei die Trägerfolie 11 von der Ubertragungslage 12 abgezogen und entfernt.
Es ist natürlich auch möglich, dass ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement Teil einer Transfer-, Sticker- oder Laminierfolie ist oder von einer Präge-, Sticker-, Transfer- oder Laminierfolie gebildet wird. Weiter ist es natürlich auch möglich, dass ein erfindungsgemässes optisches Sicherheitselement neben den in Fig. 1 gezeigten Schichten 13, 14, 15 und 16 weitere Schichten aufweist. Derartige Schichten können beispielsweise (farbige) Dekorschichten oder Schichten eines Dünnfilm-Schichtsystems ein, das blickwinkelabhängige Farbverschiebungen mittels Interferenz erzeugt.
Weiter ist es auch möglich, die Reflexionsschicht 15 nur partiell auszuführen oder auf sie ganz zu verzichten, so dass das optische Sicherheitselement als transparentes und nicht als reflektives optisches Sicherheitselement wirkt. Auch könnte auf die Klebeschicht 16 verzichtet werden.
Die genaue Form der Reliefstruktur 17 sowie die von der Relief Struktur 17 erzeugten optischen Effekte werden nun im Folgenden anhand der Figuren Fig. 2a bis Fig. 2c erläutert:
Fig. 2a zeigt einen Teil-Flächenbereich 21 mit einem Musterbereich 23 und einem Hintergrundbereich 22, sowie einen Teilausschnitt eines Verifizierungselements 20 mit drei Linienrastern 26. Fig. 2b zeigt einen Flächenbereich 27 mit einem Hintergrundbereich 28 und zwei Musterbereichen 29 und 30, wobei der Teil- Flächenbereich 21 einen Ausschnitt aus dem Flächenbereich 27 zeigt.
Wie aus den Figuren Fig. 2a und Fig. 2b erkennbar, ist in dem Flächenbereich 27 bzw. in dem Teil-Flächenbereich 21 eine Reliefstruktur abgeformt, deren Azimutwinkel abhängig von dem Wert der X-Achse schlangenlinienförmig variiert ist.
Die Reliefstruktur wird vorzugsweise mit einem Elektronenstrahl-Lithographiesystem, das Perioden im Sub-Mikron Bereich bis Mikron Bereich ermöglicht, oder mittels eines photolithographischen Prozesses, der Perioden kleiner als 1 μm ermöglicht, in die Replizierschicht 14 abgeformt. Die Spatialfrequenz der Reliefstruktur beträgt hierbei etwa 1.000 Linien pro Millimeter. Die Periode der Parameter-Variations-Funktion, die den Azimutwinkel der Reliefstruktur 17 periodisch zwischen +40 Grad und -40 Grad variiert, beträgt vorzugsweise 20 bis 300 μm. Bei der Parameter-Variations-Funktion handelt es sich um eine Sinus-Funktion. Es ist natürlich auch möglich, eine andere periodische Funktion als Parameter-Variations-Funktion zu verwenden oder andere minimale/maximale Azimutwinkel vorzusehen.
Weiter dienen die Darstellungen in Fig. 2a und Fig. 2b lediglich zur Erläuterung des Funktionsprinzips und sind nicht massstäblich ausgeführt. Üblicherweise haben die Musterbereiche 23, 30 und 29 Abmessungen, die einem Vielfachen der Periode der Parameter-Variations-Funktion entspricht und bewegen sich jedenfalls in einem Bereich, der für das menschliche Auge auflösbar ist.
Der Teilbereich 23 hat eine Breite, die der Länge einer Periode 25 der Parameter- Variations-Funktion entspricht, und so beispielsweise 100 μm breit ist. Wie in Fig. 2a und Fig. 2b erkennbar, wird der Azimutwinkel der Reliefstruktur 17 in den Hintergrundbereichen 22 und 28 und den Musterbereichen 23, 30 und 29 durch gegeneinander um 180 Grad phasenverschobene Parameter- Variations-Funktionen, die ansonsten identisch sind, variiert. Wie in Fig. 2d angedeutet, ist so die in dem Musterbereich 23 angewendete Parameter-Variations-Funktion gegenüber der im Hintergrundbereich 22 angewendeten Parameter-Variations-Funktion um eine halbe Periodenlänge 24, also um 50 μm, gegeneinander verschoben. Eine Phasenverschiebung von 180 Grad ermöglicht einen besonders großen Kontrast zwischen Musterbereich und Hintergrundbereich. Natürlich ist es hierbei auch möglich, von der Phasenverschiebung um 180 Grad etwas abzuweichen. Weiter kann es auch Vorteile mit sich bringen, in dem ein oder anderen Musterbereich erheblich von einer einer Phasenverschiebung von 180 Grad abzuweichen und beispielsweise eine Phasenverschiebung von 45 Grad oder 135 Grad vorzusehen. So ist es beispielsweise möglich, versteckte Graustufenbilder zu realisieren, bei denen die Graustufe mittels der Phasenverschiebung kodiert ist.
