DE10100836A1 - Optisches Merkmal, insbesondere für Wertdokumente, und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, einsetzbar z. B. als Sicherheitsmerkmal für Wertdokumente, mit mindestens einem Hauptbereich mit jeweils einer Vielzahl von Unterbereichen, die jeweils eine diffraktive Struktur umfassen, die bei Laserbeleuchtung Licht in einer für den jeweiligen Unterbereich charakteristischen Richtung rekonstruiert. Die diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche eines Hauptbereiches sind dabei derart ausgestaltet, daß sich bei Laserbeleuchtung die rekonstruierten Lichtpunkte der Unterbereiche eines jeweiligen Hauptbereiches zu einem gewünschten Informationslichtmuster kombinieren, und die Anordnung der Unterbereiche auf dem jeweiligen Hauptbereich nicht dem Informationsmuster entspricht. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elements und ein Wertdokument mit dem erfindungsgemäßen optischen Element.

Description

Die Erfindung betrifft optische Elemente bzw. Sicherheitselemente, insbesondere für Wertdokumente und Verfahren zu deren Herstellung.

Dokumente, Urkunden, Banknoten, Ausweise, Plastikkarten etc. lassen sich mit Hilfe moderner hochauflösender Farbscanner sowie mit Hilfe von Farblaserdruckern bzw. Thermosublimationsdruckern detailgetreu und farbecht reproduzieren. Auch durch die allgemeine Erhältlichkeit von Farbkopierern ist es wesentlich einfacher geworden, hochwertige Fälschungen herzustellen.

Es besteht daher ein Bedürfnis, Dokumente, Ausweise, Banknoten, Wertpapiere, Plastikkarten etc. durch zusätzlich aufgebrachte Sicherheitsmerkmale fälschungssicher zu machen. Durch derartige Sicherheitsmerkmale kann zumindest bewirkt werden, daß die Herstellung einer qualitativ hochwertigen Fälschung stark verteuert wird. Als derartige Sicherheitsmerkmale sind Wasserzeichen, Seidenfäden, verschlungene Linienstrukturen, sowie die Verwendung besonderen Papiers bekannt. Auch das Aufbringen von metallisierten Prägehologrammen auf Banknoten, Kreditkarten und Eurocheckkarten hat sich inzwischen allgemein durchgesetzt.

Es ist jedoch zu befürchten, daß zunehmend ausgefeiltere Fälschungstechniken auch die Reproduktion von holographischen Strukturen, wie sie derzeit eingesetzt werden, ermöglichen wird. Wünschenswert ist es also, daß die Sicherheitselemente einen noch höheren Fälschungssicherheitsgrad aufweisen, so daß Wertdokumente noch fälschungssicherer und die Echtheitsverifikation zuverlässiger gemacht werden können.

Es wurden Hologramme mit sogenannten versteckten Informationen vorgeschlagen, um die Fälschungssicherheit zu erhöhen. Diese versteckte Information soll nur unter Laserbeleuchtung sichtbar sein. Versteckte Informationen können z. B. über Mattscheiben in die Tiefe eines unter Weißlicht sichtbaren holografischen Bildes zusätzlich hineinbelichtet werden, damit sie nicht bereits bei Weißlichtbeleuchtung, sondern nur unter Laserlicht sichtbar werden können. Derartig hergestellte versteckte Informationen streuen von vornherein und rekonstruieren weniger hell als das im Weißlicht sichtbare Hologrammimage selbst. Um die versteckte Information unter Laserlicht gut sehen zu können, muß außerdem der Raum um den Schirm, auf dem die Information abgebildet wird, abgedunkelt werden, so daß konstruktiv aufwendige Lesegeräte benötigt werden, bei denen störendes Tageslicht abgeblockt ist. Nach herkömmlichen Verfahren hergestellte versteckte Informationen in holografischen Images werden durch Aufbringen auf rauhe Substrate oder/und nach Intagliodruck z. B. auf Banknoten nicht mehr oder wenn überhaupt nur stark verrauscht unter hohem Informationsverlust mit Laserlicht auslesbar. Eine Verwendung höherer Laserlichtleistung (sehr viel größer als 2 mW pro cm²) und gleichzeitiger Vergrößerung des Abstandes des informationsauffangenden Schirmes könnte in eventuell abgedunkelter Umgebung eine bessere Erkennbarkeit der rekonstruierten Information erreichen. Dann sind aber einfach handhabbare und den internationalen Normen entsprechend zugelassene Auslesegeräte mit einer Laserlichtleistung kleiner 1 mW pro cm² nicht mehr verwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das versteckte holografische Informationen enthält und dennoch einfach und sicher auszulesen ist.

