DE3602563C1

DE3602563C1 - Security paper with optically active structures generating a moiré effect

Info

Publication number: DE3602563C1
Application number: DE3602563A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Phys Dr Kurowski; Juergen Dipl-Ing Herrmann
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-04-16

Description

Die Erfindung betrifft Wertpapiere mit zur Sicherung gegen Nachdruck aufgebrachten optisch wirksamen Strukturen, die bei der Rasterreproduktion sichtbare Moir´s ergeben.

Anwendbar ist die Erfindung auf jegliche Art von Wertpapieren, zum Beispiel Banknoten, Aktien oder sonstige Wertpapiere, deren Nachbildung nicht gestattet ist und daher so schwierig wie möglich gemacht werden muß. Dennoch unerlaubt nachgebildete Wertpapiere dieser Art sollen so leicht wie möglich erkennbar sein. Zu diesem Zweck wurden bereits seit langem optisch wirksame Strukturen auf Wertpapiere aufgedruckt, die bei der Rasterreproduktion sichtbare Moir´s ergeben sollen.

Die Möglichkeiten moderner Reproduktionstechnik sind in letzter Zeit durch die Entwicklung neuer, z. T. auf digitaler Basis arbeitender Reproduktionsgeräte für die Herstellung von Druckvorlagen (sogenannte "Scanner" bzw. elektronische Bildverarbeitungssysteme) so verbessert worden, daß die unter Verwendung solcher Geräte hergestellten Reproduktionen von Banknoten oder sonstigen Wertpapieren den Vorlagen, zumindest auf den ersten Blick, täuschend ähnlich sehen. Die mit modernen Druck- und Reproduktionstechniken erreichbare gute Nachbildung von Wertpapierdrucken stellt eine erhöhte Gefahr für den Zahlungsverkehr durch Auftreten von schwer erkennbaren Falsifikaten in größerer Anzahl dar. Dem muß durch zusätzliche (optisch wirksame) Merkmale auf den zu schützenden Wertpapieren entgegengewirkt werden, die im Zusammenwirken mit der Reproduktionseinrichtung zu für jedermann deutlich sichtbaren Verfälschungen auf dem Falsifikat führen, die von potentiellen Fälschern nur mit erheblichem materiellem und zeitlichem Mehraufwand vermieden werden können.

Als sicherheitstechnisches Merkmal werden rapportartig aus Teilstrukturen aufgebaute periodische oder quasi-periodische optisch wirksame Strukturen und/oder geeignete Kombinationen solcher Strukturen auf die Banknote bzw. ein Wertpapier aufgebracht, die bei dem Versuch, eine Rasterreproduktion mittels eines Scanners oder einer Reproduktionskamera herzustellen, durch die Wechselwirkung zwischen einem materiellen oder elektronisch erzeugten Raster und der aufgebrachten optisch wirksamen Struktur einen Interferenzeffekt hervorruft, der unter dem Namen "Moir´erscheinung" oder kurz "Moir´" bekannt ist. Optisch wirksame Strukturen mit dieser Eigenschaft werden als moir´erzeugende Strukturen bezeichnet (für die Ausbildung und die gute Erkennbarkeit solcher Moir´s müssen bestimmte Bedingungen hinsichtlich Raumfrequenz und Flächendeckungsgrad erfüllt sein). Die optisch wirksamen Strukturen bestehen aus einzelnen, nach bestimmten mathematischen Gesetzmäßigkeiten angeordneten Strukturelementen wie Linien, Punkten oder sonstigen geometrischen Gebilden (Dreiecken, Kreisen o. ä.).

Das Phänomen der Moir´bildung ist auch aus der Drucktechnik bekannt (im Mehrfarbendruck kann das Übereinanderdrucken der einzelnen gerasterten Farbauszüge zu unerwünschten Moir´s führen).

Ein Moir´ der vorstehend beschriebenen Art tritt nur bei Rasterreproduktionen, nicht jedoch bei Halbtonreproduktionen auf. Halbtonreproduktionen sind z. B. mit Hilfe von Fotokopiergeräten oder fotografischen Materialien hergestellte Reproduktionen. Bei dieser Art von Reproduktionen kann durch Verwendung geeigneter periodischer bzw. quasi-periodischer optisch wirksamer Strukturen ebenfalls ein sicherungstechnischer Effekt erzielt werden, wenn diese Struktur zumindest teilweise so hohe Raumfrequenzen (definiert als Anzahl von Strukturelementen pro Längeneinheit und Freiheitsgrad) aufweist, daß dieser Teil der Struktur von dem optischen System der verwendeten Reproduktionseinrichtung nicht mehr übertragen werden kann, weil das Auflösungsvermögen nicht ausreicht. Optisch wirksame Strukturen werden dann ab einer bestimmten Raumfrequenz nur noch als einheitlich gefärbte Flächen wiedergegeben. Je feiner diese Strukturen sind, d. h. je höher die entsprechende Raumfrequenz ist, desto höher muß das Auflösungvermögen der Reproduktionseinrichtung sein und ein desto größerer reproduktionstechnischer Aufwand muß für die Herstellung von Falsifikaten getrieben werden, wenn der obengenannte Effekt vermieden werden soll.

