DE10216563A1 - Sicherheitselement als Photokopierschutz - Google Patents

Abstract

Ein Sicherheitselement (2) ist aus einem Schichtverbund (1) aus Kunststoff ausgeschnitten und eignet sich zum Aufkleben auf ein Substrat (9). Zwischen einer Abformschicht (4) und einer Schutzschicht (7) des Schichtverbunds (1) ist eine Reflexionsschicht (10) eingebettet, in die optisch wirksame Strukturen (5; 6) abgeformt sind. Das Sicherheitselement (2) weist wenigstens ein Sicherheitsmerkmal auf, dessen Fläche eine Makrostruktur in der Reflexionsschicht (10) aufweist und/oder wenigstens in eine erste und eine zweite Teilfläche (32; 33) unterteilt ist. Die erste Teilfläche (32) weist eine erste Struktur (5) auf. In die zweite Teilfläche (33) ist eine achromatische zweite Struktur (6) abgeformt. Die optisch wirksamen Strukturen (5; 6) lenken das einfallende Licht (11) innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs (epsilon) um die Richtung des Spiegelreflexes ab und enthalten eine visuell sichtbare, aber nicht photokopierbare Information, da im Winkelbereich (epsilon) die Kopierer blind sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitselement mit einer Anordnung von optisch wirksamen Strukturen in einem Schichtverbund aus Kunststoff gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Solche Sicherheitselemente dienen als Photokopierschutz und enthalten ein Flächenmuster aus einem Mosaik von Flächenelementen mit in einem Schichtverbund aus Kunststoff abgeformten, Licht modifizierenden Strukturen. Die Sicherheitselemente werden zur Beglaubigung der Echtheit eines Originals verwendet und eignen sich insbesondere zum Schutz von Wertpapieren, Banknoten, Zahlungsmitteln, Identitätskarten und Dokumenten aller Art, unter anderem gegen unerlaubtes Photokopieren. Die Funktion des Sicherheitsmerkmals besteht darin, dem Empfänger des damit versehenen Gegenstandes visuell und leicht überprüfbar anzuzeigen, dass der Gegenstand echt und keine Kopie ist. Den unerlaubt kopierten Gegenstand in den Verkehr zu bringen, wird verhindert oder zumindest ausserordentlich erschwert. Der aktuelle technische Stand der analogen schwarz-weiss Kopierer und der digitalen Farbkopierer erlaubt es allerdings mittlerweile, Kopien von Dokumenten herzustellen, welche praktisch nicht mehr von einem ungeschützten Original zu unterscheiden sind.
• Derartige Sicherheitselemente verwenden Hologramme und/oder ein Flächenmuster aus diffraktiven Strukturen und sind aus einer Vielzahl von Dokumenten bekannt. Stellvertretend seien hier die EP 0 105 099 A1, EP 0 330 738 A1 und EP 0 375 833 A1 genannt. Die Flächenmuster zeichnen sich durch die Brillanz der Muster und den Bewegungseffekt im Muster aus. Die diffraktiven Strukturen sind in ein dünnes Laminat aus Kunststoff eingebettet und werden meist in Form einer Marke auf Dokumente, wie Banknoten, Wertpapiere, Personalausweise, Pässe, Visa, Identitätskarten usw. aufgeklebt. Die Farbkopien dieser Sicherheitselemente zeigen ein farbiges Muster ohne den Bewegungseffekt, so dass bei Unaufmerksamkeit des Empfängers und schlechter Beleuchtung eine Farbkopie mit dem Original des Sicherheitselements verwechselt werden könnte.
• Ein anderes Sicherheitsmerkmal zum Schutz vor unerlaubtem Kopieren des Dokuments ist aus der EP 0 522 217 bekannt. Ein metallisch glänzender Transferstreifen ist auf das Dokument aufgeklebt. Auf der Kopie wird der metallisch glänzende Transferstreifen in Schwarz wiedergegeben und erzeugt daher einen deutlichen Kontrast zum spiegelnden Verhalten auf dem Original. Diese einfache, der Allgemeinheit leicht verständliche Botschaft genügt, um die Kopie vom Original zu unterscheiden. Leider ist auf der Kopie dieser Schutz imitierbar, so dass die Kopie bei schlechten Lichtverhältnissen oder in der Hektik für das Original gehalten werden kann.
• In der EP 0 201 323 B1 sind Materialien aufgelistet, die für die Herstellung des Schichtverbunds mit den Sicherheitselementen verwendbar sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwer nachzuahmendes, kostengünstiges, Sicherheitselement zu schaffen, das eine mit Fotokopierern nicht kopierbare Darstellung enthält.
• Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden mittels der Figuren näher beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Sicherheitselement,
• Fig. 2 ein Kopiergerät im Querschnitt,
• Fig. 3 ein Diagramm der Antwortfunktion des Kopiergeräts,
• Fig. 4 ein Sicherheitsmerkmal,
• Fig. 5 eine Makrostruktur,
• Fig. 6 ein Dokument mit dem originalen Sicherheitselement und
• Fig. 7 eine Kopie des Dokuments.
• In der Fig. 1 ist der Aufbau eines Schichtverbunds 1 dargestellt, aus dem Sicherheitselemente 2 ausgeschnitten werden. Im Schichtverbund 1 bedeuten 3 eine äussere Deckschicht, 4 eine Abformschicht, in die optisch wirksame Strukturen 5, 6 abgeformt sind, 7 eine Schutzschicht, 8 eine Klebeschicht für die Verbindung des Sicherheitselements 2 mit einem Dokument 9 als Substrat, beispielsweise einem Wertpapier, einer Banknote, einem Zahlungsmittel, einer Identitätskarte, ganz allgemein Dokumenten aller Art.
