DE60310977T2

DE60310977T2 - Authentifikation von dokumenten und artikeln durch moiremuster

Info

Publication number: DE60310977T2
Application number: DE60310977T
Authority: DE
Inventors: D. Roger HERSCH; Sylvain Chosson
Original assignee: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
Current assignee: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: PL219620B1; HK1082833A1; CA2534797A1; CN1689050A; RU2005114618A; BR0315389A; CN100520804C; PL376174A1; KR20050051707A; BRPI0315389B1; ES2280842T3; AU2003260925A1; US20040076310A1; JP4427796B2; AT350734T; WO2004036507A2; ZA200502978B; EP1554700A2; EP1554700B1; JP2006516337A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Verfahren und Vorrichtungen zur Fälschungsbekämpfung und Authentifikation und genauer auf Verfahren, Sicherheitsvorrichtungen und Geräte zur Authentifikation von Dokumenten und wertvollen Artikeln durch Moiré-Muster.
Wegen der Verfügbarkeit von Farbkopierern und Desktoppublishing-Systemen hoher Qualität und geringer Kosten wird die Fälschung von Dokumenten wie Banknoten jetzt ein immer ernsteres Problem. Das gleiche gilt für andere wertvolle Erzeugnisse wie CD, DVD, Softwarepakete, Arzneimittel usw., die oft in leicht zu fälschenden Verpackungen auf den Markt kommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Zurverfügungstellung eines neuartigen Sicherheitselements und Authentifikationsmittels, das erhöhte Sicherheit für Banknoten, Schecks, Kreditkarten Identitätskarten, Reisedokumente, Industrieverpackungen und alle anderen wertvollen Artikel bietet und es somit viel schwerer macht, sie zu fälschen.
Verschiedene ausgeklügelte Mittel sind im Stande der Technik eingeführt worden, um Fälschungen zu verhindern und um Dokumente oder wertvolle Artikel zu authentifizieren. Einige dieser Mittel sind für das blosse Auge deutlich sichtbar und für die breite Öffentlichkeit bestimmt, während andere Mittel verborgen und nur durch die zuständigen Behörden oder durch automatisierte Vorrichtungen erkennbar sind. Einige der bereits zur Fälschungsbekämpfung und Authentifikation verwendeten Mittel sind die Verwendung von Spezialpapier, Spezialtinten, Wasserzeichen, Mikrobuchstaben, Sicherheitsfäden, Hologrammen usw. Dennoch besteht noch ein dringender Bedarf dafür, weitere Sicherheitselemente einzuführen, die den Preis der erzeugten Dokumente oder Güter nur unbeträchtlich erhöhen.
Moiré-Effekte sind im Stande der Technik für die Authentifikation von Dokumenten bereits verwendet worden. Zum Beispiel wird im Patent Nr. 1 138 011 des Vereinigten Königreiches (Canadian Bank Note Company) ein Verfahren offenbart, das sich darauf bezieht, auf das Originaldokument spezielle Elemente zu drucken, die ein Moiré-Muster von hohem Kontrast zeigen, wenn sie durch eine Halbtonreproduktion gefälscht werden. Ähnliche Verfahren sind dafür angewendet worden, das digitale Kopieren oder Scannen von Dokumenten zu verhindern (siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 5 018 767, Erfinder Wicker). In allen diesen Fällen zeigt das Vorhandensein von Moiré-Mustern an, dass das fragliche Dokument eine Fälschung ist. Andere Verfahren des Standes der Technik hingegen nutzen die absichtliche Erzeugung eines Moiré-Musters, dessen Vorhandensein und genaue Gestalt als ein Mittel der Authentifikation des Dokuments verwendet werden. Ein bekanntes Verfahren, bei dem ein Moiré-Effekt verwendet wird, um ein Bild sichtbar zu machen, das auf das Dokument kodiert worden ist (wie zum Beispiel im Abschnitt „Hintergrund" des US-Patents Nr. 5 396 559 (McGrew) beschrieben), beruht auf dem physischen Vorhandensein dieses Bildes auf dem Dokument als ein latentes Bild, wobei die als „Phasenmodulation" verwendete Technik verwendet wird. In dieser Technik wird ein gleichförmiger Linienraster oder ein gleichförmiges Zufallsgitter von Punkten auf das Dokument gedruckt, aber innerhalb der im Voraus definierten Grenzen des latenten Bildes auf dem Dokument wird der gleiche Linienraster (bzw. das gleiche zufällige Punktegitter) in einer unterschiedlichen Phase oder eventuell in einer unterschiedlichen Orientierung gedruckt. Für einen Laien ist das so auf das Dokument gedruckte Bild von seinem Hintergrund schwer zu unterscheiden; wenn aber ein offenbarendes Diapositiv mit einem identischen, aber nicht modulierten Linienraster (bzw. zufälligen Punktegitter) dem Dokument überlagert wird, wodurch ein Moiré-Effekt erzeugt wird, dann wird das auf dem Dokument im Voraus ausgelegte latente Bild deutlich sichtbar, da innerhalb seiner im Voraus definierten Grenzen der Moiré-Effekt in einer anderen Phase als im Hintergrund erscheint. Dieses vorbekannte Verfahren hat aber den hauptsächlichen Mangel, dass es leicht imitiert werden kann, da die Gestalt des latenten Bildes physisch auf dem Dokument vorhanden und lediglich mit einer unterschiedlichen Textur gefüllt ist. Eine zweite Begrenzung dieser Technik liegt in der Tatsache, dass keine Vergrösserungswirkung vorhanden ist, da das durch die Überlagerung von Basisschicht und offenbarendem Diapositiv offenbarte Musterbild die gleiche Grösse wie das latente Bild besitzt.
Im US-Patent Nr. 5 712 731 (Drinkwater und Mitautoren) wird ein auf Moirés beruhendes Verfahren offenbart, das auf einer periodischen 2D-Anordnung von Mikrolinsen beruht.
Letztere Offenbarung hat aber den Nachteil, auf den Fall beschränkt zu sein, wo die überlagerte offenbarende Struktur eine Mikrolinsenanordnung ist, während die periodische Struktur auf dem Dokument ein konstantes 2D-Punktegitter mit waagerecht und senkrecht wiederholten, identischen Punktformen ist. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird in dieser Erfindung also die Verwendung von Rastern (Gittern) von Linien als einer offenbarenden Schicht, seien sie auf einem durchsichtigen Träger (z.B. einer Schicht) abgebildet oder als ein Raster von zylindrischen Mikrolinsen vorhanden, ausgeschlossen. Weiter erlaubt es diese Erfindung nicht, wie in der vorliegenden Erfindung ein Dokument mit einer Basisschicht zu erzeugen, die Muster variabler Gestalt, Intensitäten und Farben umfasst.
Andere, von Amidror und Hersch im US-Patent Nr. 6 249 588 und seiner teilweisen Fortsetzung US-Patent Nr. 5 995 638 offenbarte, auf Moirés gründende Verfahren beruhen auf der Überlagerung von Anordnungen von Gitterpunkten, die ein Moiré-Intensitätsprofil ergibt, das die Authentizität des Dokuments anzeigt. Diese Erfindungen beruhen auf speziell ausgelegten periodischen 2D-Strukturen wie Punktegittern (einschliesslich Punktegittern unterschiedlicher Intensität, wie sie in wirklichen Graustufen- oder Farbrasterbildern verwendet werden), Pinhole-Gittern oder Mikrolinsenanordnungen, die bei ihrer Überlagerung periodische Moiré-Intensitätsprofile ausgewählter Farben und Formen (typographische Zeichen, Ziffern, das Länderwappen usw.) erzeugen, deren Grösse, Ort und Orientierung allmählich variieren, während die überlagerten Schichten verdreht oder übereinander verschoben werden.
In einer dritten Erfindung, der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445, offenbaren Amidror und Hersch neue Verfahren, die ihre oben erwähnten, früher offenbarten Verfahren verbessern. Diese neuen Verbesserungen nutzen die Theorie, die im Aufsatz „Fourier-based analysis and synthesis of moirés in the superposition of geometrically transformed periodic structures" von I. Amidror und R. D. Hersch, Journal of the Optical Society of America A, Band 15, 1998, Seiten 1100 bis 1113 (hiernach „[Amidror98]" und im Buch „The Theory of the Moiré Phenomenon" von I. Amidror, Kluwer, 2000 (hiernach „[Amidror00]") entwickelt wurde. Dieser Theorie folgend offenbart besagte Erfindung, wie es möglich ist, aperiodische, geometrisch transformierte Punktegitter zu synthetisieren, die, obwohl sie selbst aperiodisch sind, bei ihrer Überlagerung dennoch periodische Moiré-Intensitäts profile mit unverzerrten Elementen erzeugen, ebenso wie in den von Hersch und Amidror in ihrem früheren US-Patent Nr. 6 249 588 und seiner teilweisen Fortsetzung US-Patent Nr. 5 995 638 offenbarten periodischen Fällen. In der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445 wird weiter offenbart, wie Fälle, die keine periodischen Moirés liefern, dennoch vorteilhaft für die Fälschungsbekämpfung und für die Authentifikation von Dokumenten und wertvollen Artikeln verwendet werden können.
In der US-Patentanmeldung 10/183 550 „Authentication with built-in encryption using moiré intensity profiles between random layers" offenbart Erfinder Amidror, wie ein Moiré-Intensitätsprofil durch die Überlagerung von zwei speziell ausgelegten zufälligen oder pseudozufälligen Punktegittern erzeugt wird. Ein Vorteil dieser Erfindung beruht auf ihrem innewohnenden Verschlüsselungssystem, das durch den Zufallszahlengenerator geboten wird, der für die Synthese der speziell ausgelegten zufälligen Punktegitter verwendet wird.
Die oben von Erfindern Hersch und Amidror (US-Patent Nr. 6 249 588, US-Patent Nr. 5 995 638, US-Patent-Anmeldung Nr. 09/902 445) oder Amidror (US-Anmeldung Nr. 10/183 550) gemachten Offenbarungen, in denen das Moiré-Intensitätsprofil verwendet wird, um Dokumente zu authentifizieren, haben aber zwei Nachteile. Der erste Nachteil beruht auf der Tatsache, dass die offenbarende Schicht aus Punktegittern besteht, d.h. aus einem Satz (einer 2D-Anordnung) von auf einer 2D-Oberfläche ausgelegten winzigen Punkten. Wenn Punktegitter in einer undurchsichtigen Schicht mit winzigen durchsichtigen Punkten oder Löchern (z.B. einer Schicht mit kleinen, durchsichtigen Löchern) realisiert werden, kann nur eine begrenzte Lichtmenge das Punktegitter durchqueren, und das resultierende Moiré-Intensitätsprofil ist nicht leicht sichtbar. Um in diesen Erfindungen das Moiré-Intensitätsprofil deutlich sichtbar zu machen, muss man in Durchsicht arbeiten; sowohl die offenbarende als auch die Basisschicht müssen vor einen Leuchttisch gestellt werden, und die Basisschicht sollte bevorzugt auf einen teilweise durchsichtigen Träger gedruckt sein. In Reflexion ist das Moiré-Intensitätsprofil kaum zu sehen, wenn die offenbarende Schicht als eine undurchsichtige Schicht mit winzigen durchsichtigen Punkten oder Löchern realisiert ist. In Reflexion muss eine Mikrolinsenanordnung als Mastergitter verwendet werden. Wegen der Fähigkeit der Mikrolinsen, Licht zu fokussieren, wird das Moiré-Intensitätsprofil dann deutlich sichtbar. Der zweite Nachteil beruht auf der Tatsache, dass die Basisschicht aus einer zweidimensionalen Anordnung von ähnlichen Punkten (einem Punktegitter) besteht, wo jeder Punkt nur einen sehr begrenzten Raum hat, in dem eine winzige Form wie ein typographisches Zeichen, eine Ziffer oder ein Logo oder eine sehr kleine Anzahl solcher winziger Formen untergebracht werden muss. Dieser Raum ist durch die 2D-Frequenz des Punktegitters begrenzt, d.h. durch seine zwei Periodenvektoren. Je höher die 2D-Frequenz, desto weniger Raum ist für die Unterbringung der winzigen Formen vorhanden, die bei ihrer Überlagerung mit einem 2D-Gitter aus kreisförmigen Punkten als offenbarender Schicht als 2D-Moiré-Muster eine Vergrösserung dieser winzigen Formen erzeugen. Genügend hohe Frequenzen werden jedoch gebraucht, um einen guten Schutz gegen Fälschungsversuche zu gewährleisten.
Die vorliegende Offenbarung beruht auf der Entdeckung, dass ein Band-(oder Streifen-)raster, der die Originalformen enthält, bei Überlagerung mit einem offenbarenden Linienraster ein Moiré-Band (oder Moiré-Streifen) liefert, der Moiré-Formen umfasst, die eine lineare oder eventuell nichtlineare Transformation der in den Bandraster eingebauten Originalformen sind. Da Moiré-Bänder eine viel bessere Lichtausbeute besitzen als Moiré-Intensitätsprofile, die auf Punktegittern beruhen, kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft in allen Fällen verwendet werden, wo die früheren Offenbarungen keine genügend starken Moiré-Muster aufzuweisen vermögen. Insbesondere kann der Basisbandraster, der die Originalmusterformen enthält, auf einen reflektierenden Träger gedruckt werden, während der offenbarende Linienraster einfach eine Schicht mit dünnen, durchsichtigen Linien sein kann. Wegen der hohen Lichtausbeute des offenbarenden Liniengitters werden die starken Moiré-Bandmuster, die die transformierten ursprünglichen Bandmuster darstellen, deutlich offenbart. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, dass das erzeugte Moiré eine grosse Anzahl von Mustern, zum Beipiel einen Satz (mehrere Wörter) oder Absatz von Text umfassen kann.
Es sollte betont werden, dass sich die vorliegende Erfindung völlig von der oben erwähnten Technik der Phasenmodulation (US-Patent Nr. 5 396 559, McGrew) unterscheidet, da in der vorliegenden Erfindung auf dem Dokument kein latentes Bild vorhanden ist und da das resultierende Moiré-Band eine Transformation der Originalmusterformen ist, die in den Basisbandraster eingebettet wurden. Diese Transformation umfasst immer eine Skaliertransformation (Vergrösserung) und eventuell eine Spiegel-, Scher- und/oder Biegetransformation.
Es sei auch vermerkt, dass die Eigenschaften des durch die Überlagerung von zwei Linienrastern erzeugten Moirés gut bekannt sind (siehe z.B. K. Patorski, The Moiré Fringe Technique, Elsevier 1993, Seiten 14 bis 16). Moiré-Streifen (Moiré-Linien), die durch die Überlagerung von zwei Linienrastern (d.h. Sätze von Linien) erzeugt werden, werden zum Beispiel in der Authentifikation von Banknoten genutzt, wie im US-Patent Nr. 6 273 473, „Self-verifying security documents", Erfinder Tayler u.a., offenbart.
In der vorliegenden Erfindung verwenden wir als Basisschicht statt eines Linienrasters einen Bandraster, der Originalmuster unterschiedlicher Formen, Grössen, Intensitäten und eventuell Farben enthält. Statt bei der Überlagerung der Basisschicht und des offenbarenden Linienrasters einfache Moiré-Streifen (Moiré-Linien) zu erhalten, erhalten wir Moiré-Bandmuster, die vergrösserte und transformierte Exemplare der ursprünglichen Bandmuster sind.
Es sollte vermerkt werden, dass sich das Vorgehen, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, von früheren, auf dem Moiré-Intensitätsprofil beruhenden Verfahren des Weiteren dadurch unterscheidet, dass es in der Lage ist, aus dem Basisbandbild und den Parametern der offenbarenden Schicht das erzeugte Moiré-Musterbild zu berechnen und daher vorherzusagen, ohne dass das Moiré im Fourierraum notwendigerweise analysiert werden müsste.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sicherheitsdokumente (wie Banknoten, Schecks, Treuhandinstrumente, Wertpapiere, Identitätskarten, Pässe, Reisedokumente, Tickets usw.) und wertvolle Artikel (wie optische Disketten, CD, DVD, Softwarepakete, medizinische Erzeugnisse usw.), die fortgeschrittene Authentifikationsmittel benötigen, um Fälschungsversuche zu verhindern. Die Erfindung bezieht sich auch auf neue Verfahren, Geräte und Rechensysteme zur Authentifikation solcher Dokumente oder wertvoller Artikel.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den Moiré-Mustern, die erzeugt werden, wenn eine aus Basisbandmustern bestehende Basisschicht und ein offenbarender Linienraster (eine offenbarende Schicht) überlagert werden. Die erzeugten Moiré-Muster sind eine Transformation der in die Basisbänder eingebauten individuellen Muster, wobei die Transformation eine Vergrösserung umfasst. Bei einer Translation oder Rotation des offenbarenden Linienrasters über der Basisschicht evolvieren die erzeugten Moiré-Muster gleichmässig, d.h. sie werden gleichmässig verschoben, geschert oder eventuell weiteren Transformationen unterworfen. Die Basisbandmuster können alle Kombinationen von Formen, Intensitäten und Farben wie Buchstaben, Ziffern, Text, Symbole, Ornamente, Logos, Länderwappen usw. enthalten. Sie bieten daher hervorragende Möglichkeiten, Sicherheitsdokumente und wertvolle Artikel zu schaffen, die die – gemessen an den Reproduktionssystemen, die potentiellen Fälschern zur Verfügung stehen – besseren Abbildungsfähigkeiten der Original-Abbildungs- und Drucksysteme nutzen.
Die vorliegende Erfindung lehrt verschiedene Verfahren zur Schaffung von Basisbandmustern und beschreibt die Moiré-Muster, die für eine gegebene Basisbandperiode, eine gegebene Periode des offenbarenden Linienrasters und einen gegebenen Winkel zwischen der Basisbandschicht und dem offenbarenden Linienraster zu erwarten sind. Sie zeigt auch, dass geometrische Transformationen auf die Basisbandschicht und eventuell auf die offenbarende Schicht angewendet werden können, um entweder krummlinige oder eventuell geradlinige Moiré-Muster zu schaffen. Wegen der zusätzlichen Parameter, die erforderlich sind, um die geometrischen Transformationen zu beschreiben, stellen diese eine vergrösserte Robustheit gegenüber möglichen Fälschungsversuchen dar und ermöglichen es gleichzeitig, individualisierte Paare von Basis- und offenbarenden Schichten zu erzeugen.
Die in aufeinander folgende Basisbänder eingebauten Muster können entweder identisch sein oder von einem Band zum folgenden geringfügig evolvieren. Wenn sie geringfügig evolvieren, dann evolvieren auch die resultierenden Moiré-Muster von einem Exemplar zum folgenden.
Eine mögliche zusätzliche Variante der vorliegenden Erfindung ist die Synthese eines geditherten Bildes (grau oder farbig), das mit einer Dithermatrix gedithert wird, die die gewünschten Basisbandmuster (Mikrostruktur) enthält. Der Ditherprozess kann innerhalb der Basisbänder je nach der lokalen Intensität (oder Farbe) des zu dithernden Bildes Muster von allmählich variierenden Grössen und Formen erzeugen. Wechselweise kann der Ditherprozess je nach der lokalen Intensität des zu dithernden Bildes die Intensität der Muster oder ihres Hintergrundes modifizieren. Ohne die offenbarende Schicht erscheint ein mit einer solchen Dithermatrix gedithertes Bild als das Originalbild. Wenn das geditherte Bild mit der offenbarenden Schicht überlagert wird, werden die Moiré-Muster offenbart und ermöglichen eine Überprüfung der Authentizität des Dokuments.
Um die Sicherheit von Dokumenten noch weiter zu erhöhen, ermöglicht ein mehrfarbiges Dithering die Synthese einer Basisbandschicht mit nicht überlappenden Formen unterschiedlicher Farben, die zum Beispiel mit Sondertinten wie irisierenden oder Metallic-Tinten erzeugt werden, die in Standard-Farbkopierern oder -druckern nicht verfügbar sind.
Eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung ist die Kombination verschiedener Sätze von Basisbändern auf der gleichen Basisschicht, zum Beispiel mit unterschiedlichen Orientierungen und eventuell Perioden, was bei Offenbarung mit einem oder mehreren Linienrastern unterschiedliche Moiré-Muster ergibt.
Eine zusätzliche Variante der vorliegenden Erfindung ist die Synthese von Mehrfachmuster-Moirés. Sie beruht auf dem Einbau mehrerer Basisbandmuster bei unterschiedlichen Phasen innerhalb der Basisbandschicht. Dadurch wird ein Basisband mit mehrfachen, ineinander verflochtenen Mustern geschaffen. Die erzeugten Moiré-Muster umfassen transformierte und vermischte Exemplare der mehrfachen, ineinander verflochtenen Muster. Wenn die Muster Zwischenstufen einer Vermischung (oder eines Morphings) zwischen zwei Grundformen darstellen, dann ergibt das Mehrfachmuster-Moiré ein Moiré-Bild, das zwischen diesen beiden Grundformen evolviert. Mehrfachmuster-Moirés können auch durch Bilder erzeugt werden, die mit einer Dithermatrix gedithert werden, die Mehrfachmuster-Basisbänder enthält.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch neue Verfahren zur Authentifikation von Dokumenten, die auf unterschiedliche Träger, undurchsichtige oder durchsichtige Materialien gedruckt werden können. Es sei bemerkt, dass sich der Ausdruck „Dokumente" überall in der vorliegenden Offenbarung auf alle möglichen gedruckten Artikel einschliesslich (aber nicht ausschliesslich) Banknoten, Pässe, Identitätskarten, Kreditkarten, Etiketts, optische Disketten, CD, DVD, Arzneimittelpackungen oder Packungen aller anderen Handelserzeugnisse usw. bezieht. Wir beschreiben mehrere Ausführungsformen von besonderen Interesse, die hier beispielhaft gegeben werden, ohne dass der Umfang der Erfindung auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Moiré-Musterformen visualisiert werden, indem eine Basisschicht und eine offenbarende Schicht übereinander gelegt werden, die sich auf unterschiedlichen Flächenteilen des gleichen Dokuments befinden, wo die Basisschicht entweder undurchsichtig oder durchsichtig ist und die offenbarende Schicht aus einem teilweise durchsichtigen Linienraster besteht. In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erscheint nur die (undurchsichtige oder durchsichtige) Basisschicht auf dem Dokument selbst, während ihr die offenbarende Schicht durch das Bedienungspersonal oder das Gerät überlagert wird, die visuell, optisch oder elektronisch die Authentizität des Dokuments validieren. In einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung ist die offenbarende Schicht eine Folie mit zylindrischen Mikrolinsen. Solche Mikrolinsen bieten eine höhere Lichtausbeute und ermöglichen es, Moiré-Muster zu offenbaren, deren Basisbandmuster bei einer höheren Frequenz auf der Basisbandschicht abgebildet sind. In einer vierten Ausführungsform der Erfindung kann die Basisschicht auf einer optisch variablen Vorrichtung reproduziert und durch einen Linienraster offenbart werden, der aus einem teilweise durchsichtigen Träger, zylindrischen Mikrolinsen oder einer Beugungsvorrichtung gebildet wird, die zylindrische Mikrolinsen emuliert.
Die Tatsache, dass die erzeugten Moiré-Muster gegenüber jeglichen mikroskopischen Veränderungen in der Basisschicht und der offenbarenden Schicht hochempfindlich sind, macht jedes gemäss der vorliegenden Erfindung geschützte Dokument äusserst schwer zu fälschen und dient als ein Mittel, um zwischen einem echten und einem gefälschten Dokument zu unterscheiden.