Diese Aufgabe wird mit einem optischen Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Wertdokument mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 12 bis 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes optisches Element weist zumindest einen Hauptbereich auf, der eine Vielzahl von Unterbereichen aufweist. Diese Unterbereiche weisen jeweils eine diffraktive Struktur auf, die für den Unterbereich charakteristisch ist. Bei Beleuchtung mit einem Laser oder einer Laserdiode, wird von der diffraktiven Struktur ein Lichtstrahl rekonstruiert, dessen Richtung für den jeweiligen Unterbereich charakteristisch ist. Die diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche eines Hauptbereiches sind dabei derart ausgerichtet und ausgestaltet, daß sich bei Laserbeleuchtung die rekonstruierten Lichtstrahlen der Unterbereiche eines Hauptbereiches zu einem gewünschten Informationslichtmuster kombinieren. Die Anordnung der Unterbereiche auf den zugehörigen Hauptbereich entspricht jedoch nicht der Form des Informationsmusters. Das optische Element wird also z. B. aus vielen kleinen, separaten, in ihrer Lage zueinander willkürlich gesetzten diffraktiven Gitterfeldern mit jeweils unterschiedlichen Ortsfrequenzen und unterschiedlichen Rekonstruktionswinkeln gebildet.

Die diffraktiven Strukturen können Hologramme sein, die die Lichtstrahlen in die gewünschte Richtung rekonstruieren, so daß sich unter Laserlichtbeleuchtung auf einem Schirm z. B. ein Lichtmuster auffangen läßt, das eine Information darstellt. Unter Laserbeleuchtung wird also auf einem Schirm, der sich in einem Mindestabstand von nur wenigen Millimetern zu dem optischen Element befindet, eine auslesbare Information in Form von Text, Zahlen oder informativen Mustern sichtbar, welche sich aus den rekonstruierten Lichtfeldern zusammensetzt. Die einzelnen Unterbereiche sind in dem jeweiligen Hauptbereich gegeneinander verschoben, so daß sie in ihrer Lage auf dem Hauptbereich nicht dem Informationsmuster entsprechen. So ist es auch mit Vergrößerungsmitteln unmöglich, bei Betrachtung des optischen Elements mit normalem Weißlicht zu erkennen, welche versteckte Information holographisch gespeichert ist. Dies gewährleistet eine sehr hohe Fälschungssicherheit und läßt trotzdem eine sichere Verifikation zu, wenn das optische Element mit Laserlicht beleuchtet wird. Die gesamte Struktur kann z. B. als Prägehologramm ausgestaltet sein.

Dabei ist auch eine Ausführungsform eingeschlossen, bei denen ein Hauptbereich mehrere Teile umfaßt, die dasselbe Muster in derselben Richtung rekonstruieren, wenn sie von einem gemeinsamen Laserlichtpunkt beleuchtet werden, d. h. ein Hauptbereich umfaßt gegebenenfalls einzelne Unterbereiche, die in dieselbe Richtung rekonsturieren, wenn sie mit einer Laserquelle beleuchtet werden. Auf diese Weise wird die Redundanz erhöht und der fälschungssichernde Effekt der versteckten Information wird verstärkt.

Vorzugsweise sind die Unterbereiche in einem Areal gegeneinander verschoben, das der Größe eines zum Auslesen benutzen Laserlichtfeldes entspricht, also z. B. der Fläche eines Lichtpunktes eines Laserpointers.

Die Beleuchtung zum Auslesen kann z. B. mit einer mobilen Laserlichtquelle geschehen oder in einer entsprechenden Auslesevorrichtung mit einem fest installierten Laser und einer Aufnahmeeinrichtung für das rekonstruierte Informationslichtbildmuster.

Die holographischen Strukturen in den Unterbereichen der Hauptbereiche können einfacherweise Gitterstrukturen sein, die bei Beleuchtung mit Laserlicht ein Interferenzmuster erzeugen. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Gitterstreifen eines jeden Unterbereiches parallel zueinander in einem konstanten Abstand angeordnet sind. Für jeden Unterbereich haben die Gitterstreifen die gleiche Winkelausrichtung. Eine solche Struktur ist einfach herzustellen und stellt unter Laserlicht einen genau definierten rekonstruierten Lichtpunkt zur Verfügung.

Die einzelnen Unterflächen können homogen mit den diffraktiven Strukturen belegt sein. Bei einer einfachen Herstellungsweise umfassen die einzelnen Unterflächen jeweils einzelne Dots. Derartige Dots lassen sich leicht mit Hilfe von computergesteuerten Belichtungseinrichtungen herstellen und bilden eine Dotmatrix. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine solche Dotmatrix mit dem Holomaxverfahren hergestellt wird, wie es in WO 97116772 beschrieben ist.

