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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Hologrammen als Sicherheitselemente, insbesondere für
Sicherheitsdokumente, sowie solche Hologramme.
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Als
Sicherheitsdokumente werden alle Dokumente betrachtet, die gegen
ein unbefugtes Kopieren und oder Fälschen geschützt
werden sollen. Sicherheitsdokumente umfassen somit alle Arten von
Identifikationsdokumenten, wie beispielsweise Reisepässe,
Personalausweise, Identitätskarten, Führerscheine
usw., Wertdokumente, aber beispielsweise auch Verpackungen beispielsweise
von Medikamenten usw.
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Sicherheitselemente
dienen dazu, eine Echtheitsprüfung von Sicherheitsdokumenten
zu ermöglichen. Eine Art von Sicherheitselementen stellen
Hologramme dar. In Sicherheitselementen sind oftmals auch individualisierende
Angaben enthalten. Bei Sicherheitselementen für oder von
Identitätsdokumenten umfassen diese Angabe beispielsweise
eine Seriennummer, eine Ausweisnummer, biometrische Daten, Bilder
(Passbilder), etc. Diese können in Klarschrift bzw. Bildform
oder optisch codiert bzw. maschinenlesbar vorgesehen sein.
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Das
grundsätzliche Vorgehen bei der Herstellung von individuellen
Volumenhologrammen ist beispielsweise in der Literaturstelle
EP 0 896 260 A2 beschrieben.
Die Grundzüge werden folgend kurz erläutert. Zunächst
wird ein Hologrammmaster mit einem Masterhologramm hergestellt.
Dann wird der Hologrammmaster hinter ein holografisches Aufzeichnungsmaterial
positioniert. Kohärentes Licht, beispielsweise aus einem
Laser, wird auf die dem Hologrammmaster abgewandte Seite des holografischen
Aufzeichnungsmaterials eingestrahlt, typischerweise mit definierter
Wellenlänge und definiertem Inzidenzwinkel, nach Maßgabe
des vom Hologrammmaster zu rekonstruierenden holografischen Musters.
Es durchdringt das holografische Aufzeichnungsmaterial und wird
vom Hologrammmaster gebeugt bzw. reflektiert, womit das Hologramm durch Interferenz
mit dem einfallenden Licht erzeugt wird und sich das Hologramm in
dem holografischen Aufzeichnungsmaterial abbildet und durch photochemische-
oder photophysikalische Prozesse im holografischen Aufzeichnungsmaterial
speichert. Dabei kann der Hologrammmaster so ausgelegt sein, dass
er für mehrere Wellenlängen empfindlich ist und
diese entsprechend beugt. Auch andere als die beschriebene Anordnung
können verwendet werden, um Hologramme herzustellen.
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Alternativ
zu einem als Hologramm ausgebildeten Hologrammmaster kann eine sägezahnartige, oder
schuppenartige reflektierende Struktur verwendet werden, bei der
die Sägezahnflächen oder Schuppenflächen
reflektierend sind. Solche Strukturen sind beispielhaft in
DE 20 2007 006 796
U1 beschrieben. Die sägezahnartige Struktur ist
groß im Verhältnis zur Wellenlänge des
Lichts. Ein solcher Hologrammmaster ist für eine Belichtung
mit unterschiedlichen Wellenlängen besonders geeignet.
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Um
Hologramme zu individualisieren, kann das kohärente Licht
durch einen Spatial Light Modulator moduliert werden. Hierdurch
wird dem Hologramm ein Individualisierungsmuster aufgeprägt. Aus
der Praxis sind digitale Projektoren bekannt, welche mit Spatial
Light Modulatoren in Form von Liquid Crystal Displays (LCD) arbeiten.
Die Funktionsweise entspricht beispielsweise der Projektion eines
Dias, wobei der Spatial Light Modulator anstelle des Dias tritt.
Alternativ können individuell bedruckte oder fotografisch
belichtete Folien zur Modulation des kohärenten Lichts
verwendet werden, die vorzugsweise auf das holografische Aufzeichnungsmaterial
aufgelegt werden.
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Aus
der Praxis sind des Weiteren digitale Projektoren bekannt, welche
ein DMD (Digital Micro Mirror Device) als Spatial Light Modulator
umfassen. Aus der Literaturstelle
DE 2005 054 396 A1 ist der Einsatz eines
Spatial Light Modulators in Form eines Digital Micro Mirror Device
(DMD) zur Markierung von Gegenständen bekannt.
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Als
ein Sicherheitselement für Dokumente, die auf Papierbasis
hergestellt sind, sind in das Papier bei dessen Herstellung eingearbeitete
Wasserzeichen bekannt. Wasserzeichen werden durch Strukturen hergestellt,
welche sich in einem Sieb befinden, mit welchem der Papierbrei aus
dem Wasser geschöpft wird. An Stellen, an denen das Sieb
erhaben ist, sammeln sich weniger Fasern als an jenen Stellen, an
welchen das Sieb Vertiefungen aufweist. Dort sammeln sich mehr Fasern.
An den Stellen, an denen sich weniger Fasern befinden, ist das Papier durchsichtiger
als an jenen Stellen, an denen sich mehr Fasern gesammelt haben.
Im Durchlicht ist das Wasserzeichen ohne technische Hilfsmittel
auch für einen Laien gut zu erkennen. Moderne Papiermühlen sind
in der Lage, Muster, Schriftzeichen und andere grafische Darstellungen
in unterschiedlichen Grautönen darzustellen.
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Moderne
Sicherheitsdokumente, wie Reisepässe, Verpackungen oder
Echtheitszertifikate von Software, umfassen heute bereits Hologramme
als Sicherheitselemente. Reisepässe und Personalausweise
können darüber hinaus ein Hologramm umfassen,
welches mit einem das Passbild darstellenden Individualisierungsmuster
individualisiert ist. Bei einerfortschreitenden Verbreitung der
technischen Geräte, die zur Herstellung von Hologrammen,
insbesondere von individualisierten Hologrammen, benötigten
werden, ist zu befürchten, dass Dokumentenfälscher
einfache Hologramme nachahmen oder herstellen können. Benötigt
werden somit Hologramme, deren Erzeugungsaufwand für Fälscher
erhöht ist, wobei der erhöhte Aufwand zu mindestens
einem zusätzlichen einfach zu verifizierenden Merkmal des Hologramms
führen sollte.
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Der
Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren
sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Hologrammen zu schaffen,
bei denen das Hologramm gegenüber den bekannten Hologrammen
schwieriger durch Fälscher herzustellen ist und dennoch
eine zuverlässige Verifikation und auch eine Großserienfertigung
von individualisierten Hologrammen möglich ist.
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Definitionen
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Ein
Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein
Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbstständige bauliche
Einheit sein, die mit einem Sicherheitsdokument, welches auch ein
Wertdokument sein kann, verbunden, beispielsweise verklebt, werden
kann. Es kann sich aber auch um einen integralen Bestandteil eines
Sicherheitsdokumentes handeln. Ein Beispiel für Erstes
ist ein auf ein Sicherheitsdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel
für Letzteres ist ein in einen Geldschein oder einen Ausweis
integriertes, beispielsweise einlaminiertes Hologramm.
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Ein
Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber
einfachem Kopieren) erhöhtem Aufwand oder gar nicht unautorisiert
herstellbar bzw. reproduzierbar ist.
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Ein
Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter
Mustereinheiten. Dieses können unterschiedliche geformte
Regionen oder gleichförmig ausgebildete Pixel sein. Die Mustereinheiten,
d. h. die Regionen bzw. Pixel, eines Musters sind einander zugeordnet
und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet, typischerweise in
einer oder zwei Raumdimensionen, und ergeben in der Gesamtbetrachtung
eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, ein Symbol, ein Logo,
einen Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerisch) oder einen Code
(z. B. einen Barcode). Ein Individualisierungsmuster ist ein Muster,
welches zur Individualisierung verwendet wird.
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Als
Region eines Musters wird jede zusammenhängende Fläche
angesehen, die eine einheitliche Erscheinung aufweist. Eine Region
ist somit durch mindestens eine andere Region und/oder eine Begrenzung
des Musters eingegrenzt. In diesem Sinne ist auch eine Linie, deren
Breite der wahrnehmbaren Auflösung entspricht, eine Region.
Insbesondere bilden Pixel gleicher Erscheinung, die zueinander benachbart
sind, eine Region. Hierbei gelten Pixel eines gleichförmigen,
matrixartigen, Spalten und Zeilen aufweisenden Rasters als benachbart,
wenn sie in derselben Spalte oder derselben Zeile zueinander benachbart
sind oder diagonal aneinander angrenzen.
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Als
Kontur werden wahrnehmbare Begrenzungslinien einer Region. bzw.
einer flächig zusammenhängenden Gruppe von Pixeln
gleicher optischer Erscheinung oder gleicher Eigenschaften angesehen.
