EP1397259A1 - Optisch variables flächenmuster - Google Patents

Optisch variables flächenmuster

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Publication number
EP1397259A1
EP1397259A1 EP02745360A EP02745360A EP1397259A1 EP 1397259 A1 EP1397259 A1 EP 1397259A1 EP 02745360 A EP02745360 A EP 02745360A EP 02745360 A EP02745360 A EP 02745360A EP 1397259 A1 EP1397259 A1 EP 1397259A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surface pattern
representations
relief structures
structures
relief
Prior art date
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Granted
Application number
EP02745360A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1397259B1 (de
Inventor
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
René Staub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OVD Kinegram AG
Original Assignee
OVD Kinegram AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OVD Kinegram AG filed Critical OVD Kinegram AG
Publication of EP1397259A1 publication Critical patent/EP1397259A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1397259B1 publication Critical patent/EP1397259B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/20—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof characterised by a particular use or purpose
    • B42D25/29—Securities; Bank notes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S283/00—Printed matter
    • Y10S283/902—Anti-photocopy

Definitions

  • the invention relates to an optically variable surface pattern of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such surface patterns contain structures, mostly in the form of microscopic relief structures that diffract incident light. These diffractive patterns are suitable, for example, as authenticity and security features to increase security against counterfeiting. They are particularly suitable for protecting securities, banknotes, means of payment, identity cards, passports, etc.
  • the function as an authenticity feature consists in informing the recipient of the object provided with it, e.g. a banknote to convey the feeling that the object is genuine and not a fake.
  • the function as a security feature is to prevent unauthorized copying or at least make it extremely difficult.
  • EP 0 105 099 B1, EP 0 330 738 B1, EP 0 375 833 B1 are representative of this. They are characterized by the brilliance of the patterns and the movement effect in the pattern, are embedded in a thin laminate made of plastic and are applied in the form of a brand to documents such as banknotes, securities, ID cards, passports, visas, identity cards etc., e.g. glued on , Materials which can be used to produce the security elements are compiled in EP 0 201 323 B1.
  • a pixel-oriented, optically variable surface pattern is known from European patent EP 0 375 833 B1. Such a surface pattern contains a predetermined number N of different images. The surface pattern is divided into pixels.
  • Each pixel is divided into N sub-pixels, each of the N sub-pixels of a pixel being assigned a pixel from one of the N images.
  • Each sub-pixel contains a diffraction structure in the form of a microscopic relief, which contains information about a color value, about a level of the brightness value and about a viewing direction.
  • a viewer of the surface pattern is always presented with a single image, the respective visible image being able to be changed by tilting or rotating the surface pattern or by changing the viewer's viewing angle.
  • the invention is based on the object of proposing an optically variable surface pattern which has improved copy protection.
  • a diffraction-optically effective surface pattern comprises at least two representations which are arranged nested on the surface pattern.
  • the representations contain light-diffractive, reflective structures which diffract incident light in different directions under normal lighting conditions, so that an observer can only see one of the representations at a time. By rotating and / or tilting the surface pattern or by changing the viewing angle, the viewer can make one or the other representation a visible representation.
  • the invention is now based on the idea of making the differences in the diffraction directions so small that the representations can be perceived separately by the viewer from a typical distance of 30 cm on the one hand, and that on the other hand when copying using a color copier either all representations are copied so that an image is created on the copy that corresponds to the overlay of all representations, or that none of the representations is copied.
  • Symmetrical or asymmetrical sawtooth-shaped relief structures are preferably used as diffraction structures, which have a relatively long period length but different inclination angles compared to the wavelength of visible light.
  • the period length can be the same for the relief structures of all representations; but it can also be of different sizes.
  • the period length L is typically 5 ⁇ m or more. The longer the period, the more the relief structure looks like an inclined mirror, at which the incident light is reflected and hardly diffracted. That the relief structure bends the light increasingly achromatically and the angle of diffraction is determined by the law of reflection and diffraction and is at least twice the angle of inclination for perpendicularly incident light.
  • Achromatic diffraction gratings with a period length L of more than 5 ⁇ m and a sinusoidal relief profile, for example a sinusoidal relief profile, can also be used as diffraction structures.
  • the relief structures of the Different representations differ in the period length L and / or in the structure depth of the relief profile, so that the representations can be perceived separately by the observer.
  • the diffraction structures can also be implemented in the form of a volume hologram.
  • the surface pattern according to the invention can thus be characterized in that the different representations when illuminated with light perpendicular to the surface pattern can be perceived separately by a human viewer from different viewing angles, and that the difference in the viewing angles of at least two of the representations is so small that one copy produced by means of a copier which reproduces at least two representations one above the other.
  • the diffraction directions depend on the orientation of the surface pattern. So that all representations are copied onto the copy, regardless of the orientation of the surface pattern, when copying by means of a color copier, there can be several representations of the same content per representation, which are formed by linear, but rotated lattice structures. Another solution is to use circular grids as the grid.
