DE19629075A1 - Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitshologramms und Verfahren zu seiner Echtheitsbestimmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitshologramms, ein Verfahren zur Echtheitsbestim­ mung eines Hologramms, ein Lesegerät zur Echtheitsbestimmung eines Hologramms, sowie ein Sicherheitshologramm.

Hologramme werden, beispielsweise in Form von Prägehologrammen, zunehmend auf Aufweispapieren und zur Sicherung der Echtheit auf Markenartikeln verwendet. Ihre gewünschte Schutzfunktion können derartige Hologramme aber nur bieten, wenn sie auch von geschickten und geübten Fälschern nicht mit üblichen holografi­ schen Hilfsmitteln kopiert oder nachgeahmt werden können. Unter dem Begriff "Kopieren" wird hierbei die Replizierung eines fer­ tiggestellten Hologramms mittels fototechnischer bzw. hologramm­ technischer Methoden, beispielsweise Kontaktkopie oder Abstands­ kopie, verstanden. Der Begriff "Nachahmung" beschreibt die Her­ stellung eines Hologramms auf der Grundlage eines gleichen oder ähnlichen Gegenstandes, wie er für das Originalhologramm verwen­ det wurde.

Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, Hologramme auf ihre Echtheit zu prüfen. Hierbei ist grundsätzlich zu unter­ scheiden zwischen maschinellen bzw. automatisierten Prüfungen, bei der beispielsweise die von einem zu prüfenden Hologramm er­ zeugten Lichtintensitäten mit denjenigen eines bekannten Ver­ gleichshologramms verglichen werden. Derartige Prüfverfahren erfordern jedoch aufwendige Apparaturen.

Visuelle Prüfungen eines Hologramms werden bislang dadurch vorge­ nommen, daß ein Betrachter das von einem zu prüfenden Hologramm erzeugte Bild, hier sei als Beispiel die Beethoven-Büste bei der herkömmlichen Eurocheque-Karte genannt, wiedererkennen bzw. mit einem als echt bekannten Bild vergleicht.

Derartige visuell zu prüfende Hologramme können jedoch relativ leicht kopiert oder nachgeahmt werden.

In dem Artikel "Artistic Effect and Application of Moir´ Patents in Security Holograms" (Applied Optics, Vol. 34, No. 22, 1. August 1995) wurde vorgeschlagen, Moir´-Muster mit einer horizontalen Parallaxe auf einem Hologramm aufzuzeichnen. Hier­ bei werden zwei Muster hintereinander angeordnet. Die Herstel­ lung eines Hologramms erfolgt dann durch gleichzeitige Belich­ tung einer Hologrammplatte mit einem Objektstrahl, der durch beide, hintereinander angeordnete Muster hindurchstrahlt, und einem Referenzstrahl. Dieser Lösungsansatz bietet zwar eine hohe Sicherheit der derart hergestellten Hologramme gegen Nachahmung, kann aber ein Kopieren dieser Hologramme nicht in wirksamer Weise verhindern. Ferner ist der Wiedererkennungswert derart her­ gestellter Hologramme relativ gering, da sich die sogenannten Moir´-Streifen oder -Muster mit Betrachtungswinkeländerung bewe­ gen. Damit entsteht für den Betrachter aus jedem unterschiedli­ chen Betrachtungswinkel ein neuer Eindruck. Daher ist eine Echt­ heitsprüfung mit visuellen Methoden hier sehr unsicher.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines leicht nachweisbaren, insbesondere für die visuelle Prüfung von Hologrammen geeigneten Echtheitskriteriums.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6, ein Lesegerät gemäß Patentanspruch 9, sowie ein Sicherheitsholo­ gramm gemäß Patentanspruch 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist nun ein Verfahren geschaffen, mit dem Holo­ gramme herstellbar sind, welche nur unter großem Aufwand nachahm­ bar oder kopierbar sind.

Hologramme, welche bei der optischen Rekonstruktion eines Objek­ tes auf dem rekonstruierten Objektbild eine Interferenz­ streifen-Struktur erzeugen, sind aus der holografischen Interferometrie bekannt. Derartige Hologramme lassen sich durch spezielle Belich­ tungstechniken, sowie durch Computergeneration herstellen. Obwohl die vorliegende Erfindung ebenso auf computergenerierte Hologramme anwendbar ist, wird sie der Anschaulichkeit halber im Zusammenhang mit herkömmlichen holografischen Belichtungsmetho­ den erläutert.

