DE102008051409A1

DE102008051409A1 - Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102008051409A1
Application number: DE102008051409A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Gerigk; Andreas BÄCKER; Simon Vougioukas; Thomas Dr. Birsztejn; Josef Kenfenheuer; Ludger Prof. Dr. Brüll; Georgios Tziovaras; Dirk Pophusen; Mehmet-Cengiz Yesildag; Heinz Dr. Pudleiner
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH; Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Bayer AG; Covestro Deutschland AG
Priority date: 2008-10-11
Filing date: 2008-10-11
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN102171730A; EP2338148A1; KR20110081973A; WO2010040422A8; TW201029860A; WO2010040422A1; JP2012505532A; US20110176137A1

Abstract

Die Erfindung betrifft optische Sicherheitselemente, deren Verwendung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten, sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und Authentifizierunmente.

Description

Die Erfindung betrifft optische Sicherheitselemente, deren Verwendung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten, sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten anhand der optischen Sicherheitselemente.
Ausweise, Banknoten, Produkte etc. werden heute zur Fälschungssicherung mit Elementen versehen, die nur mit Spezialwissen und/oder hohem technischen Aufwand nachgemacht werden können. Solche Elemente werden hier als Sicherheitselemente bezeichnet. Sicherheitselemente sind bevorzugt untrennbar mit den zu schützenden Objekten verbunden. Der Versuch, die Sicherheitselemente vom Objekt zu trennen, führt bevorzugt zu deren Zerstörung, damit die Sicherheitselemente nicht missbraucht werden können.
Die Echtheit eines Objekts kann anhand des Vorhandenseins eines oder mehrerer Sicherheitselemente überprüft werden.
Optische Sicherheitselemente wie z. B. Wasserzeichen, Spezialtinten, Guilloche-Muster, Mikroschriften und Hologramme sind weltweit etabliert. Eine Übersicht über optische Sicherheitselemente, die insbesondere aber nicht ausschließlich für den Dokumentenschutz geeignet sind, gibt das folgende Buch: Rudolf L. van Renesse, Optical Document Security, Third Edition, Artech House Boston/London, 2005 (S. 63–259).
Je nachdem, wie die Echtheitsprüfung erfolgt, können optische Sicherheitselemente in folgende Kategorien eingeteilt werden:

Stufe 1: Sichtbar (overt) – das Sicherheitselement ist für das menschliche Auge sichtbar und kann somit einfach und ohne Hilfsmittel überprüft werden. Sichtbare Sicherheitselemente gestatten es jedem Menschen in einer ersten „Offensichtlichkeitsprüfung”, die Echtheit eines Objekts zu prüfen.
Stufe 2: Unsichtbar (covert) – das Sicherheitselement ist für das menschliche Auge unsichtbar. Für die Echtheitsprüfung ist ein (einfaches) Gerät notwendig.
Stufe 3: Forensisch (forensic) – die Echtheitsprüfung erfolgt durch Spezialequipment.

