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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers mit
einem Volumenhologramm, einen Master zur Herstellung des Volumenhologramms
sowie ein Sicherheitselement mit dem besagten Mehrschichtkörper.
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Hologramme
sind als Sicherheitselemente zum Schutz von Sicherheitsdokumenten,
wie Banknoten, Pässen,
Sicherheitskarten oder dergleichen, eingesetzt, um eine hohe Fälschungssicherheit
zu erreichen. Für
Massenprodukte werden häufig
Oberflächenhologramme
eingesetzt, die zum einen keinen optimalen Bildeindruck hervorrufen
und zum anderen durch Abformen des Oberflächenreliefs kopierbar sind.
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Volumenhologramme,
auch als Weißlichthologramme
oder Reflexionshologramme bezeichnet, beruhen auf der Lichtbeugung
an den sogenannten Braggschen Ebenen einer transparenten Schicht,
die lokale Brechzahlunterschiede aufweist und erzeugen einen brillanten
Bildeindruck. Sie sind nicht durch Abformen eines Oberflächenreliefs
kopierbar.
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Das
gleichzeitige Einschreiben von zwei unterschiedlichen Bildinformationen
in ein Volumenhologramm ruft allerdings in den Bereichen, in denen sich
die beiden Bildinformationen überlagern,
eine lichtschwache und/oder unscharfe Wiedergabe hervor. Das kann
vermieden werden, wenn zwei separate Volumenhologramme übereinander
angeordnet werden. Von Nachteil ist dabei jedoch zum einen die erhöhte Dicke – Volumenhologramme
weisen in der Dicke ein Vielfaches der zum Erzeugen verwendeten Lichtwellenlänge auf – und die
hohen Anforderungen an die Passergenauigkeit der Volumenhologramm-Schichten.
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In
EP 1 187 728 B1 wird
ein Verfahren beschrieben, das vorsieht, daß ein Transmissionshologramm
und ein Reflexionshologramm jeweils in einer Hologrammschicht aufgezeichnet
werden und anschließend
die beiden Hologrammschichten aufeinander laminiert werden.
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Aus
EP 1 217 469 A2 ist
ein Verfahren bekannt, ein Oberflächenreliefhologramm mit einer photosenssitiven
Schicht zu beschichten und ein Volumenhologramm im Kontaktverfahren
zu erzeugen.
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EP 1 511 636 A1 beschreibt
ein Verfahren, bei dem ein Volumenhologramm durch einen optischen
Kopiervorgang aus einem Master mit einem Oberflächenrelief hergestellt wird,
wobei das Oberflächenrelief
ein Hologramm ist.
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Solche
Volumenhologramme sind zwar fälschungssicherer
als das Master-Hologramm,
doch sie sind optisch nicht hochwertiger als ein Oberflächenhologramm.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein für die Massenfertigung geeignetes
Verfahren zur Herstellung eines Volumenhologramms anzugeben, 1 das
eine brillante Wiedergabe zweier oder mehrerer getrennter Bildinformationen
ermöglicht, sowie
einen Master zur Herstellung des Volumenhologramms.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers, der
ein Volumenhologramm mit mindestens zwei unterschiedlichen Bildinformationen
aufweist, wobei vorgesehen ist, daß eine photosensitive Schicht
des Mehrschichtkörpers
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines transparenten optischen
Mediums in Kontakt mit der Vorderseite eines Masters gebracht wird,
in den miteinander verschachtelte Bereiche mit mindestens zwei unterschiedlichen
Oberflächenstrukturen
abgeformt sind, welche die mindestens zwei unterschiedlichen Bildinformationen
beinhalten, wobei eine der Oberflächenstrukturen eine asymmetrische
Reliefstruktur oder eine Kinoform-Struktur aufweist; daß die photosensitive
Schicht und der Master mit einem kohärenten Lichtstrahl belichtet
werden; und daß ein
auf diese Weise in die photosensitive Schicht eingebrachtes Volumenhologramm
durch Aushärten
der photosensitiven Schicht fixiert wird. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem
Master zur Herstellung eines Volumenhologramms mit mindestens zwei
unterschiedlichen Bildinformationen im optischen Kontaktverfahren,
wobei vorgesehen ist, daß in
eine Masterschicht des Masters miteinander verschachtelte Bereiche
mit mindestens zwei unterschiedlichen Oberflächenstrukturen abgeformt sind,
welche die mindestens zwei unterschiedlichen Bildinformationen beinhalten, wobei
eine der Oberflächenstrukturen
eine asymmetrische Reliefstruktur oder eine Kinoform-Struktur aufweist.
Die Aufgabe wird weiter mit einer transparenten Schicht mit nichthomogener
Brechzahl gelöst, in
welcher die Knoten der Braggschen Ebenen eines Volumenhologramms
durch Brechzahlvariation gebildet sind, wobei das Volumenhologramm
mindestens zwei unterschiedliche Bildinformationen als holografisches
Abbild von mindestens zwei miteinander verschachtelten unterschiedlichen
Oberflächenstrukturen
beinhaltet, wobei eine der Oberflächenstrukturen eine asymmetrische
Reliefstruktur oder eine Kinoform-Struktur aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß das
Volumenhologramm durch eine optische Kontaktkopie eines Masters
erzeugt wird, in den miteinander verschachtelte Bereiche mit unterschiedlichen
asymmetrischen Oberflächenstrukturen
oder Kinoform-Strukturen abgeformt sind, welche unterschiedliche
Bildinformationen beinhalten.
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Die
Bereiche können
auf unterschiedliche Weise miteinander verschachtelt sein. Es kann
sich beispielsweise um miteinander verschachtelte Raster handeln,
beispielsweise um Linienraster. Dabei kann der eine Bereich beispielsweise
eine Textinformation wiedergeben und der andere Bereich eine Bildinformation.
Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der eine Bereich eine Information
bereitstellt und der andere Bereich das Umfeld bildet, von dem sich die
Information abhebt. Bei der Information kann es sich beispielsweise
um ein Logo handeln, das in der einen Betrachtungslage hell vor
einem dunklen Hintergrund erscheint und in der anderen Betrachtungslage
dunkel vor einem hellen Hintergrund. Es kann also vorgesehen sein,
daß beim
Kippen oder Bewegen des Volumenhologramms ein Wechsel von einer Positiv-Darstellung
zu einer Negativ-Darstellung eintritt und umgekehrt. Weiter können die
Bereiche so ausgebildet sein, daß der eine Bereich den Rand
des anderen Bereiches bildet. So kann der eine Bereich beispielsweise
die Umrandung eines alphanumerischen Zeichens wiedergeben und der
andere Bereich das alphanumerische Zeichen selbst.
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Bei
den asymmetrischen Oberflächenstrukturen
handelt es sich vorzugsweise um periodische Strukturen, die einfallendes
Licht in Vorzugsrichtungen ablenken bzw. beugen. Auf diese Weise
werden brillante Darstellungen erzeugt. Gleichermaßen können die
Oberflächenstrukturen
auch als sogenannte Kinoform-Strukturen ausgebildet sein, die auch
als Zonenlinsen oder Fresnel-Zonenplatten bekannt sind. Es handelt
sich dabei um ringförmige
Strukturen, bei denen die Zonen sich in ihrer Transparenz oder/und
in ihrer optischen Weglänge
unterscheiden. Im ersten Fall wird das Licht an den ringförmigen Spalten
gebeugt und durch konstruktive Interferenz in Brennpunkten verstärkt. Im
anderen Fall wird das Licht durch die unterschiedliche Phasenverschiebung
an den Ringen in eine bevorzugte Richtung gelenkt. Die Kinoform-Strukturen
können
speziell für eine
Wellenlänge
das kohärente
Licht sehr effizient in genau definierte Winkelbereiche beugen.