  • Fig. 1 shows the structure of a pixel-oriented surface pattern in the
  • Fig. 8 is a relief structure with a symmetrical profile shape
  • the image motifs are referred to below as graphic representations 2, 3 and 4 (FIG. 2).
  • the surface pattern 1 is divided into n * m pixels or fields 5 in a matrix.
  • the entirety of the partial areas 6 includes the first graphic representation 2, the totality of the partial areas 7 contains the second graphic representation 3 and the totality of the partial areas 8 contains the third graphic representation 4.
  • the dimensions of a field 5 are typically less than
  • FIG. 2 shows the three representations 2, 3 and 4, which represent, for example, the lettering "100", “EUR” and " € € €".
  • the lettering is light on a dark background (the reverse is true in the drawing).
  • the representations 2, 3 and 4 are also divided into n * m grid fields 2.1, 3.1 and 4.1, which are either light or dark.
  • the grid fields are for drawing reasons 2.1, 3.1, 4.1 much too large compared to the lettering and only some of the grid fields 2.1, 3.1, 4.1 are shown.
  • a partial surface 6 (FIG. 1) is assigned to each grid field 2.1 of the first representation 2.
  • a partial area 7 (FIG. 1) is assigned to each grid area 3.1 of the second representation 3
  • a partial area 8 (FIG. 1) is assigned to each grid area 4.1 of the third representation 4.
  • the assigned partial area 6 contains a mirror or a cross grating with at least 3000 lines per millimeter, as a result of which the incident light is reflected, absorbed or scattered at high angles. If one of the grid fields 2.1 is bright, the assigned partial surface 6, as shown in FIG. 3, contains a sawtooth
  • the relief structure 9.1 has a comparatively large period length L in comparison to the wavelength of visible light, which is typically 5 ⁇ m or more.
  • the first representation 2 (FIG. 2) thus appears when illuminated with white light, and when the viewer assumes his viewing angle in accordance with the reflection conditions of the geometric optics, as an image composed of light and dark dots, which are usually the color of the relief structure 9.1 used reflective layer 11 and / or the cover layer 12.
  • the two other representations 3 (FIG. 2) and 4 (FIG. 2) are realized with a sawtooth-shaped relief structure 9.2 and 9.3, respectively, similar to the relief structure 9.1 of the first representation 2.
  • the angles of inclination ⁇ , ⁇ and y of the sawtooth of the three relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 with respect to the plane of the surface pattern 1 are selected such that
  • the furrows of the different relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 run approximately parallel, i.e. the maximum difference in the angles that the furrows make with respect to any axis in the plane of the surface pattern 1, the so-called azimuth angle, should be less than approximately 10 °, so that under the lighting conditions prevailing during copying, either all three or none of the representations 2, 3 and 4 are transferred to the copy.
  • the furrows preferably run parallel to a side edge of the object to be protected with the surface pattern, so that the furrows are aligned as parallel as possible to the scanner of a color copier.
  • the surface pattern 1 is advantageously designed as a layered composite.
  • the layer composite is formed by a first lacquer layer 10, a reflection layer 11 and a second lacquer layer, the cover layer 12.
  • the lacquer layer 10 is advantageously an adhesive layer, so that the layer composite can be glued directly onto a substrate.
  • substrate means, for example, a security, a banknote, an identity card, a credit card, a passport or, quite generally, an object to be protected.
  • the cover layer 12 advantageously covers the relief structures completely. It also preferably has an optical one in the visible range
  • the cover layer 12 also serves as a scratch-resistant protective layer.
  • FIG. 3 shows side by side the sawtooth-shaped relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 associated with the bright pixels of the three representations 2, 3 and 4 of FIG. 2, which are present in the corresponding partial areas 6, 7 and 8 of the fields 5.
  • the pupil diameter of 5 mm perceives the representations 2, 3 and 4 separately if the difference in the angle of inclination between two neighboring representations is approximately 0.5 ° - 5 °.
  • the value for the largest angle of inclination ie here for the angle of inclination y, should be at most 25 ° so that on the one hand the relief structures 9 do not become too deep and on the other hand all three representations 2, 3 and 4 are copied onto the copy when copied by means of a copier ,
  • Fig. 4 shows schematically the geometric conditions when copying by means of a color copier 13.
  • the color copier 13 has a glass plate 14 on which the document 15 to be copied, e.g. a bank note, and a carriage 16 which can be moved in the x direction and which contains a light source 17, a deflecting mirror 18 and a detector 19 with photosensors 20.
  • the light 21 emitted by the light source 17 falls obliquely onto the document 15 at a certain angle and thus obliquely onto the surface pattern 1 with the differently inclined relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 (FIG. 3).