Die vorliegende Erfindung bedient sich bevorzugt der aus der holografischen Interferometrie bekannten Doppelbelichtungstech­ nik. Auf ein und derselben Fotoplatte werden nacheinander zwei Hologramme eines sich in zwei verschiedenen Verformungszuständen befindenden Objekts registriert. Hierbei muß darauf geachtet wer­ den, daß die Fotoplatte im Zeitintervall zwischen den beiden Belichtungen nicht verschoben wird. Die holografische Interfero­ metrie registriert die Phasenänderungen, die sich durch die Ver­ formung am Objekt vollzogen haben. Es ist gleichfalls möglich, zwischen den beiden Belichtungen eine kontrollierte, aber auch eine zufällige Positionsänderung des Objektes, beispielsweise eine Verdrehung bzw. Verschiebung relativ zur optischen Achse auszuführen. Auch derartige Verschiebungen führen zu Interferenz­ mustern.

Wird das Objekt z. B. einer Parallelverschiebung unterzogen und mit ebenen Wellen beleuchtet, beobachtet man im rekonstruierten Bild ein System paralleler Streifen, die im unendlichen lokali­ siert sind. Bei einer reinen Drehung um eine Achse in der Ober­ fläche des Objekts sind hingegen die Streifen nahe der Objekt­ oberfläche lokalisiert.

Wird nun das Bild des Objektes mittels eines geeigneten Referenz­ strahles rekonstruiert, ist es von interferenzstreifen gleichen Gangunterschiedes überzogen. Da schon sehr geringe Verformungen oder Formunterschiede im Sub-µ-Bereich bei dieser Methode regi­ striert werden, ist es nahezu unmöglich, ein zweites, identi­ sches Hologramm nachzuahmen. Ein einmal hergestelltes Hologramm kann jedoch, beispielsweise als Master für ein Prägeverfahren oder andere Massenreplikationen, verwendet werden.

Die aufgrund der Verformungen des aufgenommenen Objektes bei der Doppelbelichtung entstehenden Interferenz-Streifen sind bei kor­ rekten Aufnahmebedingungen im wesentlichen ortsfest wie Höhen­ schichtlinien an das Objektbild gebunden, das heißt, die Inter­ ferenzstreifen werden in die gleiche Ebene bzw. die gleiche Flä­ che wie das Objekt abgebildet ("In-Plane-Abbildung"). Eine exak­ te In-Plane-Abbildung ist jedoch in der Praxis lediglich bei sehr kleinen Hologrammen erzielbar. Die Tatsache der quasi orts­ festen Höhenlinien könnte ein Fälscher sich zunutze machen, in­ dem er durch Aufbringen entsprechender schwarzer Linien auf ein Objekt ein entsprechendes Hologramm nachzuahmen versucht. Im un­ günstigsten Falle wäre eine derartige Aufnahme eines mit schwar­ zen Linien übermalten Objektes von einem Interferenzstreifen-Mu­ ster nicht zu unterscheiden.

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren bevorzugt, das eine gewisse Bewegung der Interferenzstreifen relativ zum abgebilde­ ten Objekt zuläßt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Interfe­ renzstreifen-Struktur in einer Ebene abgebildet wird, die nicht identisch mit der Objektbildebene ist. Es ist beispielsweise mög­ lich, die Interferenzstreifen-Struktur auf eine Ebene oberhalb oder unterhalb der Objektbildebene (das heißt der Lage der jewei­ ligen Oberflächenpunkte des Objektbildes im Raum) abzubilden ("Out-of-Plane-Abbildung").

Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß die Refe­ renzwelle, welche zur Hologrammaufnahme verwendet wird, nicht identisch mit der Rekonstruktionswelle des Hologramms ist. Es ist auch möglich, daß die Referenzwellen, welche für die beiden Hologrammaufnahmen verwendet werden, unterschiedlicher Geometrie sein können. Damit ist bei der Rekonstruktion mit nur einer Wellengeometrie eine Verzerrung der Interferenzstreifen bzw. des Interferenzmusters zu erzielen.

Es ist hierbei besonders bevorzugt, für eine der beiden Holo­ grammaufnahmen einen verzerrten, einen konvergierenden oder einen divergierenden Referenzstrahl, insbesondere einen Laser­ strahl, zu verwenden.