Bei den Kinoform-Strukturen handelt es sich also auch um Strukturen,
die das abgelenkte Licht in einer Vorzugsrichtung konzentrieren
und auf diese Weise brillante Darstellungen erzeugen.
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Durch
die saubere Trennung der unterschiedlichen Bildinformationen durch
verschachtelte Bereiche mit unterschiedlichen asymmetrischen Oberflächenstrukturen
oder Kinoform-Strukturen im Master und die holographische Abbildung
des Masters in ein Volumenhologramm mittels optischer Kontaktkopie
werden vergleichsweise geringe Anforderungen an den Vervielfältigungsprozeß gestellt.
Die für
die Herstellung des Masters benötigten
Verfahren stellen ebenfalls vergleichsweise geringe Anforderungen.
Der Master kann beispielsweise als Folienkörper ausgebildet sein, der
eine thermoplastische oder UV-härtbare
Masterschicht aufweist, in welche die asymmetrischen Oberflächenstrukturen
oder Kinoform-Strukturen abgeformt sind. Es ist also möglich, zur
optischen Kontaktkopie nur einmal verwendbare Masterkopien vorzusehen,
die beispielsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozeß herstellbar sind. Das photosensitive
Material kann entweder flüssig,
viskos oder fest sein. Die Viskosität des photosensitiven Materials
kann durch Vorbelichtung mit UV-Licht erhöht werden. Wie Versuche ergeben
haben, ist dieser Vorgang temperaturabhängig. Es kann also beispielsweise
vorgesehen sein, das photosensitive Material bei einer Temperatur
von 30 °C
zu verarbeiten. Im Anschluß an
die optionale UV-Vorbelichtung, welche der Belichtung mit dem Laser
vorgelagert ist, weist das mit UV-Licht vorbehandelte Material die
für die weitere
Verarbeitung optimale Viskosität
auf.
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Das
erfindungsgemäße Sicherheitselement zeichnet
sich durch ein optimal ausgeführtes
Volumenhologramm aus, dessen Dicke nur durch die optischen Gesetze
der Ausbildung von Volumenhologrammen nach unten begrenzt ist. Das
Sicherheitselement kann deshalb auch in Träger eingesetzt werden, die
während
des Gebrauchs auf Biegung beansprucht werden, wie das beispielsweise
bei Banknoten der Fall ist. Weil das Volumenhologramm in einem transparenten
Material ausgebildet ist, ist der unerwartete optische Effekt der
Ausbildung nichttransparenter reflektierender Bilder in einem transparenten
Fenster besonders einprägsam.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
mindestens eine andere Oberflächenstruktur
eine asymmetrische Reliefstruktur oder eine symmetrische Reliefstruktur
oder eine Reliefstruktur mit variierender Periode oder eine Zufalls-Reliefstruktur
oder eine Pseudo-Zufalls-Reliefstruktur aufweist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
Oberflächenstrukturen
des Masters, die keine Bildinformation beinhalten, als Mottenaugen-Struktur
und/oder als Spiegel und/oder als Mattstruktur und/oder als Streugitter
ausgebildet werden. Auf diese Weise sind die Bildinformationen besonders
deutlich vom Hintergrund abgehoben.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die mindestens
zwei Oberflächenstrukturen
als asymmetrische Oberflächenstrukturen ausgebildet
werden.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
mindestens zwei asymmetrischen Oberflächenstrukturen mit einer unterschiedlichen
Reliefstruktur und/oder einem unterschiedlichen k-Vektor ausgebildet
werden. Bei der asymmetrischen Reliefstruktur kann es sich typischerweise
um eine sägezahnförmige Struktur handeln,
bei der die ansteigende Flanke mit der Flächennormalen der Oberfläche einen
spitzen Neigungswinkel einschließt und die abfallende Flanke
in der Flächennormalen
verläuft,
d.h. eine senkrechte Flanke bildet. Die Reliefstruktur kann sich
deshalb im Neigungswinkel unterscheiden. Sie kann sich weiter im
Abstand zweier aufeinanderfolgender Erhebungen unterscheiden. Die
Oberflächenstrukturen
können
sich auch in ihren k-Vektoren voneinder unterscheiden, d.h. in der
Ausbreitungsrichtung der gebeugten Lichtwelle.
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Es
kann weiter vorgesehen sein, daß mehrere
kohärente
Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und/oder unterschiedlicher
Einfallsrichtung und/oder Polarisation verwendet werden.
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Wie
die Versuche eindeutig gezeigt haben, ist die Diffraktionseffizienz
der Volumenhologramme mit Vielfachstrahl-Belichtung geringer als
die Diffraktionseffizienz der Volumenhologramme mit Einfachstrahl-Belichtung,
insbesondere für
flüssigkeitsähnliches
photosensitives Material, das eine hohe Beweglichkeit der Komponenten
aufweist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß der
kohärente
Lichtstrahl durch die photosensitive Schicht hindurchtritt und mindestens
an den asymmetrischen Oberflächenstrukturen
und/oder den Kinoform-Strukturen des Masters abgelenkt wird, wobei
zwischen photosensitiver Schicht und Master keine Luftschicht ausgebildet
ist. Auf diese Weise bildet der in die photosensitive Schicht eintretende
kohärente
Lichtstrahl die Objektwelle und der aus der photosensitiven Schicht
austretende kohärente
Lichtstrahl und von der asymmetrischen Oberflächenstruktur oder der Kinoform-Struktur
des Masters in die photosensitive Schicht reflektierte bzw. gebeugte
kohärente
Lichtstrahl die Objektwelle, die in der photosensitiven Schicht
mit der Objektwelle interferiert und dabei an den Interferenzknoten
die Brechzahl der photosensitiven Schicht ändert.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß der
kohärente
Lichtstrahl durch die photosensitive Schicht und den Master hindurchtritt
und an der Rückseite des
Masters abgelenkt wird, wobei zwischen photosensitiver Schicht und
Master eine Luftschicht ausgebildet ist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß der
kohärente
Lichtstrahl in einen ersten und in einen zweiten Teilstrahl aufgespalten
wird, und daß der
erste Teilstrahl durch die photosensitive Schicht und der zweite
Teilstrahl von der Rückseite
des Masters her durch den Master hindurchtritt. Der Master kann
in diesem Fall mit einer transparenten Masterschicht ohne zusätzliche
Reflexionsschicht ausgebildet sein.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die Oberflächenstrukturen
des Masters in die dem Master zugewandte Oberfläche der photosensitiven Schicht
abgeformt werden. Auf diese Weise kann ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal
geschaffen sein, weil bei einer Nachahmung sowohl die Oberflächenstruktur
als auch das Volumenhologramm kopiert werden müssen sowie die passergenaue
Zuordnung hergestellt werden muß.