Bei den üblicherweise für Rasterreproduktionen verwendeten Rastern liegen die Raumfrequenzen in einem Bereich von 30 bis 100 Strukturelementen pro cm, so daß je nachdem, welches Raster für die Reproduktion verwendet wird, bei den bisher bekannten moir´erzeugenden Strukturen kein oder ein nur schwach ausgeprägtes Moir´ auftritt. Durch Variieren des Rasters bezüglich seiner Raumfrequenz und Stellung relativ zur Vorlage können in diesen Fällen Interferenzen und damit die Ausbildung von Moir´s weitgehend unterdrückt werden.

Der Grundgedanke, Moir´erscheinungen für die Verbesserung der Fälschungssicherheit von Druckerzeugnissen auszunutzen, ist in der GB-PS 11 38 011 angegeben worden. Es werden dort Beispiele für geeignete optisch wirksame Strukturen mit einem oder mehreren Freiheitsgrad(en) angegeben (d. h. zur vollständigen Charakterisierung der Art der Periodizität der Struktur ist die Angabe eines oder mehrerer Werte(s) der Raumfrequenz erforderlich), die feste bzw. quasi-kontinuierlich als Funktion der Ortskoordinate variierende Raumfrequenzen aufweisen. Allerdings wird mit den dort angegebenen Strukturen in Abhängigkeit von dem für die Reproduktion verwendeten Raster nur für bestimmte Rasterraumfrequenzen oder bei Verwendung der ebenfalls aufgeführten Strukturen mit variierender (kontinuierlich steigender oder fallender) Frequenz nur an ganz bestimmten Stellen der optisch wirksamen Struktur ein Moir´ zu beobachten sein, das je nach Raumfrequenz des Reproduktionsrasters seine Lage und/oder sein Erscheinungsbild ändert und dadurch nicht ohne weiteres erkennbar ist.

In der europäischen Patentanmeldung Nr. 81200 926.4, Veröffentlichungsnummer 00 46 327, wird anstelle einer quasi-kontinuierlichen Variation der Raumfrequenz eine stufenweise, d. h. diskrete Variation der Raumfrequenz vorgeschlagen. Bei den dort angegebenen Strukturen kommt eine Teilmenge von Strukturelementen mit einer bestimmten Raumfrequenz innerhalb der Gesamtstruktur nur einmal vor und wird nicht wiederholt (d. h. jede Teilstruktur besitzt nur eine Raumfrequenz). Gemäß der Anmeldeschrift werden diese optisch wirksamen Strukturen vorzugsweise geschlossen, d. h. z. B. als Kreisringsysteme oder topologisch verwandte Strukturen, ausgeführt. Bei derartigen geschlossenen Strukturen kann das im Falle einer Rasterreproduktion zu erwartende Moir´ nicht durch Verdrehen des Rasters relativ zur Vorlage vermieden bzw. weitgehend unterdrückt werden. Als optimaler (integraler) Flächendeckungsgrad werden 50% angegeben.

Die bisher bekannten optisch wirksamen Strukturen, die bei der Rasterreproduktion sichtbare Moir´s erzeugen und entweder aus der Literatur bekannt sind oder in der Praxis auf Wertpapieren oder Banknoten verwendet werden, weisen immer einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf:

a) Das Moir´ tritt nur für einen ganz bestimmten Raumfrequenzbereich auf, z. B. von 50 bis 60 Strukturelementen pro cm bei den für die Reproduktion verwendeten Rastern.
b) Das Moir´ tritt nur für bestimmte Winkellagen der zu reproduzierenden Vorlage, die die moir´erzeugende Struktur enthält, relativ zu dem Reproduktionsraster auf, so daß bei der Reproduktion durch Verändern der Lage des Rasters die Moir´erscheinung weitgehend unterdrückt werden kann.
c) Das Moir´ tritt nur in bestimmten Abschnitten bzw. Gebieten der moir´erzeugenden Struktur auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu beseitigen und Wertpapiere mit moir´erzeugenden Strukturen zu schaffen, bei denen das Moir´ über einen breiten Raumfrequenzbereich der für Reproduktionszwecke üblicherweise verwendeten Raster auftritt, das Moir´ sich über einen weiten Bereich der optisch wirksamen Struktur auf dem zu schützenden Wertpapier in definierter und damit gut erkennbarer Weise ausbildet und das Moir´ durch Verdrehen des Rasters praktisch nicht unterdrückt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Wertpapier der eingangs angegebenen Art gelöst, bei dem die optisch wirksamen Strukturen zu einem wesentlichen Teil aus rapportartig wiederkehrenden offenen und/oder geschlossenen Teilstrukturen bestehen, die aus geeigneten Strukturelementen unterschiedlicher Remission derart zusammengesetzt sind, daß sie gleiche oder verschiedene räumliche Ausdehnungen und/oder Abstände voneinander aufweisen.