Ohne Einsatz des Verifizierungselements 20 erscheint nun dem menschlichen Betrachter der Flächenbereich 27 homogen, da der mittlere, für das menschliche Auge auflösbare Azimutwinkel in den Musterbereichen 29 und 30 und in dem sie umgebenden Hintergrundbereich 28 konstant ist. Für den Betrachter ergibt sich dann in dem Flächenbereich 28 ein homogener, blickwinkelabhängiger optischer Effekt, der von dem von der Parameter-Variations-Funktion abgedeckten Azimutwinkelbereich sowie von der gewählten Spatialfrequenz der Reliefstruktur 17 abhängig ist.
Fig. 2c verdeutlicht nun die Situation, in der das Verifizierungselement 20 auf dem Teil- Flächenbereich 21 plaziert ist. Die Lichtquelle liegt in der Y-Z Ebene, so dass der k- Vektor des Lichts keine Y-Komponente besitzt.
Fig. 2c zeigt den Teil-Flächenbereich 21 , das Linienraster 26, den Musterbereich 23 und den Hintergrundbereich 22. Weiter zeigt Fig. 2c einen optischen Eindruck 31 eines Betrachters, der die Teilfläche 21 von der linken Seite betrachtet und einen optischen Eindruck 32 eines Betrachters, der den Teil-Flächenbereich von der rechten Seite betrachtet.
Wie in Fig. 2c gezeigt, decken die Rasterlinien 26 des Verifizierungselements 20 nur die Flächenbereiche des Hintergrundbereiches 22 mit negativen Azimutwinkeln und nur Flächenbereiche des Musterbereiches 21 mit positiven Azimutwinkeln ab. Wenn der Teil-Flächenbereich 21 von einem negativen Azimutwinkel, also von links betrachtet wird, ist demnach der Hintergrundbereich 22 dunkel und der Musterbereich 23 hell. Wenn der Teilbereich 21 von der positiven Azimutwinkel-Seite, also von rechts, betrachtet wird, ist der Hintergrundbereich 22 hell und der Musterbereich 23 dunkel.
Der optische Eindruck 31 zeigt somit eine Abdeckung 312 durch die Rasterlinie 26, dunkle Bereiche 311 und 314 im Bereich des Hintergrundbereichs 22 und einen hellen Bereich 313 im Bereich des Musterbereichs 23. Im Gegenzug zeigt der optische Eindruck 23 eine Abdeckung 322 durch die Rasterlinie 26 und helle Bereiche 321 und 324 im Bereich des Hintergrundbereichs 22 und einen dunklen Bereich 323 im Bereich des Musterbereichs 23.
Bei einer realen Betrachtung verschwinden die Abdeckungen 312 und 322, da sich die Periode der Parameter-Variations-Funktion in einer Grössenordnung bewegt, die vom menschlichen Auge nicht mehr auflösbar ist. Demnach ergeben sich für den Betrachter von der linken Seite helle Musterbereiche und dunkle Hintergrundbereiche und für den Betrachter von der rechten Seite dunkle Musterbereiche und ein heller Hintergrundbereich. Wird das Verifizierungselement 20 um eine halbe Periode der Parameter-Variations-Funktion verschoben, so ergibt sich der gegenteilige Eindruck, also ein heller Hintergrundbereich und dunkle Musterbereiche bei der Betrachtung von der linken Seite und ein dunkler Hintergrundbereich und helle Musterbereiche bei der Betrachtung von der rechten Seite. Wird das optische Sicherheitselement demnach durch das Verifizierungselement 20 betrachtet, wird eine dynamische Kontrolle des Helligkeits-Kontrastes realisiert.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen nun zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen der Azimutwinkel der Reliefstruktur 17 durch eine periodische Parameter- Variations-Funktion variiert wird.
Fig. 3 zeigt einen Flächenbereich 33 mit einem Hintergrundbereich 34 und einem Musterbereich 35 sowie einen Teilbereich des Verifizierungselements 20 mit mehreren Rasterlinien 26.
Die Periode der Parameter-Variations-Funktion nach Fig. 3 beträgt 50 μm, so dass der Linienabstand der Rasterlinien 26 hier auch 50 μm beträgt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der Hintergrundbereich 34 von sechs Teilbereichen 341 bis 346 gebildet. Die Teilbereiche 341 bis 346 haben jeweils die Breite einer Periode der Parameter- Variations-Funktion, bei er es sich um eine periodisch aus parabolischen Teilstücken zusammengesetzte Funktion handelt. Der Musterbereich 35 wird von zwei Teilflächen 351 und 352 gebildet, die jeweils ebenfalls die Breite einer Periode der Parameter- Variations-Funktion besitzen.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a und Fig. 2b, werden von den Rasterlinien 26 entweder die negativen Azimutwinkel-Bereiche des Hintergrundbereiches 34 und die positiven Azimutwinkel-Bereiche des Musterbereiches 35 oder die positiven Azimutwinkel-Bereiche des Hintergrundbereiches 34 und die negativen Azimutwinkel-Bereiche des Musterbereiches 35 abgedeckt. Damit ergibt sich der anhand von Fig. 2c erläuterte Effekt, wobei im Vergleich zu dem Flächenbereich 27 aufgrund der sich unterscheidenden Parameter-Variations-Funktion das Erscheinungsbild aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen etwas unterschiedlich ist.