Da die Basisschicht, die gemäss vorliegender Erfindung auf dem Dokument erscheint, wie jedes gerasterte Bild mit einem Standard- oder geringfügig fortgebildeten Druckprozess gedruckt werden kann, fallen in der Herstellung der Dokumente wenige oder keine zusätzlichen Kosten an.
In der vorliegenden Offenbarung werden unterschiedliche Varianten der Erfindung beschrieben, von denen einige zur Verwendung durch die breite Öffentlichkeit offenbart werden (hierunter: „offensichtliche" Merkmale), während andere Varianten versteckt sein können (zum Beispiel ein Satz aus den Sätzen von Basisbändern in einer Basisschicht, die mehrere Sätze von Basisbändern kombiniert) und nur durch die zuständigen Behörden oder durch automatisierte Geräte erkannt werden können (hierunter:„verdeckte" Merkmale).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung kann beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:
1A und 1B einen Raster durchsichtiger Linien bzw. ein 2D-Gitter kreisförmiger Punkte zeigen;
2 die Erzeugung von Moiré-Streifen bei Überlagerung von zwei Linienrastern zeigt (Stand der Technik);
3 Moiré-Streifen und Moiré-Muster zeigt, die durch die Überlagerung eines offenbarenden Linienrasters und einer Basisschicht erzeugt werden, die einen Raster von Linien auf der linken Seite und Basisbänder mit den Mustern „EPFL" auf der rechten Seite enthält;
4 getrennt die Basisschicht von 3 zeigt;
5 getrennt die offenbarende Schicht von 3 zeigt;
6A, 6B und 6C veranschaulichen, wie die Überlagerung eines offenbarenden Linienrasters mit einer schrägen Orientierung und einer waagerechten Basisschicht mit replizierten Basisbandmustern waagerechte Moiré-Muster erzeugt;
7 eine Detailansicht der Überlagerung einer Basisschicht mit replizierten Basisbändern und eines offenbarenden Linienrasters zeigt, dessen Linien unterschiedliche Exemplare der Basisbandmuster abtasten;
8 zeigt, dass die erzeugten Moiré-Muster eine Transformation der ursprünglichen Basisbandmuster sind;
9 die Geometrie der Überlagerung einer Basisbandschicht und einer offenbarenden Linienrasterschicht zeigt;
10 eine vergrösserte Ansicht der Geometrie der Überlagerung der Basisbandschicht und der offenbarenden Linienrasterschicht liefert;
11 eine geringfügig unterschiedliche Ansicht der Geometrie der Überlagerung der Basisbandschicht und der offenbarenden Linienrasterschicht liefert, mit der gezeigt werden kann, dass die erzeugten Moiré-Bandmusterbilder eine lineare Transformation der Basisbandmusterbilder sind;
12A, 12B und 12C die Beziehung zwischen einem Moiré-Muster (12A), einem einzelnen Basisbandmuster (12B) und mehreren innerhalb der Basisschicht befindlichen Basisbändern (12C) veranschaulichen;
13 die Beziehung zwischen Basisbandmuster und Moiré-Muster gemäss dem Verhältnis zwischen der Basisbandperiode und der Periode des offenbarenden Linienrasters zeigt;
14 das Dithering (die Rasterung) eines Bildes mit einer Dithermatrix veranschaulicht, die Basisbandmuster enthält;
15 die Anwendung einer geometrischen Transformation sowohl auf die Basisbandschicht als auch auf die offenbarende Schicht sowie die aus der Überlagerung der beiden Schichten resultierenden krummlinigen Moiré-Muster veranschaulicht;
16 die Basisbandschicht von 15 wiedergibt;
17 die offenbarende Schicht von 15 wiedergibt;
18A und 18B eine mögliche geometrische Transformation zwischen einer ursprünglichen geradlinigen Basisbandschicht (18A) und einer krummlinigen Ziel-Basisbandschicht (18B) zeigen;
19A und 19B die Ähnlichkeit zwischen der Überlagerung einer offenbarenden Schicht und eines krummlinigen Linienrasters nach dem Stande der Technik (19A) und der Überlagerung der gleichen offenbarenden Schicht und einer krummlinigen Basisbandschicht der gleichen geometrischen Auslegung zeigen, die aber die Muster „EPFL" enthält (19B);
20A und 20B die Überlagerung der gleichen Schichten wie in 19A und 19B zeigen, aber bei einer anderen relativen Orientierung zwischen Basisschicht und offenbarender Schicht;
21 die Möglichkeit veranschaulicht, unterschiedliche Moiré-Muster bei unterschiedlichen Orientierungen des offenbarenden Linienrasters zu haben, indem eine Maske die Anordnung eines ersten Satzes von Basisbändern in einer ersten Orientierung und der Maskenhintergrund die Anordnung eines zweiten Satzes von Basisbändern in einer zweiten Orientierung vorgibt;
22 die Möglichkeit zeigt, innerhalb einer Basisschicht mehrere Sätze von Basisbändern zu überlagern, die durch mehrere Orientierungen des offenbarenden Linienrasters offenbart werden können;
23 vier Basisbandmuster, die entsprechenden Basisbänder und eine offenbarende Schicht zeigt;
24 zeigt, wie eine Mehrfachmuster-Basisschicht entworfen werden kann, indem kleine Anteile jedes Basisbandmusters innerhalb der Basisbänder der Mehrfachmuster-Basisschicht ineinander verflochten werden;
25 die gemäss 24 erzeugte Mehrfachmuster-Basisschicht und ihre Überlagerung bei verschiedenen Phasen mit der offenbarenden Schicht von 23 zeigt, wodurch Moiré-Muster erzeugt werden, die eine gleichmässige Vermischung zwischen aufeinander folgenden Basisbandmusterbildern darstellen;
26 die Basisschicht und die offenbarende Schicht wiedergibt, um einen Vergleich zwischen der neu erfundenen Mehrfachmuster-Moiré-Technik und einem Verfahren des Standes der Technik anzustellen, das latente Bilder verwendet;
27 eine Basisschicht, die durch ein Bild realisiert wird, das mit einer Dithermatrix gedithert worden ist, die Mehrfachmuster-Basisbänder enthält, sowie eine offenbarende Schicht wiedergibt, die, wenn sie dem geditherten Bild überlagert wird, Moiré-Muster erzeugt, die gemäss den auf der linken Seite der Figur gezeigten Mustern evolvieren;
28 eine offenbarende Schicht (oben) und eine Basisschicht zeigt, die Basisbandmuster enthält, die gleichmässig von einem Basisband zum folgenden evolvieren und die, wenn sie von der waagerecht verschobenen offenbarenden Schicht überlagert werden, gleichförmig evolvierende Moiré-Muster erzeugen;
29A und 29B schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz optischer Disketten wie CD, CD-ROM und DVD veranschaulichen;
30 schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen veranschaulicht, die in einer Schachtel verpackt sind, die ein gleitendes Teil umfasst;
31 schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz pharmazeutischer Erzeugnisse veranschaulicht;
32 schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen veranschaulicht, die in einer Verpackung angeboten werden, die eine gleitende Vorderseite aus durchsichtigem Kunststoff umfasst;
33 schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen veranschaulicht, die in einer Schachtel mit Klappdeckel verpackt sind;
34 schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen veranschaulicht, die in Flaschen angeboten werden (wie Whisky, Parfums usw.);
35 ein Blockdiagramm eines Gerätes für die Authentifikation von Dokumenten durch Verwendung von Moiré-Mustern veranschaulicht;
36 ein Ablaufdiagramm der Operationen zeigt, die durch Programmmoduln ausgeführt werden, die auf einem Rechensystem ablaufen, das für die Authentifikation von Dokumenten betrieben werden kann.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verfahren zur Authentifikation von Dokumenten durch Verwendung der Moiré-Intensitätsprofile werden von Amidror und Hersch im US-Patent Nr. 6 249 588, seiner Teilfortsetzung US-Patent Nr. 5 995 638 und der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445 sowie von Amidror in der US-Patentanmeldung Nr. 10/183 550 offenbart. Diese Verfahren beruhen auf speziell ausgelegten zweidimensionalen Strukturen (Punktegittern, Pinhole-Gittern, Mikrolinsenstrukturen), die bei ihrer Überlagerung zweidimensionale Moiré-Intensitätsprofile jeder bevorzugten Farbe und Gestalt (wie Buchstaben, Ziffern, Landeswappen usw.) erzeugen, deren Grösse, Ort und Orientierung sich allmählich verändern, während die überlagerten Schichten aufeinander verdreht oder verschoben werden. In Reflexion und mit einer offenbarenden Schicht (in den oben erwähnten Erfindungen als Mastergitter bezeichnet), die durch eine undurchsichtige Schicht mit winzigen durchsichtigen Punkten oder Löchern (z.B. eine Schicht mit winzigen, durchsichtigen Löchern) realisiert wird, ist die reflektierte Lichtmenge zu gering, und daher sind die Moiré-Formen nahezu unsichtbar. Ausserdem besteht in diesen Erfindungen die Basisschicht aus einem Satz (2D-Anordnung) von ähnlichen Punkten (Punktegitter), wobei jeder Punkt einen sehr begrenzten Raum besitzt, in dem eine winzige Form wie ein Buchstabe, eine Ziffer oder ein Logo oder eine sehr kleine Anzahl solcher Formen untergebracht werden müssen. Dieser Raum wird durch die 2D-Frequenz des Punktegitters, d.h. seine beiden Periodenvektoren begrenzt. Je höher die 2D-Frequenz, desto weniger Raum ist für die Unterbringung der winzigen Formen vorhanden, die als 2D-Moiré eine Vergrösserung dieser winzigen Formen liefern, wenn sie mit einem 2D-Gitter aus kreisförmigen Punkten überlagert werden.
Um die Moiré-Muster unter normalen Lichtverhältnissen sichtbar zu machen, d.h. in Reflexion oder in Transmission ohne einen Leuchttisch, offenbaren die gegenwärtigen Erfinder eine neue Kategorie von auf Moiré beruhenden Verfahren, in denen die Basisschicht aus Bändern (Streifen) gebildet wird, die Originalmuster enthalten, während die offen barende Schicht aus einem Raster durchsichtiger Linien besteht. Ein solcher Raster wird in 1A gezeigt, wo die durchsichtigen Linien 11 eine Apertur τ besitzen, während die undurchsichtigen Anteile 10 eine Breite T – τ besitzen. Die Moiré-Muster, die die vergrösserten und transformierten Originalmuster darstellen, sind sehr gut sichtbar, da durch einen Raster durchsichtiger Linien sehr viel mehr Licht hindurchgehen kann als durch ein 2D-Gitter kreisförmiger Punkte. Für einen offenbarenden Linienraster der Periode T und der Apertur τ (1A) beträgt die relative Lichtmenge, die durch den durchsichtigen Teil des Rasters hindurchgehen kann, τ/T. Für einen offenbarenden Raster, der aus einem Punktegitter besteht, d.h. aus waagerecht und senkrecht wiederholten kreisförmigen Punkten mit einer waagerechten und senkrechten Wiederholungsperiode T und mit einem Punktedurchmesser τ (1B), beträgt die relative Lichtmenge, die durch den durchsichtigen Teil des Punktegitters hindurchzudringen vermag, (π/4)·(τ/T)². Wenn man die beiden Verfahren vergleicht, so lässt ein Linienraster (4/π)·(T/τ) mal mehr Licht durch seine Apertur als das entsprechende 2D-Gitter kreisförmiger Punkte. Mit einer Apertur von τ/T = 1/4 geht durch den Linienraster 5,09-mal mehr Licht hindurch als durch das 2D-Gitter kreisförmiger Punkte. Mit einer Apertur von τ/T = 1/6 beträgt das entspechende Verhältnis 7,6, mit einer Apertur von τ/T = 1/10 beträgt das entsprechende Verhältnis 12,7. Man beachte bitte, dass die offenbarten Moiré-Muster desto schärfer sind, je kleiner die Apertur ist.
Es ist aus dem Stande der Technik wohlbekannt, dass die Überlagerung zweier Linienraster Moiré-Streifen erzeugt, d.h. Moiré-Linien, wie sie in 2 gezeigt werden (siehe zum Beispiel K. Patorski, The Moiré Fringe Technique, Elsevier 1993, Seiten 14–16). In der vorliegenden Erfindung dehnen wir das Konzept eines Linienrasters auf Bandraster aus. Ein Band der Breite T1 entspricht einem Linienexemplar eines Linienrasters (der Periode T1) und kann als Originalformen jede Art von Mustern wie Schwarzweissmuster (z.B. typographische Buchstaben), Muster variabler Intensität und Farbmuster enthalten, die dem Band entlang variieren können. Als Beispiele werden in 3 ein Linienraster 31 und der ihm entsprechende Bandraster 32 gezeigt, der in jedem Band die senkrecht komprimierten und gespiegelten Buchstaben EPFL enthält. Bei Offenbarung mit einem offenbarenden Linienraster 33 kann man auf der linken Seite den wohlbekannten Moiré-Streifen 35 und auf der rechten Seite Moiré-Bandmuster 34 (EPFL) beobachten, die eine Vergrösserung und Transformation der in den Basisbändern befindlichen Buchstaben sind. Diese Moiré-Bandmuster 34 haben die gleiche Orientierung und Wiederholungsperiode wie die Moiré-Streifen 35. 4 gibt die Basisschicht von 3, 5 die sie offenbarende Schicht wieder. Die offenbarende Schicht (Linienraster) kann auf einen durchsichtigen Träger photokopiert und auf die Basisschicht gelegt werden. Der Leser kann überprüfen, dass bei einer senkrechten Verschiebung des offenbarenden Linienrasters die Moiré-Bandmuster ebenfalls eine senkrechte Verschiebung erleiden. Bei Verdrehung des offenbarenden Linienrasters erleiden die Moiré-Bandmuster eine Bildscherung, und ihre Gesamtorientierung wird entspechend modifiziert.
3 zeigt ferner, dass die Basisbandschicht (oder genauer ein einzelner Satz von Basisbändern) nur eine durch die Periode T1 gegebene Raumfrequenzkomponente besitzt. Während also der Raum zwischen allen Bändern durch die Periode T1 begrenzt ist, besteht keine räumliche Begrenzung entlang der langen Seite des Bandes. Daher kann eine grosse Anzahl von Mustern, zum Beispiel ein Satz von Text, jedem Band entlang untergebracht werden. Dies ist ein wichtiger Vorteil gegenüber den auf Moiré-Profilen beruhenden Authentifikationsverfahren des Standes der Technik, die auf zweidimensionale Strukturen bauen (US-Patent Nr. 6 249 588, seine Teilfortsetzung US-Patent Nr. 5 995 638, US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445, Amidror und Hersch, und US-Patentanmeldung Nr. 10/183 550, Amidror).
Im Abschnitt „Geometrie von Moirés von Rastern gerader Bänder" zeigen wir, dass eine aus einem Raster gerader Linien (einem Satz transparenter Linien) bestehende offenbarende Schicht als Moiré-Bandmuster eine lineare Transformation der innerhalb der individuellen Bänder befindlichen Originalmuster erzeugt. Diese Transformation umfasst eine Vergrösserung, eventuell eine Spiegelung und eventuell eine Bildscherung der Originalmuster.
6A, 6B und 6C zeigen ein weiteres Beispiel mit einer offenbarenden Schicht schräger Orientierung. 6A gibt den offenbarenden Linienraster wieder. Er kann auf ein Diapositiv kopiert und als die offenbarende Schicht verwendet werden, die auf den in 6B gezeigten Basisbandraster gelegt werden soll. 6C zeigt die Moiré-Muster („1 2 3"), die erzeugt werden, wenn der Basisbandraster und der offenbarende Linienraster übereinander gelegt werden. Ein einzelnes waagerechtes Basisband wird oben in 6B gezeigt.
Durch Verdrehung der offenbarenden Schicht kann man sehen, wie die Gestalt der Moiré-Muster modifiziert wird. Durch die Verdrehung der offenbarenden Schicht wird der Winkel und daher die Transformation zwischen der Originalgestalt und der Moiré-Gestalt modifiziert, was eine Transformation ergibt, die eine Orientierungsänderung des Moiré-Bandes und eine Bildscherung des Moiré-Musters umfasst.
Wir beschreiben zuerst die Geometrie der Moirés, die durch die Überlagerung einer aus geraden Basisbändern bestehenden Basisschicht und einer aus einem geraden Linienraster bestehenden offenbarenden Schicht gewonnen werden. Dann erklären wir, wie durch Anwendung geometrischer Transformationen auf die Basisschicht und eventuell auf die offenbarende Schicht krummlinige Moirés gewonnen werden können.
Man bemerke, dass alle Zeichnungen, in denen Basisbandmuster und offenbarende Linienrasterschichten gezeigt werden, stark vergrössert sind, um ein Photokopieren der Zeichnungen und eine Überprüfung des Aussehens der Moiré-Muster zu erlauben. In echten Sicherheitsdokumenten sind die Basisbandperioden (T1) und die Perioden der offenbarenden Linienraster (T2) aber viel kleiner, wodurch es sehr erschwert oder unmöglich gemacht wird, mit Standardkopierern oder Desktopsystemen Kopien der Basisbandmuster herzustellen.
Terminologie
Der Ausdruck „Sicherheitsdokument" bezieht sich auf Banknoten, Schecks, Treuhandinstrumente, Wertpapiere, Identitätskarten, Pässe, Reisedokumente, Tickets usw. Er bezieht sich auch auf wertvolle Artikel (wie optische Disketten, CD, DVD, Softwarepakete, medizinische Erzeugnisse usw.), die durch eine Sicherheitsvorrichtung geschützt werden müssen. Eine Sicherheitsvorrichtung ist ein Mittel, das erlaubt, die Authentizität eines wertvollen Gegenstandes zu überprüfen. Allgemein wird eine Sicherheitsvorrichtung in ein Dokument, eine Verpackung eines wertvollen Artikels oder in den wertvollen Artikel selbst eingebaut.
Der Ausdruck „Bild" kennzeichnet für verschiedene Zwecke verwendete Bilder wie Illustrationen, Grafik und Ziermuster, die auf verschiedenen Medien wie Papier, Anzeigen wiedergegeben werden, oder optische Medien wie Hologramme, Kinegramme usw. Bilder können einen einzelnen Kanal (d.h. Grau oder eine einzelne Farbe) oder aber mehrere Kanäle (z.B. RGB-Farbbilder) besitzen. Jeder Kanal umfasst eine gegebene Anzahl von Intensitätsniveaus, z.B. 256 Niveaus. Mehrintensitätenbilder wie z.B. Graustufenbilder werden oft als Bytemaps bezeichnet. Hierunter werden Zweiniveaubilder (z.B. Intensität „0" für Schwarz und Intensität „1" für Weiss) Bitmaps genannt.
Gedruckte Bilder können mit Standardfarben (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, allgemein durch Tinten oder Toner verkörpert) oder Sonderfarben (d.h. Farben, die sich von den Standardfarben unterscheiden), zum Beispiel fluoreszierenden Farben (Tinten), ultravioletten Farben (Tinten) wie auch allen anderen Spezialfarben wie Metallic- oder irisierenden Farben (Tinten) gedruckt werden.
Der Ausdruck „Moiré-Musterbild" oder einfach „Moiré-Bild" kennzeichnet die Moiré-Muster, die durch die Überlagerung einer aus Basisbändern bestehenden Basisschicht (auch als Basisbandschicht bezeichnet) und eines Linienrasters als der offenbarenden Schicht erzeugt werden. Die Ausdrücke „Moiré-Band" oder „Moiré-Bandmuster" zeigen an, dass die betrachteten Moiré-Muster durch die Überlagerung einer aus Basisbändern bestehenden Basisschicht und einer aus einem Raster von Linien bestehenden offenbarenden Schicht erzeugt werden.
Die Basisschicht kann mehrere unterschiedliche Sätze von Basisbändern umfassen. Unterschiedliche Sätze von Basisbändern sind dadurch gekennzeichnet, dass sie unterschiedliche geometrische Auslegungen besitzen, z.B. können sich ihre Orientierungen, Periode oder die geometrische Transformation, die die Auslegung eines Satzes krummliniger Basisbänder kennzeichnen, ändern. Die Ausdrücke „Satz von Basisbändern" und „Basisbandraster" sind gleichwertig.
In der vorliegenden Erfindung verwenden wir den Ausdruck „Linienraster" generisch; ein Linienraster kann mit einem Satz durchsichtiger Linien (z.B. 1A, 11) auf einem undurchsichtigen oder teilweise undurchsichtigen Träger (z.B. 1A, 10), mit zylindrischen Mikrolinsen oder mit Beugungsvorrichtungen, die wie zylindrische Mikrolinsen wirken, realisiert werden. Manchmal verwenden wir den Ausdruck „Raster von Linien" statt des Ausdrucks „Linienraster". In der vorliegenden Erfindung sollten diese beiden Ausdrücke als gleichwertig betrachtet werden.
In der Literatur sind Linienraster allgemein ein Satz paralleler Linien, wo der durchsichtige (oder weisse) Teil (2) die halbe volle Breite ist, d.h. mit einem Verhältnis von τ/T = 1/2. In der vorliegenden Erfindung wird, was die als offenbarende Schichten verwendeten Linienraster betrifft, die relative Breite des durchsichtigen Teils (die Apertur) allgemein kleiner als 1/2 sein, zum Beispiel 1/3, 1/5, 1/8 oder 1/10. Wenn der Linienraster durch eine optische Vorrichtung wie zylindrische Mikrolinsen oder durch als zylindrische Mikrolinsen wirkende optische Vorrichtungen realisiert wird, kann eine noch kleinere relative Abtastbreite gewählt werden.
In der vorliegenden Erfindung nehmen wir an, dass die Basisbänder und Linienraster geradlinig, d.h. aus geraden Bändern und geraden Linien gebildet, oder krummlinig, d.h aus gekrümmten Bändern und gekrümmten Linien gebildet, sein können. Ausserdem brauchen die Raster von Linien nicht aus durchgehenden Linien zu bestehen. Ein offenbarendes Linienraster kann aus unterbrochenen Linien bestehen und dennoch in der Lage sein, Moiré-Bandmuster zu erzeugen.
Der Ausdruck „Drucken" ist nicht auf einen herkömmlichen Druckprozess wie die Abscheidung einer Tinte auf einem Substrat beschränkt. Hierunter besitzt er eine breitere Bedeutung und umfasst jeden Prozess, der es ermöglicht, auf einem Substrat ein Muster zu erzeugen oder ein latentes Bild darauf zu überragen, zum Beispiel Gravur, Photolithographie, Belichtung lichtempfindlicher Medien, Ätzen, Perforieren, Prägen, thermoplastische Aufzeichnung, Folientransfer, Tintenstrahl, Farbsublimation usw.
Die Geometrie von Moirés von Rastern gerader Bänder
Das in 7 gegebene Beispiel zeigt im Einzelnen, dass die Überlagerung einer Basisbandschicht 71 mit der Basisbandperiode T1 und einer offenbarenden Linienrasterschicht 72 mit der Linienperiode T2 Moiré-Bandmuster 73 erzeugt, die ein transformiertes Exemplar der in den Basisbändern befindlichen Muster (Dreiecke) sind, wobei die Transformation eine Vergrösserung umfasst. Da das offenbarende Linienraster eine grössere Periode 72 als die Basisbandperiode T1 besitzt, tastet es unterschiedliche Exemplare von Basisbanddreiecken bei aufeinanderfolgend unterschiedlichen Positionen innerhalb der Basisbänder 74 ab.
8 zeigt, dass die Moiré-Muster eine Transformation der ursprünglichen Basisbandmuster 81 sind, die sich in der vorliegenden Ausführungsform innerhalb jeder Wiederholung der Basisbänder 82, 83, ... der Basisbandschicht befinden. Innerhalb individueller Bänder ausgelegte Muster brauchen nicht repetitiv zu sein. Das Beispiel 81 eines einzelnen Basisbandes enthält nicht repetitive Muster. Im allgemeinen Fall sollten die in aufeinanderfolgende Basisbänder eingebauten Muster ähnlich sein, um Moiré-Muster zu erzeugen, die eine Transformation (einschliesslich einer Vergrösserung) der Basisbandmuster sind.