  • Part of the incident light is reflected approximately perpendicular to the glass plate 14, strikes the deflecting mirror 18 and is thus imaged on the photosensors 20 of the color copier 13.
  • the angles of inclination ⁇ , ⁇ and y are chosen such that the relief structures 9.1, 9.2 and 9.3, when properly oriented on the glass plate 14 of the color copier 13, reflect the light emitted by the light source 17 onto the deflecting mirror 18. 5 shows this situation.
  • Each of the representations 2, 3 and 4 shows an associated partial surface 6, 7 and 8, respectively, on a very greatly enlarged scale, a light point of the representation being assigned to these partial surfaces.
  • the light beam reflected on the relief structure 9.1 is identified by the reference symbol 22, the light beam reflected on the relief structure 9.2 is identified by the reference symbol 23, and the light beam reflected on the relief structure 9.3 is identified by the reference symbol 24.
  • the mean angle of inclination is also adapted to the typical angle of 30 ° at 15 °, at which the light 21 emitted by the light source 17 of the color copier 13 falls on the document to be copied. This means that the light diffracted at the associated relief structure is then bent approximately vertically downward towards the deflecting mirror 18.
  • the surface of the document receiving the surface pattern 1 must have a relatively smooth surface, since otherwise the representations are smeared because of the roughness so that they do not are visible separately.
  • the difference between the largest and the smallest inclination angle should be at most 20 ° so that all representations are copied during copying.
  • the differences between successive angles of inclination that is to say the difference ⁇ - ⁇ and the difference ⁇ - ⁇ , were the same.
  • the differences between successive angles of inclination can also be of different sizes.
  • the relief structures 9.1, 9.2 and 9.3 are advantageously non-linear grids with straight lines
  • Furrows but grids with serpentine corrugated furrows, i.e. grids with furrows with alternating curvature, or grids with circular or polygonal furrows approximating the circle.
  • a relief structure with circular furrows is shown in FIG. 7. The distance between two circular lines corresponds to the period length L.
  • asymmetrical relief structures 9.1, 9.2, 9.3 relief structures with a symmetrical profile shape can also be used, which essentially do not reflect incident light in one direction, but in two directions. Such an example is shown in FIG. 8.
  • angle ⁇ which denotes the inclination of the relief structures 9 with respect to the horizontal.
  • FIG. 9 shows a section of an example of a non-pixel-oriented surface pattern with two representations 2 and 3 that do not overlap.
  • the surface occupied by the surface pattern 1 is divided into three partial surfaces 6, 7 and 26.
  • the partial surface 26 serves as a common background for the two representations 2 and 3.
  • the partial surface 6 contains sawtooth-shaped ones Relief structures that have a first angle of inclination and that generate the bright points of the first representation 2.
  • the partial surface 7 contains sawtooth-shaped relief structures which have a second angle of inclination which is different from the first angle of inclination and which generate the bright points of the second representation 3.
  • the partial surface 26 serves to create a dark or inconspicuous background. It is designed, for example, as a mirror or as a cross grating with at least 3000 lines per millimeter or transparent, so that the substrate to which the surface pattern is glued is visible at this point.
  • the two representations 2 and 3 can thus be perceived separately by a human viewer with a given direction of illumination, because they are visible from different angles.
  • the angles of inclination of the sawtooth-shaped relief structures are chosen so small that when copying by means of a copier, both representations 2 and 3 are reproduced on the copy.
  • the two representations 2 and 3 are therefore visible on the copy without the viewer having to change the viewing angle or the direction of illumination.
  • the invention can be implemented either according to the first exemplary embodiment as a pixel-oriented surface pattern, or according to the above exemplary embodiment as a non-pixel-oriented surface pattern, the overlapping regions then being assigned to either the first or the second representation.
  • the surface pattern can also be realized as a combination of the two exemplary embodiments, the overlapping regions being designed as in the pixel-oriented surface pattern.

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Finance (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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  • Printing Methods (AREA)
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  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
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  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Description

Optisch variables Flächenmuster
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Flächenmuster der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Solche Flächenmuster enthalten Strukturen, meistens in der Form mikroskopisch feiner Relief Strukturen, die auftreffendes Licht beugen. Diese diffraktiven Muster eignen sich beispielsweise als Echtheits- und Sicherheitsmerkmal zur Erhöhung der Sicherheit gegen Fälschung. Sie eignen sich insbesondere zum Schutz von Wertpapieren, Banknoten, Zahlungsmitteln, Identitätskarten, Pässen, etc.
Die Funktion als Echtheitsmerkmal besteht darin, dem Empfänger des damit versehenen Gegenstandes, z.B. einer Banknote, das Gefühl zu vermitteln, dass der Gegenstand echt und nicht eine Fälschung ist. Die Funktion als Sicherheitsmerkmal besteht darin, das unerlaubte Nachmachen zu verhindern oder zumindest ausserordentlich zu erschweren.