Die einzelnen Unterbereiche können so ausgestaltet und angeordnet sein, daß sich ein kontinuierliches Bild ergibt, wenn die Rekonstruktionsstrahlen, die sich zu einem Informationslichtmuster kombinieren, auf einem Schirm aufgefangen werden. Eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann erreicht werden, wenn die diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche eines Hauptbereiches derart ausgestaltet sind, daß sich die von den einzelnen Unterbereichen eines Hauptbereiches rekonstruierten Lichtpunkte nicht überdecken. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zwischen den diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche ausreichende Unterschiede in den Rekonstruktionseigenschaften bestehen, so daß die jeweiligen rekonstruierten Lichtpunkte sich nicht überdecken. Diese Unterschiede in den diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche gewährleisten, daß sich die diffraktiven Strukturen nebeneinander liegender Unterbereiche stark genug unterscheiden, daß kein Verschwimmen der Strukturen im Übergangsbereich möglich ist bzw. unschädlich ist. Gerade zum Einsatz auf Wertdokumenten mit einer rauhen Oberfläche, z. B. Banknoten, oder nach einem Intagliodruck ist eine solche Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses wünschenswert.

Eine solche unter Laserlicht auf einem Schirm sichtbar gemachte versteckte Information benötigt keine Abdunklung des Raumes um den Schirm und kann mit einfachen Laserpointern und einem Schirm aus Papier oder Plastik ausgelesen werden.

Zur Erzielung des gewünschten Effektes kann ein einzelner Hauptbereich ausreichend sein. Eine größere Redundanz und Leuchtstärke läßt sich erreichen, wenn das optische Element mehrere Hauptbereiche umfaßt, die untereinander gleichartig sind und gleichartig verteilte Unterbereiche umfassen.

Eine solche Struktur läßt sich z. B. mit Hilfe einer elektronischen Rechnereinheit herstellen. Es wird ein Datensatz errechnet, der Information über die Lage der einzelnen gegeneinander verschobenen Unterbereiche und die Ausgestaltung der diffraktiven Strukturen der einzelnen Unterbereiche enthält. Ein solcher Datensatz kann zur Steuerung einer Belichtungsvorrichtung für einen fotoempfindlichen Film eingesetzt werden. Die Verschiebung der Unterbereiche kann z. B. mit Hilfe eines Zufallsgenerators erreicht werden.

Mit Hilfe des entwickelten fotoempfindlichen Materials kann dann ein Prägehologramm hergestellt werden.

Die gegeneinander - verschobenen Unterbereiche eines oder mehrerer Hauptbereiche können zwischen sich Lücken aufweisen. Ein ansprechendes Äußeres des optischen Elementes ergibt sich, wenn in diese Lücken ein weiteres informationstragendes Imagemuster eingebracht wird, das auch in Weißlicht sichtbar ist. In den einzelnen Lücken wird dazu Information eingebracht, die sich bei Betrachtung unter Weißlicht zu einer Gesamtinformation oder einem Gesamtbild zusammensetzt. Das optische Element, das durch Verschiebung der Unterbereiche in den einzelnen Hauptbereichen entsteht, enthält keine in Weißlicht erkennbare sinnvolle Information. Insofern stellt es sich in der Regel als unstrukturiertes teppichartiges Element dar. Durch die zusätzlich in Weißlicht sichtbare Imagemusterausgestaltung ergibt sich ein ansprechendes Äußeres mit einer sichtbaren Information bzw. Bildinformation, obwohl das Sicherheitsmerkmal mit den verschiedenen verschobenen Unterbereichen keine Information in Weißlicht vermittelt.

Das zusätzlich aufgebrachte Imagemuster kann eine einfache Information oder Bild sein, das bei Betrachtung sichtbar ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn auch das Imagemuster eine holografische Struktur ist, die jedoch auch unter Weißlicht erkennbar ist, z. B. ein Regenbogenhologramm, gegebenenfalls farbgetrennt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der holografische Rekonstruktionswinkelbereich des zusätzlich eingebrachten Informationsmusters sich von dem Rekonstruktionswinkelbereich der gegeneinander verschobenen Unterbereiche unterscheidet. So wird die optimale Auslesbarkeit der unterschiedlichen Informationen sichergestellt.

Das erfindungsgemäße optische Element kann an jedem Gegenstand eingesetzt werden, an dem ein entsprechender optischer Effekt gewünscht wird. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz aufgrund der hohen Fälschungssicherheit jedoch bei Sicherheitsdokumenten, z. B. Banknoten. Unabhängig davon ist das erfindungsgemäße optische Element auch als ästhetisches Element einsetzbar.

Das erfindungsgemäße optische Element kann z. B. auf einer Folie, z. B. einer Präge- oder Photopolymerfolie massenweise realisiert werden, die dann auf dem Gegenstand, z. B. dem Wertdokument, aufgebracht wird.

Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Sicherheitselementes mit einer ersten Hologrammstruktur, die einen Teilbereich umfaßt, auf dem sich zumindest eine zweite Hologrammstruktur mit vorzugsweise von der ersten Hologrammstruktur unterschiedlichen Rekonstruktionseigenschaften befindet, umfaßt einen Heißsiegelprozeß zur Aufbringung der ersten Hologrammstruktur auf die zweite Hologrammstruktur. Eine Folie, die eine Hologrammstruktur trägt, wird auf die erste Hologrammstruktur gelegt. Mit Hilfe eines Heißprägestempels wird die zweite Hologrammstruktur in der gewünschten Form auf die erste Hologrammstruktur übertragen. Dabei kann z. B. ein Heißprägestempel in der Form der gewünschten lesbaren Information eingesetzt werden. Alternativ kann ein Heißsiegelelement eingesetzt werden, das ähnlich wie ein Nadeldrucker die Information aus einzelnen Punkten zusammensetzt.

Ein auf diese Weise hergestelltes Sicherheitselement kann bei entsprechender Einstellung der Heißsiegelparameter eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweisen, die keine wesentlichen Höhenunterschiede zwischen der ersten und der zweiten Hologrammstruktur aufweist.

Mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einem zusätzlichen Imagemuster herstellen. Dabei wird entweder das zusätzliche lmagemuster als erste Hologrammstruktur eingesetzt, auf die das optische Element als zweite Hologrammstruktur aufgeprägt wird. Ebenso ist es möglich, daß das optische Element als erste Hologrammstruktur dient, auf die das zusätzliche Imagemuster aufgeprägt wird.

Ein solches optisches Element kann zur Erhöhung der Fälschungssicherheit beliebiger Gegenstände bzw. Dokumente dienen. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz bei Banknoten, da der einfache Aufbau, die einfache Herstellung und die Flexibilität des Sicherheitsmerkmals gerade beim Einsatz auf flexiblen Banknoten besonders vorteilhaft sind.

Ein erfindungsgemäßes optisches Element mit versteckter Information kann z. B. in Heißprägefolie massenweise als Endlosmuster geprägt werden, welche für eine fortlaufende Nummerierung von Wertdokumenten mittels eines Heißpräge- Nummerierkopfes verwendet werden kann. Auf diese Weise erhält man fortlaufende Nummerierungen, deren Echtheit mittels einfacher Laserpointer festgestellt werden können. Diese Heißpräge-Nummerierungen können auch auf einem bereits auf dem Wertdokument applizierten optischen Element appliziert werden. Die mit Laserlicht auslesbare Information der heißapplizierten Nummerierung kann bei einer Weiterbildung darüber hinaus mit der auslesbaren Information des darunter liegenden Hologramms so kombiniert werden, daß wiederum eine neue Gesamtinformation gebildet wird.

Der Begriff "Information" umfaßt im vorliegenden Text z. B. eine geschriebene Information oder ein Bild.

Ausführungsformen der Erfindung werden mit Hilfe der anliegenden Figuren detailliert erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen optischen Elements während der Beleuchtung,

Fig. 2 einen imaginären Zwischenschritt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen Elements zum Verständnis der Erfindung, und

Fig. 3 eine Schemaansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes optisches Element 1 gezeigt. Das gesamte optische Element 1 kann z. B. auf einer Banknote oder einem anderen Dokument aufgebracht sein, um diesem als Sicherheitsmerkmal zu dienen. Das optische Element 1 umfaßt einzelne Hauptbereiche 3, die auf dem optischen Element 1 verteilt sind. Exemplarisch sind drei solche Hauptbereiche gezeigt. Die einzelnen Hauptbereiche 3 können untereinander einen Abstand haben oder eine dichte Fläche bilden. Die einzelnen Hauptbereiche 3 sind untereinander gleich ausgebildet und umfassen Unterbereiche, die weiter unten näher erläutert werden. 9 bezeichnet eine Lichtquelle, z. B. eine Laserdiode, die Licht 7 in Richtung des optischen Elements 1 abstrahlt.

Die Unterbereiche, die in den Hauptbereichen 3 enthalten sind, sind holographische Strukturen, die bei Laserlichtbeleuchtung Lichtstrahlen 5 rekonstruieren. Aufgrund der Gleichartigkeit der einzelnen Hauptbereiche 3 entsprechen sich die Lichtstrahlen 5 jedes einzelnen Hauptbereiches im wesentlichen.

