JP5559354B2 - 光導波路を備えたセキュリティドキュメント - Google Patents

Description

本発明は、紙幣、パスポート、またはクレジットカードのようなセキュリティドキュメントの分野に関する。

セキュリティドキュメントはフレキシブルな基材を有し、この基材上に、またはこの基材内に、セキュリティドキュメントの真正性を検証するための少なくとも１つのセキュリティフィーチャが配置される。

ボリュームホログラムまたは表面ホログラム、または屈折率グレーティングがとりわけセキュリティフィーチャとして、特に紙幣、クレジットカード、またはパスポートに関して提案されている。このようなフィーチャは、偽造され難いのではあるが、これらのフィーチャは、精巧な偽造を偽造者が行なう場合には、模造される可能性もある。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式のセキュリティドキュメントにおいて、偽造防止セキュリティをさらに向上させることにある。

本発明によればこの課題は、基材と、この基材上および／またはこの基材内に配置された光導波路とを備えるセキュリティドキュメントによって達成される。この場合、導波路は、光を導波路に入射させるように、および／または光を導波路から出射させるように構造化されかつ適合された、少なくとも１つのカプラを含む。

導波路は一般に製造するのが難しいので、この手段によってセキュリティを強化することができる。上述のカプラによって、光を導波路に入射させることができ、または導波路内を案内される光を観測することができる。

導波路は、例えば基材が１枚以上の紙シートにより形成される場合、この基材とは別の構造物とすることができる。しかしながら、例えば基材がポリマー薄片のような透明材料により形成される場合には、導波路を基材の一部とすることもできる。

ドキュメントが第１及び第２のカプラを備えていると有利である。これらの２つのカプラは、導波路に第１のカプラを介して入射する光が少なくとも部分的に透過して第２のカプラに到達し、そこから出射するように配置され構造化されている。これにより、導波路を光源によって動作させることができ、導波路の外側の観測手段（人間の眼または検出器など）によって照合することができる。

有利には基材は不透明であり（すなわち導波路内を案内される光を吸収し）、かつウィンドウまたはハーフウィンドウを有する。少なくとも１つのカプラはウィンドウ内に配置される。これにより、カプラから出射された光を容易に観測することができ、および／または光を導波路にカプラを介して容易に入射させることができるとともに、カプラの殆どの部分を基材によって保護することができる。

さらに基材に２つのウィンドウまたはハーフウィンドウを設けることができる。この場合、第１のカプラは第１のウィンドウまたはハーフウィンドウ内に配置され、第２のカプラは、第２のウィンドウまたはハーフウィンドウ内に配置される。導波路は、第１のウィンドウと第２のウィンドウとの間に延在している。この構成によって、光を導波路に、これらのウィンドウのうちの一方のウィンドウを介して入射させることができ、導波路から第２のウィンドウを介して出射する光を観測することができる。

別の有利な実施形態によればドキュメントは、導波路内に配置された、または導波路上に配置された発光色素を備えることができ、この色素は、光例えば導波路を介して案内される光で照射された状態で発光することにより、この色素を利用して導波路内の光の伝搬を可視化することができる。別の構成としてこの発光色素を、導波路を照らす光で照射された状態で発光させることができ、発光した光の少なくとも一部が、ついで導波路に沿って伝搬して他のいずれかの場所から出射する。

導波路を基材内に少なくとも部分的に埋め込むことができるので、取り替えまたは取り外しを一層困難にすることができる。

導波路が第１の層及び第２の層を含み、第１の層が第２の層よりも大きい屈折率を有するならば、第１の層を利用して光波を案内することができ、他方、第２の層は、案内される光波を周囲から孤立させるために用いられる。具体的には、第２の層を第１の層と基材との間に配置することができるので、光波が基材によって吸収されたりまたは散乱したりするのを防止することができる。有利な点として導波路は更に第３の層を含み、この場合も同じように第１の層は第３の層よりも大きい屈折率を有する。第１の層は第２の層と第３の層との間に配置されるので、第１の層内を案内される光波を両側で孤立させることができる。このことが殊に有用となるのは、導波路が少なくとも導波路の長さの一部に亘って基材内に埋め込まれる場合である。

