EP2029371B1

EP2029371B1 - Refraktives durchsichtssicherheitselement

Info

Publication number: EP2029371B1
Application number: EP07725470.4A
Authority: EP
Inventors: Marius Dichtl; Michael Rahm; Tina Clausnitzer; Thomas KÄMPFE; Ernst-Bernhard Kley
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: EP2029371A2; WO2007137744A8; WO2007137744A2; WO2007137744A3; DE102006025334A1

Description

Die Erfindung betrifft ein refraktives Durchsichtssicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Merkmalsschicht. Die Erfindung betrifft ferner eine Sicherheitsanordnung, ein Sicherheitspapier und ein Wertdokument mit derartigen Durchsichtssicherheitselementen, Verfahren zur Herstellung refraktiver Durchsichtssicherheitselemente sowie Verfahren zur Echtheitsprüfung von Durchsichtssicherheitselementen.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, oder auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, eines Aufreißfadens für Produktverpackungen, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit einer durchgehenden Öffnung oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, wie einem Patch oder einem Etikett, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.
Eine besondere Rolle spielen dabei Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigen Effekten, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente werden dazu mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farbeindruck und/ oder ein anderes graphisches Motiv zeigen.
Zu diesem Zweck werden Sicherheitselemente oft mit Sicherheitsmerkmalen in Form beugungsoptisch wirksamer Mikro- oder Nanostrukturen ausgestattet, wie etwa mit Prägehologrammen oder anderen hologrammähnlichen Beugungsstrukturen. Solche beugungsoptische Strukturen für ein Durchsichtssicherheitselement sind etwa in der Druckschrift WO 2004/057382 A1 beschrieben. Die optische Wirksamkeit von Hologrammen und hologrammartigen Beugungsstrukturen beruht nicht zuletzt auf der Farbaufspaltung beim Einfall polychromatischen Lichts auf die Beugungsstruktur. Das resultierende Farbspiel ist in den letzten Jahren allerdings so alltäglich geworden, dass seine Wirkung als attraktives Sicherheitsmerkmal bereits deutlich nachlässt. Der charakteristische visuelle Effekt wird von den Betrachtern vielfach nicht mehr als Sicherheitsmerkmal, sondern lediglich als Designvariante wahrgenommen, wodurch der Nutzen dieser Sicherheitsmerkmale für den Fälschungsschutz reduziert wird. Darüber hinaus lassen sich die beugungsoptisch erzeugten Bild- oder Farbeindrücke oft nur aus gewissen Betrachtungsrichtungen und bei guten Lichtverhältnissen vollständig und scharf erkennen. Insbesondere ist die Erkennbarkeit holographischer Motive bei schlechten Lichtverhältnissen, wie etwa bei diffuser Beleuchtung, oft stark eingeschränkt.
Zu den Sicherheitselementen, die in transparenten Substraten eingesetzt werden, zählen insbesondere sogenannte DOE (Diffractive Optical Element)-Strukturen. Diese in transparente Substrate geprägten Beugungsstrukturen sind jeweils auf monochromatische kohärente Laserstrahlung einer vorbestimmten Wellenlänge ausgelegt. Werden sie mit einem Laser der geeigneten Wellenlänge durchstrahlt, lassen sich eingeschriebene Bilder auf einem Projektionsschirm darstellen.
Die Projektion des eingeschriebenen Bildes mit optimaler Qualität erfordert allerdings eine Lichtquelle, die räumlich kohärentes Licht der Designwellenlänge liefert. Wird eine monochromatische Lichtquelle verwendet, deren Wellenlänge von der Designwellenlänge abweicht, so wird das Bild in einer anderen als der berechneten Größe auf dem Projektionsschirm erscheinen. Gleichzeitig sinkt die Effizienz, so dass ein höherer Anteil des eingestrahlten Lichts die DOE-Struktur unabgelenkt verlässt. Bei Verwendung von polychromatischem Licht treten unerwünschte, markante Farbsäume auf, die bei Verwendung von weißem Licht das Erkennen des eingeschriebenen Bilds oft unmöglich machen. DOE-Strukturen sind daher für eine schnelle und zuverlässige Echtheitsprüfung auf der Straße kaum zu gebrauchen.
Ein weiteres Beispiel für ein optisch variables Sicherheitselement ist aus der Druckschrift EP 1049 590 B1 bekannt, die ein Wertpapier mit einem transparenten Abschnitt beschreibt, in dem ein diffraktives optisches Projektionselement vorgesehen ist. Das Projektionselement bewirkt, dass ein von einer vorzugsweise monochromatischen Lichtquelle ausgehender paralleler Lichtstrahl, der den transparenten Abschnitt passiert, in einen gemusterten Strahl von ausgewähltem Design umgewandelt wird.
Die Druckschrift DE 10100 836 A1 offenbart ein optisches Element mit einem Hauptbereich mit einer Vielzahl von Unterbereichen, die jeweils eine diffraktive Struktur umfassen, die bei Laserbeleuchtung Licht in einer für den jeweiligen Unterbereich charakteristischen Richtung rekonstruieren und zu einem Informationsmuster kombinieren.
Die Druckschrift WO 2006/029745 A1 betrifft ein Sicherheitsdokument mit einem transparenten Fenster, in dem ein erstes optisches Element angeordnet ist und mit einem zweiten transparenten Fenster, in dem ein zweites optisches Element angeordnet ist. Das erste transparente Fenster und das zweite transparente Fenster sind derart voneinander beabstandet auf einem Träger des Sicherheitsdokuments angeordnet, dass das erste und das zweite optische Element in Überdeckung miteinander gebracht werden können. Das erste optische Element weist ein erstes transmissives Mikrolinsen-Feld und das zweite optische Element ein zweites transmissives Mikrolinsen-Feld auf, wobei sich bei Überdeckung des zweiten mit dem ersten Mikrolinsen-Feld ein erster optischer Effekt zeigt.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Durchsichtssicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Durchsichtssicherheitselement als Sicherheitsmerkmal eine neuartige optische Information aufweisen, die einen hohen Fälschungsschutz bietet, zur Echtheitsprüfung keine besonderen Beleuchtungsbedingungen benötigt und bereits mit einfachen Hilfsmitteln eindeutig erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Durchsichtssicherheitselement mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Eine Sicherheitsanordnung, ein Sicherheitspapier und ein Wertdokument mit derartigen Durchsichtssicherheitselementen, Verfahren zur Herstellung refraktiver Durchsichtssicherheitselemente sowie Verfahren zur Echtheitsprüfung solcher Durchsichtssicherheitselemente sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung enthält ein gattungsgemäßes refraktives Durchsichtssicherheitselement eine transparente oder zumindest transluzente Merkmalsschicht, die eine Mehrzahl von Elementarzellen in einer vorbestimmten geometrischen Anordnung aufweist, wobei die Elementarzellen jeweils eine vorbestimmte Anzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mikrostrukturelemente enthalten, die so ausgerichtet sind, dass sie einfallendes Licht jeweils in einen vorbestimmten Raumbereich brechen, so dass sich das von den einzelnen Mikrostrukturelementen einer Elementarzelle gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Elementarzellen eine laterale Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges aufweisen.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Mehrzahl von Elementarzellen in zumindest einer Raumrichtung periodisch oder zumindest lokal periodisch angeordnet. Besonders symmetrische Gestaltungen ergeben sich, wenn die Elementarzellen sogar in zwei Raumrichtungen periodisch oder zumindest lokal periodisch angeordnet sind.
Bevorzugt ist zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente durch Mikroprismen gebildet, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche (Flächeninhalt und Umriss), einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind. Der Azimutwinkel β ist dabei definiert als Winkel zwischen einer Referenzrichtung und dem Vektor, der durch Projektion des Normalenvektors der brechenden Prismenfläche auf die Grundfläche entsteht.
Alternativ oder zusätzlich weist zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente eine gekrümmte Oberfläche auf. Diese Mikrostrukturelemente können beispielsweise durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet sein, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind.
Mit Vorteil weisen die Elementarzellen eine laterale Abmessung unterhalb von etwa 500 µm, vorzugsweise unterhalb von etwa 300 µm, besonders bevorzugt unterhalb von etwa 100 µm auf. Auf der anderen Seite weisen die Mikrostrukturelemente, um sicherzustellen, dass wellenlängenabhängige Lichtbeugungseffekte zu vernachlässigen sind und dass das einfallende Licht von den Strukturelementen ohne störende Farbeffekte im Wesentlichen achromatisch gebrochen wird, eine laterale Abmessung oberhalb von etwa 3 µm auf. Vorzugsweise liegt die Abmessung im Bereich oberhalb von etwa 5 µm, besonders bevorzugt oberhalb von etwa 10 µm. Derartige Strukturelemente lassen sich aufgrund der mit der geringen Größe verbundenen geringen Profiltiefe gut in etablierter Folientechnologie herstellen.
Die Elementarzellen sind zweckmäßig in der Ebene der Merkmalsschicht lückenlos aneinandergefügt. Insbesondere sind auch die Mikrostrukturelemente in jeder Elementarzelle lückenlos aneinandergefügt, so dass jeder durch die Merkmalsschicht durchtretende Lichtstrahl von einem der Mikrostrukturelemente erfasst wird. Die lückenlose Anordnung kann insbesondere durch eine zumindest in einer Raumrichtung periodische oder lokal periodische Anordnung der Elementarzellen erreicht werden. Beispielsweise können identische rechteckige Elementarzellen zeilenweise lückenlos aneinandergefügt werden und vertikal aufeinanderfolgende Zeilen in horizontaler Richtung um einen zufällig gewählten Betrag gegeneinander verschoben werden. Die entstehende flächenfüllende Anordnung ist dann nur in einer Raumrichtung, nämlich für jede Zeile in Zeilenrichtung periodisch, während die Anordnung senkrecht zu den Zeilen zufällig variiert.
Grenzen die Elementarzellen lückenlos aneinander und sind die Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen ebenfalls vergleichbar, kann es sein, dass die Grenzen zwischen den Elementarzellen nicht in Erscheinung treten. In diesem Fall können die Elementarzellen auch Abmessungen von deutlich mehr als 500 µm annehmen.
Um die ohnehin geringe Beugung noch weiter zu verringern, kann vorgesehen sein, dass die Elementarzellen eine unregelmäßige Umrissform aufweisen, wobei die Beugungseffekte in der Regel umso geringer ausfallen, je unregelmäßiger der Umriss der Elementarzellen ist.
Die Anordnung der Mikrostrukturelemente innerhalb verschiedener Elementarzellen kann identisch sein, so dass jede der Elementarzellen auf gleiche Art und Weise den gleichen Beitrag zur vorbestimmten Bildinformation liefert. Da es für den angestrebten optischen Effekt jedoch nur auf das Vorhandensein aller Mikrostrukturelemente innerhalb einer Elementarzelle ankommt, nicht aber auf ihre relative Anordnung, kann dieser Freiheitsgrad genutzt werden, um ein Sicherheitsmerkmal höherer Stufe zu bilden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jede Elementarzelle den gleichen Beitrag zur vorbestimmten Bildinformation liefert, die Anordnung der Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzelle jedoch verschieden ist.
Auch die Umrissformen der Mikrostrukturelemente sind für den angestrebten optischen Effekt nicht von Bedeutung. Sie können daher innerhalb verschiedener Elementarzellen unterschiedlich sein und auf diese Weise ein weiteres Sicherheitsmerkmal höherer Stufe bilden. Von Vorteil sind insbesondere gerundete Umrisslinien.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung liefern die Elementarzellen jeweils einen unterschiedlichen Beitrag zur vorbestimmten Bildinformation. Dies kann insbesondere durch Elementarzellen erreicht werden, die sich in Größe, Umrissform und/oder Anzahl der Mikrostrukturelemente je Elementarzelle unterscheiden. Auch die Ausrichtung, die Umrissformen und/ oder die Größe der Mikrostrukturelemente können innerhalb der Elementarzellen verschieden sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung verändern sich die Elementarzellen über die Fläche der Merkmalsschicht, so dass sich die von dem gebrochenen Licht erzeugte Bildinformation bei einer seitlichen Bewegung des Sicherheitselements über einem Objekt in ihrer Position, Form und/ oder Größe ändert. Die Änderung kann sprunghaft erfolgen, so dass die erzeugte Bildinformation bei der Bewegung beispielsweise von einem Motiv zu einem anderen springt, oder sie kann langsam und kontinuierlich erfolgen, so dass sich die Bildinformation bei der Bewegung ebenfalls langsam und kontinuierlich ändert. Beispielsweise kann ein Motiv über mehrere Zwischenschritte in ein anderes Motiv übergehen, oder es kann der Eindruck eines sich bewegenden Motivs erzeugt werden.
