Die Erfindung betrifft einen optischen Informationsträger der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Solche optische Informationsträger mit einer optischen Beugungsstruktur eignen sich beispielsweise zur Erhöhung der Fälschungssicherheit und der auffälligen Kennzeichnung von Gegenständen aller Art und sind insbesondere bei Wertpapieren, Ausweisen, Zahlungsmitteln und ähnlichen, zu sichernden Gegenständen verwendbar.
Aus der europäischen Patentschrift EP 328 086 ist ein optischer Informationsträger bekannt, bei dem in einer vollflächig metallisierten Schicht ein erstes Hologramm und in einer darüber liegenden, teilweise metallisierten Schicht ein zweites Hologramm gespeichert ist. Die beiden Hologramme sind in geringem Abstand angeordnet und unter verschiedenen Blickwinkeln sichtbar. Eine Korrelation irgendwelcher Art zwischen den beiden Hologrammen ist nicht vorgesehen. Ein solcher optischer Informationsträger ist mit herkömmlichen holografischen Methoden kopierbar.
Aus der europäischen Patentschrift EP 12 375 ist ein optischer Informationsträger bekannt, bei dem drei Gitterschichten mit drei Farbauszugsbildern einander direkt überlagert sind. Die Herstellung dieses Informationsträgers gestaltet sich aufwändig, da die drei Gitterschichten passgenau angeordnet werden müssen, damit sich ein farblich einwandfreies Bild ergibt.
Aus der englischen Patentschrift GB 2 237 774 sind Herstellungsprozesse für Hologramme bekannt, bei denen zwei einzelne Hologramme zusammengeklebt werden oder bei denen direkt über dem Hologramm eine Druckschicht aufgetragen wird. Spezielle optische Effekte, die sich aus dem Zusammenspiel der beiden Hologramme oder dem Hologramm und der Druckschicht ergeben könnten, sind keine erläutert.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 2 350 109 ist eine als holografisches Aufzeichnungsmedium dienende Folie bekannt. Sowohl in die Unterseite wie in die Oberseite der Folie sind Reliefmuster abgeformt, die holografische Informationen darstellen. Die Hologramme sind nach einem speziellen Verfahren aufgezeichnet, damit die beidseitig der Folie gespeicherten Hologramme getrennt auslesbar sind. Eine optische Korrelation zwischen den Hologrammen auf der einen Seite und den Hologrammen auf der anderen Seite wird durch das spezielle Aufzeichnungsverfahren soweit als möglich verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen optischen Informationsträger vorzuschlagen, der mit holografischen Methoden nicht kopierbare optische Sicherheitsmerkmale aufweist und der einfach in grossen Stückzahlen herstellbar ist.
Die Lösung der Aufgabe beruht auf der Idee, den optischen Informationsträger mit wenigstens zwei optisch wirksamen Strukturen zu versehen, die in verschiedenen Ebenen angeordnet sind und die gemeinsam einen charakteristischen optischen Effekt erzeugen. Wenigstens eine der beiden Strukturen ist eine mikroskopisch feine Reliefstruktur. Besonders schwer fälschbar sind dabei Informationsträger, bei denen eine hohe Registerhaltigkeit zwischen den beiden Strukturen erforderlich ist.
Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Informationsträger mit optisch wirksamen Strukturen zur Erzeugung von Moiré-Effekten,
Fig. 2 einen Informationsträger mit Lichtleitereigenschaften,
Fig. 3 einen Informationsträger mit einer integrierten Mikrolinse,
Fig. 4 einen als Retroreflektor wirkenden Informationsträger,
Fig. 5 einen Informationsträger mit auf Abschattungseffekten beruhenden Sicherheitsmerkmalen,
Fig. 6 Signaldiagramme,
Fig. 7, 8 einen Informationsträger, bei dem gewisse Informationen nur bei schräger Blickrichtung sichtbar sind,
Fig. 9 einen Informationsträger mit in verschiedenen Ebenen angeordneten, beugungswirksamen Reliefstrukturen,
Fig. 10a, b spezielle Merkmale des Informationsträgers der Fig. 9,
Fig. 11 einen Informationsträger mit einem verborgenen Sicherheitsmerkmal,
Fig.
12 einen irreversibel beschreibbaren Cheque,
Fig. 13 eine Anordnung zum registerhaltigen Prägen von Reliefstrukturen und
Fig. 14 eine Anordnung zum registerhaltigen Aufbringen von strukturierten Schichten.
Die Fig. 1 zeigt in nicht massstäblicher Zeichnung einen optischen Informationsträger 1 im Querschnitt, der als Schichtverbund 2 ausgebildet ist. Den Kern des Schichtverbundes 2 bildet eine Trägerfolie 3, deren Dicke d wenigstens 20 Mikrometer beträgt. Die Trägerfolie 3 kann jedoch auch wesentlich dicker sein, z.B. 100 oder 200 Mikrometer. Die Unterseite 4 und die Oberseite 5 der Trägerfolie 3 sind mit optisch wirksamen Strukturen 6, 7 versehen, deren Zusammenspiel unterschiedlichste, aber charakteristische optische Effekte ergibt. Die optisch wirksamen Strukturen 6, 7 können durch Abformung von mikroskopischen oder makroskopischen Reliefstrukturen in die Unter- und Oberseite 4 bzw. 5 und/oder durch Aufbringen von weiteren Schichten 8, 9 auf die Unter- und Oberseite 4 bzw. 5 gebildet sein.
In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die Basal-Strukturen 6 auf der Unterseite 4 der Trägerfolie 3 mikroskopisch feine Reliefstrukturen 10, die von der Basisschicht 8 bedeckt sind. Der optische Brechungsindex der Basisschicht 8 unterscheidet sich vom Brechungsindex der Trägerfolie 3 wenigstens in einem Teilbereich des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums. Die geometrischen Parameter der Reliefstrukturen 10, Linienabstand und Profilhöhe, liegen typisch im Bereich von einigen Zehntel Mikrometern bis zu einigen Mikrometern. Die Profilhöhe kann jedoch auch nur einige zehn Nanometer betragen. Die Reliefstrukturen 10 beugen auftreffendes Licht und bewirken vom menschlichen Auge erkennbare beugungsoptische Effekte. Die Leuchtkraft der Reliefstrukturen 10 hängt von der Differenz der Brechungsindizes der die Reliefstrukturen 10 unmittelbar einbettenden Schichten 3, 8 ab.
Die Top-Strukturen 7 auf der Oberseite 5 der Trägerfolie 3 sind durch die Deckschicht 9 gebildet, indem die Deckschicht 9 die Trägerfolie 3 nur teilweise bedeckt. Die Top-Strukturen 7 bilden demnach auf der Oberseite 5 ein makroskopisches Muster aus durch die Deckschicht 9 gebildeten Flächen, die die Oberseite 5 bedecken, und Lücken, wo die Oberseite 5 freiliegt. Die Abmessungen der Lücken liegen in einer x-Richtung im Bereich von zehn Mikrometern und mehr, typisch im Bereich von 20 bis 30 Mikrometern. In einer anderen Richtung können die Abmessungen der Lücken wesentlich grösser, z.B. ein Millimeter, sein. Die Deckschicht 9 ist für sichtbares Licht nicht durchsichtig. Sie ist beispielsweise eine dünne Metallschicht oder eine drucktechnisch aufgebrachte Farbstoffschicht.
In der Regel ist die Schicht 8 von einer Klebeschicht 12 überzogen, sodass der Informationsträger 1 direkt mit der Oberfläche einer Basiskarte 13, z.B. einer Banknote, einer Ausweiskarte, eines Dokumentes oder dergleichen verbunden werden kann. Die Schichten 12, 8, 3 und 9 bilden den nicht zerstörungsfrei auftrennbaren Schichtverbund 2, sodass in der Form der Strukturen 6 und 7 vorhandene Informationen fälschungssicher im Schichtverbund 2 eingebettet sind.
Der Schichtverbund 2 erzeugt bei Beleuchtung unter normalen Beleuchtungsverhältnissen, z.B. bei Tageslicht, so genannte Moiré-Effekte. Weisses, polychromatisches Licht 11, das durch die Lücken in der Deckschicht 9 in das Innere des Schichtverbundes 2 einfällt, wird an den Reliefstrukturen 10 reflektiert und in Richtungen 14 gebeugt, deren Winkel theta ( lambda ) von der Einfallsrichtung und von der Wellenlänge lambda des Lichtes 11 abhängen. Die Top-Strukturen 7 bilden eine Maske, die gebeugtes Licht 18 nur dort wieder aus dem Schichtverbund 2 austreten lassen, wo die Deckschicht 9 auf der Oberseite 5 fehlt. Die Strukturen 6 und 7 bewirken also zusammen, dass in Funktion des Einfallswinkels des Lichtes 11 bestimmte Farbanteile des Lichtes 11 ausgefiltert werden und im austretenden Licht 18 fehlen.