Vorzugsweise sind die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen derart aus Strukturelementen zusammengesetzt, daß die auf diese Weise definierte Raumfrequenz und/oder der Flächendeckungsgrad variiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen durch eine Modulation der räumlichen Ausdehnung und/oder des Abstandes der Strukturelemente erzeugt (beispielsweise wird bei linienförmigen Strukturelementen die Breite, bei kreisförmigen oder -ähnlichen Strukturelementen der Durchmesser moduliert). Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die sich rapportartig wiederholenden Teilstrukturen bilden den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen optisch wirksamen Strukturen. Sie können sich über bestimmte Abschnitte bzw. über die gesamte Oberfläche des zu schützenden Wertpapiers erstrecken und weisen gegenüber herkömmlichen moir´erzeugenden Strukturen keine zusammenhängenden Flächenelemente mit uniformer bzw. monoton steigender/fallender Raumfrequenz auf. Es können auch geeignete Kombinationen verschiedener und/oder gleichartiger optisch wirksamer Strukturen verwendet werden.

Im Falle eines Reproduktionsversuches unter Verwendung von Rastern werden dementsprechend bei der Erfindung die jeweiligen Strukturelemente mit der "passenden Raumfrequenz" (d. h. der entsprechenden Strukturelementgröße), die sich periodisch in den Teilstrukturen wiederholen, zu einer Moir´erscheinung führen, die sich für das Auge über die gesamte optisch wirksame Struktur, und nicht nur über einen Teilbereich derselben, erstreckt. Auf diese Weise ist die Sichtbarkeit des Moir´s auch am Rande des Wertpapiers gewährleistet, wo die vom Prinzip her geschlossenen Teilstrukturen partiell unterbrochen sein können.

Das gleiche gilt für die Ausführungsform der Erfindung, bei der die rapportartig wiederkehrenden optischen Teilstrukturen jeweils aus Strukturelementen bestehen, deren Größe räumlich moduliert ist, so daß der differentielle Flächendeckungsgrad (vgl. S. 22) innerhalb der Teilstrukturen variiert.

Als optisch wirksame Strukturen bzw. Teilstrukturen werden vorzugsweise geschlossene Kurvenzüge gewählt, also z. B. Kreisringstrukturen, Vieleck-Strukturen oder topologisch verwandte bzw. daraus abgeleitete optisch wirksame Strukturen. Solche geschlossenen Kurvenzüge haben den Vorteil, daß sich das Moir´ unabhängig von der Lage des zur Reproduktion verwendeten Rasters relativ zu der als Vorlage benutzten optisch wirksamen Struktur ausbildet. Eine Verminderung der Sichtbarkeit des Moir´s durch Verdrehen des Rasters ("Auswinkelung") ist nicht möglich, es wird allenfalls die Orientierung des Moir´s relativ zur Vorlage verändert.

Bei Ausstattung eines Wertpapieres mit einer der erfindungsgemäßen optisch wirksamen Strukturen entsteht ein Moir´, dessen Entstehung sich folgendermaßen erklären läßt:

Für eine optisch wirksame Struktur gemäß dem Stand der Technik ergibt sich im Falle einer Rasterreproduktion nur bei bestimmten Werten möglicher Rasterraumfrequenzen ein Moir´, das sich nur über ein räumlich ausgedehntes Teilstück solcher Strukturen (z. B. eine bestimmte Teilstruktur) erstreckt.

Bei den erfindungsgemäßen Strukturen bilden sich im Falle einer Rasterreproduktion Teilstücke eines Moir´s innerhalb jeder sich rapportartig wiederholenden Teilstruktur an den Stellen aus, an denen sich die "passenden" moir´erzeugenden Strukturelemente befinden, d. h. Strukturelemente, bei denen räumliche Ausdehnung und Abstand bzw. Raumfrequenz und (differentieller) Flächendeckungsgrad in Zusammenwirkung mit dem jeweils zur Reproduktion verwendeten Raster zu einer gemäß der Aufeinanderfolge der Teilstrukturen ebenfalls rapportartig unterbrochenen Moir´erscheinung führen.

Da die Abstände der Strukturelemente innerhalb einer Teilstruktur und/oder der Strukturelemente von Teilstruktur zu Teilstruktur üblicherweise sehr gering sind, nimmt das menschliche Auge diese Unterbrechungen nicht wahr und setzt die "Moir´teilstücke" zu einem Gesamt-Moir´ zusammen.

Entsprechende Überlegungen treffen auch auf die anderen in jeder Teilstruktur vertretenen Strukturelemente (mit anderen Abständen und räumlichen Ausdehnungen) zu, die für andere Rasterfrequenzen ebenfalls eine aus Teilstücken zusammengesetzte, sich über die gesamte Struktur erstreckende Moir´erscheinung mit ähnlichem Aussehen hervorrufen.

Bei allen bislang bekannten optisch wirksamen Strukturen, die für mehr als eine Raster-Raumfrequenz wirksam sein sollen, tritt das Moir´ je nach Raumfrequenz an verschiedenen Stellen auf, während sich bei der erfindungsgemäßen Struktur das Moir´ über die ganze Struktur erstreckt und von definierter Gestalt ist. Es ist damit auch für den Laien als Merkmal einer Fälschung wesentlich besser zu erkennen.

Der auf dem Wertpapier durch die Aufbringung realisierte integrale Flächendeckungsgrad (eine Definition der Begriffe "differentieller" und "integraler Flächendeckungsgrad" wird auf S. 22 gegeben) der vorstehend beschriebenen optisch wirksamen Strukturen beeinflußt den Kontrast und damit die Erkennbarkeit eines im Falle einer Rasterreproduktion auftretenden Moir´s. Eine optimale Erkennbarkeit der Moir´s ist dann gegeben, wenn der Flächendeckungsgrad der auf das Wertpapier aufgebrachten Strukturen im Bereich von 50% bis 80%, vorzugsweise von 60% bis 70%, liegt.