Dabei geben die Kategorien auch qualitativ den Aufwand wieder, der zur Fälschung eines solchen Elements notwendig ist. Daher werden sie hier als (Sicherheits-)Stufen benannt.
Zur Sicherung von schätzenswerten Objekten werden oft mehrere Sicherheitselemente miteinander kombiniert. Dabei ist es aus Kostengründen oft vorteilhaft, mehrere Sicherheitsmerkmale in einem einzigen Element unterzubringen, anstatt ein schätzenswertes Objekt mit mehreren verschiedenen Sicherheitselementen auszustatten. In DE 10232245 A1 wird z. B. ein spezielles optisch variables Element (Optically Variable Device = OVD) beschrieben, das in Folge einer Dünnfilmschichtfolge mit mindestens einer Distanzschicht durch Interferenz Farbverschiebungen erzeugt und zur Erhöhung der Sicherheit zusätzlich mit diffraktiven Strukturen versehen werden kann. Sowohl die durch Interferenz erzeugte Farbverschiebung als auch Beugungserscheinungen infolge der diffraktiven Strukturen lassen sich mit dem menschlichen Auge erfassen. Es handelt sich also um die Kombination von zwei sichtbaren (overt, Stufe 1) Merkmalen.
Es wäre wünschenswert, mit einem einzigen Sicherheitselement alle oben genannten Sicherheitsstufen auch nebeneinander realisieren zu können.
Je höher der Aufwand bei der Herstellung eines Sicherheitselementes ist, desto höher ist in der Regel auch der Aufwand zu dessen Fälschung. Aufwändige Sicherheitselemente geben demnach in der Regel einen höheren Schutz als einfache Sicherheitselemente. Aufwändige Sicherheitselemente finden sich heute überwiegend auf hochwertigen Produkten, da sich der hohe Aufwand zur Erzeugung der Elemente natürlich auf die Produktkosten niederschlägt. Bei vielen Verbrauchsmaterialien ist der Einsatz von Sicherheitselementen nicht rentabel. Es wäre jedoch wünschenswert, Sicherheitselemente zur Verfügung zu haben, die kostengünstig erzeugt und eingesetzt werden können, aber dennoch einen hohen Schutz vor Fälschung bieten, damit auch weniger hochwertige Produkte wie z. B. Verbrauchsmaterialien geschützt werden können.
Aufgrund der leichten Verfügbarkeit und hohen Qualität von Reproduktionen, die mit modernen Farbkopierern oder mit hochauflösenden Scannern und Farblaserdruckern erstellt werden können, besteht ein Bedürfnis, die Fälschungssicherheit von optischen Sicherheitsmerkmalen laufend zu verbessern.
Bekannt sind optisch variable Sicherheitselemente, die unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen optischen Eindruck erzeugen. Derartige Sicherheitselemente weisen beispielsweise optische Beugungsstrukturen auf, die unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln unterschiedliche Bilder rekonstruieren. Solche Effekte sind mit den normalen und weit verbreiteten Kopier- und Drucktechniken nicht zu reproduzieren. Eine spezielle Ausführungsform eines solchen beugungsoptischen Sicherheitselements (Diffractive Optically Variable Image Device = DOVID) ist in DE 10126342 C1 beschrieben. Dabei handelt sich um ein so genanntes Prägehologramm. Prägehologramme zeichnen sich dadurch aus, dass die Licht beugende Struktur in eine dreidimensionale Reliefstruktur umgesetzt wird, die auf eine Prägeform übertragen wird. Diese Prägeform kann als Masterhologramm in Kunststofffolien geprägt werden. Damit ist es möglich, eine große Zahl an Sicherheitselementen kostengünstig zu erzeugen. Nachteilig ist jedoch, dass viele Produkte aus Design- oder ästethischen Gründen nicht mit sichtbaren Hologrammen ausgestattet werden. Parfümflaschen sind Objekte, die zwar regelmäßig und in großem Umfang gefälscht werden, dennoch finden sich auf diesen Produkte keine Hologramme, da diese offenbar aus Marketing-Gründen nicht zum „Image” des Produktes passen. Es wäre daher wünschenswert, Sicherheitselemente zur Verfügung zu haben, die auch in (Design-)Produkte integriert werden können, ohne das „Image” des Produkts nachteilig zu beeinflussen.
Nachteilig an den beschriebenen Prägehologrammen ist ferner, dass sie zur Echtheitsprüfung nicht maschinell erfasst werden können. Für eine lückenlose Abdeckung der Lieferkette ist es erforderlich, dass die Echtheit an verschiedenen Stellen schnell und zuverlässig nachgewiesen werden kann. Üblicherweise werden zur Produktverfolgung (track and trace) optische Codes wie z. B. Barcodes eingesetz. Barcodes sind dabei reine Merkmale zur Erkennung und Verfolgung eines Objekts, die keinerlei Sicherheitsmerkmale aufweisen. Sie sind einfach zu kopieren/zu fälschen. Eine Kombination aus Merkmalen zur Produktverfolgung und zum Fälschungsschutz bieten RFID-Chips, die jedoch aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Kosten, langsamen Auslesegeschwindigkeit und Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störfeldern nur begrenzt einsetzbar sind. Es wäre daher wünschenswert, ein Sicherheitsmerkmal zur Verfügung zu haben, das maschinell auslesbar ist, um zum einen eine automatisierte Produktverfolgung entlang der Lieferkette zu ermöglichen, und zum anderen auch eine maschinelle Echtheitsprüfung vornehmen zu können. Dabei ist eine reine maschinelle Echtheitsprüfung unzureichend, da auch der Endkunde die Möglichkeit haben sollte, anhand eines Merkmals die Echtheit des Objekts prüfen zu können. Der Endkunde wird eine solche Echtheitsprüfung in der Regel ohne Zuhilfenahme eines Geräts, also allein mit seinen Sinnen vornehmen.
Nachteilig an Prägehologrammen ist ferner, dass diese Sicherheitselemente nach dem Stand der Technik nicht individualisierbar sind. Die geprägten Hologramme sind ununterscheidbar. Das bedeutet zum einen, dass ein Fälscher nur ein einziges Masterhologramm kopieren/fälschen muss, um eine Vielzahl an Prägehologrammen für gefälschte Produkte zu erhalten. Zum anderen lassen sich Objekte durch die Prägehologramme aufgrund deren Ununterscheidbarkeit nicht individualisieren.
Aus Gründen des besseren Fälschungsschutzes und der Möglichkeit der Verfolgung und Erkennung einzelner Objekte ist es zu bevorzugen, Sicherheitsmerkmale zu verwenden, die individualisierbar sind, d. h. die für jedes zu schützende Produkt individuelle Sicherheitsmerkmale aufweisen. Unter individuellen Merkmalen versteht man z. B. eine Seriennummer, das Herstelldatum oder im Fall von personengebundenen Sicherheitsdokumenten den Namen, eine ID-Nummer oder ein biometrisches Merkmal. Die Kombination von individuellen Merkmalen mit Sicherheitsmerkmalen, die schwer oder nur unter großem Aufwand nachzuweisen sind, ist nach dem Stand der Technik bekannt. Ein individualisierbares Sicherheitselement ist z. B. in EP 0896260 A3 beschrieben, bei dem die Individualisierung während der Herstellung des Sicherheitselementes vorgenommen wird. Dabei beruht die Individualität auf einem deterministischen Verfahren. Die Wahl der Parameter bei der Herstellung des Sicherheitselements bestimmt eindeutig und in reproduzierbarer Weise die Ausführung des Sicherheitselements. Deterministische Individualität hat den Nachteil, dass sie prinzipiell nachgestellt/kopiert werden kann, da es ein eindeutiges und reproduzierbares Verfahren gibt, das die individuellen Merkmale erzeugt. Zudem ist die Variabilität bei einem deterministischen Verfahren meist begrenzt, d. h. es lassen sich nur eine begrenzte Anzahl an individuellen Merkmalen mit einem begrenzten Satz an Parametern erzeugen, so dass auch nur eine begrenzte Anzahl von Objekten unterscheidbar gemacht werden kann.
Der Fälschungsschutz und die Anzahl unterscheidbarer Objekte ist bei Sicherheitselementen, welche zufällige Merkmale aufweisen, in der Regel höher als bei Sicherheitsmerkmalen mit rein deterministischen Merkmalen.
In WO 2005088533 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem sich Objekte, die eine Faserstruktur aufweisen (z. B. Papier), anhand ihrer zufälligen Oberflächenbeschaffenheit eindeutig wiedererkennen lassen. Dabei wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Objekts fokussiert, über die Oberfläche bewegt und mittels Fotodetektoren die an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche unter verschiedenen Winkeln unterschiedlich stark gestreuten Strahlen detektiert. Die erfasste Streustrahlung ist charakteristisch für eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und individuell für jede Oberfläche. Sie lässt sich nur sehr schwer nachahmen, da sie auf Zufälligkeiten bei der Herstellung des Objekts zurückzuführen ist. Die Streudaten zu den einzelnen Objekten werden in einer Datenbank gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt das Objekt authentifizieren zu können. Hierzu wird das Objekt erneut vermessen und die Streudaten mit den gespeicherten Referenzdaten verglichen. Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, dass nur Objekte, die über eine ausreichend große Anzahl an zufälligen Streuzentren verfügen, mittels dieser Methode erfasst werden können. Ferner ist zu einer Echtheitsprüfung stets die Anwendung des Verfahrens und damit ein entsprechendes Gerät erforderlich. Es ist einem beliebigen Menschen, der ein solches Objekt in den Händen hält, nicht möglich, eine Offensichtlichkeitsprüfung hinsichtlich der Echtheit des Objekts vorzunehmen.
Es stellt sich damit ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe, ein Sicherheitselement bereitzustellen, bei dem Sicherheitsmerkmale verschiedener Sicherheitsstufen nebeneinander realisiert sind. Bevorzugt sind Sicherheitsmerkmale aller oben genannten Stufen (overt, covert, forensic) enthalten. Das Sicherheitselement sollte demnach sowohl eine Offensichtlichkeitsüberprüfung durch einen Menschen ohne Zuhilfenahme von Hilfsmitteln (Geräte) allein mit seinen Sinnen ermöglichen (overt), gleichzeitig aber auch Merkmale höherer Sicherheitsstufen enthalten (covert, forensic), die eine Fälschung erschweren und unter Zuhilfenahme entsprechender Hilfsmittel nachgewiesen werden können. Das Sicherheitselement sollte maschinell überprüfbar und individualisierbar sein. Das Sicherheitselement sollte mindestens ein Merkmal mit zufälligem Charakter aufweisen, um einen maximalen Fälschungsschutz gewährleisten und gleichzeitig eine hohe Anzahl an Objekten differenzieren zu können. Das Sicherheitselement sollte kostengünstig sein und mit einer Vielzahl von Objekten verbunden werden können, ohne einen nachteiligen Einfluss auf das Objektdesign auszuüben. Das Verfahren zur Echtheitsprüfung und/oder Identifizierung des Sicherheitselements sollte maschinell ausführbar und schnell sein. Die Vorrichtung zur Echtheitsprüfung und/oder Identifizierung des Sicherheitselements sollte kostengünstig und von jedem Menschen nach kurzer Einführung bedienbar sein, ohne dass Spezialwissen nötig ist.
Überraschend wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Sicherheitselement umfassend mindestens eine Schicht, in der eine Vielzahl an zufällig verteilten und/oder orientierten Mikroreflektoren enthalten sind, gelöst werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Sicherheitselement umfassend mindestens eine transparente Schicht, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren zufällig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mikroreflektoren über mindestens eine reflektierende Oberfläche verfügt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet ist.
Das Sicherheitselement ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Schicht umfasst, die für elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge transparent ist. Unter Transparenz wird verstanden, dass der Anteil der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, der die Schicht durchdringt, größer ist als die Summe der Anteile der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die von der Schicht absorbiert werden oder an den Grenzflächen der Schicht reflektiert werden. Der Transmissionsgrad der Schicht ist also größer als 50%, wobei unter Transmissionsgrad das Verhältnis der Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die durch die Schicht hindurchgeht, bezogen auf die Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge, die auf die Schicht auftrifft, zu verstehen ist. Im Folgenden wird eine solche Schicht als transparente Schicht bezeichnet.
Bevorzugt liegt der Transmissionsgrad der transparenten Schicht für mindestens eine Wellenlänge zwischen 60% und 100%, besonders bevorzugt zwischen 80% und 100%.
Bevorzugt liegt die mindestens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, für die die mindestens eine Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements die oben genannte Eigenschaft der Transparenz aufweist, im Bereich zwischen 300 nm und 1000 nm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 800 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements einen Transmissionsgrad von mindestens 60% für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm auf.
Die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements weist eine Dicke zwischen 1 μm und 1 cm auf. Bevorzugt liegt die Schichtdicke im Bereich zwischen 1 μm und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 μm und 500 μm.
Die transparente Schicht besteht bevorzugt aus Glas, einer Keramik oder einem Kunststoff.
Die transparente Schicht ist bevorzugt ein Film, der aus einem Lack gebildet wird, oder eine Folie. Ein Film und eine Folie sind dadurch gekennzeichnet, dass eine der drei räumlichen Ausdehnungen (Dicke) mindestens um den Faktor 10, bevorzugt mindestens um den Faktor 100 kleiner ist als die zwei übrigen räumlichen Ausdehnungen (Länge, Breite) ihres Körpers. Ein Lack ist ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff, der dünn auf Gegenstände aufgetragen wird und durch chemische oder physikalische Vorgänge (zum Beispiel Verdampfen des Lösungsmittels, Polymerisation von im Lack enthaltenden Monomeren oder Oligomeren o. ä.) zu einem durchgehenden Film aufgebaut wird. Eine Folie ist ein fester Körper, der über die Fähigkeit verfügt, an oder um Gegenstände gewickelt werden zu können und sich deren Form anzupassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselements wird als transparente Schicht ein thermoplastischer Kunststoff in Form einer Folie eingesetzt. Erfindungsgemäß geeignete Folien aus thermoplastischen Kunststoffen sind z. B. solche aus bekannten thermoplastischen aromatischen Polycarbonaten mit Gewichtsmittelmolekulargewichten Mw von 25.000 bis 200.000, vorzugsweise von 30.000 bis 120.000 und insbesondere von 30.000 bis 80.000 (Mw ermittelt über Eta rel in Dichlormethan bei 20°C und einer Konzentration von 0,5 g pro 100 ml) und solche aus bekannten, thermoplastischen Polyarylsulfonen, welche linear (siehe DE-OS 27 35 144 ) oder verzweigt (siehe DE-OS 27 35 092 bzw. DE-OS 23 05 413 ) sein können.
Ebenfalls geeignet sind Folien aus thermoplastischen Celluloseestern, thermoplastischen Polyvinylchloriden, thermoplastischen Styrol-Acylnitril-Copolymerisaten und thermoplastischen Polyurethanen.
Geeignete Celluloseester werden nach üblichen Verfahren durch Veresterung der Cellulose mit aliphatischen Monocarbonsäureanhydriden, vorzugsweise Essigsäure- und Buttersäure- oder Essigsäure- und Propionsäureanhydrid, gewonnen.
Weiterhin geeignete Thermoplaste sind z. B. Poly- oder Copolyacrylate und Poly- oder Copolymethacrylate wie beispielhaft und vorzugsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Poly- oder Copolymere mit Styrol wie beispielhaft und vorzugsweise transparentes Polystyrol (PS) oder Polystyrolacrylnitril (SAN), transparente thermoplastische Polyurethane, sowie Polyolefine, wie beispielhaft und vorzugsweise transparente Polypropylentypen oder Polyolefine auf der Basis von cyclischen Olefinen (z. B. TOPAS^®, Topas Advanced Polymers), Poly- oder Copolykondensate der Terephthalsäure, wie beispielhaft und vorzugsweise Poly- oder Copolyethylenterephthalat (PET oder CoPET) oder glycol-modifiziertes PET (PETG), Polyethylenglykolnaphthenat (PEN), transparente Polsulfone (PSU).
Geeignete lineare Polyarylsulfone sind alle bekannten aromatischen Polysulfone oder Polyethersulfone mit Mw (Gewichtsmittelmolekulargewicht gemessen beispielsweise mittels Lichtstreuung) zwischen etwa 15 000 und etwa 55 000, vorzugsweise zwischen etwa 20 000 und etwa 40 000. Derartige Polyarylsulfone sind beispielsweise in DE-OS 17 19 244 bzw. US-PS 33 65 517 beschrieben. Geeignete verzweigte Polyarylsulfone sind insbesondere die verzweigten Polyarylethersulfone gemäß DE-OS 23 05 413 bzw. US-PS 39 60 815 , deren Mw (Gewichtsmittelmolekulargewicht, gemessen beispielsweise mittels Lichtstreuung) zwischen etwa 15 000 und etwa 50 000, vorzugsweise zwischen etwa 20 000 und 40 000 liegen. (Weitere Einzelheiten dazu siehe DE-AS 30 10 143 ).
Geeignete thermoplastische Polyvinylchloride sind beispielsweise die im Handel befindlichen PVC-Typen.
Geeignete thermoplastische Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate sind Mischpolymerisate des Styrols mit vorzugsweise Acrylnitril, die z. B. durch Suspensionspolymerisation in Gegenwart von Katalysatoren aus den Monomeren bzw. der Mischung der Monomeren mit Mw von 10 000 bis 600 000 erhalten werden (Mw wird gemessen in DMF bei C = 5 g/l und 20°C). Literatur dazu siehe Beilsteins Handbuch der organischen Chemie, vierte Auflage, Duttes Ergänzungswerk B 1.5, Seiten 1163-1169, Springer Verlag 1964, H. Ohlinger, Polystyrol 1. Teil, Herstellungsverfahren und Eigenschaften der Produkte, Springer Verlag (1955).
Die thermoplastischen Harze, z. B. Styrol/Acrylnitril oder alpha-Methylstyrol/Acrylnitril-Copolymerisate können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B. durch Massepolymerisation, Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation und Emulsionspolymerisation.
Cycloolefin-Copolymere sind den Patentschriften der Fa. Mitsui-Chemicals US 5 912 070 bzw. der Fa. Ticona GmbH EP 765 909 beschrieben.
Zur Herstellung der Schichtstoffe, insbesondere Folien kann auf DE-OS 25 17 033 und auf DE-OS 25 31 240 verwiesen werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schichten können auch thermoplastische Polyurethane verwendet werden.
Die Folien können einseitig mattiert oder einseitig strukturiert sein. Dies wird z. B. erreicht, indem die Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs durch eine Breitschlitzdüse ausgepresst wird und die Schmelzfahne über eine mattierte bzw. strukturierte Abkühlwalze abgezogen wird.
Bei der thermoplastischen Kunststoffschicht kann es sich entweder um eine einlagige Schicht dieser Kunststoffe handeln, oder um eine mehrlagige Kunststoffschicht aus Einzellagen verschiedener Kunststoffe mit einer Dicke von jeweils 0,001 bis 1 mm.
Ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement umfasst weiterhin eine Vielzahl an Mikroreflektoren, die zufällig innerhalb der transparenten Schicht verteilt und/oder orientiert sind.
Unter zufälliger Verteilung und/oder Orientierung wird verstanden, dass die Lage einzelner Mikroreflektoren und/oder die Orientierung einzelner Mikroreflektoren innerhalb der transparenten Schicht durch den Herstellungsprozess nicht vorhersehbar eingestellt werden kann. Die Lage und/oder Orientierung einzelner Mikroreflektoren unterliegt zufälligen Schwankungen beim Herstellungsprozess. Die Lage und/oder die Orientierung einzelner Mikroreflektoren kann daher nicht einfach reproduziert werden. Auf dieser Tatsache beruht der hohe Schutz, den die erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmale bieten: sie lassen sich nur unter sehr hohem Aufwand nachstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Lage (Verteilung der Mikroreflektoren innerhalb der transparenten Schicht) als auch ihre Orientierung zufälliger Natur. Dabei ist zufällig nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen. Zufällig bedeutet, dass es eine zufällige Komponente gibt, die eine exakte Vorhersagbarkeit der Lage und Orientierung einzelner Mikroreflektoren unmöglich macht. Es ist jedoch denkbar, dass Mikroreflektoren eine bevorzugte Lage und/oder Orientierung aufweisen. Um diese Lage und/oder Orientierung stellt sich eine Verteilung ein, die durch den Herstellprozess determiniert werden kann. Die Lage und/oder Orientierung einzelner Mikroreflektoren bleibt jedoch ungewiss.
Ein erfindungsgemäßer Mikroreflektor ist dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine Oberfläche umfasst, die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung in charakteristischer Weise reflektiert. Die charakteristische Reflexion ist dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge in mindestens eine durch den Einstrahlwinkel vorgegebene Richtung reflektiert wird, wobei der Anteil der reflektierten Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge größer ist als die Summe der Anteile der absorbierten und transmittierten Strahlung der mindestens einen Wellenlänge. Der Reflexionsgrad der mindestens einen Oberfläche ist demnach größer als 50%, wobei unter Reflexionsgrad das Verhältnis der Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die von der Oberfläche zurückgeworfen wird, bezogen auf die Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge, die auf die Oberfläche auftrifft, zu verstehen ist. Im Folgenden wird eine solche Oberfläche als reflektierende Oberfläche bezeichnet.
Bevorzugt liegt der Reflexionsgrad der reflektierenden Oberfläche des Mikroreflektors für mindestens eine Wellenlänge zwischen 60% und 100%, besonders bevorzugt zwischen 80% und 100%.
Bevorzugt liegt die mindestens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, für die die mindestens eine Oberfläche eines Mikroreflektors des erfindungsgemäßen Sicherheitselements die oben genannte Eigenschaft der Reflektivität aufweist, im Bereich zwischen 300 nm und 1000 nm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 800 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors des erfindungsgemäßen Sicherheitselements einen Reflexionsgrad von mindestens 60% für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm auf.
Bei der Reflexion handelt es sich bevorzugt um gerichtete Reflexion und/oder Beugung, d. h. der Anteil diffus reflektierter Strahlung (Streueung) ist bevorzugt kleiner als 50%, besonders bevorzugt kleiner als 40%. Gebeugte und gerichtet reflektierte Strahlung wird hier zusammenfassend als reflektierte Strahlung bezeichnet.
Die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors hat eine Größe zwischen 1·10^–14 m² und 1·10^–5 m². Bevorzugt liegt die Größe der reflektierenden Oberfläche im Bereich zwischen 1·10^–12 m² und 1·10^–6 m², besonders bevorzugt zwischen 1·10^–10 m² und 1·10^–7 m².
Der Begriff „Vielzahl an Mikroreflektoren” ist wie folgt zu verstehen: Betrachtet man die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements von oben oder unten, so befinden sich in einem Flächenelement von 1 cm² im Durchschnitt 1 bis 1000 Mikroreflektoren, bevorzugt zwischen 10 und 100 Mikroreflektoren. Der mittlere Abstand zwischen zwei Mikroreflektoren beträgt bevorzugt mindestens das 5fache der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der mittlere Abstand zwischen dem 10 und dem 50fachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren. Unter einer mittleren Größe ist hier und im Folgenden der arithmetische Mittelwert der entsprechenden Größe zu verstehen.
Die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors ist flach oder weist eine Krümmung auf. Bei einer flachen Oberfläche wird ein paralleles Strahlenbündel, das auf die Oberfläche auftrifft, auch parallel wieder von der Oberfläche zurückgeworfen. Bei einer gekrümmten Oberfläche wird ein paralleles Strahlenbündel, das auf die Oberfläche auftrifft, in Form von divergenten (konvexe Krümmung) oder konvergenten (konkave Krümmung) Strahlen zurückgeworfen. Flache Oberflächen haben den Vorteil, dass scharfe Reflexionsbanden in einem schmalen Winkelbereich auftreten (siehe z. B. 9). Gekrümmte Oberflächen haben den Vorteil, dass Reflexionen über einen breiteren Winkelbereich auftreten, die jedoch breite Banden zeigen. Je nach Anwendungszweck werden daher flache oder gekrümmte reflektierende Oberflächen bevorzugt.
Die reflektierende Oberfläche kann eben sein oder sie kann eine oder mehrere Strukturen umfassen, die zu einer Beugung von elektromagnetischer Strahlung führt.
Die Mikroreflektoren können annähernd kugelförmig, stäbchenförmig, quaderförmig, polyederförmig, plättchenförmig sein oder eine andere denkbare Form aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselement sind die Mikroreflektoren plättchenförmig, wobei unter plättchenförmig verstanden wird, dass die räumliche Ausdehnung in zwei Dimensionen annähernd gleich ist während die räumliche Ausdehnung in der dritten Dimension um mindestens den Faktor 4 kleiner ist als die räumlichen Ausdehnungen in den zwei übrigen Dimensionen. Annährend gleich bedeutet, dass sich die räumlichen Ausdehnungen maximal um den Faktor 2 unterscheiden. Die Oberfläche, die durch die räumliche Ausdehnung eines Mikroreflektors in die zwei Dimensionen mit annähernd gleicher Ausdehnung gebildet wird, ist bevorzugt eine reflektierende Oberfläche.
Überraschend wurde gefunden, dass plättchenförmige Mikroreflektoren bei der Herstellung des Sicherheitselements über Extrusion einer Mikroplättchen enthaltenden Folie eine Orientierungsverteilung aufweisen, die für Authentifizierungs- und Identifizierungszwecke besonders gut geeignet ist. Plättchenförmige Mikroreflektoren nehmen in Folge des Extrusionsvorgangs eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht an. Dabei weist die Orientierung einzelner Mikroplättchen weiterhin eine zufällige Komponente auf; die Mikroreflektoren sind jedoch eher parallel als senkrecht zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert; die Orientierung der Mikroreflektoren weist eine Zufallsverteilung um die Orientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht auf.
Durch diese Vorzugsorientierung ist der größte Anteil der Mikroreflektoren dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Authentifizierung und/oder Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zugänglich. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Mikroreflektoren daher eine Vorzugsorientierung auf, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre reflektierenden Oberflächen in einem Winkelbereich von 0 bis 60° gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht zufällig orientiert sind. Bevorzugt liegt der Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht im Bereich zwischen 0 und 50°, besonders bevorzugt zwischen 0 und 30°.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Mikroreflektoren eine größte Längenausdehnung von kleiner 200 μm und eine Dicke von 2–10 μm, mit einer runden, elliptischen, oder n-eckigen Form mit n ≥ 3. Elliptisch ist hier und im Folgenden nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen. Ein Rechteck oder Parallelogramm oder Trapez oder allgemein n-Eck mit abgerundeten Ecken soll hier und im Folgenden ebenfalls als elliptisch verstanden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mikroreflektoren mindestens eine metallische Komponente. Bevorzugt handelt es sich um ein Metall aus der Reihe Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Chrom, Zink, Zinn oder um eine Legierung aus mindestens zwei der genannten Metalle. Die Mikroreflektoren können mit einem Metall oder einer Legierung beschichtet sein oder vollständig aus einem Metall/einer Legierung bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Metallkennzeichnungsplättchen, wie sie beispielhaft in WO 2005/078530 A1 beschrieben sind, als Mikroreflektoren eingesetzt. Sie verfügen über reflektierende Oberflächen. Werden eine Vielzahl solcher Metallkennzeichnungsplättchen zufällig in einer transparenten Schicht verteilt und/oder orientiert, ergibt sich bei Bestrahlung der transparenten Schicht unter verschiedenen Winkeln ein charakteristisches Reflexionsmuster, das zur Identifizierung und Authentifizierung herangezogen werden kann. Ferner sind die Metallkennzeichnungsplättchen durch Kennzeichen charakterisiert, die mittels Vergrößerungstechniken (z. B. Lupe, Mikroskop) sichtbar gemacht werden können: die Metallkennzeichnungsplättchen können bedruckt sein und/oder diffraktive Strukturen (z. B. ein Hologramm) aufweisen oder z. B. durch eine willkürlich gebildete Durchgangsformbohrung gekennzeichnet sein. Außerdem wird das Kennzeichnungsplättchen durch seine äußere Form festgelegt (Dreieck, Viereck, Sechseck, Kreis, Ellipse, Buchstabe, Zahl, Zeichen, Piktogramm, oder andere denkbare Formen).
Die Mikroreflektoren können über bekannte Techniken in eine transparente Schicht eingebracht werden. Handelt es sich bei dem Material, aus dem die transparente Schicht hergestellt wird, z. B. um einen Thermoplast, so ist es z. B. möglich, den Thermoplast mit den Mikroreflektoren in einem Extruder zu vermengen (Schmelzextrusion). Handelt es sich bei dem Material, aus dem die transparente Schicht hergestellt wird, z. B. um einen Lack der in seiner Ausgangsform flüssig vorliegt, so ist es z. B. möglich, die Mikroreflektoren in dem flüssigen Lack zu dispergieren, den Lack mit dispergierten Mikroreflektoren als Film auszustreichen und den Lack anschließend zu härten.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements tritt bevorzugt ein Schritt auf, in dem die Mikroreflektoren in einer Schicht geschert werden, um eine Zufallsverteilung mit Vorzugsorientierung in Scherrichtung zu erzielen. Die Scherrichtung liegt bevorzugt parallel zur Oberfläche der späteren transparenten Schicht.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement kann neben der transparenten Schicht weitere Schichten umfassen. So ist es denkbar, dass oberhalb und/oder unterhalb der transparenten Schicht eine oder mehrere weitere Schichten angebracht sind. Es ist z. B. denkbar, unterhalb der transparenten Schicht eine so genannte Trägerschicht anzubringen, welche der transparenten Schicht eine nötige Steifigkeit und/oder Formstabilität verleiht, um die transparente Schicht mit den Mikroreflektoren handhaben zu können.
Es ist z. B. denkbar, oberhalb der transparenten Schicht mit den Mikroreflektoren eine weitere transparente Schicht anzubringen, welche für Kratzfestigkeit und/oder UV-Beständigkeit sorgt.
Die Oberfläche der transparenten Schicht und die Oberfläche des Sicherheitselements sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das erfindungsgemäße Sicherheitselement in Form einer Folie vor, die z. B. über Laminieren und/oder Kaschieren und/oder Hinterspritzen mit weiteren Folien verbunden werden kann.
In dieser Form kann das Sicherheitselement auf einfache Weise mit einem Objekt verbunden werden und ist somit vielfältig und flexibel einsetzbar, z. B. als Sicherheitsfolie in Plastikkarten und/oder Ausweisen, als Etikett in oder auf Verpackungen, als Bestandteil von elektronischen Platinen, und vieles mehr. Das Sicherheitselement hat bevorzugt eine Dicke zwischen 5 μm und 2 mm und eine flächige Ausdehnung von mindestens 0,25 cm² und höchstens 100 cm².
Das Sicherheitselement hat die Eigenschaft, dass die Mikroreflektoren in der transparenten Schicht zufällig verteilt und/oder orientiert sind. Daher wird ein Sicherheitselement, das gegenüber einer Lichtquelle gekippt wird, bei Betrachtung an verschiedenen Stellen des Sicherheitselements und/oder unter verschiedenen Kippwinkeln Reflexionen zeigen, je nachdem an welcher Stelle das Sicherheitselement einen Mikroreflektor aufweist, dessen reflektierende Oberfläche in einem Winkel zur Strahlenquelle und zum Betrachter orientiert ist, so dass das Reflexionsgesetz gilt. Dieser Effekt lässt sich mittels Drucktechnik von Farben und Pigmenten nicht nachahmen, da drucktechnisch auf einen Träger aufgebrachte Pigmente dieselbe Orientierung besitzen und gegenüber dem Träger nicht verkippt sind. Für die Echtheitsprüfung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements ist von entscheidender Bedeutung, dass verschiedene Mikroreflektoren unter verschiedenen Betrachtungswinkeln aufleuchten, da die reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren unterschiedliche Neigungswinkel (Orientierungen) bzgl. der transparenten Schicht aufweisen. Drucktechnisch erzeugte Nachahmungen oder aufgedampfte Metallpartikel würden alle unter demselben Betrachtungswinkel aufleuchten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zur Authentifizierung und/oder Identifizierung von Objekten, vorzugsweise zur individualisierten Authentifizierung und/oder Identifizierung von Objekten. Hierzu ist das erfindungsgemäße Sicherheitselement bevorzugt untrennbar mit einem zu schützenden Objekt verbunden. Bevorzugt führt der Versuch, das Sicherheitselement vom Objekt zu entfernen, zur Zerstörung des Sicherheitselements und/oder des Objekts. Liegt das Sicherheitselement in Form einer Folie vor, so kann das Sicherheitselement über Klebung und/oder Laminierung mit dem Objekt verbunden werden. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Folienverarbeitung ist bekannt, wie Folien mittels Klebung und/oder Laminierung verbunden werden müssen, so dass ein Verbund entsteht, der nicht zerstörungsfrei wieder aufgetrennt werden kann. In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann es sich bei dem zu authentifizierenden und/oder identifizierenden Objekt um ein personalisiertes Sicherheits- bzw. Identifikationsdokument handeln. Als solche Sicherheitsdokumente bzw. vorzugsweise Identifiaktionsdokumente kommen beispielsweise Personalausweise, Reisepässe, Führerscheine, Kreditkarten, Bankkarten, Karten für die Zugangskontrolle oder sonstigen Ausweisdokumente in Frage ohne auf diese beschränkt zu sein.
Das Sicherheitselement kann als ausgezeichneter Bereich auf einem oder an einem Objekt erkennbar sein. Ist das Objekt z. B. ein Ausweis, so könnte das Sicherheitselement in Form eines ausgezeichneten Bereiches auf dem Ausweis vorliegen, wie z. B. auch ein Hologramm oder ein Foto als ausgezeichneter Bereich vorliegen, bei dem sofort erkennbar ist, dass dieser Bereich ein entsprechendes Element enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sicherheitselement in dem Objekt so integriert, dass es als solches nicht auffällig und/oder offensichtlich erkennbar ist. Ist das Objekt z. B. ein Ausweis in Form einer Kreditkarte, so erstreckt sich das Sicherheitselement in einer bevorzugten Form über eine ganze Seite des Ausweises oder über beide Seiten des Ausweises. Bevorzugt ist das Sicherheitselement mit anderen Funktionen verknüpft. So kann das Sicherheitselement z. B. teilweise bedruckt sein. Auch wenn der Druck einen Teil der Mikroreflektoren abdeckt, erfüllt das Sicherheitselement seine Funktion, wenn nur eine ausreichend große Anzahl an Mikroreflektoren vorhanden und sichtbar sind, die zu einer Authentifizierung und/oder Identifizierung herangezogen werden können. Die Integration von Druck und Sicherheitselement hat den Vorteil, dass das Druckbild oder ein Teil des Druckbildes zur Positionierung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements in Bezug zu einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und einem Detektor herangezogen werden kann, um eine Identifizierung und/oder Authentifizierung des Objekts anhand des Sicherheitselements vorzunehmen. Zudem erlaubt die Integration von Druckbild und Sicherheitselement eine gleichzeitige Authentifizierung/Identifizierung des Sicherheitselements und eine Verifikation des Druckbildes (siehe auch Beispiel 4).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Authentifizierung (Echtheitsprüfung) des Sicherheitselements bzw. eines Objekts, an dem das erfindungsgemäße Sicherheitselement angebracht ist. Unter Authentifizierung wird der Vorgang der Überprüfung (Verifikation) einer behaupteten Identität verstanden. Die Authentifizierung von Objekten, Dokumenten, Personen oder Daten ist die Feststellung, dass diese authentisch sind – es sich also um unveränderte, nicht kopierte und/oder nicht gefälschte Originale handelt. In seiner einfachsten Form besteht die Authentifizierung in einer Offensichtlichkeitsprüfung, d. h. es wird an einem einfach zu prüfenden Merkmal untersucht, ob es sich bei dem betrachteten Objekt um eine offensichtliche Fälschung handelt oder nicht.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement erlaubt die Echtheitsprüfung auf verschiedenen Wegen. Das erfindungsgemäße Sicherheitselement ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine transparente Schicht umfasst, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren eingebracht sind, die mit dem bloßen Auge zu erkennen sind. Die Mikroreflektoren haben die Eigenschaft, dass sie elektromagnetische Strahlung mindestens einer Wellenlänge reflektieren, wenn die Anordnung aus Quelle für elektromagnetische Strahlung, mindestens eine reflektierende Oberfläche mindestens eines Mikroreflektors und ein Detektor für die reflektierte elektromagnetische Strahlung dem Reflexionsgesetz gehorcht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Authentifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements umfasst mindestens die folgenden Schritte:

(A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist
(B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung
(C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung

Die elektromagnetische Strahlung kann mono- oder polychromatisch sein. Bevorzugt weist die elektromagnetische Strahlung mindestens eine Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt im Bereich 400 nm bis 800 nm auf. Als Lichtquelle kann z. B. ein Laser, eine LED, eine Halogenlampe, eine Glühfadenlampe, eine Kerze, die Sonne oder eine andere Quelle für elektromagnetische Strahlung, die elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm emittiert, verwendet werden. Bevorzugt wird ein Laser verwendet.
Die Bestrahlung kann flächig, linienförmig oder punktförmig erfolgen, wobei unter flächiger Bestrahlung verstanden wird, dass durch die Bestrahlung des Sicherheitselements ein Großteil des Sicherheitselements durch die Strahlung erfasst wird, während unter punktförmiger Bestrahlung verstanden wird, dass nur ein geringer Teil des Sicherheitselements von der Strahlung erfasst wird. Das Strahlprofil kann durch dem Fachmann bekannte Techniken wir z. B. die Verwendung von Linsen oder diffraktiven Elementen entsprechend eingestellt werden.
Die Detektion der reflektierten Strahlung erfolgt mit einem für die verwendete elektromagnetische Strahlung empfindlichen Sensor, z. B. einer Fotodiode oder einem Fototransistor (Punktsensor), einem Kamera-Sensor (Flächensensor (CCD, CMOS)) oder Ähnlichem.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das es in seiner einfachsten Ausführungsform (qualitativ) durch einen Menschen ohne Einsatz von Geräten durchgeführt werden kann. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für elektromagnetische Strahlung die Sonne oder eine Lampe oder eine Kerze oder eine andere Lichtquelle verwendet wird und als Detektor das menschliche Auge dient. Das Sicherheitselement wird vom Betrachter in einem Winkel zur Lichtquelle gehalten, so dass einzelne Mikroreflektoren Reflexionen zeigen. Der Betrachter kann das Sicherheitselement gegenüber der Lichtquelle verkippen, so dass die Reflexionen erlischen und gegebenenfalls neue Reflexionen an anderer Stelle des Sicherheitselements auftauchen. Auf diese Weise kann durch einen Menschen auf einfache Weise verifiziert werden, dass die mit bloßem Auge sichtbaren Mikroreflektoren keine drucktechnisch erzeugten Nachahmungen sind.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren maschinell ausgeführt oder maschinell unterstützt werden kann und eine quantitative Bewertung ermöglicht. Eine maschinelle Ausführung oder Unterstützung erlaubt die Überprüfung einer größeren Anzahl von Sicherheitselementen oder Objekten anhand von Sicherheitselementen in einer kürzeren Zeit und zu geringeren Kosten als eine (rein) personelle Ausführung. Darüber hinaus erlaubt eine maschinelle Ausführung oder maschinelle Unterstützung einen Vergleich von Reflexionsmustern bei Sicherheitselementen, die zu verschiedenen Zeiten authentifiziert wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zumindest Schritt (C) maschinell.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das zu authentifizierende Objekt und/oder eine Strahlungsquelle und/oder mindestens ein Detektor zueinander bewegt, um die an verschiedenen Stellen und/oder unter verschiedenen Orientierungswinkeln aufblinkenden Mikroreflektoren als Funktion der relativen Lage des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber Strahlungsquelle und Detektor aufzuzeichnen. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren demnach die weiteren Schritte (D) und (E) im Anschluss an Schritt (C):

(D) Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(E) Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist.