Die vorbestimmte Bildinformation ist zweckmäßig aus einer Anzahl von Bildpunkten zusammengesetzt, wobei die Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen jeweils einem dieser Bildpunkte zugeordnet sind. Einem Bildpunkt können auch zwei oder mehr Mikrostrukturelemente zugeordnet sein, so dass sich unterschiedliche Helligkeiten für die verschiedenen Bildpunkte erzeugen lassen.
Die relative Intensität der Bildinformation kann auch durch den relativen Flächenanteil der Projektion der Mikrostrukturelemente mit einer bestimmten Ausrichtung auf die Grundfläche, bezogen auf die gesamte Grundfläche der Elementarzelle, bestimmt sein.
In einem zweiten Erfindungsaspekt enthält ein gattungsgemäßes refraktives Durchsichtssicherheitselement eine transparente oder zumindest transluzente Merkmalsschicht, die eine im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikrostruktur in Form eines Mosaiks aus einer Mehrzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mosaikelemente aufweist, wobei die Mosaikelemente so ausgerichtet sind, dass sie einfallendes Licht in unterschiedliche Raumbereiche brechen, so dass sich das von den einzelnen Mosaikelementen gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Mosaikelemente eine laterale Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges aufweisen.
Bevorzugt ist zumindest ein Teil der Mosaikelemente durch Mikroprismen gebildet, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche, einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind.
Alternativ oder zusätzlich weist zumindest ein Teil der Mosaikelemente eine gekrümmte Oberfläche auf. Diese Mosaikelemente können beispielsweise durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet sein, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind.
Die Mosaikelemente weisen vorzugsweise eine laterale Abmessung unterhalb von etwa 100 µm, insbesondere unterhalb von etwa 65 µm und besonders bevorzugt unterhalb von etwa 30 µm auf. Auf der anderen Seite weisen sie auch eine laterale Abmessung oberhalb von etwa 3 µm, vorzugsweise oberhalb von etwa 5 µm, besonders bevorzugt oberhalb von etwa 10 µm auf, um störende Farbsäume durch wellenlängenabhängige Beugungseffekte zu vermeiden.
In der Ebene der Merkmalsschicht sind die Mosaikelemente mit Vorteil lückenlos aneinandergefügt, so dass jeder durch die Merkmalsschicht durchtretende Lichtstrahl von einem der Mosaikelemente erfasst wird. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zumindest in Teilbereichen des Sicherheitselements die lokale Flächenneigung benachbarter Mosaikelemente entlang ihrer gemeinsamen Grenze übereinstimmt. Dadurch entsteht in diesen Teilbereichen eine glatte Oberfläche ohne diskontinuierliche Grate oder Spitzen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Merkmalsschicht zumindest zwei Gruppen von Mosaikelementen auf. Eine erste Gruppe von Mosaikelementen bricht dabei einfallendes Licht zum Betrachter hin, während eine zweite Gruppe von Mosaikelementen einfallendes Licht vom Betrachter weg bricht, so dass für den Betrachter ein Graustufenbild, insbesondere ein Schwarz-Weiß-Bild entsteht.
Die Berechnung des brechenden Winkels α aus der gewünschten Ablenkung des Lichtstrahls erfolgt auf der Grundlage des Gesetzes von Snellius. Ausschlaggebend sind die Winkel, unter denen der Lichtstrahl auf die Grenzflächen zwischen den verwendeten Materialien fällt, sowie die Brechzahlen dieser Materialien.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist nicht nur eine Seite des Durchsichtssicherheitselements mit Mikrostrukturelementen oder Mosaikelementen ausgestattet, sondern es weisen beide Seiten derartige Oberflächenstrukturen auf. Hierzu können z.B. zwei mit solchen Oberflächenstrukturen versehene Folien kaschiert oder eine Folie von zwei Seiten mit UV-härtbarem Lack bedruckt und beidseitig geprägt werden.
Ein Vorteil beidseitig mit Mikrostrukturelementen oder Mosaikelementen ausgestatteter Durchsichtssicherheitselemente liegt darin, dass sich insgesamt ein größerer brechender Winkel α erzielen lässt, da sich - bei gepasserter Prägung auf Vorder- und Rückseite - die Strukturtiefen auf beiden Seiten des Sicherheitselements addieren. Größere brechende Winkel bedeuten auch eine stärkere Ablenkung des Lichtstrahls.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Lichtstrahlen insgesamt um einen gewissen Winkel in eine bestimmte Richtung umgelenkt werden können. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass den Mikrostrukturelementen bzw. Mosaikelementen auf der einen Seite des Sicherheitselements Mikro-Sägezahnstrukturen gegenüberliegen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die Oberflächenstrukturen auf Vorder- und Rückseite im Register angeordnet werden.
Die erreichbaren Ablenkwinkel δ werden von den Brechungsindizes des Materials, welches die Mikrostrukturelemente bzw. Mosaikelemente enthält, und der Materialien an der Ober- und Unterseite dieser Schicht beeinflusst. Generell ist - gemäß dem Gesetz von Snellius - ein großer Brechzahlunterschied anzustreben. Dabei kann die Schicht mit den Oberflächenstrukturen einen geringen Brechungsindex und die umgebenden Schichten (falls vorhanden) einen hohen Brechungsindex aufweisen, oder umgekehrt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Brechzahldifferenz auf der mit den Elementarzellen oder mit der Mikrostruktur versehenen Oberfläche der Merkmalsschicht lokal variiert. Dies kann beispielsweise durch bereichsweises Bedrucken der Merkmalsschicht mit hochbrechendem Material erfolgen. Es lassen sich auf diese Weise zusätzliche Muster in das Durchsichtssicherheitselement einbringen.
Um zugleich Schutz vor Verschmutzung und vor Abformung zu bieten, kann in allen Ausgestaltungen die mit den Elementarzellen oder mit der Mikrostruktur versehene Oberfläche der Merkmalsschicht mit einer transparenten oder transluzenten Folie verklebt sein. Die Elementarzellen oder die Mikrostruktur selbst können/kann dabei klebstofffrei bleiben, um eine ausreichend große Brechzahldifferenz zwischen den Mikrostrukturelementen der Elementarzellen bzw. den Mosaikelementen der Mikrostruktur und dem umgebenden Material (Luft) zu gewährleisten. Alternativ können auch nur die Grate oder Spitzen der die Elementarzellen aufbauenden Mikrostrukturelemente oder der die Mikrostruktur aufbauenden Mosaikelemente verklebt sein. Die Merkmalsschicht kann auch mit einem Klebstoff mit der Folie verklebt sein, dessen Brechungsindex sich deutlich von dem Brechungsindex der Merkmalsschicht unterscheidet. Auch dadurch wird eine ausreichend große Brechzahldifferenz zwischen den Mikrostrukturelementen bzw. den Mosaikelementen und dem umgebenden Material sichergestellt.
Eine weitere Möglichkeit, die Elementarzellen bzw. die Mikrostruktur vor Verschmutzung und Abformung zu schützen, besteht darin, die Mikrostrukturelemente der Elementarzellen bzw. die Mosaikelemente der Mikrostruktur mit einem hochbrechenden Material auszugießen.
In weiteren vorteilhaften Gestaltungen ist die Merkmalsschicht mit metallisierten Bereichen in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen oder mit holographischen oder hologrammähnlichen Beugungsstrukturen kombiniert. Darüber hinaus kann das Durchsichtssicherheitselement mit weiteren Sicherheitsmerkmalen, wie eingearbeiteten magnetischen Stoffen, gezielt eingestellter Leitfähigkeit, Farbkippeffekten, gefärbtem Prägelack und dergleichen, versehen sein.
Zur Erzeugung von Farbkippeffekten können sowohl aufgedampfte Schichtsysteme als auch Schichten aus flüssigkristallinem Material eingesetzt werden. Bei den aufgedampften Schichtsystemen, die bevorzugt auf eine ebene Oberfläche der Merkmalsschicht oder als Zwischenschicht aufgebracht werden, ist darauf zu achten, dass die Schichtdicken nicht zu hoch gewählt werden, damit eine ausreichende Transparenz des Sicherheitselements gewährleistet bleibt. Wird der Farbkippeffekt mithilfe von Flüssigkristallen erzeugt, können bevorzugt linksdrehende und rechtsdrehende Schichten kombiniert verwendet werden, um einen stärkeren Farbeffekt zu erzielen.
Die Erfindung enthält ferner eine Sicherheitsanordnung für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einem Durchsichtssicherheitselement der beschriebenen Art und mit einem separaten Darstellungselement, das in Zusammenwirkung mit dem Durchsichtssicherheitselement die vorbestimmte Bildinformation für den Betrachter erkennbar macht. Das Darstellungselement weist vorzugsweise eine Fläche mit einem Punktmuster, insbesondere mit einem einzelnen Punkt auf.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines refraktiven Durchsichtssicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen wird eine transparente oder zumindest transluzente Merkmalsschicht erzeugt und mit einer Mehrzahl von Elementarzellen in einer vorbestimmten geometrischen Anordnung versehen. Die Elementarzellen werden jeweils mit einer vorbestimmten Anzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mikrostrukturelemente versehen, die so ausgerichtet werden, dass sie einfallendes Licht jeweils in einen vorbestimmten Raumbereich brechen, so dass sich das von den einzelnen Mikrostrukturelementen einer Elementarzelle gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert. Die Elementarzellen selbst werden mit einer lateralen Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges erzeugt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Mehrzahl von Elementarzellen in einer Raumrichtung oder sogar in zwei Raumrichtungen periodisch oder zumindest lokal periodisch angeordnet.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines refraktiven Durchsichtssicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen umfasst die Erzeugung einer transparenten oder zumindest transluzenten Merkmalsschicht, die mit einer im Wesentlichen achromatisch refraktiven Mikrostruktur in Form eines Mosaiks aus einer Mehrzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mosaikelemente versehen wird. Die Mosaikelemente werden so ausgerichtet, dass sie einfallendes Licht in unterschiedliche Raumbereiche brechen, so dass sich das von den einzelnen Mosaikelementen gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert. Die Mosaikelemente selbst werden mit einer lateralen Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges erzeugt.
In beiden Verfahren wird die Anordnung der Mikrostrukturelemente bzw. der Mosaikelemente mit Vorteil durch ein Raytracing-Verfahren berechnet. Das Oberflächenrelief mit den Mikrostrukturelementen bzw. den Mosaikelementen kann dann beispielsweise mit Graustufen-Lithographie, Direktbelichtung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl-Schreiber oder durch Direktbearbeitung des Substratmaterials, z. B. mittels Laserablation, strukturiert werden. Zusätzlich kann das Oberflächenrelief mittels eines Ätzverfahrens in ein Substratmaterial übertragen werden, um eine größere Profiltiefe oder eine modifizierte Profilform zu erreichen.
Um ein entsprechendes Produkt in großen Stückzahlen herstellen zu können, wird die erhaltene Oberflächenstruktur mit Vorteil durch galvanische Abformung auf einen Prägezylinder übertragen.
In weiteren Aspekten enthält die Erfindung ein Sicherheitspapier und ein Wertdokument, wie eine Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, das mit einem Durchsichtssicherheitselement der beschriebenen Art ausgestattet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Durchsichtssicherheitselements, bei dem