Die bei dem Wertpapier gemäß der Erfindung praktisch zu realisierenden Abmessungen der Strukturelemente liegen in der Größenordnung von 50 µm (dieser Wert entspricht einer Rasterraumfrequenz von 100 Strukturelementen pro cm). Strukturelemente dieser räumlichen Dimension können im indirekten Hochdruck ohne weiteres randscharf und differenziert gedruckt werden (z. B. können mit hochauflösenden Fotopolymer-Druckplatten Strukturelemente mit Abmessungen bis zu 30 µm realisiert werden). Es können damit die üblicherweise zu Reproduktionszwecken verwendeten Raster mit Raumfrequenzen von 30 bis 100 Strukturelementen sicherungstechnisch abgedeckt werden.

Falls erforderlich, können die erfindungsgemäßen Strukturen auch für höhere Raumfrequenzen bzw. Raumfrequenzbereiche ausgelegt werden, allerdings ist eine drucktechnische Realisierung der zugehörigen Strukturelemente dann nicht mehr ohne weiteres möglich. Solche Elemente können aber unter Verwendung von optisch hergestellten Masken z. B. durch Kathodenzerstäubungs- (Sputter-) oder andere geeignete Beschichtungsverfahren realisiert werden.

Aus diesen Betrachtungen ist ersichtlich, daß Wertpapiere gemäß der Erfindung über einen größeren Raumfrequenzbereich der Reproduktionsraster gesichert sind, daß die Moir´erscheinung durch das Rastern über die gesamte Vorlagestruktur gut sichtbar ausgebildet wird und daß eine Unterdrückung des Moir´effektes durch "Auswinkelung" nicht mehr möglich ist. Die Fälschungssicherheit von Wertpapierdrucken ist dadurch ganz wesentlich erhöht worden.

Durch die Erfindung wird somit auch ein Detektor zum Nachweis von Falsifikaten geschaffen, zu deren Herstellung das Verfahren der Rasterreproduktion eingesetzt worden ist. Üblicherweise wird der Detektor, der aus optisch wirksamen Strukturen besteht, die aus definierten Teilstrukturen zusammengesetzt sind, und der mit Rasterelementen aus Linien, Punkten oder anderen Strukturelementen ein Moir´ ausbildet, auf das zu schützende Wertpapier aufgedruckt. Er kann jedoch auch - optisch sichtbar - in das Material des Originals oder Wertpapiers eingelagert und/oder aufgebracht und mit durchsichtiger Abdeckung versehen werden usw. Ausschlaggebend für seine Wirkung ist die optisch sichtbare Struktur unabhängig davon, wie diese produktionstechnisch realisiert wird.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei wird auch auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Zur besseren Veranschaulichung moir´erzeugender Strukturen wurden als Beispiele relativ einfache optisch wirksame Strukturen gewählt, die sich durch zusammenhängende Strukturelemente in Form von geschlossenen Kurven- bzw. Linienzügen auszeichnen.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur mit konstanter Raumfrequenz und konstantem Flächendeckungsgrad gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine moir´erzeugende nichtgeschlossene optisch wirksame Struktur mit sich monoton ändernder Raumfrequenz gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur mit sich monoton ändernder Raumfrequenz gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung mit sich gleichphasig wiederholenden Teilstrukturen (als Strukturelemente werden Linien verwendet);

Fig. 5 eine moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur gemäß der Erfindung mit sich gegenphasig wiederholenden Teilstrukturen (als Strukturelemente werden Linien verwendet);

Fig. 6 eine moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur gemäß der Erfindung, deren Linienbreite moduliert ist (Phasendifferenz zwischen benachbarten Teilstrukturen π/4), und

Fig. 7 eine weitere moir´erzeugende geschlossene optisch wirksame Struktur gemäß der Erfindung, deren Linienbreite moduliert ist (Phasendifferenz zwischen benachbarten Teilstrukturen π/2).

Die erfindungsgemäßen Strukturen umfassen Teilstrukturen, die sich aus definierten Strukturelementen zusammensetzen. Die Strukturelemente einer Teilstruktur können

- diskret und/oder quasi-kontinuierlich und/oder kontinuierlich (zusammenhängend) von unterschiedlicher und/oder gleicher Topologie sein,
- gleiche räumliche Ausdehnungen aufweisen und verschiedene Abstände voneinander besitzen.
- verschiedene räumliche Ausdehnungen aufweisen und gleiche Abstände voneinander besitzen,
- sowohl verschiedene räumliche Ausdehnungen aufweisen als auch verschiedene Abstände voneinander besitzen oder
- in ihrer räumlichen Ausdehnung in einer oder mehreren ausgezeichneten Richtung(en) bzw. in Richtung zusammenhängender Strukturelemente moduliert sein (Modulation der Einhüllenden).