Derartige Flächenmuster sind aus vielen Quellen bekannt; stellvertretend seien hier die EP 0 105 099 B1 , EP 0 330 738 B1 , EP 0 375 833 B1 genannt. Sie zeichnen sich durch die Brillanz der Muster und den Bewegungseffekt im Muster aus, sind in ein dünnes Laminat aus Kunststoff eingebettet und werden in Form einer Marke auf Dokumente, wie Banknoten, Wertpapiere, Personalausweise, Pässe, Visa, Identitätskarten usw. aufgebracht, z.B. aufgeklebt. Zur Herstellung der Sicherheitselemente verwendbare Materialien sind in der EP 0 201 323 B1 zusammengestellt. Ein pixelorientiertes optisch variables Flächenmuster ist aus dem europäischen Patent EP 0 375 833 B1 bekannt. Ein solches Flächenmuster enthält eine vorgegebene Anzahl N unterschiedlicher Bilder. Das Flächenmuster ist in Pixel unterteilt. Jeder Pixel ist in N Unterpixel unterteilt, wobei jedem der N Unterpixel eines Pixels ein Bildpunkt von einem der N Bilder zugeordnet ist. Jeder Unterpixel enthält eine Beugungsstruktur in der Form eines mikroskopisch feinen Reliefs, die Informationen über einen Farbwert, über eine Stufe des Helligkeitswertes und über eine Betrachtungsrichtung enthält. Einem Betrachter des Flächenmusters stellt sich immer nur ein einziges Bild dar, wobei das jeweils sichtbare Bild durch Kippen oder Drehen des Flächenmusters oder durch Änderung des Blickwinkels des Betrachters geändert werden kann.
Ein weiteres optisch variables Flächenmύster ist aus dem Patent US 6 157 487 bekannt. Bei diesem Flächenmuster weisen die mikroskopisch feinen Relief Strukturen eine vergleichsweise geringe Anzahl von Linien pro Millimeter auf, so dass auftreffendes Licht nahezu achromatisch gebeugt wird.
Bekannt ist auch die auf den Unterschieden in der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges und der Farbkopierer basierende Idee, Dokumente mit einem farbigen Hintergrund auszurüsten und auf den Hintergrund Information in einer anderen Farbe zu drucken, wobei Information und Hintergrund einen vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Kontrast aufweisen, der jedoch von den Farbkopierern nicht reproduziert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Flächenmuster vorzuschlagen, das einen verbesserten Kopierschutz aufweist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Ein beugungsoptisch wirksames Flächenmuster umfasst wenigstens zwei Darstellungen, die auf dem Flächenmuster ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die Darstellungen enthalten lichtbeugende, reflektierende Strukturen, die auftreffendes Licht unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen in unterschiedliche Richtungen beugen, so dass ein Betrachter immer nur eine der Darstellungen sehen kann. Durch Drehen und/oder Kippen des Flächenmusters oder durch Verändern des Blickwinkels kann der Betrachter die eine oder die andere Darstellung zur sichtbaren Darstellung machen. Die Erfindung basiert nun auf der Idee, die Unterschiede in den Beugungsrichtungen so klein zu machen, dass die Darstellungen einerseits vom Betrachter aus einer typischen Distanz von 30 cm getrennt wahrnehmbar sind und dass andererseits beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder alle Darstellungen kopiert werden, so dass auf der Kopie ein Bild entsteht, das der Überlagerung aller Darstellungen entspricht, oder dass keine der Darstellungen kopiert wird.
Als Beugungsstrukturen werden bevorzugt symmetrische oder asymmetrische sägezahnförmige Reliefstrukturen verwendet, die gegenüber der Wellenlänge des sichtbaren Lichts eine relativ grosse Periodenlänge, aber unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Die Periodenlänge kann für die Reliefstrukturen aller Darstellungen die gleiche sein; sie kann aber auch verschieden gross sein. Die Periodenlänge L beträgt typisch 5 μm, oder auch mehr. Je grösser die Periodenlänge ist, umso mehr wirkt die Reliefstruktur wie ein geneigter Spiegel, an dem das auftreffende Licht reflektiert und kaum mehr gebeugt wird. D.h. die Reliefstruktur beugt das Licht zunehmend achromatisch und der Beugungswinkel ist durch das Reflexions- und Beugungsgesetz bestimmt und beträgt für senkrecht auffallendes Licht wenigstens das Doppelte des Neigungswinkels.
Als Beugungsstrukturen können auch achromatische Beugungsgitter mit einer Periodenlänge L von mehr als 5 μm und einem sinusähnlichen Reliefprofil, z.B. einem sinusförmigen Reliefprofil, verwendet werden. Die Reliefstrukturen der verschiedenen Darstellungen unterscheiden sich in der Periodenlänge L und/oder in der Strukturtiefe des Reliefprofils, damit die Darstellungen vom Beobachter getrennt wahrnehmbar sind.