Bei in einem matrixartigen Raster werden Pixel als flächig
zusammenhängend angesehen, wenn sie sich an mindestens
einem Punkt berühren. Dieses bedeutet, dass in einer Spalte
oder einer Zeile zueinander benachbarte Pixel gleicher Erscheinung
als flächig zusammenhängend angesehen werden wie auch
Pixel, die „diagonal" aneinander angrenzen. Hierbei wird
davon ausgegangen, dass die Pixel jeweils die einzelnen Rasterflächen
nahezu vollständig ausfüllen. Eine Erscheinung
von zwei Pixeln oder zwei Teilen einer Fläche gilt als
gleich, wenn bei einer Wahrnehmung oder Detektion außer
ihren abweichenden Positionen keine Unterschiede bezüglich vorgegebener
Vergleichskriterien oder und/oder Vergleichstoleranzen wahrgenommen
werden. Da die Wahrnehmung oder Detektion eines Hologramms von einer
Rekonstruktionsgeometrie und/oder einer Rekonstruktionswellenlänge
abhängig sein, können dieselben benachbarten Pixel
unter einer ersten Rekonstruktionsgegebenheit die gleiche und unter
einer anderen Rekonstruktionsgegebenheit eine unterschiedliche Wahrnehmung
oder Detektion hervorrufen. In dem einen Fall werden sie als Bestandteil
einer Region wahrgenommen im anderen Falle nicht.
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Als
unregelmäßig wird ein Muster eines Hologramms
angesehen, wenn die Kontur mindestens einer der Regionen, die das
Muster definieren, in einem jeden beliebigen Bereich, dessen Ausdehnung in
der Größenordnung der wahrnehmbaren Auflösung
bei einer Verifikation des Hologramms hinsichtlich seiner Echtheit
und/oder Unverfälschtheit liegt (dessen Ausdehnung beispielsweise
quadratisch ist und eine Kantenlänge aufweist, die dem
fünffachen der wahrnehmbaren Auflösung entspricht),
nicht anhand von Symmetrie-Eigenschaften des Musters oder anderen
Gesetzmäßigkeiten, die sich aus einer Kenntnis
des Musters ohne den Bereich ergeben, lokal in dem Bereich voraussagbar
ist.
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Als
Sicherheitsdokumente seien lediglich beispielhaft genannt: Personalausweise,
Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen,
Tickets, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere, Wertdokumente,
wie Banknoten, Schecks, Postwertzeichen, Kreditkarten, beliebige
Chipkarten und Haftetiketten (z. B. zur Produktsicherung). Solche
Sicherheitsdokumente weisen typischerweise ein Substrat, eine Druckschicht
und optional eine transparente Deckschicht auf. Ein Substrat ist
eine Trägerstruktur, auf welche die Druckschicht mit Informationen,
Bildern, Mustern und dergleichen aufgebracht wird. Als Materialien
für ein Substrat kommen alle fachüblichen Werkstoffe
auf Papier- und/oder Kunststoffbasis in Frage. Ein Substrat wird
auch genutzt, um hierauf ein Hologramm als Sicherheitselement auf-
oder anzubringen.
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Ein
Modulator ist eine Vorrichtung, die Licht hinsichtlich seiner Intensität
oder Phaseneigenschaften moduliert. Ein belichteter und entwickelter
Film, beispielsweise ein Diapositiv ist geeignet, ein durchtretendes
Licht zu modulieren.
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Ein
Spatial Light Modulator (SLM) ist ein Modulator. Ein SLM erlaubt
eine zweidimensional ortsaufgelöste Beleuchtung bzw. Bestrahlung
eines meist flächigen Gegenstandes mit modulierter Intensität.
Hierbei kann es sich beispielsweise um einen DMD (Digital Micro
Mirror Device) Chip, ein LCD (Liquid Crystal Display) Transmissionsdisplay
oder ein LCoS (Liquid Crystal an Silicon) Display handeln. Allen
ist gemeinsam, dass eine Vielzahl von SLM-Pixeln gebildet ist, wobei
jedes SLM-Pixel unabhängig von anderen SLM-Pixeln aktivierbar
oder deaktivierbar ist (auch Zwischenstufen sind möglich),
wodurch durch entsprechende Ansteuerung der SLM-Pixel sich Muster
oder Bilder projizieren lassen. Durch die freie Ansteuerbarkeit
können auch ohne weiteres verschiedene Bilder oder Muster
in zeitlicher Folge hintereinander generiert werden, beispielsweise
in Form eines Passfotos.
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Ein
Code bzw. Muster ist individualisierend, wenn er einzigartig für
eine Person oder einen Gegenstand oder eine Gruppe von Personen
oder Gegenständen aus einer größeren
Gesamtmenge an Personen oder Gegenständen ist. Ein für
eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner
eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt
des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender
Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild.
Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge
der Geldscheine individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für
einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Beispiele
für nicht individualisierende Codes bzw. Muster sind Wappen,
Siegel, Hoheitszeichen, etc.
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Ein
holografisches Aufzeichnungsmaterial ist eine Schicht aus einem
Material, welches photosensitiv ist, und in welcher sich Holografien
durch irreversible, aber auch reversible photochemische und/oder photophysikalische
Prozesse im Wege der Belichtung speichern lassen. Lediglich beispielhaft
seien die in der Holografie oft verwendeten Photopolymere genannt.
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Unter
dem Begriff Rekonstruktionsgeometrie wird allgemein eine Geometrie
verstanden, die zum Rekonstruieren eines Hologramms verwendet wird. Diese
ist durch einen Einfallwinkel des zur Beleuchtung genutzten Lichts
und einen Ausfallwinkel, unter dem das Hologramm mit optimaler Helligkeit
betrachtet werden kann, gekennzeichnet. Beide Winkel können
unabhängig von einander variiert werden, um eine Rekonstruktionsgeometrie
zu verändern. Eine optimale Rekonstruktionsgeometrie ist
jene Geometrie, bei der das Hologramm optimal rekonstruiert wird.
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Ein
Belichtungseinfallwinkel ist der Winkel, unter dem ein Masterhologramm
bei einem Kontaktkopiervorgang belichtet wird, um dieses zu rekonstruieren.
Der Winkel, unter dem die Rekonstruktion entsteht, wird als Belichtungsausfallwinkel
bezeichnet. Der Wortbestandteil „Belichtungs-" soll andeuten,
dass die Rekonstruktion während der Belichtung eines bei
dem Kontaktkopiervorgang erzeugten Hologramms erfolgt. Die Begriffe
Belichtungseinfallwinkel und Belichtungsausfallwinkel werden auch
für Hologrammmaster verwendet, die kein Masterhologramm
umfassen, sondern beispielsweise sägezahnartige Reflexionsflächen
umfassen, die gegenüber einer Masteroberfläche
geneigt sind.
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Unter
dem Belichtungseinfallwinkel bezüglich der Masteroberfläche
auftreffendes Licht wird von den Reflexionsflächen, deren
Ausdehnungen größer als eine Wellenlänge
des auftreffenden Lichts sind, unter einem definierten Beleuchtungsausfallwinkel
reflektiert.
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Ist
in dem Hologrammmaster ein unterschiedliche Regionen umfassendes
Hintergrundmuster gespeichert, so kann das Licht, das unter dem
Belichtungseinfallwinkel auf den Hologrammmaster auftrefft, unter
unterschiedlichen Belichtungsausfallwinkeln gebeugt bzw. reflektiert
werden.
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Bei
einem fertig gestellten Hologramm als Sicherheitselement wird der
Winkel, unter dem das Hologramm für eine Rekonstruktion
optimal beleuchtet wird, als Rekonstruktionseinfallwinkel bezeichnet, der
Winkel unter dem das Hologramm optimal betrachtet werden kann, wird
entsprechend als Rekonstruktionsausfallwinkel bezeichnet. Eine Rekonstruktionsgeometrie,
bei der die Beleuchtung unter dem Rekonstruktionseinfallwinkel erfolgt
und die Betrachtung unter dem Rekonstruktionsausfallwinkel vorgenommen
wird, ist somit die optimale Rekonstruktionsgeometrie. Einfallwinkel
und Ausfallwinkel, die bei einer Rekonstruktion verwendet werden,
jedoch nicht die optimale Rekonstruktionsgeometrie kennzeichnen,
werden hier nicht als Rekonstruktionseinfallwinkel oder Rekonstruktionsausfallwinkel
bezeichnet.