Die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen (mit diskreter oder quasi-kontinuierlicher Variation der Raumfrequenz) können auch durch eine Modulation der Strukturelementgröße nach Maßgabe einer vorgegebenen Funktion U (r _m, s) = U _m (s) in einer ausgezeichneten Richtung s bzw. in Richtung zusammenhängender Strukturelemente erzeugt werden (Modulation der Einhüllenden bzw. Hüllkurve). Die räumliche Ausdehnung von Strukturelementen mit geringer Remission (nachfolgend mit b ^d bezeichnet) wird dann explizit und implizit (über die Funktion U _m) ortsabhängig: (m ist ein Zählindex, der die Strukturelemente durchnumeriert, r der Ortsvektor und s die Koordinate in Richtung zusammenhängender Strukturelemente). Am Beispiel einer einfachen geschlossenen Teilstruktur, z. B. einem Kreis, kann U _m (s) als die Umfangsfunktion in Abhängigkeit von der Umfangskoordinate (dem Bogen) s interpretiert werden, die proportional zum Polarwinkel ϕ ist. Andere geschlossene Teilstrukturen sind alle kreisähnlichen bzw. vom Kreis abgeleiteten (wie z. B. die Ellipse), alle Arten von Vieleck-Strukturen (nichtstetige Kurvenzüge) und andere topologisch verwandte geschlossene Strukturen (auch regelmäßig unterbrochene). Weitere Einzelheiten zur Klassifikation der optischen Strukturen vgl. S. 18 f.

Eine derartige Modulation der Hüllkurve kann für eine kreisförmige Struktur beispielsweise nach Maßgabe einer harmonischen Funktion in Abhängigkeit von der Umfangskoordinate s erfolgen: mit U _m=U _m (r _m, s); m, n _m∈N und der Funktion f (r _m), die die explizite Abhängigkeit der Werte b vom Ortsvektor r _m (hier = Radius) beschreibt. b ist dabei der maximale Modulationshub. n _m kann unabhängig vom Radius einen festen Wert besitzen (z. B. n _m=n =10, d. h. die Zahl der Minima und Maxima pro Längeneinheit nimmt mit zunehmendem Wert für r _m ab) oder als Funktion des Radius zunehmen (d. h. n _m=n (r _m) mit n _m+1-n _m=ξ (r _m) und ξ∈N). Eine genauere Definition des Zählindex m wird auf S. 20 f. (Gl. (3)) gegeben.

Durch eine derartige Modulation der Hüllkurve wird in einer ausgezeichneten Richtung (hier in Umfangsrichtung) eine nach Maßgabe des Modulationshubes kontinuierliche Variation der räumlichen Ausdehnung von Strukturelementen realisiert, die dazu führt, daß bei Rasterreproduktionen vom Prinzip her zu jeder vorgegebenen Rasterraumfrequenz eine Untermenge von regelmäßig (in der Regel periodisch) über die gesamte optisch wirksame Struktur verteilten Strukturelementen existiert, die ein Moir´ hervorrufen, das sich in gewissen ausgezeichneten Richtungen über die gesamte Struktur erstreckt. Allerdings kann das so entstehende Moir´ in seinem Aufbau komplexer und damit weniger gut erkennbar sein als im Falle der Verwendung von unmodulierten Strukturen. Eine Hüllkurven-modulierte Struktur kann bereits selbst visuell "unruhig" wirken, was u. U. die Erkennbarkeit eines überlagerten Moir´s erschweren kann.

Als weiterer Freiheitsgrad kann bei Hüllkurven-modulierten Strukturen eine definierte koordinatenabhängige oder konstante Phasenverschiebung der Minima und Maxima der Einhüllenden als Funktion des Zählindex m bzw. des Ortsvektors r _m eingeführt werden.

Zum Test der Funktionsweise der erfindungsgemäßen optisch wirksamen Strukturen wurden von den Erfindern Reproduktionsversuche mit Kamera und Scanner durchgeführt.

Dabei hat sich ergeben, daß die Strukturen so ausgewählt werden sollten daß sie einerseits nicht selbst schon zu "unruhig" wirken und moir´artige Reflexe bilden, daß sie aber andererseits bei Überlagerung mit einem üblicherweise verwendeten Reproduktionsraster deutlich sichtbare Moir´s hervorrufen.

Weiterhin muß jeweils im Einzelfalle entschieden werden, ob die moir´erzeugende Struktur gemäß der Erfindung nur in einer Farbe oder in mehreren Farben realisiert werden soll. Dabei können verschiedenfarbige Teilstrukturen gleiche oder verschiedene Strukturelemente enthalten, so daß die Wirksamkeit moir´erzeugender Strukturen durch entsprechende farbliche Gestaltung verbessert bzw. akzentuiert werden kann.

Bei der Vielfalt möglicher moir´erzeugender Strukturen ist die Angabe einer allgemeinen funktionalen Abhängigkeit (d. h. einer geschlossenen Darstellung) nicht möglich; solche funktionalen Abhängigkeiten können nur für bestimmte Spezialfälle angegeben werden. Aus diesem Grund wird hier eine allgemeine indexmäßige Darstellung (1) gewählt, anhand derer eine möglichst weitgehende systematische Erfassung und Klassifikation denkbarer moir´erzeugender Strukturen vorgenommen werden kann. Bei dieser Klassifikation ergeben sich auch einige bereits als Stand der Technik bekannte Strukturen als Spezialfälle.