• Die Schutzschicht 7 verfüllt die Vertiefungen der optisch wirksamen Strukturen 5, 6. Daher weist die Grenzschicht zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 die Form der Reliefs der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 auf. Zur Verstärkung der Reflexion an der Grenzschicht ist die Grenzschicht als Reflexionsschicht 10 ausgeführt. Die Reflexionsschicht 10 besteht aus einer dünnen Schicht eines hochglänzenden Metalls, wie Al, Au, Cr, Te usw., in einer Schichtdicke von 30 bis 100 nm. In der eingangs erwähnten EP 0 201 323 B1 sind in der Tabelle 1 anorganische Dielektrika mit einem hohen Brechungsindex aufgeführt, die sich als Reflexionsschicht 10 eignen. Interessante zusätzliche Farbeffekte ergeben sich mit einer Interferenzschicht als Reflexionsschicht 10 mit mehreren Lagen aus sich abwechselnden metallischen und dielektrischen Schichten. Beispielsweise kann dies eine Doppelschicht Metall - Dielektrikum sein, wobei das Dielektrikum an die Abformschicht 4 und das Metall an die Schutzschicht 7 angrenzen, eine Dreifachschicht, bei der die transparente dielektrische Schicht, z. B. 100 nm bis 150 nm TiO2, zwischen einer transparenten metallischen Schicht, z. B. 5 nm Al, und der reflektierenden Metallschicht, z. B. mehr als 50 nm Al, eingeschlossen ist, wobei die reflektierende, opake Metallschicht an die Schutzschicht 7 angrenzt.
• Der Schichtverbund 1 wird auf einer hier nicht gezeigten, langen Bahn einer Trägerfolie aufgebaut, wobei zunächst die Deckschicht 3 auf der Trägerfolie aufbracht wird und anschließend in der angegebenen Reihenfolge die Abformschicht 4, die Reflexionsschicht 10, die Schutzschicht 7 und die Klebeschicht 8. Falls das Material der Schutzschicht 7 ein Kleber ist, erübrigt sich die Klebeschicht 8. Die Reliefs der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 werden entweder vor oder nach dem Aufbringen der Reflexionsschicht 10 abgeformt. Schliesslich werden aus dem Schichtverbund 1 die Sicherheitselemente 2 ausgeschnitten, auf das Substrat 9 aufgeklebt und die Trägerfolie entfernt. Da wenigstens die Deckschicht 3 und die Abformschicht 4 transparent sind, sind die optischen Effekte der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 durch die Deckschicht 3 und die Abformschicht 4 hindurch für einen Beobachter sichtbar.
• Die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 unterteilen sich in erste Strukturen 5 und in zweite Strukturen 6 oder sind in andere, weiter unten besprochene Makrostrukturen integriert. Die ersten Strukturen 5 sind beispielsweise spiegelnde Strukturen, wie parallel zur Fläche des Schichtverbunds 1 angeordnete glatte Spiegelflächen, als farbige Spiegel wirkende Beugungsgitter mit einem beliebigen Profil und mit einer Spatialfrequenz f größer als 2400 Linien/mm und spezielle achromatische Gitterstrukturen. Parallel einfallendes Licht 11 wird von den spiegelnden ersten Strukturen 5 nach dem Reflexionsgesetz reflektiert, d. h. der Einfallswinkel α zwischen der Richtung des einfallenden Lichts 11 und einer Normalen 12 zur Fläche des Schichtverbunds 1 ist gleich dem Reflexionswinkel β, der zwischen der Normalen 12 und der Richtung reflektierter Lichtstrahlen 13 bzw. des Spiegelreflexes eingeschlossen ist. Die Beugungsgitter mit der hohen Spatialfrequenz f > 2400 Linien/mm beugen einen Ausschnitt aus dem sichtbaren Spektrum des einfallenden Lichts 11 nur in die nullte Beugungsordnung, d. h. unter dem Reflexionswinkel β. Die zweiten Strukturen 6 sind achromatische Strukturen, wie symmetrische und asymmetrische, sägezahnförmige Gitterstrukturen mit einer Raumfrequenz von höchstens 300 Linien/mm, schwach streuende Mattstrukturen und Kinoformen mit z. B. der entsprechenden Eigenschaft.
• Die achromatische, sägezahnförmige Gitterstruktur 6 zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Richtung 39, dem Gittervektor, aus und weist im stetigen Bereich eine lokale Neigung γ der Gitterstruktur von höchstens ±7°, vorzugsweise ±5°, in Bezug auf die Oberfläche des Schichtverbunds 1 auf. In der Zeichnung der Fig. 1 ist als Beispiel eine asymmetrische Gitterstruktur als zweite Struktur 6 mit der nach rechts weisenden ausgezeichneten Richtung 39 gezeigt.
• Die Mattstrukturen streuen das einfallende Licht 11 in einen Streukegel mit einem durch das Streuvermögen der Mattstruktur vorbestimmten Öffnungswinkel und mit der Richtung des reflektierten Lichts 22 als Kegelachse. Die Intensität des Streulichts ist z. B. auf der Kegelachse am grössten und nimmt mit zunehmendem Abstand zur Kegelachse ab, wobei das in Richtung der Mantellinien des Streukegels abgelenkte Licht für einen Beobachter gerade noch erkennbar ist. Der Querschnitt des Streukegels senkrecht zur Kegelachse ist rotationssymmetrisch bei einer hier "isotrop" genannten Mattstruktur. Im Gegensatz zu den "isotropen" Mattstrukturen weisen Strukturelemente der hier "anisotrop" genannten Mattstrukturen eine Vorzugsrichtung in der Ebene des Sicherheitselements 2 auf. Der Querschnitt ist bei der "anisotropen" Mattstruktur in der Vorzugsrichtung gestaucht d. h. elliptisch verformt mit der kurzen Hauptachse der Ellipse parallel zur Vorzugsrichtung. Bei der "anisotropen" Mattstruktur schliessen die Vorzugsrichtung und die der "anisotropen" Mattstruktur zugeordnete ausgezeichnete Richtung 39 einen Azimutwinkel von 90° ein.