以下の詳細な説明を考察すれば本発明をいっそう深く理解することができ、これまでに説明した課題以外の目的も明らかになる。以下の説明では添付の図面を参照する。

セキュリティドキュメントの第１の実施形態を示す図 図１のカットラインＩＩ−ＩＩに沿ってカットしたときの断面図 第２の実施形態の断面図 第３の実施形態の断面図 第４の実施形態の断面図 セキュリティスレッドを含む実施形態を示す図 導波路の拡大断面図 導波路を製造するための第１の方法を示す図 導波路を製造するための第２の方法を示す図

注記：これらの図面は寸法通りには描かれていない。

定義：
「セキュリティドキュメント（security document）」という用語は、再現を困難にするセキュリティフィーチャを含むあらゆる種類のドキュメントを含む。この種類のセキュリティドキュメントの例として、紙幣、パスポート、小切手、株券、切符、クレジットカード、またはＩＤカードを挙げることができる。

「光（light）」という用語は、赤外線領域、可視光領域、または紫外線領域の波長を有する光として理解されるべきである。有利な実施形態では、「光」という用語は可視光のみを指す。

「光導波路（optical waveguide）」とは、実質的に透明な材料のボディのことであり、このボディは屈折率がボディ周囲に比べて高いので、光を案内することができる。

基材内の「ウィンドウ（window）」とは、透明領域を表し、ウィンドウ以外の基材領域では実質的に不透明である。このウィンドウを不透明基材によって完全に取り囲むことができ、またはこのウィンドウを基材のエッジに配置することができる。

基材内の「ハーフウィンドウ（half-window）」とは、基材が２つの不透明層を備え、導波路がこれらの不透明層の間に埋め込まれていることを意味する。ハーフウィンドウは、これらの層のうちの一方の層に開口が形成される領域であり、他方の層は開口を設けずにそのままにしている。

「不透明（non-transparent）」基材または層という用語は、所定の基材または層がその第１の側から照射されたときに、この基材または層が光の５０％未満をこの基材または層の第２の側に透過させることであると理解されるべきである。光の残りの部分は、吸収されるか、または散乱されるかのいずれかである。

第１の実施形態：
本発明の第１の実施形態が図１及び２に示されおり、これらの図面は紙幣の形態のセキュリティドキュメントを示している。

図示されているセキュリティドキュメントは、紙またはプラスチックから成る可撓性の基材１または剛性の基材１を含んでおり、この基材１の上に、例えば偽造防止セキュリティデザイン２、イラスト３、及び数値表示４の形状のグラフィカル要素が公知の方法で印刷されている。更にこのドキュメントはセキュリティフィーチャ５を有しており、このセキュリティフィーチャ５のデザインについて以下で説明する。

図１及び２の実施形態によれば、基材１は第１の紙層６ａ、第２の紙層６ｂ、及び第１の紙層６ａと第２の紙層６ｂとの間の透明プラスチック層の形態の導波路７を積層した積層体から成る。これらの紙層６ａ、６ｂは不透明である。２つのウィンドウ８ａ、８ｂが基材１に設けられている。これらのウィンドウは、２つの紙層６ａ、６ｂの穴により形成されていて、導波路７は紙層６ａ及び紙層６ｂの両方を通って延在している。

ウィンドウ８ａ、８ｂの位置において、導波路７に第１のカプラ１０ａ及び第２のカプラ１０ｂがそれぞれ設けられている。これらのカプラの目的は、光を導波路７に入射させることであり、および／または光を導波路７から出射させることである。

図２の実施形態によれば各カプラ１０ａ、１０ｂは、グレーティング１１、具体的には表面グレーティングにより形成され、このグレーティングは例えばエンボス法によって、導波路７に凹版印刷法で形成されている。各グレーティングは、有利には規則的な間隔で、互いに平行に延びる複数のグレーティングラインから成る。