Es ist auch möglich, Interferenzstreifenmuster durch Verwendung zweier verschiedener Wellenlängen bei der Hologrammherstellung zu erzeugen. Wählt man beispielsweise zwei Referenzstrahlen, de­ ren jeweilige Wellenlängen sich nur um einige Nanometer unter­ scheiden, erhält man ebenfalls ein charakteristisches Interfe­ renzstreifenmuster.

Es ist schließlich denkbar, diese verschiedenen Verfahren zur Erzeugung von Interferenzstreifenmustern miteinander zu kombinie­ ren.

Um in einem solchen Falle ein Originalhologramm nachzuahmen, müßte der Fälscher sowohl das identische Objekt, die genaue Ver­ formung des Objekts, sowie die genaue Charakteristik des verzerr­ ten Referenzstrahls kennen. Der praktische Aufwand, beispielswei­ se mittels Trial and Error-Methoden diese drei Parameter optimal einzustellen, ist beträchtlich.

Der bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftretende Verschiebungseffekt der Interferenzstreifen bezüglich des Objek­ tbildes unterscheidet sich vom Verschiebungseffekt, der beim Moir´-Verfahren auftritt, insofern, als die charakteristische Streifenstruktur im wesentlichen erhalten bleibt. Die Interfe­ renzstreifen bewegen sich relativ zum Objekt, ohne den grundsätz­ lichen Wiedererkennungswert des Objektes zu beeinflussen. Dies liegt daran, daß beim Moir´-Verfahren zwei unterschiedliche, übereinanderliegende Motive parallaxenartig abgebildet werden. Eine Veränderung des Betrachtungswinkels führt zu starken Verän­ derungen des sich ergebenden Gesamtbildes, so daß dieser Effekt für eine einfache, visuelle Erkennung ungeeignet ist.

Erfindungsgemäß wird zwar auch ein parallaxenartiger Effekt aus­ genutzt, hierbei werden jedoch dunkle bzw. schwarze Referenz­ streifen beobachtet, welche zu keiner grundsätzlichen Erschei­ nungsänderung des Objektes führen. Objekte, die für das erfin­ dungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind, reichen von ein­ fachen Objekten, wie z. B. Kugeln, bis hin zu komplizierten Büsten bekannter Persönlichkeiten.

Die Verformung der Objekte zwischen den beiden Belichtungen kann mechanisch oder auch thermisch erfolgen. Durch Einbringen bei­ spielsweise einer künstlichen Luftblase in eine Silikonkugel wird sich die eingeschlossene Luft bei Erwärmung charakteri­ stisch ausdehnen, und eine charakteristische Interferenzstrei­ fen-Struktur auf der Kugeloberfläche abbilden. Außerdem ist es möglich, die Objekte in charakteristischer Weise ungleichmäßig zu erwärmen, so daß das Objekt zum Zeitpunkt der zweiten Aufnah­ me eine in charaktistischer Weise veränderte Form annimmt. Hier­ zu ist es möglich, Wärmequellen bestimmter geometrischer Struk­ tur vorzusehen, oder aber auch die Wärmequellen an bestimmten Stellen zu positionieren. Diese charakteristische Erwärmung wird dem potentiellen Fälscher nicht bekannt sein, so daß auch hier­ durch die Möglichkeit der Fälschung weiter erschwert wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die erste, oder auch beide Belichtungen zu Zeitpunkten durchzuführen, in denen das Objekt sich nicht im thermischen Gleichgewicht befindet.

Durch die charakteristischen Strukturen des Objekts und der zuge­ hörigen Interferenzstreifen ist daher eine einfache visuelle Prü­ fung möglich.

Um auch ein Kopieren derartiger Hologramme zu verhindern, können die Hologramme mit einer Farbfolie versehen bzw. direkt in eine Farbfolie eingebracht werden, die unterschiedlich zur Aufnahme­ farbe ist und damit gewährleistet, daß das Hologramm im Wege optischer bzw. hologrammtechnischer Kopierverfahren (Kontaktko­ pie oder Abstandskopie) nur mit Laserwellenlängen kopiert werden kann, die von der aufgebrachten Farbfolie durchgelassen werden.