Dabei spielt natürlich auch die Dicke d der Trägerfolie 3 eine entscheidende Rolle. Durch Ändern der Einfallsrichtung, beispielsweise durch Drehen und/oder Kippen des Informationsträgers 1, sieht der Betrachter aufgrund des Moiré-Effektes ein wechselndes Farbenspiel. Die Strukturen 6, 7 selbst sind vom unbewaffneten Auge nicht zu erkennen.
Die Reliefstrukturen 10 sind beispielsweise ein Gitter mit geraden oder gekrümmten Furchen. Die Verwendung von Reliefstrukturen 10 mit einer asymmetrischen, beispielsweise sägezahnförmigen, Profilform führt dazu, dass die Intensität des in die positiven Beugungsordnungen gebeugten Lichtes grösser ist als die Intensität des in die negativen Beugungsordnungen gebeugten Lichtes, sodass die Leuchtkraft des Farbenspiels bei einer Drehung des Informationsträgers um einen Winkel von 180 DEG markant ändert. Falls die Gitterparameter der Reliefstrukturen 10 auf der Unterseite 4 lokal vom Ort abhängen, zeigt das bei einem bestimmten Einfallswinkel des Lichtes 11 erzeugte Farbmuster örtlich verschiedene Farben.
Durch geeignete Dimensionierung des durch die Strukturen 7 gebildeten Musters können die Moiré-Effekte derart sein, dass die Lücken beispielsweise nie blau erscheinen, da blaues Licht ausgefiltert wird. Ein solcher Effekt kann mit in einer Ebene angeordneten Beugungsgittern nicht erreicht werden.
Sind die Basisschicht 8 und die Klebeschicht 12 als transparente Lackschichten ausgebildet und ist die freie, von der Deckschicht 9 nicht bedeckte Oberfläche anteilmässig genügend gross, dann ist durch den aufgeklebten Schichtverbund 2 hindurch die Oberfläche der Basiskarte 13 und damit beispielsweise auf die Basiskarte 13 aufgedruckte Information sichtbar. Ist die Basisschicht 8 hingegen eine metallische Schicht, die auftreffendes Licht nahezu vollständig reflektiert, dann verdeckt der aufgeklebte Schichtverbund 2 die Oberfläche der Basiskarte 13.
Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit Beugungsstrukturen auf der Unter- und Oberseite 4 bzw. 5 der Trägerfolie 3. In die Oberflächen 4 und 5 der Trägerfolie 3 sind Reliefstrukturen 10 und 15 abgeformt. Die beiden Schichten 8 und 9, welche die Reliefstrukturen 10 und 15 bedecken, sind metallische Reflexionsschichten. Die Basisschicht 8 ist vollflächig metallisiert, die Deckschicht 9 ist nur teilweise metallisiert. In der Deckschicht 9 befinden sich wenigstens zwei \ffnungen 16, 17, durch die Licht 11 in den Schichtverbund 2 eindringen und wieder herauskommen kann. Das durch die \ffnung 16 eingedrungene Licht 11 wird an beiden Reliefstrukturen 10 und 15 wenigstens einmal oder mehrmals reflektiert und gebeugt, bis es als austretendes Licht 18 den Schichtverbund 2 durch die \ffnung 17 wieder verlassen kann.
Die \ffnungen 16, 17 weisen beispielsweise einen Abstand A von einem Millimeter auf. Die Strukturen 6, 7 dienen somit als Lichtleiter. Da die Beugungswinkel alpha ( lambda ) und beta ( lambda ) von der Wellenlänge lambda abhängen, ergibt sich bei entsprechender Positionierung und Ausdehnung der \ffnungen 16, 17 auch eine Filterwirkung, sodass z.B. bei Beleuchtung mit weissem Licht 11 die \ffnungen 16, 17 farbig leuchten. Durch geeignete Wahl der Parameter der Reliefstrukturen 10, 15 und geeignete Wahl der Abstände A zwischen ausgewählten \ffnungen 16, 17 ist es möglich, dass bei Betrachtung in weissem Licht verschiedene, \ffnungen 16, 17 in verschiedenen Farben aufscheinen. Durch Drehen und/oder Kippen des Informationsträgers 1 können einzelne \ffnungen 16, 17 farbig aufscheinen, ihre Farbe verändern und auch wieder verblassen.
Ebenso ist eine Wahl der relevanten Parameter möglich, sodass bei Beleuchtung mit einfarbigem Licht einer ersten, z.B. roten, Farbe, die \ffnungen 16, 17 rot leuchten, während sie bei Beleuchtung mit einfarbigem Licht einer zweiten, z.B. grünen, Farbe, dunkel bleiben.
Diese Anordnung ist geeignet sowohl zur Erzeugung visuell nachprüfbarer Effekte als auch für maschinenlesbare Echtheitsprüfungen. Die Komplexität und damit der Schwierigkeitsgrad einer Fälschung lässt sich beliebig erhöhen, in dem mehr als zwei übereinander angeordnete Schichten mit beugenden Strukturen 6, 7 und \ffnungen 16, 17 vorgesehen werden.
Die Reliefstrukturen 15 können weitere sicherheitsrelevante Funktionen ausüben, indem die Reliefstrukturen 15 in den für die Lichtleiterfunktion nicht benötigten Flächenteilen der Oberfläche 5 so ausgelegt und mit der Schicht 9 beschichtet sind, dass sie beugungsoptische Effekte erzeugen, wie sie beispielsweise aus den europäischen Patentschriften EP 105 099 oder EP 375 833 bekannt sind. Weiter ist es möglich, vorbestimmte Bereiche der Strukturen 7 mit einer weiteren Schicht, z.B. einer Druckschicht, zu bedecken, um unerwünschte visuell erkennbare Beugungseffekte an den Reliefstrukturen 15 zu vermeiden.
Die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen optischen Informationsträger zeichnen sich durch eine hohe Fälschungssicherheit aus, da die in der unteren Ebene angeordneten Strukturen 6 weder optisch noch anderswie zugänglich sind. Die Strukturen 6 sind jedoch zur Erzeugung der gewünschten Lichtleiter- und Filtereffekte gleichermassen bedeutend wie die Strukturen 7.
Die Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung die Oberflächen 4 und 5 der Trägerfolie 3. In die Oberseite 5 ist als Struktur 7 (Fig. 1) eine Mikrolinse 19, im vorliegenden Fall eine Fresnellinse, in der Gestalt einer makroskopischen Reliefstruktur eingeformt. Auf der Unterseite 4 sind als Struktur 6 (Fig. 1) neun Teilflächen 20 matrixartig nebeneinander angeordnet, wobei sich die mittlere der neun Teilflächen 20 annähernd im Brennpunkt der Mikrolinse 19 befindet. Die in den Teilflächen 20 vorhandene Information ist in der Zeichnung symbolisch durch Buchstaben dargestellt. Die Brennweite der Mikrolinse 19 und die Dicke d der Trägerfolie 3 sind also aufeinander abgestimmt. Bei einem typischen Durchmesser der Mikrolinse 19 von 100 mu m und einer Profilhöhe von etwa 5 mu m sind ohne weiteres Brennweiten im Bereich von 100 mu m bis 250 mu m erreichbar.
In die Teilflächen 20 sind mikroskopische Reliefstrukturen 10 eingeformt, die verschiedene Funktionen erfüllen können. Die Mikrolinse 19 und die zugeordneten neun Teilflächen 20 bilden eine Informationseinheit. Der Informationsträger 1 enthält bevorzugt eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Mikrolinsen 19 mit zugeordneten Teilflächen 20.
Die Mikrolinse 19 fokussiert einfallendes Licht 11 in Abhängigkeit der Einfallsrichtung auf die eine oder andere Teilfläche 20, sodass nur die Reliefstrukturen 10 einer einzigen Teilfläche 20 beleuchtet sind. Bei einem vorteilhaft als optischer ROM-Speicher ausgebildeten Informationsträger 1 beugen die Reliefstrukturen 10 Licht in einen oder mehrere Teilstrahlen 21 vorbestimmter Richtung. Die Reliefstrukturen 10 variieren von Teilfläche 20 zu Teilfläche 20 entsprechend der gespeicherten Information. Mittels eines Lesegerätes, das eingerichtet ist, die Intensitäten der Teilstrahlen 21 zu analysieren, lässt sich die in der Teilfläche 20 gespeicherte Information maschinell bestimmen.
Ist beispielsweise eine Anzahl von acht Richtungen vorbestimmt, in die Licht als Teilstrahl 21 gebeugt werden kann, dann kann jede Teilfläche 20 acht Bit speichern: Bei einem Bit mit dem binären Wert "1" wird Licht in die entsprechende Richtung gebeugt, bei einem Bit mit dem binären Wert "0" wird kein Licht in die entsprechende Richtung gebeugt.