Durch rein geometrische Betrachtungen kann man die Transformationen zwischen den individuellen Bändern B₀, B₁, B₂, ..., die die Originalmuster (den ursprünglichen Basisbandraum) enthalten, und dem x–y-Raum ableiten, wo das Moiré erscheint (dem Moiré-Raum). Zu diesem Zweck betrachte man die in 9 beschriebene Geometrie.
Jeder individuelle Streifen B_i des Bandrasters B₀, B₁, B₂, ... ist durch ein Band der Periode T1 gegeben. Ohne Verlust an Allgemeingültigkeit nehmen wir der Erklärung halber an, dass Basisbänder waagerecht, d.h. ihre Grenzen parallel zur x-Achse sind.
Für die jetzige geometrische Erklärung nehmen wir an, dass aufeinander folgende waagerechte Bänder B₀, B₁, B₂, ... einfach versetzte Wiederholungen des Basisbandes B₀ sind. Im vorliegenden Fall (9) ist die Translation senkrecht zur Bandorientierung, und der entsprechende Translationsvektor ist (0, T1).
Die offenbarende Schicht besteht aus einem Raster einzelner Linien (die Impulse genannt werden, wenn ihre Breite unendlich klein wird, siehe R. N. Bracewell, Two Dimensional Imaging, Prentice Hall, 1995, Seiten 120–122, 125–127). Einzelne Linien L₀, L₁, L₂, ... sind durch ihre Liniengleichung definiert: y = (tanθ)x + k·(T2/cosθ), (Gl. 1)wo k eine ganze Zahl ist, die den Index der Linie L_k angibt. Diese Linien haben eine Neigung von tanθ, wobei θ der Winkel zwischen diesen Linien und dem Basislinienraster ist. Ohne Verlust an Allgemeingültigkeit nehmen wir an, dass sich der Ursprung des x–y-Koordinatensystems am Schnittpunkt zwischen der Untergrenze des Bandes B₀ und dem Linienimpuls L₀ befindet (9).
10 zeigt, dass aufeinander folgende Linien L₀, L₁, L₂, ... des offenbarenden Linienrasters innerhalb des Parallelogramms P₀' der Basisschicht verschiedene Bänder B₀, B₁, B₂, ... abtasten. Da die senkrechten Bänder Replikate des Bandes B₀ sind, tastet der offenbarende Linienraster verschiedene (replizierte) Exemplare der gleichen Basisbandmuster ab.
Betrachten wir das durch den Schnittpunkt der Linien L₀ und L₁ (10) mit dem Basisrasterband B₀ definierte Parallelogramm P₀.
Das Liniensegment l₀₁ der das Band B₁ schneidenden Linie L₁ tastet den gleichen Raum ab wie seine versetzte Version l₀₁' im Band B₀. Das Liniensegment l₀₂ der das Band B₂ schneidenden Linie L₂ tastet den gleichen Raum ab wie seine versetzte Version l₀₂' im Band B₀, usw.
Daher tasten aufeinander folgende Liniensegmente l_0j der das Band B_j schneidenden Linien L_j den gleichen Raum ab wie ihre versetzten Versionen l_0j'. Dadurch wird ein lineares Mapping zwischen dem Parallelogramm P₀' und dem innerhalb des Bandes B₀ gelegenen Parallelogramm P₀ etabliert.
Ähnlich existiert, wie in 11 gezeigt, ein lineares Mapping zwischen dem Parallelogramm P_-1 und dem Parallelogramm P_-1', dem Parallelogramm P₀ und dem Parallelogramm P₀', dem Parallelogramm P₁ und dem Parallelogramm P₁' usw. Die das Band B₀ bildenden Parallelogramme werden auf Parallelogramme abgebildet, die das Band B₀' bilden. In ähnlicher Weise werden die das Band B₁ bildenden Parallelogramme Q_i auf Parallelogramme Q_i' abgebildet, die das Band B₁' bilden, und so fort für alle Bänder.
Dadurch wird ein lineares Mapping (hier ein affines Mapping) von der den Basislinienraster umfassenden x–y-Ebene auf die das Moiré umfassende x_m–y_m-Ebene etabliert. Parameter a, b, c, d der Transformation
werden durch Erzwingen des Mappings des festen Punktes (λ, T1) → (λ, T1) und des Punktes (x_i, 0) → (x_i, T1) gewonnen (siehe 10). Diese Parameter sind a = 1, b = 0, c = T1/xi und d = (xi – λ)/xi, (Gl. 3)wo λ = T1/tanθ. x_i ist die x-Koordinate des Schnittpunktes von L₁ mit der Obergrenze des Bandes B₀, d.h. x_i ist durch den Satz von Gleichungen y = (tanθ)x + (T2/cosθ) y = T1 (Gl. 4)gegeben. Nach x auflösend, finden wir xi = (T1/tanθ) – (T2/sinθ), wenn θ < > 0 (Gl. 5)
Man erinnere sich, dass Bänder B₁, B₂, ... versetzte Replikate des Bandes B₀ sind. Daher sind die Moiré-Bänder B₁', B₂', ... (11) ebenfalls Replikate des Moiré-Bandes B₀'.
9 zufolge wird das Parallelogramm P₀ auf das Parallelogramm P₀' im Moiré-Band B₀' und gleichzeitig auf das Parallelogramm P₀'' im Moiré-Band B_-1' abgebildet. Daher ist das Moiré-Band B₀' durch (0, h) bezüglich des Moiré-Bandes B_-1' versetzt, wobei zufolge 10
Dank der linearen Mapping-Eigenschaft liefern winzige, visuell signifikante Muster, die sich innerhalb der individuellen replizierten Bänder befinden, über die die offenbarende Schicht gelegt wird, ihre gescherten, vergrösserten und eventuell gespiegelten Originalmuster als Moiré-Bandmuster.
Wenn die offenbarende Schicht aus Linien besteht, die Linienimpulse sind, ist theoretisch das Moiré-Bandbild eine abgetastete und transformierte Version der innerhalb der individuellen Bänder befindlichen Muster. In praktischen Anwendungen ist aber der Raster von Linien eine Rechteck-Funktion mit einer Apertur von τ/T1 ([Amidror00), Seite 21). Ein solcher Raster von Linien, wenn als offenbarende Schicht verwendet, erzeugt Moiré-Muster, die eine transformierte Tiefpassversion der innerhalb der individuellen Basisbänder befindlichen Originalmuster sind.
Man kann auch den Inhalt eines Bandes B_i bezüglich des ihm vorausgehenden Bandes B_i-1 durch einen Wert s₁ geringfügig verschieben. Dies hat die Wirkung, den Ort von l₀₁' um s₁, den Ort von l₀₁' um 2·s₁ usw. waagerecht zu verschieben. Das liefert ein anderes lineares Mapping, dessen Parameter einer ähnlichen Näherung folgend wie oben beschrieben berechnet werden können.
Bei einer Rotation der offenbarenden Schicht modifizieren wir den Winkel θ, und die lineare Transformation verändert sich entsprechend. Bei einer Translation der offenbarenden Schicht modifizieren wir nur den Ursprung des Koordinatensystems. Die Moiré-Muster bleiben bis auf eine Translation identisch.
Im speziellen Fall, wenn der Bandraster (die Basisschicht) und die offenbarende Schicht die gleiche Orientierung besitzen, θ = 0 (und unter der Annahme, dass keine Translation zwischen aufeinander folgenden waagerechten Bändern vorliegt, d.h. s₁ = 0), sind die Moiré-Muster einfach eine senkrecht skalierte Version der in die replizierten Basisbänder eingebetteten Muster, wobei der senkrechte Skalierfaktor T2/(T2 mod T1) ist. Durch einfache algebraische und trigonometrische Manipulationen kann man leicht überprüfen, dass für θ = 0 und T1 < T2 < 2·T1 die Parameter in Gl. 3 durch c = 0 und d = T2/(T2 – T1) gegeben sind.
13 veranschaulicht ein senkrechtes Skalierbeispiel. 13, 130 zeigt eine Folge von Basisbändern mit einer Periode T1, die einen senkrecht reduzierten Buchstaben „P" enthalten. In den vorliegenden Beispielen wird die Periode T2 der offenbarenden Schicht modifiziert. Drei Fälle können betrachtet werden. Wenn das Verhältnis T2/T3 kleiner als 1 ist, sind die Moiré-Muster gespiegelte und skalierte Basisbandmuster. In 13, 131 ist das Verhältnis von T2a/T1 = 0,95. Daher ist der Skalierfaktor d = 1/(1 – T1/T2) gegeben durch 1/(1 – 1/0,95) = –19. Die Moiré-Muster (132) sind das gespiegelte Bild der Basisbandmuster (d < 0). Bei T1 = T2 (133) offenbart die offenbarende Schicht genau den gleichen Teil jedes Basisbandes, und der Skalierfaktor ist unendlich. Wenn das Verhältnis von T2/T1 grösser als 1 ist, sind die Moiré-Muster die skalierten Basisbandmuster. In 13, 134 ist das Verhältnis T2c/T1 = 1.05. Daher beträgt der Skalierfaktor d = 20. Die Moiré-Muster (135) sind die mit einen Faktor von 20 skalierten Basisbandmuster.
Bei einem Verhältnis T2/T1 von weniger als 1, d.h. T2 < T1 (13, 136) werden die Basisbandmuster durch mehrere offenbarende Linien der offenbarenden Schicht abgetastet, und die ihnen entsprechenden, offenbarten Moiré-Muster sind daher genauer. In diesem Falle können wir gespiegelte Basisbandmuster erzeugen. Gespiegelte Basisbandmuster sind schwerer wahrnehmbar und können daher leichter verborgen werden (siehe Abschnitt „Kombinierte Moiré-Bänder mehrfacher Orientierung").
Erzeugung von Bandmustern
In 9 enthält die Basisschicht den Bandraster B₀, B₁, B₂, ... und die offenbarende Schicht den offenbarenden Linienraster L₀, L₁, L₂. Das über Basisbänder B₁, ... B₆ replizierte Parallelogramm P₀ ergibt das Moiré-Parallelogramm P₀'. Durch Replizieren des Parallelogramms P₀ über Basisbänder B_-1, ... B_-6 wird das Moiré-Parallelogramm P₀'' erhalten. In ähnlicher Weise wird durch Replizieren des Parallelogramms P₁ über Basisbänder B_-1, ... B_-6 das Moiré-Parallelogramm P₁' erhalten, Replizieren über Basisbänder B_-1, ... B_-6 liefert das Moiré-Parallelogramm P₀''. Aufeinander folgende Parallelogramme des Basisbandes B₀ decken aufeinander folgende Moiré-Parallogramme ab.
Da die Vorwärtstransformation von Streifenmustern zu Moiré-Mustern bekannt ist, wird durch die Umkehrung der Matrix von Gl. 2 die umgekehrte Transformation von Moiré-Mustern zu Bandmustern vorgegeben. Für die umgekehrte Transformation erhalten wir:
Die Parameter sind: p = 1, q = 0, r = T1/(λ – x_i) und s = x_i/(x_i – λ).
Die umgekehrte Transformation kann für die Konzeption von Mustern nützlich sein, die in den Basisbändern erzeugt werden sollen, um bei Überlagerung mit der offenbarenden Schicht die gewünschten Moiré-Muster bei einem gegebenen Winkel zwischen der Basisschicht und der offenbarenden Schicht zu erzeugen.
Um die Basisschicht und die offenbarenden Schichten zu definieren, muss man mit dem Wissen, dass die Basisbandparallelogramme P_i auf die Moiré-Bandparallelogramme P_i' und P_i'' abgebildet werden, die Moiré-Muster definieren, die innerhalb der Moiré-Bänder visualisiert werden sollten. Die Auslegung der Moiré-Bandmuster und der ihnen entsprechenden Basisbandmuster beeinflusst die Auswahl der Basisbandperiode T1, der Periode T2 des offenbarenden Linienrasten und des bevorzugten Winkels θ. Gute Ergebnisse werden mit Perioden T1 und T2 erhalten, die nur um einen kleinen Prozentsatz variieren (z.B. 5 bis 10 %). Der Winkel θ sollte klein sein, allgemein kleiner als 30°.
Basisbandmuster mit zwei Niveaus können leicht durch Standardsoftware wie Adobe Illustrator oder Adobe Photoshop erzeugt werden. Basisbandmuster können auch eingescannte und eventuell editierte Bitmaps enthalten, die die gewünschten repetitiven oder nicht repetitiven Muster enthalten.
Basisbandmuster variabler Intensität können erzeugt werden, indem in jedes Basisband ein gedithertes Bild, schwarzweiss oder farbig, eingesetzt wird. Die resultierenden Moiré-Muster werden dann ebenso ein Bild variabler Intensität sein, entweder schwarzweiss oder farbig.
12A, 12B und 12C veranschaulichen die Auslegung der Basisbandmuster, nachdem ein erwünschtes nicht triviales Moiré-Musterbild definiert und die bevorzugte Orientierung des offenbarenden Linienrasters gewählt worden ist. Gemäss 9 werden Moiré-Parallelogramme P_i' (121 in 12A) auf Basisbandparallelogramme P_i (122 in 12B) abgebildet. Die in Gl. 2 gegebene Vorwärtstransformation beschreibt das Mapping der Basisbandparallelogramme (12B) auf die Moiré-Bandparallelogramme im Moiré-Bildraum (12A). 12C zeigt einen Teil der aus einer Wiederholung des in 12B gezeigten Basisbandes bestehenden Basisschicht.
Um ein Basisband aufzubauen, das in der Lage ist, ein erwünschtes Moiré-Bandmusterbild zu liefern (12A), wird das Basisbandbild (Bytemap oder Bitmap) Pixel um Pixel und Abtastlinie um Abtastlinie überstrichen. Bei jedem Pixel können das laufende Basisbandparallelogramm P_i (z.B. 122) und das Moiré-Bandparallelogramm P_i' (z.B. 121) identifiziert werden. Der Vorwärtstransformation zufolge wird das entsprechende Pixel im entsprechenden Moiré-Parallelogramm P_i' geortet und seine Intensität eventuell durch Interpolation zwischen benachbarten Pixels gewonnen. Diese Intensität wird der laufenden Basisbandpixelintensität zugeordnet. Dieser Algorithmus erzeugt ein einzelnes Basisband (12B). Durch vertikales Replizieren des Basisbandes erzeugt man den Basisbandraster (12C).
Dieser Algorithmus kann optimiert werden, indem ein gemäss Gl. 2 berechneter Verschiebungsvektor im Moiré-Bandbild einer waagerechten Einheitsverschiebung des Pixels im Basisband zugeordnet wird. Eine waagerechte Abtastung des Basisbandes entspricht im Moiré-Bandbild (12A) einer schrägen Abtastung gemäss dem berechneten Verschiebungsvektor. Nach Erreichen einer der senkrechten Grenzen des Moiré-Bandbildes, die durch seine Höhe h gegeben ist, ist die Folgeposition die laufende Position modulo the Höhe h des Moiré-Bandparallelogramms (wegen der Berechnung von h siehe Gl. 6).
12A zeigt nur ein Exemplar der erzeugten Moiré-Muster. Mit vielen senkrecht replizierten Basisbändern gewinnt man senkrecht mehrere Exemplare des in 12A gezeigten Moiré-Musters. Um seitliche Replikate des Moiré-Musters zu gewinnen, muss das in 12B gezeigte Basisbandmuster waagerecht entlang der Basisbänder repliziert werden. Man kann sich aber auch dafür entscheiden, unterschiedliche Moiré-Muster links und rechts von dem in 12A gezeigten Moiré-Muster zu haben. Das würde bedeuten, dass die entsprechenden, unterschiedlichen Basisbandmuster zur Linken und Rechten des in 12B gezeigten Musters eingesetzt werden müssten.
Um eine starke Sicherheit gegen Fälschungsversuche zu bieten und gleichzeitig schöne Sicherheitsdokumente zur Verfügung zu stellen, kann man ein über dem Dokument ausgelegtes Gesamtbild (Grauskala oder Farbe) mit einem besonderen Mikrostrukturmuster rastern, das in jedes Band der Basisschichten eingepasst wird. Zu diesem Zweck kann man das in der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227, Images and security documents protected by microstructures, Erfinder R. D. Hersch, E. Forler, B. Wittwer, P. Emmel, beschriebene Verfahren verwenden. Diese Erfindung lehrt, wie Mikrostrukturmuster synthetisiert werden, aus denen ein Gesamtbild synthetisiert wird. Aus einer gegebenen Bitmap-Darstellung der erwünschten Mikrostrukturmuster erzeugt dieses Verfahren eine komplexe Dithermatrix, die die Mikrostrukturmuster enthält. Die Dithermatrix wird dann verwendet, um das Gesamtbild zu dithern und die Basisschicht zu erzeugen. Im resultierenden, geditherten Bild hat eine solche Dithermatrix die Wirkung, die Dicken der individuellen Mikrostrukturmuster in Übereinstimmung mit den entsprechenden lokalen Intensitäten innerhalb des Gesamtbildes zu modifizieren.
Dithermatrizen, die Mikrostrukturmuster enthalten, können aber auch mit anderen Mitteln synthetisiert werden. Oleg Veryovka und John Buchanan zeigen in ihrem Aufsatz „Tex ture-based dither matrices", Computer Graphics Forum, Band 19, Nr. 1, Seiten 51–64, wie eine Dithermatrix aus einer willkürlichen Grauskalentextur oder einem willkürlichen Grauskalenbild aufgebaut werden kann. Sie wenden Histogrammabgleich an, um eine gleichförmige Verteilung der Ditherschwellenniveaus sicherzustellen. Das Grauskalenbild kann aus Bitmapmustern gewonnen werden, indem einfach ein Tiefpassfilter auf die Bitmapmuster gelegt wird. Das Ergebnis ist von geringerer Qualität als das in der US-Patentanmeldung 09/902 227 vorgeschlagene Verfahren, aber kann für einfache Muster funktionieren.
Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung einer Dithermatrix, die die erwünschten Basisbandmuster enthält, besteht darin, eine Dithermatrix zu erzeugen, die die Intensitäten des Musters (Vordergrund) bzw. des Musterhintergrundes je nach der zu reproduzierenden lokalen Bildintensität modifiziert. Um eine solche Dithermatrix zu erzeugen, betrachten wir die Basisbandmuster als eine Maske und modifizieren die Werte einer Standard-Dithermatrix, zum Beispiel einer Dithermatrix, die kleine gehäufte Punkte erzeugt (siehe H. R. Kang, Digital Color Halftoning, SPIE Press, 1999, Seiten 214–225). Man kann sich dafür entscheiden, die Ditheranfangswerte innerhalb der Basisbandmustermaske so zu skalieren und eventuell zu verschieben, dass sie in den ersten Teil einer Unterteilung (z.B. die Hälfte) des ganzen Ditherwertebereiches hineinpassen, die Ditherwerte ausserhalb der Maske aber so, dass sie in den zweiten Teil der Unterteilung (z.B. die Hälfte) des ganzen Ditherwertebereiches hineinpassen. Eine solche modifizierte Dithermatrix, die Basisbandmuster enthält, wird in 14, 144 gezeigt. Ein entsprechender Teil des geditherten Basisbandes des Gesamtbildes wird in 14, 146 gezeigt. Bei dunklen Tönen ist das Muster schwarz, der Musterhintergrund ist dunkel. Bei Zwischentönen ist das Muster nahezu schwarz, während der Musterhintergrund nahezu weiss ist. Die Unterteilung des ganzen Ditherwertebereichs kann den relativen Flächen des Musters (Vordergrund) und des ihm entsprechenden Musterhintergrundes proportional sein.
Als eine Veranschaulichung des Ergebnisses zeigt 14, 141 ein Gesamtbild, 142 stellt die Bitmap dar, die die Mikrostrukturmuster enthält, 144 zeigt eine Vergrösserung der modifizierten Dithermatrix, die in ein einzelnes Basisband eingepasst worden ist und die Basisbandmuster (die Mikrostruktur) enthält, 145 zeigt die resultierende geditherte Basis bandschicht. Die Basisschicht ist das geditherte Gesamtbild, seine Basisbänder enthalten die Mikrostrukturmuster. Der Ditherprozess erzeugt die Mikrostrukturmuster innerhalb jedes individuellen Basisbandes. Im vorliegenden Fall unterscheiden sich die Basisbänder voneinander in der Intensität der Muster oder in der Intensität ihres Hintergrundes. Man kann auch eine Dithermatrix erzeugen, die eine Dickenmodifikation (gemäss der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227) mit einer Modifikation der Werte der Mustervordergrund- bzw. -hintergrundintensität kombiniert.
Man kann auch Farbmuster in den Basisbändern innerhalb eines Gesamtbildes durch das Farbdifferenzverfahren erzeugen, das in der europäischen Patentanmeldung Nr. 99 114 740.6 (Erfinder R. D. Hersch, N. Rudaz, eingereicht am 28. Juli 1999, Eigentümer Orell-Füssli und EPFL) und im Aufsatz von N. Rudaz und R. D. Hersch, Protecting identity documents with a just noticeable microstructure, Conf. Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques IV, 2002, SPIE-Band 4677, Seiten 101–109, offenbart wird.
Krummlinige Moiré-Bänder
Zusätzlich zu periodischen Moiré-Bandmustern kann man auch interessante krummlinige Moiré-Bandmuster erzeugen. Aus der Fourieranalyse von geometrisch transformierten periodischen Strukturen [Amidror98] ist bekannt, dass das Moiré in der Überlagerung von zwei geometrisch transformierten, periodischen Schichten eine geometrische Transformation des Moirés ist, das zwischen den ursprünglichen periodischen Schichten gebildet wird.
Um krummlinige Moiré-Bandmuster vorzugeben, betrachten wird nach [Amidror98] eine geometrische Transformation g₁(x,y) zwischen einem krummlinigen Linienraster r₁(x,y) und dem ihm entsprechenden periodischen Originallinienraster p₁(x'), d.h. r₁(x,y) = p(g(x,y)). Mit den gleichen Koeffizienten c_m wie in der Fourier-Reihenentwicklung von p(x') haben wir
Wir betrachten auch die geometrische Transformation g₂(x,y) zwischen einem offenbarenden krummlinigen Linienraster r₁(x,y) und dem ihm entsprechenden periodischen offenbarenden Originallinienraster p₂(x'):
Die Koeffizienten c_m und c_n sind die Koeffizienten der Fourier-Reihenentwicklung des periodischen geraden Originallinienrasters p₁(x') und des offenbarenden periodischen geraden Linienrasters p₂(x').
Dann ist die Überlagerung zwischen dem krummlinigen Linienraster r₁(x,y) und der eventuell krummlinigen offenbarenden Schicht r₂(x,y) gegeben durch:
Erscheinende Moirés m(x,y) sind durch partielle Summen in Gl. 8 gegeben, d.h. durch Kombinationen ganzzahliger Vielfacher bestimmter (m,n)-Glieder. Solche Kombinationen bilden z·(k₁, k₂)-Glieder (mit z einer ganzen Zahl):
Jede Kombination von (k₁, k₂) bezeichnet ein anderes Moiré. Die sichtbarsten Moirés sind diejenigen mit niedrigen Werten von (k₁, k₂), z.B. (1, –1).
Gleichung 11 definiert die Geometrie von krummlinigen Linienmoirés (k₁, k₂). Um krummlinige Moiré-Bänder zu erzeugen, die Muster variierender Gestalt enthalten, ersetzen wir den krummlinigen Linienraster durch die ihm entsprechende krummlinige Basisbandschicht. Dies erfolgt, indem der repetitive periodische Originiallinienraster durch die ihm entsprechende periodische Basisbandschicht ersetzt wird und indem die Muster, die als Moiré-Muster offenbart werden sollen, in die Bänder hinein erzeugt werden. Die Transformation g₁(x,y) erlaubt es, die krummlinige Basisbandschicht (z.B. durch erneute Abtastung) zu erzeugen. In ähnlicher Weise erlaubt es die Transformation g₂(x,y), den krummlinigen offenbarenden Linienraster zu erzeugen. Die Transformation g₂(x,y) kann entfallen, wenn man als die offenbarende Schicht einen geraden Linienraster haben möchte.
15 gibt ein Beispiel einer krummlinigen Basisbandschicht, die das Wort „EPFL" enthält, das durch einen krummlinigen Linienraster offenbart wird. Die krummlinige Basisbandschicht wie auch der krummlinige offenbarende Raster (x,y-Raum) werden aus den entsprechenden geradlinigen Rastern (x',y'-Raum) durch eine Transformation x' = g_x(x,y), y' = g_y(x,y) des Typs: x' = excosy (Gl. 12) y' = ex siny (Gl. 13)erhalten. Um die krummlinige Basisbandschicht r₁(x,y) zu erzeugen, wird der krummlinige Basisbandschichtenraum Pixel um Pixel und Abtastlinie um Abtastlinie überstrichen. Bei jedem Pixel wird die entsprechende Position (x',y') = g₁(x,y) im ursprünglichen Raum aufgefunden und seine Intensität (eventuell durch Interpolation benachbarter Pixel) dem laufenden krummlinigen Basisbandschichtenpixel r₁(x,y) zugeordnet. 16 gibt die entsprechende Basisbandschicht wieder, 17 gibt den offenbarenden Linienraster wieder, der auf einen durchsichtigen Träger photokopiert werden kann. Wenn der offenbarende Linienraster auf die krummlinige Basisbandschicht gemäss 15 gelegt und der offenbarende Linienraster auf der krummlinigen Basisbandschicht verdreht wird, kann man eine Drehung und eine Verbiegung des Moiré-Bandes wie auch eine Verformung der Moiré-Gestalt beobachten.
Die Schritte, die ausgeführt werden müssen, um eine Basisschicht und eine offenbarende Schicht zu erzeugen, die ein attraktives krummliniges Band-Moiré liefern, sind wie folgt:

1. Prüfe Beispiele krummliniger Moiré-Linien zwischen zwei krummlinigen Linienrastern oder zwischen einem krummlinigen und einem geraden Linienraster wie den bei G. Oster, The Science of Moiré Patterns, Edmund Scientific, 1969, oder in [Armidror00, Seiten 353–360] beschriebenen.
2. Wähle aus den Beispielen einen krummlinigen Linienraster oder einen Abschnitt davon als Basisbandschicht und entweder einem krummlinigen oder einen geraden Linienraster als die offenbarende Schicht. Bestimme die mathematische Funktion, die es erlaubt, die krummlinige Basisschicht zu erzeugen.
3. Betrachte die einzelnen krummlinigen Bänder der Basisschicht und ersinne eine Transformation zwischen diesen krummlinigen Bändern und den Basisbändern eines geraden Bandrasters.
4. Erzeuge je nach den Möglichkeiten der ursprünglichen Druck- oder Bildtransfervorrichtung innerhalb des geraden Bandrasters Muster mit unterschiedlichen Formen, Intensitäten und/oder Farben. Die Muster können ein Binärbild, ein Grauskalenbild, ein Farbbild oder eine Dithermatrix sein.
5. Benutze die Transformation zwischen krummlinigen Basisbändern und den Basisbändern eines geraden Basisbandrasters, um das benannte Muster in die krummlinigen Basisbänder abzubilden. Im Falle einer Dithermatrix benutze die Transformation, um für Positionen innerhalb des krummlinigen Basisbandrasterraumes die Dithermatrixniveaus zu erhalten, die mit den entsprechenden Positionen innerhalb der Dithermatrix verbunden sind.
6. Überprüfe mit dem (krummlinigen oder geraden) offenbarenden Linienraster die Gestalt des resultierenden Moiré-Bildes. Die Moiré-Muster sind ein vergrössertes und transformiertes Exemplar der Basisbandmuster. Einige Transformationen zwischen Basisbandmustern und Moiré-Mustern ergeben visuell gefällige, andere Transformationen aber können visuell unangenehme Ergebnisse liefern. Durch eine Modifikation der die Basisschicht beherrschenden Parameter, der die offenbarende Schicht beherrschenden Parameter sowie der relativen Position und Orientierung von Basis- und offenbarender Schicht kann die Transformation und daher das resultierende Moiré-Musterbild modifiziert werden. Das Ziel besteht darin, ein Moiré-Musterbild von gutem visuellem Eindruck und hohen ästhe tischen Qualitäten zu erzeugen, wenn möglich mit einer Basisbandschicht, die unterschiedliche Frequenzen und Orientierungen enthält.