図１及び２のセキュリティデバイスの動作は以下の通りである：光がカプラ１０ａ、１０ｂのうちの一方のカプラに、例えばカプラ１０ａに入射すると、光はそのカプラによって散乱される。散乱光の一部は、そのカプラから離れて導波路７に全反射されるような角度で入射し、導波路７に沿って伝搬する。光が第２のカプラ１０ｂの位置に到達した場合にのみ、光が再び散乱されることにより、その光の一部が導波路７から出射するようになり、その光の一部を、光の波長によって異なるが、適切な検出器によって、または眼で観測することができる。

従って、これらのウィンドウのうちの一方のウィンドウ、例えば第１ウィンドウ８ａを、光源で照射すると、第２ウィンドウ８ｂに位置する第２カプラが発光し始める。

デバイスの効率を高めるために、カプラ１０ａ、１０ｂのグレーティングラインを、これらのカプラを結ぶ直線に直交させる。

これらのグレーティングラインの間隔は、光の波長よりも著しく長くすることができ、その際、このグレーティングは、散乱を長い波長領域に亘って生じさせる複数の古典的散乱体を成している。別の構成として、これらのグレーティングラインの間隔が光の波長と同じであるか、またはこの波長よりも若干長い場合、回折グレーティングが形成され、この回折グレーティングは、光を、特定のブラッグ条件でしか散乱しないので、色彩効果が得られる。具体的には、第２のグレーティング１０ｂすなわち導波路７から光を出射させるグレーティングが回折グレーティングである場合、グレーティングを異なる角度から眺めるときにレインボー効果を観察することができる。

第２の実施形態：
図３には、導波路をベースとしたセキュリティデバイスの第２の実施形態が示されている。この図には、利用可能な種々のタイプのカプラだけでなく、種々のタイプの基材が示されている。

図３によれば、まずは基材１は実質的にもっぱら導波路７によって形成されており、紙シート６ａ、６ｂの替わりに、インク層１２ａ、１２ｂが用いられ、これらのインク層は、例えば導波路７の両側に、オフセット印刷のような印刷法により塗布されている。この場合も同じように２つのウィンドウ８ａ、８ｂが、対応する領域へのいかなる印刷も行われないようにすることにより、または低吸光度のインクまたはワニスのみを塗布することにより、ドキュメントに形成される。

第１のウィンドウ８ａの領域では第１のカプラが、散乱体を導波路７に埋め込むことにより（または導波路７の上に配置することにより）形成される。これらの散乱体は、例えば散乱粒子を導波路７に埋め込むことにより、または導波路７を局所的に、例えばレーザ照射によって変質させることにより形成することができる。

第２のウィンドウ８ｂの領域では、第２のカプラ１０ｂもまた、導波路７内に埋め込まれ、第２のカプラ１０ｂは、例えば以下の手段のうちの１つ以上の手段により形成することができる：
ａ）ボリュームホログラム。このようなボリュームホログラムは、国際特許出願第WO 2005/124456号（Xetos AG）に記載されている方法を用いて、例えばプラスチック層内にコヒーレント光を照射することにより形成することができる。このようなホログラムは、適切な角度で、かつ適切なグレーティング間隔で配置される場合、導波路７からの所定の波長領域の光を効率的に回折させることにより、強い色彩効果が得られる。

ｂ）導波路７内を案内される光の照射の下で発光する発光色素。このような色素は、導波路７に埋め込むことができる、または参照番号１０ｂ’で示すように、導波路７の表面に、例えば印刷法を用いて塗布することができる。光を導波路７に第１カプラ１０ａを介して入射させる場合、この光によって色素が基本的に全空間方向に発光することにより、色素によって観察者の眼に対し明るい光を放つ。