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Es
kann vorgesehen sein, daß der
Master auf der fixierten photosensitiven Schicht verbleibt.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, daß auf die Vorderseite des Masters
eine transparente Ablöseschicht
aufgebracht wird, deren Brechzahl gleich oder annähernd gleich
der Brechzahl der photosensitiven Schicht ist, und daß sodann
auf die Ablöseschicht
die photosensitive Schicht aufgebracht wird. Um den optischen Einfluß der Ablöseschicht
gering zu halten, ist vorgesehen, den Brechzahlunterschied zwischen
der photosensitiven Schicht und der Ablöseschicht gering zu halten
oder ganz zu vermeiden.
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Häufig ist
die Qualität
der photosensitiven Schicht so beschaffen, daß es nicht nötig ist,
eine Ablöseschicht
auf den Master aufzubringen. Die Ablöseschicht kann jedoch optional
vorgesehen sein und kann das Ablösen
des Masters von der belichteten photosensitiven Schicht erleichtern,
wenn vorgesehen ist, daß der
Master von der belichteten photosensitiven Schicht abgelöst wird.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
photosensitive Schicht in einer Stärke von 5 μm bis 40 μm verwendet wird. Die optimale
Stärke
der photosensitiven Schicht ist unter anderem von dem verwendeten
Material abhängig
und kann durch Versuche ermittelt werden.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß als
photosensitive Schicht eine Photopolymerschicht verwendet wird.
Photopolymere sind Harze, die durch Einwirkung von energiereichem
Licht, insbesondere UV-Licht, vernetzen, also polymerisieren. Zur
Erzeugung der Volumenhologramme sind spezielle Photopolymere vorgesehen,
deren Brechungsindex sich durch intensive Belichtung ändert, wie
beispielsweise OmniDex 706 von der Fa. DuPont.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
photosensitive Schicht und der Master durch kohärente Lichtstrahlen unterschiedlicher
Wellenlänge
und/oder unterschiedlicher Richtung belichtet werden. Auf diese Weise
kann erreicht werden, daß die
im Volumenhologramm gespeicherten Bildinformationen in unterschiedlichen
Farben erscheinen und/oder unter unterschiedlichen Blickwinkeln
sichtbar sind.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, daß der
kohärente
Lichtstrahl durch einen Laser bereitgestellt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Mehrschichtkörper in
einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt wird, indem die photosensitive
Schicht über
einen Replikationszylinder geführt
wird, auf dessen Mantelfläche
der Master angeordnet ist, wobei die photosensitive Schicht mit dem
kohärenten
Lichtstrahl belichtet wird. Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist besonders
vorteilhaft für eine
Massenproduktion. Wie Versuche ergeben haben, kann die Umfangsgeschwindigkeit
des Replikationszylinders mindestens 5 m/min betragen, sie kann
auf mindestens 40 m/min erhöht
werden. Weil sich der Mehrschichtkörper bezogen auf die Oberfläche des
Masters in Ruhe befindet, sind keine Qualitätseinbußen durch den rotierenden Master
zu verzeichnen. Es kann vorgesehen sein, das Aushärten der
photosensitiven Schicht vorzunehmen, wenn der Mehrschichtkörper noch
in Kontakt mit dem rotierenden Master ist. Zumindest der Beginn
des Aushärtens
kann vorgesehen sein, wenn der Mehrschichtkörper noch in Kontakt mit dem
rotierenden Master ist.
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Es
kann vorgesehen sein, daß der
kohärente Lichtstrahl
mit der Flächennormalen
des Replikationszylinders einen spitzen Winkel einschließt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgehen, daß der kohärente Lichtstrahl
mit der Flächennormalen
des Replikationszylinders einen Winkel von 10° bis 20° einschließt. Besonders vorteilhaft ist
ein Winkel von 14°.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind auf die Ausbildung
des Masters gerichtet.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
mindestens eine andere Oberflächenstruktur
eine asymmetrische Reliefstruktur oder eine symmetrische Reliefstruktur
oder eine Reliefstruktur mit variierender Periode oder eine Zufalls-Reliefstruktur
oder eine Pseudo-Zufalls-Reliefstruktur aufweist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
Oberflächenstrukturen
des Masters, die keine Bildinformation beinhalten, als Mottenaugen-Struktur
und/oder als Spiegel und/oder als Mattstruktur und/oder als Streugitter
ausgebildet sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, daß die mindestens
zwei Oberflächenstrukturen
als asymmetrische Oberflächenstrukturen ausgebildet
sind.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
k-Vektoren der asymmetrischen Oberflächenstrukturen um 180° zueinander
gedreht sind. Eine solche Orientierung der Oberflächenstrukturen
ist besonders vorteilhaft, weil die unterschiedlichen Bildinformationen durch
bloßes
Kippen des Mehrschichtkörpers
sichtbar werden. Bei anderen Lagezuordnungen müssen Kipp- und Drehbewegungen
gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden, um alle Bildinformationen sichtbar
zu machen. Dieser für
die möglichst
einfache Betrachtung hinderliche Effekt kann jedoch vorteilhaft
sein, wenn beispielsweise neben zwei für den menschlichen Beobachter
bestimmten Bildinformationen eine dritte Bildinformation im Volumenhologramm
gespeichert ist, die für
ein elektronisches Lesegerät
bestimmt ist. Diese versteckte Bildinformation kann außerdem beispielsweise
nur unter UV-Licht oder Infrarot-Licht auslesbar sein.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, daß es
sich bei den asymmetrischen Oberflächenstrukturen um Blazegitter
handelt. Blazegitter zeichnen sich durch besondere Helligkeit aus,
weil sie wegen ihrer asymmetrischen Ausbildung möglichst viel Licht in eine
der beiden symmetrischen Beugungsordnungen lenken, vorzugsweise
in eine der beiden 1. Ordnungen lenken. Dies ist vorteilhaft, da
bei herkömmlichen
Gittern das Licht auf einen größeren Raumwinkel
verteilt ist und der Hauptanteil der Leistung in der nullten Ordnung
steckt und damit ungenutzt bleibt.
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Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, daß das
Blazegitter eine Spatialfrequenz von 100 Linien/mm bis 150 Linien/mm
aufweist. Das bevorzugte Blazegitter weist also einen Gitterlinienabstand
von 10 μm
bis 6,7 μm
auf. Es können
in speziellen Fällen aber
auch sehr große
Gitterlinienabstände
(> 10 μm) und auch
sehr kleine Gitterlinienabstände
(< 1 μm) bevorzugt
sein. Gitter mit sehr großen
Gitterlinienabständen,
wie beispielsweise asymmetrische achromatische Gitter mit Gitterlinienabständen über 10 μm, können das
gesamte einfallende Licht in eine Ordnung reflektieren. Gleichermaßen, insbesondere
mit nicht-normalem Einfallswinkel des Belichtungsstrahls, können hochfrequente
Gitter hergestellt werden, bei denen eine Ordnung, beispielsweise
die –1. Ordnung,
nahezu die gesamte Energie des gebeugten Feldes vereint. Die beiden
Situationen sind vorteilhaft und es gibt keine Konkurrenz zwischen
den verschiedenen „Objektwellen" (dieses Konkurrenzpotential
reduziert die Diffraktionseffizienz des erzeugten Volumenhologramms).