ein zu betrachtendes Testobjekt gewählt wird und ein erwartetes Erscheinungsbild bei Betrachtung des Testobjekts durch das Durchsichtssicherheitselement festgelegt wird,
das Durchsichtssicherheitselement in einem Abstand über dem Testobjekt gehalten und das Testobjekt durch das Sicherheitselement betrachtet wird,
das Erscheinungsbild des Testobjekts erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und
die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.

Im einfachsten Fall wird das Durchsichtssicherheitselement bei der Betrachtung senkrecht über das Testobjekt gehalten. Es versteht sich jedoch, dass das Durchsichtssicherheitselement auch so ausgelegt sein kann, dass es mit einer gewissen Neigung gehalten werden muss.
Bei einem anderen Verfahren zur Echtheitsprüfung ist vorgesehen, dass

eine zu betrachtende, im Wesentlichen paralleles Licht erzeugende Lichtquelle, beispielsweise eine ausreichend weit entfernte punktförmige Lichtquelle, gewählt wird und ein erwartetes Erscheinungsbild bei Betrachtung der Lichtquelle durch das Durchsichtssicherheitselement festgelegt wird,
das Durchsichtssicherheitselement gegen die Lichtquelle gehalten und die Lichtquelle durch das Sicherheitselement betrachtet wird,
das Erscheinungsbild der Lichtquelle erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und
die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.

Ein weiteres Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Durchsichtssicherheitselements besteht darin, dass

ein erwartetes Erscheinungsbild bei Prüfung des Durchsichtssicherheitselements festgelegt wird,
das Durchsichtssicherheitselement mit einem Strahl näherungsweise parallelen Lichts beleuchtet und das hinter dem Sicherheitselement entstehende Projektionsbild mit einem Auffangschirm aufgefangen wird,
das Erscheinungsbild des Projektionsbilds erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und
die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.