なお、ここで述べておくと、本明細書において説明するほとんどの実施形態では、第１及び第２カプラ１０ａ、１０ｂの役割を逆にする、すなわち第２カプラ１０ｂを使用して光を導波路７に入射させることもできるとともに、第１カプラ１０ａを使用して光を導波路７から出射させることもできる。例えば、ボリュームホログラムを使用して、光を導波路７に入射させることもできる。また、導波路７の上または導波路７内に配置される発光色素を照射する場合、色素が発光する光の一部は、導波路７に沿って伝搬し、第１のカプラ１０ａの位置で出射することになる。

適切な色素の例としてマクロレックスレッド（Macrolex red：Bayer AG製、赤色光を発光する）、またはフルオロール（Fluorol：Sigma-Aldrich社製、緑色金色光を発光する）を挙げておく。

ドキュメントに、少なくとも２つの異なる発光色を有する色素を使うことにより、効果を一層際立たせることもできる。種々の色を、例えばそれぞれ異なる位置に配置することができる。従って、これらの色により多色画像を形成することができる。或いは、これらの色を、光を入射させる場所や光をどのようにして入射させるかによって異なるが、１度にこれらの色素のうち１つの色素しか励起されないように配置することもできる。

第３の実施形態：
更に別の実施形態を図４に示す。この場合、これらのカプラのうちの一方のカプラ、例えば第２カプラ１０ｂの替わりに、少なくとも１つの穿孔を用いることができ、複数の穿孔１４を用いると有利である。各穿孔は、導波路７を貫通して延在しており、各穿孔によって、導波路７内で光の散乱を生じる端面がこの導波路７に形成される。従って、光が導波路７に沿って伝搬すると、その光の一部が、これらの穿孔１４の位置で散乱させられ、これらの穿孔１４が発光し始める。これらの穿孔１４が、ドキュメントの両側に向けて発光することができるように、不透明基材１の厚み全体を貫通して延在していると有利である。

これらの穿孔は、例えば国際特許出願第ＷＯ ２００４／０１１２７４号に記載されているようなレーザドリル穿孔により形成することができる。

第４の実施形態：
図５の実施形態によれば、第２カプラ１０ｂは、例えば散乱体または蛍光色素の周期配列により形成される周期構造を有する。更に、周期的なマイクロレンズアレイ１５が、カプラ１０ｂの上に配置され、例えばマイクロレンズアレイを個別に形成し、マイクロレンズアレイを第２のウィンドウ８ｂに接着することにより形成される。これらのマイクロレンズの周期は、カプラ１０ｂの構造の周期にほぼ等しい。ここで「ほぼ等しい」とは１０％以下の偏差であることを表す。従って、光が導波路７内を伝搬している状態でドキュメントを、マイクロレンズアレイ１５を通して眺めると、カプラ１０ｂとこれらのマイクロレンズとの間の相互作用によって非常に特徴的な挙動が生じる。この挙動は、これらのレンズの周期、及びカプラ１０ｂの周期がわずかに一致しない場合に一層顕著になる。

更に図５には、ウィンドウ８ａ、８ｂのうちのいずれかを、図５のウィンドウ８ｂのようなハーフウィンドウとすることもできる様子が示されている。ハーフウィンドウを使用することは、光が出射する位置において特に有利になるが、その理由は、このハーフウィンドウによって、カプラ１０ｂの所定の背景を実現できるからである。例えばこの背景を暗くなるように選択することができるので、出射光の視認性を高めることができる。図５ではハーフウィンドウを特定の種類のカプラと組み合わせて示しているが、ハーフウィンドウを他の何らかの種類のカプラと組み合わせることもできる。

第５の実施形態：
図６の実施形態は、図１の実施形態にほぼ対応している。しかしながら、図１の実施形態では、導波路７は、紙シート６ａ、６ｂとほぼ同じ延在部分を有するプラスチックシートであったが、図６の実施形態によれば導波路７は、基材１内に少なくとも部分的に埋め込まれた薄いストライプであり、すなわちセキュリティスレッドである。このセキュリティスレッドは、ウィンドウ８ａ、８ｂを通して視認することができる。