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Grundzüge der Erfindung
und bevorzugte Ausführungsformen
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Zur
Lösung der technischen Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen
eines individualisierten Hologramms vorgeschlagen, das die Schritte
umfasst:
Bereitstellen eines Hologrammmasters,
Anordnen
eines holografischen Aufzeichnungsmaterials relativ zu dem Hologrammmaster;
Erzeugen
kohärenten Lichts
räumliches Modulieren des
kohärenten Lichts gemäß eines Individualisierungsmusters
zur Kodierung von Individualisierungsinformationen und
Führen
des modulierten kohärenten Lichts, so dass das holografische
Aufzeichnungsmaterial mit dem kohärenten modulierten Licht
durchstrahlt wird und zumindest ein Teil des kohärenten
modulierten Lichts an dem Hologrammmaster reflektiert oder gebeugt wird,
um mit dem das holografische Aufzeichnungsmaterial durchstrahlenden
kohärenten Licht zu interferieren und so das Hologramm
in das Aufzeichnungsmaterial zu belichten, wobei mittels des Hologrammmasters,
ein in dem Hologrammmaster gespeichertes Hintergrundmuster, das
mindestens zwei Regionen umfasst, dem die kodierten Individualisierungsinformationen
umfassenden modulierten kohärenten Licht beim Reflektieren
oder Beugen an dem Hologrammmaster aufgeprägt wird, so
dass das Hintergrundmuster durch die Individualisierungsinformationen
individualisiert bei einer Rekonstruktion des belichteten Hologramms
mit den Individualisierungsinformationen wahrnehmbar oder erfassbar
ist. Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungsformen von
holografischen Sicherheitselementen, die ein Hologramm umfassen
und bei denen die individualisierte Information vor einem gleichmäßigen
Hintergrund „dargestellt" ist, ist zusätzlich
zu der individualisierten Information das Hintergrundmuster, wenn auch
verdeckt oder durch die Individualisierung verändert, beobachtbar.
Eine Fälschung eines solchen Hologramms ist stark erschwert,
da für eine Fälschung ein Hologrammmaster zu erstellen
ist, der das Hintergrundmuster umfasst. Da dieses in den Sicherheitselementen,
d. h. in den belichteten Hologrammen, aufgrund der individualisierten
Informationen teilweise „verdeckt" ist, kann ein „gefälschter" Hologrammmaster
nicht ohne weiteres aus einem Originalhologramm eines Original-Sicherheitselements über
eine Kontaktkopie hergestellt werden. Mit dem Wort verdeckt ist
hierbei gemeint, dass ein Teil der Region, vorzugsweise ein Teil
einer Kontur einer Region nicht in das Hologramm belichtet wird,
da aufgrund der Individualisierung dieser Hologrammbereich gar nicht
(bei einem Hell-Dunkel-Individualisierungsmuster) oder nur mit einer
verringerten Intensität (bei einem Individualisierungsmuster,
dass auch Helligkeitsstufen kennt) belichtet wird. Es versteht sich
für den Fachmann, dass die angegebenen Verfahrensschritte
nicht alle notwendigerweise in der hier angegebenen Reihenfolge
ausgeführt werden müssen, sondern teilweise vertauscht
werden können.
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Es
entsteht somit ein individualisiertes Hologramm umfassend ein holografisches
Aufzeichnungsmaterial, in dem eine holografische Struktur gespeichert
ist, die Individualisierungsinformationen in Form eines Individualisierungsmusters
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der holografischen Struktur
zusätzlich ein Hintergrundmuster, das mindestens zwei Regionen
umfasst, gespeichert ist, dass das Hintergrundmuster durch die Individualisierungsinformationen
individualisiert bei einer Rekonstruktion des Hologramms mit den
Individualisierungsinformationen wahrnehmbar oder erfassbar ist.
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Ferner
wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hologramms als Sicherheitsmerkmal
eines Sicherheitsdokuments vorgeschlagen, umfassend einen Hologrammmaster,
eine Aufnahme und/oder Führung für ein holografisches
Aufzeichnungsmaterial und eine Lichtquelle, die kohärentes
Licht emittiert, einen Modulator, beispielsweise einen Spatial Light Modulator,
der so angeordnet ist, dass das kohärente Licht örtlich
gemäß einem Individualisierungsmuster zum Kodieren
von Individualisierungsinformationen modulierbar ist oder moduliert
wird, sowie eine Abbildungsoptik zum Führen des kohärenten
Lichts, so dass das holografische Aufzeichnungsmaterial mit dem
kohärenten modulierten Licht durchstrahlt wird und zumindest
ein Teil des kohärenten modulierten Lichts an dem Hologrammmaster
reflektiert oder gebeugt wird, um mit dem das holografische Aufzeichnungsmaterial
durchstrahlenden kohärenten Licht zu interferieren und
so das Hologramm in das Aufzeichnungsmaterial zu belichten, wobei
der Hologrammmaster, in einem Bereich, in dem das modulierte kohärente
Licht von dem Hologrammmaster reflektiert oder gebeugt wird, so
ausgebildet ist, dass dem gebeugten oder reflektierten kohärenten
modulierten Licht ein mindestens zwei Regionen umfassendes Hintergrundmuster
aufgeprägt wird, so dass das Hintergrundmuster durch die
Individualisierungsinformationen individualisiert bei einer Rekonstruktion
des belichteten Hologramms mit den Individualisierungsinformationen
wahrnehmbar oder erfassbar ist. Der Hologrammmaster ist somit so
ausgebildet, dass er das Hintergrundmuster dem Teil des kohärenten Lichts
aufprägt, der anschließend mit dem das holografische
Aufzeichnungsmaterial durchstrahlenden modulierten Licht zur Interferenz gebracht
wird. Das Hintergrundmuster ist in dem Hologrammmaster so codiert,
dass ein Beugungs- und/oder Reflexionsverhalten die mindestens zwei
Regionen des Hintergrundmusters repräsentiert.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Hologrammmaster und die Individualisierungsinformationen
so aufeinander abgestimmt werden, dass mindestens ein Teil einer
Kontur einer der mindestens zwei Regionen des Hintergrundmusters
durch die Individualisierungsinformationen verändert, insbesondere
verdeckt, wird. Während „verdeckte" oder nicht abgebildete
Bereiche einer Region des Hintergrundmusters, die dieselben Eigenschaften
wie andere Bereiche derselben Region aufweisen, prinzipiell aus
einer durch die Individualisierung veränderte Vorlage (ein
echtes individualisiertes Hologramm) rekonstruierbar sind, können
die Konturen eines Bereichs nur sehr viel schwerer erraten werden.
Eine Fälschungssicherheit nimmt somit zu, wenn Anteile
der Konturen der mindestens zwei Regionen nicht in das Hologramm
abgebildet werden.
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Eine
solche Abstimmung kann beispielsweise vorsehen, dass das kohärente
Licht mittels des Individualisierungsmusters so moduliert wird,
dass ein vorgegebener Flächenanteil, von vorzugsweise mindestens
20%, bevorzugter von mindestens 30%, des Hintergrundmusters nicht
mit einer maximalen Lichtintensität beleuchtet wird, vorzugsweise
gar nicht beleuchtet wird.
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Ein
Erstellen eines gefälschten Hologrammmasters anhand eines
oder meist sogar mehrerer Originalhologramme ist stark erschwert
oder unmöglich, wenn der Hologrammmaster mit einem in zwei Dimensionen
unregelmäßigen Hintergrundmuster bereitgestellt
oder hergestellt wird. Bevorzugt wird somit ein Hologrammmaster,
bei dem die unterschiedlichen Regionen ein in zwei Dimensionen unregelmäßiges
Hintergrundmuster in dem für eine Individualisierung vorgesehenen
Bereich des Hologramms bilden. Bei einem in zwei Dimensionen unregelmäßigen
Muster lassen sich Konturabschnitte nicht aus Symmetrieeigenschaften
des Hintergrundmusters oder anderen Gesetzmäßigkeiten
des Hintergrundmusters ableiten. Vorzugsweise liegen Unregelmäßigkeiten
in einer Größenordnung einer Auflösung,
mit der Strukturen bei einer Verifikation des Hologramms hinsichtlich
einer Echtheit genutzt wird. Soll das Hologramm mittels einer Sichtprüfung
eines Menschen verifiziert werden, so liegen die Auflösungsgrenzen
im Bereich von etwa 330 Linien pro Zoll bei einem Abstand von 25
cm. Eine Kontur sollte somit eine Unregelmäßigkeit
aufweisen, die bei einem im Mittel gradlinigen Verlauf der Kontur
dazuführt, dass ein Abstand der Kontur von dem gradlinigen
Verlauf in einem Bereich von plus/minus einige 300-tel Zoll (mm)
quasi stochastisch, d. h. quasi zufällig schwankt.
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Das
Hintergrundmuster wird in den Hologrammmaster mit solch einer Präzision
und/oder Auflösung eingearbeitet, dass ein Zusammenfügen
von aus unterschiedlichen aus Original-Hologrammen abgeleiteten
Teilen des Masterhologramms bzw. des Hintergrundmusters nicht oder
nur sehr schwer „versatzfrei" möglich ist. Trotz
eines beispielsweise in zwei Dimensionen unregelmäßigen
Hintergrundmusters, fallen nämlich bei einer Betrachtung
entlang einer Zusammensetzungskante, die in der Regel gradlinig
sein wird, auftretende Versätze in allen oder fast allen
die Zusammensetzungskante schneidenden Konturen auf. Diese Versätze
sind als Makrostruktur für einen menschlichen Betrachter
wahrnehmbar, so dass mit einem auf diese Wiese gefälschten
Masterhologramm hergestellte Hologramme als Fälschungen
identifizierbar sind.