• Die schwach streuende "isotrope" bzw. "anisotrope" Mattstruktur bzw. das Kinoform lenken das einfallende Licht 11 innerhalb eines engen Streukegels mit einem Öffnungswinkel ε von maximal 14°, vorzugsweise 10°, ab, der zwischen einer Mantellinie 14, 15 des Streukegels und der Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13 eingeschlossen ist. Aus technischen Gründen ist die Profilhöhe der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 im Schichtverbund 1 auf einen Hub H kleiner als 10 µm begrenzt. Vorzugswerte des Hubs H liegen im Bereich 0.05 µm bis 2 µm. Der Hub H ist kein fester Wert innerhalb des Sicherheitsmerkmals 30, da der Hub H, bedingt durch die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 bzw. die Makrostrukturen, mit Vorteil lokal unterschiedliche Werte aus dem angegebenen Bereich annimmt, um insbesondere bei den Makrostrukturen technologische Schwierigkeiten zu umgehen.
• In der Fig. 2 ist ein moderner digitaler Kopierer 16 für Farbkopien oder schwarzweisse Kopien mit seinen funktionellen Komponenten im Längsschnitt gezeigt. Eine transparente Glasplatte 17 dient als Auflage für das Dokument 9 und weist ein vorbestimmtes Format, wie z. B. A4, A3 usw., auf. Das Dokument 9 ist - mit dem aufgeklebten Sicherheitselement 2 (Fig. 1) gegen das Glas gewendet - auf der Glasplatte 17 angeordnet und wird durch die Glasplatte 17 hindurch in einem schmalen Streifen, der sich quer über die Glasplatte 17 bzw. das Dokument 9 erstreckt, beleuchtet, wobei der Streifen während des Kopiervorgangs längs der Glasplatte 17 bewegt wird. Eine Beleuchtungseinrichtung 18 umfasst einen Wagen, der unter der Glasplatte 17 auf einer Schiene 34 in Richtung der nicht bezeichneten Pfeile längs der Glasplatte 17 verschiebbar ist, eine linienförmige Lichtquelle 19 und fokussierende Spiegel 20, 21. Die Beleuchtungseinrichtung 18 mit dem Wagen, die Lichtquelle 19 und die fokussierenden Spiegel 20, 21 erstrecken sich in der Fig. 2 senkrecht zur Zeichnungsebene über die Breite der Glasplatte 17. Das weisse, von der Lichtquelle 19 ausgesandte Licht wird von den fokussierenden Spiegeln 20, 21 ungefähr symmetrisch zur Normalen 12 (Fig. 1) durch die Glasplatte 17 hindurch auf dem Dokument 9 in dem schmalen Streifen konzentriert. Das auf dem Dokument 9 auftreffende Licht weist je nach Fabrikat des Kopierers 16 einen Einfallswinkel von etwa 40° bis 50° und -40° bis -50° auf. Am Sicherheitselement 2 und am Dokument 9 in Richtung der Normalen 12 rückgestreutes Licht 22 gelangt über drei ebene Umlenkspiegel 23, 24, 25 in den Detektor 26. Die Umlenkspiegel 23, 24, 25 und der Detektor 26 erstrecken sich parallel zur Lichtquelle 19 und zu den fokussierenden Spiegeln 20, 21 über die ganze Länge des Streifens. Der Detektor 26 weist in seiner Längsausdehnung auf einer geraden Linie eine Vielzahl von Photodetektoren 27 zum Empfang des rückgestreuten Lichts 22 auf. Die Anzahl der Photodetektoren 27 pro Längeneinheit bestimmt das Auflösungsvermögen des Kopierers 16. Der Detektor 26 analysiert das rückgestreute Licht 22 und erzeugt ein elektrisches Abbild des auf dem Dokument 9 beleuchteten Streifens. Analoge Kopiermaschinen weisen eine vergleichbare Führung des zur Beleuchtung dienenden, ausgesandten Lichts und des rückgestreuten Lichts 22 auf.
• Im Diagramm der Fig. 3 ist die Antwortfunktion AF des Kopierers 16 (Fig. 2) in beliebigen Einheiten schematisch als Funktion eines Ausfallwinkels θ des rückgestreuten Lichts 22 (Fig. 2) und des gebeugten oder gestreuten Lichts relativ zur Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13 (Fig. 1) aufgetragen. Ein Bereich "A" in unmittelbarer Nachbarschaft zur Richtung des Spiegelreflexes, d. h. in Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13, erstreckt sich von θ = 0° bis θ = 15°. Dieser Winkelbereich ε ≍ 15° ist durch die Konstruktion des Kopierers 16 vorbestimmt. Im Bereich "A" ist der Kopierer 16 blind, um den Empfang von spiegelnden Reflexen von der Glasplatte 17 und dem Dokument 9 im Detektor 26 zu vermeiden. Ein Bereich "B" umfasst die Ausfallwinkel θ von 15° bis 75°. In diesem Bereich "B" arbeitet der Kopierer 16 und empfängt das rückgestreute Licht 22 im Detektor 26. Das rückgestreute Licht 22 aus einem dritten Bereich "C" mit den Ausfallwinkeln θ > 75° wird vom Kopierer 16 nicht mehr erfasst. Beispielsweise zentriert sich das rückgestreute Licht 22 von weissem Papier, einer stark streuenden Fläche, um den Ausfallwinkel von θ ≍ 45°. Jede ebene Spiegelfläche wird in der Kopie in schwarzer Farbe wiedergegeben.