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß das
Blazegitter eine Gittertiefe von 1 bis 2 μm aufweist.
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Blazegitter
mit den vorstehend genannten Abmessungen können durch Heißprägen, beispielsweise
mit Hilfe einer beheizten Prägewalze,
oder photomechanisch durch Belichten eines UV-härtbaren Lacks erzeugt werden.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Bereiche mit den mindestens zwei Bildinformationen in einem Raster
mit einer Rasterweite von 50 μm
bis 20 μm
angeordnet sind. Unter besonders günstigen Bedingungen, d.h. bei
Betrachtung kontrastreicher Motive bei guter Beleuchtung liegt die
Grenze des Auflösungsvermögens des
menschlichen Auges bei 20 μm.
Das Auflösungsvermögen kann
sich um den Faktor 3 bis 5 bei geringem Kontrast und ungünstiger
Beleuchtung verschlechtern. Rasterweiten von 20 μm bis 50 μm können also durch das unbewaffnete
menschliche Auge nicht mehr aufgelöst werden, so daß die Rasterung
der Bildinformation nicht wahrnehmbar ist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß es
sich bei dem Raster um ein Streifenraster handelt. Ein Streifenraster
ist besonders einfach realisierbar. Es können aber auch andere Raster
vorgesehen sein, insbesondere wenn mehr als zwei unterschiedliche Bildinformationen
ineinander verschachtelt werden sollen. Es kann sich beispielsweise
um einen Pixel-Raster handeln, wobei der Master mittels Elektronenstrahltechnologie
herstellbar ist. Durch die Rasterung ist gewährleistet, daß die Bildinformationen auch
im Volumenhologramm voneinander getrennt sind, so daß Helligkeits-
und/oder Schärfeverluste durch Überlagerung
von Bildinformationen im Volumenhologramm nicht auftreten.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Masterschicht aus einer transparenten Replizierschicht ausgebildet
ist.
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Wie
bereits weiter oben ausgeführt,
kann vorgesehen sein, den in die photosensitive Schicht einfallenden
kohärenten
Lichtstrahl an der Vorderseite des Masters oder an der Hinterseite
des Masters zu reflektieren.
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Es
kann also vorgesehen sein, daß auf
die Vorderseite des Masters eine Reflexionsschicht aufgebracht ist
oder daß auf
die Rückseite
des Masters eine Reflexionsschicht aufgebracht ist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
Reflexionsschicht als metallische Schicht ausgebildet ist. Die metallische
Schicht kann vorzugsweise aus einem gut reflektierenden Metall,
wie Aluminium, Silber, Gold oder Kupfer ausgebildet sein oder aus
einer Metallegierung. Die metallische Schicht kann mit einer Schichtdicke
von einigen Nanometern ausgebildet sein. Die Schichtdicke kann auch
so gewählt
sein, daß sie
im Auflicht reflektiert und im Durchlicht transparent erscheint.
Die bevorzugte Schichtdicke kann vorteilhafterweise durch Versuch
bestimmt werden, da die Transparenz neben der Schichtdicke unter
anderem vom Material der metallischen Schicht und von der Aspektrate
der Oberflächenstruktur
abhängt.
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Wenn
die Reflexionsschicht auf der Vorderseite des Masters ausgebildet
ist, kann vorgesehen sein, daß der
Master aus reflektierendem Material ausgebildet ist, beispielsweise
aus einem gut reflektierenden Metall. Der Master kann beispielsweise
als rotierende Masterwalze ausgebildet sein.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß die
Reflexionsschicht als optische Trennschicht ausgebildet ist. Es
kann sich dabei um ein anorganisches Dielektrikum handeln, wie beispielsweise
ZnS.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
Reflexionsschicht als HRI-Schicht ausgebildet ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß anstelle der
Reflexionsschicht mehrere hochbrechende dielektrische Schichten
angeordnet sind, die jeweils eine Schichtdicke von λ/2 oder λ/4 aufweisen,
wobei λ eine
Lichtwellenlänge
bezeichnet.
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Es
kann weiter vorgesehen sein, die Reflexion an Flächen auszunutzen, die an Luft
oder ein anderes niedrigbrechendes Medium grenzen und bei einem
transparenten Master insbesondere auf die Reflexionsschicht auf
der Rückseite
des Masters zu verzichten.
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Die
metallische Schicht und/oder die dielektrische Schicht und/oder
das Dünnfilmschichtsystem und/oder
die Flüssigkristall-Schicht
und/oder die Druckschicht können
bzw. kann entweder die gesamte Oberfläche der photosensitiven Schicht
bedecken, im Register zu den Bildern des Volumenhologramms wie gleichermaßen zu einem
KINEGRAM® aufgebracht
sein, im partiellen Register zu den Bildern des Volumenhologramms
wie gleichermaßen
zur normalen Demetallisation aufgebracht sein oder können bzw.
kann partiell aufgebracht sein als ein Muster, das nicht im Register
mit den Bildern des Volumenhologramms ist. Das Oberflächenrelief
kann, speziell wenn es mit Metall oder HRI-Material beschichtet
ist, eine optische Funktion erhalten, die das Volumenhologramm ergänzt.
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Weiter
kann vorgesehen sein, das Volumenhologramm in einem Fenster einer
Banknote oder einer ID-Card anzuordnen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen
unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht.
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Es
zeigen
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1a eine
erfindungsgemäßes Master
zur Erzeugung eines Volumen-Hologramms in schematischer Darstellung
in der Draufsicht;
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1b schematische
Detailansichten aus 1a;
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2a eine
Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2b eine
Prinzipdarstellung der Funktion eines nach 2a hergestellten
Volumenhologramms;
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3a bis 3i Fertigungsstufen
eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
in schematischer Darestellung;
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4a bis 4h Fertigungsstufen
eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
in schematischer Darstellung;
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5a bis 5g Fertigungsstufen
eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
in schematischer Darstellung;
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6a und 6b eine
Fertigungseinrichtung in schematischer Darstellung zur Ausführung eines
vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
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7a bis 7d Fertigungsstufen
des vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
in 6 in schematischer Darstellung;
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8a und 8b ein
Anwendungsbeispiel in Form eines streifenförmigen Sicherheitselements.
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Die 1a zeigt
einen Master 1 zur Herstellung eines Volumen-Hologramms
in vergrößerter schematischer
Darstellung in der Draufsicht. Der Master 1 kann als Mehrschichtkörper ausgebildet sein
mit mindestens einer Replizierschicht 1r, die auf der Oberseite
Bildbereiche 2a und 2b aufweist, die aus streifenförmigen,
parallel zueinander angeordneten Oberflächenbereichen 3a und 3b gebildet
sind. Die streifenförmigen
Oberflächenbereiche 3a und 3b haben
jeweils eine Breite von 50 μm
und sind im Abstand von jeweils 50 μm zueinander angeordnet, wobei
der Zwischenraum zwischen den streifenförmigen Oberflächenbereichen 3a durch
die streifenförmigen
Oberflächenbereiche 2b ausgefüllt ist
und umgekehrt. Die streifenförmigen
Oberflächenbereiche 2a und 2b bilden
ineinander verschachtelte Linienraster, die unterhalb des Auflösungsvermögens eines unbewaffneten
menschlichen Auges liegen. Deshalb erscheinen die Bildbereiche 2a und 2b dem
Betrachter als geschlossene Bereiche, wobei es sich in dem in 1a dargestellten
Ausführungsbeispiel
bei dem Bildbereich 2a um ein Logo und bei dem Bildbereich 2b um
alphanumerische Zeichen handelt.