Fig. 4 zeigt einen Flächenbereich 4, der sich aus mehreren Teilbereichen 40 bis 49 zusammensetzt. Die Flächenbereiche 40 bis 49 werden jeweils von identischen Beugungsstrukturen gebildet, die jeweils eine Vielzahl von kreisförmig um das Zentrum der jeweiligen Teilfläche angeordneten konzentrischen Ringe aufweisen. Die Breite und Höhe einer Teilfläche beträgt etwa 100 μm, die Spatialfrequenz der Beugungsstruktur etwa 1.000 Linien pro Millimeter.
Damit zeigt Fig. 4 ein Beispiel einer periodischen Parameter-Variations-Funktion, bei der der Azimutwinkel der Beugungsstruktur 17 abhängig von dem Wert der X- und Y- Achse periodisch variiert ist. Diese Funktion zeigt damit eine Periodizität sowohl in die X- als auch in die Y-Achse, so dass versteckte Informationen bei unterschiedlicher Orientierung des Verifizierungselements 20 auslesbar sind. Musterbereiche werden nun in dem Flächenbereich 4 nach der in Fig. 3 gezeigten Art plaziert, so dass die Teilflächen 41 bis 46 von identischen, aber phasenverschobenen Teilflächen überdeckt werden. Hierbei ist eine Phasenverschiebung der Teilflächen eines möglichen Musterbereiches sowohl in X- als auch in Y-Richtung möglich, je nach Wahl dieser Phasenverschiebung ist der Musterbereich dann bei Ausrichtung des Gitters in Y- Richtung bzw. in X-Richtung auslesbar.
Im Folgenden wird anhand der Figuren Fig. 5a bis Fig. 5d ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem die Reliefstruktur ein Beugungsgitter ist, dessen Spatialfrequenz periodisch gemass der Parameter- Variations-Funktion variiert ist.
Fig. 5a bis Fig. 5c zeigen drei verschiedene Parameter-Variations-Funktionen 53, 54 und 55, die eine Spatialfrequenz 52 abhängig von einem Wert 51 der X-Achse des Flächenbereiches variieren. Der k-Vektor der in den Figuren 5a bis 5c beschriebenen Reliefstrukturen ist in Richtung der Y-Achse orientiert, so dass die Rillen der Relief Struktur parallel zur X-Achse orientiert sind. Die Rasterlinien 58 sind ebenfalls parallel zur X-Achse orientiert. Die Parameter-Variations-Funktion 53 ist eine sägezahnförmige Funktion, die die Spatialfrequenz im Bereich von 800 Linien pro Millimeter bis 1.200 Linien pro Millimeter sägezahnförmig variiert. Die Periode der Parameter-Variations-Funktion beträgt 50 μm. Bei den Minima der Parameter-Variations-Funktion 53, also bei einem Wert von 800 Linien pro Millimeter, ergibt sich ein roter Farbeindruck, der sich dann zum nächsten Maxima bei 1.200 Linien pro Millimeter linear in einen blauen Farbeindruck wandelt. Innerhalb einer Periode ändert sich demnach der Farbeindruck von rot nach blau. Die Farbeindrücke beziehen sich hierbei auf eine typische Beleuchtungs/Betrachtungs- winkelkombination.
Die Parameter-Variations-Funktion 54 ist eine Dreieck-Funktion mit einer Periode von 100 μm, die die Spatialfrequenz des Beugungsgitters von einem Minimalwert von 800 Linien pro Millimeter zu einem Maximalwert von 1.200 Linien pro Millimeter und zurück variiert. Damit ändert sich innerhalb einer Periode der Farbeindruck von rot zu blau und wieder zurück von blau nach rot.
Die Parameter-Variations-Funktion 55 ist eine Sinus-Funktion mit einer Periode von 100 μm, die die Spatialfrequenz des Beugungsgitters abhängig vom Wert der X-Achse von einem Minimalwert von 800 Linien pro Millimeter in einen Maximalwert von 1.200 Linien pro Millimeter und zurück variiert. Damit ergibt sich innerhalb einer Periode ein Farbeindruck von rot nach blau und zurück nach rot.