• Die Fig. 4 zeigt das Sicherheitselement 2 angeordnet auf dem Dokument 9. Das Sicherheitselement 2 weist ein mosaikartiges Flächenmuster 28 aus Flächenelementen 29 mit mikroskopisch feinen Beugungsstrukturen, Spiegelflächen und Mattstrukturen auf. Bei einer Beleuchtung mit Tageslicht und beim Drehen oder Kippen des Sicherheitselements 2 blinken die Flächenelemente 29 auf, so dass sich der optische Eindruck des Flächenmusters 28 laufend verändert.
• Zusammen mit dem oder anstelle des Flächenmusters 28 enthält das Sicherheitselement 2 ein Sicherheitsmerkmal 30. In einer Ausführung ist eine Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 wenigstens in je eine erste Teilfläche 32 und eine zweite Teilfläche 33 unterteilt. Die ersten Teilflächen 32 weisen eine der ersten Strukturen 5 (Fig. 1) auf, während die zweiten Teilflächen 33 mit einer der zweiten Strukturen 6 (Fig. 1) belegt sind.
• Die zweite Struktur 6 ist eine achromatische Struktur aus der Gruppe der symmetrischen und der asymmetrischen, sägezahnförmigen Gitterstrukturen mit einer Raumfrequenz von höchstens 300 Linien/mm, der schwach streuenden Mattstrukturen und der Kinoformen.
• Die erste Struktur 5 ist eine parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds angeordnete Struktur aus der Gruppe der ebenen glatten Spiegelflächen und der Beugungsgitter mit einer Spatialfrequenz f größer als 2400 Linien/mm sowie der sägezahnförmigen achromatischen Gitterstrukturen und "anisotrope" Mattstrukturen, wenn sich deren ausgezeichnete Richtung 39 (Fig. 1) und die der zweiten Struktur 6 zugeordnete ausgezeichnete Richtung 39 wenigstens um den Azimutwinkel von 25° unterscheiden.
• Mit Vorteil weisen die beiden Teilflächen 32, 33 eine gemeinsame Grenze auf, wobei die Teilflächen unmittelbar benachbart sind und/oder die eine Teilfläche 32 bzw. 33 innerhalb der andern Teilfläche 33 bzw. 32 angeordnet ist. In einer anderen Ausführung ist eine Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33 auf der einen Hintergrund bildenden anderen Teilfläche 33 bzw. 32 so arrangiert, dass die Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33 eine visuell gut sichtbare Information bildet, z. B. als Schrift und/oder Logo bzw. Bildinformation. Das Sicherheitsmerkmal 30 ist daher auch gross und weist wenigstens eine Fläche von 0.5 cm², vorzugsweise mehr als 1 cm² auf, wobei die kleinste Abmessung mindestens 0.5 mm beträgt.
• Das Sicherheitselement 2 ist aus dem Schichtverbund 1 aus Kunststoff ausgeschnitten und auf das Dokument 9 aufgebracht. In die zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 eingebettete Reflexionsschicht 10 (Fig. 1) sind die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 des Sicherheitsmerkmals 30 und, sofern vorhanden, die Beugungsstrukturen, Spiegelflächen und Mattstrukturen der Flächenelemente 29 des Flächenmusters 28 abgeformt. Entsprechend der Ausführung des Sicherheitselements 2 weist die Reflexionsschicht 10 in der Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 die Makrostruktur auf und/oder ist die Reflexionsschicht 10 wenigstens in eine erste und eine zweite Teilfläche 32, 33 unterteilt. Die erste Teilfläche 32 ist mit einer der parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 angeordneten ersten Strukturen 5 belegt, die das einfallendes Licht 11 in der Richtung des Spiegelreflexes als gespiegeltes Licht 13 (Fig. 1) ablenkt. In die zweite Teilfläche 33 ist eine der zweiten Strukturen 6 abgeformt, die das einfallende Licht 11 innerhalb des durch den Streukegel mit dem Öffnungswinkel ε (Fig. 1) vorbestimmten Winkelbereichs um die Richtung der Spiegelreflexes ablenkt.
• In der Fig. 5 ist die Ausführung des Sicherheitsmerkmals 30 mit einer der Makrostrukturen 35 gezeigt. Zusammen mit oder anstelle der diskreten Anordnung der ersten und zweiten Teilflächen 32 (Fig. 4), 33 (Fig. 4) ist im Sicherheitsmerkmal 30 auch eine einzelne in Flächenteilen gewölbte Fläche 31, die Makrostruktur 35, eingesetzt. Die zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 eingebettete Reflexionsschicht 10 mit der Makrostruktur 35 weist in den vorbestimmten Flächenteilen Wölbungen 36 auf. Das Profil der Makrostruktur 35 ist in mikroskopischen Bereichen glatt oder das Profil ist mit einer der Mattstrukturen bzw. Kinoformen oder dem mikroskopisch feinen Beugungsgitter überlagert, wobei die Spatialfrequenz f des Beugungsgitters mehr als 2400 Linien/mm beträgt. Das Profil der Makrostruktur 35 ist eine Funktion M(x, y) der Koordinaten x, y, die die Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 aufspannen, wobei wenigstens in Teilbereichen der Makrostruktur 35 ΔM(x, y) ≠ 0 ist. Die Wölbungen 36 folgen bekannten mathematischen, durch die Funktion M(x, y) bestimmten Funktionen und umranden oder bilden z. B. graphische Zeichen oder Buchstaben oder die Makrostruktur 35 ist ein Reliefbild, wie es von Münzen oder Gemmen bekannt ist. Die Tangentialfläche an die Makrostruktur 35 weist in keinem Punkt eine lokale Neigung γ von mehr als ±7° in Bezug auf die Oberfläche des Schichtverbunds 1 (Fig. 1) auf. In einer Ausführung weist die Makrostruktur 35 die als Interferenzschicht ausgebildete Reflexionsschicht 10 auf.