In allen Verfahrensvarianten kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Durchsichtssicherheitselement bei der Erfassung des Erscheinungsbildes relativ zu dem zu betrachtenden Testobjekt seitlich bewegt wird, wobei sich das Erscheinungsbild bei einer seitlichen Bewegung in seiner Position, Form und/ oder Größe ändert.
Allen erfindungsgemäßen Gestaltungen ist gemein, dass zur Beobachtung der optischen Effekte weder kohärentes Licht noch Licht einer bestimmten Wellenlänge erforderlich ist. Auch tritt bei Verwendung polychromatischen Lichts keine oder nur eine vernachlässigbare Farbaufspaltung auf. Die optischen Effekte sind sehr markant und einprägsam und können durch lichtbeugende Strukturen nicht nachgestellt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.
Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem Durchsichtsbereich, über dem ein erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement angeordnet ist,
Fig. 2: ein in einem gewissen Abstand senkrecht über dem zu betrachtenden Objekt gehaltenes Durchsichtssicherheitselement,
Fig. 3: in (a) ein zu betrachtendes Objekt mit einem einzelnen Objektpunkt und in (b) und (c) Ansichten bei der Betrachtung des Objekts mit Bildverdopplung bzw. Bildvervierfachung,
Fig. 4: in (a) ein zu betrachtendes Objekt mit einem einzelnen Objektpunkt und in (b) ein bei Betrachtung des Objekts erscheinendes Symbol,
Fig. 5: eine Aufsicht auf ein refraktives Durchsichtssicherheitselement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eines der enthaltenen Mikroprismen in perspektivischer Ansicht dargestellt ist,
Fig. 6: in (a) und (b) Querschnitte durch eine Elementarzelle entlang der Linie VI-VI von Fig. 5 für zwei verschiedene Prismenstrukturen,
Fig. 7: eine Aufsicht auf eine Anordnung von Elementarzellen, die ein Sicherheitsmerkmal höherer Stufe verwirklicht,
Fig. 8: ein weiteres erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement, bei dem Mikrostrukturelemente mit Mikro-Sägezahnstrukturen kombiniert sind,
Fig. 9: die Echtheitsprüfung eines erfindungsgemäßen Durchsichtssicherheitselements nach einem anderen Prüfverfahren,
Fig. 10: die Echtheitsprüfung eines erfindungsgemäßen Durchsichtssicherheitselements nach einem weiteren Prüfverfahren,
Fig. 11: in (a) eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement mit einer periodischen Anordnung von Mikrokegeln, in (b) eine perspektivische Ansicht eines der Mikrokegel, in (c) das zu betrachtende Objekt und in (d) das bei Betrachtung durch das Sicherheitselement erzeugte Bild,
Fig. 12: in (a) eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement mit einer flächenfüllenden Anordnung von abgeschnittenen Mikrokegeln, in (b) eine Seitenansicht eines der abgeschnittenen Mikrokegel, in (c) das zu betrachtende Objekt und in (d) das bei Betrachtung durch das Sicherheitselement erzeugte Bild,
Fig. 13: in (a) einen vollständigen Mikrokegel und in (b) einen Mikro-Stufenkegel reduzierter Höhe,
Fig. 14: in (a) eine im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikrostruktur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und in (b) und (c) das Erscheinungsbild der Mikrostruktur von (a) an verschiedenen Betrachtungsorten, und
Fig. 15: eine Variante der Mikrostruktur von Fig. 14 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Banknote erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die in einem Teilbereich der Note einen Durchsichtsbereich 12 enthält. Der Durchsichtsbereich 12 kann beispielsweise eine durchgehende Öffnung oder ein transparenter Fensterbereich der Banknote 10 sein. In oder über diesem Durchsichtsbereich 12 ist ein erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement 14 angeordnet, so dass Objekte durch das Durchsichtssicherheitselement 14 hindurch betrachtet werden können.
Zur Erläuterung des Prinzips erfindungsgemäßer Durchsichtssicherheitselemente zeigt Fig. 2 ein Durchsichtssicherheitselement 20, das in einem gewissen Abstand a senkrecht über einem zu betrachtenden Objekt 30 gehalten wird.
Das Durchsichtssicherheitselement 20 enthält eine transparente Merkmalsschicht 22 mit einem Kunststoffsubstrat 24, beispielsweise einer PET-Folie, und einer auf dem Kunststoffsubstrat 24 aufgebrachten und geprägten Lackschicht 26. In die Lackschicht 26 sind im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikrostrukturelemente 28 geprägt, die beispielsweise durch Prismen, durch drei-, vier- oder mehrseitige Pyramiden oder durch Kegelstrukturen gebildet sein können, wie nachfolgend im Detail erläutert.
Die laterale Abmessung der Mikrostrukturelemente 28 liegt dabei in zumindest einer Raumrichtung unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges. Im Fall lang gestreckter Prismen ist diese Raumrichtung insbesondere durch den Abstand benachbarter Prismen gegeben. Bei Pyramidenstrukturen liegen die lateralen Abmessungen mit Vorteil sogar entlang zweier Raumrichtungen (Länge und Breite der Pyramiden) unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges. Da wellenlängenabhängige Lichtbeugungseffekte vernachlässigbar sein sollen, werden die lateralen Abmessungen zugleich größer als etwa 3 µm gewählt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weist das Durchsichtssicherheitselement eine parallele Anordnung lang gestreckter Prismen 28 mit einem Öffnungswinkel θ von 90° und mit einem Abstand benachbarter Prismen von etwa 30 µm auf. Die laterale Abmessung senkrecht zur Haupterstreckung der Prismen 28 liegt damit einerseits deutlich unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges, andererseits sind die Abmessungen bereits so groß, dass keine nennenswerte Farbaufspaltung durch wellenlängenabhängige Beugungseffekte auftritt.
Die Herstellung der Mikrostrukturelemente 28 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zunächst eine UV-härtende Lackschicht auf das Substrat 24 aufgebracht, die gewünschte Reliefstruktur nach einer optionalen Vorhärtung in die Lackschicht geprägt und die Lackschicht dann durch Beaufschlagung mit UV-Strahlung ausgehärtet wird. Neben dem Prägen in UV-härtbaren Lack kommen selbstverständlich auch andere an sich bekannte Verfahren, wie etwa das Prägen in Thermoplasten, infrage.
Wie in der Aufsicht der Fig. 3(a) zu erkennen, weist das betrachtete Objekt 30 einen einzelnen Punkt 32 auf. Wird das Durchsichtssicherheitselement 20 zunächst auf das Objekt 30 aufgelegt und dann senkrecht nach oben abgehoben, so tritt aufgrund der Lichtbrechung in den Mikrostrukturelementen 28 ein charakteristischer optischer Effekt auf, der sich in einer Vervielfachung der Bilder des Objektpunkts 32 manifestiert.
Beispielsweise tritt bei der Verwendung lang gestreckter Prismen als Mikrostrukturen eine Verdoppelung der Objektbilder auf, wie in der Ansicht 34 der Fig. 3(b) illustriert. Der einzelne Punkt 32 des Objekts 30 erzeugt für den Betrachter B dabei zwei räumlich getrennte Punktbilder 36A und 36B, deren scheinbarer Abstand p mit dem Abstand a zwischen Objekt 30 und Durchsichtssicherheitselement 20 zunimmt. Die Ursache für diese Aufspaltung liegt darin, dass das vom Objektpunkt 32 ausgehende Licht durch die Lichtbrechung in den Mikrostrukturelementen 28 auf zwei verschiedenen Strahlenwegen 38A und 38B (Fig. 2) zum Auge des Betrachters B gelangt. Die scheinbaren Positionen der Punkte 36A und 36B ergeben sich dabei durch die gerade Fortsetzung der zum Auge des Betrachters laufenden Strahlen, wie in Fig. 2 illustriert.
Sind die Mikrostrukturen 28 flächenfüllend angelegt, so sieht der Betrachter B bei Durchsicht durch das Sicherheitselement 20 nur die beiden Punktbilder 36A und 36B, da von sämtlichen vom Objektpunkt 32 ausgehenden Lichtstrahlen nur die über einen der beiden Strahlenwege 38A bzw. 38B verlaufenden zum Betrachter B gelangen. Verbleiben zwischen den Mikrostrukturen 28 dagegen unstrukturierte Zwischenbereiche, so kann ein gewisser Teil der vom Objektpunkt 32 ausgehenden Lichtstrahlen direkt zum Auge des Betrachters B gelangen. In diesem Fall ist neben den durch Lichtbrechung versetzt erscheinenden Punktbildern 36A und 36B zusätzlich ein direktes Punktbild 40 zu erkennen, das in Fig. 3(b) gestrichelt eingezeichnet ist.
Die Anzahl der versetzt erscheinenden Punktbilder entspricht jeweils der Zahl der Flächenorientierungen der Mikrostrukturen 28. So führen die beiden Flächenorientierungen der lang gestreckten Prismenstruktur der Fig. 2 zu zwei Punktbildern 36A und 36B, wie oben erläutert. Entsprechend lässt sich beispielsweise durch eine flächenfüllende Anordnung gleichartiger vierseitiger Pyramiden ein Erscheinungsbild mit vier Punktbildern 44 erhalten, wie in der Ansicht 42 der Fig. 3(c) illustriert. Auch dort kann das direkte Punktbild 46 sichtbar sein, wenn die Mikrostrukturen mit Zwischenraum angeordnet sind.
Der Effekt der Bildvervielfachung durch die Mikrostrukturen kann insbesondere dazu genutzt werden, um bei der Betrachtung durch ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement aus einem einzelnen Objektpunkt Symboldarstellungen, wie etwa ein Logo oder einen oder mehrere Buchstaben zu erzeugen, wie nachfolgend mit Bezug auf die weiten Figuren erläutert.