Die Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber der Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor kann so ausgeführt werden, dass Strahlungsquelle und mindestens ein Detektor zueinander starr (unbewegt) gehalten werden, während das Sicherheitselement (bzw. das Objekt) in Relation zur starren Anordnung aus Detektor und Strahlungsquelle bewegt wird. Dabei ist sowohl eine Bewegung der starren Anordnung gegenüber dem Objekt (Sicherheitselement) als auch eine Bewegung des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber der starren Anordnung denkbar. Ebenso ist es denkbar, das Sicherheitselement und mindestens einen Detektor zueinander starr (unbewegt) zu halten und eine relative Bewegung zwischen Strahlungsquelle und der starren Anordnung aus Sicherheitselement und Detektor auszuführen. Weitere Kombinationen sind denkbar. Die Änderung der Lage kann so ausgeführt werden, dass die Strahlungsquelle bei Lageänderung einen anderen Teil des Sicherheitselements bestrahlt; sie kann aber auch so ausgeführt werden, dass derselbe Teil des Sicherheitselements bestrahlt wird, jedoch unter einem anderen Winkel. Ebenso ist es denkbar die Lageänderung so auszuführen, dass derselbe Teil des Sicherheitselements unter demselben Winkel bestrahlt wird, jedoch ein Detektor die unter einem anderen Winkel reflektierte Strahlung erfasst. In allen Fällen wird bei Lageänderung ein anderer Teil der Mikroreflektoren erfasst.
Die Bewegung kann kontinuierlich mit gleichbleibender Geschwindigkeit, beschleunigend oder abbremsend, oder diskontinuierlich, d. h. z. B. schrittweise erfolgen.
Die Wiederholung der Schritte (B), (C), (D) und (E) wird solange ausgeführt, bis eine für den jeweiligen Anwendungszweck ausreichende Anzahl an Mikroreflektoren erfasst worden ist. Handelt es sich bei der Authentifizierung um eine Offensichtlichkeitsprüfung, so ist denkbar, dass nur die Schritte (A), (B) und (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden und dabei solche Mikroreflektoren in eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung zur Strahlenquelle und zum Detektor gebracht werden, deren reflektierende Oberfläche nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht verläuft. In einem solchen Fall wird also nur geprüft, ob es Mikroreflektoren gibt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert sind, um drucktechnische Nachahmungen ausschließen zu können.
Beinhaltet der jeweilige Anwendungszweck eine Identifizierung des Objekts anhand des Sicherheitselements, müssen so viele Mikroreflektoren erfasst werden, dass eine eindeutige Zuordnung des Reflexionsmusters zu einem Objekt möglich ist. Auf die Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements wird weiter unten näher eingegangen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sicherheitselement in einem ersten Schritt auf einem Träger befestigt, der bereits eine vorgegebene Orientierung gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und mindestens einem Detektor aufweist. Der Träger ist so beschaffen und lässt sich gegenüber Strahlungsquelle und mindestens einem Detektor so ausrichten oder ist bereits so ausgerichtet, dass nach Fixierung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements auf dem Träger ein Teil der Mikroreflektoren so angeordnet ist, dass die Anordnung aus dem Teil der Mikroreflektoren, mindestens einem Detektor und der Strahlungsquelle das Reflexionsgesetz erfüllt. Die Art und die Beschaffenheit des Trägers wird maßgeblich durch das Objekt, das anhand des mit ihm verbundenen Sicherheitselements authentifiziert werden soll, bestimmt. Ist das Objekt z. B. ein Ausweis im Kreditkartenformat, so ist es z. B. möglich, als Träger eine ebene Oberfläche bereitzustellen, die eine Vertiefung aufweist, in die der Ausweis eingelegt werden kann. Durch die Vertiefung ist die Position des Ausweises auf dem Träger eindeutig festgelegt. Strahlungsquelle und Detektor sind entsprechend so um den Träger angeordnet, dass das Reflexionsgesetz für einen Teil der Mikroreflektoren erfüllt ist.
Ebenso ist es denkbar, ein Objekt wie einen Ausweis im Kreditkartenformat auf einen Schlitten als Träger zu befestigen. Der Schlitten kann dann in eine Position gebracht werden, in der die Anordnung aus einem Teil der Mikroreflektoren, einer Strahlungsquelle und einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Strahlungsquelle mindestens ein Laser verwendet. Laserlicht lässt sich sehr gut bündeln und hat eine hohe Intensität. Zur Authentifizierung kann ein fokussierter Laserstrahl über das Sicherheitselement gerastert werden. Dabei ist sowohl eine Bewegung des Lasers gegenüber dem Objekt (Sicherheitselement) als auch eine Bewegung des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber dem Laser denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mindestens ein Laser und mindestens ein Detektor starr zueinander angeordnet. Das Objekt wird in Bezug zu der starren Anordnung aus mindestens einem Laser und mindestens einem Detektor so ausgerichtet, dass das Reflexionsgesetz für einen Teil der Mikroreflektoren erfüllt ist. Die Ausrichtung kann mittels eines Trägers erleichtert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Objekt mittels eines beweglich ausgeführten Trägers in Bezug zu der starren Anordnung aus mindestens einem Laser und mindestens einem Detektor bewegt. Die Bewegung wird so ausgeführt, dass durch die Bewegung verschiedene Mikroreflektoren nacheinander Reflexionen zeigen. Es ist denkbar, den Laserstrahl auf das Sicherheitselement zu fokussieren und das Objekt an dem Laserstrahl vorbei zu fahren. Dadurch werden nacheinander verschiedene Bereiche des Sicherheitselements vom Laserstrahl abgetastet. Trifft der Laserstrahl dabei auf einen Mikroreflektor, dessen reflektierende Oberfläche so orientiert ist, dass die Anordnung aus reflektierender Oberfläche, Strahlungsquelle und Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt, zeigt dieser Mikroreflektor im Moment der Abtastung eine Reflexion, der mit dem Detektor detektiert werden kann.
Der abtastende Laserstrahl weist auf dem Sicherheitselement ein definiertes Profil auf. Dieses Profil kann rund elliptisch, linienförmig, hantelförmig oder sonst wie geartet sein.
Bevorzugt weist das Profil eine lange und eine kurze Achse auf, wie dies z. B. bei einem elliptischen, linienförmigen oder hantelförmigen Profil gegeben ist. Die Länge der kurzen Achse liegt dabei in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren. Die lange Achse liegt in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Unter Größenordnung wird hier und im Folgenden verstanden, dass zwei Größen um einen Faktor kleiner als 10 und größer als 0,1 voneinander abweichen oder gleich sind. Bevorzugt ist die lange Achse etwas länger als der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1fachen und dem 10fachen des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Die kurze Achse ist bevorzugt etwas länger als die mittlere Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1fachen und dem 10fachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sicherheitselement flächig beleuchtet und es werden die an verschiedenen Mikroreflektoren unter verschiedenen Winkeln reflektierten Strahlen mit Hilfe mehrerer Punktsensoren oder mit Hilfe eines Flächensensors detektiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Mikroreflektoren an unterschiedlicher Stelle und mit unterschiedlichen Orientierungen erfasst werden können, ohne dass eine relative Bewegung zwischen Sicherheitselement und/oder Strahlungsquelle und/oder Detektor nötig ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die weiteren Schritte (F) und (G) im Anschluss an Schritt (C) oder (E):

(F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster
(G) Ausgabe einer Mitteilung über die Authentizität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F)

Die konkrete Ausgestaltung der Schritte (F) und (G) ist abhängig von dem jeweiligen Anwendungszweck. Handelt es sich bei der Authentifizierung um eine Offensichtlichkeitsprüfung, so wird überprüft, ob es Mikroreflektoren gibt, deren reflektierende Oberflächen nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet sind. Dementsprechend ist die Anforderung (Soll-Muster), dass einzelne Reflexionen auftreten, wenn die Anordnung aus Oberfläche der transparenten Schicht, Strahlungsquelle und Detektor das Reflexionsgesetz nicht erfüllt. In Schritt (G) kann die Mitteilung, ob es sich bei dem Objekt um eine offensichtliche Fälschung handelt oder nicht, anhand einer Ja/Nein-Aussage erfolgen. Es ist z. B. möglich, hierfür ein Lichtsignal zu verwenden: handelt es sich offensichtlich um keine Fälschung, leuchtet ein grünes Lämpchen auf, handelt es sich offensichtlich um eine Fälschung, leuchtet ein rotes Lämpchen auf. Alternativ ist auch ein akustisches Signal oder eine andere Mitteilung, die mit den menschlichen Sinnen erfassbar ist, denkbar. Soll die Authentifizierung dazu dienen, die Identität eines konkreten Objekts zu verifizieren, so ist in Schritt (F) ein so genannter 1:1-Abgleich zwischen aktuell erfasstem Referenzmuster und dem Reflexionsmuster des vermuteten Objekts (Soll-Muster) nötig. Das Reflexionsmuster stellt die in Abhängigkeit der Lage des Objekts in Bezug zur Strahlungsquelle und einem Detektor erfassten Reflexionen des Sicherheitselements oder eines Teils des Sicherheitselements dar. Das Reflexionsmuster liegt daher z. B. in Form einer Zahlentabelle vor, in der die an verschiedenen Orten unter verschiedenen Winkeln gemessenen Intensitäten der von dem Sicherheitselement zurückgeworfenen Strahlung erfasst sind. Eine solche Zahlentabelle kann direkt mit einer Soll-Zahlentabelle verglichen werden. Ebenso ist es möglich, aus der gemessenen Intensitätsverteilung mittels mathematischer Operationen eine andere Darstellung eines Reflexionsmusters zu erstellen, bevor ein Vergleich mit einem Soll-Muster durchgeführt wird. Bevorzugt wird dabei eine Fourier-Transformation der ursprünglich ortsabhängig gemessenen Daten vorgenommen, da die Fourier-transforierten Daten eine translatorische Invarianz aufweisen und damit eine höhere Positioniertoleranz gegeben ist.
Es ist möglich, aus der Intensitätsverteilung charakteristische Merkmale zu extrahieren, um die Datengröße zu reduzieren. Die charakteristischen Merkmale stellen eine Art Fingerabdruck oder Signatur des Sicherheitselements dar. Die Signatur ist eine digital speicherbare und maschinell verarbeitbare Repräsentation des Sicherheitsmerkmals. Die Signatur ist eindeutig, d. h. identische Sicherheitselemente ergeben die gleiche Signatur; verschiedene Sicherheitselemente ergeben verschiedene Signaturen. Das in Schritt (F) genannte Reflexionsmuster kann eine Signatur sein.
Der Vergleich des Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster kann auf Basis der vollständigen Zahlentabelle oder auf Basis von charakteristischen Merkmalen aus der Zahlentabelle erfolgen. Hierfür können z. B. bekannte Verfahren des Pattern Matching eingesetzt werden, bei denen nach Ähnlichkeiten zwischen den Datensätzen gesucht wird (siehe z. B. Image Analysis and Processing: 8th International Conference, ICIAP '95, San Remo, Italy, September 13-15, 1995. Proceedings (Lecture Notes in Computer Science), WO 2005088533(A1) , WO2006016114(A1) , C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrielle Bildverarbeitung, Springer-Verlag, 1998, S. 133 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff, US 7333641 B2 , DE10260642 A1 , DE10260638 A1 , EP1435586B1 ). Ein spezielles Verfahren ist in Beispiel 4 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens die Schritte (A) bis (G) maschinell ausgeführt. Im Folgenden wird ein Beispiel einer solchen maschinellen Ausführung gegeben: Ein Benutzer legt ein Objekt in definierter Weise auf einen Träger und startet per Knopfdruck die maschinelle Ausführung. Der Träger wird z. B. mittels eines Schrittmotors in eine Position gefahren, in der die Oberfläche des Sicherheitselements, eine Strahlungsquelle und ein Detektor eine Anordnung bilden, in der das Reflexionsgesetz nicht erfüllt ist, wohl aber die Strahlungsquelle, der Detektor und eine hypothetische Ebene, die um einen Winkel γ gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements geneigt ist, eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung bilden. Sind in dem Sicherheitselement Mikroreflektoren vorhanden, die in dieser hypothetischen Ebene liegen, so würden sie Reflexionen zeigen, wenn sie bestrahlt werden würden. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Laserstrahls auf dem Sicherheitselement, der räumlichen Ausdehnung der Sensorfläche des Detektors und der hierzu vergleichsweise geringen Dicke der transparenten Schicht des Sicherheitselements würden auch alle Mikroreflektoren, die nicht in aber parallel zu der hypothetischen Ebene liegen, Reflexionen zeigen. Nachdem das Objekt in die entsprechende Position gebracht worden ist, wird die Strahlungsquelle z. B. durch eine Steuereinheit aktiviert, so dass Strahlung auf einen Bereich des Sicherheitselements fällt. Sind in diesem Bereich Mikroreflektoren mit einer Orientierung parallel zu der genannten hypothetischen Ebene vorhanden, werden am Detektor Reflexionen in Form einer erhöhten Intensität ankommender Strahlung registriert. Über den Schrittmotor kann der Träger weiter bewegt und/oder gekippt werden, um weitere Mikroreflektoren mit ggf. anderer Orientierung zu erfassen. Werden am Detektor keine Reflexionen erfasst, so handelt es sich offensichtlich um ein gefälschtes Objekt. Werden Reflexionen erfasst, so können diese über die Steuereinheit und/oder eine Rechnereinheit in Form eines Reflexionsmusters in Abhängigkeit der Lage des Objekts gespeichert werden. In einer bevorzugten Form wird ein so genannter Drehgeber verwendet, der die Messdatenerfassung triggert. Der Drehgeber erfasst die Lageänderung und gibt bei einer inkrementellen Lageänderung einen Impuls ab. Bei einem Impuls wird ein Messwert seitens des Detektors aufgenommen und gespeichert. Wird der Sensor über eine definierte Verfahrstrecke bewegt, so sorgt der Drehgeber dafür, dass über die Verfahrstrecke in konstantem Abstand voneinander Messpunkte verteilt werden.
Das aktuell erfasste Reflexionsmuster kann dann, ggf. nach Glättung und/oder Filterung und/oder mathematischer Transformation mittels der Rechnereinheit mit mindestens einem Soll-Muster, z. B. einem in einer mit der Rechnereinheit verbundenen Datenbank gespeicherten Reflexionsmuster des Objekts, das zu einem früheren Zeitpunkt bereits erfasst worden ist, verglichen werden. Das Ergebnis des Vergleichs, z. B. der Grad der Übereinstimmung zwischen den verglichenen Reflexionsmustern, wird dann z. B. über eine Ausgabeinheit, die mit der Steuereinheit oder der Rechnereinheit verbunden ist, an den Benutzer in Form einer sicht- oder hörbaren Mitteilung ausgegeben (Monitor, Drucker, Lautsprecher, o. ä.).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Identifizierung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements bzw. eines Objekts, welches ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement trägt. Unter Identifizierung wird ein Vorgang verstanden, der zum eindeutigen Erkennen einer Person oder eines Objektes dient.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens die bereits beim Verfahren zur Authentifizierung eines Objekts diskutierten Schritte (A) bis (C) und (F) bis (G) in den dort diskutierten Ausführungsformen, wobei in Schritt (G) anstelle einer Mitteilung über die Authentizität eine Mitteilung über die Identität des Objekts erfolgt. Die Schritte (D) und (E) sind optional. Wird das Sicherheitselement beispielsweise flächig beleuchtet und werden mittels eines Flächensensors als Detektor eine für den Anwendungszweck ausreichende Anzahl an Mikroreflektoren gleichzeitig erfasst, ist eine Lageänderung und die Erfassung weiterer Mikroreflektoren nicht notwendig. Das Verfahren zur Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements umfasst demnach mindestens die folgenden Schritte:

(A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung,
(C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung,
(D) ggf. Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(E) ggf. Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist,
(F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster,
(G) Ausgabe einer Mitteilung über die Identität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F).