• Damit die Makrostruktur 35 von blossem Auge sichtbare optische Wirkungen erzielt, weisen benachbarte Punkte mit Extremwerten der Profilhöhe der Makrostruktur einen Abstand von wenigstens 0.3 mm auf. Da im Schichtverbund 1 der Hub H der abzuformenden optisch wirksamen Strukturen 5 (Fig. 1), 6 (Fig. 1), 35 aus technischen Gründen auf etwa 10 µm begrenzt ist, ist die Makrostruktur 35 mit einer Profilhöhe moduio Hub H in die Abformschicht 4 abgeformt. Die dadurch entstehenden Unstetigkeitsstellen 37 sind nicht als Extremwerte der zu betrachten.
• Die Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf das Original des Dokuments 9. In dieser Ausführung hat das Sicherheitsmerkmal 30 als Information die Buchstaben "OK", die sich aus den zweiten Teilflächen 33 mit den achromatischen zweiten Strukturen 6 (Fig. 1) zusammensetzen und als Hintergrund die erste Teilfläche 32 mit der spiegelnden ersten Struktur 5 (Fig. 1). Die Information bzw. die zweiten Teilflächen 33 des weiss beleuchteten Sicherheitsmerkmals 30 erscheinen dem Beobachter im Spiegelreflex in einer grauen Farbe vor dem hellen, glänzenden Hintergrund der ersten Teilfläche 32 mit der spiegelnden ersten Struktur 5, da die achromatischen Strukturen 6 der zweiten Teilfläche 33 das einfallende Licht 11 (Fig. 1) am Auge des Beobachters vorbeilenken.
• Dies sei anhand der Fig. 1 erklärt. Der Einfachheit halber ist die Wirkung der Refraktion auf die Lichtstrahlen beim Übergang Luft-Schichtverbund 1 nicht berücksichtigt. Das unter dem Einfallswinkel α einfallende Licht 11 wird von der spiegelnden Struktur 5 in der ersten Teilfläche 32 in der Richtung des reflektierten Lichts 13 abgelenkt. Dabei ist der Azimut der genannten spiegelnden Strukturen 5 unerheblich. Fällt das Licht 11 auf die Gitterstruktur der achromatischen Struktur 6 mit der lokalen Neigung γ, ist der Einfallswinkel α um die lokale Neigung γ kleiner, da die Normale 12 und die Flächennormale auf die geneigte Fläche der Gitterstruktur die lokale Neigung γ einschliessen. Die lokale Neigung entspricht bei der asymmetrischen Gitterstruktur dem Blazewinkel. Die Gitterstruktur lenkt das einfallende Licht 11 in die Richtung des reflektierten Lichts ab, wobei auch der Reflexionswinkel, bezogen auf die Flächennormale, um die lokale Neigung und, bezogen auf die Normale 12, um den doppelten Betrag des Winkels γ kleiner ist. Da die Neigung γ höchstens ±7° beträgt, weicht das von der Gitterstruktur abgelenkte Licht höchstens um ±14° von der Richtung des reflektierten Lichts 13 ab. Dreht und kippt der Beobachter das Dokument 9 mit dem Sicherheitselement 30 (Fig. 6) zufällig so, dass seine Beobachtungsrichtung in der gleichen Ebene wie der Gittervektor der Gitterstruktur der achromatischen zweiten Struktur 6 liegt, sind die zweiten Teilflächen 33 plötzlich heller als der Hintergrund der ersten Teilfläche 32, da die Richtung des reflektierten Lichts 13 am Auge des Beobachters vorbeiweist. Ist die oben beschriebene "isotrope" Mattstruktur als achromatische zweite Struktur 6 in der zweiten Teilfläche 33 eingesetzt, verteilt sich das gestreute Licht innerhalb des von den Mantellinien 14, 15 begrenzten Streukegels unabhängig vom Azimut.
• In der Richtung des reflektierten Lichts 13 ist das gestreute Licht von der zweiten Teilfläche 33 weniger intensiv als das gespiegelte Licht 13 der ersten Teilfläche 32. Innerhalb des Streukegels ist in einer Zone die Intensität des gestreuten Lichts stärker als das der Spiegelfläche, d. h. die zweite Teilfläche 33 ist heller als die erste Teilfläche 32. Die Intensität des gestreuten Lichts nimmt gegen den Mantel des Streukegels zu rasch ab, so dass ausserhalb des Streukegels die zweite Teilfläche 33 wieder dunkler als die erste Teilfläche 32 ist. Der Intensitätswechsel zwischen den Teilflächen 32, 33 des Sicherheitsmerkmals 30 ist das Echtheitsmerkmal.
• In einer anderen Ausführung des Sicherheitsmerkmals 30 ist in der ersten Teilfläche 32 die erste Struktur 5 die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur oder eine "anisotrope" Mattstruktur mit einer ersten ausgezeichneten Richtung 39 angeordnet und in die zweiten Teilfläche 33 ist als zweite Struktur 6 die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur oder eine "anisotrope" Mattstruktur abgeformt, wobei sich deren ausgezeichnete Richtung 39 von der ersten ausgezeichneten Richtung 39 wenigstens im Azimut unterscheidet. In einem Beispiel ist die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur der ersten Struktur 5 das Spiegelbild der zweiten Struktur 6.