Da die Periode der Parameter-Variations-Funktionen 53 bis 55 unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegen, ergibt sich für den Betrachter innerhalb des Flächenbereiches ein einheitlicher Farbeindruck, der sich aus der Mischung des durch die Parameter-Variations-Funktion bestimmten Farbspektrums ergibt. Wird nun ein Verifizierungselement 57 mit den Rasterlinien 58, die einen der Periode der Parameter-Variations-Funktion entsprechenden Linienabstand 56 besitzen, auf dieses Beugungsgitter aufgebracht, so wird jeweils von den Rasterlinien 58 ein bestimmter Teil des Farbspektrums abgedeckt, so dass sich der Farbeindruck bei Bewegung des Verifizierungselements über das Beugungsgitter ändert.
Fig. 5d zeigt nun einen Flächenbereich 50 mit einem Hintergrundbereich 501 und einem Musterbereich 502. In dem Hintergrundbereich 501 ist die Spatialfrequenz der Reliefstruktur gemäss der Parameter-Variations-Funktion 54 variiert. In dem Musterbereich 502 ist die Spatialfrequenz der Reliefstruktur mit einer um eine halbe Periode, also um 50 μm, phasenverschobene Parameter-Variations-Funktion 54 variiert. Wird nun das Verifikationselement 57 mit dem Linienraster-Abstand 56 über den Flächenbereich 50 bewegt, so werden in dem Hintergrundbereich 501 und dem Musterbereich 502 jeweils unterschiedliche Farbbereiche abgedeckt, so dass der Musterbereich 502 für den menschlichen Betrachter einen anderen Farbeindruck als der Hintergrundbereich 501 vermittelt. Wird so das Verifikationselement 57 über den Musterbereich 50 bewegt, so ergibt sich beispielsweise zuerst der Eindruck eines blauen Musterbereiches und eines roten Hintergrundbereiches, der dann mit Bewegung des Verifikationselements stetig in einen roten Musterbereich vor einem blauen Hintergrundbereich übergeht.
Wie bereits oben in Bezug auf die Fig. 2b ausgeführt, dient Fig. 5d lediglich zur Erläuterung des Funktionsprinzips. Üblicherweise haben Musterbereiche eine Ausdehnung, die eine Vielzahl von Perioden der Parameter-Variations-Funktion umfasst und in einer Grössenordnung liegt, die für das menschliche Auge auflösbar ist.
Durch die Parameter-Variations-Funktion wird demnach zum einen der homogene Farbeindruck bestimmt, der sich in dem Fall ergibt, in dem kein Verifikationselement auf dem Flächenbereich 50 aufgelegt ist. Weiter wird durch die Parameter-Variations- Funktion bestimmt, wie sich die Farbe beim Verschieben des Verifikationselement über den Flächenbereich 50 ändert (z.B. abrupte Farbänderungen bei Verwendung der Parameter-Variations-Funktion 53), was als zusätzliches Sicherheitsmerkmal dient.
Anhand von Fig. 6a und Fig. 6b wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem die Reliefstruktur ein Beugungsgitter ist, dessen Profiltiefe periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion variiert ist.
Fig. 6a zeigt eine Reliefstruktur 61, deren Profiltiefe bei konstanter Spatialfrequenz durch eine periodische Parameter-Variations-Funktion mit einer Periode 63 variiert ist.
Bei der Reliefstruktur 61 handelt es sich bevorzugt um eine Beugungsstruktur erster Ordnung (Spatialfrequenzbereich bewegt sich im Bereich der Wellenlänge) oder eine Beugungsstruktur nullter Ordnung (Linienabstand ist kleiner als die Wellenlänge des Lichtes). Die Profiltiefe wird durch die periodische Parameter-Variations-Funktion im Vergleich zu der Spatialfrequenz des Beugungsgitters langsamer abhängig von dem Wert der X-Achse oder abhängig von dem Wert der X- und Y-Achse verändert. Die Periode der Parameter- Variations-Funktion beträgt zwischen 10 μm und 100 μm und hat bevorzugt einen Wert um 100 μm.
Die Reliefstruktur 61 nach Fig. 6a hat so beispielsweise eine Spatialfrequenz von 1.000 Linien pro Millimeter, der Linienabstand 62 beträgt so 1 μm. Die Periode 63 beträgt 100 μm und die Profiltiefe wird periodisch abhängig vom Wert einer Y-Achse 69 zwischen 0 nm und beispielsweise 150 nm variiert.
In Fig. 6b ist nun ein von einer X-Achse 68 und der Y-Achse 69 aufgespannter Flächenbereich 65 mit einem Hintergrundbereich 66 und einem Musterbereich 67 dargestellt, in dem die Relief Struktur 61 wie in Fig. 6a dargestellt periodisch in Richtung der Y-Achse variiert ist. Wie in Fig. 6b gezeigt, ist in dem Musterbereich 67 die Parameter-Variations-Funktion um eine halbe Periode, also um 50 μm, gegenüber der Parameter-Variations-Funktion des Hintergrundbereiches 66 verschoben.