Die Darstellung (1) ist auf Strukturen abgestellt, die in einer Vorzugsrichtung (in Richtung der Koordinate s) zusammenhängend sind. Eine Diskretisierung in einer weiteren Koordinate (z. B. eine Auflösung von Strukturelementen in einzelne nicht zusammenhängende Elemente, d. h. eine Diskretisierung der Koordinate s) ist hier nicht berücksichtigt und würde die Einführung eines zusätzlichen Index bedeuten. Eine derartige Diskretisierung kann allerdings als Grenzfall einer speziellen Modulation der Hüllkurve in Richtung der zusammenhängenden Strukturelemente aufgefaßt werden.

Allgemeine Form zur Darstellung moir´erzeugender Strukturen: mit folgenden Abkürzungen:

b ^d steht für die räumliche Ausdehnung der Strukturelemente mit geringer Remission; [cm]
b ^h steht für die räumliche Ausdehnung der Strukturelemente mit hoher Remission, die durch den jeweiligen Abstand der Strukturelemente mit geringer Remission festgelegt sind; [cm]
U _{i, j} (s) steht für die Funktion, deren Werte in Abhängigkeit von der Koordinate s (und damit implizit vom Ortsverkehr r _m) die Form des/der m-ten Strukturelemente(s) beschreiben. Die Funktionen U _{i, j} können eine definierte (koordinatenabhängige oder konstante) Phasenverschiebung zu dem korrespondierenden U _{i+1, j} bzw. U _{i, j+1} aufweisen.
r _m steht für den Ortsvektor r in der m-ten Teilstruktur bei festgehaltener Koordinate s und ist jeweils auf das Zentrum der (geschlossenen) Strukturen bezogen.

Die Koordinaten r und s stehen für zwei - in der Regel voneinander unabhängige - Freiheitsgrade. Für den Grenzfall r _m →∞, s →∞ ergeben sich auch nicht-geschlossene Strukturen.

Die Werte b sind implizit und explizit von r _m abhängig; über die explizite Abhängigkeit von r _m bzw. vom Zählindex m ergibt sich auch die Art der Periodizität der optisch wirksamen Strukturen. Zur Charakterisierung der vorliegenden Strukturen wird - wegen der durch die rapportartige Anordnung verursachten direkten Aufeinanderfolge von Strukturelementen mit verschiedenen räumlichen Ausdehnungen in Richtung der Koordinate r _m - der bereits eingeführte Begriff der Raumfrequenz dahingehend abgewandelt, daß diese als Kehrwert der räumlichen Ausdehnung des/der jeweiligen Strukturelemente(s) mit geringer Remission bzw. des/ der jeweiligen Strukturelemente(s) mit hoher Remission (deren Raumfrequenz durch die Abstände des/der Strukturelemente mit geringer Remission gegeben ist) aufgefaßt wird. Da jede der Strukturen gemäß (1) - bis auf den Spezialfall bk - dann durch mindestens zwei Raumfrequenzen bestimmt ist, wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff "Partialraumfrequenz" verwendet. Die angegebene Definition ist insofern evident, als der Kehrwert der räumlichen Ausdehnung von Strukturelementen bei mehrfacher Aufeinanderfolge von identischen Elementen dieser Art ein direktes Maß für die Anzahl dieser Elemente pro Längeneinheit und betrachtetem Freiheitsgrad darstellt.

Die verwendeten Indizes haben folgende Bedeutung:

Der Index i ist ein Zähler für die Partialraumfrequenzen, i=1, . . . , p _j;
der Index j ist ein Zähler für die Wiederholung bestimmter Teilstrukturen ("Rapporte"), j=1, . . . , q und
der Index m ist ein Zähler für die Gesamtzahl der Strukturelemente; m ergibt sich aus i, j, p _j zu: (p _j bestimmt die "Rapportlänge", es sind verschiedene geometrische oder indexmäßige "Längen" realisierbar).

Der Index n _m steht für die Zahl n _m der Minima bzw. Maxima der Funktion U _m für das m-te Strukturelement (der Einfachheit halber wird auf eine doppelte Indizierung von n verzichtet).

Der Term (j-1) p _j in (3) berücksichtigt die Zunahme des "Zählindex" m in Abhängigkeit von der Zahl der Musterwiederholungen j und der Zahl der Partialraumfrequenzen i. Dabei läuft zunächst immer der Index i von 1 bis p _j, dann erhöht sich j um Eins und i beginnt wieder von 1 bis p _j zu laufen etc.

Ein einfaches Beispiel ist eine Struktur mit p _j=p= 4 Partialraumfrequenzen (d. h. jede Teilstruktur hat die gleiche Anzahl von Partialraumfrequenzen) und q=14 rapportartigen Wiederholungen von Teilstrukturen (vgl. Beispiel 4 auf S. 26 und Figur 4). Dann gilt für die einzelnen Indizes Charakterisierung der indexmäßigen Darstellung (1):

1. Fall:

Es findet eine Amplituden- und/oder Frequenzmodulation der Strukturelementgröße in Richtung der Koordinate s statt. Es gibt p _j verschiedene Partialraumfrequenzen in der j-ten (sich rapportartig wiederholenden) Teilstruktur; sich entsprechende Strukturelemente mit gleichem Index i in verschiedenen solchen Teilstrukturen j besitzen q verschiedene Raumfrequenzen. Unabhängig davon variiert die Strukturelementgröße in Richtung des Ortsvektors und damit auch der differentielle Flächendeckungsgrad, der sich angenähert aus dem Verhältnis des i, j-ten Strukturelementes b mit geringer/hoher Remission zur Summe bk ergibt: bzw. mit

Die Summation über alle Elemente Δ F der betreffenden Struktur und damit über alle vorkommenden Indexkombinationen ergibt den integralen Flächendeckungsgrad.