Die Beugungsstrukturen können aber auch in der Form eines Volumenhologramms realisiert werden.
Das erfindungsgemässe Flächenmuster kann also dadurch charakterisiert werden, dass die verschiedenen Darstellungen bei Beleuchtung mit senkrecht auf das Flächenmuster auftreffendem Licht von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind, und dass die Differenz der Blickwinkel von mindestens zwei der Darstellungen so klein ist, dass eine mittels eines Kopierers hergestellte Kopie die mindestens zwei Darstellungen übereinander wiedergibt.
Die Beugungsrichtungen sind bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung von der Orientierung des Flächenmusters abhängig. Damit beim Kopieren mittels eines Farbkopierers unabhängig von der Orientierung des Flächenmusters alle Darstellungen auf die Kopie kopiert werden, können pro Darstellung mehrere Darstellungen gleichen Inhalts vorhanden sein, die durch lineare, aber gegeneinander rotierte Gitterstrukturen gebildet sind. Eine andere Lösung besteht darin, als Gitter kreisförmige Gitter zu verwenden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters in der
Aufsicht, Fig. 2 grafische Darstellungen,
Fig. 3 das Flächenmuster im Querschnitt,
Fig. 4 einen Farbkopierer,
Fig. 5, 6 Lichtverhältnisse beim Kopiervorgang,
Fig. 7 ein Gitter mit kreisförmigen Furchen,
Fig. 8 eine Reliefstruktur mit einer symmetrischen Profilform und
Fig. 9 ein nicht pixelorientiertes Flächenmuster.
Die Fig. 1 zeigt für ein erstes Ausführungsbeispiel in der Aufsicht die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters 1 , das beispielsweise k = 3 Biidmotive enthält, die von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind. Die Bildmotive werden im folgenden als grafische Darstellungen 2, 3 und 4 (Fig. 2) bezeichnet. Das Flächenmuster 1 ist matrixartig in n*m Pixel oder Felder 5 unterteilt. Jedes Feld 5 ist in k = 3 Teilflächen 6, 7 und 8 unterteilt. Die Gesamtheit der Teilflächen 6 beinhaltet die erste grafische Darstellung 2, die Gesamtheit der Teilflächen 7 beinhaltet die zweite grafische Darstellung 3 und die Gesamtheit der Teilflächen 8 beinhaltet die dritte grafische Darstellung 4. Die Abmessungen eines Feldes 5 betragen typisch weniger als
0,3mm x 0.3mm, so dass die einzelnen Felder 5 vom menschlichen Auge bei einer Sichtdistanz von 30 cm nicht aufgelöst werden.
Die Fig. 2 zeigt die drei Darstellungen 2, 3 und 4, die beispielsweise die Schriftzüge "100", "EUR" und "€ € €" darstellen. Die Schriftzüge sind hell auf dunklem Hintergrund (in der Zeichnung ist es umgekehrt). Die Darstellungen 2, 3 und 4 sind ebenfalls matrixartig in n*m Rasterfelder 2.1 , 3.1 bzw. 4.1 unterteilt, die entweder hell oder dunkel sind. Aus zeichnerischen Gründen sind die Rasterfelder 2.1 , 3.1 , 4.1 im Vergleich zu den Schriftzügen viel zu gross und zudem jeweils nur einige der Rasterfelder 2.1 , 3.1 , 4.1 dargestellt. Jedem Rasterfeld 2.1 der ersten Darstellung 2 ist eine Teilfläche 6 (Fig. 1) zugeordnet. Auf gleiche Weise ist jedem Rasterfeld 3.1 der zweiten Darstellung 3 eine Teilfläche 7 (Fig. 1 ) und jedem Rasterfeld 4.1 der dritten Darstellung 4 eine Teilfläche 8 (Fig. 1) zugeordnet.
Falls eines der Rasterfelder 2.1 der ersten Darstellung 2 dunkel ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6 einen Spiegel oder ein Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter, wodurch das auftreffende Licht gespiegelt, absorbiert oder in hohe Winkel gestreut wird. Falls eines der Rasterfelder 2.1 hell ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine sägezahnförmige
Reliefstruktur 9.1. Die Reliefstruktur 9.1 weist eine im Vergleich zur Wellenlänge sichtbaren Lichts vergleichsweise grosse Periodenlänge L auf, die typischerweise 5 μm oder mehr beträgt. Die erste Darstellung 2 (Fig. 2) erscheint somit bei Beleuchtung mit weissem Licht, und wenn der Betrachter seinen Blickwinkel entsprechend den Reflexionsbedingungen der geometrischen Optik einnimmt, als Bild aus hellen und dunklen Punkten, die in der Regel die Farbe der zur Bedeckung der Reliefstruktur 9.1 verwendeten Reflexionsschicht 11 und/oder der Deckschicht 12 aufweisen.