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Der
Hologrammmaster ist bei einer Ausführungsform als Masterhologramm
ausgeführt, in das das Hintergrundmuster holografisch gespeichert
ist. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Master
sägezahnartige oder schuppenartige reflektierende oder
gerichtet streuende Flächen, die einfallendes Licht unter
unterschiedlichen Winkeln reflektieren oder gerichtet streuen. Die
einzelnen sägezahnartigen oder schuppenartigen Flächen,
die aneinander angrenzen und dieselben Reflexionseigenschaften aufweisen,
bilden hierbei jeweils eine Region des Hintergrundmusters.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung wird der Hologrammmaster
so bereitgestellt oder hergestellt, dass ein Aufprägen
des Hintergrundmusters so erfolgt, dass das belichtete Hologramm
unter mindestens einer optimalen Rekonstruktionsgeometrie, die durch
einen Rekonstruktionseinfallwinkel und einen Rekonstruktionsausfallwinkel
festgelegt ist und unter der ein Maximum der in dem Hologramm gespeicherten
Individualisierungsinformationen wahrnehmbar ist, so rekonstruiert,
dass das Hintergrundmuster Regionen unterschiedlicher Beugungseffizienz
umfasst. Bei einer Verifikation wird das Hologramm somit unter einer
Rekonstruktionsgeometrie (gegebenenfalls einer von mehreren Möglichen)
rekonstruiert, so dass möglichst die gesamte Individualisierungsinformation
detektierbar, wahrnehmbar, insbesondere sichtbar, ist. Bei dieser
Rekonstruktion unterscheiden sich die unterschiedlichen Regionen hinsichtlich
ihrer Beugungseffizienz unter genau dieser gewählten Rekonstruktionsgeometrie.
Dieses bedeutet, dass unterschiedliche Bereiche, die durch die Individualisierung
nicht oder in gleicher Weise beeinflusst sind, von zwei unterschiedlichen
Regionen unterschiedliche Beugungseffizienzen aufweisen.
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Bei
einer Ausführungsform ist das Hintergrundmuster somit so
ausgebildet oder wird es so ausgebildet und das Hintergrundmuster
dem kohärenten modulierten Licht so aufgeprägt,
dass es durch unterschiedliche Regionen, die unterschiedliche Beugungseffizienzen
unter einer vorgegebenen Rekonstruktionsgeometrie aufweisen, in
dem Hologramm gespeichert wird, wenn das Individualisierungsmuster
keine Modulation des kohärenten Lichtes bewirkt. Das Hintergrundmuster
ist somit über unterschiedliche Beugungseffizienzen bei
einer vorgegebenen Rekonstruktionsgeometrie für das Hologramm
in diesem codiert.
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Als
leicht durch eine Sichtprüfung zu verifizierendes Sicherheitsmerkmal
hat sich eine Abbildung des Gesichts einer Person herausgestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Individualisierungsmuster
daher ein Passbild einer menschlichen Person.
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Insbesondere
für bildartige Individualisierungsmuster eignen sich Hintergrundmuster,
die geringe Kontrastunterschiede in Blickrichtung der optimalen
Rekonstruktion aufweisen. Vorzugsweise liegen bei einer Ausführungsform
somit die unterschiedlichen Beugungseffizienzen der unterschiedlichen
Regionen des Hintergrundmusters alle oberhalb eines vorgegebenen
Schwellenwertes.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung liegen die unterschiedlichen Beugungseffizienzen
der unterschiedlichen Regionen des Hintergrundmusters alle innerhalb
eines vorgegebenen Intervalls, das vorzugsweise eine Spanne von
30% umfasst. Die unterschiedlichen Regionen sind beispielsweise
so ausgestaltet, dass ihre Rekonstruktionsgeometrie in einer Winkelspanne
von kleiner ±30°, vorzugsweise kleiner ±20°,
am bevorzugtesten von kleiner ±10° um eine vorgegebene
"Soll-Rekonstruktionsgeometrie" liegt, die durch einen Soll-Einfallwinkel
für die Beleuchtung und einen Soll-Ausfallwinkel, unter
dem die Rekonstruktion des Hologramms mit maximaler Helligkeit zu
beobachten sein soll. Eine bevorzugte Soll-Rekonstruktionsgeometrie
ist eine 45°–90°-Rekonstruktionsgeometrie,
bei der bei einer Einstrahlung von Rekonstruktionslicht unter 45° gegenüber einer
Ebene des Hologramms (Ebene des holografischen Aufzeichnungsmaterials)
erfolgt und eine maximale Helligkeit unter 90° gegenüber
der Ebene des Hologramms wahrgenommen werden kann.
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Werden
beispielsweise zwei unterschiedliche Regionen zum Ausbilden des
Hintergrundmusters verwendet, die jeweils eine Winkelselektivität von
ca. 4° aufweisen, so weichen die eine Rekonstruktionengeometrie
vorzugsweise um 8° von der anderen ab. Hierbei wird als
Winkelselektivität ein Winkel verstanden, um den das Hologramm
bei einer anfänglich vorliegenden optimalen Rekonstruktionsgeometrie
für eine Region um den Auftreffpunkt des Rekonstruktionslichts
verkippt werden muss bzw. verkippt werden kann, um einen Intensitätsabfall
von 50% zu erhalten. In dem soeben beschriebenen Fall existiert
ein Winkel bzw. eine Verkippung, bei der beide Regionen etwa gleich
hell wahrgenommen werden. Die eine Rekonstruktionsgeometrie kann
mit der Soll-Rekonstruktionsgeometrie übereinstimmen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, das hergestellte Hologramm als optisch dickes
Hologramm, vorzugsweise als Volumenhologramm herzustellen. Besonders bevorzugt
wird eine, zumindest primäre, Herstellung als optisch dickes
Reflexions-Volumenhologramm. Ein solches lässt sich einfach
durch eine Sichtprüfung hinsichtlich seiner Echtheit und
Unverfälschtheit überprüfen. Zumindest
primär soll hierbei bedeuten, dass dem Hologramm vorteilhafterweise in
einigen Ausführungsformen zusätzlich noch ein
so genanntes verstecktes Sicherheitsmerkmal zugefügt wird.
Der Hologrammmaster wird in einem solchen Fall als ein Masterhologramm
bereitgestellt oder hergestellt, in das zusätzlich zu dem
Hintergrundmuster ein verstecktes Sicherheitsmerkmal codiert ist,
insbesondere ein Projektionshologramm oder ein Mehrrichtungsstrahlerzeugungselement.
Als Mehrrichtungsstrahlerzeugungselement wird ein Sicherheitsmerkmal
angesehen, das bei einer Beleuchtung mit kohärentem Licht,
beispielsweise Laserlicht, einer vorgegebenen Wellenlänge
unter einem vorgegebenen Einstrahlungswinkel Licht in mindestens
zwei voneinander getrennte Raumwinkelbereiche beugt. Dieses bedeutet,
dass durch die Beugung mehrere Lichtstrahlen erzeugt werden, die
unter genau definierten Winkeln aus dem Hologramm austreten.
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Als
kontrastarm werden zusätzlich Hintergrundmuster angesehen,
bei denen sich die optimalen Rekonstruktionswinkel der einzelnen
Regionen nur in einem begrenzten Winkelbereich voneinander unterscheiden.
Vorzugsweise liegen die optimalen Rekonstruktionswinkel alle in
einem Winkelbereich von etwa 10° bis 20°.