Wird nun der Flächenbereich 65 durch ein Verifizierungselement mit einem Linienraster von 100 μm betrachtet, so werden in dem Hintergrundbereich 66 und dem Musterbereich 67 Bereiche mit unterschiedlichen Profiltiefen abgedeckt, so dass der Musterbereich 67 nicht mehr homogen erscheint. Beim Auflegen des Verifizierungselements ergibt sich somit ein Helligkeitskontrast zwischen Musterbereich und Hintergrundbereich, der sich bei Verschieben des Verifizierungselements ändert. Werden so von dem Linienraster die Bereiche des Hintergrundbereiches um 150 nm Profiltiefe abgedeckt, so erscheint der Hintergrundbereich dunkler, da der im Hintergrundbereich erzeugte optische Effekt durch Profiltiefen um die 0 nm bestimmt wird. Umgekehrt erscheint in dieser Position des Verifizierungselements der Musterbereich heller. Beim Verschieben des Verifizierungselements ändert sich dieser Effekt dann langsam in das Gegenteil, so dass der Hintergrundbereich heller und der Musterbereich dunkler erscheint. Anhand der Fig. 7a bis Fig. 7e wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem die Reliefform der Relief Struktur periodisch gemäss der Parameter- Variations-Funktion variiert ist.
Fig. 7a zeigt einen Flächenbereich 7 mit einem Musterbereich 74 und einem Hintergrundbereich 73. Der Flächenbereich 7 weist weiter in Richtung der X-Achse eine periodische Abfolge von Teilbereichen 71 und 72 auf, wobei in Teilbereichen 71 im Hintergrundbereich eine Reliefform 76 und im Musterbereich eine Reliefform 75 sowie in Teilbereichen 72 im Hintergrundbereich die Reliefform 75 und im Musterbereich die Reliefform 76 abgeformt ist.
Die Breite der Teilbereiche 71 und 72 beträgt weniger als 300 μm, so dass die Teilbereiche 71 und 72 nicht vom menschlichen Auge auflösbar sind. Die Reliefformen 75 und 76 stellen asymmetrische, zueinander gespiegelte Strukturen dar, so dass die Profilform 76 auch als Reliefstruktur 75 betrachtet werden kann, bei der der Azimutwinkel um 180 Grad gegenüber der Reliefform 75 gedreht ist. Typische Spatialfrequenzen der Profilformen 75 und 76 liegen im Bereich von 1.200 Linien pro Millimeter bis 150 Linien pro Millimeter.
Die Breite der Teilbereiche 71 und 72 beträgt so beispielsweise jeweils 50 μm, so dass die Periode der Parameter-Variations-Funktion des Flächenbereichs 7 100 μm beträgt. Die Spatialfrequenz der Profilformen 75 und 76 beträgt beispielsweise 1.150 Linien pro Millimeter.
Wird nun der Flächenbereich 7 ohne Verwendung eines Verifikationselementes betrachtet, ergibt sich im Flächenbereich 7 für den menschlichen Betrachter ein homogener Eindruck, der dem eines sinusförmigen Beugungsgitters mit einer Spatialfrequenz der Profilformen 75 und 76, also von 1.150 Linien pro Millimeter, entspricht.
Wenn ein Verifizierungselement mit einer Periode, die der Periode der Parameter- Variations-Funktion entspricht oder nahezu entspricht, auf den Flächenbereich 7 aufgelegt wird, wird der Musterbereich 74 sichtbar. Je nachdem, ob die Rasterlinien die Profilformen 75 oder 76 des Musterbereiches 74 abdecken, ergibt sich für den Betrachter ein dunkler Musterbereich vor einem hellen Hintergrundbereich bzw. ein heller Musterbereich vor einem dunklen Hintergrundbereich. Wir der Flächenbereich um 180 Grad gedreht, ergibt sich für den Betrachter der komplementäre Eindruck.
So ergibt sich beispielsweise bei Abdeckung der Teilbereiche 71 durch Rasterlinien 77 im Flächenbereich 7 der in Fig. 7d dargestellte Effekt, dass der Musterbereich 74 dunkel und der Hintergrundbereich 73 hell erscheint. Wird der Flächenbereich 7 um 180 Grad gedreht, so ergibt sich die in Fig. 7e gezeigte Situation eines hellen Musterbereiches 74 vor einem dunklen Hintergrundbereich 73. Da die Periode der Parameter-Variations-Funktion geringer als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges ist, sind die Rasterlinien 77 für den Betrachter nicht sichtbar, so dass bei der Betrachtung des Flächenbereiches in der Situation nach Fig. 7d für den Betrachter der dunkle Flächenbereich 74 vor dem hellen Hintergrundbereich 73 und in der Situation nach Fig. 7e der helle Musterbereich 74 vor dem dunklen Hintergrundbereich 73 sichtbar ist. Dieser zusätzliche Kipp-Effekt bei Betrachtung aus um 180° gegeneinander gedrehten Richtungen bildet ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal.