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte (A) bis (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens maschinell ausgeführt.
In Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Reflexionsmuster des betrachteten Objekts mit Reflexionsmustern verglichen, die bereits zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt worden sind. Insofern wird die Identität eines Objekts durch das Reflexionsmuster bestimmt und es erfolgt ein Abgleich des betrachteten Reflexionsmusters mit allen in einer Datenbank gespeicherten Reflexionsmustern bereits erfasster Objekts (1:n-Abgleich).
Alternativ ist es denkbar, die Identität des Objekts anhand eines anderen Merkmals zu bestimmen, beispielsweise anhand eines Barcodes, der mit dem Objekt verbunden ist, und durch den Vergleich zwischen aktuell gemessenem Reflexionsmuster und dem Reflexionsmuster, das dem identifizierten Objekt zugeordnet ist, die Richtigkeit der Zuordnung zu bestätigen (Authentifizierung).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts anhand eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements, mindestens umfassend eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, und einen Detektor zur Detektion der vom Sicherheitselement reflektierten Strahlung.
Die Quelle für elektromagnetische Strahlung kann mono- oder polychromatische Strahlung emittieren. Bevorzugt emittiert sie elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt im Bereich 400 nm bis 800 nm. Als Strahlungsquelle kann z. B. ein Laser, eine LED, eine Halogenlampe, eine Glühfadenlampe, eine Kerze, die Sonne oder eine andere Quelle für elektromagnetische Strahlung, die elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm emittiert, verwendet werden. Bevorzugt wird ein Laser verwendet.
Als Detektor wird ein für die verwendete elektromagnetische Strahlung empfindlicher Sensor verwendet, z. B. eine Fotodiode oder ein Fototransistor (Punktsensor), ein Kamera-Sensor (Flächensensor (CCD, CMOS)) oder Ähnliches.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Träger vorhanden, auf den ein Objekt fixiert werden kann. Der Träger erleichtert die Positionierung des Sicherheitselements in Bezug zur Strahlenquelle und/oder zum Detektor. Der Träger umfasst einen Bereich, der mit dem zu identifizierenden oder authentifizierenden Objekt in Kontakt gebracht wird. Dabei wird das Objekt entweder auf den Träger gelegt, in den Träger eingehängt oder auf sonstige Weise mit dem Träger verbunden, so dass das Objekt eine definierte und vorhersehbare Orientierung (Lage) im Raum annimmt. Durch die Verbindung des Objekts mit dem Träger befindet sich das Sicherheitselement, das mit dem Objekt verbunden ist, entweder bereits in einer das Reflexionsgesetz erfüllenden Anordnung oder es kann durch Bewegung des Trägers leicht in eine solche Anordnung gebracht werden. In einer besonderen Ausführungsform ist der Träger z. B. ein Schlitten, der in eine erste Position gebracht werden kann, in der eine Verbindung des Objekts mit dem Schlitten auf einfache Weise durch einen Benutzer ermöglicht wird, und der in eine zweite Position gebracht werden kann, in der Mikroreflektoren in dem Sicherheitselement, die Strahlungsquelle und ein Detektor eine Anordnung bilden, die das Reflexionsgesetz erfüllt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Träger beweglich ausgeführt, so dass das Sicherheitselement in Bezug zur Strahlungsquelle und/oder zum Detektor bewegt werden kann, um verschiedene Mikroreflektoren unter demselben oder unter verschiedenen Winkeln bestrahlen und die Reflexionen von verschiedenen Mikroreflektoren unter demselben oder unter verschiedenen Winkeln erfassen zu können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Strahlungsquelle ein Laser und als Detektor ein Fototransistor verwendet. Laser und Fototransistor sind starr zueinander angeordnet. Das zu authentifizierende und/oder identifizierende Objekt kann auf einem beweglichen Träger in Relation zur starren Anordnung aus Laser und Fotodiode bewegt werden. Der Laser ist in einem Winkel δ zur Normalen der Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet. Der Detektor ist in einem Winkel δ' zur Normalen der Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet, wobei δ ≠ δ'. Der Laser, die Normale und der Detektor liegen in einer Ebene. Diese Anordnung aus Laser, Oberfläche des Sicherheitselements und Detektor erfüllt das Reflexionsgesetz nicht, da δ ≠ δ' ist. In einer solchen Anordnung werden also Mikroreflektoren erfasst, die eine gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements geneigte Orientierung der reflektierenden Oberfläche aufweisen. Durch Bewegung des Sicherheitselements (mittels Träger) werden verschiedene Mikroreflektoren nacheinander unter einem gleichbleibenden Winkel erfasst. Der Winkel δ liegt im Bereich von 0° bis 80°, bevorzugt im Bereich von 0° bis 60°. Der Winkel δ' liegt im Bereich von 0° bis 80°, bevorzugt im Bereich von 0° bis 60°.
Durch den Laser wird das Sicherheitselement mit einem definierten Spotprofil beleuchtet. Das Profil weist bevorzugt eine lange und eine kurze Achse auf, wie dies z. B. bei einem elliptischen, linienförmigen oder hantelförmigen Profil gegeben ist. Die Länge der kurzen Achse liegt dabei in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren. Die lange Achse liegt in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Bevorzugt ist die lange Achse etwas länger als der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1fachen und dem 10fachen des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Die kurze Achse ist bevorzugt etwas länger als die mittlere Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1fachen und dem 10fachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Steuereinheit, die mit einer Recheneinheit und einer Datenbank verbunden ist. Die Steuereinheit dient zur Ansteuerung der Strahlungsquelle, ggf. zur Ansteuerung des beweglich ausgeführten Trägers, um eine Lageänderung des Objekts vornehmen zu können und zur Erfassung der am Detektor registrierten Signale. In der Datenbank sind Reflexionsmuster von Sicherheitselementen gespeichert, die für einen 1:1- oder 1:n-Abgleich verwendet werden können. Mit der Recheneinheit können mathematische Operationen an Datensätzen vorgenommen und ein Vergleich zwischen Reflexionsmustern vorgenommen werden. Als Recheneinheit und Steuereinheit eignen sich z. B. Mikroprozessoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verfügt die Vorrichtung über mindestens einen Ausgang, über den das Ergebnis eines Vergleichs an einen Benutzer der Vorrichtung in Form einer Mitteilung übergeben werden kann. Der Ausgang kann z. B. eine Lampe sein, die aufleuchtet, wenn eine Offensichtlichkeitsprüfung ergeben hat, dass das Objekt offensichtlich eine Fälschung ist. Ebenso kann der Ausgang z. B. ein Bildschirm sein, auf dem angegeben wird, zu welchem Grad das Reflexionsmuster eines aktuell erfassten Sicherheitselements mit einem Reflexionsmuster aus einer angeschlossenen Datenbank übereinstimmt. Weitere Ausgaben wie z. B. ein Drucker, ein Lautsprecher oder andere Geräte, die als Schnittstelle zwischen einer Maschine (Vorrichtung) und einem Menschen (Benutzer) dienen, sind denkbar.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Sicherstellung der Echtheit eines Objekts eine Reihe von Vorteilen:

– Das erfindungsgemäße Sicherheitselement vereint mehrere Sicherheitsstufen nebeneinander. Die Mikroreflektoren sind mit dem bloßen Auge erkennbar (overt), die Verteilung und/oder Orientierung der einzelnen Mikroreflektoren ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung messbar (covert), die Form und/oder Beschafffenheit der Mikroreflektoren kann mittels Vergrößerungseinheit analysiert werden (covert, forensic).
– Das erfindungsgemäße Sicherheitselement bietet einen hohen Schutz gegenüber Fälschung und/oder Nachahmung, da die zufällige Verteilung und/oder Orientierung der Mikroreflektoren nur schwer zu kopieren ist.
– Das erfindungsgemäße Sicherheitselement erlaubt eine Offensichtlichkeitsprüfung, die von jedem Menschen ohne Hilfsmittel durchgeführt werden kann.
– Das erfindungsgemäße Sicherheitselement gestattet eine Individualisierung eines Objekts, da die zufällige Verteilung und/oder Orientierung der Mikroreflektoren für jedes Sicherheitselement einzigartig ist.
– Das erfindungsgemäße Sicherheitselement ist kostengünstig und lässt sich mit einer Vielzahl an Objekten verbinden ohne dass es einen negativen Einfluss auf das Objektdesign ausübt.
– Das erfindungsgemäße Verfahren zur Authentifizierung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements lassen sich maschinell und schnell ausführen.
– Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls kostengünstig und lässt sich auch von Menschen nach kürzester Einführung bedienen, die über keine Spezialkenntnisse verfügen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert, ohne sie jedoch auf diese zu beschränken.
1 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement (1) in der Aufsicht umfassend eine transparente Schicht (2), in der Mikroreflektoren (3) zufällig verteilt enthalten sind. In dieser Ausführungsform weisen die Mikroreflektoren eine sechseckige Form auf, die zur Echtheitsprüfung mittels einer Vergrößerungseinheit (z. B. Lupe, Mikroskop) sichtbar gemacht werden kann.
2 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement (1) in der Seitenansicht (Querschnitt). Das Sicherheitselement umfasst eine transparente Schicht (2), in die Mikroreflektoren (3) eingebracht sind. Diese sind zufällig verteilt und die reflektierende Oberfläche (4) eines jeden Mikroreflektors weist eine zufällige Orientierung auf. Mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung (5) kann das Sicherheitselement bestrahlt werden. Dabei treffen Strahlen (6) auf die reflektierenden Oberflächen und werden dort zurückgeworfen (reflektiert). Die reflektierte Strahlung (7) kann mit einem Detektor (8) aufgefangen werden. Nur diejenigen Oberflächen, die eine bestimmte Orientierung gegenüber Strahlungsquelle (5) und Detektor (8) aufweisen, führen zu einem Signal am Detektor (siehe 3).
3 verdeutlicht das Reflexionsgesetz an einem Mikroreflektor (3). Elektromagnetische Strahlung (6) trifft unter einem Winkel α bzgl. der Flächennormalen (9) zur Oberfläche (4) auf die Oberfläche (4) des Mikroreflektors (3). Die Strahlung wird reflektiert und unter einem Ausfallwinkel β zur Flächennormalen (9) wieder zurückgeworfen (7). Gemäß Reflexionsgesetz sind die Winkel α und β gleich groß. Mit einem an entsprechender Stelle angebrachten Detektor (8) kann die gerichtet reflektierte Strahlung aufgefangen werden.
Wenn die Oberfläche des Mikroreflektors Beugungsstrukturen enthält, treten neben dem gerichtet reflektierten Strahl (die so genannte nullte Beugungsordnung) weitere Strahlen in definierten, von den Beugungsstrukturen abhängigen Winkeln um den gerichtet reflektierten Strahl auf (höhere Beugungsordnungen). Diese gebeugten Strahlen weisen in der Regel eine geringere Intensität als die gerichtet reflektierte Strahlung auf. Die gebeugten Strahlen können ebenfalls erfasst (detektiert) werden. Wird das Sicherheitselement mit elektromagnetischer Strahlung mit mehr als einer Wellenlänge bestrahlt, so werden Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen unter verschiedenen Winkeln gebeugt. Dies ermöglicht eine wellenlängenabhängige Detektion.
4 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Produkts der Einarbeitung von Mikroreflektoren in ein Polymer (Zylinder-Granulat-Korn aus Beispiel 1).
5 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme der Folie aus Beispiel 2.
6 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Metallerkennungsplättchen in einer Ausweiskarte aus Beispiel 3.
7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Authentifizierung und/oder Identifizierung von Objekten anhand eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements. Die Vorrichtung umfasst eine Quelle (5) für elektromagnetische Strahlung, einen Detektor (8) für elektromagnetische Strahlung, eine Steuereinheit (10) zur Ansteuerung der Strahlungsquelle (5) und zur Verarbeitung der am Detektor (8) gemessenen Signale, eine Recheneinheit (11) zur Durchführung mathematischer Operationen und zum Vergleich des aktuell erfassten Reflexionsmusters eines Sicherheitselements (1) mit mindestens einem Soll- oder Referenzmuster, eine Datenbank (12), in der Referenzmuster und/oder Soll-Muster zum Vergleich abgelegt sind und einen Ausgang (13), über den das Ergebnis eines Vergleichs an einen Benutzer übermittelt werden kann. Die Einheiten 5, 8, 10, 11, 12 und 13 sind elektrisch, optisch, über Funk oder über einen anderen Signalübertragungskanal miteinander verbunden (gestrichelte Linien). Die Vorrichtung umfasst natürlich auch eine Eingabeeinheit, über die ein Benutzer die Vorrichtung bedienen kann (in 7 nicht explizit gezeigt). Die Eingabeeinheit kann Bestandteil der Steuereinheit oder der Rechnereinheit sein. Zwei oder mehrere der Einheiten 10 bis 13 können auch in einer Einheit integriert sein. Ebenso ist es möglich, die Ausgabeeinheit 13 mit der Steuereinheit 10 direkt zu verbinden.
Der Strahlungsquelle (5) und der Detektor befinden sich in einer Ebene mit der Oberflächennormalen des Sicherheitselements. Sie sind starr (unbeweglich) zueinander angeordnet und bilden mit der Oberfläche des Sicherheitselements eine Anordnung, die das Reflexionsgesetz nicht erfüllt, d. h. Strahlung, die auf das Sicherheitselement fällt (6) wird von der Oberfläche des Sicherheitselements und von den Grenzschichten zwischen der transparenten Schicht und ggf. weiteren Schichten des Sicherheitselements zurückgeworfen (7'') und gelangen nicht in den Detektor. Der Detektor (8) ist vielmehr um einen Winkel γ gegenüber dem Strahl 7'' gekippt angeordnet (die Strahlen 7' und 7'' schließen den Winkel γ ein). In dieser Anordnung erfasst der Detektor (8) Reflexionen (7') von Mikroreflektoren, deren reflektierende Oberfläche gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements um den Winkel γ geneigt sind. Dadurch wird zum einen sichergestellt, dass das Sicherheitselement keine Nachahmung ist, bei der Mikroreflektoren mittels Drucktechnik auf das Objekt aufgebracht worden sind, zum anderen gelangt keine von der Oberfläche des Sicherheitselements reflektierte Strahlung in den Detektor und verursacht dort ein Offset-Signal. Der letzte Punkt führt zu einer erheblichen Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Der Winkel γ liegt bevorzugt im Bereich von 1° bis 20°.
In 7 wird das Sicherheitselement unterhalb der starren Anordnung aus Strahlungsquelle (5) und Detektor (8) translatorisch bewegt (angedeutet durch den Doppelpfeil), wodurch nacheinander verschiedene Bereiche des Sicherheitselements (1) erfasst werden.
8 zeigt den in Beispiel 4 verwendeten Aufbau zur Authentifizierung/Identifizierung eines Sicherheitselements (1) in Form einer Ausweiskarte, die relativ zu einem Laser (5) und einer Detektor (8) bewegt wird (Bewegungsrichtung angedeutet durch den dicken Pfeil). Bei der Bewegung wird ein Teil der Karte bestrahlt und die von dieser Fläche (14) reflektierte Strahlung erfasst.
9 zeigt die Intensität I der an dem Detektor erfassten Strahlung als Funktion des Verfahrwegs x eines Sicherheitselements aus Beispiel 3 (siehe Beispiel 4).
10 zeigt die Intensität I der an dem Detektor erfassten Strahlung als Funktion des Verfahrwegs x einer weißen Ausweiskarte ohne Mikroreflektoren (siehe Beispiel 4).
11 zeigt in einer grafischen Darstellung beispielhaft die Erzeugung von Nulldurchgängen zur Abspeicherung und/oder zum Vergleich mit anderen Datensätzen. Die gepunktete Kurve (15) stellt das ursprünglich gemessene Intensitätssignal (ggf. nach Filterung und Glättung) als Funktion des Ortes dar. Von dieser Kurve wird durch Mittelung über die ±50 benachbarten Werte für jeden einzelnen Punkt der arithmetische Mittelwert erzeugt, dargestellt durch die gestrichpunktete Kurve (16). An den Schnittpunkten zwischen den ursprünglichen Daten (15) und den gemittelten Daten (16) liegt ein so genannter Nulldurchgang (durchgezogene Kurve (17)). Die Nulldurchgänge als Funktion des Ortes werden gespeichert. Sie können für den Vergleich mit den entsprechenden Datensätzen weiterer Sicherheitsmerkmale zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung verwendet werden.

1: Sicherheitselement
2: Transparente Schicht
3: Mikroreflektor
4: Reflektierende Oberfläche
5: Quelle für elektromagnetische Strahlung
6: Einfallende Strahlung
7: Reflektierte Strahlung
7': an einem Mikroreflektor reflektierte Strahlung
7'': an der Oberfläche des Sicherheitselements reflektierte Strahlung
8: Lichtsensitiver Detektor
9: Flächennormale
10: Steuereinheit
11: Recheneinheit
12: Datenbank
13: Ausgang
14: erfasste Fläche (Scanfläche)
15: am Detektor als Funktion des Ortes gemessene Intensität der reflektieren Strahlung
16: Mittelwerte
17: Nulldurchgänge
α: Einfallswinkel
β: Ausfallswinkel

Beispiele
Beispiel 1: Herstellung eines Mikroreflektoren enthaltenden Compounds
Als Mikroreflektoren wurden hexagonale Metallkennzeichnungsplättchen der Bezeichnung ”OV Dot B” aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm und einem Abstand der gegenüberliegenden Seiten von 100 μm eingesetzt. Die Plättchen waren bedruckt, wobei ausschnittsweise die Aufschritt ”OVDot” zu lesen war. In der Mitte der Plättchen befand sich ein großes ”B” als Durchgangsformbohrung. Der Abstand der Durchgangsformbohrung von den Seiten betrug 25 um und machte 12,5% der Gesamtfläche des Metallkennzeichnungsplättchen aus.
Mit den Metallkennzeichnungsplättchen wurde ein Compound hergestellt.
150 g der oben beschriebenen Metallkennzeichnungsplättchen wurden in einem Intensivmischer mit 2,35 kg Makrolon^® 3108 550115 Pulver (mittlerer Partikel-Durchmesser 800 μm) vermischt. Makrolon^® 3108 550115 hat EU-/FDA-Qualität und enthält keinen UV-Absorber. Die Schmelze-Volumenfließrate (MVR) nach ISO 1133 beträgt 6,0 cm³/(10 min) bei 300°C und 1,2 kg Belastung.
Bei einem Durchsatz des Extruders von 50 kg/Stunde wurden 47,5 kg Makrolon^® 3108 550115 Zylinder-Granulat in Gehäuse 1 des Zweiwellenextruder ZSK extrudiert. Über einen Seitenextruder wurde die Metallkennzeichnungsplättchen/Makrolon-Pulvermischung zudosiert. Nach der sechslöchrigen Düsenplatte wurde eine transparente, partikel-haltige Schmelze erhalten, die nach Abkühlung im Wasserbad und Stranggranulation 50 kg Zylindergranulat mit 0,3 Gew.-% Metallkennzeichnungsplättchen ergab.
Anhand einer lichtmikroskopischen Aufnahme eines Zylinder-Granulat-Korns (4) waren die Metallkennzeichnungsplättchen als kleine lichtreflektierende Sechsecke zu erkennen. Es waren keine verbogenen, beschädigten oder sogar zerstörten Plättchen erkennbar. Trotz der Scherung und der Temperaturbelastung war die Durchgangsformbohrung ”B” unbeschädigt geblieben. Auch der Aufdruck auf dem Plättchen war gut zu lesen und wurde durch die Verarbeitungstemperatur von 300°C in der Polycarbonat-Schmelze nicht verändert.
Beispiel 2: Extrusion des Compounds zu einer Folie
Aus dem Compound des Beispiels 1 wurde eine Folie extrudiert.
Die verwendete Anlage für die Herstellung der Folien besteht aus

• einem Hauptextruder mit einer Schnecke von 105 mm Durchmesser (D) und einer Länge von 41 × D; die Schnecke weist eine Entgasungszone auf;
• einem Adapter;
• einer Breitschlitzdüse mit 1500 mm Breite;
• einem Dreiwalzen-Glättkalander mit horizontaler Walzenanordnung, wobei die dritte Walze um +/– 45° gegenüber der Horizontalen schwenkbar ist;
• einer Rollenbahn;
• einer Einrichtung zum beidseitigen Aufbringen von Schutzfolie;
• einer Abzugseinrichtung;
• Aufwickelstation.

Das Compound aus Beispiel 1 wurde dem Fülltrichter des Extruders zugeführt. Im jeweiligen Plastifiziersystem Zylinder/Schnecke des Extruders erfolgte das Aufschmelzen und Fördern des jeweiligen Materials. Die Materialschmelze wurde über den Adapter anschließend dem Glättkalander zugeführt, dessen Walzen die in der Tabelle 1 genannte Temperatur aufwiesen. Auf dem Glättkalander (bestehend aus drei Walzen) erfolgte die endgültige Formgebung und Abkühlung der Folie. Zur Strukturierung der Folienoberflächen wurden dabei eine Gummi-Walze (fein-matten 2-er Oberfläche) und eine Stahl-Walze (matte 6-er Oberfläche) eingesetz. Die für die Strukturierung der Folienoberfläche verwendete Gummi-Walze ist in US 4,368,240 der Fa. Nauta Roll Corporation, USA offenbart. Anschließend wurde die Folie durch einen Abzug transportiert. Danach kann eine Schutzfolie aus Polyethylen beidseitig aufgebracht werden und eine Aufwicklung der Folie erfolgen.