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Neben
Hintergrundmustern mit Regionen, deren Beugungseffizienzen alle
oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegen, sind zumindest für
kontrastreiche Individualisierungsmuster, wie sie alphanumerische
Zeichen darstellen, auch Hintergrundmuster geeignet, die nicht beugende
oder schwach beugende Regionen in dem Hologramm erzeugen. Um jedoch
eine Wahrnehmung der Individualisierungsinformationen nicht negativ
zu beeinflussen, ist bei einer Ausführung vorgesehen, dass
Regionen mit einer Beugungseffizienz unterhalb eines vorgegebenen
weiteren Schellenwertes an jeder Stelle höchstens eine
maximale Ausdehnung dmax aufweisen, die
kleiner als ein n-faches einer Auflösung ist, die bei einer
Verifikation des Hologramms hinsichtlich seiner Echtheit und/oder
Unverfälschtheit wahrnehmbar oder detektierbar ist. Die
Zahl n liegt hierbei vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10. Als Auflösung
wird hier die Auflösung bei Betrachtung durch einen Menschen
mit 100% Sehschärfe bei einem typischen Betrachtungsabstand
von minimal 25 cm verstanden. Insgesamt sollte höchstens
50% der für die Individualisierung genutzten Hintergrundfläche
eine Beugungseffizienz unterhalb des vorgegebenen weiteren Schwellenwertes
aufweisen. Der weitere vorgegebene Schwellenwert liegt vorzugsweise
mindestens unterhalb einer Beugungseffizienz von 50%, bevorzugt
unterhalb von 30%, wobei der vorgegebene Schwellenwert für
die gut bzw. optimal beugende(n) Region(en) bei einer Beugungseffizienz vorzugsweise
oberhalb von 70%, bevorzugter oberhalb von 80% und am bevorzugtesten
oberhalb von 90% liegt.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Konturendichte oberhalb eines
vorgegeben Wertes liegt. Vorzugsweise liegt eine Konturendichte
bei 10 Konturen pro cm. So können auch Linienmuster, die aus
(stärker) beugenden und nicht (schwächer) beugenden
Regionen bestehen, zum Einsatz kommen.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Hologrammmaster mit mindestens zwei Regionen unterschiedlicher Streucharakteristik
bereitgestellt und/oder erzeugt wird, die jeweils unter einem gleichen
Belichtungseinfallwinkel einfallendes monochromatisches kohärentes
Licht abhängig von ihrer Streucharakteristik in unterschiedlich große
begrenzte Winkelbereiche um denselben Belichtungsausfallwinkel reflektieren
und/oder beugen. Diese Eigenschaft des Hologrammmasters überträgt sich
auf das Hologramm. Unterschiedlich stark streuende Regionen werden
als unterschiedlich hell wahrgenommen, wen man davon ausgeht, dass
die Gesamtbeugungseffizienzen über die unterschiedlichen Winkelbereiche
gleich sind.
-
Um
ein Hologramm möglichst fälschungssicher in einem
Sicherheitsdokument zu integrieren, wird das Hologramm vorzugsweise
hergestellt, auf einem Substrat angeordnet oder angebracht und gegebenenfalls
mit weiteren Schichten zu einem Dokumentkörper laminiert.
-
Es
wird angemerkt, dass die Belichtung des Hologramms mit sichtbarem
Licht oder auch Licht im UV- oder IR-Spektralbereich erfolgen kann.
Die Belichtung kann ebenfalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen,
d. h. farbig, erfolgen. Findet eine Individualisierung des Hologramms
statt, so können für die unterschiedlichen Wellenlängen
unterschiedliche Individualisierungsmuster verwendet werden.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind mehr als zwei Regionen
unterschiedlicher Streucharakteristiken vorgesehen. Beispielsweise
kann eine schwächer streuende Region eine stärker
streuende Region umschließen, die wiederum eine ganz schwach
streuende Region umschließt.
-
Die
mit Schwerpunkt für das Verfahren zur Herstellung eines
Hologramms beschriebenen Merkmale finden ihre Entsprechungen in
einem so hergestellten Hologramm und der Vorrichtung zu dessen Herstellung.
Sie weisen dort dieselben Vorteile auf.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher
erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Hologramms;
-
2 eine
schematische Darstellung von Intensitätsverteilungen;
-
3a, 3b eine
schematische Darstellung zur Erläuterung einer Herstellung
eines Hologrammmasters;
-
4a bis 4d schematische
Ansichten eines Sicherheitsdokuments mit einem Holgramm unter vier
verschiedenen Rekonstruktionsgeometrien;
-
5 schematische
Darstellung eines Beugungsverhaltens unterschiedlicher Regionen
eines Hintergrundmusters;
-
6a einen
schematischen Ausschnitt eines Hintergrundmusters;
-
6b einen
Ausschnitt eines mit dem Hintergrundmuster nach 6a hergestellten
individualisierten Hologramms;
-
6c schematisch
die Situation, vor der ein Fälscher eines Hologrammmasters
steht, der diesen aus dem Hologramm nach 6b ableiten
will;
-
7a eine
schematische Darstellung eines Hintergrundmusters;
-
7b eine
Darstellung eins mit dem Hintergrundmuster nach 7a aufgenommenen
kreisförmigen individualisierten Hologramms;
-
7c eine
schematische Darstellung eines Hologrammmasters mit einem versteckten
Sicherheitsmerkmal; und
-
7d eine
schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments mit einem mit dem
Hologrammmaster nach 7c hergestellten individualisierten Hologramm
als Sicherheitselement.
-
In 1 ist
schematisch eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Hologramms
dargestellt. Vor einem Hologrammmaster 2 ist auf einer
Führung 3 ein holografisches Aufzeichnungsmaterial 4 angeordnet. Die
Führung 3 ist relativ zu dem Hologrammmaster 2 so
angeordnet, dass das holografische Aufzeichnungsmaterial 4 vorzugsweise
vollflächig in Kontakt mit dem Hologrammmaster 2 ist.
Für den Fachmann versteht es sich, dass hierbei eine transparente Schutzschicht
(nicht dargestellt), vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat (PET),
zwischen dem holografischen Aufzeichnungsmaterial 4 und
dem Hologrammmaster 2 angeordnet sein kann. Diese Schutzschichten
erleichtert ein Ablösen des holografischen Aufzeichnungsmaterials 4 von
dem Hologrammmaster 2, nachdem das Hologramm fertig in das
holografische Aufzeichnungsmaterial 4 belichtet ist.
-
Der
Hologrammmaster 2 ist eine beispielsweise holografisch
hergestellte Struktur, die beispielsweise durch ein holografisches
Abbilden einer Mattscheibe erzeugt ist, wie unten genauer erläutert wird.
Alternativ können Regionen unterschiedlicher Beugungseffizienz
durch eine unterschiedliche lange Belichtungsdauer bei einer holografischen
Herstellung eines Hologrammmasters als Masterhologramm erzeugt werden.
Wieder alternativ kann ein Hologrammmaster verwendet werden, der
sägezahnartige oder schuppenartige reflektierende oder
gerichtet streuende Flächen umfasst, die gegen eine Oberfläche
des Hologrammmasters je nach Zugehörigkeit zu einer der
mindestens zwei Regionen des Hintergrundmusters unterschiedlich
geneigt sind. Einfallendes Licht wird somit unter unterschiedlichen
Winkeln reflektiert. Eine solche Struktur kann beispielsweise mittels
photolithographischer Verfahren hergestellt werden. Ferner eignen
sich Prägehologrammstrukturen oder andere geprägte
beugende Strukturen als Hologrammmaster. Außerdem sind
beliebige Kombinationen der genannten Hologrammstrukturen möglich.
-
Die
Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Lichtquelle 5,
die in der Lage ist, kohärentes Licht 8 zu erzeugen.
Dieses kann im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich
liegen. Hierfür kann die Lichtquelle 5 beispielsweise
einen Laser 6 umfassen, der kohärentes und in
der Regel monochromatisches Licht erzeugt. Die Lichtquelle 5 kann
in einer Ausführungsform einen Monochromator 7 umfassen der
das kohärente Licht monochromatisiert, wenn beispielsweise
anstelle des Lasers 6 eine andere Lichterzeugungseinheit
verwendet wird oder der Laser 6 Licht mehrerer Wellenlängen
produziert.
-
Das
kohärente Licht 8 wird von der Lichtquelle 5 vorzugsweise
als streifenförmiger Lichtstrahl bereitgestellt. Dies bedeutet,
dass der Lichtstrahl quer zur Ausbreitungsrichtung entlang einer
Raumdimension ausgedehnt ist. Diese Ausdehnung entspricht vorzugsweise
zumindest einer Breite des Hologramms, welches hergestellt werden
soll. Im dargestellten Beispiel ist das kohärente Licht 8 senkrecht zur
Zeichenebene streifenförmig ausgedehnt.
-
Die
Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Abbildungsoptik, die
hier vereinfachend als Umlenkspiegel 9 dargestellt ist.
Die Abbildungsoptik ist so ausgebildet, dass das kohärente
Licht 8 durch einen als Spatial Light Modulator 10 ausgeführten
Modulator geführt wird, in dem dieses räumlich
moduliert wird. (Andere Ausführungsformen verwenden individuell belichtete
und entwickelte Filme als Modulatoren). Dies bedeutet, dass unterschiedliche
Positionen entlang der streifenförmigen Ausdehnung des
kohärenten Lichts 8 quer zur Ausbreitungsrichtung
unterschiedlich moduliert werden. Ebenso ist die Modulation von
einer lateralen Position, an der das Licht durch den Spatial Light
Modulator 10 tritt, abhängig. Die Modulation erfolgt
entsprechend eines Individualisierungsmusters für das Hologramm.
Der modulierte kohärente Lichtstrahl 11 durchstrahlt
das holografische Aufzeichnungsmaterial 4 und wird zumindest zum
Teil an dem Hologrammmaster 2 gebeugt und/oder reflektiert.