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Die
Oberflächenbereiche 3a und 3b weisen Reliefstrukturen
in Art eines Blaze-Gitters
auf und sind mit einer Reflexionsschicht 1m versehen. In
dem in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Reflexionsschicht 1m um eine dünne metallische
Schicht. Blazegitter sind spezielle Beugungsgitter in der Optik.
Die Gitterelemente sind um einen sogannten Blazewinkel geneigt.
Das führt
zu einer stufenförmigen,
asymmetrischen Oberflächen-Reliefstruktur
mit einer im spitzen Winkel gegen die Flächennormale geneigten ansteigenden
Vorderflanke und einer steil abfallenden Rückflanke. Wie in 1b zu
erkennen, handelt es sich bei den Reliefstrukturen der Oberflächenbereiche 3a und 3b um gleiche
Reliefstrukturen, die um 180° gegeneinander gedreht
angeordnet sind (in 1b mit 0° Azimut und 180° Azimut bezeichnet).
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Wegen
der um 180° zueinander
gedrehten Reliefstrukturen der Oberflächenbereiche 3a und 3b erscheinen
die Bildbereiche 2a und 2b beim Kippen des Masters
als klar getrennte Bildbereiche, die dabei hell aufleuchten.
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Die 2a zeigt
nun schematisch die Verwendung des Masters 1 aus 1a und 1b zur Herstellung
eines Volumenhologramms, das die optischen Eigenschaften des Masters 1 aufweist.
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Die
auf der Replizierschicht 1r angeordnete Reflexionsschicht 1m ist
von einer transparenten Deckschicht 5 begedeckt, bei der
es sich um eine Ablöseschicht
handeln kann, die später
das Trennen einer auf der Ablöseschicht
aufgebrachten Photopolymerschicht 6 erleichtern kann. Die
Photopolymerschicht 6 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Brechzahl n = 1,6 auf. Die Photopolymerschicht 6 ist
zunächst
unvernetzt oder nur gering vernetzt. Vorteilhafterweise weist die
Deckschicht 5 die gleiche Brechzahl oder eine annähernd gleiche Brechzahl
wie die Photopolymerschicht 6 auf, so daß die Deckschicht 5 optisch
keine Wirkung hat.
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Ein
zum Einschreiben eines Volumenhologramms auf die Photopolymerschicht 6 auftreffender Laserstrahl 7e wird
zunächst
an der Photopolymerschicht 6 gebrochen und anschließend an
der Reflexionsschicht 1m durch Beugung an der Gitterstruktur der
Replizierschicht 1r abgelenkt. In der in 2a gewählten schematische
Darstellung ist der gebeugte Strahl 1. Ordnung mit 7g bezeichnet,
der an der gezeichneten Flanke reflektierte Strahl 0. Ordnung mit 7a.
Weil es sich bei der Gitterstruktur um ein Blaze-Gitter handelt,
weist der Strahl 1. Ordnung die höchste Intensität auf. Der
Strahl 1. Ordnung verkörpert
die Objektwelle, die mit der durch den einfallenden Strahl 7e verkörperten
Referenzwelle interferiert und dabei in der Photopolymerschicht 6 lokale
Polimerisation auslöst.
Infolge der Polymerisation ist die Brechzahl der Photopolymerschicht
geändert.
Die Brechzahländerungen
sind in den sogenannten Braggschen Ebenen lokalisiert, die zuerst
in Verbindung mit der Röntgenstrukturanalyse
von Kristallen beschrieben wurden.
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2b zeigt
nun eine Photopolymerschicht 6e, bei der es sich um die
belichtete Photopolymerschicht 6 in 2a handelt.
Die Photopolymerschicht 6e weist eine ortsabhängige Brechzahl
n' = n + δ auf, wodurch
in der Photopolymerschicht 6e ein dreidimensionales Brechzahlmuster
in Form eines Volumenhologramms gespeichert ist. welches die Rekonstruktion
das durch die Oberflächenstruktur
der Replizierschicht 1r beeinflußte Interferenzmuster dauerhaft
gespeichert ist.
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Bei
der Photopolymerschicht kann es um das Photopolymer OmniDex 706
der Fa. DuPont handeln, welches die genannte Eigenschaft der lokalen Brechzahländerung
durch Belichtung aufweist. Es sind auch Photopolymere bekannt, die
als flüssige Substanz
vorliegen und beispielsweise durch Einwirkung von UV-Licht polymesieren
und dadurch aushärten.
Es kann auch vorgesehen sein, das Photopolymer als Schicht aufzugießen und
durch eine schwache UV-Lichteinwirkung vorzuhärten und/oder es nach der Ausbildung
des Volumenhologramms durch UV-Lichteinwirkung oder durch Wärmebehandlung auszuhärten.
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In 2b ist
ein zur Rekonstruktion der Gitterbilder auf die Photopolymerschicht 6e auftreffender
Lichtstrahl mit 8e bezeichnet und ein aus der Photopolymerschicht 6e austretender
und an dem Volumenhologramm gebeugter Strahl mit 8g. Der aus
der Photopolymerschicht 6e austretende Strahl 8g entspricht
in Richtung und Lichtstärke
dem gebeugten Strahl 7g in 2a. Zur
Verdeutlichung des beschriebenen Vorgangs sind die Knoten einer
der Braggschen Ebenen schematisch durch Kreise dargestellt.
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Die
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Photopolymerschicht 6e weist demnach
eine optische Wirkung auf, die den Eindruck erweckt, daß ein Blazegitter
mit einer reflektierenden Reliefstruktur vorliegt. Ein Volumenhologramm
weist einen hohen Kopierschutz auf, weil Herstellungsparameter,
wie die genaue Wellenlänge
des Laserlichts und der genaue Belichtungswinkel bekannt sein müssen, um
das Volumenhologramm zu reproduzieren. Das Kopieren mit polychromatischem Licht
ist von vornherein ausgeschlossen. Aber auch das Kopieren mit monochromatischem
Licht ist beträchtlich
erschwert, weil durch eine Reihe von Ursachen eine Drift der zur
Rekonstruktion verwendbaren Wellenlänge zur Ursprungswellenlänge, die
bei der Erzeugung des Volumenhologramms verwendet wurde, eintritt.
Eine der Ursachen ist das Schrumpfen oder Stauchen der Bragg-Gitter
beim Aushärten
des Photopolymerschicht 6e. Hinzu kommt, daß die Drift nicht
homogen über
die gesamte Ausdehnung des Volumenhologramms eintritt und auch in
der Produktion variiert. Solche Deformationen können weiter durch das Aufkleben
der Photopolymerschicht mit einem Heißkleber hervorgerufen werden
oder gezielt eingebracht werden, um beispielsweise das Volumenhologramm
mit einer personalisierten Information zu versehen. Wegen der beschriebenen
Variationen der Drift zwischen der zur Rekonstruktion des Volumenhologramms
verwendbaren Wellenlänge
zur Ursprungswellenlänge
und weiter der Inhomogenität der
Drift ist die Fälschungssicherheit
des erfindungsgemäßen Volumenhologramms
sehr hoch.