導波路：
図７は、導波路７の好適な構造を示している。導波路７は、第１の層７ａと、第２の層７ｂと第３の層７ｃとを備え、第１の層７ａは、第２及び第３の層７ｂ、７ｃよりも高い屈折率を有している。屈折率ステップは、導波光を第１の層７ａ内に閉じ込めるために十分大きく、ほんの僅かな量の光しか層７ｂ、７ｃに到達せず、かつ光は実際には殆ど層７ｂ、７ｃよりも外に出て行くことがない。上述のようにこの設計により、損失及び減衰が小さくなる。

有利な点として図７に示されているように層７ｂ、７ｃは、第１層７ａと、紙シート６ａ、６ｂまたはインク層１２ａ、１２ｂのような基材１の光吸収部分との間に配置される。

導波路は、モノモード導波路またはマルチモード導波路のいずれかとすることができる。しかしながらマルチモード導波路が有利であり、その理由は、マルチモード導波路の方が製造が容易であるし信頼性も高く、この実施例のようなケースではいっそう高い結合効率を有しているからである。

導波路の製造：
図８には、導波路を製造する第１のプロセスが示されている。このプロセスによれば、液化熱可塑性の透明ポリマー材料２０が、送られてくる２枚の紙２２の間にノズル２１によって注入される。これら送られてくる紙２２が、ローラ２３によって互いに押し付け合わせられることにより、ポリマー層が２枚の紙層の間に形成される。この場合、欧州特許第EP2 000 321号（Lanqart AG）に記載されている方法を使用することができる。

導波路７が３つの層から成る図７に示したようなシステムを製造するためには、紙シート２２をそれぞれ、低屈折率の透明ポリマー層で被覆しておくことができる。これらの紙シート２２は、これらのポリマー層が互いに向かい合わせになるよう図８の機構に送り込まれる。従って、これらの低屈折率の透明ポリマー層により図７の層７ｂ、７ｃが形成されるのに対し、いっそう高い屈折率を有するように選択された熱可塑性の透明ポリマー材料２０により層７ａが形成される。

図９には別の製造方法が示されている。この場合、中身の詰まった可撓性ポリマー薄片２４が送られてくる２枚の紙２２の間に挿入され、これら送られてくる紙２２に積層される。この場合も同じように、３つの層はローラ２３によって圧縮される。薄片２４と送られてくる紙２２との間の接合部は、例えば接着剤により形成することができ、または薄片２４を加熱して、薄片２４を紙に溶着することにより形成することができる。接着剤が使用される場合、この接着剤をこの場合も同じようにして使用することにより、図７の実施形態の低屈折率の層７ｂ、７ｃを形成することができる。

注記：
これまで述べてきたように、蛍光色素または発光色素を使用して、光を導波路７に入射させることができる。このような発光色素は、導波路７に接続される光源として機能する。発光色素とは別に、国際特許出願第WO 2006/056089号に記載されているように、導波路７に隣接するドキュメント、または導波路７内のドキュメントに一体化される半導体光源またはＯＬＥＤ光源のような他のいずれかの種類の光源を用いることもできる。

ドキュメントは、色変化を照射波長に依存して生じさせる２種類以上の蛍光色素または発光色素の組み合わせ（メタメリックインク）を含むこともできる。

非線形光学材料のような周波数アップコンバータを色素の代わりに、または色素の他に使用することもできる。

上に説明した例の殆どにおいて、２つのウィンドウ８ａ、８ｂは、カプラ１０ａ、１０ｂの位置に使用することができる。しかしながら、導波路７が、基材１の端面に至るまでずっと続いて延在している場合、その端面をカプラとして使用することもできる。例えば、図６の実施形態においては導波路７は、基材１の端面２６に至るまでずっと続いて延在しており、カプラ１０ａ、１０ｂのうちの一方のカプラを通って入射する光を、端面２６で視認することができるようになる。