Die Transformation zwischen krummlinigen Bändern und den Bändern eines geraden Bandrasters ist entweder durch die oben beschriebene Funktion g₁(x,y) gegeben, die den krummlinigen Bandraster definiert, oder man kann, wenn die krummlinige Basisbandschicht durch eine getrennte Konstruktion erzeugt wird, zum Beispiel durch die Erzeugung konzentrischer Kreise, ein stückweises Transformationsmapping zwischen den krummlinigen Basisbändern und dem geraden Bandraster finden. 18A zeigt ein Beispiel einer Transformation zwischen einem Satz von geradlinigen Basisbändern, die durch v₀', v₁', v₂', ... begrenzt werden, und entsprechenden kreisförmigen Basisbändern (hier, Ringen), die durch v₀, v₁, v₂ begrenzt werden. Rechteckige Elemente (18A, 181), die durch ihre Grenzen v_i', v_i+1', u_j', u_j+1' definiert werden, werden auf kreisförmige Basisbandteile abgebildet (18B, 182), die durch ihre Grenzen v_i, v_i+1, u_j', u_j+1 definiert werden.
19 und 20 geben weitere Beispiele krummliniger Moiré-Muster wieder, die durch eine krummlinige Basisbandschicht und eine aus einem krummlinigen Linienraster bestehende offenbarende Schicht gewonnen wurden. Beide Figuren besitzen das gleiche Basisband und die gleichen offenbarenden Schichten, aber die Überlagerung von Basisband und offenbarender Schicht ist in den beiden Figuren nicht die gleiche. In beiden Figuren werden die krummlinige Basisbandschicht und der krummlinige offenbarende Linienraster mit einer geometrischen Transformation: x' = g_x(x,y), y' = g_y(x,y) aus dem krummlinigen in den geradlinigen Raum gewonnen, vom Typ:
Man kann beobachten, dass die krummlinigen Moiré-Bandmuster (19B, 194), die durch die Überlagerung einer krummlinigen, das „EPFL"-Muster enthaltenden Basisband schicht (19B, 191) und eines krummlinigen offenbarenden Linienrasters (19B, 193) erzeugt werden, die gleiche Auslegung wie Moiré-Streifen des Standes der Technik besitzen (gekrümmte Moiré-Linien, 19A, 195), die durch die Überlagerung eines krummlinigen Basislinienrasters (19A, 192) und eines krummlinigen offenbarenden Linienrasters (19A, 193) erzeugt werden. Eine ähnliche Beobachtung kann für 20B gemacht werden, wo 201 die Basisbandmuster, 203 die offenbarende Schicht, 204 die offenbarten Moiré-Bandmuster zeigen. 20A, 202 zeigt den entsprechenden krummlinigen Basislinienraster, 20A, 205 die offenbarte Moiré-Linie des Standes der Technik.
Die sehr grosse Anzahl möglicher geometrischer Transformationen zur Erzeugung krummliniger Basisbandschichten und krummliniger offenbarender Linienraster erlaubt es, individualisierte Basis- und offenbarende Schichten zu synthetisieren, die nur als ein konkretes Paar in der Lage sind, die erwünschten Moiré-Muster zu erzeugen, wenn sie in Übereinstimmung mit konkreten geometrischen Bedingungen (relative Lage, relative Orientierung) überlagert werden. Zusätzlich ist es möglich, die Sicherheit weit verbreiteter Dokumente wie Diplomas, Eintrittskarten oder Reisedokumente zu verstärken, indem die Parameter, die die geometrische Auslegung der Basisschicht und der ihr entsprechenden, offenbarenden Schicht definieren, oft modifiziert werden
Geometrische Transformationen erlauben es, visuell anziehende krummlinige Moiré-Bandmuster zu erzeugen, die verschiedene Arten von Schutzmerkmalen bieten. Weiter können Spezialfalle genutzt werden, wo sowohl die Basisbandschicht als auch die offenbarende Schicht krummlinig ist, aber die resultierenden Moiré-Muster periodisch sind. Nach [Amidror98, Seite 1107] besteht die Bedingung, ein periodisches Moiré mit einer krummlinigen Basisschicht zu erhalten, die gewonnen wird, indem die Transformation g₁(x,y) auf eine periodische Basisschicht und die Transformation g₂(x,y) auf einen offenbarenden geraden Linienraster angewandt wird, darin, dass die Koordinatentransformation k₁g₁(x,y) + k₂g₂(x,y) affin sein sollte, d.h. k1g1(x,y) + k2g2(x,y) = ax + by + c (Gl. 17)
Wie oben erwähnt, ergeben ganzzahlige Mehrfache der Koeffizienten k₁ und k₂ die Indizes der Fourierkomponenten der ursprünglichen periodischen Basisschicht bzw. der offenbarenden Schicht, die das periodische Moiré liefern. Da der stärkste Moiré-Effekt allgemein mit Mehrfachen der ersten Komponente (k₁ = 1) der ursprünglichen Schicht und der ersten negativen Komponente (k₂ = –1) der offenbarenden Schicht erzeugt wird, reduziert sich Gl. 17 für dieses (1, –1)-Moiré auf g1(x,y) – g2(x,y) = ax + by + c (Gl. 18)
Die geometrische Auslegung der Moiré-Muster in der Überlagerung zweier gegebener krummliniger Raster kann auch nach dem von K. Patorski, The Moiré Fringe Technique, Elsevier, 1993, Seiten 14–21, beschriebenen und in [Amidror00], Seiten 353–360 zusammengefassten Indicialverfahren berechnet werden. Das Indicialverfahren liefert die Gleichungen für die Mittellinien oder Ränder der Moiré-Bänder, in denen die krummlinigen Moiré-Muster liegen.
Mehrfarbige Basisbandmuster
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den monochromatischen Fall beschränkt. Sie kann von der Verwendung verschiedener Farben zur Erzeugung der in den Bändern der Basisschicht befindlichen Muster stark profitieren.
Ein farbiges Band kann in der gleichen Weise wie bei den Standard-Mehrfarbendrucktechniken erzeugt werden, wo mehrere (gewöhnlich drei oder vier) gerasterte Schichten verschiedener Farbe (gewöhnlich Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) überlagert werden, um durch Rasterung ein vollfarbiges Bild zu erzeugen. Wenn beispielsweise eine dieser gerasterten Schichten als eine Basisschicht gemäss vorliegender Erfindung verwendet wird, dann werden die Moiré-Bandmuster, die mit einem offenbarenden Schwarzweiss-Linienraster erzeugt werden, die Farbe dieser Basisschicht gut genähert wiedergeben. Wenn mehrere der verschiedenen farbigen Schichten als das Basisbandmuster gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird jede von ihnen mit einem offenbarenden achromatischen Linienraster ein Moiré-Bandmuster erzeugen, das die Farbe des fraglichen Basisbandmusters genähert wiedergibt.
Eine weitere Möglichkeit, farbige Bänder in der vorliegenden Erfindung zu verwenden, besteht darin, eine Basisschicht zu verwenden, deren individuelle Bänder aus Mustern zusammengesetzt sind, die Teilelemente verschiedener Farben umfassen. Farbbilder mit nebeneinander gedruckten Teilelementen verschiedener Farben können nach dem Mehrfarben-Ditheringverfahren erzeugt werden, das in der US-Patentanmeldung 09/477 544, eingereicht am 4. Januar 2000 (Ostromoukhov, Hersch), und im Aufsatz „Multi-color and artistic dithering" von V. Ostromoukhov und R. D. Hersch, SIGGRAPH Annual Conference, 1999, Seiten 425–432, beschrieben wurde. Ein wichtiger Vorteil dieses Verfahrens als Mittel zur Bekämpfung von Fälschungen wird aus der extremen Schwierigkeit gewonnen, perfekt nebeneinander gestellte Teilelemente von Mustern zu drucken, was auf die hohe Präzision zurückzuführen ist, die zwischen den verschiedenen Farben beim Drucken mit mehreren Durchgängen erforderlich ist. Nur die besten Hochleistungs-Sicherheitsdruckausrüstungen, die für den Druck von Sicherheitsdokumenten wie Banknoten verwendet werden, können die erforderliche Präzision in der Ausrichtung (hiernach: „Registrierung") der verschiedenen Farben liefern. Registrierfehler, die unvermeidlich sind, wenn das Dokument auf Ausrüstungen geringerer Leistungsfähigkeit gefälscht wird, werden kleine Verschiebungen zwischen den verschiedenen farbigen Teilelementen der Basisschichtelemente verursachen; solche Registrierfehler werden durch das Moiré-Band stark vergrössert und entstellen die Form und Farbe der durch die offenbarende Linienrasterschicht gewonnenen Moiré-Muster in signifikanter Weise.
Der Dokumentenschutz durch Mikrostrukturmuster ist nicht auf Dokumente beschränkt, die mit Schwarzweiss- oder Standard-Farbtinten (Cyan, Magenta, Gelb und eventuell Schwarz) gedruckt werden. Der hängigen US-Patentanmeldung 09/477 544 zufolge (Method and apparatus for generating digital half-tone images by multi-color dithering, Erfinder V. Ostromoukhov, R. D. Hersch, eingereicht am 4. Januar 2000) ist es mit Mehrfarben-Dithering möglich, Spezialtinten wie Sonderfarbtinten, Metallic-Tinten, fluoreszierende oder irisierende Tinten (Tinten variabler Farbe) zur Erzeugung der Muster innerhalb der Bänder der Basisschicht zu verwenden. Im Falle der Metallic-Tinten zum Beispiel erscheinen die Moiré-Muster, wenn man sie unter einem bestimmten Winkel betrachtet, als seien sie mit normalen Tinten gedruckt worden, aber wenn man sie unter einem anderen Winkel (spiegelnder Beobachtungswinkel) betrachtet, erscheinen sie wegen der spiegelartigen Reflexion viel stärker. Eine ähnliche Variation des Aussehens der Moiré-Muster kann mit irisierenden Tinten erreicht werden. Solche Variationen im Aussehen der Moiré-Muster verschwinden völlig, wenn das Originaldokument eingescannt und reproduziert oder photokopiert wird.
Ein weiterer Vorteil des Mehrfarbenfalles wird gewonnen, wenn Sondertinten verwendet werden, um das Muster in den Bändern der Basisschicht zu erzeugen. Sondertinten sind oftmals Tinten, deren Farben ausserhalb des Farbumfanges der Standardtinten von Cyan, Magenta und Gelb liegen. Wegen der hohen Frequenz der in den Bändern der Basisschicht befindlichen und mit den Sondertinten gedruckten Farbmuster müssen Reproduktionssysteme mit Standard-Cyan, -Magenta, -Gelb und -Schwarz die Originalfarbe rastern, wobei sie die Originalfarbmuster zerstören. Wegen der Zerstörung der Muster innerhalb der Bänder der Basisschicht wird die offenbarende Schicht nicht in der Lage sein, die ursprünglichen Moiré-Bandmuster zu liefern. Dies liefert einen zusätzlichen Schutz gegen Fälschungen.
Eine Möglichkeit, Farbbilder mit Standard- oder Sonderfarbtinten (Standard- oder Nichtstandard-Farbtrennung) zu drucken, ist in der US-Patentanmeldung 09/477 544, eingereicht am 4. Januar 2000 (Ostromoukhov, Hersch), und im Aufsatz „Multi-color and artistic dithering" von V. Ostromoukhov und R. D. Hersch, SIGGRAPH Annual Conference, 1999, Seite 425–432, beschrieben worden. Dieses als „Mehrfarben-Dithering" bezeichnete Verfahren verwendet Dithermatrizen ähnlich wie das oben beschriebene Standard-Dithering und liefert für jedes Pixel der Basisschicht (des gerasterten Bildes) ein Mittel für die Auswahl seiner Farbe, d.h. der Tinte, Tintenkombination oder der Hintergrundfarbe, die dem Pixel zugeordnet werden sollen. Im Falle einer krummlinigen Basisschicht können die Muster innerhalb der entsprechenden geraden Basisbandschicht durch eine Dithermatrix vorgegeben werden, die die Mikrostrukturmuster enthält. Eine geometrische Transformation (x' = g_x(x,y), y' = g_y(x,y)) wird verwendet, um für Positionen (x,y) innerhalb des krummlinigen Basisbandrasterraumes die Ditherschwellenniveaus zu gewinnen, die mit den entsprechenden Positionen (x',y') innerhalb der Dithermatrix verbunden sind. Wie in den oben erwähnten Literaturstellen erklärt, stellt das Mehrfarben-Ditheringverfahren durch Konstruktion sicher, dass die beitragenden Farben nebeneinander gedruckt werden. Dieses Verfahren ist daher für Druckausrüstungen höchster Qualität ideal, die von einer hohen Registriergenauigkeit profitieren und in der Lage sind, mit Sondertinten zu drucken, somit das gedruckte Dokument sehr schwer zu fälschen, aber leicht zu authentifizieren machen, wie oben erklärt.
Mehrfache Moiré-Bandmuster auf der Basis von Masken
Eine weitere interessante Abwandlung besteht darin, eine Maske zu haben, die die Fläche der Basisschicht vorgibt, die einer Basisbandorientierung folgend wiedergegeben werden soll (21, 210), während die umliegende Fläche einer anderen Basisbandorientierung folgend wiedergegeben werden soll (21, 211). Je nach ihrer Orientierung kann der offenbarende Linienraster dann entweder die Moiré-Bandmuster innerhalb (212, vergrössert 214) oder ausserhalb (213, vergrössert 215) der Maske offenbaren. Wenn man viele Masken hat, kann man viele verschiedene Sätze von Basisbandmustern mit unterschiedlichen Orientierungen und/oder Perioden erzeugen. Man kann eine offenbarende Schicht mit mehreren offenbarenden Linienrastern entweder nebeneinander oder übereinander erzeugen, wodurch es möglich wird, mehrere Moiré-Bandmuster mit einer einzigen offenbarenden Schicht zu offenbaren.
Eine solche Vielfalt von Basisbändern bietet einen hohen Schutz gegen Fälschungen, da Photokopiervorrichtungen und insbesondere Farbkopierer dazu tendieren, kleine Muster oder Strukturen (zum Beispiel Muster, die mit Sonderfarben gedruckt sind) je nach ihrer Orientierung unterschiedlich wiederzugeben. Daher können die offenbarten Moiré-Muster bei einigen Orientierungen offenbart werden und bei anderen Orientierungen verschwinden.
Kombinierte Moiré-Bandmuster mehrfacher Orientierung
Da die Moiré-Bandmuster durch Abtastung vieler unterschiedlicher Basisbandmuster gebildet werden, können diese Basisbandmuster gestört, teilweise gebrochen oder mit anderen Mustern überlagert werden. Man kann zum Beispiel die Basisbandmuster in andere, darüber gelegte Muster einbetten, die unterschiedliche Farben oder Intensitäten besitzen, und dennoch in der Lage sein, die erwünschten Moiré-Bandmuster zu erzeugen. Ein Verfahren, um die Sicherheit von Dokumenten zu erhöhen, besteht in der Überlagerung mehrfacher Bandmuster bei der gleichen Orientierung oder eventuell bei unterschiedlichen Orientierungen und/oder Perioden. 22 zeigt als Beispiel eine Basisschicht, die drei überlagerte Basisbandraster umfasst, jeden mit einer anderen Orientierung und einem anderen Basisbandmuster. Die Moiré-Bandmuster werden durch einen Linienraster bei verschiedenen Orientierungen offenbart (221, 222, 223). Man kann beobachten, dass es schwieriger wird, die Gestalt der Basisbandmuster wiederzugewinnen, die in den Basisbandrastern enthalten sind, wenn mehr Basisbandraster in die Basisschicht eingebaut werden.
Dieses Verfahren bietet eine grosse konstruktive Freiheit, da sich die individuellen, überlagerten Basisbandschichten in ihrer Farbe, Intensität, Gestalt, Periode und Orientierungen unterscheiden können. Die offenbarenden Schichten können sich auch in ihrer Orientierung und Periode unterscheiden. Des Weiteren können eine oder mehrere Basisbandschichten und eventuell ihre offenbarenden Schichten krummlinig sein. Man kann dann verschiedene Niveaus der Authentifikation zum Beispiel dadurch erzeugen, dass einige Moiré-Muster veröffentlicht und andere Moiré-Muster (verborgene Muster) geheim gehalten werden.
Auf der Phase beruhende Moiré-Mehrfachmuster
Eine weitere, sehr attraktive Möglichkeit, kombinierte mehrfache Moiré-Bandmuster zu erzeugen, beruht darauf, Basisbänder mit mehrfachen, ineinander verflochtenen Mustern, die bei unterschiedlichen Phasen der Basisbandschicht abgebildet werden, zusammenzustellen. Die unterschiedlichen Muster können zum Beispiel eine gleichmässig evolvierende Form darstellen, die den Übergang zwischen einer ersten und zweiten Grundform bildet. Als ein Beispiel zeigt 23 vier Basismuster 231, 233, 235 und 237, wo 231 eine erste Grundform, 237 die zweite Grundform, 233 und 235 vermischte Zwischenformen darstellen. Diese vier Basismuster werden innerhalb ihrer jeweiligen Basisschichten 232, 234, 236 und 238 waagerecht zusammengedrückt, waagerecht gespiegelt, wiedergegeben und repliziert. Die entsprechenden Moiré-Bandmuster können offenbart werden, indem der Linienraster 230 diesen Basisschichten überlagert wird.
Wir wollen erklären, wie ein Mehrfachmuster in eine Basisschicht (hiernach Mehrfachmuster-Basisschicht genannt) eingebaut werden kann. 24 zeigt eine waagerecht vergrösserte Ansicht einer offenbarenden Schicht 2400 und einer Mehrfachmuster-Basisschicht 2405. Wenn die offenbarende Schicht 2400 waagerecht verschoben wird, ist das erzeugte Moiré-Mehrfachmuster eine vergrösserte und transformierte Version der innerhalb der Basisschicht 2405 ineinander verflochtenen, aufeinander folgenden Basismuster 2406, 2407, 2408 und 2409.
Um die Basisschicht zu konstruieren, erzeugen wir eine Anzahl k von Basisbandmustern 2406, 2407, 2408 und 2409 der Breite T1. Die Periode T2 der offenbarenden Schicht kann zum Beispiel je nach der gewählten Anzahl k von Mustern unterteilt werden. Dann wird die Basisschicht erzeugt, indem ein erster Bruchteil 1/k der Breite der offenbarenden Schicht vom ersten Basisbandmuster in die Basisschicht kopiert wird (2401), dann ein zweiter Bruchteil 1/k der Breite der offenbarenden Schicht vom zweiten Basisbandmuster in die Basisschicht (2402), usw., bis ein k-ter Bruchteil 1/k der Breite der offenbarenden Schicht vom k-ten Basisbandmuster in die Basisschicht kopiert worden ist. Das ergibt die Anteile 1, 2, 3, 4 des ersten Basisschichtsegments 2410 der Breite T2. Das folgende Basisschichtsegment 2411 wird konstruiert, indem Kopien von einander folgenden Bruchteilen der Basisbandmuster weiter in die Basisschicht kopiert werden. Die aus den Basisbandmustern herausgezogenen Scheiben sind umlaufend, d.h. diese Muster verhalten sich so, als würden sie innerhalb einer Musterebene waagerecht wiederholt. Alle anderen Basisschichtsegmente 2412, 2413 usw. werden konstruiert, bis die erwünschte Basisschichtbreite gefüllt ist. Die Basisschicht besteht aus den in 2405 gezeigten Segmenten, eventuell senkrecht über die Basisschicht hinweg wiederholt. Dadurch wird ein Basisband mit mehrfachen, ineinander verflochtenen Mustern erzeugt.
25 gibt ein Beispiel der Ergebnisse wieder: wir überlagern die gleiche Mehrfachmuster-Basisschicht mit dem offenbarenden Linienraster 250 und erzeugen je nach der relativen Position (Phase) des offenbarenden Linienrasten Moiré-Muster 251, 252, 253 oder 254, die Zwischenmuster entweder bei oder zwischen den Basisbandmustern 2406, 2407, 2408 und 2409 der 24 darstellen. Daher umfassen die erzeugten Moiré-Muster transformierte und vermischte Exemplare der mehrfachen, in die Basisschicht eingebauten und ineinander verflochtenen Muster.
26 zeigt, dass sich das erfundene und oben beschriebene, auf der Phase beruhende Mehrfachmuster-Moiré-Verfahren völlig von Verfahren des Standes der Technik zur Erzeugung dazwischengeschobener Bilder (latenter Bilder) unterscheidet, die durch die Überlagerung eines Linienrasters offenbart werden (z.B. die im US-Patent 5 396 559, McGrew, beschriebenen Verfahren). In unserer Erfindung liefert die Verschiebung einer offenbarenden Schicht (26, 260), die auf eine Mehrfachmuster-Basisschicht 261 aufgelegt wird, Moiré-Muster, die vergrösserte und transformierte Exemplare der in die Basisschicht eingebetteten Muster sind. Im Stande der Technik haben aber die offenbarten Muster die gleiche Grösse wie die die Basisschicht bildenden Muster. Die Basisschicht 262 des Standes der Technik wird gebildet, indem die latenten Bildmuster 263, 264, 265 und 266 überlagert werden. Man kann durch Überlagerung der Basisschicht 262 des Standes der Technik mit dem offenbarenden Linienraster 260 leicht überprüfen, dass das in 262 vorhandene latente Bild im offenbarten Muster nicht vergrössert ist. Zusätzlich liefert unsere Erfindung gleichmässig wandernde und gleichmässig evolvierende Moiré-Muster, wenn die offenbarende Schicht waagerecht über der Basisschicht verschoben wird. Das ist beim veranschaulichten Verfahren des Standes der Technik nicht der Fall. Bei leichter Verdrehung der offenbarenden Schicht werden schliesslich die durch unser Verfahren erzeugten Moiré-Muster geschert, aber bleiben gut wahrnahmbar, während offenbarte Muster des Standes der Technik rasch zerstört werden.
Mehrfache Moiré-Muster können auch erzeugt werden, indem ein offenbarender Linienraster auf ein Gesamtbild aufgelegt wird, das mit einer Dithermatrix gedithert worden ist, die eine Mehrfachmuster-Mikrostruktur enthält, d.h. eine Mikrostruktur mit mehreren Basisbandmustern bei unterschiedlichen Phasen. Eine solche Mehrfachmuster-Dither matrix kann aus einer Mehrfachmuster-Basisschicht mit dem Verfahren erzeugt werden, das in der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227, Images and security documents protected by microstructures, Erfinder R. D. Hersch, E. Forler, B. Wittwer, P. Emmel, beschrieben wird, bzw. in der gleichen Weise wie bei der Einbettung von Basisbandmustern in ein gedithertes Bild (siehe Abschnitt „Erzeugung von Bandmustern" weiter oben).
27 zeigt ein Beispiel eines solchen geditherten Gesamtbildes. Ohne Überlagerung der offenbarenden Schicht ist nur das Gesamtbild sichtbar. Wenn der offenbarende Linienraster 271 über das geditherte Bild 272 gelegt und waagerecht bewegt wird, werden Mehrphasen-Moiré-Muster sichtbar, die aufeinanderfolgend vom Muster 273 zu 274, 274 zu 275, 275 zu 276, 276 zu 277, 277 zu 278, 278 zu 279 und von 279 zurück zu 273 evolvieren, oder umgekehrt.
Evolvierende Moiré-Muster
Die Basisbänder brauchen nicht genau wiederholt zu werden. Evolvierende Moiré-Muster können erzeugt werden, indem evolvierende Muster in aufeinander folgende Basisbänder eingebaut werden. Als ein Beispiel gibt 28 eine offenbarende Linienrasterschicht (281), eine Basisbandschicht mit evolvierenden Basisbandmustern und die entsprechenden Moiré-Muster (283, 284) wieder, die entstehen, wenn die offenbarende Linienrasterschicht in verschiedene waagerechte Positionen bezüglich der Basisschicht gebracht wird. Es ist ersichtlich, dass die Moiré-Muster von einem Schweizerkreuz (285) zu einer „O"-artigen typographischen Form (286) evolvieren. Wenn die offenbarende Schicht über der Basisschicht waagerecht nach rechts verschoben wird, bewegen sich die Moiré-Muster gleichmässig von links nach rechts und ändern gleichzeitig ununterbrochen ihre Gestalt. 28, 282, zeigt deutlich auf der linken Seite das komprimierte Kreuz in den Basisbändern und auf der rechten Seite die komprimierte „O"-Form. An Zwischenpositionen ist die Form der Basisbandmuster eine Zwischenform dieser beiden extremen Musterformen.
Basiszwischenbänder enthalten Muster, die zwischen den extremen Musterformen gemischt (oder gemorpht) sind. Die relativen Wichtungen der Formen des extremen linken und rechten Basisbandmusters können ihren jeweiligen Entfernungen d_l bzw. d_r vom laufenden Basisband umgekehrt proportional sein, d.h. die Form des linken Basisbandmusters hat ein Gewicht von d_r(d_l + d_r), die Form des rechten Basisbandmusters hat das Gewicht d_l(d_l + d_r) im Vermischungs-(oder Morphing-)prozess. Die Formvermischung kann mit neuesten Techniken wie einer der Techniken erfolgen, die in dem Artikel von Thomas Sederberg, „A physically based approach to 2D shape blending", Proc. Siggraph '92, Computer Graphics, Band 26, Nr. 2, Juli 1992, Seiten 25–34, beschrieben werden.
Schutzmerkmale gerader und krummliniger Moiré-Bänder
Ein starker Schutz gegen Dokumentenfälschung wird durch die Tatsache geboten, dass ein jegliches winziges Muster, schwarz-weiss oder farbig, innerhalb der individuellen Bänder des Basisrasters erzeugt werden kann. Solche Muster können mit Standardmitteln wie Photokopierern oder Druckern nicht reproduzierbar sein. Dank des offenbarenden Linienrasters werden die durch das Originaldokument erzeugten Muster entweder für das blosse Auge oder für geeignete Geräte leicht sichtbar. Illegale Reproduktionsmittel, die bei einer geringeren Auflösung als die ursprüngliche Musterdruckausrüstung arbeiten, werden nicht in der Lage sein, die Originalmuster zu reproduzieren. Da solche gefälschten Dokumente die Originalmuster nicht enthalten, wird die offenbarende Schicht nicht in der Lage sein, die ursprünglichen Moiré-Formen zu offenbaren, und eine Inspektion mit visuellen Mitteln oder einem geeigneten Gerät wird offenbaren, dass das Dokument gefälscht ist.
Schutz von Sicherheitsdokumenten durch Einbau von Prüfinformation in die Basisbänder
Ein weiteres Schutzmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, dass die offenbarten Moiré-Muster einen Code (eine Zahl, mehrere Zahlen oder eine Zeichenfolge) enthalten können, der die Authentizität des Dokuments zu überprüfen erlaubt. Zum Beispiel kann die Passnummer oder eine der Passnummer entsprechende verschlüsselte Nummer in die Basisbänder der Photographie des Passinhabers eingesetzt werden. Man kann in die Basisbänder auch eine Zeichenfolge einbauen, die dem Namen des Passinhabers entspricht (entweder direkt dem Namen oder einem verschlüsselten Exemplar des Namens). Durch Offenbarung dieser Nummer bzw. dieser Zeichenfolge mit einem offenbarenden Linienraster kann man (entweder direkt durch visuelle Inspektion oder mit einem als Überprüfungssystem arbeitenden Gerät) überprüfen, ob die Nummer bzw. die Zeichenfolge, die als Moiré-Muster erscheinen, der Passnummer bzw. dem Namen des Passinhabers entsprechen. Dank der Möglichkeit, eine Mehrzahl von Basisbändern bei verschiedenen Orientierungen und Perioden innerhalb der Basisschicht zu haben, kann man auch verschiedene Niveaus der Überprüfung konzipieren. Einige Überprüfungen könnten in einer direkten Weise durch Betrachtung der Moiré-Muster erfolgen, andere Überprüfungen würden eine Entschlüsselung der erscheinenden Moiré-Muster verlangen, um die Authentizität des Dokuments zu überprüfen. Dies ist besonders nützlich, um zum Beispiel sowohl ein Identitätsdokument als auch die Photographie seines Inhabers zu schützen. Ohne offenbarende Schicht ist die Photographie sichtbar. Mit einer offenbarenden Schicht werden die Moiré-Muster, die den Überprüfungscode enthalten, sichtbar.
Ausführungsformen von Basisschichten und offenbarenden Schichten
Die Basisschicht mit den Bändern, die die Muster enthalten, die als Moiré-Muster erscheinen sollen, sowie die offenbarende Schicht können mit einer Vielfalt von Technologien realisiert werden. Wichtige Ausführungsformen für die Basisschicht sind Offsetdruck, Tintenstrahldruck, Farbsublimationsdruck und Folienstanzen.
Es sollte vermerkt werden, dass die Schichten (die Basisschicht, die offenbarende Schicht oder beide) statt durch einen Tintenauftrag auch durch Perforieren gewonnen werden können. In einem typischen Fall überstreicht ein starker Laserstrahl mit einer mikroskopischen Punktgrösse (von zum Beispiel 50 Mikrometern oder sogar weniger) das Dokument Pixel um Pixel, während er ein- und ausmoduliert wird, um das Substrat an vorbestimmten Pixelorten zu perforieren. Ein offenbarender Linienraster kann zum Beispiel erzeugt werden, indem Linien als teilweise perforierte Linien realisiert werden, die aus perforierten Segmenten der Länge l und nicht perforierten Segmenten der Länge m bestehen, wobei Paare perforierter und nicht perforierter Teile (l,m) über die ganze Linienlänge wiederholt werden. Zum Beispiel kann man l = 8/10 mm und m = 2/10 mm wählen. Aufeinander folgende Linien können ihre perforierten Segmente bei der gleichen oder bei verschiedenen Phasen besitzen. Unterschiedliche Werte können in verschiedenen, aufein ander folgenden Linien für die Parameter l und m gewählt werden, um einen hohen Widerstand gegen Zerreissversuche sicherzustellen. Verschiedene Laser-Mikroperforationssysteme für Sicherheitsdokumente sind beschrieben worden, zum Beispiel im Aufsatz „Applications of laser technology to introduce security features on security documents in order to reduce counterfeiting" von W. Hospel, SPIE Band 3314, 1998, Seiten 254–259.
In noch einer weiteren Kategorie von Verfahren können die Schichten (die Basisschicht, die offenbarende Schicht oder beide) durch eine vollständige oder teilweise Entfernung von Material zum Beispiel durch Laser- oder chemisches Ätzen gewonnen werden.
Um die Farbe von Moiré-Mustern zu variieren, kann man sich auch dafür entscheiden, dass der offenbarende Linienraster nicht aus durchsichtigen Linien, sondern aus einem Satz farbiger Linien besteht (siehe den Aufsatz von I. Amidror und R. D. Hersch, „Quantitative analysis of multichromatic moiré effects in the superposition of coloured periodic layers", Journal of Modern Optics, Band 44, Nr. 5, 1997, Seiten 883–899).
Obwohl die offenbarende Schicht (der Linienraster) allgemein durch eine Schicht oder einen Kunststoffträger realisiert wird, die einen Satz durchsichtiger Linien auf einem undurchsichtigen Hintergrund enthalten, kann sie auch durch einen aus zylindrischen Mikrolinsen bestehenden Linienraster realisiert werden. Zylindrische Mikrolinsen bieten eine höhere Lichtintensität als entsprechende, teilweise durchsichtige Linienraster. Wenn die Periode der Basisbandschicht klein ist (z.B. weniger als 1/3 mm), können zylindrische Mikrolinsen als die offenbarende Schicht auch eine höhere Präzision bieten. Für die Erzeugung krummliniger Moiré-Bandmuster können krummlinige zylindrische Mikrolinsen ebenfalls als die offenbarende Schicht verwendet werden. Statt der zylindrischen Mikrolinsen kann man auch eine Beugungsvorrichtung verwenden, die das Verhalten zylindrischer Mikrolinsen emuliert, und zwar in der gleichen Weise, wie es möglich ist, eine Mikrolinsenanordnung mit einer Beugungsvorrichtung zu emulieren, die aus Fresnelzonenplatten besteht (siehe B. Saleh und M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley, 1991, Seite 116).
In Fällen, in denen die Basisschicht in ein optisch variables Oberflächenmuster wie eine Beugungsvorrichtung eingebaut wurde, muss das die Basisschicht bildende Bild weiter verarbeitet werden, um für jedes seiner Musterbildpixel oder zumindest für seine aktiven Pixel (z.B. die schwarzen Pixel) eine Reliefstruktur zu liefern, die zum Beispiel aus periodischen Funktionsprofilen (Linienrastern) besteht, die eine Orientierung, eine Periode, ein Relief und ein Oberflächenverhältnis in Übereinstimmung mit den erwünschten Winkeln des einfallenden und gebeugten Lichtes, der erwünschten Intensität des gebeugten Lichtes und eventuell der erwünschten Farbvariation des gebeugten Lichtes relativ zur gebeugten Farbe der Nachbarflächen besitzen (siehe die US-Patente Nr. 5 032 003, Erfinder Antes, und 4 984 824, Antes und Saxer). Diese Reliefstruktur wird auf eine Masterstruktur reproduziert, die dafür verwendet wird, eine Prägestanze herzustellen. Die Prägestanze wird dann verwendet, um die Reliefstruktur, die die Basisschicht enthält, auf das Substrat der optischen Vorrichtung zu prägen (weitere Information ist im US-Patent Nr. 4 761 253, Erfinder Antes, sowie in dem Aufsatz von J. F. Moser, „Document protection by optically variable graphics (Kinemagram)", in: Optical Document Security, Hrsg. R. L. Van Renesse, Artech House, London, 1998, Seiten 247–266, zu finden).
Es sollte vermerkt werden, dass allgemein die Basisschicht und die offenbarende Schicht nicht vollständig zu sein brauchen; sie können durch zusätzliche Schichten oder zufällige Formen maskiert sein. Die Moiré-Muster werden dennoch sichtbar werden.
Authentifikation von Dokumenten mit Moiré-Bandmustern
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Authentifikation von Dokumenten und wertvollen Artikeln, die auf Moiré-Bandmustern beruhen. Obwohl die vorliegende Erfindung mehrere Ausführungsformen und Varianten haben kann, werden hier verschiedene Ausführungsformen von besonderem Interesse beispielhaft angeführt, ohne den Umfang der Erfindung auf diese besonderen Ausführungsformen zu beschränken.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Moiré-Bandmuster sichtbar gemacht werden, indem die Basisschicht und die offenbarende Schicht, die auf verschiedenen Flächenteilen des gleichen Dokuments oder Artikels (Banknote, Scheck usw.) erscheinen, übereinander gelegt werden. Zusätzlich kann das Dokument für Vergleichszwecke in einem dritten Flächenteil des Dokuments ein Bild enthalten, das die Moiré-Bandmuster zeigt, die erwartet werden, wenn die Basisschicht und die offenbarende Schicht gemäss einer bevorzugten Orientierung und eventuell gemäss einer bevorzugten relativen Position aufeinander gelegt werden.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erscheint nur die Basisschicht auf dem Dokument selbst, während die offenbarende Schicht durch Bedienungspersonal oder ein Gerät, das die Authentizität des Dokuments visuell oder optisch validiert, darüber gelegt wird. Für Vergleichszwecke können die erwarteten Moiré-Bandmuster als ein Bild auf dem Dokument oder auf einer getrennten Vorrichtung, zum Beispiel der offenbarenden Vorrichtung, dargestellt sein. Die offenbarende Schicht kann ein Linienraster sein, der auf einer Schicht oder einer durchsichtigen Kunststofffolie abgebildet ist. Sie kann auch durch zylindrische Mikrolinsen realisiert sein.
Das Verfahren zur Authentifikation von Dokumenten umfasst die Schritte,