Zunächst zeigt Fig. 4(a) ein Objekt 50 mit einem einzelnen Objektpunkt 52, der einen Durchmesser zwischen 0,1 bis 2 mm, beispielsweise einen Durchmesser von 1 mm aufweist. Bei Betrachtung durch ein Sicherheitselement, das in einem Abstand von etwa 2 mm bis 2 cm senkrecht über dem Objekt 50 gehalten wird, soll ein Betrachter aus einem typischen Leseabstand von etwa 30 cm ein Symbol 54 wahrnehmen, das in Fig. 4(b) durch den Buchstaben "L" dargestellt ist und das auf dem Sicherheitselement eine Ausdehnung von etwa 2 mm bis etwa 2 cm aufweisen soll. Die neun Bildpunkte 56, aus denen sich das Symbol 54 zusammensetzt, sind dabei verschiedene Bilder desselben Objektpunkts 52 und werden in der nachfolgend beschriebenen Weise durch die periodischen Mikrostrukturen erzeugt.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf ein refraktives Durchsichtssicherheitselement 60 mit einer transparenten Merkmalsschicht, die eine periodische Anordnung einer Mehrzahl von Elementarzellen 62 aufweist. Jede der Elementarzellen 62 enthält neun im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikroprismen 64, die neben ihrer Größe jeweils durch einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas relativ zu einer Referenzrichtung Ref angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind. Eines der Mikroprismen 64 ist in Fig. 5 mit seinen charakteristischen Parametern in perspektivischer Ansicht dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der Mikroprismen 64 jeweils 30 µm x 30 µm, die Größe einer Elementarzelle 62 somit 90 µm x 90 µm. Die quadratischen Elementarzellen 62 füllen den strukturierten Bereich des Durchsichtssicherheitselements 60 vollständig aus, so dass jeder durchtretende Lichtstrahl von einem der Mikroprismen 64 abgelenkt und in einen vorbestimmten Raumbereich gebrochen wird. Durch die Wahl der Größen der Mikroprismen 64 und der Elementarzellen 62 ist sichergestellt, dass die Mikrostruktur mit bloßem Auge nicht aufgelöst werden kann. Gleichzeitig sind die Mikroprismen 64 ausreichend groß, so dass wellenlängenabhängige Lichtbeugungseffekte vernachlässigbar sind, die Beeinflussung der Lichtstrahlen also im Wesentlichen achromatisch erfolgt.
Die Anzahl der Mikroprismen 64 innerhalb der Elementarzellen entspricht der Anzahl der Bildpunkte 56, aus denen sich das darzustellende Symbol 54 zusammensetzt. Bezogen auf eine Elementarzelle 62 definiert die Position der Bildpunkte 56 des Symbols 54 jeweils eine Raumrichtung, in die das vom Objektpunkt 52 her einfallende Licht abgelenkt werden muss, um eine Darstellung des Symbols zu erreichen.
Entsprechend wird jedes der Mikroprismen 64 einem der Bildpunkte 56 zugeordnet, wobei der brechenden Winkel α und der Azimutwinkel β des zugeordneten Mikroprismas 64 so gewählt werden, dass die vom Objektpunkt 52 einfallende Strahlung in die durch den Bildpunkt 56 definierte Raumrichtung abgelenkt wird und dort von einem Beobachter wahrgenommen werden kann.
Die neun Mikroprismen 64 einer Elementarzelle 62 erzeugen zusammen gerade eine Darstellung des aus neun Bildpunkten aufgebauten Symbols 54. Im einfachsten Fall sind alle Elementarzellen identisch, so dass jede Elementarzelle 62 gleichermaßen zum Gesamtbild beiträgt.
Es versteht sich, dass in der Praxis meist eine größere Anzahl, beispielsweise 6 x 6 Mikroprismen pro Elementarzelle vorgesehen ist. Neben der weiter oben geschilderten Möglichkeit, eine unterschiedliche Helligkeit der Bildpunkte durch verschieden große auf die Grundfläche projizierte Flächen zu erzielen, kann eine unterschiedliche Helligkeit der Bildpunkte des Symbols auch dadurch erreicht werden, dass verschiedenen Bildpunkten eine unterschiedliche Anzahl an Prismen zugeordnet wird, die Licht zu ihnen brechen.
Für die lichtbrechende Wirkung der Mikroprismen 64 ist der brechende Winkel α und der Brechungsindex n des Materials der Merkmalsschicht maßgebend. Für ein Prisma mit nicht zu großem brechendem Winkel α gilt dabei für den Ablenkwinkel δ in guter Näherung der Satz vom schmalen Prisma: $δ = (n - 1) * α .$
Mit dieser Beziehung kann aus dem erforderlichen Ablenkwinkel δ für einen Bildpunkt 56 leicht der zugehörige brechende Winkel α des zugeordneten Mikroprismas errechnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende, näherungsweise für kleine brechende Winkel α gültige Formel nur dann gilt, wenn der Brechungsindex des an die Merkmalsschicht angrenzenden Mediums eins ist.
Neben der angegebenen, anschaulich leicht verständlichen Näherungsbeziehung kann der Ablenkwinkel δ selbstverständlich auch exakt berechnet werden, vorzugsweise mittels eines Computers. Der Azimutwinkel β des Mikroprismas ergibt sich dabei aus der relativen Position des Bildpunkts 56 innerhalb des darzustellenden Symbols 54.
Da in die Beziehung für den Ablenkwinkel nur der brechende Winkel und der Brechungsindex eingehen, kann die Dicke der Mikroprismen weitgehend frei gewählt werden. Beginnen alle Mikroprismen 64 an der Kante des brechenden Winkels α mit einer Dicke von Null, so ergibt sich ein Querschnitt durch eine Elementarzelle 62, wie in Fig. 6(a) dargestellt.
Durch geeignete Wahl der Dicken der Mikroprismen 64 ist es jedoch in der Regel möglich, eine Struktur mit keinen oder nur kleinen Unstetigkeitssprüngen 66 zu erhalten, wie in Fig. 6(b) gezeigt. Dabei entspricht die lichtbrechende Wirkung der Mikrostruktur der Fig. 6(b) der der Fig. 6(a), vermeidet jedoch eventuelle unerwünschte Nebeneffekte an den Anschlussstellen 65 benachbarter Prismen 64.
Die relative Anordnung der Mikroprismen 64 innerhalb einer Einheitszelle 62 kann beliebig gewählt werden, ohne dass sich das optische Erscheinungsbild für den Betrachter B verändert. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um durch eine spezielle Anordnung der Mikroprismen ein weiteres nur mit Hilfsmitteln zugängliches Sicherheitsmerkmal in dem Sicherheitselement zu verwirklichen.
Beispielsweise können die Mikroprismen 64 in benachbarten Elementarzellen 62 jeweils spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelachse 68 angeordnet sein, wie in Fig. 7 anhand einer Ausgestaltung mit 2 x 2 Mikroprismen pro Elementarzelle schematisch gezeigt. Die vier verschiedenen Mikroprismen sind dabei mit den Ziffern "1" bis "4" gekennzeichnet. Da jede Elementarzelle 62 jeweils einen vollständigen Satz an Mikroprismen 64 enthält, erzeugen alle Elementarzellen für einen Betrachter dieselbe optische Wirkung. Die spiegelsymmetrische Anordnung der Fig. 7 stellt ein einfaches Sicherheitsmerkmal höherer Stufe dar, dessen Vorliegen sich beispielsweise mit einem Weißlicht-Interferometer durch Ermittlung des Oberflächenprofils überprüfen lässt, das insgesamt jedoch dieselbe optische Wirkung hervorruft wie eine Anordnung aus identischen Elementarzellen. Ein Nachstellversuch, der nur darauf abzielt, die erkennbare optische Wirkung zu imitieren, wird eine solche Mikroordnung nicht reproduzieren können, zumal die Gestaltung der Fig. 7 zur Illustration nur einfaches Beispiel einer derartigen Mikroordnung zeigt. Durch die Variation der Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen lässt sich auch die Bildqualität erhöhen, da die ohnehin geringe Beugung durch eine solche Variation noch weiter unterdrückt wird.
Ein weiteres Sicherheitsmerkmal höherer Stufe besteht in variierenden Umrissformen der Mikrostrukturelemente. Wegen der kleinen Abmessungen der Elemente können ihre variierenden Umrissformen nicht mit bloßem Auge, wohl aber mithilfe eines Mikroskops erkannt werden. Durch variierende Umrissformen bei konstanter Fläche lässt sich sogar der optische Eindruck des Sicherheitselements verbessern, da eine eventuelle Lichtbeugung, die durch eine regelmäßige Anordnung eines von den Mikrostrukturelementen gebildeten Gitters entsteht, reduziert wird. Die Mikrostrukturelemente weisen dabei bevorzugt gerundete, insbesondere wellenlinienförmige Umrisslinien auf. Vorzugsweise sind die Mikrostrukturelemente dabei derart ausgebildet, dass ihre unterschiedlichen Umrissformen möglichst genau aufeinander abgestimmt sind, d.h. die Mikrostrukturelemente im Wesentlichen lückenlos aneinander grenzen. Dies kann beispielsweise durch eine puzzleartige Ausgestaltung der Umrissformen der Mikrostrukturelemente erreicht werden.
Durch die Definition der Elementarzelle lässt sich die Anzahl an Mikroprismen, denen jeweils ein individueller Datensatz, bestehend aus dem brechenden Winkel α und dem Azimutwinkel β, zugeordnet ist, gering halten. Die auf diese Weise definierten Elementarzellen müssen dann lediglich innerhalb des Durchsichtssicherheitselements nach einem festgelegten Schema angeordnet werden. Im Vergleich zu Varianten ohne Elementarzellen verringert sich die Datenmenge durch diese Vorgehensweise beträchtlich. Allerdings handelt man sich dabei auch Nachteile, z. B. eine gröbere Pixelierung des projizierten Bildes, ein.
Es kann deshalb von Vorteil sein, nicht nur eine einzige Elementarzelle zu definieren, sondern das Durchsichtssicherheitselement aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Elementarzellen aufzubauen. Ohne die Datenmenge dabei signifikant zu vergrößern, lassen sich so Durchsichtssicherheitselemente realisieren, bei denen die obigen Nachteile zumindest reduziert sind. Ein Beispiel eines solchen Durchsichtssicherheitselements wird ausgehend von den Figuren 4 und 5 nachfolgend beschrieben.