Verfahrensparameter
Temperatur ender Gehäuse des Extruders Z1 bis Z9	200 bis 285°C
Temperatur der Düsen Z1 bis Z14	300°C
Temperatur des Adapters	290°C
Verfahrensparameter
Temperatur der Schmelze	285°C
Drehzahl des Extruders	50 min–1
Temperatur der Gummiwalze 1	15°C
Temperatur der Walze 2	110°C
Temperatur der Walze 3	140°C
Abzugsgeschwindigkeit	26,3 m/min
Durchsatz	275,6 kg/h

Tabelle 1

Um die fertige Folie auch auf ihre Eigenschaften bei der Laserung untersuchen zu können, wurde zusätzlich noch ein Laser-Additiv in die Folie mit eingearbeitet.
Es wurde folgende Metallkennzeichnungsplättchen-haltige und rußhaltige Zusammensetzung dem Extruder zugeführt:
68,6 Gew.-% Makrolon^® 3108 550115 (PC der Fa. Bayer MaterialScience AG)
20,0 Gew.-% Masterbatch aus Beispiel 1 (mit 0,3 Gew.-% Metallkennzeichnungsplättchen OV Dot ”B”)
11,4 Gew.-% Makrolon^® 3108 751006 (Rußhaltiges PC der Fa. Bayer MaterialScience AG)
Hieraus wurde eine transparente graue (laserbare) Extrusionsfolie mit einer matten/fein-matten (6-2) Oberfläche, einem Metallkennzeichnungsplättchen-Gehalt von 0,06 Gew.-% und mit einer Dicke von 100 μm erhalten.
Auf der lichtmikroskopischen Aufnahme der Folie (5) waren die Metallkennzeichnungsplättchen als kleine licht dunkle Sechsecke zu erkennen. Die Metallkennzeichnungsplättchen waren über die gesamte Folienfläche gleichmäßig und zufällig verteilt. Verklumpte agglomerierte Plättchen konnten nicht identifiziert werden. Es waren keine beschädigten oder sogar zerstörten Plättchen erkennbar. Trotz der Scherung und der Temperaturbelastung bei der Folienextrusion war die Durchgangsformbohrung ”B” unbeschädigt geblieben.
Die Scherung führte dazu, dass die Metallkennzeichnungsplättchen nicht völlig zufällig orientiert sind, sondern dass sie um eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der Folie zufällig ausgerichtet werden. Diese Zufallsverteilung um eine Vorzugsorientierung ist besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Authentifizierung und Identifizierung von Objekten, da ein Großteil der Mikroreflektoren für das Verfahren zugänglich sind. Mikroreflektoren, die senkrecht zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert sind, zeigen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Reflexionen, da sie in einem Winkelbereich liegen, der einer Reflexionsmessung nicht zugänglich ist. Solche Mikroreflektoren erfüllen keinen Zweck, sie sind nicht funktionell. Eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht, wie sie im vorliegenden Beispiel erzielt worden ist, weist einen hohen Anteil an funktionellen Mikroreflektoren auf.
Die Folie kann als erfindungsgemäßes Sicherheitselement eingesetzt werden. Sie kann z. B. mit weiteren Folien zu einem Folienverbund laminiert werden, aus dem Karten ausgestanzt werden können, die als Ausweise eingesetzt werden können (siehe Beispiel 3). Das Sicherheitselement ist damit ein fester Bestandteil des Objekts (Ausweis) und kann nicht unzerstört von diesem entfernt werden.
Beispiel 3: Laminierung eines Folienverbunds und Herstellung einer Ausweiskarte

Aus den folgenden Folien wurde eine Verbundfolie laminiert:

Kern-Folie	375 μm Makrofol^® ID 6-4 Farbe 010207 (weiß)
Oben und unten jeweils eine Lage:
Erfindungsgemäße Folie	100 μm Folie aus Beispiel 2, 6–2
Overlay-Folie	100 μm Makrofol^® ID 6–2, Farbe 000000 (natur)

Die Folien wurden in einer Presse der Fa. Bürkle bei 10 bar und 180°C laminiert. Anschließend wurde aus der Verbundfolie eine Karte in der Größe einer Kreditkarte (Format ID-1) gestanzt. Danach wurden die Metallerkennungsplättchen in der Karte mittels Lichtmikroskopie auf ihre Erscheinung untersucht.
Auf einer lichtmikroskopischen Aufnahme eines Metallerkennungsplättchen (6) war zu erkennen, dass Sie durch den Laminierprozess nicht beschädigt oder zerstört wurden. Trotz der Druckes und der Temperaturbelastung bei der Laminierung ist die Durchgangsformbohrung ”B” unbeschädigt geblieben. Der Aufdruck auf dem Plättchen war klar lesbar. Die ursprüngliche Oberflächenstrukturierung der Folie war während des Laminierprozesses glatt gepresst worden.
Beispiel 4: Vorrichtung und Verfahren zur Authentifizierung und Identifizierung eines Objekts (Ausweiskarte) anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements
Es wurde eine Vorrichtung gemäß 8 verwendet. Als Strahlungsquelle wurde ein Flexpoint^® Laser des Typs FP-65/5 eingesetzt (Wellenlänge 650 nm, maximale Leistung 5 mW). Das Strahlprofil war linienförmig mit einer Länge von 2 mm und einer Breite von 20 μm.
Als Detektor wurde ein Si-NPN-Fototransistor Typ FT-30 der Firma STM eingesetzt. Als Sicherheitselement wurde die im Beispiel 3 erzeugte Ausweiskarte verwendet.
Der Laser war gegenüber der Flächennormalen zum Sicherheitselement um einen Winkel von δ = 45° gekippt. Der Fototransistor war gegenüber der Flächennormalen zum Sicherheitselement um einen Winkel von δ' = 42° gekippt.
Laser und Fototransistor waren starr zueinander angeordnet. Das Sicherheitselement wurde gegenüber der starren Anordnung um einen Zentimeter verfahren (siehe dicker Pfeil in 8). Die Geschwindigkeit betrug etwa 1 cm/Sekunde. Während der relativen Bewegung wurde das Sicherheitselement kontinuierlich mittels Laserlicht bestrahlt, wobei die längere Seite des linienförmigen Strahlprofils senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgebildet war. Während der relativen Bewegung wurden mittels des Fototransistors 7000 Messwerte (Intensität des reflektierten Lichts) erfasst.
9 zeigt das Ergebnis der Messung in Form einer grafischen Darstellung. Die Intensität des reflektierten Lichts I ist gegen den Verfahrweg x aufgetragen. Es sind deutlich Reflexionen in Form von scharfen Banden zu erkennen. Die Bandenhöhe korreliert mit der Orientierung von Mikroreflektoren: diejenigen Mikroreflektoren, die exakt so orientiert sind, dass Laserquelle, reflektierende Oberfläche und Fototransistor eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung bilden, zeigen die höchste Intensität, während Mikroreflektoren, die gegenüber der exakten Orientierung eine leichte Abweichung aufweisen, eine entsprechend der Abweichung geringere Intensität zeigen.
10 zeigt im Vergleich das Ergebnis einer entsprechenden Messung an einer Ausweiskarte ohne Mikroreflektoren. Die Vorgehensweise ist identisch zu dem oben beschriebenen Fall. Es sind keine scharfen Banden wie Im Fall der 9 zu erkennen.
Die in 9 gezeigte Kurve stellt einen Ausschnitt aus einem charakteristischen Reflexionsmuster eines Sicherheitselements dar. In einem ersten Schritt werden die Rohdaten üblicherweise geglättet und/oder gefiltert. Es ist z. B. möglich, eine Mittelwertbildung für jeden Wert über einen Bereich von benachbarten Werten vorzunehmen, um Rauschen zu reduzieren. Im vorliegenden Fall wäre eine Mittelwertbildung über ±5 benachbarte Werte vorteilhaft. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Datenreduktion (Signalapproximation), d. h. die Daten werden auf charakteristische Merkmale reduziert. Ein spezielles Verfahren soll hier kurz skizziert werden. Beim so genannten Nulldurchgangsverfahren erfolgt zunächst für jeden Wert eine Mittelwertbildung über einen größeren Bereich benachbarter Werte. In 11 wurde beispielsweise eine Mittelwertbildung (arithmetischer Mittelwert) über ±50 benachbarte Werte vorgenommen. Die Mittelwerte und die Originalwerte (ggf. nach Glättung) werden voneinander substrahiert. An denen Ortskoordinaten, an denen die Substraktion zu einem Vorzeichenwechsel führt, liegt ein so genannter Nulldurchgang. Dieser wird als Funktion des Ortes gespeichert und dient als Signatur für das Sicherheitselement. Die Signatur kann schließlich mit anderen Signaturen verglichen werden, um eine Identifizierung (1:n-Vergleich) oder Authentifizierung (1:1-Vergleich) vorzunehmen.
Es ist denkbar, dass das Sicherheitselement neben den Mikroreflektoren auch noch weitere optische Merkmale wie zum Beispiel eine Bedruckung aufweist. Die Signale, die von solchen optischen Merkmale herrühren, sind den Signalen durch die Mikroreflektoren überlagert. Es ist möglich, weitere optische Merkmale wie z. B. ein Druckbild in die Analyse einzubeziehen. Dabei kann das Druckbild zum einen zur Positionsermittlung verwendet werden, zum anderen zusätzlich zu den Mikroreflektoren zur Authentifizierung und/oder Identifizierung. Ein Druckbild erzeugt bei Bestrahlung mit Licht eine Hell-Dunkel-Verteilung des reflektierten Lichts, das mittels Detektor erfasst werden kann. Die Hell-Dunkel-Verteilung kann als Referenz verwendet werden, welche die relative Position von unter definierten Winkeln reflektierenden Mikroreflektoren angibt. Ebenso kann das Vorhandensein der charakteristischen Hell-Dunkel-Verteilung zur Authentifizierung und/oder Identifizierung verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Sicherheitselement umfassend mindestens eine transparente Schicht, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren zufällig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mikroreflektoren über mindestens eine reflektierende Oberfläche verfügt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren im Bereich von 1·10^–10 m² bis 1·10^–7 m² liegt.
Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren mindestens das 5fache der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen beträgt.
Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren in einem Winkelbereich von 0° bis 60° gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht zufällig orientiert sind.
Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroreflektoren plättchenförmig sind und infolge einer Scherung während der Herstellung des Sicherheitselements eine zufällige Verteilung um eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht aufweisen.
Verfahren zur Authentifizierung und/oder Identifizierung eines Objekts anhand eines Sicherheitselements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mindestens umfassend die folgenden Schritte: (A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist, (B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung, (C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung, (D) ggf. Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist, (E) ggf. Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist, (F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster, (G) Ausgabe einer Mitteilung über die Authentizität und/oder Identität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement in Schritt (D) gegenüber einer starren Anordnung aus Strahlungsquelle und Detektor bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der Normalen zur Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ ≠ δ' ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der auf das Sicherheitselement auftreffenden Strahlung eine lange und eine kurze Achse aufweist, wobei die Länge der langen Achse in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren und die Länge der kurzen Achse in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung senkrecht zur langen Achse des Strahlprofils erfolgt.
Vorrichtung zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts anhand eines Sicherheitsmerkmals gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mindestens umfassend eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, einen Detektor für elektromagnetische Strahlung, einen Träger zur Aufnahme des Objekts, eine Steuereinheit und einen Ausgang, über den eine Mitteilung an einen Benutzer ausgegeben werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsquelle und Detektor starr zueinander angeordnet sind, während der Träger beweglich gegenüber der starren Anordnung aus Detektor und Strahlungsquelle ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der Normalen zur Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ ≠ δ' ist.
Verwendung eines Sicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur individualisierten Authentifizierung und/oder Identifizierung eines Objekts, vorzugsweise eines personalisierten Sicherheits- bzw. Identifikationsdokuments.