Der Informationsträger 1 kann auch als WORM-Speicher ausgelegt sein. In diesem Fall ist in jeder Teilfläche 20 nur ein einziges Bit speicherbar. Unmittelbar nach der Herstellung des Informationsträgers 1 weist jede Teilfläche 20 eine identische, intakte Reliefstruktur 10 auf, die Licht als Teilstrahl 21 in wenigstens eine vorbestimmte Richtung beugt. Die intakte Reliefstruktur 10 stellt ein Bit "1" dar. Das Lesen des Bits erfolgt mit einem Lichtstrahl geringer Intensität. Mit einem Lichtstrahl hoher Intensität, den das in einen Hochleistungsmodus geschaltete Lesegerät erzeugt, kann die Reliefstruktur 10 so weit verändert werden, dass sie kein oder nicht mehr genügend Licht als Teilstrahl 21 in die vorbestimmten Richtungen zu beugen vermag: die veränderte Reliefstruktur 10 stellt ein Bit "0" dar.
Zum Schreiben eines Bits "0" ist vergleichsweise wenig Energie erforderlich, da die Mikrolinse 19 das Licht auf die zu zerstörende Reliefstruktur 10 fokussiert. Mit jeder Mikrolinse 19 sind in unserem Beispiel neun als Speicherzelle für ein einziges Bit dienende Teilflächen 20 lesbar, wobei die Adressierung der richtigen Teilfläche 20 durch die Einstellung der Einfallsrichtung des Lichtes 11 erfolgt.
Bei einer anderen Ausführung bilden jeweils die an der gleichen Stelle angeordneten Teilflächen 20 aller Informationseinheiten Pixel eines Bildes. Mit neun Teilflächen 20 lassen sich somit neun Bilder darstellen, wobei in Abhängigkeit der Richtung einfallenden Lichtes 11 jeweils das eine oder andere der neun Bilder sichtbar wird. Ein Bild kann nicht nur als gewöhnliches Druckbild, sondern auch als ein aus Beugungsstrukturen zusammengesetztes Bild ausgebildet sein, wobei die Parameter der Beugungsstrukturen von Bildpunkt zu Bildpunkt, d.h. von zugeordneter Teilfläche 20 zur nächsten zugeordneten Teilfläche 20 variieren können.
Ein solches Bild kann deshalb kinematische Beugungseffekte erzeugen, d.h. dass das Bild bei fester Einfallsrichtung des Lichtes unter verschiedenen Blickwinkeln einen unterschiedlichen optischen Eindruck vermittelt, wie er z.B. aus den europäischen Patentschriften EP 105 099 oder EP 375 833 bekannt ist.
Die Fig. 4 zeigt den Informationsträger 1, bei dem die Oberseite 5 der Trägerfolie 3 als Struktur 7 wiederum eine als Mikrolinse 19 wirkende Reliefstruktur 15 aufweist. Die Unterseite 4 weist als Struktur 6 die mit der Schicht 8 metallisierte Reliefstruktur 10 auf, die als Reflektor 22 wirkt. Parallel einfallendes Licht 11 wird von der Mikrolinse 19 in Abhängigkeit der Einfallsrichtung als eine Vielzahl von Teilstrahlen 23, 24 auf einen bestimmten Punkt P auf dem Reflektor 22 fokussiert. Die Reliefstruktur 10 des Reflektors 22 ist nun so ausgebildet, dass der lokal auf den Punkt P auftreffende Teilstrahl 23 in der Gegenrichtung des auf den Punkt P auftreffenden Teilstrahles 24 gebeugt und/oder reflektiert wird. Damit wird erreicht, dass das auf die Mikrolinse 19 auftreffende Licht in die entgegengesetzte Richtung reflektiert wird.
Die Kombination von Mikrolinse 19 und Reflektor 22 bildet somit einen Retroreflektor. Der Retroreflektor ist auf einfache Weise, beispielsweise durch registerhaltiges Prägen der Reliefstrukturen 10, 15 in die Trägerfolie 3 aus thermoplastischem Werkstoff, herstellbar.
Ein Anwendungsbeispiel ist eine Banknote, bei der mehrere Retroreflektoren entlang einer Spur in vorbestimmten Abständen beispielsweise wie ein Strichcode angeordnet sind. Die im Strichcode gespeicherte Information ist mit einem optischen Lesegerät auslesbar, wenn die Spur am Lesekopf vorbeigeführt wird. Da das an den Retroreflektoren reflektierte Licht immer in die Einfallsrichtung zurückreflektiert wird, ist die Information auch bei einem Flattern der Banknote infolge einer hohen Transportgeschwindigkeit problemlos lesbar.
Die Fig. 5 zeigt den Informationsträger 1 in einer Ausführung, bei der in die Oberflächen 4, 5 der Trägerfolie 3 mikroskopisch feine, beugungswirksame Reliefstrukturen 10 bzw. 15 beispielsweise durch Prägen abgeformt sind. Die Reliefstruktur 10 besteht aus in ihrer Abmessung a lokal begrenzten beugungswirksamen Gitterstrukturen 25, die durch in regelmässigen Abständen angeordnete Lücken 27 der Breite b getrennt sind. Die Reliefstruktur 15 besteht aus lokal begrenzten Gitterstrukturen 26, deren Abmessung gleich der Breite b ist und die durch ungeprägte Teilflächen 28 mit der Abmessung a voneinander getrennt sind. Nur die Gitterstrukturen 25, 26 sind mit der reflektierend ausgebildeten Schicht 8 bzw. 9 bedeckt, während in den Lücken 27 und den Teilflächen 28 die Oberflächen 4, 5 der Trägerfolie 3 freiliegen. Die Werte a, b betragen typisch einige zehn Mikrometer.
Die Reliefstruktur 15 ist weiter mit einer Lackschicht 29 eingeebnet, die Reliefstruktur 10 ist mit der Klebeschicht 12 auf das Dokument 13 aufgeklebt. Das Dokument 13 befindet sich in einem Lesegerät 30, das eine Transporteinrichtung 31, eine Lichtquelle 32 und vier Photodetektoren 33, 34, 35 und 36 umfasst. Die Lichtquelle 32 sendet zwei Lichtstrahlen 37, 38 aus, die unter verschiedenen Winkeln gamma 1 bzw. gamma 2 auf die Gitterstrukturen 26 und/oder 25 auftreffen.
Die Photodetektoren 33-36 sind so angeordnet und die Parameter der beiden Gitterstrukturen 25, 26 sind so gewählt, dass ein gebeugtes Lichtbündel 37 min auf den Photodetektor 33 fällt, wenn der Lichtstrahl 37 an der Gitterstruktur 25 gebeugt wird, dass das gebeugte Lichtbündel 37 min min auf den Photodetektor 34 fällt, wenn die Gitterstruktur 26 den Lichtstrahl 37 beugt, dass das gebeugte Lichtbündel 38 min auf den Photodetektor 35 fällt, wenn der Lichtstrahl 38 unter dem Winkel gamma 2 auf die Gitterstruktur 26 auftrifft und dass das gebeugte Lichtbündel 38 min min auf den Photodetektor 36 fällt, wenn der Lichtstrahl 38 auf die Gitterstruktur 25 auftrifft.
Die Fig. 6 zeigt die Signale U33, U34, U35 und U36 am Ausgang der Photodetektoren 33-36 in Funktion der Zeit t bzw. t min , wenn die Transporteinrichtung 31 das Dokument 13 mit den Gitterstrukturen 25, 26 an der Lichtquelle 32 vorbeiführt. Die Zeitachse t min ist gegenüber der Zeitachse t um eine Zeitdauer t0 verschoben. Die Zeitdauer t0 hängt u.a. von den Winkeln gamma 1 und gamma 2, der Dicke der Trägerfolie 3 und dem den Beugungswinkel mitbestimmenden Gitterlinienabstand der Gitterstruktur 25 ab. Infolge von Abschattung durch die Gitterstruktur 26 sind die Signalimpulse U35 und U36 auf spezifische Weise verkürzt. Die Signale U33, U34, U35 und U36 werden vorteilhaft in digitale Binärsignale umgewandelt und mit geeigneten logischen Schaltungen in ein einziges Signal U aufbereitet, dessen zeitlicher Verlauf die Information enthält, ob das Dokument 13 echt ist.
Bei einer gefälschten Kopie, bei der die Gitterstrukturen 25 und 26 in einer Ebene angeordnet sind, treten beim Auslesen keine Abschattungseffekte und somit ein anderes Signal U auf. Abschattungseffekte treten auch dann auf, wenn die Gitterstruktur 25 durchgehend vorhanden und metallisiert ist und keine Lücken 27 vorhanden sind.