なお、ここで述べておくと、これまでの説明において様々なタイプの基材及びカプラについて説明してきたが、これらの基材のうちのいずれかの基材を、これらのカプラのいずれかのカプラと組み合わせることができる。また、いずれかの一連の異なるカプラを組み合わせることもでき、本発明はこれらの図に示す特定の組み合わせに限定されるものではない。

これまで本発明の現時点で最も好適な実施形態を示し説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下の請求項の範囲内で多種多様に具体化し実施できることは自明である。

Claims (15)

1. 基材（１）と、
   該基材（１）の上におよび／または該基材（１）内に配置される光導波路（７）と、
   光を該光導波路（７）内に入射させる、または該光導波路（７）から出射させる少なくとも１つのカプラ（１０ａ，１０ｂ）と、
   周期的なマイクロレンズアレイ（１５）と
   を備え、
   前記カプラ（１０ｂ）は周期的な構造を有し、前記周期的なマイクロレンズアレイは、該周期的な構造と実質的に等しい周期を有することを特徴とする、セキュリティドキュメント。
2. 第１及び第２のカプラ（１０ａ，１０ｂ）を備え、前記導波路（７）内に前記第１のカプラ（１０ａ）を介して入射される光は、少なくとも部分的に前記第２のカプラ（１０ｂ）に到達し、該第２のカプラ（１０ｂ）から出射する、請求項１に記載のセキュリティドキュメント。
3. 前記カプラ（１０ｂ）は、前記導波路（７）及び前記基材（１）を貫通して延在する複数の穿孔（１４）を含む、請求項２に記載のセキュリティドキュメント。
4. 前記基材（１）は不透明であり、かつ少なくとも１つの透明なウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ａ，８ｂ）を含み、少なくとも１つのカプラ（１０ａ，１０ｂ）は、前記ウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ａ，８ｂ）内に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
5. 前記基材（１）は、少なくとも第１及び第２の透明ウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ａ，８ｂ）を含み、第１のカプラ（１０ａ）が、前記第１のウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ａ）内に配置され、第２のカプラ（１０ｂ）が、前記第２のウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ｂ）内に配置され、前記導波路（７）は、前記第１のウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ａ）と前記第２のウィンドウまたはハーフウィンドウ（８ｂ）との間に延在している、請求項４に記載のセキュリティドキュメント。
6. 前記カプラ（１０ａ，１０ｂ）はグレーティング（１１）を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
7. 前記カプラ（１０ａ，１０ｂ）は、前記導波路（７）内に埋め込まれた、または前記導波路（７）上に配置された、光散乱体を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
8. 光を前記導波路（７）内に入射させるために、または前記導波路（７）から出射させるために、前記導波路（７）内または前記導波路（７）上に配置された蛍光色素または発光色素を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
9. 少なくとも２つの異なる発光色の発光色素を備える、請求項８に記載のセキュリティドキュメント。
10. 前記導波路（７）は、前記基材（１）内に少なくとも部分的に埋め込まれる、請求項１から９のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
11. 前記導波路（７）は、少なくとも第１の層（７ａ）及び第２の層（７ｂ）を含み、前記第１の層（７ａ）は、前記第２の層（７ｂ）よりも大きい屈折率を有し、前記第２の層（７ｂ）は、前記第１の層（７ａ）と前記基材（１）の光吸収部分との間に配置される、請求項１から１０のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
12. 前記導波路（７）は更に第３の層（７ｃ）を含み、前記第１の層（７ａ）は、前記第３の層（７ｃ）よりも大きい屈折率を有し、前記第１の層（７ａ）は、前記第２の層（７ｂ）と前記第３の層（７ｃ）との間に配置される、請求項１１に記載のセキュリティドキュメント。
13. 前記導波路（７）に接続された光源を更に備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
14. 前記導波路（７）は、前記基材（１）内に少なくとも部分的に埋め込まれたセキュリティスレッドである、請求項１から１３のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。
15. 前記導波路（７）は、前記基材（１）と略同じサイズを有するプラスチック薄片である、請求項１から１３のいずれか１項に記載のセキュリティドキュメント。

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