Die holographischen Strukturen in den Unterflächen sind derart, daß ein Bild rekonstruiert wird, das auf einem Schirm 11 aufgefangen werden kann. Beispielsweise können die holographischen Strukturen der Unterflächen eines Hauptbereiches 3 derart ausgestaltet sein, daß auf dem Schirm die Schrift 13 als Muster "OK" erscheint. Bei der gezeigten Ausführungsform setzt sich die Schrift aus einzelnen Punkten 15 zusammen.

Der Aufbau und die Funktionsweise eines einzelnen Hauptbereiches 3 wird mit Hilfe der Fig. 2 erläutert, die einen virtuellen Zwischenschritt bei der Herstellung darstellt.

Ein Hauptbereich 3 umfaßt eine Anzahl Unterbereiche 17. Jeder Unterbereich 17 wird von einer diffraktiven Struktur 21, z. B. einem holographisch rekonstruierenden Gitter gebildet. Typische Gitterabstände sind einige 100 nm oder einige µm. Die einzelnen Gitterstreifen eines Unterbereiches 17 haben einen konstanten Abstand bzw. Ortsfrequenz, sowie eine bestimmte räumliche Ausrichtung des Gitters. Bei Beleuchtung mit monochromatischem Licht wird das Licht in bekannter Weise in einem von der Ortsfrequenz und der räumlichen Ausrichtung abhängigen Winkel gebeugt, wobei die Hauptintensität in der nullten Ordnung dieses Beugungsmusters liegt. Die Unterbereiche 17 haben z. B. jeweils unterschiedliche Winkelausrichtung des Gitters 21, so daß bei Laserlichtbeleuchtung das Licht in eine andere Richtung rekonstruiert wird. So kann mit Hilfe der einzelnen Unterbereiche 17 erreicht werden, daß Lichtstrahlen in unterschiedlicher Richtung den Hauptbereich 3 verlassen. Entsprechende Ausrichtungen und Anordnungen der Gitter 21 der einzelnen Unterbereiche 17 ermöglichen es, daß diese ein Muster bilden, wenn sie mit einem Schirm 11 aufgefangen werden.

Ein einzelner Unterbereich 17 hat z. B. eine Größe, die es ermöglicht, daß eine Beleuchtung mit einer Laserdiode in der Regel einen größeren Flächenbereich als der einzelne Unterbereich 17 ausleuchtet. In der Regel werden immer alle Unterbereiche 17 mindestens eines Hauptbereiches 3 beleuchtet und tragen zur Rekonstruktion des auf einem Schirm 11 aufgefangenen Bildes bei.

In Fig. 2 sind die einzelnen Unterbereiche 17 in Form eines "O" angeordnet. Die einzelnen diffraktiven Strukturen 21 der Unterbereiche 17 sind dabei so ausgestaltet, daß bei Laserbeleuchtung auch auf dem Schirm 11 ein "O" aufgefangen werden würde. Fig. 2 ist jedoch nur ein virtueller Zwischenschritt zur Erklärung der Erfindung. Tatsächlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die einzelnen Unterbereiche 17 noch gegeneinander verschoben werden, z. B. zufällig mit Hilfe eines Zufallsgenerators. Solange sich die einzelnen Unterbereiche 17 in einem Bereich befinden, der von dem Lichtpunkt der Laserlichtquelle 9 in der Regel beleuchtet wird, ändert eine solche Verschiebung im wesentlichen nichts an der Rekonstruktionsrichtung. Die Verschiebung der einzelnen Strukturen macht jedoch das Gesamtbild eines Hauptbereiches 3 auch unter mikroskopischer Betrachtung vollständig unübersichtlich, so daß die Fälschungssicherheit dadurch erhöht wird. Die Information, die holographisch rekonstruiert wird, ist in diesem Sinne "versteckt".

Selbstverständlich kann ein Hauptbereich 3 auch mehrere Teile umfassen, die dasselbe Muster in derselben Richtung rekonstruieren, wenn sie von einem gemeinsamen Laserlichtpunkt beleuchtet werden. Ein solcher Hauptbereich umfaßt dann auch einzelne Unterbereiche 17, die in dieselbe Richtung rekonstruieren. Abweichend vom Beispiel der Fig. 2 kann der Hauptbereich 3 dazu z. B. Unterbereiche 17 aufweisen, die zwei einzelne "O"-Formen bilden. Die Verschiebung der Unterflächen 17 kann dann die beiden identischen Strukturen miteinander vermischen, um die Fälschungssicherheit weiter zu erhöhen und die Information stärker zu verstecken.

Zu Auslesen der versteckten Information kann ein einfacher Laserpointer mit einem Schirm aus Papier, Plastik oder anderen Materialien verwendet werden, vorzugsweise mit matter, heller oder semitransparenter Oberfläche, wobei der Schirm vorzugsweise eine zylindrische Form hat. Dabei kann der Schirm 11 der Fig. 1 und der Laserpointer 9 z. B. konstruktiv zusammengefaßt sein, um ein Handgerät zu erzeugen, mit dem ein Sicherheitselement 1 einfach ausgelesen werden kann.