Die Fig. 7 und 8 zeigen den auf das Dokument 13 aufgebrachten Informationsträger 1 im Querschnitt und in der Draufsicht. Die vom Informationsträger 1 bedeckte Oberfläche 39 des Dokumentes 13 ist wenigstens teilweise mit visuell oder optisch maschinell lesbaren Informationen versehen, die beispielsweise drucktechnisch aufgebracht wurden. Die Strukturen 6, 7 sind mikroskopisch feine, identische Reliefstrukturen 10, 15, die teilweise mit der reflektierenden Schicht 8 bzw. 9 bedeckt sind.
Die teilweise Bedeckung der Reliefstrukturen durch die Schicht 8 ist so ausgeführt, dass die Schicht 8 ausserhalb des durch die Buchstaben des Wortes "VALID" gebildeten Schriftzuges zusammenhängend ist und dass die Schicht 8 innerhalb der Buchstaben parallele Streifen 40 bildet, die in einer Richtung bis an den Buchstabenrand reichen, in einer dazu senkrechten Richtung jedoch nur einige zehn Mikrometer breit sind. Der Abstand zwischen den Streifen 40 beträgt ebenfalls einige zehn Mikrometer, z.B. 50 oder 100 Mikrometer. Die Schicht 9 ist komplementär zur Schicht 8 ausgebildet, sodass die Oberfläche 39 bei senkrechter Beleuchtungsrichtung 41 nicht sichtbar ist und dass Teile der Oberfläche 39 bei Beleuchtung unter einem schrägen Einfallswinkel 8 und schräger Betrachtungsrichtung 42 sichtbar sind, wobei das Wort "VALID" erkennbar ist.
Die Breite der Streifen 40 und die Dicke der Trägerfolie 3 bestimmen den Winkel delta , unter dem das Wort "VALID" erkennbar ist. Der Bildinhalt, der innerhalb des Wortes "VALID" erscheint, ist bestimmt durch den Bildinhalt der Oberfläche 39 des Dokumentes 13. Da die Reliefstrukturen 10, 15 identisch ausgebildet sind und da der Abstand der Reliefstrukturen 10, 15 im Bereich von 30 bis 100 Mikrometern liegt, ist bei senkrechter Beleuchtungsrichtung von Auge ein Bildeindruck wahrnehmbar, wie wenn nur eine einzige, vollflächig reflektierende Struktur 6 oder 7 vorhanden wäre. Die Gestaltung der Reliefstrukturen 10, 15 unterliegt keinen Beschränkungen. Die geometrischen Parameter der Reliefstrukturen 10, 15 können örtlich variieren, um beugungsoptische Effekte der beispielsweise in den europäischen Patentschriften EP 105 099 oder EP 375 833 beschriebenen Art zu erzeugen.
Die Fig. 9 zeigt den Informationsträger 1, bei dem die Trägerfolie 3 selbst aus drei Schichten 43, 44, 45 besteht. Die äusseren Schichten 43, 45 sind prägbare Schichten, die mittlere Schicht 44 ist eine als Wachsschicht ausgebildete Zwischenschicht, die ein zerstörungsfreies Trennen der beiden Schichten 43 und 45 ermöglicht. Falls eine Trennung der Schichten 43 und 45 ausgeschlossen sein soll, ist die Schicht 44 eine Klebeschicht. Die Dicke der Schichten 43, 45 beträgt vorteilhaft wenigstens 10 mu m. Die Zwischenschicht 44 kann beliebig dünn sein. In die Oberflächen 4, 5 sind mikroskopisch feine Reliefstrukturen 10 bzw. 15 eingeformt, die vollständig oder, wie in der Fig. 9 dargestellt, teilweise mit der dielektrischen oder metallischen Schicht 8 bzw. 9 beschichtet sind.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Strukturen 6 und 7 in technischer Hinsicht unabhängig voneinander als beugungsoptisch wirksame Reliefstrukturen 10, 15 auszubilden. In gestalterischer Hinsicht ist es jedoch wichtig, Spatialfrequenzen und Orientierung der Reliefstrukturen 10, 15 so aufeinander abzustimmen, dass die von den Reliefstrukturen 10, 15 bei Beleuchtung erzeugten Bilder aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen wahrnehmbar sind. Ist die Trägerfolie 3 dicker als etwa zwei Mikrometer, dann treten bei einfallendem Tageslicht keine Interferenzen zwischen an beiden Strukturen 6 und 7 gebeugtem Licht auf. Je nachdem, ob die Schichten 8, 9 vollflächig oder nur teilweise aufgetragen sind und ob sie dielektrischen oder metallischen Charakters sind, ist die Oberfläche 39 des darunter liegenden Dokumentes 13 wenigstens teilweise sichtbar.
Es ist auch möglich, dass die Trägerfolie 3 nur aus einer Schicht besteht.
Die Fig. 10a zeigt das Muster auf der Oberseite 5 und - durch die Trägerfolie 3 hindurch gesehen, dasjenige auf der Unterseite 4. Die Schicht 8 bedeckt die Unterseite 4 (Fig. 9) vollständig mit Ausnahme des von den Buchstaben des Wortes "VOID" eingenommenen Platzes. Die Schicht 9 hingegen bedeckt die Oberseite 5 nur in der von den Buchstaben "VOID" belegten Fläche. Solange die aus den drei Schichten 43 (Fig. 9), 44, 45 gebildete Trägerfolie 3 unversehrt ist, ist das Wort "VOID" nicht erkennbar. Wird jedoch die obere Schicht 45 vom Rest der Trägerfolie 3 absichtlich oder unabsichtlich abgelöst, dann tragen die zurückbleibenden Teile mit der Schicht 43 und die abgelöste Schicht 45 beide das Merkmal "VOID", das die Entwertung oder die Wertlosigkeit des Dokumentes 13 sichtbar macht.
Auch der unberechtigte Versuch, den Informationsträger 1 vom Dokument 13 abzulösen und auf ein anderes Dokument zu übertragen, wird auf diese Weise erkannt. Die Fig. 10b zeigt eine andere Lösung zur Erzielung des gleichen Effektes.
In der Fig. 11 ist ein Informationsträger 1 dargestellt, der sowohl visuelle beugungsoptische Effekte erzeugt als auch verborgene, maschinenlesbare Informationen speichert. Die dielektrische Schicht 9 weist einen Brechungsindex n9 auf, der sich vom Brechungsindex n3 der Trägerfolie 3 im sichtbaren Bereich um höchstens 0,2 unterscheidet. Im infraroten und/oder ultravioletten Bereich darf der Brechungsindexunterschied grösser sein. Die Schicht 9 bildet Strukturen 7, in dem sie die Reliefstrukturen 15 entlang einer Datenspur in vorgegebener Weise bedeckt oder freilässt. Die Strukturen 7 beinhalten die optisch maschinenlesbare Information. Weiter sind die Strukturen 7 durch die Lackschicht 29 eingeebnet und vor Beschädigung oder Zerstörung geschützt. Der visuelle Bildeindruck beruht auf beugungsoptischen Effekten, die von der darunter liegenden Reliefstruktur 10 erzeugt werden.
Mit Vorteil weisen die Reliefstrukturen 10 nur Spatialfrequenzen und/oder Azimutorientierungen auf, die verschieden sind von der Spatialfrequenz und/oder Azimutorientierung der Reliefstrukturen 15, sodass beim maschinellen Auslesen der Information kein an den Reliefstrukturen 10 gebeugtes Licht auf die Fotodetektoren des Lesegerätes fällt. Die Lackschicht 29 besteht mit Vorteil aus dem gleichen Material wie die Trägerfolie 3, sodass sie den gleichen Brechungsindex wie die Trägerfolie 3 aufweist. Die verborgene Information ist, auch mit holografischen Methoden, äusserst schwer kopierbar.
Die Fig. 12 zeigt ein Feld 46 des als Cheque ausgebildeten Informationsträgers 1 in nicht massstäblicher, perspektivischer Ansicht. Das Feld 46 dient zur Darstellung einer Zeichenfolge 48 mit dem Wert des Cheques. Das Feld 46 beinhaltet beugungsoptisch wirksame kinematische Muster 47, wie sie beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 105 099 bekannt sind. Die Muster 47 sind als Strukturen 7 (Fig. 1) auf der Oberseite 5 der Trägerfolie 3 gebildet durch mikroskopisch feine Reliefstrukturen, die mit einer metallischen Deckschicht 9 (Fig. 1) bedeckt sind. Falls der Cheque einen festen vorbestimmten Wert von beispielsweise 100 Franken aufweisen soll, dann ist im Feld 46 die Zeichenfolge 48 z.B. als "*100.-*" eingeschrieben, indem die Deckschicht 9 die Trägerfolie 3 auf den von den Zeichen der Folge 48 belegten Flächen 49 freilässt.