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Die 3a bis 3i zeigen
nun die Verfahrensschritte zur Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers.
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3a zeigt
in schematischer Schnittdarstellung eine Replizierschicht 34,
die aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein kann, in
deren Oberseite Bereiche ausgebildet sind, in die als Blazegitter
ausgebildete asymmetrische Reliefstrukturen 30a und 30b abgeformt
sind, die bei gleichem Verlauf eine um 180° verdrehte Anordnung aufweisen.
Die Reliefstrukturen 30a und 30b weisen in dem
in 3a bis 3i dargestellten
Ausführungsbeispiel eine
Gitterweite von 10 μm
auf, d.h. eine Spatialfrequenz von 100 Linien/mm, und eine Gittertiefe
von 2 μm
auf bei einer Gesamtdicke der Replizierschicht 34 von 22 μm. Die Oberseite
der Replizierschicht 34 weist weiter Bereiche mit einer
Reliefstruktur 30h auf, die einen Hintergrundbereich für die Bereiche
mit den Reliefstrukturen 30a und 30b bilden. Die
Reliefstruktur 30h ist mit einem deutlich höheren Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ausgebildet
ist als die Reliefstrukturen 30a und 30b, deren
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
mit den vorstehend genannten Parametern 2/10 = 0,2 ist. Die Reliefstruktur 30h kann
beispielsweise ein Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis von 1 bis 5 aufweisen.
Bei der Reliefstruktur 30h handelt es sich nicht um ein Blazegitter,
sondern um eine „Mottenaugen"-Struktur, die das einfallende Licht
absorbiert und daher für
einen Betrachter dunkel erscheint. Sie bildet einen neutralen Hintergrund
für die
durch die Reliefstrukturen 30a und 30b generierten
Bilder. Es kann sich bei der Reliefstruktur 30h auch um
eine spiegelnde ebene Fläche,
eine Mattstruktur oder eine Gitterstruktur, welche das einfallende
Licht beugt, handeln.
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Das
auch als Aspektrate bezeichnete dimensionslose Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist
definiert als das Verhältnis
der Tiefe der „Täler" zu dem Abstand zweier
benachbarter „Berge" einer vorzugsweise
periodischen Reliefstruktur.
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3b zeigt
nun die Replizierschicht 34 mit einer auf der Oberseite
der Replizierschicht aufgebrachten metallischen Schicht 34m.
Die metallische Schicht 34m kann beispielsweise durch Sputtern
aufgebracht sein. Bei der metallischen Schicht 34m kann
es sich um gut reflektierende Metalle wie Aluminium, Silber, Gold
oder dergleichen handeln oder um eine Metallegierung.
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3c zeigt
nun die Replizierschicht 34 mit partiell abgetragener metallischer
Schicht 34m. Die metallische Schicht ist in den Bereichen
mit der Reliefstruktur 30h abgetragen, die so nicht reflektierende Bereiche
bilden. Allerdings kann auch auf die Demetallisierung der Reliefstruktur 30h verzichtet
werden, weil eine solche Mattstruktur infolge der ungerichteten
Streuung wenig oder gar nicht reflektiert.
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3d zeigt
nun die Replizierschicht 34 mit partiell abgetragener metallischer
Schicht 34m, auf welche eine Ablöseschicht 35 aufgebracht
ist.
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3e zeigt
die in 3d bezeichneten Schichten mit
einer Photopolymerschicht 36, die auf die Ablöseschicht 35 in
einer Dicke von 5 μm
bis 20 μm
aufgetragen ist. Die Photopolymerschicht 36 weist die gleiche
Brechzahl wie die Ablöseschicht 35 auf,
so daß an
der Grenzfläche
zwischen der Photopolymerschicht 36 und der Ablöseschicht 35 keine optische
Brechung eintritt. Die Photopolymerschicht 36 kann je nach
Konsistenz der unvernetzten Photopolymerschicht nach dem Auftragen
vorgehärtet sein,
um für
den nächsten
Verarbeitungsschritt eine ausreichende Formstabilität zu haben.
Beispielsweise kann die Photopolymerschicht 36 durch eine
Vorbelichtung anpolymerisiert sein.
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3f zeigt
nun die Belichtung der Photopolymerschicht 36 mit Laserlicht 37.
Dadurch wird in der Photopolymerschicht 36 ein Interferenzmuster
durch Interferenz des eingestrahlten Laserlichts 37 (Referenzwelle)
mit dem von der metallischen Schicht 34m gebeugten bzw.
reflektierten Laserlicht (Objektwelle) erzeugt und an den Interferenzknoten
die Photopolymerschicht 36 polymerisiert bzw. weiter polymerisiert.
Infolgedessen ist dort die Brechzahl der Photopolymerschicht verändert und
in der Photopolymerschicht 36 durch lokale Brechzahländerung
ein Volumenhologramm ausbildet. In dem in 3f dargestellten
Ausführungsbeispiel
treffen die Strahlen des Laserlichts 37 senkrecht auf die
Photopolymerschicht 36 auf. Es kann aber auch vorgesehen
sein, die Strahlen des Laserlichts unter einem Winkel geneigt auf
die Polymerschicht 36 zu richten, beispielsweise unter
einem Winkel von 14° gegen
die Flächennormale.
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3g zeigt
den Schichtaufbau in 3f mit belichteter und mittels
UV-Bestrahlung ausgehärteter Photopolymerschicht 36e,
auf welche eine Kleberschicht 38 aufgebracht ist. Mit Hilfe
der Kleberschicht 38 kann die Photopolymerschicht 36e auf
ein Substrat 39 aufgebracht werden, wie in 3h dargestellt. Nach
dem Aufbringen der Photopolymerschicht 36e und dem Ablösen der
nun nicht mehr benötigten
Replizierschicht 34 samt Ablöseschicht 35 sind
die Reliefstrukturen 30a, 30b und 30h ungeschützt und
können
daher abgenutzt, beschädigt
oder verschmutzt werden. Deshalb ist eine Schutzschicht 36s vorgesehen,
die wie in 3i dargestellt, die Photopolymerschicht 36e vollflächig abdeckt.
Die den Reliefstrukturen 30a, 30b und 30h abgewandte
Seite der Schutzschicht 36s bildet eine glatte Oberfläche.
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Die 4a bis 4h zeigen
nun die Verfahrensschritte zur Herstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers.
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4a zeigt
in schematischer Schnittdarstellung eine Replizierschicht 44,
die aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein kann, in
deren Oberseite Bereiche ausgebildet sind, in die als Blazegitter
ausgebildete asymmetrische Reliefstrukturen 40a und 40b abgeformt
sind, die bei gleicher Ausbildung eine um 180° verdrehte Anordnung aufweisen. Die
Reliefstrukturen 40a und 40b weisen in dem in 4a bis 4h dargestellten
Ausführungsbeispiel die
gleichen Parameter auf wie in dem weiter oben in 3a bis 3i dargestellten
Ausführungsbeispiel (10 μm Gitterweite,
2 μm Gittertiefe,
22 μm Gesamtdicke
der Replizierschicht 44).