Ein erfindungsgemäßes optisches Element wird wie folgt hergestellt. Zunächst wird mit Hilfe einer elektronischen Recheneinheit errechnet, was für Unterbereiche 17 in einem Hauptbereich 3 zur Darstellung eines gewünschten Musters auf einem Schirm 11 bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle 9 notwendig sind. Dabei wird ein Datensatz festgelegt, der die entsprechenden Gitterabstände in den einzelnen Unterbereichen 17 und die Winkelausrichtung umfaßt. Dabei wird die Lage der einzelnen Unterbereiche 17 auf einer Hauptfläche 3 z. B. per Zufallsgenerator festgelegt. Die einzelnen diffraktiven Strukturen 21 der Unterbereiche 17 werden dabei als Dotmuster im Vektorformat gespeichert. In der Regel umfaßt ein Unterbereich daher eine Vielzahl von Dots.

Im Anschluß wird der Datensatz für einen Hauptbereich 3 derart durch entsprechende Änderung der Vektorkoordinaten vervielfacht, daß er ein flächiges Muster mehrerer Hauptbereiche beschreibt, die durch optische Belichtung in gewünschter Weise auf dem optischen Element 1 aufgebracht werden sollen.

Mit diesem Datensatz läßt sich nun ein Computerhologramm generieren.

Der Datensatz kann zur Steuerung einer Belichtungsvorrichtung eingesetzt werden, der auf konventionelle Weise einen fotoempfindliches Material belichtet. Nach Entwicklung trägt dieses fotoempfindliche Material die holographische Struktur 21 der einzelnen Unterbereiche 17, die zufällig auf den Hauptbereichen 3 verteilt sind, die wiederum in redundanter Weise mehrfach vorliegen.

Mit diesem Fotomaterial kann dann z. B. in bekannter Weise massenweise eine Replikation in Folie durchgeführt werden.

Wird ein solches fertiges Hologramm, das dem optischen Element 1 entspricht, dann mit Licht 7 einer Laserlichtquelle 9 beleuchtet, rekonstruiert jeder einzelne Hauptbereich 3 Lichtstrahlen 5, die auf einem Schirm 11 das Muster 13 "OK" ergeben. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Unterbereiche 17 der einzelnen Hauptbereiche 13 derart ausgestaltet, daß keine kontinuierliche Form entsteht, sondern daß sich die Muster 13 als Ansammlung von sich untereinander nicht berührenden Punkten darstellen. Die Lichtstrahlen 5, die von den Unterflächen 17 eines Hauptbereiches 3 ausgehen, überdecken sich also untereinander nicht.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitselementes. Nur angedeutet ist ein optisches Element 1, das mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Zusätzlich befindet sich in dem Sicherheitselement eine weitere holografische Struktur 33. Diese kann z. B. in Form einer sichtbaren Information angeordnet sein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei können z. B. die Lücken mit diesem Informationsmuster 33 versehen werden, die nach Verschiebung der Unterbereiche 17 in den Hauptbereichen 3 des optischen Elementes 1 verblieben sind.

Die zweite holografische Struktur 33 erzeugt bei Beleuchtung mit Weißlicht eine sichtbare holografische Information, die in einem hier anderen Rekonstruktionswinkelbereich rekonstruiert, als die Unterbereiche 17 der Hauptbereiche 3.

Auf das optische Element 1 ist die zweite holographische Struktur 33 aufgeprägt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist diese holographische Struktur 33 in Form der Ziffer "10" aufgeprägt. Die Flächen dieser zweiten holographischen Struktur 33 umfassen die diffraktiven Strukturen, die für das zweite Hologramm notwendig sind. Die äußere Form der zweiten Hologrammstruktur 33 ermöglicht weiterhin das Angeben von unmittelbar sichtbarer Information, z. B. einer Registriernummer oder eines Bildes.

Die Struktur kann wie folgt hergestellt werden. Eine Prägehologrammfolie, die eine Hologrammstruktur trägt, wird auf eine erste bereits fertiggestellte Prägehologrammstruktur 1 gelegt. Mit einem Prägestempel, der die Form der gewünschten lesbaren Information hat, wird die aufgelegte Folie auf die erste Hologrammstruktur 33 in der gewünschten Form heiß aufgesiegelt. Nur in den Bereichen, in denen der Prägestempel eingesetzt wird, wird die Folie auf das optische Element 1 übertragen. Da die Folie eine zweite Hologrammstruktur trägt, wird diese in dem gewünschten Muster, hier der "10" auf die erste Hologrammstruktur 33 aufgesiegelt.