2. Fall:

Wie (1), aber U _{i, j} (s)=U _{i, j}, d. h. die Anzahl n _m der Minima bzw. Maxima ist unabhängig von s. Die Strukturelementgrößen variieren in Richtung des Ortsvektors. Es existieren P _j - verschiedene Partialraumfrequenzen in einer Teilstruktur; entsprechende Teilstrukturen mit gleichem Index i können q verschiedene Frequenzen aufweisen.

3. Fall

a) wie (1), aber U _{i, j} (s)=U _{i, j+1} (s), d. h. die Art der Modulation der Hüllkurve ist in den q sich rapportartig wiederholende Teilstrukturen für Strukturelemente mit gleichem Partialraumfrequenzindex i die gleiche. Die räumliche Ausdehnung der Strukturelemente b mit geringer Remission bzw. der Strukturelemente b mit hoher Remission mit gleichem Index i können in den q sich rapportartig wiederholenden Teilstrukturen verschieden sein.

b) wie 3a, jedoch U _{i, j} (s)=U _{i, j}, d. h. die Anzahl n _m der Maxima bzw. Minima ist unabhängig von s. Für zwei beliebig herausgegriffene Strukturelemente gilt für alle i, j oder ausgewählte Paare i, j:

U _{i, j} = U _{i, j+1}

4. Fall

a) wie 3a, jedoch mit vertauschten Indizes i und j, d. h. U _{i, j} (s)=U _{i+1, j} (s); in der j-ten sich rapportartig wiederholenden Teilstruktur ist die Art der Modulation der Hüllkurve für zwei oder mehr Partialraumfrequenzindizes identisch, sie kann in den anderen q-1 Teilstrukturen verschieden sein.

b) wie Fall 4a, jedoch U _{i, j} (s)=U _{i, j}, d. h. n _m= const. und oder ausgewählte Kombinationen i, j (vgl. Fall 3b).

5. Fall

a) wie (1), jedoch ist die Zahl j der sich wiederholenden Teilstrukturen q=1, d. h. die Strukturen sind durch einen Ausdruck der Form gegeben.

b) wie Fall 5a, jedoch U _i (s)=U _i, d. h. die Anzahl n _m der Minima bzw. Maxima ist unabhängig von der Koordinate s: 6. Fall

a) U _{i, j}=const., d. h. es findet keine Modulation der Hüllkurve in Richtung der Koordinate s statt; die Strukturelementgröße ist für alle Indizes i, j oder ausgewählte Kombinationen unabhängig von der Koordinate s. Die Strukturen können dann gemäß (1) durch einen Ausdruck der Form dargestellt werden.

b) Es findet keine Wiederholung von Teilstrukturen statt, q=1: mit i=p₁ Partialraumfrequenzen.

In den folgenden Beispielen, in denen auf die Figuren Bezug genommen wird, werden konkrete moir´erzeugende Strukturen anhand der vorstehenden systematischen Klassifikation beschrieben.

Beispiele Beispiel 1 (Stand der Technik)

Fig. 1 zeigt eine moir´erzeugende Struktur, die zum Stand der Technik gehört.

Sie entspricht dem Fall 6b mit sowie p₁=1(m=i) als Zahl der Partialraumfrequenzen. Es handelt sich hier um einen Spezialfall, bei dem der integrale Flächendeckungsgrad gleich 50% ist, d. h.

Beispiel 2 (Stand der Technik)

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine moir´erzeugende Struktur, die zum Stand der Technik gehört.

Sie ist eine nichtgeschlossene optisch wirksame Struktur mit r _m=r _i →∞, s →∞; ansonsten entspricht sie dem Fall 6b, wobei die Koordinate r _i durch die Koordinate x _i ersetzt wird.

Die (diskreten) Funktionen b (x _i) sind bei dem gewählten Koordinatenursprung monoton zunehmend; d. h. und für alle Werte des Index i.

Beispiel 3 (Stand der Technik)

Fig. 3 zeigt eine Fresnelsche Zonenplatte, die eine besonders in der Optik bekannte Beugungsstruktur ist.

Sie entspricht dem Fall 6b mit ebenfalls monoton zunehmenden diskreten Funktionen b (r _i) wie in Beispiel 2. Hinzu kommt, daß alle Zonen angenähert gleich große Flächen haben.

Beispiel 4 (erfindungsgemäße Struktur)

Fig. 4, Teilbild 1, zeigt eine moir´erzeugende Struktur, die gemäß der Erfindung zum Schutz von Wertpapieren verwendet werden kann.

Sie entspricht dem Fall 6a mit und q=14. Es gilt als Zusatzbedingung und

Die explizite Abhängigkeit von r _m ist hier der Einfachheit halber nicht mehr aufgeführt.