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4b zeigt
nun die Replizierschicht 44 mit einer auf der Oberseite
der Replizierschicht aufgebrachten metallischen Schicht 44m.
Die metallische Schicht 44m kann beispielsweise durch Sputtern
aufgebracht sein. Bei der metallischen Schicht 44m kann
es sich um gut reflektierende Metalle wie Aluminium, Silber, Gold
oder dergleichen handeln oder um eine Metallegierung.
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4c zeigt
nun den Schichtverbund aus Replizierschicht 44 und metallischer
Schicht 44m mit einer Schutzlackschicht 44s, die
auf die metallische Schicht 44m in einer Dicke von 1 μm bis 3 μm aufgetragen
ist und die Reliefstrukturen 40a und 40b vollständig ausfüllt. Die
der metallischen Schicht 44m abgewandte Seite der Schutzlackschicht 44s weist eine
ebene Oberfläche
auf.
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In 4d ist
auf die Schutzlackschicht 44s eine Ablöseschicht 45 aufgetragen,
auf welche in 4e eine Photopolymerschicht 46 aufgetragen
ist. Die Photopolymerschicht 46 kann je nach Konsistenz der
unvernetzten Photopolymerschicht nach dem Auftragen vorgehärtet sein,
um für
den nächsten
Verarbeitungsschritt eine ausreichende Formstabilität zu haben.
Beispielsweise kann die Photopolymerschicht 46 durch eine
Vorbelichtung anpolymerisiert sein.
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4f zeigt
die Belichtung der Photopolymerschicht 46 mit Laserlicht 47.
Dadurch wird in der Photopolymerschicht 46 ein Interferenzmuster
durch Interferenz des eingestrahlten Laserlichts 47 (Referenzwelle)
mit dem von der metallischen Schicht 44m gebeugten bzw.
reflektierten Laserlicht (Objektwelle) erzeugt und an den Interferenzknoten
die Photopolymerschicht 46 polymerisiert bzw. weiter polymerisiert.
Infolgedessen ist dort die Brechzahl der Photopolymerschicht verändert.
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In 4g ist
die Photopolymerschicht 46 in eine belichtete und ausgehärtete Photopolymerschicht 46e überführt und
mit einer Kleberschicht 48 versehen.
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4h zeigt
nun die auf ein Trägersubstrat 49 aufgebrachte
ausgehärtete
Photopolymerschicht 46e, die mittels der Kleberschicht 48 auf
dem Trägersubstrat 49 befestigt
ist. Bei der Kleberschicht 48 kann es sich um einen Heißkleber
handeln. Die mit dem Kleben einhergehenden Schrumpfungen der entwickelten
Photopolymerschicht 36e können die Fälschungssicherheit des in der
Photopolymerschicht 36e gespeicherten Volumenhologramms
weiter erhöhen,
weil die durch das Kleben deformierten Braggschen Ebenen des Volumenhologramms
bestenfalls punktweise auslesbar sind.
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Die 5a bis 5g zeigen
nun die Verfahrensschritte zur Herstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers.
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Die 5a zeigt
eine Replizierschicht 54 aus PET mit Bereichen mit Reliefstrukturen 50a und 50b, die
sich wie in den zuvor beschriebenen Ausführungen im wesentlichen durch
ihre um 180° gedrehete Anordnung
voneinander unterscheiden, und bei denen es sich um Blazegitter
handelt. Die Reliefstrukturen 50a und 50b können aber
auch unterschiedlich ausgebildet sein und sich beispielsweise in
der Gitterabstand und/oder in der Gittertiefe und/oder im Neigungswinkel
der Gitterflanken voneinander unterscheiden. In dem in 5a dargestellten
Ausführungsbeispiel
beträgt
der Gitterabstand der Reliefstrukturen 50a und 50b 10 μm, die Gittertiefe
2 μm und
die Gesamtdicke der Replizierschicht 54 weniger als 12 μm.
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Auf
die mit den Reliefstrukturen 50a und 50b ausgebildete
Oberseite der Replizierschicht 54 ist eine metallische
Schicht 54 aufgebracht, die wie die metallischen Schichten
in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet
sein kann (siehe 3b, 4b).
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In 5b ist
auf die Unterseite der Replizierschicht 54 eine Ablöseschicht 55 aufgebracht,
deren Brechzahl gleich oder annähernd
gleich der Brechzahl der Replizierschicht 54 ist, so daß in der
Grenzschicht zwischen der Replizierschicht 54 und der Ablöseschicht 55 keine
optische Brechung eintritt.
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In 5c ist
nun auf die Ablöseschicht 55 eine
Photopolymerschicht 56 aufgebracht, welche die Eigenschaften
der weiter oben beschriebenen Photopolymerschichten 36 (siehe 3e)
und 46 (siehe 4e) aufweist.
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5d zeigt
die Belichtung der Photopolymerschicht 56 mittels Laserlicht 57 und 5e den für die Übertragung
auf ein Trägersubstrat
vorbeiteten Mehrschichtkörper,
bei der auf einer belichteten und ausgehärteten Photopolymerschicht 56e,
die aus der Photopolymerschicht 56 in 5d erzeugt ist,
eine Kleberschicht 58 aufgebracht ist.
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5f zeigt
eine Ausführungsvariante
von 5e, die eine Replizierschicht 54e aufweist,
welche aus der Replizierschicht 54 durch Abtragen der Reliefstrukturen 50a und 50b und
der metallischen Schicht 54m erzeugt ist.
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Schließlich zeigt 5g ein
Trägersubstrat 59,
bei dem es sich um ein Sicherheitsdokument handeln kann, mit der
mittels der Kleberschicht 58 dauerhaft befestigten gehärteten Photopolymerschicht 56e.
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6a zeigt
nun in schematischer Darstellung eine Fertigungseinrichtung 60 zur
Herstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers. Bei
der Fertigungseinrichtung 60 handelt es sich um eine Fertigungseinrichtung
für das
sogenannte Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ein Replikationszylinder 61 ist
auf seiner Außenseite
mit einem Oberflächenrelief-Master 61m beschichtet.
Der Replikationszylinder 61 weist in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser
von 200 mm auf und rotiert mit einer Umfangsgeschwindigkeit von
5 m/min. Es kann eine maximale Umfangsgeschwindigkeit bis 40 m/min
vorgesehen sein.
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Der
Oberflächenrelief-Master 61m weist,
wie in 6b zu erkennen, ein erstes Blazegitter 63a mit einer
Gitterperiode von 1 μm
und einer Gittertiefe von 300 nm auf und ein zweites Blazegitter 63b mit
einer Gitterperiode von 0,78 μm
und einer Gittertiefe von 280 nm auf. Die nicht mit dem ersten Blazegitter 63a oder
mit dem zweiten Blazegitter 63b belegten Oberflächenbereiche 63h des
Oberflächenrelief-Masters 61m weisen
ein Oberflächenrelief
mit einer Mattstruktur auf, welche auffallendes Licht diffus zerstreut und
deshalb den optischen Eindruck eines „schwarzen Spiegels" hervorruft. Der
Oberflächenrelief-Master 61m ist
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einer Nickel-Cobalt-Legierung ausgebildet. Die Oberfläche des
Oberflächenrelief-Masters 61m ist
mit einer dünnen
Reflexionsschicht 61r aus einem hochreflektierenden Metall,
beispielsweise Gold, beschichtet.