Die Unterseite 4 der Trägerfolie 3 ist als visuell erkennbares Muster 50 ausgebildet, das eine entlang der x-Richtung ortsabhängige Information beinhaltet. Diese Information soll für eine die Echtheit des Cheques prüfende Person leicht überprüfbar sein. In der Fig. 12 wird diese Funktion durch in alphabetischer Reihenfolge angeordnete Buchstaben 51 erfüllt. Die Buchstaben 51 selbst sind als Beugungsstrukturen ausgebildet, sodass sie je nach der Einfallsrichtung des Lichtes 11 in unterschiedlichen Farben leuchten. Innerhalb der Zeichen der Folge 48 ist somit das Muster 50 sichtbar. Da das Muster 50 eine leicht überprüfbare ortsabhängige Information enthält, ist ein gefälschter Cheque sofort erkennbar, bei dem ein Zeichen der Ziffernfolge 48 durch ein Zeichen eines anderen Cheques ersetzt ist.
Der Wert eines Blankocheques kann von dem Aussteller in den Cheque mittels eines Gerätes hineingeschrieben werden, das die metallische Deckschicht 9 durch Zufuhr thermischer oder optischer Energie oder chemischer Ätzmittel lokal irreversibel so verändert, dass die Deckschicht 9 verdampft oder aufgelöst wird, sodass die derart behandelte Fläche durchsichtig wird. Dabei ist entweder die Dicke der Trägerfolie genügend gross bemessen oder die Deckschicht 9 ist aus einem Metall, das bei diesem Individualisierungsprozess schneller reagiert als das für die Basisschicht 8 gewählte Material, sodass die Reliefstrukturen 10 auf der Unterseite 4 nicht verändert werden.
Bei der Individualisierung mit Laserlicht wird für die Deckschicht 9 Tellur oder eine Tellurlegierung bevorzugt, da Tellur für gewisse Lichtwellenlängen einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist, sodass die Tellurschicht lokal abgetragen werden kann, ohne die darunter liegende Basisschicht 8 zu verändern. Für die Basisschicht 8 kann dann Aluminium verwendet werden, weil es Licht gut reflektiert und somit brillante Farbeffekte liefert.
Das Muster 50 auf der Unterseite 4 der Trägerfolie 3 ist vor unerlaubtem Zugriff irgendwelcher Art geschützt, sodass die im Muster 50 enthaltene ortsabhängige Information nicht veränderbar ist, ohne visuell erkennbare Spuren zu hinterlassen. Das Muster 50 und die Zeichenfolge 48 ergeben in ihrem Zusammenspiel einen hohen Schutz gegen Fälschungsversuche, da sowohl das Muster 50 als auch das Muster 47, in das die Zeichenfolge 48 eingeschrieben ist, schwer zu fälschende Strukturen 6, 7 (Fig. 2) sind.
Cheques mit vordefiniertem Wert können auch durch Zusammenkleben von zwei entsprechend den Mustern 50 bzw. 47 gestalteten Folien hergestellt werden, wobei die Individualisierung vor oder nach dem Zusammenkleben erfolgen kann.
Die Fig. 13 zeigt eine Anordnung zum registergenauen Prägen von Reliefstrukturen 10, 15 (Fig. 1). Die Anordnung umfasst eine Transporteinrichtung 52 für die als Folienband 53 ausgebildete Trägerfolie 3 und zwei Prägezylinder 54, 55. Die beiden Prägezylinder 54, 55 sind einander gegenüber angeordnet, wobei das Folienband 53 zwischen den Prägezylindern 54, 55 hindurchgeführt ist, sodass sie sich zur Erzeugung eines genügenden Prägedruckes gegenseitig als Gegendruckzylinder dienen. Durch geeignete Vorkehrungen, z.B. durch einen starr gekoppelten Antrieb der beiden Prägezylinder 54, 55, ist sichergestellt, dass die Prägezylinder 54, 55 synchron drehen, womit die Registerhaltigkeit der in die Oberflächen 4, 5 der Trägerfolie 3 geprägten Reliefstrukturen 10, 15 erreicht ist. Die Prägezylinder 54, 55 sind heizbar.
Die Trägerfolie 3 ist mit Vorteil als Schichtverbund ausgebildet, der eine mittlere temperaturbeständige Trägerschicht, z.B. aus Polyester, und zwei prägbare Lackschichten aufweist.
Es sind zwei grundsätzliche Verfahren bekannt, die geprägten Oberflächen mit der strukturierten Schicht 8 (bzw. 9) (Fig. 1) zu versehen, nämlich das selektive Entfernen der ganzflächig aufgebrachten Schicht 8 oder das lokale Aufbringen der Schicht 8. Das selektive Entfernen der Schicht 8 kann erfolgen, indem mit einem Druckverfahren ein strukturierter Schutzlack auf die Schicht 8 aufgebracht wird. Die nicht bedruckten Flächen der Schicht 8 werden anschliessend in einem Lösungsmittelbad, beispielsweise durch Ätzen, entfernt. Zuletzt wird der Schutzlack wieder entfernt. Das lokale Auftragen der Schicht 8 kann erfolgen, indem diejenigen Flächen mit einer Lackschicht bedruckt werden, die nicht von der Schicht 8 bedeckt sein sollen. Daraufhin wird die so behandelte Trägerfolie 3 ganzflächig mit der Schicht 8 beschichtet, beispielsweise durch Aufdampfen.
Mittels eines Waschprozesses in einem selektiv angreifenden Lösungsmittel wird die Lackschicht zusammen mit der darauf liegenden Schicht 8 entfernt.
Die Fig. 14 zeigt eine vorteilhafte Anordnung zum registergenauen Ausbilden der Strukturen 6, 7, soweit dies durch die Strukturierung der Schichten 8 und 9 (Fig. 1) erfolgt. Die Anordnung umfasst zwei vom Letterset-Verfahren bekannte Druckwerke 56, 57, die je eine Farbwanne 58 bzw. 59, eine Aniloxwalze 60 bzw. 61, einen Druckzylinder 62 bzw. 63 und einen Gummizylinder 64 bzw. 65 aufweisen und die so angeordnet sind, dass die als Folienband ausgebildete Trägerfolie 3 zwischen den beiden Gummizylindern 64 und 65 hindurchgeführt ist. Die Druckzylinder 62, 63, die die Druckvorlagen enthalten, werden über die Aniloxwalzen 60, 61 gleichmässig mit einem vorbestimmten flüssigen Mittel 66 aus der Farbwanne 58 bzw. 59 versehen.
Das Mittel 66 wird sodann durch den Druckzylinder 62 bzw. 63 gemäss der entsprechenden Druckvorlage auf den Gummizylinder 64 bzw. 65 und von diesem auf die entsprechende Oberfläche 4, 5 (Fig. 1) der Trägerfolie 3 übertragen. Das Antriebssystem der beiden Druckwerke 56, 57 ist gekoppelt, sodass die Druckzylinder 62, 63 und die Gummizylinder 64, 65 synchron drehen.
Das flüssige Mittel 66 kann der oben beschriebene Schutzlack oder die oben beschriebene Lackschicht sein. Das flüssige Mittel 66 kann jedoch auch eine Lauge sein, die die Schicht 8 bzw. 9 direkt auflöst, was insbesondere möglich ist, falls die Schichten 8, 9 dünne metallische Schichten aus z.B. Aluminium sind. Die Anordnung weist in diesem Fall weiter Düsen 67 auf, die die mittels der Lauge bereits strukturierten Schichten 8 und 9 beispielsweise mit Wasser besprühen, um Restbestände der Lauge zu entfernen. Mittels einer Trocknungsvorrichtung, die beispielsweise Quetschwalzen 68 und einen Ofen 69 umfasst, wird die nunmehr mit den Strukturen 6 und 7 versehene Trägerfolie 3 getrocknet. Mit Vorteil weist die Anordnung zudem Sensoren 70 auf zur Überprüfung der Registerhaltigkeit der Strukturen 6 und 7, damit die Druckwerke 56, 57 genau justiert werden können.
The invention relates to an optical information carrier of the type mentioned in the preamble of claim 1.
Such optical information carriers with an optical diffraction structure are suitable, for example, to increase the security against forgery and the conspicuous identification of objects of all kinds and can be used in particular for securities, ID cards, means of payment and similar objects to be secured.
An optical information carrier is known from the European patent specification EP 328 086, in which a first hologram is stored in a fully metallized layer and a second hologram in an overlying, partially metallized layer. The two holograms are arranged at a short distance and are visible from different angles. There is no correlation of any kind between the two holograms. Such an optical information carrier can be copied using conventional holographic methods.
An optical information carrier is known from European patent EP 12 375, in which three grating layers with three color separation images are directly superimposed on one another. The production of this information carrier is complex since the three grating layers have to be arranged precisely so that a color-perfect image results.
Manufacturing processes for holograms are known from the English patent specification GB 2 237 774, in which two individual holograms are glued together or in which a printing layer is applied directly over the hologram. Special optical effects that could result from the interaction of the two holograms or the hologram and the printing layer are not explained.