Die beiden anderen Darstellungen 3 (Fig. 2) und 4 (Fig. 2) sind mit einer ähnlichen sägezahnförmigen Reliefstruktur 9.2 bzw. 9.3 wie die Reliefstruktur 9.1 der ersten Darstellung 2 realisiert. Die Neigungswinkel α, ß und y des Sägezahns der drei Reliefstrukturen 9.1 , 9.2 bzw. 9.3 bezüglich der Ebene des Flächenmusters 1 sind so gewählt, dass
a) ein Betrachter, der das Flächenmuster aus einer typischen Distanz von 30 cm betrachtet, jeweils nur eine der drei Darstellungen 2, 3 oder 4 sieht,
und
b) beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder wenigstens zwei oder überhaupt keine der Darstellungen 2, 3 und 4 mitkopiert werden.
Die Furchen der verschiedenen Reliefstrukturen 9.1 , 9.2 und 9.3 verlaufen annähernd parallel, d.h. die maximale Differenz der Winkel, den die Furchen bezüglich einer beliebigen Achse in der Ebene des Flächenmusters 1 einnehmen, der sogenannten Azimutwinkel, soll weniger als etwa 10° betragen, damit unter den beim Kopieren herrschenden Beleuchtungsverhältnissen entweder alle drei oder überhaupt keine der Darstellungen 2, 3 und 4 auf die Kopie übertragen werden. Zudem verlaufen die Furchen bevorzugt parallel zu einer Seitenkante des mit dem Flächenmuster zu schützenden Gegenstands, damit die Furchen möglichst parallel zum Scanner eines Farbkopierers ausgerichtet sind.
Das Flächenmuster 1 ist, wie in der Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, vorteilhaft als Schichtverbund ausgebildet. Der Schichtverbund wird gebildet von einer ersten Lackschicht 10, einer Reflexionsschicht 11 und einer zweite Lackschicht, der Deckschicht 12. Die Lackschicht 10 ist mit Vorteil eine Klebeschicht, so dass der Schichtverbund direkt auf ein Substrat aufklebbar ist. Mit dem Begriff Substrat ist beispielsweise ein Wertpapier, eine Banknote, eine Identitätskarte, eine Kreditkarte, ein Pass oder ganz allgemein ein zu schützender Gegenstand gemeint. Die Deckschicht 12 überdeckt mit Vorteil die Reliefstrukturen vollständig ein. Sie weist zudem im sichtbaren Bereich bevorzugt einen optischen
Brechungsindex von wenigstens 1 ,5 auf, damit die geometrische Profilhöhe h eine möglichst grosse optisch wirksame Profilhöhe ergibt. Weiter dient die Deckschicht 12 als kratzfeste Schutzschicht. Der Einfachheit der Beschreibung wegen ist der Einfluss der Refraktion an der Grenze zwischen Luft (Brechungsindex = 1) und der Deckschicht 12 mit einem Brechungsindex von rund 1 ,5 vernachlässigt.
Die Fig. 3 zeigt nebeneinander die den hellen Bildpunkten der drei Darstellungen 2, 3 und 4 der Fig. 2 zugeordneten sägezahnförmigen Reliefstrukturen 9.1 , 9.2 und 9.3, die in den entsprechenden Teilflächen 6, 7 bzw. 8 der Felder 5 vorhanden sind. Bei Betrachtung aus einer Entfernung von 30 cm und bei einem Pupillendurchmesser von 5 mm nimmt das menschliche Auge die Darstellungen 2, 3 und 4 getrennt wahr, wenn der Unterschied des Neigungswinkels zwischen je zwei benachbarten Darstellungen etwa 0,5° - 5° beträgt. Die Neigungswinkel betragen beispielsweise α = 12,5°, ß = 15° und y = 17,5°. Der Wert für den grössten Neigungswinkel, d.h. hier für den Neigungswinkel y, soll höchstens 25° betragen, damit einerseits die Reliefstrukturen 9 nicht zu tief werden und damit andererseits alle drei Darstellungen 2, 3 und 4 beim Kopieren mittels eines Kopierers auf die Kopie übertragen werden.
Die Fig. 4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse beim Kopieren mittels eines Farbkopierers 13. Der Farbkopierer 13 weist eine Glasplatte 14, auf der das zu kopierende Dokument 15, z.B. eine Banknote, aufliegt, und einen in x- Richtung fahrbaren Schlitten 16 auf, der eine Lichtquelle 17, einen Umlenkspiegel 18 und einen Detektor 19 mit Photosensoren 20 enthält. Beim Kopieren fällt das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 unter einem bestimmten Winkel schräg auf das Dokument 15 und somit schräg auf das auf dem Dokument 15 vorhandene Flächenmuster 1 mit den unterschiedlich geneigten Reliefstrukturen 9.1 , 9.2 und 9.3 (Fig. 3). Ein Teil des auffallenden Lichtes wird in etwa senkrecht zur Glasplatte 14 zurückgeworfen, trifft auf den Umlenkspiegel 18 und wird so auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13 abgebildet.