Dem an dem Hologrammmaster gebeugten oder reflektierten Licht wird
hierbei ein in dem Hologrammmaster 2 codiertes Hintergrundmuster
aufgeprägt. Ist der Hologrammmaster 2 ein Masterhologramm,
so kann das Hintergrundmuster in das Masterhologramm gespeichert
sein. Dieses Hintergrundmuster wird beim Beugen rekonstruiert. Vorzugsweise
besitzen unterschiedliche Regionen, die das Hintergrundmuster definieren
unterschiedliche Beugungseigenschaften, insbesondere unterschiedliche
Beugungseffizienzen hinsichtlich einer einheitlichen Rekonstruktionsgeometrie
des Masterhologramms. Dieses bedeutet, dass bei einer Ausführungsform
unter einem Belichtungseinfallwinkel auf das Masterhologramm auftreffendes
(beispielsweise monochromatisches) Licht unter einem einheitlichen Belichtungsausfallwinkel
von den verschiedenen Regionen des Hintergrundmusters gebeugt wird,
eine Beugung jedoch unterschiedlich effizient erfolgt. Alternativ
können die unterschiedlichen Regionen das modulierte kohärente
Licht in unterschiedlich große Winkelbereiche um denselben
Belichtungsausfallwinkel beugen. Wieder andere Ausführungsformen sehen
vor, dass die Regionen das unter demselben Belichtungseinfallwinkel
auftreffende Licht unter leicht unterschiedlichen Winkeln beugen.
D. h., die Belichtungsausfallwinkel der einzelnen Regionen unterscheiden
sich. Vorzugsweise variieren die unterschiedlichen Belichtungsausfallwinkel
in einer vorgegebenen Winkelspanne von vorzugsweise 10° bis 20° um
einen mittleren Belichtungsausfallwinkel. Ausführungsformen,
die sägezahnartige oder schuppenartige Flächen
umfassen, reflektieren das individualisierte, d. h. modulierte,
kohärente Licht unter unterschiedlichen Winkeln zurück
in das holografische Aufzeichnungsmaterial 4. Das reflektierte
und/oder gebeugte Licht interferiert mit dem das holografische Aufzeichnungsmaterial 4 durchstrahlenden
Licht 11 und belichtet so das Hologramm in das holografische Aufzeichnungsmaterial 4.
-
Eine
Steuereinheit 12 der Vorrichtung 1 ist ausgebildet,
eine Relativbewegung des kohärenten Lichts 8 bzw.
modulierten kohärenten Lichts 11 einerseits und
des holografischen Aufzeichnungsmaterials 4 und des Hologrammmasters 2 andererseits
zu steuern. Hierfür ist die Steuereinheit 12 mit
einer Antriebseinheit 13 verbunden. Diese ist in der dargestellten
Ausführungsform so mit der Abbildungsoptik, d. h. dem Umlenkspiegel 9,
gekoppelt, dass über eine Verschiebung des Umlenkspiegels
synchronisiert der Spatial Light Modulator 10 sowie der
Hologrammmaster 2 streifenweise abgetastet werden. Die
Steuereinheit 12 ist ferner so ausgebildet, dass eine Belichtungszeit
in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial jeweils angepasst an
eine spektrale Empfindlichkeit des holografischen Aufzeichnungsmaterials 4 und
an die jeweils zur Belichtung des Hologramms verwendete Wellenlänge
des kohärenten Lichts 8, 11 angepasst
ist. Die erforderliche Belichtungszeit hängt von der Intensität
des kohärenten Lichts und der spektralen Empfindlichkeit
des holografischen Aufzeichnungsmaterials 4 ab. Somit kann die
Steuereinheit 12 entweder eine Intensität der Lichtquelle
und/oder eine Relativgeschwindigkeit und/oder eine Belichtungsdauer
in einer Position des holografischen Aufzeichnungsmaterials 4 steuern.
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Die
Belichtung kann in einem so genannten Step-and-Repeat-Verfahren
oder kontinuierlich erfolgen, beispielsweise bei einem Trommelbelichtungsverfahren.
Bei letzterem ist der Hologrammmaster in oder auf eine Trommel eingearbeitet
bzw. aufgebracht, auf der das holografische Aufzeichnungsmaterial
aufliegt. Während der Belichtung dreht sich die Trommel.
Bei einem Step-and-Repeat-Verfahren wird der zu belichtende Bereich
des als Film ausgebildeten holografischen Aufzeichnungsmaterials
auf den Master gebracht und kommt dort zur Ruhe. Im Anschluss erfolgt
eine Belichtung, z. B. scannend oder vollflächig, die die
Kontaktkopie des Hologramms vornimmt. Hierbei werden Laserstrahlen
individualisiert. Nach der Belichtung erfolgt ein Weitertransport
des als Film ausgebildeten holografischen Aufzeichnungsmaterials,
bis der nächste unbelichtete Bereich auf dem Hologrammmaster
zur Ruhe kommt.
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Beschrieben
ist die Beleuchtung mit Licht einer Wellenlänge (Farbe).
Ebenso gut kann die Beleuchtung mit unterschiedlichen Wellenlängen
erfolgen. Hieran muss lediglich der Hologrammmaster angepasst sein.
Eine Individualisierung kann für die unterschiedlichen
Wellenlängen unterschiedlich erfolgen. D.h., die unterschiedlichen
Wellenlängen können über unterschiedliche
Individualisierungsmuster räumlich moduliert werden.
-
Der
Hologrammmaster 2 wird in dem dargestellten Beispiel unter
einem Belichtungseinfallwinkel 14 von 90° von
dem modulierten kohärenten Licht 11, welches das
holografische Aufzeichnungsmaterial durchstrahlt hat, beleuchtet.
Der Hologrammmaster 2 umfasst in der dargestellten Ausführungsform
eine schwächer streuende Region 15 und eine stärker streuende
Region 16. In beiden Regionen 15, 16 wird das
Licht in unterschiedliche Winkelbereiche 17, 18 um
denselben Belichtungsausfallwinkel 19 von 45° reflektiert
und/oder gebeugt. Beispielhaft wird angenommen, dass der Winkelbereich
der stärker streuenden Region 16 Winkel von 45° ± 20° umfasst
und die schwächer oder geringer streuende Region 15 Winkel
von 45° ± 10° umfasst. Die unter den
verschiedenen Winkeln beobachteten Intensitäten hängen
von dem jeweiligen Winkel ab. Beide Regionen 15, 16 weisen
eine Intensitätsverteilung auf, die bei einer maximalen
Abweichung von dem Belichtungsausfallwinkel 19 also bei
25° oder 65° für die stärker streuende
Region 16 und bei 35° oder 55° für
die schwächer streuende Region bei null beginnt und/oder
endet. Je mehr man sich dem Belichtungsausfallwinkel 19 nähert,
desto größer wird die Intensität in beiden
Intensitätsverteilungen. Diese erreichen jeweils bei dem
Belichtungsausfallwinkel 19 ein Intensitätsmaximum.
Die Intensitätsverteilung 20 für die
schwächer streuende Region 15 und die Intensitätsverteilung 21 für
die stärker streuende Region 16 sind schematisch
in 2, welches ein Polardiagramm ist, dargestellt.
Die Intensität ist durch einen Abstand vom Ursprung gegeben
der Winkel ist gegen die X-Achse im mathematisch positiven Sinn
gemessen. Zu erkennen ist, dass die beiden Intensitätsverteilungen
unter einem ausgezeichneten Winkel 22 die gleiche Intensität
aufweisen. Unter diesem Winkel sind die Rekonstruktionen der schwächer
streuenden Region 15 und der stärker streuenden
Region 16 gleich intensiv bzw. gleich hell.
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Die
hier erläuterten Winkelabhängigkeiten des Hologrammmasters 2 übertragen
sich auf das in das holografische Aufzeichnungsmaterial 4 belichtete
Hologramm. Dieses gilt auch bei anderen Ausführungsformen
für andere optische Eigenschaften, die das Hintergrundmuster
definieren. Das fertige Hologramm wird anschließend vorzugsweise
in ein Sicherheitsdokument integriert. Hierzu wird es bevorzugt
zwischen Schichten angeordnet, von denen eine als Substrat dient,
auf die das Hologramm aufgebracht wird. Anschließend werden
die schichten zu einem Dokumentkörper laminiert. Eine andere
bevorzugte Integration ist ein Aufkleben des fertigen Hologramms
beispielsweise auf ein als Kunststoffkarte ausgebildetes Sicherheitsdokument.
In das Sicherheitsdokument können weitere Sicherheitsmerkmale integriert
sein.
-
Ein
solches Sicherheitsdokument mit einem Hologramm wird unten mit Bezug
auf 4a bis 4d näher
beschrieben. Zunächst wird hier eine mögliche
Herstellung des Hologrammmasters 2 anhand der 3a und 3b schematisch
erläutert.
-
Auf
einen ebenen transparenten Träger 30, der beispielsweise
als polierte Glasplatte ausgebildet sein kann werden unterschiedliche
transparente Lacke aufgebracht, die entsprechend eine Schicht 31 mit
einer geringeren Rauigkeit und eine Schicht 32 mit einer
größeren Rauigkeit bilden (vgl. 3a).