Natürlich ist es auch möglich, dass die Parameter-Variations-Funktion in den Teilbereichen 71 und 72 zwischen beliebigen anderen asymmetrischen Profilformen variiert ist. Weiter ist es auch möglich, dass die Parameter-Variations-Funktion keine binäre Funktion ist, die zwischen zwei unterschiedlichen Profilformen unterscheidet, sondern dass beispielsweise der Neigungswinkel der Profilform 75 linear gemäss einer Sinus-Funktion variiert ist. Auch hierdurch ergeben sich zusätzliche Sicherheitsmerkmale, die zur Erhöhung der Fälschungssicherheit beitragen.
Weiter ist auch allgemein die Verwendung von Parameter-Variations-Funktionen möglich, bei denen sich die Reliefform periodisch ändert. Das Reliefprofil kann so beispielsweise durch eine Funktion
f3(x) = fι(x) + f2(x)
dargestellt werden, bei der
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So ist es weiter auch möglich, dass die Parameter-Variations-Funktion die Reliefform der Reliefstruktur periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion variiert, indem sie die Breite der Täler der Reliefstruktur periodisch gemäss der Parameter-Variations- Funktion variiert.
Dies wird nun beispielhaft anhand der Figuren Fig. 8a bis Fig. 8e verdeutlicht.
In einem einer Periode der Parameter-Variations-Funktion entsprechenden Bereich 8 wird die Breite der Täler der Reliefstruktur bei konstanter Spatialfrequenz linear verkleinert. Wie in Fig. 8b dargestellt, wird so eine Breite 82 der Täler der Reliefstruktur entlang einer X-Achse 81 gemäss einer Funktion 83 variiert. Die Parameter-Variations- Funktion ist beispielsweise eine sägezahnförmige Funktion, die die Breite einer rechteckförmigen Reliefstruktur mit einem Linienabstand von 300 nm zwischen 230 und 70 nm variiert. Damit ergibt sich in einem Bereich a des Flächenbereiches 8 eine Profilform 84 (Fig. 8c), in einem Bereich b des Flächenbereiches 8 eine Profilform 85 (Fig. 8d) und in einem Bereich c des Flächenbereiches 8 eine Profilform 86 (Fig. 8e), wobei die Profilformen 84, 85 und 86 einen Linienabstand 87 von 300 nm besitzen.
Gemäss der gewählten Spatialfrequenz werden in den Bereichen a, b und c optische Effekte unterschiedlicher Farbe und Helligkeit erzeugt, so dass sich bei Phasenverschiebung von Muster- und Hintergrundbereich die bereits oben angeführten optischen Überlagerungseffekte bei Verwendung eines Verifikationselements / ohne Verwendung eines Verifikationselements ergeben.
Die Periode der Parameter-Variations-Funktion liegt hier vorzugsweise ebenfalls in dem Bereich von 40 bis 300 μm. Gemäss eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es auch möglich, als Relief Struktur eine Makrostruktur von mehr als 300 Linien pro Millimeter zu verwenden. Typische Perioden einer derartigen Makrostruktur betragen 10 μm. Makrostrukturen wirken so im wesentlichen durch Reflexion und nicht durch Beugung. Zwei derartige Makrostrukturen sind in den Figuren Fig. 9a und Fig. 9b gezeigt, wobei die Figur Fig. 9a eine Makrostruktur 91 mit einer Periode 93 und Figur Fig. 9b eine Makrostruktur 92 mit der Periode 93 beschreibt. Die Periode 93 beträgt beispielsweise 100 μm. Werden nun die Makrostrukturen 91 und 92 durch ein Verifikationselement mit einem der Periode 93 entsprechenden Linienabstand betrachtet, so sind je nach Lage des Verifikationselements unterschiedliche Bereiche der Makrostrukturen 91 und 92 sichtbar. In den Musterbereichen ist die Makrostruktur 91 nun gegenüber der Makrostruktur in dem Hintergrundbereich phasenverschoben, so dass im Hintergrundbereich und im Musterbereich bei Verwendung des Verifikationselements jeweils unterschiedliche Bereiche der Makrostrukturen 91 und 92 sichtbar sind. Wenn das Verifikationselement nicht aufgelegt ist, erscheint der gesamte Flächenbereich homogen. Bei Auflage des Verifikationselements ergibt sich ein Helligkeitskontrast zwischen dem Musterbereich und dem Hintergrundbereich.
Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren Fig. 1 bis Fig. 9d sind jeweils anhand der Verwendung eines linearen Linienrasters als Codierungsschema/ Verifikationselement erläutert. Wie bereits oben ausgeführt, ist es jedoch auch möglich, neben einem linearen Linienraster auch weitere, insbesondere auch zweidimensionale Raster zu verwenden. Fig. 10a zeigt so ein lineares Linienraster 101 und die Figuren Fig. 10b bis Fig. 10f weitere Linienraster 102 bis 106, die ebenfalls bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren Fig. 1 bis Fig. 9b Verwendung finden können.
Weiter ist es auch möglich, in einem Flächenbereich Musterbereiche vorzusehen, die bei unterschiedlichen Rastern Sichtbar werden. So ist in Fig. 11 ein Flächenbereich 110 gezeigt, bei dem verschiedene Musterbereiche 113 vorgesehen sind, die jeweils bei einem bestimmten Neigungswinkel eines Verifikationselements 11 Sichtbar werden. Wird nun das Verifikationselement 11 auf dem Flächenbereich 112 gedreht, so ergibt sich der Effekt eines sich bewegenden Bildes. Wird der Flächenbereich 112 ohne Verifikationselement 111 betrachtet, so ergibt sich der Eindruck eines homogenen Flächenbereichs 110. Derartige Musterbereiche 113 sind mit den Ausführungsbeispielen nach den Figuren Fig. 1 bis Fig. 9b realisierbar, wobei es natürlich auch möglich ist, unterschiedliche Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, um hier noch zusätzliche Farberscheinungen und betrachtungswinkelabhängige Sicherheitsmerkmale zu erzielen.
Weiter ist es möglich, ein Verifikationselement zu verwenden, dessen Raster nicht mit dem der Parameter-Variations-Funktion übereinstimmt. So kann das Verifikationselement beispielsweise eine Periode besitzen, die der zwei- oder mehrfachen Periode der Parameter-Variations-Funktion entspricht. Weiter kann das Verifikationselement auch ein hyperbolisches Muster einer der Periode der Parameter- Variations-Funktion entsprechenden Periode ausformen.
Die oben beschrieben Sicherheitsmerkmale können als allein stehende Sicherheitsmerkmale eingesetzt werden. Es ist jedoch auch mögliche, diese Sicherheitsmerkmale mit weiteren Sicherheitsmerkmalen innerhalb eines Sicherheitsprodukts zu kombinieren. Sie können so Teil eines OVDs (Optical Variable Device), beispielsweise Kinegram® oder Truststseal® sein und so beispielsweise den Hintergrund eines Kinegram® bilden. Weiter ist es möglich, dass die oben beschriebenen Sicherheitsmerkmale mosaikartig in einem OVD angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Sicherheitselement (1 ) mit einer Substratschicht (14), wobei in einem von einer X- und einer Y-Achse aufgespannten Flächenbereich (21, 27, 33, 4, 50, 7, 65) der Substratschicht eine durch Reliefparameter, insbesondere Reliefform, Relieftiefe, Spatialfrequenz und Azimutwinkel, definierte Relief Struktur (17) zur Erzeugung eines optisch erkennbaren Effektes abgeformt ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein oder mehrere der die Reliefstruktur definierenden Reliefparameter in dem Flächenbereiche (21, 27, 33, 4, 50, 7, 65) gemäss einer Parameter-Variations- Funktion (54, 54, 55) variiert sind, dass der Flächenbereiche (21 , 27, 33, 4, 50, 7, 65) in ein oder mehrere Musterbereiche (23, 30, 29, 35, 502, 74, 67) und einen Hintergrundbereich (22, 28, 34, 501 , 73, 66) geteilt ist und dass ein oder mehrere der die Reliefstruktur (17) definierenden Reliefparameter in den ein oder mehreren Musterbereichen (23, 29, 30, 35, 502, 74, 67) gemäss einer gegenüber der Parameter-Variations-Funktion des Hintergrundbereiches (22, 28, 34, 501, 73, 66) phasenverschobenen Parameter-Variations-Funktion variiert sind.
2. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion (54, 54, 55) eine periodische Parameter- Variations-Funktion (54, 54, 55) ist und ein oder mehrere der die Relief Struktur definierenden Reliefparameter in dem Flächenbereiche (21, 27, 33, 4, 50, 7, 65) periodisch gemäss der periodischen Parameter-Variations-Funktion (54, 54, 55) variiert sind.
3. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Periode (25, 56, 63, 93) der Parameter-Variations-Funktion (53, 54, 55) kleiner als 300 μm ist, insbesondere dem Bereich von 20 bis 200 μm entnommen ist.
4. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge ennzeichnet , dass die Phasenverschiebung der Parameter-Variations-Funktion zwischen Musterbereich und Hintergrundbereich etwa 180 Grad beträgt.
5. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Phasenverschiebung der Parameter-Variations-Funktion zwischen Musterbereich und Hintergrundbereich gemäß des einzustellenden Kontrastes gewählt ist.
6. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Relief Struktur ein Beugungsgitter ist, dessen Azimutwinkel periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion variiert ist.
7. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der mittlere Azimutwinkel in Bezug auf das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges konstant ist.
8. Optisches Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters (28, 33) abhängig von dem Wert der X-Achse periodisch variiert.
9. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters (28) derart variiert, dass sich das Beugungsgitter aus einer Vielzahl von schlangenlinienförmigen Linien zusammensetzt.
10. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion eine Sinusfunktion ist, die den Azimutwinkel des Beugungsgitters (28) abhängig von dem Wert der X-Achse variiert.
11. Optisches Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters (4) abhängig von dem Wert der X-Achse und dem Wert der Y-Achse periodisch variiert.
12. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion den Azimutwinkel des Beugungsgitters derartig variiert, dass das Beugungsgitter (4) sich aus einer Vielzahl von in konzentrischen Kreisen angeordneten Linien zusammensetzt.
13. Optisches Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , dass das Beugungsgitter eine Spatialfrequenz von mehr als 300 Linien pro mm hat, insbesondere eine Spatialfrequenz von 800 bis 1.200 Linien pro mm hat.
14. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Reliefstruktur (17) ein Beugungsgitter (50) ist, dessen Spatialfrequenz periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion (53, 54, 55) variiert ist.
15. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet . dass die mittlere Spatialfrequenz in Bezug auf das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges konstant ist.
16. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion (53, 54, 55) die Spatialfrequenz des Beugungsgitters (50) abhängig von dem Wert der X-Achse periodisch zwischen einer Maximalfrequenz, vorzugsweise 1.200 Linien pro mm, und einer Minimalfrequenz, vorzugsweise 800 Linien pro mm, variiert.
17. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion eine Sägezahn-Funktion (53), eine Dreieck- Funktion (54) oder eine Sinus-Funktion (55) ist.
18. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Reliefstruktur (17) ein Beugungsgitter (61) ist, dessen Profiltiefe periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion variiert ist.
19. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion die Profiltiefes des Beugungsgitters (61) abhängig von dem Wert der X-Achse periodisch zwischen einer Maximaltiefe, vorzugsweise 300 nm, und einer Minimaltiefe, vorzugsweise 50 nm, variiert.
20. Optisches Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , dass die Parameter-Variations-Funktion eine Dreiecks-, Rechtecks- oder Sinus- Funktion ist.
21. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Reliefform (75, 76) periodisch gemäss der Parameter-Variations-Funktion variiert ist.
22. Optisches Sicherheitselement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass die Reliefform periodisch zwischen zwei asymmetrischen, zueinander spiegelsymmetrischen Reliefformen (75, 76) variiert ist.
23. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Breite der Täler der Reliefstruktur periodisch gemäss der Parameter- Variations-Funktion variiert ist.
24. Optisches Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Reliefstruktur eine Makrostruktur mit einer Spatialfrequenz von weniger als 300 Linien pro Millimeter ist.
25. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der mittlere Azimutwinkel der Reliefstruktur (17) jeweils dem Azimutwinkel eines zugeordneten Verifikations-Rasters (101 bis 106) entspricht.
26. Optisches Sicherheitselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Phasenverschiebung zwischen Hintergrundbereich und Musterbereich von einer weiteren Funktionsänderung begleitet ist.
27. System zur Visualisierung von versteckten Informationen mit einem optischen Sicherheitselement (1), das eine Substratschicht (14) aufweist, in die in einem von einer X- und einer Y-Achse aufgespannten Flächenbereich (21, 27, 33, 4, 50, 7, 65) der Substratschicht (14) eine durch Reliefparameter, insbesondere Reliefform, Relieftiefe, Spatialfrequenz und Azimutwinkel, definierte Relief Struktur (17) zur Erzeugung eines optisch erkennbaren Effekts abgeformt ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein oder mehrere der die Reliefstruktur definierenden Reliefparameter in dem Flächenbereich (21, 27, 33, 4, 50, 7, 65) periodisch gemäss einer periodischen Parameter-Variations-Funktion variiert sind, dass der Flächenbereich in ein oder mehrere Musterbereiche (23, 30, 29, 35, 502, 74, 67) und einen Hintergrundbereich (22, 28, 34, 501, 73, 66) geteilt ist, dass ein oder mehrere der die Relief Struktur definierenden Reliefparameter in den ein oder mehreren Musterbereichen gemäss einer gegenüber der Parameter-Variations-Funktion des Hintergrundbereiches phasenverschobenen Parameter-Variations-Funktion variiert sind und dass das System weiter ein Verifikationselement (20, 57, 101) aufweist, das ein durch eine periodische Transmissions-Funktion definiertes Verifikations-Raster besitzt, dessen Periode der Periode der Parameter-Variations-Funktion entspricht.
28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die Transmissions-Funktion eine nicht binäre Transmissions-Funktion, insbesondere eine Sinus-Funktion ist.
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