Die Neigungswinkel α, ß und y sind so gewählt, dass die Reliefstrukturen 9.1 , 9.2 und 9.3 bei richtiger Orientierung auf der Glasplatte 14 des Farbkopierers 13 das von der Lichtquelle 17 ausgesandte Licht auf den Umlenkspiegel 18 reflektieren. Die Fig. 5 zeigt diese Situation. Von jeder der Darstellungen 2, 3 und 4 ist je eine zugehörige Teilfläche 6, 7 bzw. 8 in sehr stark vergrössertem Massstab dargestellt, wobei diesen Teilflächen ein heller Punkt der Darstellung zugeordnet ist. Der an der Reliefstruktur 9.1 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 22, der an der Relief Struktur 9.2 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 23 und der an der Reliefstruktur 9.3 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Die an diesen drei dargestellten Teilflächen 6, 7 bzw. 8 reflektierten Lichtstrahlen 22, 23 und 24 treffen, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, nahezu nebeneinander auf den Umlenkspiegel 18 auf und werden dort in Richtung der Photosensoren 20 umgelenkt. Obwohl die Lichtstrahlen 22, 23 und 24 unter verschiedenen Winkeln auf den Umlenkspiegel 18 auftreffen, werden sie auf die Photosensoren 20 abgebildet, da die Winkelunterschiede genügend klein sind. Bei einem herkömmlichen Farbkopierer werden nämlich Winkelunterschiede von typisch 30° erfasst. Die Grenzen des vom Farbkopierer erfassten Bereichs sind mit gestrichelten Linien 25 eingezeichnet. Im vorliegenden Beispiel mit den Neigungswinkeln α = 12,5°, ß = 15° und y = 17,5° beträgt der maximale Winkelunterschied zwischen den Lichtstrahlen 22, 23 und 24 nur 10°.
Der mittlere Neigungswinkel ist mit 15° zudem dem typischen Winkel von 30° angepasst, unter dem das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 des Farbkopierers 13 auf das zu kopierende Dokument fällt. Dies bedeutet, dass dann das an der zugehörigen Reliefstruktur gebeugte Licht annähernd senkrecht nach unten zum Umlenkspiegel 18 hin gebeugt wird.
Damit die Darstellungen von einem menschlichen Betrachter unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen und bei einem Sichtabstand von 30 cm getrennt wahrgenommen werden, muss die Oberfläche des das Flächenmuster 1 aufnehmenden Dokuments eine relativ glatte Oberfläche aufweisen, da sonst die Darstellungen wegen der Rauhigkeit verschmiert werden, so dass sie nicht getrennt sichtbar sind. Für die Verwendung mit Dokumenten mit relativ rauher Oberfläche, wie sie beispielsweise Banknoten aufweisen, sind deshalb grössere Neigungswinkel von α = 10°, ß = 15° und y = 20° oder sogar von α = 5°, ß = 15° und Y = 25° vorgesehen. Auch in diesem Fall gelangen noch alle gebeugten
Lichtstrahlen 22, 23 und 24 auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13. Die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Neigungswinkel soll höchstens 20° betragen, damit beim Kopieren alle Darstellungen kopiert werden.
Beim Kopieren werden somit entweder alle oder keine der drei Darstellungen auf die Kopie übertragen. Die in den Darstellungen des Flächenmusters 1 gespeicherte Information wird somit unleserlich oder verschwindet ganz.
Bei den vorangegangenen Zahlenbeispielen waren die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln, also die Differenz ß-α und die Differenz γ-ß, gleich gross. Die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln können aber auch verschieden gross sein.
Um die Abhängigkeit des Effektes von der Orientierung des Flächenmusters auf dem Farbkopierer möglichst klein zu halten oder sogar zu eliminieren, sind die Relief Strukturen 9.1 , 9.2 und 9.3 mit Vorteil nicht lineare Gitter mit geraden
Furchen, sondern Gitter mit schlangenlinienförmig gewellten Furchen, also Gitter mit Furchen mit wechselnder Krümmung, oder Gitter mit kreisförmigen oder dem Kreis angenäherten, vieleckförmigen Furchen. Eine Relief Struktur mit kreisförmigen Furchen ist in der Fig. 7 gezeigt. Der Abstand zwischen je zwei kreisförmigen Linien entspricht der Periodenlänge L.
Anstelle der asymmetrischen Reliefstrukturen 9.1 , 9.2, 9.3 können auch Reliefstrukturen mit einer symmetrischen Profilform verwendet werden, die auftreffendes Licht im wesentlichen nicht in eine einzige Richtung, sondern in zwei Richtungen reflektieren. Ein solches Beispiel ist in der Fig. 8 gezeigt.