In dem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein refraktives Durchsichtssicherheitselement aus einer Mehrzahl zweier verschiedener Elementarzellen aufgebaut, die jeweils einen unterschiedlichen Beitrag zum Gesamtbild beitragen. Zusätzlich zu den ersten Elementarzellen 62, von denen jede neun Mikroprismen 64 enthält, die jeweils einem Bildpunkt des darzustellenden Symbols zugeordnet sind, weist das Durchsichtssicherheitselement eine zweite Art von Elementarzellen auf. Diese projizieren weitere Bildpunkte genau in die Zwischenräume der Bildpunkte der ersten Elementarzellen 62 und reduzieren damit die mit der gröberen Pixelierung einhergehende Unschärfe des Gesamtbildes. Ist die zweite Elementarzelle ebenfalls aus neun jeweils einem Bildpunkt zugeordneten Mikroprismen aufgebaut, setzt sich das Gesamtbild nunmehr bei im Wesentlichen gleicher Größe aus achtzehn statt neun Bildpunkten zusammen.
Die zweite Elementarzelle kann sich von der ersten Elementarzelle beispielsweise in Größe, Umrissform oder Anzahl der Mikroprismen unterscheiden. Weiter können eine unterschiedliche Ausrichtung, Größe und/ oder Umrissform der Mikroprismen der zweiten Elementarzelle eine im Vergleich mit der ersten Elementarzelle unterschiedliche optische Wirkung erzeugen. Die beiden Arten von Elementarzellen könnten abwechselnd periodisch angeordnet werden oder auch in einer beliebigen anderen Abfolge.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen beide Seiten des Durchsichtssicherheitselements Oberflächenstrukturen auf. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 ist ein Durchsichtssicherheitselement 70 gezeigt, bei dem in unterschiedliche Raumrichtungen geneigte, im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikroprismen 76 auf einer Oberfläche einer transparenten Merkmalsschicht 74 mit einer Mikro-Sägezahnstruktur 78 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Merkmalsschicht 74 kombiniert sind. Die Mikroprismen 76 und die Mikro-Sägezahnstruktur 78 sind jeweils in eine auf einem Kunststoffsubstrat 24 aufgebrachte Lackschicht aus beispielsweise UV-härtbarem Lack geprägt. Mithilfe der Mikro-Sägezahnstruktur können die Lichtstrahlen um einen bestimmten Winkel abgelenkt werden. Die Periode der Mikro-Sägezahnstruktur muss dabei nicht an die Größe der Mikrostrukturelemente angepasst sein.
Neben dem mit Bezug auf Fig. 2 geschilderten Betrachten eines Punktmusters durch das Sicherheitselement hindurch, können die erfindungsgemäßen Durchsichtssicherheitselemente mit weiteren Prüfverfahren auf Echtheit geprüft werden. Beispielsweise kann, wie in Fig. 9 gezeigt, eine annähernd punktförmige Lichtquelle 73, wie etwa eine einige Meter entfernte Glühbirne oder dergleichen, durch das refraktive Durchsichtssicherheitselement 60 hindurch betrachtet werden. Auch dabei wird für den Betrachter B aufgrund der oben geschilderten optischen Effekte das in den Einheitszellen codierte Symbol 54 sichtbar, wie in Fig. 9 anhand der Strahlenverläufe 72A und 72B schematisch illustriert. Das für den Betrachter erscheinende Bild ist in diesem Fall aus einer Mehrzahl leuchtender Bildpunkte aufgebaut, die durch die von gleichartigen Mikroprismen in bestimmte Betrachtungsrichtungen gebrochenen Lichtstrahlen der Lichtquelle 73 gebildet werden.
Soll ein Sicherheitselement 60 auf dieses Prüfverfahren optimiert werden, so empfiehlt es sich, die brechenden Winkel der Mikroprismen 64 tendenziell kleiner als bei der oben behandelten Betrachtung von Objektpunkten zu wählen, um den größeren auftretenden Betrachtungsabständen Rechnung zu tragen.
Ein weiteres Prüfverfahren, bei dem das Durchsichtssicherheitselement 60 mit einem Strahl näherungsweise parallelen Lichts 80 beleuchtet wird, ist in Fig. 10 illustriert. Dabei kann es sich beispielsweise um die Strahlung eines Laserpointers handeln, monochromatische oder kohärente Strahlung ist jedoch zur Prüfung nicht erforderlich. Vielmehr kann das näherungsweise parallele Licht 80 auch von einer relativ weit entfernten Lichtquelle oder von einer Zwischenlinse stammen.
Bei diesem Prüfverfahren entsteht das Symbol 54 durch die Lichtbrechung der Mikroprismen 64 als Projektionsfigur auf einem Auffangschirm 82. Die Größe der Bildpunkte 84 auf dem Auffangschirm ist dabei durch den Durchmesser des einfallenden Lichtstrahls 80 gegeben.
In allen genannten Prüfverfahren existiert ein optimaler Abstandsbereich für die Betrachtung, in dem das dargestellte Symbol 54 einerseits groß genug ist, um als solches erkannt zu werden, in dem andererseits der Abstand der Bildpunkte 56 bzw. 84 noch klein genug ist, um eine gute Lesbarkeit des Symbols zu gewährleisten. Insbesondere können bei zu großem Abstand der Bildpunkte Lücken zwischen den Punkten entstehen. Ist der einfallende Lichtstrahl 80 nicht völlig parallel, nimmt überdies die Flächenhelligkeit der Bildpunkte 84 mit zunehmendem Abstand von Sicherheitselement 60 und Auffangschirm 82 ab.
Zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente kann auch gekrümmte Oberflächen aufweisen, wie anhand der Figuren 11 bis 13 erläutert. Beispielsweise können mithilfe von Kegelstrukturen aus einem Objektpunkt bzw. einer punktförmigen Lichtquelle Kreislinien oder Kreislinienbögen erzeugt werden. Ein wesentlicher Unterschied zu den oben beschriebenen Gestaltungen besteht dabei darin, dass die Kreislinien oder Linienbögen kontinuierlich verlaufen und nicht aus diskreten Punkten zusammengesetzt sind. Es versteht sich, dass Gestaltungen mit gekrümmten Oberflächen und Gestaltungen mit geraden Oberflächen in beliebiger Weise kombiniert werden können.
Fig. 11(a) zeigt eine Aufsicht auf ein refraktives Durchsichtssicherheitselement 90, dessen transparente Merkmalsschicht mit einer periodischen Anordnung von Mikrokegeln 92 versehen ist. Neben dem Durchmesser seiner Grundfläche d ist jeder Mikrokegel 92 durch einen Öffnungswinkel γ charakterisiert. Einer der Mikrokegel 92 ist in Fig. 11(b) mit seinen charakteristischen Parametern in perspektivischer Ansicht dargestellt.
Bei Betrachtung des Objekts 50 mit dem einzelnen Objektpunkt 52 (siehe Fig. 11(c)) durch das Durchsichtssicherheitselement 90 erzeugen die Mikrokegel 92 eine kontinuierliche Kreislinie 94, wie in Fig. 11(d) dargestellt. Der Radius der Kreislinie ist dabei durch den Öffnungswinkel γ bestimmt. Je größer der Öffnungswinkel der Mikrokegel 92 ist, desto kleiner wird der Radius des Kreises 94, der vom Betrachter durch das Sicherheitselement bzw. auf einem Auffangschirm zu erkennen ist.
Durch eine Variation Δγ der Öffnungswinkel der Mikrokegel um einen Zentralwert γ₀ herum kann darüber hinaus die Breite der Kreislinie 94 beeinflusst werden. Die Mikrokegel 92 werden zweckmäßig periodisch aneinandergefügt, wobei die Anordnung in einem hexagonalen Gitter die größte Flächendeckung ermöglicht.
Allerdings können die Mikrokegel 92, wie auch allgemeinere Motivformen, in der Regel nicht lückenlos aneinandergefügt werden. Durch die verbleibenden unstrukturierten Zwischenräume 96 tritt das von dem Objektpunkt 52 stammende Licht weitgehend unverändert durch das Sicherheitselement 90 hindurch und erzeugt einen zentralen Bildpunkt 98 innerhalb der Kreislinie 94. Es versteht sich, dass diese Eigenschaft bereits beim Entwurf des darzustellenden Symbols mitberücksichtigt werden kann.
Bei Mikrostrukturelementen, wie den Mikrokegeln 92, die aufgrund ihrer Form nicht als solche vollständig und flächenfüllend in der Ebene angeordnet werden können, besteht in einer weiteren Erfindungsvariante die Möglichkeit, die Mikrostrukturelemente durch teilweise Überlappung flächenfüllend in der Ebene der Merkmalsschicht anzuordnen.
Fig. 12(a) zeigt dazu ein Durchsichtssicherheitselement 100 mit einer flächenfüllenden Anordnung aus abgeschnittenen Mikrokegeln 102. Jeder der zugrunde liegenden Mikrokegel hat dieselbe Größe wie die Kegel des Ausführungsbeispiels der Fig. 11. Diese sind durch die gestrichelte Darstellung der Grundflächen der zugrunde liegenden Mikrokegel 104 in Fig. 12(a) angedeutet.
Durch eine Überlappung der Mikrokegel, beispielsweise in Form des quadratischen Gitters der Fig. 12(a), kann eine vollständige Füllung der Fläche ohne Zwischenräume 96 erreicht werden. Dazu werden Teilbereiche der Ausgangskegel 104 abgeschnitten und entfernt, wie in der Seitenansicht eines der überlappenden Mikrokegel 102 der Fig. 12(b) deutlich wird. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 weisen die überlappenden Mikrokegel 102 eine quadratische Grundfläche auf. In ähnlicher Weise können jedoch auch andere Überlappungen, beispielsweise auf Grundlage eines hexagonalen Gitters gebildet werden. Da bei einem hexagonalen Gitter bereits ohne Überlappung eine höhere Flächenfüllung erreicht wird, genügt es dann, kleinere Teilbereiche der Mikrokegel zu entfernen, um eine vollständige Flächenfüllung zu erzielen.
Bei Betrachtung wiederum des Objekts 50 mit dem einzelnen Objektpunkt 52 (Fig. 12(c)) durch das Durchsichtssicherheitselement 100 erzeugen die überlappenden Mikrokegel 102 ebenfalls eine Kreislinie 106, deren Radius durch den Öffnungswinkel γ bestimmt ist, wie in Fig. 12(d) gezeigt. Da die Rotationssymmetrie der Kegel 102 durch die entfernten Teilbereiche auf eine vierzählige Symmetrie reduziert ist, variiert die Bildhelligkeit entlang der Kreislinie 106 entsprechend der reduzierten Symmetrie, wie in Fig. 12(d) durch die verschiedenen Kreisabschnitte 106A und 106B angedeutet.
Ist die Flächenfüllung durch die überlappenden Mikrokegel 102 vollständig, tritt kein zentrales Bild 108 des Objektpunkts 52 mehr auf, durch nicht ganz vollständige Flächenfüllung kann jedoch, falls gewünscht, auch ein mehr oder weniger intensives Bild 108 erhalten bleiben.