Der Lack wird vorzugsweise durch einen Druck aufgetragen, z. B.
Durchdruck (Siebdruck), Hochdruck (Buchdruck, Letterset), Tiefdruck
(Rastertiefdruck, Stichtiefdruck), Flachdruck (Offset, Nassoffset,
Trockenoffset), Digitaldruck (Inkjet). Der Träger 30 mit
den Schichten 31, 32 stellt eine Mattscheibe dar.
Der Träger 30 und die Schichten 31, 32 werden
anschließend von kohärentem monochromatischem
Licht 34 der Wellenlänge durchstrahlt, die an
die Wellenlänge angepasst ist, mit der auch später
das Hologramm (vgl. 1) hergestellt werden soll.
Die Anpassung erfolgt so, dass ein etwaiges Schrumpfen des holografischen
Aufzeichnungsmaterials beim Entwickeln berücksichtigt wird.
An den Schichten 31, 32 wird das Licht in Winkelbereiche 35, 36 gestreut,
die mit den Winkelbereichen 17, 18 nach 1 korrespondieren. Das
gestreute kohärente Licht 37 wird in ein holografisches
Aufzeichnungsmaterial 38 mit hierzu kohärentem
Referenzlicht 39 so zur Interferenz gebracht, dass ein
Transmissionshologramm 40 entsteht. Dieses Transmissionshologramm 40 wird,
wie in 3b dargestellt ist, so mit kohärentem
Licht 41 rekonstruiert und weiterem hierzu kohärentem
Referenzlicht 42 in einem weiteren Aufzeichnungsmaterial 43 zur Interferenz
gebracht, so dass die Rekonstruktion des Transmissionshologramms 40 in
das weitere holografische Aufzeichnungsmaterial 43 als
Volumen-Transmissionshologramm belichtet wird, welches als Hologrammmaster 2 in
der Vorrichtung 1 nach 1 eingesetzt
werden kann. Soll der Hologrammmaster 2 für unterschiedliche
Wellenlängen rekonstruieren, so ist der beschriebene Vorgang
mit diesen Wellenlängen analog auszuführen.
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Ein
Hologrammmaster, der Regionen unterschiedlicher Streucharakteristiken
aufweist, kann ebenfalls durch ein Aufbringen eines Lackes oder mehrerer
Lacke auf eine oben beschriebene sägezahnartige oder schuppenartige
Struktur erzeugt werden.
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Hologrammmaster,
die Regionen unterschiedlicher Beugungseffizienz oder Regionen umfassen,
die unter leicht unterschiedlichen Winkeln beugen, können
durch holografische Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt
werden. Beispielsweise kann der Hologrammmaster als Volumenhologramm
hergestellt bzw. ausgebildet werden. Andere Ausführungsformen
sehen vor, dass der Hologrammmaster als Prägehologramm
ausgebildet ist oder wird. Verfahren zum Erzeugen von Volumenhologrammen
und Prägehologrammen sind dem Fachmann bekannt und daher
hier nicht im Detail beschrieben.
-
In 4a bis 4d sind
vier Ansichten eines Sicherheitsdokuments 44 unter vier
verschiedenen Rekonstruktionsgeometrien für ein kreisförmig ausgebildetes
Hologramm 45 dargestellt. Die vier Rekonstruktionsgeometrien
entsprechen vier unterschiedlichen Verkippungen des Sicherheitsdokuments 44 relativ
zu einer Betrachtungsrichtung und einer Beleuchtungsrichtung.
-
Das
Hologramm 45 umfasst als Hintergrundmuster eine kreisförmige
stärker streuende Region 46, die eine kreuzförmig
ausgebildete schwächer streuende Region 47 umgibt.
Ferner sind in das Hologramm 45 Individualisierungsinformationen
in Form eines als stilisiertes Gesicht dargestellten Individualisierungsmusters 49 gespeichert.
Die Rekonstruktionsgeometrie, die mit der Ansicht nach 4a korrespondiert
weicht am stärksten von einer optimalen Rekonstruktionsgeometrie
ab, deren zugehörige Ansicht in 4d dargestellt
ist. Die 4b und 4c zeigen
Ansichten des Sicherheitsdokuments 44 bzw. des Hologramms 45 für
Rekonstruktionsgeometrien, die sich entsprechend schrittweise der
optimalen Rekonstruktionsgeometrie annähern.
-
Unter
der stark von der optimalen Rekonstruktionsgeometrie abweichenden
Rekonstruktionsgeometrie (vgl. 4a) rekonstruiert
nur die stärker streuende Region 46 mit einer
schwachen Intensität. Die schwächer streuende
Region 47 wird nicht rekonstruiert. Diese bedeutet, dass
der Beleuchtungswinkel und/oder der Betrachtungswinkel größer
als der Winkelbereich der Streucharakteristik der schwächer streuenden
Region 47 sind.
-
Nähert
man die Rekonstruktionsgeometrie der optimalen Rekonstruktionsgeometrie
der beiden Regionen 46, 47 an, so wird die Rekonstruktion
der stärker streuenden Region 46 heller (intensiver),
die schwächer streuende Region 47 bleibt jedoch
zunächst dunkel. Erst ab einer Annäherung, deren
zugehörige Ansicht man in 4b sieht,
beginnt auch eine Rekonstruktion der schwächer streuenden
Region 47. Eine Helligkeit (Intensität) der schwächer streuenden
Region 47 nimmt weiter zu.
-
In 4c ist
eine Ansicht gezeigt, die mit der ausgezeichneten Rekonstruktionsgeometrie
korrespondiert, bei der beide Regionen gleich hell (gleich intensiv)
wahrgenommen werden. Gegenüber der Ansicht nach 4b sind
beide Regionen heller. In dieser Stellung ist auch ein Individualisierungsmuster 49 gut
zuerkennen.
-
In 4d ist
schließlich eine Ansicht zu sehen, die bei der optimalen
Rekonstruktionsgeometrie aufgenommen ist. Die beiden Regionen 46, 47 haben beide
noch einmal an Helligkeit gewonnen, die schwächer streuende
Region 47 jedoch stärker als die stärker
streuende Region 46. Gegen über den Ansichten
nach 4a und 4b hat
eine Kontrastumkehr stattgefunden, die neben dem Vorhandensein des
korrekten Hintergrundmusters zur Verifikation einer Echtheit des
Hologramms 45 und/oder des Sicherheitsdokuments 44 herangezogen
werden kann.
-
Andere
bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass sich die unterschiedlichen
Regionen dadurch unterscheiden, dass das unter einem Belichtungseinfallwinkel 14 von
90° einfallende kohärente modulierte Licht 11 unter
leicht unterschiedlichen Belichtungsausfallwinkeln 19, 19' von
den unterschiedlichen Regionen 15, 16 gebeugt
wird, wie dieses in 5 beispielhaft gezeigt ist.
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Wieder
andere Ausführungsformen sehen vor, dass eine Beugungseffizienz
der unterschiedlichen Regionen unterschiedlich ist. Benachbarte
Regionen weisen hierbei beispielsweise für dieselbe Wellenlänge
unter einer identischen Rekonstruktionsgeometrie eine Beugungseffizienz
von 85% und 75% auf. Selbstverständlich sind die Werte
nur beispielhaft erwähnt.
-
Das
Hintergrundmuster kann allgemein insbesondere eine Vielzahl von
Regionen umfassen, die die gleichen optischen Eigenschaften aufweisen. Selbstverständlich
kann es auch mehr als zwei unterschiedliche Regionen bzw. Gruppen
von Regionen gegeben, die jeweils unterschiedliche optische Eigenschaften
aufweisen.
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Bei
den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist eine Topologie
des Hintergrundmusters stark vereinfacht. Bevorzugt werden Topologien,
bei denen die Regionen unregelmäßige Konturen
aufweisen. Ein Beispiel eines Ausschnitts einer ebenfalls noch stark
vereinfachten Topologie eines unregelmäßigen Hintergrundmusters
ist in 6a dargestellt. Es umfasst flächige
Regionen 101–104, die beispielsweise
unterschiedliche Beugungseffizienzen unter derselben Rekonstruktionsgeometrie
aufweisen. Die Regionen besitzen Konturen 105–107. Bevorzugt
liegt eine Liniendichte in etwa in einer Größenordnung
einer Auflösung oder darüber, mit der Strukturen
des rekonstruierten Hologramms erkannt werden können. Kleinbuschstaben
a bis c stehen stellvertretend für unterschiedliche optische
Eigenschaften der Regionen 101 bis 104.
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In 7b ist
die Rekonstruktion eines individualisierten Hologramms dargestellt,
in das das Hintergrundmuster nach 6a gespeichert
ist. Es ist derselbe Ausschnitt wie in 6a dargestellt,
wobei jedoch eine Kreisfläche 108, exemplarisch
als ein Auge für die Individualisierungsinformationen erkennbar
ist, die ein Teil des Hintergrundmusters, insbesondere einen Abschnitt
der Kontur 106 zwischen den Regionen 102 und 103, „verdeckt".