Besonders bevorzugt sind hier sogenannte "Farbverläufe". Hier­ unter sind Streifen oder Felder unterschiedlicher Farben zu ver­ stehen, wobei die Farben auch in Form von Farbkeilen eingebracht werden können, und wobei die Farben auch innerhalb eines Strei­ fens oder Feldes ihre Wellenlänge (Farbe) oder Farbdichte ändern können. Als Farbverläufe können Grafiken, Punkte oder aber auch besondere Effekte hervorrufende Muster verwendet werden. Grafi­ ken oder besondere Effekte hervorrufende Muster können im Farb­ verlauf dargestellt sein. Eine andere oder zusätzliche Möglich­ keit ist, daß sich die Farben mit den Betrachtungswinkeln des Hologramms ändern, wie es z. B. bei Farben dünner Schichten, die durch Interferenz entstehen, der Fall ist.

Es ist ferner möglich, ein Hologramm nach seiner Herstellung einem Schrumpf- oder Schwellvorgang zu unterziehen. Hierdurch ändert sich der Abstand der Bragg′schen Netzebenen, was eine Rekonstruktion mit der ursprünglich verwendeten Referenzwellen­ länge unmöglich macht.

Durch das Kopieren mit anderen Laserwellenlängen ändern sich jedoch die Lage und die Charakteristik der Interferenzstreifen, so daß auch hierbei ein Kopierversuch visuell entlarvt werden kann.

Die Verzerrung eines bei der Hologrammherstellung bzw. der -re­ konstruktion verwendeten Referenzstrahls kann beispielsweise darin bestehen, daß der Referenzstrahl eine leichte Konvergenz oder Divergenz aufweist. Eine derartige Verzerrung ist beispiels­ weise durch Einbringen von Streuscheiben oder Linsen in den Strahlengang erzielbar. Hierdurch erfährt eine ebene Wellenfront eine Verzerrung.

Es sei schließlich darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch im Rahmen einer maschinellen Echtheitsprüfung ver­ wendet werden kann. Als einfachstes Beispiel sei hier angegeben, daß die Intensität bestimmter Objektbildbereiche vermessen wird, welche unter einem bestimmten Betrachtungswinkel eine bestimmte Intensität aufweisen sollten. Wird hier beispielsweise festge­ stellt, daß wegen der Anwesenheit eines "aufgemalten Interferenz­ streifens" die gemessene Intensität nicht der erwarteten Intensi­ tät entspricht, kann davon ausgegangen werden, daß es sich beim geprüften bzw. untersuchten Hologramm um eine Fälschung handelt. Selbstverständlich sind hier auch wesentlich feinere Meßmethoden verwendbar, welche beispielsweise die Amplituden- bzw. Intensi­ tätsverteilung beim Übergang von einem Interferenzstreifen zu einem hellen Objektbereich vermessen.

Bei einem Lesegerät, welches das erfindungsgemäße Echtheitsbe­ stimmungsverfahren ausnutzt, kann beispielsweise ein Laser vorge­ sehen sein, der innerhalb eines gewissen Frequenz- bzw. Intensi­ tätsverteilungsbereiches verzerrbar bzw. verstimmbar ist. Ein derartiges Lesegerät kann derart ausgebildet sein, daß eine visu­ elle Echtheitsprüfung eines zu untersuchenden Hologramms möglich ist. Es wäre beispielsweise möglich, zwei verschiedene Verzer­ rungen eines Rekonstruktions-Referenzstrahles zu erzeugen, wel­ che jeweils eine charakteristische Interferenzstreifen-Bewegung bezüglich des Objektbildes zulassen. Selbstverständlich wäre es möglich, ein derartiges Lesegerät auch vollautomatisch zur ma­ schinellen Erfassung der charakteristischen Daten eines zu prü­ fenden Hologramms auszubilden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitshologramms, gekennzeichnet dadurch, daß ein mittels des Sicherheitshologramms rekonstruierbares Objektbild mit einer Interferenzstreifen-Struktur überzogen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm mittels einer Doppelbelichtung eines abzubildenden Objekts, welches sich bei den jeweiligen Belichtungen in zwei unterschiedlichen Verformungszuständen und/oder Positi­ onen befindet, hergestellt wird, wobei die Verformungen oder jeweiligen Positionen derart sind, daß das mittels des Holo­ gramms rekonstruierbare Objektbild mit einer Interferenz­ streifen-Struktur überzogen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Positionen des Objektes durch eine Drehung oder eine Parallelverschiebung ineinander überführbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hologramm mittels einer Doppelbelich­ tung eines abzubildenden Objekts hergestellt wird, wobei die für die jeweiligen Belichtungen verwendeten Wellenlängen un­ terschiedlich sind.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Rekonstruktion des Objektbildes das dem Objektbild überlagerte Interferenzstreifen-Muster in Abhängigkeit von der Betrachtungsrichtung des rekonstruier­ ten Objektbildes eine Lageänderung bezüglich dieses Objekt­ bildes erfährt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Interferenzstreifen-Struktur bei der Rekonstruktion des Objektbildes auf eine von der Objektbild­ ebene unterscheidbare Ebene abgebildet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Hologrammherstellung ein verzerrter, ein konvergierender oder ein divergierender Referenzstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, verwendet wird.