Bei gegebenem Durchmesser der Grundfläche d und gegebenem Öffnungswinkel γ ist die Höhe der Kegel 92 oder 104 festgelegt. Die in der Praxis maximal erreichbare Größe wird durch das Auflösungsvermögen des Auges, die Herstellbarkeit, vorzugsweise in herkömmlicher Folientechnologie, und die Schichtdicke der zu prägenden Lackschicht begrenzt. Auf der anderen Seite dürfen die Kegel nicht zu klein sein, um wellenlängenabhängige Beugungseffekte wirksam zu unterdrücken. Da ein sehr kleiner Öffnungswinkel γ unter der zusätzlichen Bedingung einer ausreichend großen Grundfläche zu sehr hohen Kegelstrukturen führen würde, ist es in manchen Ausgestaltungen von Vorteil, das Volumen der Mikrokegel unter Beibehaltung der brechenden Oberfläche zu verringern.
Fig. 13(a) zeigt dazu einen Mikrokegel 110 mit einem Öffnungswinkel γ, einem Grundflächendurchmesser d und einer Höhe h. Um die Höhe h bei weitgehend unveränderten refraktiven Eigenschaften zu verringern, kann der Kegel 110 in eine Reihe konzentrischer ringförmiger Kegelzonen 112 zerlegt werden, von denen die Abschnitte konstanter Höhe jeweils weggelassen werden. Dadurch entsteht ein Mikro-Stufenkegel 114 mit deutlich reduzierter Höhe s, wie in Fig. 13(b) gezeigt. Die Vorgehensweise ist analog zu dem Übergang einer sphärischen Linse zu einer Fresnel-Linse. Wird ein Mikrokegel 110 etwa wie im Ausführungsbeispiel in fünf Kegelzonen 112 zerlegt, so beträgt die Höhe s des entstehenden Stufenkegels 114 nur etwa ein Fünftel der Höhe h des Ausgangskegels. Die Anzahl der Kegelzonen 112 kann dabei nach Bedarf gewählt werden, um einerseits die maximale Höhe pro Kegelzone nicht zu überschreiten, andererseits die minimale Größe zur Vermeidung von Farbeffekten durch Lichtbeugung in den Kegelzonen nicht zu unterschreiten.
Die Mikro-Stufenkegel 114 können wie die Mikrokegel 92 bzw 104 in einem periodischen Gitter mit Zwischenraum oder überlappend ohne Zwischenraum angeordnet werden.
In den Darstellungen der Fig. 11 und 12 enthält jede Elementarzelle der Merkmalsschicht zur Illustration jeweils nur ein einziges Mikrostrukturelement 92 bzw. 104. Es versteht sich jedoch, dass eine Elementarzelle in der Praxis mehrere verschieden gekrümmte Mikrostrukturelemente, gegebenenfalls auch in Kombination mit geradflächigen Mikrostrukturelementen der oben beschriebenen Art enthalten kann, um komplexere Symbole oder graphische Muster zu erzeugen.
In einer Erweiterung der beschriebenen Ausführungsbeispiele können die refraktiven Elementarzellen über die Fläche der Sicherheitselemente hinweg derart verändert werden, dass bei unveränderter Position von betrachtetem Objekt und Beobachter und einer seitlichen Bewegung des Sicherheitselements ein Laufeffekt auftritt, sich also die Position des Erscheinungsbilds des Objekts verändert. Alternativ oder zusätzlich kann sich auch das Erscheinungsbild des Objekts selbst bei der lateralen Bewegung verändern, so dass ein Morphing-Effekt entsteht.
Bei der Echtheitsprüfung sollte die Ausdehnung des betrachteten Objekts, beispielsweise des Objektpunkts 52 der Fig. 4(a), der scheinbare Durchmesser der Lichtquelle 70 der Fig. 9, oder der Durchmesser des Lichtstrahls 80 der Fig. 10 in diesem Fall nicht größer sein als die Einzelbereiche des Sicherheitselements, innerhalb der die Elementarzellen gleich strukturiert sind, um eine lokal eindeutige Bilddarstellung zu erhalten.
In einer weiteren Erfindungsvariante besteht die im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikrostruktur nicht aus wiederholt angeordneten Einzelmotiven, sondern ist über die gesamte Fläche hinweg individuell auf die Darstellung einer Bildinformation ausgerichtet, wie anhand der Sicherheitselemente 130 und 140 der Figuren 14 und 15 erläutert. Zur Betrachtung muss ein derartiges Sicherheitselement im Allgemeinen an eine vorab festgelegte Position zwischen dem zu betrachtenden Objekt und dem Betrachter gebracht werden, um die gewünschte optische Wirkung zu entfalten. Dieser Einschränkung steht der Vorteil einer wesentlichen höheren erreichbaren Auflösung für die Bildinformation gegenüber. Auch die Leuchtstärke der Bilddarstellung ist höher, da das Licht des gesamten Flächenabschnitts zur Bildinformation beiträgt.
Bei der Auslegung des Sicherheitselements 130 oder 140 werden zunächst die geometrischen Verhältnisse festgelegt, insbesondere die erforderliche Position des Sicherheitselements relativ zum zu betrachtenden Objekt. Die Fläche des Sicherheitselements 130 wird dann in Mosaikelemente 132 zerlegt, deren Ausdehnung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegt. Beispielsweise sind die Mosaikelemente 132 der Fig. 14 durch Mikroprismen einer lateralen Abmessung von 20 µm x 20 µm gebildet, die, wie oben bereits beschrieben, jeweils durch einen brechenden Winkel α und einen Azimutwinkel β charakterisiert sind.
Dann wird für jedes Mikroprisma 134, das Bestandteil des darzustellenden Symbols ist, die erforderliche räumliche Orientierung, also die Winkel α und β bestimmt, so dass durch die Lichtbrechung Licht, das von dem abzubildenden Objekt ausgeht, im jeweiligen Mikroprisma 134 zum Betrachter hin gebrochen wird. Auf der anderen Seite werden die Flächenbereiche, die nicht Teil des darzustellenden Symbols sind, mit Mikroprismen 136 ausgestattet, die das vom abzubildenden Objekt stammende Licht von der Position des Betrachters weglenken.
Auf diese Weise lassen sich Schwarz-Weiß-Darstellungen graphischer Motive realisieren. Beispielsweise zeigt eine Betrachtung des Objekts 50 mit dem einzelnen Objektpunkt 52 durch das Sicherheitselement 130 der Fig. 14(a) am vorbestimmten Ort das in Fig. 14(b) dargestellte Erscheinungsbild, das der Anordnung der Mikroprismen 134,136 entspricht. Die dargestellte Bildinformation besteht im Ausführungsbeispiel dabei zur Illustration nur aus dem Buchstaben "L".
Das von den Mikroprismen 136 vom Betrachter weggelenkte Licht kann zufällig oder gleich verteilt in alle Richtungen gelenkt werden. In diesem Fall ist die Bildinformation nur aus einer Betrachtungsposition zu erkennen, wie oben beschrieben. Es ist allerdings auch möglich, das von den Mikroprismen 136 abgelenkte Licht gezielt in eine zweite Betrachtungsrichtung zu lenken. In dieser Betrachtungsrichtung fehlt das Licht der das Symbol bildenden Mikroprismen 134, so dass aus der zweiten Betrachtungsrichtung ein Negativbild des Symbols zu erkennen ist, wie in Fig. 14(c) dargestellt.
Die beiden Arten von Mosaikelementen 134,136 können sich auch dadurch unterscheiden, dass nur eine Art mit Mikroprismen ausgestattet wird, während die Bereiche der anderen Art unstrukturiert bleiben, wie in Fig. 15 gezeigt. In diesem Fall wird das vom Objekt stammende Licht in den unstrukturierten Bereichen 142 des Sicherheitselements 140 nicht abgelenkt, während es in den mit Mikroprismen versehen Bereichen 144 in eine gewünschte Raumrichtung gelenkt wird. Auch auf diese Weise lässt sich das darzustellende Symbol an vorbestimmten Betrachtungspositionen erkennen.
Neben den erwähnten Schwarz-Weiß-Bildern können selbstverständlich auch Graustufen-Darstellungen erzeugt werden, indem der Anteil an Mikroprismen innerhalb eines Flächenabschnitts, der Licht zum Betrachter hin bzw. von diesem weglenkt, entsprechend dem gewünschten Grauwert gewählt wird.
Auch bei der Auslegung der beschriebenen Mosaikstrukturen bestehen bei unveränderter optischer Wirkung gewisse Gestaltungsfreiräume, die in der oben beschriebenen Art zur Erzeugung von Sicherheitsmerkmalen höherer Stufe eingesetzt werden können. Beispielsweise ist der Umriss der Mosaikelemente weitgehend frei wählbar, auch wenn Gestaltungen bevorzugt werden, bei denen die Umrissformen eine lückenlose Flächendeckung erlauben. Die Umrissform kann sich beispielsweise über der Fläche des Sicherheitselements in definierter Weise von quadratischen zu rechteckigen Umrissformen ändern, was mit bloßem Auge aufgrund der Kleinheit der Strukturelemente nicht erkennbar ist, lichtmikroskopisch jedoch problemlos nachgewiesen werden kann.
Bei der Herstellung eines beschriebenen Sicherheitselements wird zunächst ein Symbol gewählt, in welches das Objekt bei der Betrachtung durch das Sicherheitselement transformiert werden soll. Die erforderliche Mikrostruktur kann in einfachen Fällen durch geometrische Überlegungen entworfen werden, in komplexeren Fällen kann sie mit Computerhilfe, beispielsweise durch eine Raytracing-Analyse, berechnet werden. Liegt ein das Oberflächenrelief beschreibender Datensatz vor, kann dieses beispielsweise mit Graustufen-Lithographie, Direktbelichtung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl-Schreiber strukturiert werden. Falls die erreichbare Profiltiefe nicht ausreicht, kann das Relief auch mithilfe geeigneter Trockenätzverfahren in ein Substratmaterial übertragen werden, wobei die Profiltiefe entsprechend erhöht werden kann.
In anderen Herstellungsvarianten kann das Substrat mit geeigneten Verfahren direkt bearbeitet werden, ohne auf Lackschichten zurückzugreifen. Lediglich beispielhaft sei dazu das Verfahren der Laserablation genannt.
In allen Varianten bietet es sich an, die erhaltene Oberflächenstruktur durch galvanische Abformung beispielsweise auf einen Prägezylinder zu übertragen, um ein entsprechendes Produkt in größeren Stückzahlen herstellen zu können.