A film serving as a holographic recording medium is known from German published patent application DE 2 350 109. Relief patterns that represent holographic information are molded into both the underside and the top of the film. The holograms are recorded using a special procedure so that the holograms stored on both sides of the film can be read out separately. An optical correlation between the holograms on one side and the holograms on the other side is prevented as far as possible by the special recording method.
The invention is based on the object of proposing an optical information carrier which has optical security features which cannot be copied by holographic methods and which can be easily produced in large numbers.
The solution to the problem is based on the idea of providing the optical information carrier with at least two optically active structures which are arranged in different planes and which together produce a characteristic optical effect. At least one of the two structures is a microscopic relief structure. Information carriers that require a high level of register accuracy between the two structures are particularly difficult to forge.
The invention consists in the features specified in claim 1. Advantageous configurations result from the dependent claims.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Show it:
Fig. 1 an information carrier with optically effective structures for producing moiré effects,
Fig. 2 an information carrier with light guide properties,
Fig. 3 an information carrier with an integrated microlens,
Fig. 4 an information carrier acting as a retroreflector,
Fig. 5 an information carrier with security features based on shading effects,
Fig. 6 signal diagrams,
Fig. 7, 8 an information carrier in which certain information is only visible when looking obliquely,
Fig. 9 an information carrier with diffractive relief structures arranged in different planes,
Fig. 10a, b special features of the information carrier of FIG. 9,
Fig. 11 an information carrier with a hidden security feature,
Fig.
12 an irreversibly writable check,
Fig. 13 an arrangement for embossing relief structures in register and
Fig. 14 shows an arrangement for registering structured layers.
The Fig. 1 shows a cross-section of an optical information carrier 1, which is designed as a layer composite 2, in a drawing that is not to scale. The core of the layer composite 2 is formed by a carrier film 3, the thickness d of which is at least 20 micrometers. However, the carrier film 3 can also be much thicker, e.g. B. 100 or 200 microns. The underside 4 and the top 5 of the carrier film 3 are provided with optically active structures 6, 7, the interaction of which results in the most varied but characteristic optical effects. The optically active structures 6, 7 can be formed by molding microscopic or macroscopic relief structures in the bottom and top 4 or 5 and / or by applying further layers 8, 9 on the bottom and top 4 or 5 be formed.
In a first exemplary embodiment, the basal structures 6 on the underside 4 of the carrier film 3 are microscopic relief structures 10 which are covered by the base layer 8. The optical refractive index of the base layer 8 differs from the refractive index of the carrier film 3 at least in a partial area of the visible electromagnetic spectrum. The geometric parameters of the relief structures 10, line spacing and profile height, are typically in the range from a few tenths of a micron to a few microns. However, the profile height can only be a few tens of nanometers. The relief structures 10 diffract incident light and bring about diffraction-optical effects recognizable by the human eye. The luminosity of the relief structures 10 depends on the difference in the refractive indices of the layers 3, 8 which directly embed the relief structures 10.
The top structures 7 on the top 5 of the carrier film 3 are formed by the cover layer 9 in that the cover layer 9 only partially covers the carrier film 3. The top structures 7 accordingly form a macroscopic pattern on the top 5 from surfaces formed by the cover layer 9, which cover the top 5, and gaps where the top 5 is exposed. The dimensions of the gaps in an x direction are in the range of ten micrometers and more, typically in the range of 20 to 30 micrometers. In another direction, the dimensions of the gaps can be much larger, e.g. B. a millimeter. The cover layer 9 is not transparent to visible light. For example, it is a thin metal layer or a dye layer applied by printing.
As a rule, the layer 8 is covered by an adhesive layer 12, so that the information carrier 1 directly with the surface of a base card 13, for. B. a banknote, an identification card, a document or the like can be connected. The layers 12, 8, 3 and 9 form the layer composite 2, which cannot be separated without being destroyed, so that information in the form of the structures 6 and 7 is embedded in the layer composite 2 in a forgery-proof manner.
The layer composite 2 generates when illuminated under normal lighting conditions, for. B. in daylight, so-called moiré effects. White, polychromatic light 11, which falls through the gaps in the cover layer 9 into the interior of the layer composite 2, is reflected on the relief structures 10 and diffracted in directions 14, whose angle theta (lambda) from the direction of incidence and from the wavelength lambda of the light 11 depend. The top structures 7 form a mask which only allows diffracted light 18 to emerge again from the layer composite 2 where the top layer 9 is missing on the top 5. The structures 6 and 7 thus have the effect that, as a function of the angle of incidence of the light 11, certain color components of the light 11 are filtered out and are absent in the emerging light 18.
Of course, the thickness d of the carrier film 3 also plays a decisive role. By changing the direction of incidence, for example by rotating and / or tilting the information carrier 1, the viewer sees a changing play of colors due to the moiré effect. The structures 6, 7 themselves cannot be seen by the unarmed eye.
The relief structures 10 are, for example, a grid with straight or curved furrows. The use of relief structures 10 with an asymmetrical, for example sawtooth-shaped, profile shape means that the intensity of the light diffracted into the positive diffraction orders is greater than the intensity of the light diffracted into the negative diffraction orders, so that the luminosity of the play of colors changes when the information carrier is rotated changes an angle of 180 ° markedly. If the lattice parameters of the relief structures 10 on the underside 4 depend locally on the location, the color pattern generated at a certain angle of incidence of the light 11 shows locally different colors.
By suitably dimensioning the pattern formed by the structures 7, the moiré effects can be such that the gaps never appear blue, for example, because blue light is filtered out. Such an effect cannot be achieved with diffraction gratings arranged in one plane.
If the base layer 8 and the adhesive layer 12 are formed as transparent lacquer layers and the free surface, which is not covered by the cover layer 9, is sufficiently large in proportion, then the surface of the base card 13 and thus, for example, information printed on the base card 13 is through the bonded layer composite 2 visible. If, on the other hand, the base layer 8 is a metallic layer that reflects incident light almost completely, then the bonded-on layer composite 2 hides the surface of the base card 13.
The Fig. 2 shows a second exemplary embodiment with diffraction structures on the bottom and top 4 or 5 of the carrier film 3. Relief structures 10 and 15 are molded into the surfaces 4 and 5 of the carrier film 3. The two layers 8 and 9, which cover the relief structures 10 and 15, are metallic reflection layers. The base layer 8 is metallized over the entire surface, the cover layer 9 is only partially metallized. There are at least two openings 16, 17 in the cover layer 9, through which light 11 can penetrate the layer composite 2 and come out again. The light 11 that has penetrated through the opening 16 is reflected and diffracted at least once or several times at both relief structures 10 and 15 until it can leave the layer composite 2 through the opening 17 as the emerging light 18.
The openings 16, 17 are at a distance A of one millimeter, for example. The structures 6, 7 thus serve as light guides. Since the diffraction angles alpha (lambda) and beta (lambda) depend on the wavelength lambda, with appropriate positioning and expansion of the openings 16, 17 there is also a filter effect. B. when illuminated with white light 11, the openings 16, 17 light up in color. By a suitable choice of the parameters of the relief structures 10, 15 and a suitable choice of the distances A between selected openings 16, 17 it is possible that when viewed in white light different openings 16, 17 appear in different colors. By rotating and / or tilting the information carrier 1, individual openings 16, 17 can appear in color, change their color and also fade again.
A selection of the relevant parameters is also possible, so that when lighting with monochrome light a first, e.g. B. red, color, the openings 16, 17 glow red, while when illuminated with monochrome light a second, z. B. green, color, stay dark.
This arrangement is suitable both for producing visually verifiable effects and for machine-readable authenticity checks. The complexity and thus the degree of difficulty of a forgery can be increased as desired by providing more than two layers arranged above one another with diffractive structures 6, 7 and openings 16, 17.
The relief structures 15 can perform further safety-relevant functions in that the relief structures 15 in the surface parts of the surface 5 that are not required for the light guide function are designed and coated with the layer 9 in such a way that they produce optical diffraction effects, such as those found in European patent EP 105 099 or EP 375 833 are known. It is also possible to predetermined areas of the structures 7 with a further layer, for. B. a printing layer, in order to avoid undesirable visually recognizable diffraction effects on the relief structures 15.
The based on the Fig. 1 and 2 described optical information carriers are characterized by a high level of security against forgery, since the structures 6 arranged in the lower level are neither optically nor otherwise accessible. However, the structures 6 are equally important as the structures 7 for producing the desired light guide and filter effects.
The Fig. 3 shows a perspective view of the surfaces 4 and 5 of the carrier film 3. In the top 5 is as structure 7 (Fig. 1) a microlens 19, in the present case a Fresnel lens, molded in the shape of a macroscopic relief structure. On the underside 4, the structure 6 (FIG. 1) nine partial areas 20 arranged in a matrix-like manner, the middle of the nine partial areas 20 being approximately at the focal point of the microlens 19. The information present in the subareas 20 is symbolically represented in the drawing by letters. The focal length of the microlens 19 and the thickness d of the carrier film 3 are therefore matched to one another. With a typical diameter of the microlens 19 of 100 .mu.m and a profile height of about 5 .mu.m, focal lengths in the range from 100 .mu.m to 250 .mu.m can easily be achieved.