8. Verfahren zur Echtheitsbestimmung eines eine Interferenz­ streifen-Struktur auf einem rekonstruierten Objekt erzeugen­ den Hologramms, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektbildrekonstruktion mittels eines Referenz­ strahls derart erfolgt, daß die jeweiligen Interferenzstrei­ fen der Interferenzstreifen-Struktur in Abhängigkeit von einer Betrachtungsrichtung des rekonstruierten Objektbildes eine Lageänderung bezüglich dieses Objektbildes erfahren, welche visuell und/oder meßtechnisch nachweisbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Objektbildrekonstruktion verwendete Referenzstrahl sich derart vom ursprünglichen, bei der Herstellung des Holo­ gramms verwendeten Referenzstrahl unterscheidet, daß die er­ zeugte Interferenzstreifen-Struktur in einer von der Objekt­ bildebene unterscheidbaren Ebene abgebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Herstellung und/oder der Rekonstruk­ tion des Hologramms bzw. des durch das Hologramm erzeugten Objektbildes ein verzerrter, ein konvergierender oder ein divergierender Referenzstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Herstellung und/oder der Rekonstruk­ tion des Hologramms bzw. des durch das Hologramm erzeugte Objektbildes Referenzstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden.

12. Lesegerät zur Echtheitsbestimmung eines zu prüfenden, eine Interferenzstreifen-Struktur auf einem rekonstruierten Ob­ jektbild erzeugenden Hologramms, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vorgegebenen optischen Anordnung das zu prüfen­ de Hologramm mit einem Referenzstrahl bestrahlbar ist, der sich von dem bei der Herstellung des zu prüfenden Hologramms verwendeten Referenzstrahl derart unterscheidet, daß die In­ terferenzstreifen der Interferenzstreifen-Struktur in Abhän­ gigkeit von der Betrachtungsrichtung eine Lageänderung bezüg­ lich des Objektbildes erfahren, welche visuell und/oder meß­ technisch nachweisbar ist.

13. Sicherheitshologramm, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Bestrahlung mit einem entsprechenden Rekonstrukti­ ons-Referenzstrahl ein Objektbild erzeugt, welches mit einer Interferenzstreifen-Struktur überzogen ist.

14. Sicherheitshologramm nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß es mittels einer Doppelbelichtung eines sich bei den jeweiligen Belichtungen in zwei unterschiedlichen Ver­ formungszuständen und/oder Positionen befindlichen Objekts hergestellt ist, und bei der Rekonstruktion mittels eines Referenzstrahls eine Interferenzstreifen-Struktur auf dem abgebildeten Objekt erzeugt, wobei die Interferenzstreifen der Interferenzstreifen-Struktur je nach Betrachtungswinkel des rekonstruierten Objektbildes eine Lageänderung relativ zum Objektbild erfahren.

15. Sicherheitshologramm nach Anspruch 13 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei den jeweiligen Belichtungen Licht un­ terschiedlicher Wellenlängen verwendet wird.

16. Sicherheitshologramm nach einem der Ansprüche 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß es unter Verwendung eines ver­ zerrten, eines konvergierenden oder eines divergierenden Re­ ferenzstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, hergestellt ist.

17. Sicherheitshologramm nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß es mit Filtermitteln ausgebildet ist, welche für Licht der bei der Herstellung des Hologramms verwendeten Referenzstrahl-Wellenlänge undurchlässig sind.

18. Sicherheitshologramm nach einem der Ansprüche 13 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß es mit einer wenigstens einen Farb­ verlauf aufweisenden Schicht versehen bzw. in eine derartige Schicht eingebracht ist und/oder einem Schrumpf- oder Schwellvorgang unterzogen ist.