Mit diesem Prozeß ist gewährleistet, daß eine glatte Oberfläche erhalten bleibt.

Ein optisches Element, das zum einen versteckte Information enthält und dem optischen Element der Fig. 1 entspricht und zum anderen in den verbleibenden Lücken zwischen den einzelnen verschobenen Unterbereichen 17 ein zusätzliches Imagemuster trägt, kann auch wie folgt in einem kombinierten Prozeß hergestellt werden.

Die versteckte Information, die mit Hilfe eines Laserpointers ausgelesen werden können soll, wird zunächst computergrafisch in Unterbereiche zerlegt. Jedem einzelnen Unterbereich wird eine bestimmte Ortsfrequenz mit einem bestimmten Rekonstuktionswinkel zugeordnet. Dann werden die Unterbereiche 17 so zueinander verschoben, daß die auszulesende Information nicht mehr erkennbar ist. Diese derart verschleierte Informationseinheit, wird mehrmals nebeneinander und untereinander computergrafisch vervielfältigt, so daß sich eine Art Teppichmuster ergibt, das keine sichtbare Information vermittelt. Dieses Teppichmuster kann die Größe des gesamten optischen Elementes haben. Eine einzelne Informationseinheit sollte jedoch nicht größer sein als die Fläche, die durch das Laserlicht, z. B. eines Laserpointers, beim Auslesen der Information beleuchtet wird. Mit diesem Computerdesign können nun Vorlagen zur Belichtung erstellt werden.

Die Unterbereiche 17 sind nicht lückenlos angeordnet. Es können nun Designvorlagen für ein Imagemuster erstellt werden, welches genau in die Lücken einbelichtet wird und unter einem anderen Rekonstruktionswinkelbereich rekonstruiert als die Unterbereiche 17. Dieses Imagemuster ist so ausgestaltet, das es unter Weißlicht sichtbar ist und somit das hervorstechende, designtragende Element ist.

Mit Hilfe dieser computergrafisch erstellten Designvorlagen kann nun beispielsweise eine Fotoresistplatte belichtet werden. Vorzuziehen sind dabei Belichtungstechniken nach dem Holomaxverfahren oder die Dotmatrixtechnik. Nach der Belichtung wird auf üblichem Wege entwickelt und das entstandene Resistoberllächenrelief durch Bedampfung mit z. B. Silber leitfähig gemacht, damit das optische Element galvanisch abgeformt werden kann. Die so erhaltene Prägematrize wird zur massenhaften Vervielfältigung in Folie verwendet. Auf diese Weise wird die Produktion von Heißprägefolie oder Stickerfolie durchgeführt. Die Folie kann metallisiert oder mit einer hochbrechenden dielektrischen Schicht bedampft sein.

Auf an sich bekanntem Wege wird diese Folie auf Wertdokumente oder andere Substratoberflächen als Sicherheitssiegel heiß appliziert oder als Sticker aufgespendet. Andere Druckverfahren, wie z. B. der Intagliodruck können sich anschließen. Das Auslesen der unter Weißlicht nicht sichtbaren Information der verschobenen Unterbereiche 17 erfolgt durch z. B. vertikale Beleuchtung des optischen Elementes 1 mit einem handelsüblichen Laserpointer 9, der z. B. in einem Abstand von wenigen Zentimetern auf das optische Element gerichtet ist. Auf das optische Element wird dabei ein kleiner Papierzylinder 11, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem Durchmesser von z. B. 3 bis 6 cm und einer Höhe von z. B. 2 bis 5 cm gelegt. Der informationsauffangende Schirm 11 kann aus hellem, nicht spiegelndem Plastikmaterial und ein Halbzylinder sein, der mit dem Laserpointer verbunden ist. Man erkennt auf dem Schirm die aus Teilpunkten zusammengesetzte versteckte Information.

Andererseits ist die Information des Imagemusters bereits in Weißlicht sichtbar, ohne daß eine spezielle Ausleseeinrichtung notwendig wäre. Zum Beispiel kann das Imagemuster die Form einer Registriernummer haben. Das erfindungsgemäße optische Element, im Speziellen mit einem zusätzlichen auch in Weißlicht sichtbaren Imagemuster ermöglicht also eine sehr hohe Fälschungssicherheit und verschiedene optische Effekte. Während die versteckte Information auch unter Vergrößerung z. B. mit einem Mikroskop nicht zu erkennen ist, wenn nicht Laserlicht eingesetzt wird, ist das unter Weißlicht sichtbare, gegebenenfalls attraktiv gestaltete Imagemuster auch mit bloßem Auge zu erkennen. Selbstverständlich kann in der Struktur des Imagemusters auch holographische Information versteckt sein.