Microscopic relief structures 10, which can perform various functions, are molded into the partial surfaces 20. The microlens 19 and the assigned nine partial areas 20 form an information unit. The information carrier 1 preferably contains a multiplicity of microlenses 19 arranged next to one another with assigned partial areas 20.
The microlens 19 focuses incident light 11 on one or the other partial surface 20 depending on the direction of incidence, so that only the relief structures 10 of a single partial surface 20 are illuminated. In the case of an information carrier 1 which is advantageously embodied as an optical ROM memory, the relief structures 10 bend light in one or more partial beams 21 in a predetermined direction. The relief structures 10 vary from partial surface 20 to partial surface 20 in accordance with the stored information. The information stored in the partial surface 20 can be determined mechanically by means of a reading device which is set up to analyze the intensities of the partial beams 21.
If, for example, a number of eight directions in which light can be diffracted as partial beam 21 is predetermined, then each partial surface 20 can store eight bits: with a bit with the binary value "1", light is diffracted in the corresponding direction, with one bit with With the binary value "0", no light is diffracted in the corresponding direction.
The information carrier 1 can also be designed as a WORM memory. In this case, only a single bit can be stored in each partial area 20. Immediately after the production of the information carrier 1, each partial surface 20 has an identical, intact relief structure 10, which diffracts light as a partial beam 21 in at least one predetermined direction. The intact relief structure 10 represents a bit "1". The bit is read with a light beam of low intensity. With a light beam of high intensity, which is generated by the reading device switched to a high-performance mode, the relief structure 10 can be changed to such an extent that it is unable to bend no light or insufficient light as the partial beam 21 in the predetermined directions: the changed relief structure 10 represents one bit Represents "0".
Comparatively little energy is required to write a bit "0" since the microlens 19 focuses the light onto the relief structure 10 to be destroyed. With each microlens 19, nine partial areas 20 serving as a memory cell for a single bit can be read in our example, the correct partial area 20 being addressed by setting the direction of incidence of the light 11.
In another embodiment, the partial areas 20 of all information units arranged at the same location form pixels of an image. With nine partial surfaces 20, nine images can thus be represented, one or the other of the nine images becoming visible depending on the direction of the incident light 11. An image can be formed not only as an ordinary printed image, but also as an image composed of diffraction structures, the parameters of the diffraction structures from pixel to pixel, i. H. can vary from assigned sub-area 20 to the next assigned sub-area 20.
Such an image can therefore produce kinematic diffraction effects, i.e. H. that the image gives a different visual impression when the light is at a fixed angle of incidence from different angles, such as B. is known from European patents EP 105 099 or EP 375 833.
The Fig. 4 shows the information carrier 1, in which the top side 5 of the carrier film 3 as the structure 7 in turn has a relief structure 15 which acts as a microlens 19. The underside 4 has, as structure 6, the relief structure 10 metallized with the layer 8, which acts as a reflector 22. Light 11 incident in parallel is focused by the microlens 19 as a plurality of partial beams 23, 24 onto a specific point P on the reflector 22 depending on the direction of incidence. The relief structure 10 of the reflector 22 is now designed such that the partial beam 23 locally incident on the point P is diffracted and / or reflected in the opposite direction of the partial beam 24 incident on the point P. This ensures that the light incident on the microlens 19 is reflected in the opposite direction.
The combination of microlens 19 and reflector 22 thus forms a retroreflector. The retroreflector can be produced in a simple manner, for example by embossing the relief structures 10, 15 into the carrier film 3 from thermoplastic material.
An application example is a bank note in which a plurality of retroreflectors are arranged along a track at predetermined intervals, for example like a bar code. The information stored in the bar code can be read out with an optical reading device when the track is guided past the reading head. Since the light reflected at the retroreflectors is always reflected back in the direction of incidence, the information can be read easily even when the banknote flutters due to the high transport speed.
The Fig. 5 shows the information carrier 1 in an embodiment in which microscopic, diffractive relief structures 10 or 15 are molded, for example, by embossing. The relief structure 10 consists of locally limited diffraction-effective grating structures 25, which are separated by gaps 27 of the width b arranged at regular intervals. The relief structure 15 consists of locally limited lattice structures 26, the dimension of which is equal to the width b and which are separated from one another by unembossed partial areas 28 with the dimension a. Only the lattice structures 25, 26 are with the reflective layer 8 or 9 covered, while in the gaps 27 and the partial surfaces 28, the surfaces 4, 5 of the carrier film 3 are exposed. The values a, b are typically a few tens of micrometers.
The relief structure 15 is further leveled with a lacquer layer 29, the relief structure 10 is glued to the document 13 with the adhesive layer 12. The document 13 is located in a reading device 30 which comprises a transport device 31, a light source 32 and four photodetectors 33, 34, 35 and 36. The light source 32 emits two light beams 37, 38 which, at different angles, gamma 1 and gamma 2 impinge on the lattice structures 26 and / or 25.
The photodetectors 33-36 are arranged and the parameters of the two grating structures 25, 26 are selected such that a diffracted light bundle 37 min falls on the photodetector 33 when the light beam 37 is diffracted on the grating structure 25 so that the diffracted light bundle 37 min min falls on the photodetector 34 when the grating structure 26 bends the light beam 37, that the diffracted light bundle 38 min falls on the photodetector 35 when the light beam 38 strikes the grating structure 26 at the angle gamma 2 and that the diffracted light bundle 38 min falls on the photodetector 36 when the light beam 38 strikes the grating structure 25.
The Fig. 6 shows the signals U33, U34, U35 and U36 at the output of the photodetectors 33-36 as a function of the time t and t min when the transport device 31 guides the document 13 with the lattice structures 25, 26 past the light source 32. The time axis t min is shifted from the time axis t by a time period t0. The time period t0 depends. a. from the angles gamma 1 and gamma 2, the thickness of the carrier film 3 and the grating line spacing of the grating structure 25 which also determines the diffraction angle. As a result of shadowing by the lattice structure 26, the signal pulses U35 and U36 are shortened in a specific way. The signals U33, U34, U35 and U36 are advantageously converted into digital binary signals and processed with suitable logic circuits into a single signal U, the temporal course of which contains the information as to whether the document 13 is genuine.
In the case of a counterfeit copy, in which the lattice structures 25 and 26 are arranged in one plane, no shading effects and therefore a different signal U occur when reading out. Shading effects also occur if the lattice structure 25 is continuously present and metallized and there are no gaps 27.
The Fig. 7 and 8 show the information carrier 1 applied to the document 13 in cross section and in plan view. The surface 39 of the document 13 covered by the information carrier 1 is at least partially provided with visually or optically machine-readable information which has been applied, for example, by printing technology. The structures 6, 7 are microscopic, identical relief structures 10, 15, which are partially covered with the reflective layer 8 or 9 are covered.
The partial covering of the relief structures by the layer 8 is carried out in such a way that the layer 8 is connected outside the lettering formed by the letters of the word "VALID" and that the layer 8 forms parallel strips 40 within the letters which extend in one direction up to reach the edge of the letter, but are only a few tens of micrometers wide in a direction perpendicular to it. The distance between the strips 40 is also a few tens of micrometers, e.g. B. 50 or 100 microns. The layer 9 is complementary to the layer 8, so that the surface 39 is not visible when the direction of illumination 41 is vertical and that parts of the surface 39 are visible when illuminated at an oblique angle of incidence 8 and oblique viewing direction 42, the word "VALID" being recognizable.
The width of the strips 40 and the thickness of the carrier film 3 determine the angle delta at which the word "VALID" can be recognized. The image content that appears within the word "VALID" is determined by the image content of the surface 39 of the document 13. Since the relief structures 10, 15 are of identical design and since the distance between the relief structures 10, 15 is in the range from 30 to 100 micrometers, an image impression can be perceived by the eye when the direction of illumination is vertical, as if only a single, fully reflective structure 6 or 7 were present would. The design of the relief structures 10, 15 is not subject to any restrictions. The geometric parameters of the relief structures 10, 15 can vary locally in order to produce optical diffraction effects of the type described, for example, in European Patent EP 105 099 or EP 375 833.
The Fig. 9 shows the information carrier 1, in which the carrier film 3 itself consists of three layers 43, 44, 45. The outer layers 43, 45 are embossable layers, the middle layer 44 is an intermediate layer designed as a wax layer, which enables the two layers 43 and 45 to be separated without destruction. If a separation of layers 43 and 45 is to be excluded, layer 44 is an adhesive layer. The thickness of the layers 43, 45 is advantageously at least 10 μm. The intermediate layer 44 can be as thin as desired. Microscopic relief structures 10 or 15 molded in completely or, as in Fig. 9, partially with the dielectric or metallic layer 8 or 9 are coated.