a) ein Dokument mit einer Basisschicht, die Basisbänder umfasst, die Muster enthalten, mit einer offenbarenden Schicht, die einen Raster von Linien umfasst, zu überlagern und dadurch Moiré-Muster zu erzeugen und
b) die Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern zu vergleichen und je nach dem Ergebnis des Vergleichs das Dokument anzunehmen oder abzulehnen,

Es sollte erwähnt werden, dass in der vorliegenden Erfindung entweder die Basisbandschicht oder die offenbarende Linienrasterschicht oder beide geometrisch transformiert und daher aperiodisch sein können.
Der Vergleich im Schritt (b) kann entweder durch menschliche Biosysteme (einen Menschen mit Auge und Gehirn) oder durch ein Gerät erfolgen, das später in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird.
Die Moiré-Bezugsmuster können entweder durch Bilderfassung (zum Beispiel mittels einer Kamera) der Überlagerung einer Muster-Basisbandschicht und einer offenbarenden Linienrasterschicht oder durch eine Berechnung mit der oben gegebenen mathematischen Formel gewonnen werden. Wenn die Authentifikation durch einen Menschen erfolgt, können die Moiré-Bezugsmuster auch auf der Grundlage früher gesehener Moiré-Bezugsbandmuster im Gedächtnis gespeicherte Moiré-Bezugsmuster sein.
In Fällen, in denen die Basisbandschicht als ein Teil eines auf das Dokument gedruckten, gerasterten Bildes ausgebildet wird, werden die Basisbandschichtmuster mit dem blossen Auge nicht von anderen Flächenteilen des Dokuments unterscheidbar sein. Wenn das Dokument aber gemäss der vorliegenden Erfindung authentifiziert wird, wird das Moiré-Muster unmittelbar sichtbar.
Jeder Versuch, ein in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erzeugtes Dokument durch Photokopieren, mittels eines Desktoppublishing-Systems, durch einen photographischen Prozess oder jegliches andere Fälschungsverfahren, sei es digital oder analog, zu fälschen, wird unvermeidlich (auch wenn nur geringfügig) die Grösse oder die Gestalt eines in das Dokument eingebauten Basisbandschichtmusters beeinflussen (zum Beispiel infolge Punktzuwachs oder Tintenausbreitung, wie im Fach wohlbekannt). Da aber Moiré-Muster zwischen übereinander gelegten Linienschichten gegenüber jeglicher mikroskopischer Veränderung in der Basisschicht oder der offenbarenden Schicht sehr empfindlich sind, wird jedes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung geschützte Dokument sehr schwer fälschbar und dient als ein Mittel, zwischen einem echten und einem gefälschten Dokument zu unterscheiden.
Wenn die Basisbandschicht mit einem Standard-Druckverfahren auf das Dokument gedruckt wird, wird eine hohe Sicherheit geboten, ohne zusätzliche Kosten bei der Herstellung des Dokuments zu verlangen. Die Basisbandschicht kann auch durch andere Mittel in das Dokument abgebildet werden, zum Beispiel indem die Basisschicht auf einer optisch variablen Vorrichtung (z.B. einem Kinegramm) erzeugt und diese optisch variable Vorrichtung in das zu schützende Dokument oder den zu schützenden Artikel eingebettet wird.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Sicherheitsvorrichtungen for den Schutz und die Authentifikation von Multimedienerzeugnissen, darunter Musik-, Video-, Softwareprodukte usw., verwendet werden, die auf optischen Diskettenmedien zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel kann die Basisschicht auf eine optische Diskette wie eine CD oder eine DVD aufgedruckt werden, während die offenbarende Schicht in ihre Kunststoffschachtel oder -hülle eingebaut ist.
Authentifikation wertvoller Artikel durch Moiré-Bandmuster
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch als Sicherheitsvorrichtungen für den Schutz und die Authentifikation von industriellen Verpackungen wie die Schachteln von Pharmazeutika, Kosmetika usw. verwendet werden. Zum Beispiel kann der Schachteldeckel die Basisschicht enthalten, während sich die offenbarende Schicht auf der Schachtel befindet. Verpackungen, die einen durchsichtigen Teil bzw. ein durchsichtiges Fenster haben, werden sehr oft verwendet, um eine grosse Vielfalt von Erzeugnissen zu verkaufen, darunter Audio- und Videokabel, Kassetten, Parfüms usw., wobei es der durchsichtige Teil der Verpackung den Kunden ermöglicht, das Erzeugnis in der Verpackung zu sehen. Durchsichtige Verpackungsteile können aber auch vorteilhaft für die Authentifikation und den Kampf gegen Fälschungen der Erzeugnisse verwendet werden, indem ein Teil des durchsichtigen Fensters als die offenbarende Schicht verwendet wird (während sich die Basisschicht auf dem Erzeugnis selbst befindet). Es sei bemerkt, dass die Basisschicht und die offenbarende Schicht auch auf getrennte Sicherheitsetiketts oder -aufkleber aufgedruckt werden können, die am Erzeugnis befestigt oder anderweit am Erzeugnis selbst oder an der Verpackung angebracht werden. Einige mögliche Ausführungsformen von Verpackungen, die durch die vorliegende Erfindung geschützt werden können, werden unten veranschaulicht und sind den Beispielen ähnlich, die in der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445 (Amidror und Hersch) in den dortigen 17 bis 22 beschrieben werden. Da aber in der vorliegenden Erfindung die Moiré-Muster in Reflexion deutlich sichtbar sind, wird durch den Einbau von Basisbandmustern in die Basisschicht und die Verwendung eines Linienrasters als der offenbarenden Schicht der Schutz von wertvollen Artikeln viel wirksamer als mit den Verfahren, die in der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445 (Amidror und Hersch) beschrieben werden.
29A veranschaulicht schematisch eine optische Diskette 291, die mindestens eine Basisschicht 292 trägt, sowie ihre Hülle (oder Schachtel) 293, die mindestens eine offenbarende Schicht (einen offenbarenden Linienraster) 294 trägt. Wenn sich die optische Diskette in ihrer Hülle befindet (29B), werden Moiré-Muster zwischen einer offenbarenden Schicht und einer Basisschicht erzeugt. Während die Diskette langsam aus ihrer Hülle 293 herausgenommen oder in sie eingelegt wird, ändern sich diese Moiré-Muster dynamisch. Diese Moiré-Muster dienen daher als ein zuverlässiges Mittel der Authentifikation und garantieren, dass die Diskette wie auch ihre Verpackung tatsächlich authentisch sind. In einem typischen Fall können die Moiré-Muster das Logo der Firma oder jeglichen anderen, erwünschten Text oder Symbole entweder in Schwarzweiss oder in Farbe umfassen.
30 veranschaulicht schematisch eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen, die in einer Schachtel verpackt sind, die einen gleitenden Teil 301 und eine Aussenhülle 302 umfasst, wobei zumindest ein Element des beweglichen Teils, z.B. eines Erzeugnisses, zumindest eine Basisschicht 303 trägt, während die Aussenhülle 302 zumindest eine offenbarende Schicht (einen offenbarenden Linienraster) 304 trägt. Beim Hineinschieben des Erzeugnisses in die Hülle können dynamische Moiré-Muster wie evolvierende Moiré-Muster oder Moiré-Mehrfachmuster erzeugt werden.
31 veranschaulicht einen möglichen Schutz für pharmazeutische Erzeugnisse wie Medikamente. Die Basisschicht 311 kann die ganze Oberfläche des eventuell undurchsichtigen Trägers des medizinischen Erzeugnisses überdecken. Die offenbarende Schicht 312 kann durch einen beweglichen Streifen realisiert werden, der aus einer Plastikfolie besteht, die den offenbarenden Linienraster enthält. Indem die offenbarende Schicht hin ein- und herausgezogen oder seitlich bewegt wird, werden die offenbarten Moiré-Muster dynamisch.
32 veranschaulicht schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen, die in einer Verpackung in den Handel gelangen, die eine gleitende Vorderseite 321 aus durchsichtigem Kunststoff sowie eine Rückwand 322 umfasst, die bedruckt sein kann und eine Beschreibung des Erzeugnisses tragen kann. Solche Verpackungen werden oft verwendet, um Video- und Audiokabel oder irgendwelche anderen Erzeugnisse zu verkaufen, die innerhalb der Hülse (oder des Behältnisses) 323 der Vorderseite 321 aus Kunststoff gehalten werden. Verpackungen dieser Art besitzen oft ein kleines Loch 324 oben an der Rückwand sowie ein dazu passendes Loch 325 in der Vorderseite 321 aus Kunststoff, um ein Aufhängen der Erzeugnisse an den Verkaufspunkten zu erleichtern. Die Rückwand 322 kann mindestens eine Basisschicht 326 tragen, während die Vorderseite aus Kunststoff zumindest eine offenbarende Schicht 327 tragen kann, so dass Moiré-Muster zwischen der zumindest einen offenbarenden Schicht und der zumindest einen Basisschicht erzeugt werden, wenn die Verpackung geschlossen wird. Hier verändern sich die Moiré-Muster wiederum dynamisch, wenn die gleitende Kunststoff-Vorderseite 321 an der Rückwand 322 entlang gleitet.
33 veranschaulicht schematisch noch eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen, die in einer Schachtel 330 mit einem Klappdeckel 331 verpackt sind. Der Klappdeckel 331 trägt zumindest eine Basisschicht 332, während die Schachtel selbst zumindest eine offenbarende Schicht 333 trägt. Bei geschlossener Schachtel befindet sich die Basisschicht 332 gerade hinter der offenbarenden Schicht 333, so dass Moiré-Muster erzeugt werden. Die Moiré-Muster verändern sich dynamisch, während der Klappdeckel 331 geöffnet oder geschlossen wird.
34 veranschaulicht schematisch noch eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Schutz von Erzeugnissen, die in Flaschen in den Handel kommen (wie Wein, Whisky, Parfüms usw.). Zum Beispiel kann das Erzeugnisetikett 341, das an der Flasche 342 angebracht ist, eine Basisschicht 343 tragen, während ein weiteres Etikett 344, das mit einer Schmuckschnur 345 an der Flasche angebracht sein kann, die offenbarende Schicht 346 trägt. Die Authentifikation des Erzeugnisses kann erfolgen, indem die offenbarende Schicht 346 des Etiketts 344 über die Basisschicht 343 des Etiketts 341 gelegt wird, so dass deutlich sichtbare Moiré-Muster erzeugt werden, zum Beispiel mit dem Namen des Erzeugnisses.
In Fällen, in denen die offenbarende Schicht und die Basisschicht hauptsächlich in der einen Richtung übereinander gleiten können, wie in den in 29A, 29B, 30, 31, 32 gezeigten Ausführungsformen, können Moiré-Mehrfachmuster oder evolvierbare Moiré-Muster konzipiert werden, wo durch die Translation der offenbarenden Schicht aufeinander folgend verschiedene Moiré-Muster sichtbar gemacht werden und dadurch eine Animation geschaffen wird.
In Fällen, wo die offenbarende Schicht und die Basisschicht wie in 33 aufeinander verdreht werden können, können die Basisschicht und die offenbarende Schicht bevorzugt so konzipiert werden, dass sie für diesen Zweck besonders anziehende Moiré-Muster liefern.
Manchmal ist es möglich, die offenbarende Schicht und die Basisschicht in ihren Orten oder in ihren Rollen zu vertauschen.
Authentifikation von dynamisch gedruckten, persönlich gestalteten Dokumenten
Dank der Möglichkeiten, automatisch Mikrostrukturbilder zu erzeugen, die zum Beispiel in der US-Patentanmeldung 09/902 227, Images and security documents protected by microstructwes, Erfinder R. D. Hersch, E. Forler, B. Wittwer, P. Emmel, eingereicht am 3. Dezember 2001, oder ihrer PCT-Nachfolgeanmeldung PCT/IB 02/02686, R. D. Hersch, B. Wittwer, E. Forler, P. Emmel, D. Biemann, D. Gorostidi, eingereicht am 5. Juli 2002, erklärt werden, ist es möglich, persönlich gestaltete Dokumente wie Reisedokumente und Eintrittskarten auf der Stelle zu erzeugen und zu drucken. Diese Dokumente enthalten Bilder, die aus einer Mikrostruktur bestehen, die Text enthält, der Information über den Dokumentinhaber wie auch über den Zweck des Dokuments gibt, z.B. eines Reisedokuments, das die Orte der Abreise und der Ankunft sowie das Gültigkeitsdatum angibt, oder einer Eintrittskarte für eine Sportveranstaltung, die die Veranstaltung, die Platznummer und die Gültigkeit mit Datum und Uhrzeit angibt. Um eine Fälschung sehr schwierig zu machen, werden in diesen Erfindungen Verfahren vorgeschlagen, um zwei Schichten von Mikrostrukturen zu erzeugen, die eine bei einer niedrigen Frequenz, die durch einfache visuelle Inspektion leicht sichtbar ist, und die andere bei einer hohen Frequenz, die eine sorgfältige visuelle Inspektion oder eine Inspektion mit einem Vergrösserungsglas verlangt.
In der vorliegenden Erfindung schlagen wir vor, diese zweite Mikrostruktur als eine Basisbandschicht zu synthetisieren und sie dank eines offenbarenden Linienrasters zu offenbaren. Dies ermöglicht eine direkte, unmittelbare Inspektion der ersten Mikrostrukturmusterschicht sowie die Inspektion der zweiten Mikrostrukturmusterschicht mit einem offenbarenden Linienraster, der entweder als eine Schicht, als ein Stück Kunststoff, als zylindrische Mikrolinsen oder als eine Beugungsvorrichtung, die zylindrische Mikrolinsen emuliert, realisiert ist.
Ein einfaches Verfahren, Bilder zu erzeugen, die direkt sichtbare Mikrostrukturmuster eines ersten Niveaus sowie winzige Mikrostrukturmuster eines zweiten Niveaus enthalten, die mit einem offenbarenden Linienraster offenbart werden können, besteht darin, eine Dithermatrix zu erzeugen, die die winzigen Basisbandmuster des zweiten Niveaus enthält, und diese Dithermatrix als die Hochfrequenz-Ditheranordnung für den Zielbildabgleich durch Nachverarbeitung zu verwenden, wie eingehend in der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227, Images and security documents protected by microstructures, Erfinder R. D. Hersch, E. Forler, B. Wittwer, P. Emmel, beschrieben.
Ein alternatives Verfahren zur Erzeugung von Bildern, die direkt sichtbare Mikrostrukturmuster eines ersten Niveaus wie auch winzige Mikrostrukturmuster eines zweiten Niveaus enthalten, die mit einem offenbarenden Linienraster offenbart werden können, besteht darin, die folgenden Schritte anzuwenden:

a) Wähle ein Gesamtbild, zum Beispiel eine Landschaft oder die Photographie des Dokumentinhabers;
b) erzeuge die Mikrostruktur des ersten Niveaus, eventuell als eine Bitmap oder als ein Mehrintensitätenbild in Übereinstimmung mit der mit dem Dokument verbundenen Information;
c) erzeuge ein gedithertes Gesamtbild, das die Mikrostruktur des ersten Niveaus enthält, eventuell gemäss der US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227 (R. D. Hersch u.a.) oder gemäss dem Aufsatz von Oleg Veryovka und John Buchanan, „Textur-based dither matrices", Computer Graphics Forum, Band 19, Nr. 1, Seiten 51–64;
d) erzeuge die Mikrostrukturmuster des zweiten Niveaus (auch Nanostrukturmuster genannt) als eine Bitmap oder als ein Mehrintensitätenbild;
e) erzeuge ähnlich wie in (c) das geditherte Gesamtbild, das die Mikrostrukturmuster des zweiten Niveaus (die Nanostrukturmuster) enthält;
f) erzeuge das fertige geditherte Gesamtbild durch eine Operation, die die beiden geditherten Bilder kombiniert, d.h. indem für jedes Pixel eine Kombination erzeugt wird, z.B. eine Durchschnittswichtungs- oder eine logische Operation zwischen dem die Mikrostruktur des ersten Niveaus enthaltenden geditherten Gesamtbild und dem die Mkrostrukturmuster des zweiten Niveaus enthaltenden geditherten Gesamtbild. Der Operationstyp und eventuell die relativen Wichtungen können so abgestimmt werden, dass entweder die Mikrostruktur des ersten Niveaus oder die Mikrostrukturmuster des zweiten Niveaus offensichtlicher werden. Die Durchschnittswichtungsoperation kann entweder auf die Pixelintensitätswerte angewendet werden, was ein fertiges Grauskalenbild ergibt, oder sie kann räumlich angewendet werden, zum Beispiel indem die Grösse des fertigen, kombinierten binären Bildes als 4×4-mal grösser als die des geditherten Bildes gewählt wird. Um den räumlich gewichteten Mittelwert auszuführen, kann man eine 4×4- (oder 8×8-) Pixelmatrix replizieren und je nach den relativen Gewichten der beiden zu kombinierenden, geditherten Bilder eine gegebene Anzahl von Pixeln innerhalb der 4×4-Matrix dem einen der beiden geditherten Bilder und die übrigen Pixel dem anderen geditherten Bild zuordnen. Um gute Ergebnisse zu liefern, kann die Reihenfolge der Zuordnung der Pixel innerhalb der 4×4-Matrix der Verteilung der Bayerschen Ditherschwellenniveaus folgen (H. R. Kang, Digital Color Halftoning, SPIE Press, 1999, Seiten 279–284, T₄).

Um ein gleichmässiges Gesamtbild zur Verfügung zu stellen, kann man auch so vorgehen, nur einen Bruchteil (z.B. 1/4) der das Gesamtbild überdeckenden Basisbänder mit der die Mikrostrukturmuster des zweiten Niveaus enthaltenden Dithermatrix zu dithern und die übrigen Bruchteile (z.B. 3/4) mit Standard-Ditherverfahren zu dithern, zum Beispiel mit einer Dithermatrix, die kleine gehäufte Punkte umfasst. Dies ist in gewisser Weise dem Mehrfachmuster-Dithering ähnlich, wo der eine Satz von Basisbandmustern die Mikrostrukturmuster des zweiten Niveaus sind und die anderen Sätze von Basisbandmustern die normalen gehäuften Punkte sind.
Das schlussendlich resultierende, kombinierte geditherte binäre Gesamtbild enthält sowohl eine leicht lesbare Mikrostruktur als auch Mikrostrukturmuster, die mit einem offenbarenden Linienraster offenbart werden können. Kompliziertere Varianten eines solchen Dokuments können mehrere Mikrostrukturen eines ersten Niveaus bei unterschiedlichen Orientierungen und Perioden und eventuell mehrere Mikrostrukturmuster eines zweiten Niveaus, ebenfalls bei unterschiedlichen Orientierungen und Perioden, enthalten.
Gerät für die Authentifikation von Dokumenten unter Verwendung des Moiré-Musterbildes
Ein Gerät für die visuelle Authentifikation von Dokumenten, die eine Basisschicht umfassen, kann eine offenbarende Schicht umfassen, die aus einem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung hergestellten Linienraster besteht und über die Basisschicht des Dokuments zu legen ist. Das Dokument kann von oben (in Reflexion) oder eventuell von unten (in Transmission) beleuchtet werden.
Wenn die Authentifikation visuell erfolgt, d.h. durch Bedienungspersonal, werden menschliche Biosysteme (ein menschliches Auge und Gehirn) als Mittel verwendet, um die durch die Überlagerung von Basisschicht und offenbarender Schicht erzeugten Moiré-Muster zu erfassen und um die erfassten Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern (oder im Gedächtnis gespeicherten Moiré-Mustern) zu vergleichen. Die Lichtquelle kann in diesem Falle entweder natürlich (wie Tageslicht) oder künstlich sein.
Ein Gerät für die automatische Authentifikation von Dokumenten, dessen Blockdiagramm in 35 gezeigt wird, umfasst eine offenbarende Schicht 351, die aus einem Raster von Linien besteht, ein Bilderfassungsmittel 352 wie eine Kamera, eine (in der Zeichnung nicht gezeigte) Lichtquelle sowie ein Vergleichssystem 353 für einen Vergleich der erfassten Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern. Wenn der Abgleich misslingt, wird das Dokument nicht authentifiziert, und die Dokumentenhandhabungsvorrichtung des Geräts 354 lehnt das Dokument ab. Das Vergleichssystem 353 kann mit einem Mikrocomputer realisiert werden, der einen Prozessor, einen Speicher und Eingabe-Ausgabe-Schnittstellen umfasst. Ein integrierter Einchip-Mikrocomputer kann für diesen Zweck verwendet werden. Für eine automatische Authentifikation muss das Bilderfassungsmittel 352 mit dem den vergleichenden Prozessor 353 enthaltenden Mikrocomputer verbunden werden, der seinerseites eine Dokumentenhandhabungsvorrichtung 354 steuert, um je nach dem durch den Mikroprozessor ausgeführten Vergleich ein zu authentifizierendes Dokument anzunehmen oder abzulehnen.
Das Moiré-Bezugsmusterbild kann entweder durch Bilderfassung (zum Beispiel mittels einer Kamera) der Überlagerung einer Muster-Basischicht und der offenbarenden Schicht gewonnen oder in einem Vorverarbeitungsschritt berechnet werden, indem in einer Bytemap die Basisschicht und die offenbarende Schicht bei den erwünschten Positionen) und Winkel(n) überlagert werden. Mehrfache Positionen und/oder Winkel können verschiedenen Moiré-Mustern entsprechen und eine gründlichere Authentifikation erlauben.
Der vergleichende Prozessor führt den Bildvergleich durch, indem er das erfasste Moiré-Musterbild mit einem Bezugsbild abgleicht; Beispiele, wie dieser Vergleich ausgeführt werden kann, sind eingehend von Amidor und Hersch im US-Patent Nr. 5 995 638 vorgestellt worden. Dieser Vergleich liefert mindestens einen Annäherungswert, der den Grad der Annäherung zwischen den erfassten Moiré-Mustern und einem Moiré-Bezugsmusterbild wiedergibt. Diese Annäherungswerte werden dann als Kriterien verwendet, um die Dokumentenhandhabungsvorrichtung zu veranlassen, das Dokument anzunehmen oder abzulehnen.
Rechensystem für die Authentifikation von Dokumenten unter Verwendung des Moiré-Musterbildes
Das vorgestellte Gerät kann auch durch ein Rechensystem ersetzt werden, um zu ermöglichen, dass der offenbarende Linienraster (die offenbarende Schicht, siehe 36, 361) elektronisch über das erfasste Basisschichtbild (36, 360) gelegt wird. Die Überlagerung ist einfach eine ganzzahlige Multiplikationsoperation (36, 362) zwischen der Bitmap des offenbarenden Linienrasters und dem durch die Kamera erfassten, korrekt positionierten Basisschichtbild. An Stellen, wo der offenbarende Linienraster durchsichtig ist („1"), erscheinen entsprechende Basisschichtpixel, während an Stellen, wo der offenbarende Linienraster undurchsichtig ist („0"), statt der entsprechenden Basisschichtpixel schwarze Pixel erzeugt werden. Das resultierende Mehrintensitätenbild, das das digitale Bild der Überlagerung von Basisschicht und offenbarender Schicht darstellt (36, 363), wird dann mit einem Tiefpassfilter gefiltert (36, 364), um hohe Frequenzen zu eliminieren, d.h. Frequenzen, die für das menschliche Auge oder für eine Kamera aus einer normalen Betrachtungsentfernung nicht sichtbar wären (ein solches Filter wird in dem Aufsatz von V. Ostromoukhov und R. D. Hersch, „Multi-color and artistic dithering", SIGGRAPH Annual Conference, 1999, Seiten 425–432, beschrieben). Das resultierende, gefilterte Mehrintensitätenbild ist das Moiré-Musterbild (36, 366) und kann mit einem Moiré-Bezugsmusterbild (36, 365) verglichen werden (36, 367), um zu entscheiden, ob das Dokument anzunehmen oder abzulehnen ist.
Das Rechensystem für die Authentifikation von Dokumenten durch Moiré-Muster wird daher ein Bilderfassungsmittel (ähnlich der 35, 352), z.B. eine Kamera, für die Erfassung von Dokumenten mit einer Basisschicht umfassen, die Basisbänder umfasst, wobei die Basisbänder Muster umfassen. Es umfasst weiter einen Programmmodul, der im Speicher das erfasste Basisschichtbild mit einem entsprechenden offenbarenden Schichtbild multipliziert, das einen Linienraster umfasst, und der das digitale Bild der Überlagerung von Basisschicht und offenbarender Schicht erzeugt. Es umfasst weiter einen Programmmodul, der eine Tiefpassfilteroperation am digitalen Bild ausführt, um die Moiré-Muster zu gewinnen. Es umfasst auch einen Programmmodul, der die berechneten Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern vergleicht und je nach dem Vergleich das Dokument annimmt oder ablehnt.
Ein solches Rechensystem erlaubt eine automatische Authentifikation von Dokumenten, die geometrische Basisschichtauslegungen besitzen, die sich eventuell von einem Dokument zum folgenden ändern und daher einen viel stärkeren Schutz gegen Fälschungsversuche bieten. Jeder geometrischen Basisschichtauslegung eines Dokuments entspricht eine gegebene geometrische Auslegung der offenbarenden Schicht, die bei elektronischer Überlagerung (d.h. Multiplikation) die erwarteten Moiré-(Bezugs)muster liefert. Das Dokument kann Information wie einen Balkencode oder eine mit Rechner lesbare Nummer umfassen, die die anzuwendende offenbarende Schicht identifiziert. Das Rechensystem kann diese Information lesen und die korrekte offenbarende Schicht anwenden, um das Moiré-Musterbild zu berechnen und es mit dem entsprechenden Moiré-Bezugsmusterbild zu vergleichen, um zu entscheiden, ob das Dokument anzunehmen oder abzulehnen ist.
Vorteile der vorliegenden Erfindung
Die Vorteile der in der vorliegenden Erfindung offenbarten neuen Verfahren der Authentifikation und Fälschungsbekämpfung sind zahlreich.