-
In 6c ist
die Situation dargestellt, vor der ein Fälscher steht,
der das Hintergrundmuster nach 6a fälschen
möchte, jedoch nur die Rekonstruktion des Hologramms (oder
das Hologramm) nach 6b kennt. Über das
durch eine Strichpunktlinie 109 eingegrenzte Gebiet 110 fehlen
dem Fälscher die notwendigen Informationen, insbesondere
um die Kontur 106 wieder herzustellen. Selbst wenn die Kontur 106 im
Mittel einer Geraden 111 folgt, so variiert ein Abstand
von der Geraden 111 „quasi zufällig". Das
Hintergrundmuster ist somit im Sinne des hier Beschrieben in zwei
Dimensionen unregelmäßig. Vorteilhaft ist es,
wenn eine Konturendichte so hoch ist, dass durch zusammenhängende
Gebiete des Individualisierungsmusters eine Vielzahl von Konturen gemeinsam „verdeckt"
sind.
-
In 7a ist
ein weiteres Hintergrundmuster 120 gezeigt, bei dem das
Hintergrundmuster aus abwechselnd beugenden und nicht beugenden
Regionen besteht, die einerseits dicht liegen und andererseits eine
so hohe Konturendichte oder Liniendichte aufweisen, dass das Hintergrundmuster
von einem Betrachter als strukturierte Fläche wahrgenommen wird.
Als Line wird hier ein Regionenpaar aus einer beugenden und einer
benachbarten nicht beugenden oder schlecht beugenden Region angesehen.
(Eine Konturendichte ist bei Vernachlässigung der Ränder des
Musters, doppelt so hoch wie die Liniendichte.) Auch wenn die Regionen
oder Linien in 7a alle gleich ausgebildet sind,
sollen sie ein unregelmäßiges Muster repräsentieren,
bei dem in der Praxis alle Linien andersartig und nicht voraussagbar
ausgebildet sind. Dieses bedeutet, dass die Abstände der beugenden
Regionen voneinander entlang der Konturen der Regionen variieren.
Vorzugsweise beträgt ein maximaler Abstand dmax höchstens
ein n-faches einer bei einer Verifizierung des Hologramms beobachtbaren
Auflösung. Die Zahl n liegt vorzugsweise im Bereich zwischen
1 bis 10, bevorzugter zwischen 2 bis 4. Ferner ist es Vorteilhaft,
wenn die beugenden Regionen flächig größer
als die nicht beugenden Regionen sind. Diese beiden Maßnahmen
bewirken einzeln und in Kombination, dass ein Individualisierungsmuster,
vor dem Hintergrundmuster gut erkennbar bleibt.
-
In 7b ist
die Rekonstruktion eines individualisierten kreisförmigen
Hologramms 121 schematisch dargestellt, das mit dem Hintergrundmuster 120 nach 7a hergestellt
ist.
-
Vorzugsweise
ist in einem Bereich des Hologrammmasters, in dem die Individualisierungsinformationen
der unterschiedlichen Individuen sich stark unterscheiden, also
zum Beispiel in dem Bereich, in dem typischerweise ein Gesicht dargestellt
wird, zusätzlich ein verstecktes Sicherheitsmerkmal eingearbeitet.
Dieses ist von seinen Abmessungen so bemessen, dass es mit hoher
Wahrscheinlichkeit kontaktkopiert wird, also in Bereichen, in denen
eine holografische Belichtung typischerweise stattfindet. Gleichzeitig
sollte es Bereiche überstreichen, die mit unterschiedlichen
Grauwerten, d. h. Beugungseffizienzen, belichtet werden, um eine
nicht erkennbare Nachahmung dieses Bereichs bei einer Fälschung
zu erschweren. In 7c ist schematisch ein Hologrammmaster 122 mit
dem Hintergrundmuster 120 dargestellt, in zusätzlich
ein Projektionshologramm des Schriftzeugs „OK" 124 als
verstecktes Merkmal gespeichert ist, das bei einer Belichtung des
Hologrammmasters mit kohärentem Licht 125 rekonstruiert
wird.
-
In 7d ist
schließlich das fertige Hologramm 126 dargestellt,
das auf ein Sicherheitsdokument 127 beispielsweise aufgeklebt
ist. Das als Gesicht 128 ausgebildete Individualisierungsmuster
ist vor dem Hintergrundmuster 120 bei einer Rekonstruktion
mit kohärentem Licht 125 gut zuerkennen. Ferner
ist der Schriftzug „OK" 124 bei einer Projektion
auf eine Projektionsfläche zu erkennen. Das Projektionshologramm
kann auch bei einer anderen Wellenlänge belichtet und beobachtet
werden, als das als Reflexionshologramm ausgebildete Hologramm der
Individualisierungsinformationen vor dem Hintergrundmuster 120.
-
Allgemein
gilt, dass für Individualisierungsinformationen, die "Graustufenwerte"
zur Darstellung verwenden, Hintergrundmuster mit flächigen
Regionen vorteilhaft sind. Als Darstellungen, die „Graustufenwerte"
verwenden, werden hierbei sowohl solche angesehen, die einzelne
Bereiche unterschiedlicher Helligkeit umfassen, als auch Rasterdarstellungen, bei
denen der Helligkeitsunterschied eines Bereichs durch ein Verhältnis
von hellen Bild- oder Rasterpunkten zu dunklen Bild- oder Rasterpunkten
erzeugt bzw. festgelegt ist. Für kontrastreiche Informationen wie
alphanumerische Zeichen können auch Hintergrundmuster,
die als "Linien" ausgebildete Regionen umfassen, verwendet werden.
Die Anzahl der gut beugenden Linien (oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes
von beispielsweise 75% bis 85% Beugungseffizienz) sollte so gewählt
sein, dass mindestens ca. 50% des numerischen Zeichens beugend rekonstruiert
wird (oder bei einer inversen Darstellung mindestens 50% des Hintergrundmusters).
-
Bei
einem Hintergrundmuster ähnlich zu dem nach 7a,
bei dem sich gut beugende Linien (Regionen) mit nicht beugenden
Regionen etwa gleicher Breite abwechseln, sollten vorzugsweise mindestens
5 beugende Regionen (Linien) pro Zeichenhöhe und insbesondere
Zeichenbreite vorhanden sein.
-
Es
ergibt sich, das lediglich stark vereinfachte Ausführungsformen
beschrieben sind. Die einzelnen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen
können jedoch beliebig miteinander kombiniert werden, um
die Erfindung auszuführen.
-
- 1
- Vorrichtung
zum Herstellen eines Hologramms
- 2
- Hologrammmaster
- 3
- Führung
- 4
- holografisches
Aufzeichnungsmaterial
- 5
- Lichtquelle
- 6
- Laser
- 7
- Zusammenführ-
und Auswahleinheit
- 8
- kohärentes
Licht
- 9
- Umlenkspiegel
- 10
- Spatial
Light Modulator
- 11
- moduliertes
kohärentes Licht
- 12
- Steuereinheit
- 13
- Antriebseinheit
- 14
- Belichtungseinfallwinkel
- 15
- schwächer
streuende Region
- 16
- stärker
streuende Region
- 17
- Winkelbereich
(schwächer streuende Region)
- 18
- Winkelbereich
(stärker streuende Region)
- 19,
19'
- Belichtungsausfallwinkel
- 20
- Intensitätsverteilung
(schwächer streuende Region)
- 21
- Intensitätsverteilung
(stärker streuende Region)
- 22
- ausgezeichneter
Winkel
- 30
- Träger
- 31
- Schicht
(schwächer streuend)
- 32
- Schicht
(stärker streuend)
- 34
- Licht
- 35
- Winkelbereich
(schwächer streuend)
- 36
- Winkelbereich
(stärker streuend)
- 37
- gestreutes
Licht
- 38
- holografisches
Aufzeichnungsmaterial
- 39
- Referenzlicht
- 40
- Transmissionshologramm
- 41
- Licht
- 42
- weiteres
Referenzlicht
- 43
- weiteres
holografisches Aufzeichnungsmaterial
- 44,
44'
- Sicherheitsdokument
- 45,
45'
- Hologramm
- 46,
46', 46'', 46'''
- stärker
streuende Regionen
- 47,
47'
- schwächer
streuende Regionen
- 48,
48', 48''
- kreisförmige
Bereiche
- 49
- Kreise
- 101–104
- Regionen
- 105–107
- Konturen
- 108
- Kreisfläche
- 109
- Strichpunktlinie
- 110
- Gebiet
- 111
- Gerade
- 120
- Hintergrundmuster
- 121
- Hologramm
- 122
- Hologrammmaster
- 124
- Schriftzug „OK"
- 125
- kohärentes
Licht
- 126
- Hologramm
- 127
- Sicherheitsdokument
- 128
- Gesicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0896260
A2 [0004]
- - DE 202007006796 U1 [0005]
- - DE 2005054396 A1 [0007]