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Eine
transparente Trägerfolie 65 ist
von einer Vorratsrolle 65v abgewickelt, über den
Replikationszylinder 61 geführt und auf einer Aufwickelrolle 65a wieder
aufgewickelt. In dem in 7a dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zunächst
auf die Trägerfolie 65 eine
Trennschicht 65t aufgebracht, bevor die Photopolymerschicht 66 aufgedruckt
ist. Die Trennschicht 65t kann vorgesehen sein, um das
spätere Ablösen der
Trägerfolie 65 von
der Photopolymerschicht zu erleichtern.
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Die
Trägerfolie 65 umschlingt
den Replikationszylinder 61 in den in 6a und 7a,
b dargestellten Ausführungsbeispielen
um 180°.
Auf die zum Oberflächenrelief-Master 61m weisende
Innenseite der Trägerfolie 65 ist
stromabwärts
vor dem Replikationszylinder 61 mit Hilfe einer rotierenden Druckwalze 64a eine
viskose Photopolymerschicht 66 aufgedruckt. Es kann vorgesehen
sein, eine leichtflüssige Photopolymerschicht
beim Drucken oder kurz danach mittels UV-Licht vorzuhärten, so
daß die
für die weitere
Verarbeitung optimale Viskosität
eingestellt ist.
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Zur
Belichtung der Photopolymerschicht 66 ist ein Laser 67 vorgesehen,
der einen unter einem Winkel von 14° auf den Oberflächenrelief-Master 61m gerichteten
Laserstrahl 67s aussendet. Dieser Winkel kann beispielsweise
durch Versuche optimiert sein. Er ist unter anderem abhängig von
der Flankenneigung der Blazegitter 63a und 63b.
Durch Reflexion und Beugung an den Blazegittern 63a und 63b (siehe 6b)
wird in der Photopolymerschicht 66 ein Volumenhologramm
ausgebildet, das von dem UV-Licht einer stromaufwärts hinter
dem Laser 67 angeordneten UV-Lampe 68 durch Aushärtung der Photopolymerschicht 66 fixiert
wird (siehe auch 7b).
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Zwischen
dem Laser 67 und dem Replikationszylinder 61 ist
eine Zylinderlinse 67z vorgesehen, welche den Laserstrahl 67s bündelt und
auf die Oberfläche
des Oberflächenrelief-Masters 61m richtet.
An dieser Stelle kann aber auch ein eindimensionaler Scanner oder
eine zweidimensionale Maske vorgesehen sein, beispielsweise ein
Flüssigkristall-Modulator.
Es kann sich also auch um einen Verschluß oder einen Modulator handeln,
der den Laserstrahl an- und ausschaltet, zweckmäßigerweise im Register mit
dem Motiv des Hologramms. Der Modulator kann beispielsweise als
elektrooptischer oder als akustooptischer Mudulator ausgeführt sein.
Bei dem Laser 67 kann es sich um einen monochromatischen
Laser handeln oder um einen Laser mit mehreren Wellenlängen bzw.
um mehrere monochromatische Laser handeln. Beispielsweise kann vorgesehen
sein, daß der
Master in einen Bereichen mit einem roten Laserstrahl beleuchtet
wird und in anderen Bereichen mit einem grünen Laserstrahl beleuchtet wird.
In einem solchen Ausführungsfall
ist der Aufwand für
Optik und Modulator höher
als bei einem monochromatischen Laser.
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Stromabwärts hinter
dem Replikationszylinder 61 ist vor der Aufwickelrolle 65a eine
rotierende Druckwalze 64b angeordnet, die auf die der Trägerfolie 65 abgewandte
Seite der ausgehärteten
Photopolymerschicht 66 eine Kleberschicht 69 aufdruckt.
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Nunmehr
ist aus der Trägerfolie 65,
der ausgehärteteten
Photopolymerschicht 66 und der Kleberschicht 69 ein
Mehrschichtkörper 70 gebildet,
der anschließend
auf die Aufwickelrolle 65a gewickelt wird.
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7c zeigt
einen für
die weitere Verarbeitung fertiggestellten Mehrschichtkörper 70', der sich von
dem vorstehend beschriebenen Mehrschichtkörper 70 dadurch unterscheidet,
daß zwischen
der Trägerfolie 65 und
der Photopolymerschicht 66 eine Trennschicht 65t angeordnet
ist.
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7d zeigt
nun die von der Trägerfolie
abgezogene Photopolymerschicht 66, die mittels der Kleberschicht 69 auf
ein Trägersubstrat 72 aufgebracht
ist. Bei dem Trägersubstrat 72 kann
es sich beispielsweise um eine Banknote oder eine ID-Card handeln,
d.h. um ein Sicherheitsdokument, dessen Fälschungssicherheit durch das
in der Photopolymerschicht 66 abgeformte Volumenhologramm
beträchtlich
verbessert ist.
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Die 8a und 8b zeigen
nun ein streifenförmiges
Sicherheitselement 80 in zwei vergrößerten Ansichten (im Maßstab 2
: 1), die durch das Kippen des Sicherheitselements 80 um
eine horizontale Achse gebildet sind. Das Sicherheitselement 80 weist
folgende Sicherheitsmerkmale auf:
- – Ein Flip-Bild 81,
gebildet aus einem ersten Teilbild 81t, das einen Text
wiedergibt, und einem zweiten Teilbild 81k, das eine Reihe
von Kreuzen wiedergibt. Die beiden Teilbilder 81t und 81k sind streifenförmig gerastert
und ineinander verschachtelt (siehe dazu weiter oben auch das Ausführungsbeispiel
in 1a).
- – Ein
Logo 82, das in 8a als
ein helles Logo 82h und in 8b als
ein komplementäres
dunkles Logo 82d erscheint. Das helle Logo 82h und das
dunkle Logo 82d sind, wie vorstehend beschrieben, streifenförmig gerastert
und ineinander verschachtelt.
Um diesen Effekt zu erzielen,
kann auch vorgesehen sein, daß eine
erste Oberflächenstruktur
das Logo 82 bildet und eine zweite Oberflächenstruktur
die Bereiche außerhalb
des Logos bildet. In der in 8a dargestellten
ersten Betrachtungsposition erscheint in diesem Ausführungsbeispiel das
Logo 82 als helles Logo 82h und die Bereiche außerhalb
des Logos 82 erscheinen dunkel. In der in 8b dargestellten
zweiten Betrachtungsposition erscheint das Logo 82 als
dunkles Logo 82d und die Bereiche außerhalb des Logos 82 erscheinen
hell. Rastern ist also in diesem Ausführungsbeispiel nicht nötig.
- – Eine
Wertangabe 83, die in 8a als
ein Umriß 83u und
in 8b als ein Vollbild 83v erscheinen. Die
beiden Teilbilder 83u und 83v der Wertangabe 83 sind
ohne Rasterung ausgebildet, wobei der Umriß 83u das Vollbild 83v umgibt.