• Damit ein Maximum der Flächenhelligkeit der Teilflächen 32, 33 mit den achromatischen Gitterstrukturen nicht nur in einem engen Winkelbereich des Azimuts auftritt, sind die achromatischen Gitterstrukturen in Pixelelementen angeordnet. Die achromatischen Gitterstrukturen weisen in jedem Pixelelement polygonale oder kreisförmige Furchen mit einer konstanten Spatialfrequenz f auf. Die Gittervektoren dieser Gitterstrukturen zeigen radial vom Zentrum des Pixelelements nach aussen. Die mit den Teilflächen 32 bzw. 33 dargestellte Information ist z. B. aus quadratischen Pixelelementen von wenigstens 0,5 mm Seitenlänge aufgebaut, wobei die entsprechenden Gittervektoren jedes Pixelelements parallel oder nach einem vorbestimmten Muster ausgerichtet sind. Das vorbestimmte Muster bewirkt ein Wandern der maximalen Flächenhelligkeit über die Teilflächen 32 bzw. 33 beim Drehen des Sicherheitselements 2.
• Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des Sicherheitsmerkmals 30 wird durch die Verwendung von verschiedenen achromatischen Gitterstrukturen in der Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33, die auf dem Hintergrund der anderen Teilfläche 33 bzw. 32 angeordnet sind, erreicht. In einer Ausführung sind in den drei Teilflächen 32 bzw. 33 die Gittervektoren parallel zur ausgezeichneten Richtung 39 ausgerichtet. Beim Kippen des Sicherheitselements 2 um eine Achse parallel zur ausgezeichneten Richtung 39, erreichen die Teilflächen 32 bzw. 33 nacheinander die maximale Flächenhelligkeit. Beispielsweise weisen die drei Teilflächen 32 bzw. 33 achromatischen Gitterstrukturen mit der Spatialfrequenz f von 160 Linien/mm auf. Die drei Gitterstrukturen unterscheiden sich im Blazewinkel bzw. Hub mit den Werten 150 nm, 250 nm und 400 nm. Weisen hingegen die achromatischen Gitterstrukturen dasselbe Profil und unterschiedliche ausgezeichnete Richtungen 39 auf, so erreichen die Teilflächen 32 bzw. 33 nacheinander ihre maximale Flächenhelligkeit beim Drehen des Sicherheitselements 2 um die Normale 12. In einer andern Ausführung ändern sich sowohl der Blazewinkel als auch die ausgezeichnete Richtung 39 von einer Teilfläche 32 bzw. 33 zur nächsten.
• Eine Kopie des in der Fig. 6 gezeigten Originals ist in der Fig. 7 dargestellt. Da der Kopierer 16 (Fig. 2) im Bereich "A" (Fig. 3) und "C" (Fig. 3) blind ist, werden nur diejenigen Flächenelemente 29 des Flächenmusters 28 (Fig. 5) vom Kopierer 16 abgebildet, die Licht in den Bereich "B" (Fig. 3) streuen bzw. beugen. Beispielsweise weist das in der Darstellung der Fig. 6 rechteckförmige Flächenelement 29' ein Beugungsgitter auf, das an sich Licht in den Bereich "B" beugen könnte, dessen Beugungsgittervektor jedoch in der Ebene der Glasplatte 17 (Fig. 2) nicht senkrecht zum beleuchtenden Streifen des Kopierers 16 ausgerichtet ist. Somit erfüllt das Flächenelement 29' die Kopierbedingung nicht. Der Kopierer 16 kann aber das rechteckförmige Flächenelement 29' in einer blassen Mischfarbe bzw. einem Grauton wiedergeben, wenn die Intensität des rückgestreuten Lichts 22 (Fig. 2) aus dem rechteckförmige Flächenelement 29' nicht genügend klein ist. Durch Drehen des Sicherheitselements 2 in seiner Ebene werden die Flächenelemente 29 anders auf der Glasplatte 17 (Fig. 2) ausgerichtet. Das rechteckförmige Flächenelement 29', dessen Beugungsgittervektor nun praktisch senkrecht auf den beleuchtenden Streifen ausgerichtet ist, kann nun das einfallende Licht 11 (Fig. 1) voll in die Richtung des rückgestreuten Lichts 22 beugen; dafür sind die Intensitäten der anderen Flächenelemente 29 niedriger oder praktisch null, so dass die Kopie des Flächenmusters 28 (Fig. 6) von der Ausrichtung auf der Glasplatte 17 (Fig. 2) des Kopierers 16 abhängig ist.
• Im Gegensatz dazu verhält sich das Sicherheitsmerkmal 30 verschieden, da die optisch wirksamen Strukturen 5 (Fig. 1), 6 (Fig. 1) der Teilflächen 32 (Fig. 6), 33 (Fig. 6) in jeder azimutalen Ausrichtung das einfallende Licht 11 in die Bereiche "A" und "C" ablenken. Die Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 wird daher in der Kopie unabhängig von der azimutalen Ausrichtung des Dokuments 9 auf der Glasplatte 17 des Kopierers 16 einfarbig in Schwarz wiedergeben. Das Sicherheitsmerkmal 30 enthält daher eine visuell sichtbare, aber nicht photokopierbare Information. Der Vorteil dieses Sicherheitsmerkmals 30 ist die Unabhängigkeit von seiner azimutalen Ausrichtung zum Kopierer 16.
• In einer anderen Ausführung des Sicherheitselements 2 erstrecken sich Flächenelemente 29 über das Sicherheitsmerkmal 30, z. B. als schmale, linienförmige Bänder 38. Wenigstens ein Flächenelement 29 weist eine der mäanderförmigen, Guillochen ähnlichen, netzartigen Formen auf und teilt die Fläche 31 in kleinere Teilflächen 32, 33 auf. Da bei einer vorbestimmten Orientierung des Sicherheitselements 2 das Band 38 dem Beobachter des Originals als sehr brillante Linie erscheint, genügt bereits eine Linienbreite des Bandes 38 von wenigstens 0.05 mm; vorzugsweise liegt die Linienbreite zwischen 0.1 mm bis 0.3 mm. Das Sicherheitsmerkmal 30 ist mittels des Bands 38 gegen eine einfache Nachahmung mittels Haushaltfolie aus Aluminium geschützt.