Auch nach Applikation auf rauhen Substratoberflächen, wie z. B. Banknoten und nach Anwendung weiterer Aufwertungsverfahren, wie Intagliodruck, ist die die Echtheitsverifikation auch ohne Informationsverlust mit einfachen, handlichen, nach internationalen Normen entsprechend zugelassenen Laserauslesegeräten auslesbar. Dennoch ist eine Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen Elementes einfach und kostengünstig.

Das erfindungsgemäße optische Element bzw. das erfindungsgemäße Sicherheitsmerkmal ermöglichen also eine sehr hohe Fälschungssicherheit und verschiedene optische Effekte. Dennoch sind die erfindungsgemäßen optischen Elemente bzw. Sicherheitselemente einfach und kostengünstig herstellbar.

Claims (16)

1. Optisches Element, z. B. als Sicherheitsmerkmal für Wertdokumente, mit mindestens einem Hauptbereich (3) mit jeweils einer Vielzahl von Unterbereichen (17), die jeweils eine diffraktive Struktur (21) umfassen, die bei Laserbeleuchtung Licht (5) in einer für den jeweiligen Unterbereich (17) charakteristischen Richtung rekonstruiert,
wobei die diffraktiven Strukturen (21) der einzelnen Unterbereiche (17) eines Hauptbereiches (3) derart ausgestaltet sind, daß sich bei Laserbeleuchtung die rekonstruierten Lichtstrahlen der Unterbereiche (17) eines Hauptbereiches (3) zu einem gewünschten Informationslichtmuster (13) kombinieren, und
die Anordnung der Unterbereiche (17) auf dem jeweiligen Hauptbereich (3) nicht der Form des Informationsmusters entspricht.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die diffraktiven Strukturen (21) Gitterstrukturen umfassen.

3. Optisches Element nach Anspruch 2, wobei jeder Unterbereich (17) ein Gittermuster mit parallelen Gitterstreifen konstanten Abstands und einer für die Gitterstreifen (21) eines Unterbereiches (17) gleichen Winkelausrichtung umfaßt.

4. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Unterbereiche (17) jeweils aus einzelnen Dots zusammengesetzt sind.

5. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die diffraktiven Strukturen (21) von den einzelnen Unterbereichen (17) eines Hauptbereiches (3) derart ausgerichtet sind, daß die von den einzelnen Unterbereichen (17) eines Hauptbereiches (3) rekonstruierten Lichtpunkte (5) sich nicht überdecken.

6. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Anzahl an Hauptbereichen (3) größer als 1, wobei die Hauptbereiche (3) derart ausgestaltet sind, daß die bei Beleuchtung gebildeten Informationslichtmuster (13) der einzelnen Hauptbereiche (3) gleich sind.

7. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zwischen den Unterbereichen (17) eines oder mehrerer Hauptbereiche (3) Lücken angeordnet sind, in die ein in Weißlicht sichtbares Imagemuster (33) eingebracht ist.

8. Optisches Element nach Anspruch 7, bei dem das Imagemuster (33) eine Hologrammstruktur umfaßt.

9. Optisches Element nach Anspruch 8, bei dem der Rekonstruktionswinkelbereich des holografischen Imagemusters (33) sich von dem Rekonstruktionswinkelbereich der Unterbereiche (17) der Hauptbereiche (3) unterscheidet.

10. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
unter Einsatz einer Rechnereinheit ein Datensatz über die Lage der Unterbereiche (17) und die Ausgestaltung der diffraktiven Strukturen (21) festgelegt wird,
mit diesem Datensatz eine Belichtungseinrichtung für ein fotoempfindliches Material angesteuert wird, und
das fotoempfindliche Material gemäß den Informationen des Datensatzes belichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem mit dem entwickelten fotoempfindlichen Material ein Prägehologramm hergestellt wird.

12. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselementes mit einer ersten Hologrammstruktur, die einen Teilbereich umfaßt, auf dem zumindest eine zweite Hologrammstruktur mit vorzugsweise von der ersten Hologrammstruktur unterschiedlichen Rekonstruktionseigenschaften aufgebracht ist, bei dem die zweite Hologrammstruktur durch Heißsiegeln auf die erste Hologrammstruktur aufgebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 unter Einsatz eines Verfahrens nach Anspruch 12, wobei die zweite Hologrammstruktur ein optisches Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt und das Imagemuster (33) als erste Hologrammstruktur dient.

14. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 unter Einsatz eines Verfahrens nach Anspruch 12, wobei die erste Hologrammstruktur ein optisches Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt und das Imagemuster (33) als zweite Hologrammstruktur eingesetzt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 unter Einsatz eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem das Imagemuster (33) in Lücken zwischen den Unterbereichen (17) auf dem fotoempfindlichen Material hineinbelichtet wird.

16. Wertdokument mit einem optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9.