Claims

Refraktives Durchsichtssicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Merkmalsschicht, die eine Mehrzahl von Elementarzellen in einer vorbestimmten geometrischen Anordnung aufweist, wobei die Elementarzellen jeweils eine vorbestimmte Anzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mikrostrukturelemente enthalten, wobei zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente
- durch Mikroprismen gebildet ist, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche, einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind, und/oder

- durch drei-, vier- oder mehrseitige Pyramiden gebildet ist, und/oder

- eine gekrümmte Oberfläche aufweist, insbesondere zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet ist, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind,
wobei die Mikrostrukturelemente so ausgerichtet sind, dass sie einfallendes Licht jeweils in einen vorbestimmten Raumbereich brechen, so dass sich das von den einzelnen Mikrostrukturelementen einer Elementarzelle gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Elementarzellen eine laterale Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges aufweisen.
Durchsichtssicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Elementarzellen in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch oder zumindest lokal periodisch angeordnet ist.
Durchsichtssicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementarzellen eine laterale Abmessung unterhalb von etwa 500 µm, vorzugsweise unterhalb von etwa 300 µm, besonders bevorzugt unterhalb von etwa 100 µm aufweisen und/ oder dass die Mikrostrukturelemente eine laterale Abmessung oberhalb von etwa 3 µm, vorzugsweise oberhalb von etwa 5 µm, besonders bevorzugt oberhalb von etwa 10 µm aufweisen.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementarzellen in der Ebene der Merkmalsschicht lückenlos aneinandergefügt sind und/oder dass die Mikrostrukturelemente in jeder Elementarzelle lückenlos aneinandergefügt sind.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elementarzellen jeweils den gleichen Beitrag zur vorbestimmten Bildinformation liefert und dass die Anordnung und/oder die Umrissformen der Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen verschieden sind, wobei die Anordnung und/oder die Umrissformen der Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen vorzugsweise ein Sicherheitsmerkmal höherer Stufe bilden.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Elementarzellen jeweils einen unterschiedlichen Beitrag zur vorbestimmten Bildinformation liefern, insbesondere dass sich mindestens zwei der Elementarzellen in Größe, Umrissform und/oder Anzahl der Mikrostrukturelemente je Elementarzelle unterscheiden.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elementarzellen über die Fläche der Merkmalsschicht verändern, so dass sich die von dem gebrochenen Licht erzeugte Bildinformation bei einer seitlichen Bewegung des Sicherheitselements über einem Objekt in ihrer Position, Form und/ oder Größe ändert.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Bildinformation aus einer Anzahl von Bildpunkten zusammengesetzt ist, und die Mikrostrukturelemente innerhalb der Elementarzellen jeweils einem Bildpunkt zugeordnet sind.
Refraktives Durchsichtssicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Merkmalsschicht, die eine im Wesentlichen achromatisch refraktive Mikrostruktur in Form eines Mosaiks aus einer Mehrzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mosaikelemente aufweist, wobei zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente
- durch Mikroprismen gebildet ist, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche, einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind, und/oder

- durch drei-, vier- oder mehrseitige Pyramiden gebildet ist, und/oder

- eine gekrümmte Oberfläche aufweist, insbesondere zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet ist, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind,
wobei die Mosaikelemente so ausgerichtet sind, dass sie einfallendes Licht in unterschiedliche Raumbereiche brechen, so dass sich das von den einzelnen Mosaikelementen gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Mosaikelemente eine laterale Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges aufweisen.
Durchsichtssicherheitselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mosaikelemente eine laterale Abmessung unterhalb von etwa 100 µm, vorzugsweise unterhalb von etwa 65 µm, besonders bevorzugt unterhalb von etwa 30 µm aufweisen und/oder eine laterale Abmessung oberhalb von etwa 3 µm, vorzugsweise oberhalb von etwa 5 µm, besonders bevorzugt oberhalb von etwa 10 µm aufweisen.
Durchsichtssicherheitselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mosaikelemente in der Ebene der Merkmalsschicht lückenlos aneinandergefügt sind, insbesondere dass zumindest in Teilbereichen des Sicherheitselements die lokale Flächenneigung benachbarter Mosaikelemente entlang ihrer gemeinsamen Grenze übereinstimmt.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Mosaikelementen einfallendes Licht zum Betrachter hin bricht und eine zweite Gruppe von Mosaikelementen einfallendes Licht vom Betrachter weg bricht, so dass für den Betrachter ein Graustufenbild, insbesondere ein Schwarz-Weiß-Bild entsteht.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Elementarzellen oder mit der Mikrostruktur versehene Oberfläche der Merkmalsschicht mit einer transparenten oder transluzenten Folie verklebt ist.
Durchsichtssicherheitselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementarzellen oder die Mikrostruktur selbst klebstofffrei sind/ist oder dass nur die Grate oder Spitzen der die Elementarzellen aufbauenden Mikrostrukturelemente oder der die Mikrostruktur aufbauenden Mosaikelemente verklebt sind.
Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente der Elementarzellen bzw. die Mosaikelemente der Mikrostruktur mit einem hochbrechenden Material ausgegossen sind.
Sicherheitsanordnung für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einem Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 und einem separaten Darstellungselement, das in Zusammenwirkung mit dem Durchsichtssicherheitselement die vorbestimmte Bildinformation für den Betrachter erkennbar macht.
Sicherheitsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Darstellungselement eine Fläche mit einem Punktmuster, insbesondere mit einem einzelnen Punkt, oder zumindest eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines refraktiven Durchsichtssicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, bei dem eine transparente oder zumindest transluzente Merkmalsschicht erzeugt wird und mit einer Mehrzahl von Elementarzellen in einer vorbestimmten geometrischen Anordnung versehen wird, wobei die Elementarzellen jeweils mit einer vorbestimmten Anzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mikrostrukturelemente versehen werden, wobei zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente
- durch Mikroprismen gebildet wird, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche, einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind, und/oder

- durch drei-, vier- oder mehrseitige Pyramiden gebildet wird, und/oder

- eine gekrümmte Oberfläche aufweist, insbesondere zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet wird, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind,
wobei die Mikrostrukturelemente so ausgerichtet werden, dass sie einfallendes Licht jeweils in einen vorbestimmten Raumbereich brechen, so dass sich das von den einzelnen Mikrostrukturelementen einer Elementarzelle gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Elementarzellen mit einer lateralen Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines refraktiven Durchsichtssicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, bei dem eine transparente oder zumindest transluzente Merkmalsschicht erzeugt wird und mit einer im Wesentlichen achromatisch refraktiven Mikrostruktur in Form eines Mosaiks aus einer Mehrzahl im Wesentlichen achromatisch refraktiver Mosaikelemente versehen wird, wobei zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente
- durch Mikroprismen gebildet wird, die jeweils durch die Abmessung ihrer Grundfläche, einen brechenden Winkel α und einen die Orientierung des Mikroprismas angebenden Azimutwinkel β charakterisiert sind, und/oder

- durch drei-, vier- oder mehrseitige Pyramiden gebildet wird, und/oder

- eine gekrümmte Oberfläche aufweist, insbesondere zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente durch Mikrokegel oder durch Mikro-Stufenkegel gebildet wird, die jeweils durch den Durchmesser ihrer Grundfläche und einen Öffnungswinkel γ charakterisiert sind,
wobei die Mosaikelemente so ausgerichtet werden, dass sie einfallendes Licht in unterschiedliche Raumbereiche brechen, so dass sich das von den einzelnen Mosaikelementen gebrochene Licht zu einer vorbestimmten Bildinformation kombiniert, und wobei die Mosaikelemente mit einer lateralen Abmessung unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges erzeugt werden.
Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen, das mit einem Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestattet ist.
Wertdokument, wie Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, das mit einem Durchsichtssicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestattet ist.
Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Durchsichtssicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem
- ein zu betrachtendes Testobjekt gewählt wird und ein erwartetes Erscheinungsbild bei Betrachtung des Testobjekts durch das Durchsichtssicherheitselement festgelegt wird,

- das Durchsichtssicherheitselement in einem Abstand über dem Testobjekt gehalten und das Testobjekt durch das Sicherheitselement betrachtet wird,

- das Erscheinungsbild des Testobjekts erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und

- die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.
Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Durchsichtssicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem
- eine zu betrachtende im Wesentlichen paralleles Licht erzeugende Lichtquelle, insbesondere eine ausreichend weit entfernte punktförmige Lichtquelle, gewählt wird und ein erwartetes Erscheinungsbild bei Betrachtung der Lichtquelle durch das Durchsichtssicherheitselement festgelegt wird,

- das Durchsichtssicherheitselement gegen die Lichtquelle gehalten und die Lichtquelle durch das Sicherheitselement betrachtet wird,

- das Erscheinungsbild der Lichtquelle erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und

- die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.
Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Durchsichtssicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem
- ein erwartetes Erscheinungsbild bei Prüfung des Durchsichtssicherheitselements festgelegt wird,

- das Durchsichtssicherheitselement mit einem Strahl näherungsweise parallelen Lichts beleuchtet wird und das hinter dem Sicherheitselement entstehende Projektionsbild mit einem Auffangschirm aufgefangen wird,

- das Erscheinungsbild des Projektionsbilds erfasst und mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen wird, und

- die Echtheit des Durchsichtssicherheitselements anhand des Vergleichs des erfassten mit dem erwarteten Erscheinungsbild beurteilt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchsichtssicherheitselement bei der Erfassung des Erscheinungsbildes relativ zu dem zu betrachtenden Testobjekt seitlich bewegt wird.