With this structure, it is possible to design structures 6 and 7 independently of one another as diffraction-optical relief structures 10, 15 from a technical point of view. In terms of design, however, it is important to coordinate spatial frequencies and orientation of the relief structures 10, 15 in such a way that the images generated by the relief structures 10, 15 when illuminated are perceptible from different viewing directions. If the carrier film 3 is thicker than about two micrometers, then no interference occurs between the light diffracted at both structures 6 and 7 in the incident daylight. Depending on whether the layers 8, 9 are applied over the entire area or only partially and whether they are dielectric or metallic in character, the surface 39 of the underlying document 13 is at least partially visible.
It is also possible for the carrier film 3 to consist of only one layer.
The Fig. 10a shows the pattern on the upper side 5 and - seen through the carrier film 3, the one on the lower side 4. The layer 8 covers the bottom 4 (Fig. 9) Complete with the exception of the space occupied by the letters of the word "VOID". The layer 9, on the other hand, covers the top 5 only in the area occupied by the letters "VOID". As long as the three layers 43 (Fig. 9), 44, 45 formed carrier film 3 is intact, the word "VOID" is not recognizable. However, if the upper layer 45 is deliberately or unintentionally detached from the rest of the carrier film 3, the remaining parts with the layer 43 and the detached layer 45 both bear the feature “VOID”, which makes the cancellation or the worthlessness of the document 13 visible.
The unauthorized attempt to detach the information carrier 1 from the document 13 and to transfer it to another document is also recognized in this way. The Fig. 10b shows another solution to achieve the same effect.
In the Fig. An information carrier 1 is shown in FIG. 11, which generates visual diffraction-optical effects and also stores hidden, machine-readable information. The dielectric layer 9 has a refractive index n9 which differs from the refractive index n3 of the carrier film 3 in the visible range by at most 0.2. The refractive index difference may be larger in the infrared and / or ultraviolet range. The layer 9 forms structures 7 by covering or leaving the relief structures 15 along a data track in a predetermined manner. The structures 7 contain the optically machine-readable information. The structures 7 are also leveled by the lacquer layer 29 and protected against damage or destruction. The visual image impression is based on optical diffraction effects, which are generated by the relief structure 10 underneath.
The relief structures 10 advantageously have only spatial frequencies and / or azimuth orientations that are different from the spatial frequency and / or azimuth orientations of the relief structures 15, so that when the information is read out mechanically, no light diffracted at the relief structures 10 falls on the photodetectors of the reading device. The lacquer layer 29 advantageously consists of the same material as the carrier film 3, so that it has the same refractive index as the carrier film 3. The hidden information, even with holographic methods, is extremely difficult to copy.
The Fig. 12 shows a field 46 of the information carrier 1 designed as a check in a perspective view that is not to scale. The field 46 serves to represent a character string 48 with the value of the check. The field 46 contains diffraction-optically effective kinematic patterns 47, as are known for example from the European patent EP 105 099. The patterns 47 are structured 7 (FIG. 1) formed on the top 5 of the carrier film 3 by microscopic relief structures, which are covered with a metallic cover layer 9 (FIG. 1) are covered. If the check is to have a fixed predetermined value of, for example, 100 francs, then the string 48 is in the field 46 z. B. as "* 100. - * "inscribed by the cover layer 9 leaving the carrier film 3 free on the surfaces 49 occupied by the characters in the sequence 48.
The underside 4 of the carrier film 3 is designed as a visually recognizable pattern 50 which contains information which is location-dependent along the x direction. This information should be easy to check for a person checking the authenticity of the check. In the Fig. 12 this function is fulfilled by letters 51 arranged in alphabetical order. The letters 51 themselves are designed as diffraction structures, so that they shine in different colors depending on the direction of incidence of the light 11. Pattern 50 is thus visible within the characters of sequence 48. Since the pattern 50 contains an easily checkable location-dependent information, a falsified check can be recognized immediately, in which a character of the sequence 48 is replaced by a character of another check.
The value of a blank check can be written into the check by the exhibitor by means of a device which irreversibly changes the metallic cover layer 9 locally by supplying thermal or optical energy or chemical etching agents such that the cover layer 9 is evaporated or dissolved so that the surface treated in this way becomes transparent. Either the thickness of the carrier film is sufficiently large or the cover layer 9 is made of a metal that reacts faster in this individualization process than the material selected for the base layer 8, so that the relief structures 10 on the underside 4 are not changed.
When individualizing with laser light, tellurium or a tellurium alloy is preferred for the cover layer 9 because tellurium has a high absorption coefficient for certain light wavelengths, so that the tellurium layer can be removed locally without changing the underlying base layer 8. Aluminum can then be used for the base layer 8 because it reflects light well and thus provides brilliant color effects.
The pattern 50 on the underside 4 of the carrier film 3 is protected against unauthorized access of any kind, so that the location-dependent information contained in the pattern 50 cannot be changed without leaving visually recognizable traces. The interaction of the pattern 50 and the string 48 provides a high level of protection against attempts at forgery, since both the pattern 50 and the pattern 47 in which the string 48 is inscribed have structures 6, 7 which are difficult to forge (FIG. 2) are.
Checks with a predefined value can also be achieved by gluing two together according to the patterns 50 or 47 designed foils can be produced, whereby the individualization can take place before or after gluing.
The Fig. 13 shows an arrangement for register-accurate embossing of relief structures 10, 15 (FIG. 1). The arrangement comprises a transport device 52 for the carrier film 3 designed as a film belt 53 and two embossing cylinders 54, 55. The two embossing cylinders 54, 55 are arranged opposite one another, the film strip 53 being passed between the embossing cylinders 54, 55, so that they mutually serve as counter-pressure cylinders to generate a sufficient embossing pressure. By taking suitable precautions, e.g. B. A rigidly coupled drive of the two embossing cylinders 54, 55 ensures that the embossing cylinders 54, 55 rotate synchronously, which ensures that the relief structures 10, 15 embossed into the surfaces 4, 5 of the carrier film 3 are achieved. The embossing cylinders 54, 55 can be heated.
The carrier film 3 is advantageously formed as a layer composite, which has a medium temperature-resistant carrier layer, for. B. made of polyester, and has two embossable lacquer layers.
Two basic methods are known, the embossed surfaces with the structured layer 8 (or 9) (Fig. 1), namely the selective removal of the layer 8 applied over the entire area or the local application of the layer 8. The layer 8 can be selectively removed by applying a structured protective lacquer to the layer 8 using a printing process. The unprinted areas of layer 8 are then removed in a solvent bath, for example by etching. Finally, the protective varnish is removed again. The local application of the layer 8 can take place by printing on those surfaces with a lacquer layer that should not be covered by the layer 8. Thereupon, the carrier film 3 treated in this way is coated over the entire area with the layer 8, for example by vapor deposition.
The lacquer layer together with the layer 8 lying thereon is removed by means of a washing process in a selectively attacking solvent.
The Fig. 14 shows an advantageous arrangement for register-accurate formation of the structures 6, 7, insofar as this is achieved by structuring the layers 8 and 9 (FIG. 1) is done. The arrangement comprises two printing units 56, 57 known from the letterset method, each of which has an ink tray 58 or 59, an anilox roller 60 or 61, a pressure cylinder 62 or 63 and a rubber cylinder 64 or 65 and which are arranged such that the carrier film 3 designed as a film strip is passed between the two rubber cylinders 64 and 65. The printing cylinders 62, 63, which contain the printing originals, are uniformly fed with a predetermined liquid agent 66 from the ink tray 58 or, respectively, via the anilox rollers 60, 61. 59 provided.
The means 66 is then by the pressure cylinder 62 or 63 according to the corresponding template on the rubber cylinder 64 or 65 and from this to the corresponding surface 4, 5 (Fig. 1) transfer the carrier film 3. The drive system of the two printing units 56, 57 is coupled, so that the printing cylinders 62, 63 and the rubber cylinders 64, 65 rotate synchronously.
The liquid agent 66 can be the protective lacquer described above or the lacquer layer described above. However, the liquid agent 66 can also be an alkali which the layer 8 or 9 dissolves directly, which is particularly possible if the layers 8, 9 thin metallic layers of z. B. Are aluminum. In this case, the arrangement also has nozzles 67 which spray the layers 8 and 9 which have already been structured by means of the lye, for example with water, in order to remove residual amounts of the lye. The carrier film 3, which is now provided with the structures 6 and 7, is dried by means of a drying device which comprises, for example, squeeze rollers 68 and an oven 69. The arrangement also advantageously has sensors 70 for checking that the structures 6 and 7 are in register, so that the printing units 56, 57 can be precisely adjusted.