1. Die vorliegende Erfindung hat gegenüber früheren Erfindungen, die von I. Amidror und R. D. Hersch (US-Patent Nr. 6 249 588 und seine teilweise Fortsetzung, US-Patent Nr. 5 995 638, US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445) und I. Amidror (US-Patentanmeldung Nr. 10/183 550) gemacht wurden, den wichtigen Vorteil, dass der offenbarende Linienraster viel mehr Licht durchlässt als ein offenbarendes 2D-Punktegitter (Mastergitter). Dadurch kann ein Dokument in Reflexion authentifiziert werden, ohne dass eine Mikrolinsenanordnung oder eine spezielle Lichtquelle unter dem Dokument benötigt würde. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass in der vorliegenden Erfindung die Länge des Basisbandraumes nicht begrenzt ist und dass daher das erzeugte Moiré eine grosse Anzahl von Mustern umfassen kann, zum Beispiel viele typographische Zeichen, die einen Satz von Text (mehrere Wörter) oder einen Textabsatz bilden.
2. Die vorliegende Erfindung bietet einen grossen Freiheitsgrad für den Einbau von Mustern in die Basisbänder. Muster können entlang eines Basisbandes stark variieren, sie können auch über verschiedene Basisbänder hinweg geringfügig variieren.
3. Da die Moiré-Muster in Reflexion offenbart werden können, können die in die Basisbänder eingebauten Muster undurchsichtige Tinten wie Metallic-Tinten enthalten. Metallic-Tinten haben den zusätzlichen Vorteil, bei Winkeln der spiegelnden Lichtreflexion besonders starke Moiré-Muster zu liefern. Ausserdem können die Basisbänder auf völlig undurchsichtige Materialien wie Metallfolien oder Metallschachteln aufgedruckt werden.
4. Krummlinige Bandraster und krummlinige Moiré-Bandmuster können erzeugt werden, indem geometrische Transformationen auf die Basisschicht und eventuell auf die offenbarende Schicht angewendet werden. Solche krummlinige Bandraster können viele unterschiedliche Orientierungen und Frequenzen enthalten, die unerwünschte sekundäre Moirés erzeugen können, wenn sie mit einer Abtastvorrichtung (Farbkopierer, Desktopscanner) gescannt werden. Wenn der krummlinige Bandraster einen grossen Bereich allmählich variierender Frequenzen enthält, werden die Abtast- oder Wiedergabefrequenzen des Fälschers mit einigen der Bandrasterfrequenzen oder ihren Harmonischen kollidieren und im gefälschten Dokument stark sichtbare, unerwünschte Moiré-Effekte erzeugen (ähnlich den im Patent Nr. 1 138 011 des Vereinigten Königreiches beschriebenen Effekten, wie oben im Abschnitt „Hintergrund der Erfindung" erwähnt). Krummlinige Moirés tendieren ausserdem dazu, spezielle Teile der krummlinigen Basisschicht stark zu vergrössern, aber andere Teile weniger stark zu vergrössern. Die starke Vergrösserung kann nützlich sein, um komplizierte Mikrostrukturmuster (darunter z.B. Farbmikrostrukturen) sichtbar zu machen, die in die Basisbänder eingebettet sind.
5. Wenn Sondertinten verwendet werden, um das Muster in den Bändern der Basisschicht zu erzeugen, müssen Standard-Reproduktionssysteme mit Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz die Originalfarbe gemäss ihren eigenen Rasteralgorithmen rastern und werden dadurch die ursprünglichen Farbmuster zerstören. Wegen der Zerstörung der Muster in den Bändern der Basisschicht wird die offenbarende Schicht nicht in der Lage sein, die ursprünglichen Moiré-Muster zu liefern.
6. Basisbänder können mit undurchsichtigen Farbmustern gefüllt sein, die mit einer hohen Registriergenauigkeit nebeneinander gedruckt sind, zum Beispiel mit dem in der US-Patentanmeldung 09/477 544 (Ostromoukhov, Hersch) beschriebenen Verfahren. Da die durch die Überlagerung des Basisrasters und des offenbarenden Linienrasters erzeugten Moiré-Muster gegenüber jeglichen mikroskopischen Veränderungen des in den Basisbändern der Basisschicht vorhandenen Musters sehr empfindlich sind, lässt sich ein Dokument, das gemäss der vorliegenden Erfindung geschützt ist, sehr schwer fälschen. Die offenbarten Moiré-Muster dienen als ein Mittel, zwischen einem echten und einem gefälschten Dokument leicht zu unterscheiden.
7. Ein weiterer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie verwendet werden kann, um Dokumente zu authentifizieren, die auf eine beliebige Art von Träger einschliesslich Papier, Kunststoffmaterialien usw., die undurchsichtig oder durchsichtig sein können, gedruckt sind. Des Weiteren kann das vorliegende, erfundene Verfahren in gerasterte Schwarzweiss- oder Farbbilder (einfache gleichbleibende Bilder, Ton- oder Farbabstufungen oder komplizierte Photographien) eingebaut werden. Das vorliegende Verfahren bietet eine hohe Sicherheit ohne zusätzliche Kosten, da es unter Verwendung des Standardprozesses erzeugt werden kann, mit dem das Originaldokument gedruckt wird.
8. Weiter braucht die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf das Dokument gedruckte Basisschicht kein konstantes Intensitätsniveau zu haben. Im Gegenteil kann es in seinen Basisbändern Muster enthalten, die sich eventuell allmählich in ihrer Grösse und Form verändern oder einen Mustervordergrund sowie einen Musterhintergrund variabler Intensität besitzen. Diese Muster können in jedem gerasterten Bild variabler Intensität auf dem Dokument (wie einer Photographie, einem Portrait, einer Landschaft oder einem beliebigen Schmuckmotiv, das sich von dem Motiv unterscheiden kann, das durch die Moiré-Muster in der Überlagerung erzeugt wird) untergebracht (oder versteckt) werden. Wenn die Muster entlang eines Basisbandes variiert werden, dann werden sich die entsprechenden Moiré-Muster ebenfalls innerhalb ihrer Moiré-Bänder verändern. In ähnlicher Weise kann die Farbe innerhalb der Basisbänder ebenfalls je nach ihrer Position allmählich variiert werden. Die entsprechenden Moiré-Farbmuster werden sich dann auch innerhalb ihrer Moiré-Bänder verändern. Jede dieser Varianten hat den Vorteil, Fälschungen noch schwieriger zu machen und dadurch die durch die vorliegende Erfindung gebotene Sicherheit weiter zu erhöhen.
9. Ausserdem kann eine Basisschicht erzeugt werden, bei der verschiedene Basisbänder in Übereinstimmung mit speziellen Masken in verschiedenen Bereichen des Dokuments untergebracht werden oder bei der die verschiedenen Basisbänder übereinander gelegt werden. Dadurch können Moiré-Muster erzeugt werden, die unterschiedliche Orientierungen, Formen, Intensitäten und eventuell Farben besitzen können und die durch eine offenbarende Schicht offenbart werden können, die entweder einen einzelnen offenbarenden Linienraster oder mehrere offenbarende Linienraster enthält. Durch die Überlagerung verschiedener Basisbandmuster ist es möglich, einige der Basisbandmuster zu verstecken, wodurch eine Unterstützung für verdeckte Schutzmittel zur Verfügung gestellt wird, die nur durch die zuständigen Behörden oder spezialisierte Authentifikationsvorrichtungen erkannt werden können.
10. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in ihrer Fähigkeit, dynamische Moiré-Muster zu erzeugen, die variieren, wenn die Basisschicht und die offenbarende Schicht gegeneinander verschoben oder verdreht werden. Durch eine gleichmässige Variation der innerhalb der Basisbänder befindlichen Muster kann man gleichmässig variierende Moiré-Muster erzeugen. Wechselweise kann man durch den Einbau verschiedener Varianten von Basisbandmustern in die Basisbänder bei verschiedenen Phasen Moiré-Mehrfachmuster erzeugen, deren Formen, Intensitäten oder Farben sich gleichförmig oder stark verändern, wenn die offenbarende Schicht über der Basisschicht verschoben wird. Eine solche Variation in den erzeugten Moiré-Musterformen, -intensitäten und/oder -farben kann zu einem Nachweis werden und ein einfaches Mittel liefern, um ein Dokument oder einen wertvollen Artikel zu authentifizieren.
11. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass aus einem Bild variabler Intensität (oder Farbe) offenbarte Moiré-Muster einen Code darstellen können, der verwendet werden kann, um die Authentizität des Dokuments zu prüfen. Dies ist besonders nützlich, um zum Beispiel ein Identitätsdokument wie auch die Photographie seines Inhabers zu schüt zen. Ohne die offenbarende Schicht ist die Photographie sichtbar. Mit einer offenbarenden Schicht werden die Moiré-Muster, die den Überprüfungscode enthalten, sichtbar.
12. Der Einbau von Basisbandmustern in ein Bild variabler Intensität (oder Farbe) kann ein zweites Niveau von winzigen Mikrostrukturmustern zur Verfügung stellen, die bei ihrer Offenbarung durch einen offenbarenden Linienraster Moiré-Muster erzeugen, die Information bezüglich der Gültigkeit des dieses Bild enthaltenden Dokuments wiedergeben, z.B. eines Reisedokuments mit Abfahrts-, Ankunfts- und Gültigkeitsinformation oder einer Eintrittskarte mit dem Namen der Veranstaltung und den Gültigkeitsdaten der Eintrittskarte.
13. Geometrische Transformationen erlauben es, eine grosse Anzahl von Basisbanddesigns, die durch entsprechende transformierte offenbarende Linienraster offenbart werden, nach verschiedenen Kriterien herzustellen (z.B. kann die geometrische Auslegung der Basisbandgitter monatlich wechseln). Diese grosse Vielfalt von Designmöglichkeiten macht es potenziellen Fälschern sehr schwer, gefälschte Designs beständig an neue geometrische Transformationen anzupassen.

ZITIERTE QUELLEN
US-PATENTDOKUMENTE

US-Patent Nr. 5 995 638 (Amidror, Hersch), November 1999. Methods and apparatus for authentication of documents by using the intensity profile of moiré patterns, designierter Inhaber EPFL.
US-Patent Nr. 6 249 588 (Amidror, Hersch), Juni 2001. Method and apparatus for authentication of documents by using the intensity profile of moiré patterns, designierter Inhaber EPFL.
US-Patent Nr. 5 018 767 (Wicker), Mai 1991. Counterfeit protected document.
US-Patent Nr. 5 396 559 (McGrew), März 1995. Anticounterfeiting method and device utilizing holograms and pseudorandom dot patterns.
US-Patent Nr. 5 712 731 (Drinkwater u.a.), Januar 1998. Security device for security documents such as bank notes and credit cards.
US-Patent Nr. 5 032 003 (Antes), Juli 1991. Optically variable surface pattern.
US-Patent Nr. 4 984 824 (Antes und Saxer), Januar 1991. Document with an optical diffraction safety element.
US-Patent Nr. 4 761 253 (Antes), Juli 1998. Method and Apparatus for producing a relief pattern with a microscopic structure, in particular having an optical diffraction effect.
US-Patent Nr. 6 273 473 (Taylor, Hardwick; Bruce, Jackson, Wayne, Zientek, Hibbert, Cameron), August 2001. Self-verifying security documents.
US-Patentanmeldung Nr. 09/477 544 (Ostromoukhov, Hersch). Method and apparatus for generating digital halftone images by multi color dithering. Eingereicht am 4. Januar 2000, designierter Inhaber EPFL.
US-Patentanmeldung Nr. 09/902 445 (Amidror und Hersch), Juni 2001. Authentication of documents and valuable articles by using the moiré intensity profile. Eingereicht am 11. Juni 2001, designierter Inhaber EPFL.
US-Patentanmeldung Nr. 09/902 227 (R. D. Hersch und B. Wittwer), Juli 2001. Method and computing system for creating and displaying images with animated microstructures. Eingereicht am 11. Juli 2001, designierter Inhaber EPFL.
US-Patentanmeldung Nr. 09/998 229 (Erfinder R. D. Hersch, E. Forler, B. Wittwer, P. Emmel), Images and security documents protected by microstructures. Eingereicht am 3. Dezember 2001, designierter Inhaber EPFL; und ihre PCT-Nachfolgeanmeldung PCT/IB 02/02686 (R. D. Hersch, B. Wittwer, E. Forler, P. Emmel, D. Biemann, D. Gorostidi). Eingereicht am 5. Juli 2002.
US-Patentanmeldung Nr. 10/183 550 (Amidror), Juni 2002. Authentication with built-in encryption by using moiré intensity profiles between random layers. Eingereicht am 28. Juni 2002, designierter Inhaber EPFL.
Europäische Patentanmeldung 99 114 740.6, veröffentlicht als EP 1 073 257 A1 . Method for generating a security document (Erfinder R. D. Hersch, N. Rudaz). Eingereicht am 28. Juli 1999, designierte Inhaber Orell-Füssli und EPFL.

AUSLÄNDISCHE PATENTDOKUMENTE

Vereinigtes Königreich, Patent Nr. 1 138 011 (Canadian Bank Note Company), Dezember 1968. Improvements in printed matter for the purpose of rendering counterfeiting more difficult.

ANDERE VERÖFFENTLICHUNGEN

I. Amidror und R. D. Hersch, Fourier-based analysis and synthesis of moirés in the superposition of geometrically transformed periodic structures, Journal of the Optical Society of America A, Band 15, 1998, Seiten 1100–1113.
I. Amidror, The Theory of the Moiré Phenomenon, Kluwer Academic Publishers, 2000, Seite 21, Seiten 353–360.
I. Amidror und R. D. Hersch, Quantitative analysis of multichromatic moiré effects in the superposition of coloured periodic layers, Journal of Modern Optics, Band 44, Nr. 5, 1997, Seiten 883–899.
R. N. Bracewell, Two Dimensional Imaging, Prentice Hall, 1995, Seiten 120–122, 125–127.
W. Hospel, Application of laser technology to introduce security features on security documents in order to reduce counterfeiting, SPIE Band 3314, 1998, Seiten 254–259.
H. R. Kang, Digital Color Halftoning, SPIE Press, 1999, Seiten 214–225, 279–282.
O. Mikami, New imaging functions of Moiré by fly's eye lenses, Japan Journal of Applied Physics, Band 14, Nr. 3, 1975, Seiten 417–418.
O. Mikami, New image-rotation using Moiré lenses, Japan Journal of Applied Physics, Band 14, Nr. 7, 1975, Seiten 1065–1066.
J. F. Moser, Document protection by optically variable graphics (Kinemagram), in: Optical Document Security, Hrsg. R. L. Van Renesse, Artech House, London, 1998, Seiten 247–266.
K. Patorski, The Moiré Fringe Technique, Elsevier, 1993, Seiten 14–21.
G. Oster, The Sciences of Moiré Patterns, Edmund Scientific, 1969.
V. Ostromoukhov und R. D. Hersch, Artistic screening, SIGGRAPH Annual Conference, 1995, Seiten 219–228.
V. Ostromoukhov und R. D. Hersch, Multi-color and artistic dithering, SIGGRAPH Annual Conference, 1999, Seiten 425–432.
N. Rudaz und R. D. Hersch, Protecting identity documents with a just noticeable microstructure, Conf. Optical Security and Counterfeit Detenence Techniques IV, 2002, SPIE Band 4677, Seiten 101–109.
B. Saleh und M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley, 1991, Seite 116.
Thomas Sederberg, A physically based approach to 2D shape blending, Proc. Siggraph '92, Computer Graphics, Band 26, Nr. 2, Juli 1992, Seiten 25–34.
Oleg Veryovka und John Buchanan, Texture-based dither matrices, Computer Graphics Forum, Band 19, Nr. 1, Seiten 51–64.

Claims

Sicherheitsvorrichtung, um aus der Gruppe von Dokumenten und wertvollen Artikeln gewählte Objekte zu authentifizieren, umfassend: a) eine Basisbänder umfassende Basisschicht, die den Basisbändern entlang sich nicht wiederholende Folgen von Basisbandmustern spezieller Formen umfasst, und b) eine offenbarende Schicht, die ein offenbarendes Liniengitter umfasst, wobei die Überlagerung der Basisbänder und der offenbarenden Schicht Moiré-Muster erzeugt, die transformierte Exemplare der Basisbandmuster sind, wobei die Transformation zumindest eine Vergrösserung der speziellen Formen umfasst.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Vergrösserung einer Orientierung folgt und durch einen Skalierfaktor d festgelegt wird, der von der Basisbandperiode T1, von der Liniengitterperiode T2 und dem relativen Winkel θ zwischen dem Basisband und den Liniengitterorientierungen abhängt,
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, wo der Skalierfaktor d durch d = (x_i – λ)/x_i gegeben ist und wo λ = T1/tanθ und x_i = (T1/tanθ) – (T2/sinθ), wobei der Skalierfaktor nach algebraischer Vereinfachung d = T2/(T2 – T1cosθ) wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo zumindest ein Satz von Basisbändern krummlinig ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo das offenbarende Liniengitter krummlinig ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht und die offenbarende Schicht in Übereinstimmung mit einem Satz von Transformationsparametern geometrisch nichtlinear transformiert werden, wobei der Satz von Transformationsparametern die individuelle Gestaltung der Sicherheitsvorrichtung ermöglicht.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht mehrfache Sätze von Basisbändern umfasst, die durch unterschiedliche Parameter gekennzeichnet sind, die aus der Gruppe von Orientierungsparametern, Periodenparametern und geometrischen Transformationsparametern ausgewählt werden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo das offenbarende Liniengitter Linien umfasst, die aus der Gruppe von durchgezogenen Linien, gepunkteten Linien, unterbrochenen Linien und teilweise perforierten Linien ausgewählt werden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht mehrfache, ineinander verflochtene Muster umfasst und wo eine Verschiebung der offenbarenden Schicht über der Basisschicht Moiré-Muster erzeugt, die transformierte und vermischte Exemplare der mehrfachen, ineinander verflochtenen Muster umfassen.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Moiré-Bezugsmuster gespeicherte Moiré-Bezugsmuster sind, die zuvor in einer Überlagerung einer Basisschicht und einer offenbarenden Schicht in Objekten gesehen worden sind, die als authentisch bekannt sind und wo der Vergleich der Moiré-Muster mit den Moiré-Bezugsmustern visuell erfolgt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht auf einem undurchsichtigen Träger, die offenbarende Schicht auf einem durchsichtigen Träger abgebildet wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo sich die Basisschicht und die offenbarende Schicht an zwei unterschiedlichen Stellen des Objekts befinden, wodurch das Moiré-Muster durch eine Überlagerung der Basisschicht und der offenbarenden Schicht des Objekts visualisiert werden kann.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht durch einen Prozess der Übertragung eines Bildes auf einen Träger erzeugt wird, wobei der Prozess aus der Gruppe ausgewählt wird, die lithographische, photolithographische, photographische, elek trophotographische, Gravur-, Ätz-, Perforations-, Präge-, Tintenstrahl- und Farbsublimationsprozesse umfasst.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht durch ein Element verkörpert wird, das aus dem Satz von durchsichtigen Vorrichtungen, undurchsichtigen Vorrichtungen, optisch variablen Vorrichtungen und Beugungsvorrichtungen ausgewählt wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die offenbarende Schicht ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die einen undurchsichtigen Kunststoff mit durchsichtigen Linien, zylindrische Mikrolinsen und eine Beugungsvorrichtung, die das Verhalten zylindrischer Mikrolinsen emuliert, umfasst.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, deren Basisschicht sich auf einem Objekt befindet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Banknote, Scheck, Treuhandinstrument, ID-Karte, Pass, Reisedokument, Ticket, optische Diskette, Erzeugnis, an einem wertvollen Erzeugnis angebrachtes Etikett und Packung eines wertvollen Erzeugnisses umfasst.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 16, wo sich zumindest eine Schicht, die aus dem Satz ausgewählt ist, der die Basisschicht und die offenbarende Schicht umfasst, auf dem Erzeugnis befindet und wo sich zumindest eine andere, aus dem gleichen Satz ausgewählte Schicht auf der Packung des Erzeugnisses befindet.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht Muster umfasst, deren Farben je nach ihrer Position allmählich variieren, wodurch in der Schicht Moiré-Überlagerungsmuster erzeugt werden, die je nach ihrer Position in ihren Farben variieren.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht Muster umfasst, deren Formen je nach ihrer Position variieren, wodurch in der Schicht Moiré-Überlagerungsmuster erzeugt werden, deren Formen auch je nach ihrer Position variieren.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht Muster umfasst, deren Formen je nach der lokalen Intensität variieren und ein Bild variabler Intensität bilden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht Muster umfasst, deren Formen je nach der Farbe variieren und ein Bild variabler Farbe bilden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschicht ein Bild umfasst, das mit einer Dithermatrix gedithert worden ist, die Basisbandmuster enthält, wo ohne die offenbarende Schicht das Bild erscheint und mit der offenbarenden Schicht Moiré-Muster erscheinen, die die Authentizität des Gegenstandes zu überprüfen gestatten.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 22, wo das Bild die Photographie des Dokumentinhabers ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wo die Basisschichtmuster unter Verwendung zumindest einer Sondertinte gedruckt werden, wodurch ihre getreue Wiedergabe unter Verwendung der in gewöhnlichen Photokopierern und Desktopsystemen verfügbaren Standardtinten Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz erschwert wird, wobei die Sondertinte aus dem Satz ausgewählt wird, der aus Tinten in Farben ausserhalb des Farbumfangs, undurchsichtigen Tinten, fluoreszierenden Tinten, irisierenden Tinten, Metallic-Tinten und unter UV-Licht sichtbaren Tinten besteht.
Verfahren, um ein aus der Gruppe von Dokumenten und wertvollen Artikeln gewähltes Objekt zu authentifizieren, die Schritte umfassend: a) eine Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verfügung zu stellen, b) eine Basisschicht und eine offenbarende Schicht zu überlagern und dadurch Moiré-Muster zu erzeugen und c) die Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern zu vergleichen und je nach dem Ergebnis des Vergleichs das Objekt anzunehmen oder abzulehnen.
Verfahren nach Anspruch 25, wo ein zusätzlicher Schritt der Translation der offenbarenden Schicht über der Basisschicht ein evolvierendes Moiré-Muster liefert.
Verfahren nach Anspruch 25, wo die Basisbänder Teil eines gerasterten Bildes sind und wo ohne die offenbarende Schicht das gerasterte Bild sichtbar ist, und wo eine Überlagerung der Basisschicht mit der offenbarenden Schicht die Moiré-Muster sichtbar macht.
Verfahren nach Anspruch 25, wo die Moiré-Muster einen aus alphanumerischen Zeichen bestehenden Code ergeben und wo der Vergleich der Moiré-Muster mit Moiré-Bezugsmustern darin besteht, den Code mit einem auf dem Objekt befindlichen Bezugscode zu vergleichen.
Verfahren nach Anspruch 25, wo die Moiré-Muster einen aus alphanumerischen Zeichen bestehenden, verschlüsselten Code ergeben und wo der Vergleich der Moiré-Muster mit den Moiré-Bezugsmustern einen zusätzlichen Schritt erfordert, um den Code zu entschlüsseln.