Eingezeichnet ist auch der Winkel α, der die Neigung der Reliefstrukturen 9 gegenüber der Horizontalen bezeichnet.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf pixelorientierte Flächenmuster beschränkt. Die Fig. 9 zeigt ausschnittsweise ein Beispiel eines nicht pixelorientierten Flächenmusters mit zwei Darstellungen 2 und 3, die nicht überlappen. Die vom Flächenmuster 1 belegte Fläche ist unterteilt in drei Teilflächen 6, 7 und 26. Die Teilfläche 26 dient als gemeinsamer Hintergrund für die beiden Darstellungen 2 und 3. Die Teilfläche 6 enthält sägezahnförmige Relief Strukturen, die einen ersten Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der ersten Darstellung 2 erzeugen. Die Teilfläche 7 enthält sägezahnförmige Reliefstrukturen, die einen zweiten, vom ersten Neigungswinkel unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der zweiten Darstellung 3 erzeugen. Die Teilfläche 26 dient der Erzeugung eines dunklen oder unscheinbaren Hintergrunds. Sie ist beispielsweise als Spiegel oder als Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter ausgebildet oder durchsichtig, so dass an dieser Stelle das Substrat, auf das das Flächenmuster aufgeklebt ist, sichtbar ist.
Die beiden Darstellungen 2 und 3 sind somit von einem menschlichen Betrachter bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung getrennt wahrnehmbar, weil sie unter verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sind. Allerdings sind die Neigungswinkel der sägezahnförmigen Reliefstrukturen so klein gewählt, dass beim Kopieren mittels eines Kopierers beide Darstellungen 2 und 3 auf die Kopie abgebildet werden. Auf der Kopie sind daher die beiden Darstellungen 2 und 3 sichtbar, ohne dass der Betrachter den Blickwinkel oder die Beleuchtungsrichtung ändern muss.
Wenn die beiden Darstellungen teilweise überlappen, lässt sich die Erfindung entweder gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel als pixelorientiertes Flächenmuster, oder gemäss dem obigen Ausführungsbeispiel als nicht pixelorientiertes Flächenmuster realisieren, wobei dann die überlappenden Bereiche entweder der ersten oder der zweiten Darstellung zugeordnet werden. Das Flächenmuster lässt sich auch als Kombination der beiden Ausführungsbeispiele realisieren, wobei die überlappenden Bereiche wie beim pixelorientierten Flächenmuster ausgeführt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Optisch variables Flächenmuster (1), mit lichtbeugenden, reflektierenden
Strukturen zur Erzeugung von zwei oder mehr Darstellungen (2; 3; 4), die bei Beleuchtung mit senkrecht auf das Flächenmuster (1 ) auftreffendem Licht von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Differenz der Blickwinkel von mindestens zwei der Darstellungen (2; 3; 4) so klein ist, dass eine mittels eines Kopierers hergestellte Kopie die mindestens zwei Darstellungen (2; 3; 4) übereinander wiedergibt.
2. Flächenmuster (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen mikroskopisch feine Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) sind, dass die Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) eine Periodenlänge (L) von mindestens fünf Mikrometern aufweisen, dass die Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) sägezahnförmig sind und dass die unterschiedlichen Darstellungen (2; 3; 4) zugeordneten Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) unterschiedliche Neigungswinkel (α; ß; y) haben.
3. Flächenmuster (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Differenz zwischen den Neigungswinkeln (α; ß; y) von zwei Darstellungen mindestens 0.5° beträgt.
4. Flächenmuster (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadu rch gekennzeichnet , dass die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Neigungswinkel (α; ß; Y) höchstens 20° beträgt.
5. Flächenmuster (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass der Wert des grössten Neigungswinkels (α; ß; y) höchstens 25° beträgt.
6. Flächenmuster (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Differenzen (ß-α; γ-ß) aufeinanderfolgender Neigungswinkel (α; ß; Y) gleich gross sind.
7. Flächenmuster (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen mikroskopisch feine
Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) sind, dass die Relief Strukturen (9.1; 9.2; 9.3) eine Periodenlänge (L) von mindestens fünf Mikrometern aufweisen, dass die Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) sinusähnlich sind und dass die unterschiedlichen Darstellungen (2; 3; 4) zugeordneten Reliefstrukturen (9.1;
9.2; 9.3) unterschiedliche Periodenlängen L und /oder Strukturtiefen aufweisen.
8. Flächenmuster (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadu rch gekennzeichnet , dass die Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) eine symmetrische Profilform aufweisen.
9. Flächenmuster (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Furchen der Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) gewellt, kreisförmig oder zumindest angenähert kreisförmig sind.
10. Flächenmuster (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Furchen der Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) gerade und die Furchen verschiedener Reliefstrukturen (9.1; 9.2; 9.3) annähernd parallel sind.
11. Flächenmuster (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die lichtbeugenden, reflektierenden Strukturen in der Form eines Volumenhologramms realisiert sind.
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