In Richtung des Ortsvektors r ändern sich Raumfrequenz bzw. (differentieller) Flächendeckungsgrad in jeder Teilstruktur in gleicher Weise. Gleichartige Strukturelemente treten jeweils in gleichen Abständen auf ("gleichphasige" Wiederholung von Teilstrukturen; Reihenfolge: . . . abcdabcd . . .). Teilbild 2 zeigt das Remissionsprofil in Richtung des Ortsvektors.

Beispiel 5 (erfindungsgemäße Struktur)

Fig. 5, Teilbild 1, zeigt eine andere moir´erzeugende Struktur, die gemäß der Erfindung zum Schutz von Wertpapieren verwendet werden kann.

Sie entspricht dem Fall 6a mit und q=20. Als Zusatzbedingung gilt hier: und

Die explizite Abhängigkeit von r _m ist hier der Einfachheit halber ebenfalls nicht mehr aufgeführt.

In benachbarten Teilstrukturen ändert sich die Raumfrequenz bzw. der Flächendeckungsgrad jeweils spiegelbildlich. Dementsprechend sind die Strukturelemente benachbarter Teilstrukturen hinsichtlich Größe und Abstand spiegelsymmetrisch angeordnet ("gegenphasige" Wiederholung von Teilstrukturen; Reihenfolge: . . . abccba . . .). Teilbild 2 zeigt das Remissionsprofil in Richtung des Ortsvektors.

Beispiel 6 (erfindungsgemäße Struktur)

Fig. 6, Teilbild 1, zeigt noch eine andere moir´erzeugende Struktur, die gemäß der Erfindung zum Schutz von Wertpapieren verwendet werden kann.

Sie entspricht dem Fall 5b mit q=1 und m=i=64. Durch die Modulation der Hüllkurve ergeben sich in radialer Richtung rapportartig wiederholende Teilstrukturen, deren Form vom Wert der Koordinate s abhängt und die sich periodisch mit der Koordinate s wiederholen. Es besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen benachbarten Teilstrukturen:

n _i · s _i - n _i+1 · s _i+1 = const. = π/4.

Teilbild 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der optisch wirksamen Struktur, an dem diese Phasenverschiebung besonders gut erkennbar ist.

Die Zahl n _m=n _i von Minima bzw. Maxima in Umfangsrichtung (d. h. in Richtung der Koordinate s) ist für alle i konstant (n _i=n) und damit unabhängig vom Radius r _i. Dies ist für kleine Radien r _i aus Gründen der zeichnerischen Auflösung nicht mehr darstellbar (r _i≲r _ges/4). Die Anzahl der Minima bzw. Maxima pro Längeneinheit in Umfangsrichtung nimmt also mit r _i ab.

Beispiel 7 (erfindungsgemäße Struktur)

Fig. 7, Teilbild 1, zeigt eine ähnliche moir´erzeugende Struktur wie Fig. 6, Teilbild 1, die ebenfalls zum Schutz von Wertpapieren verwendet werden kann.

Im Unterschied zum Beispiel 6 gilt hier jedoch für die Phasenbeziehung

n _i · s _i - n _i+1 · s _i+1 = const. = π/2.

Claims

1. Wertpapier mit zur Sicherung gegen Nachdruck aufgebrachten optisch wirksamen Strukturen, die bei einer Rasterreproduktion sichtbare Moir´s ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksamen Strukturen zu einem wesentlichen Teil aus rapportartig wiederkehrenden offenen und/oder geschlossenen Teilstrukturen bestehen, die aus geeigneten Strukturelementen unterschiedlicher Remission derart zusammengesetzt sind, daß sie gleiche oder verschiedene räumliche Ausdehnungen und/oder Abstände voneinander aufweisen.

2. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen derart aus Strukturelementen zusammengesetzt sind, daß die Raumfrequenz und/oder der Flächendeckungsgrad variiert.

3. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen durch eine Modulation der räumlichen Ausdehnung und/oder des Abstandes der Strukturelemente erzeugt werden.

4. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen derart aus Strukturelementen zusammengesetzt sind, daß die Raumfrequenz und/oder der Flächendeckungsgrad in einer ausgezeichneten Richtung variiert.

5. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen derart aus Linien bzw. Ausschnitten von Linien zusammengesetzt sind, daß die Raumfrequenz und/oder der Flächendeckungsgrad in radialer Richtung variiert.

6. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen derart aus Linien bzw. Ausschnitten von Linien zusammengesetzt sind, daß die Raumfrequenz und/oder der Flächendeckungsgrad in Umfangsrichtung variiert.

7. Wertpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen durch eine Modulation der Breite und/oder des Abstandes der Linien bzw. der Ausschnitte von Linien erzeugt werden.

8. Wertpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei benachbarten Teilstrukturen die Änderung der Raumfrequenz und/oder des Flächendeckungsgrades in Richtung der rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen gleichphasig verläuft.

9. Wertpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei benachbarten Teilstrukturen die Änderung der Raumfrequenz und/oder des Flächendeckungsgrades in Richtung der rapportartig wiederkehrenden Teilstrukturen gegenphasig (spiegelbildlich) verläuft.

10. Wertpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächendeckungsgrad über die gesamte räumliche Ausdehnung der auf das Wertpapier aufgebrachten optisch wirksamen Struktur im Bereich von 50 bis 80%, vorzugsweise 60 bis 70%, gehalten wird.