Claims (14)

1. Sicherheitselement (2) aus einem Schichtverbund (1) aus Kunststoff zum Aufkleben auf ein Substrat (9) mit einer zwischen einer Abformschicht (4) und einer Schutzschicht (7) des Schichtverbunds (1) eingebetteten Reflexionsschicht (10), in die optisch wirksame Strukturen (5; 6) abgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmerkmal (30) wenigstens eine Fläche (31) mit einer in Teilbereichen gewölbten spiegelnden Makrostruktur (35) aufweist und/oder wenigstens in eine erste und in eine zweite Teilfläche (32; 33) eingeteilt ist, wobei die erste Teilfläche (32) mit einer ersten Stwktur (5) belegt und in die zweite Teilfläche (33) eine achromatische zweiten Strukturen (6) abgeformt ist, dass die optisch wirksamen Strukturen (5; 6; 35) des Sicherheitsmerkmals (30) zum Ablenken von parallel einfallendem Licht (11) innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs (ε) von 14° um die Richtung des Spiegelreflexes eingerichtet sind, und dass das Sicherheitsmerkmal (30) eine visuell sichtbare, aber nicht photokopierbare Information enthält.

2. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Teilfläche (32) vorgesehene erste Struktur (5) eine glatte, ebene Spiegelfläche parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds (1) ist, die das einfallende Licht (11) in der Richtung des Spiegelreflexes als gespiegeltes Licht (13) ablenkt.

3. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Teilfläche (32) vorgesehene erste Struktur (5) ein als parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds (1) angeordneter, farbiger Spiegel wirkendes Beugungsgitter ist, das ein beliebiges Profil und eine Spatialfrequenz (f) grösser als 2400 Linien/mm aufweist.

4. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die in der ersten Teilfläche(32) vorgesehene erste Struktur (5) von der zweiten Struktur (6) durch die ausgezeichnete Richtung (39) unterscheidet, und dass die beiden ausgezeichneten Richtungen (39) im Azimut einen Winkel im Bereich von 25° bis 155° für die symmetrische Gitterstruktur bzw. im Bereich von 25° bis 180° für die asymmetrische Gitterstruktur einschliessen.

5. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Reflexionsschicht (10) der zweiten Teilfläche (33) als achromatische zweite Struktur (6) eine sägezahnförmige Gitterstruktur abgeformt ist, und dass die sägezahnförmige Gitterstruktur eine Raumfrequenz (F) von höchstens 300 Linien/mm und eine ausgezeichnete Richtung (39) aufweist und der Blazewinkel, die lokale Neigung (γ) der Gitterstruktur zur Ebene des Schichtverbunds (1), höchstens ±7° beträgt.

6. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Reflexionsschicht (10) der zweiten Teilfläche (33) als achromatische zweite Struktur (6) eine schwach streuende Mattstruktur oder eine Kinoform abgeformt ist, und dass die Mattstruktur bzw. die Kinoform das einfallende Licht (11) in einen engen Streukegel um die Richtung des Spiegelreflexes innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs (ε) streut.

7. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von zweiten Teilflächen (33) mit achromatischen Gitterstrukturen auf der ersten Teilfläche (32) mit einer spiegelnden ersten Strukturen (5) angeordnet ist und die visuell sichtbare, aber nicht kopierbare Information bilden, und dass sich die zweiten Teilflächen (33) nur in der lokalen Neigung (γ) und/oder in der ausgezeichneten Richtung (39) der achromatischen Gitterstrukturen unterscheiden.

8. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (32) eine gemeinsame Grenze mit der zweiten Teilfläche (33) aufweist.

9. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der zweiten Teilflächen (33) mit den achromatischen zweiten Strukturen (6) auf der ersten Teilfläche (32) mit der ersten Struktur (5) angeordnet ist und die visuell sichtbare, aber nicht kopierbare Information bilden.

10. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der ersten Teilflächen (32) mit den ersten Strukturen (5) auf der zweiten Teilfläche (33) mit der achromatischen zweiten Struktur (6) angeordnet ist und die visuell sichtbare, aber nicht kopierbare Information bilden.

11. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (10) eine mehrschichtige Interferenzschicht aus dielektrischen und metallischen Schichten ist, wobei die für das Licht transparente Schicht der Abformschicht (4) und die opake Metallschicht der Schutzschicht (7) zugewandt ist.

12. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (10) eine Schicht von Aluminium ist.

13. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmerkmal (30) von einer mosaikartigen Anordnung von Flächenelementen (29) mit anderen beugungsoptisch wirksamen Strukturen umgeben ist, und dass die mosaikartige Anordnung ein optisch variables Flächenmuster (28) bildet.

14. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein linienförmiges Flächenelement (29) des Flächenmusters (28) als Band (38) über das Sicherheitsmerkmal (30) erstreckt.