JP5793475B2 - セキュリティドキュメント - Google Patents

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Description

本発明は、透明なセキュリティエレメントを有するセキュリティドキュメントに関する。このセキュリティエレメントは、セキュリティドキュメントの窓あるいは透明な領域に配置され、透明な構造層およびこの構造層の第一面に形成された回折レリーフ構造を有する。

カラーコピーおよびスキャナの有用性および技術的成熟が高まるにつれ、色品質および解像度の点において、オリジナルとの区別が困難な複写が可能になってきた。従って、セキュリティドキュメントは、OVDと称されるもの、つまり、観察する角度に依存して異なる光学効果を生じる光学可変デバイス(optically variable device)によって保護される。しかしながら、模倣されたOVDによって、観察者に同等の光学表示を与える光学効果を形成することも可能である。

DE19729918A1は、異なる位置にセキュリティ特性および照合エレメントを有するセキュリティドキュメントおよび/または価値付随ドキュメントを開示している。この照合エレメントは、セキュリティ特性の信頼性を確立するために、セキュリティ特性と一致する関係に配置されている。照合エレメントは、セキュリティドキュメントおよび/または価値付随ドキュメントの窓に配置されてセキュリティ特性の照合を可能にする、例えばレンズ、円柱レンズ、フレネルレンズといった光学エレメントを含んでいる。これらの照合およびセキュリティエレメントは、相互に重なりあった関係にあるとき、モアレ構造または色変化を生じる。

DE10040785A1は、入射光において、キャリア平面の外側で、第一セキュリティエレメントがホログラムを再現するセキュリティシステムを開示している。このホログラムは、セキュリティエレメントを折り畳むことによってホログラムの平面に移動される第二セキュリティエレメントによって読み取り可能にされる暗号化情報を有している。

このような解決方法は、製造が複雑で費用がかかるということ、また、セキュリティエレメントの使用に関する熟練と知識とを前提とすること、において不利である。

DE10129939A1には、少なくとも二つの表示を形成するレリーフ構造を有する光学可変表面パターンが記載されている。これらの二つの表示は観察者に分離して知覚されることができ、カラーコピーによってコピーを作る際にそのコピーに全て転写される。

WO03/059643A1は、集積された光学導波路(optical waveguide)を有する回折セキュリティエレメントを開示している。

DE10254499A1は、レンズと同様の効果を生じ、且つ光学回折作用を有する構造を備えた層配列を開示している。

DE10318157A1は、フィルムおよび光学セキュリティエレメントを記載している。このフィルムはキャリア層および複製層を有し、この複製層には、液晶材料の配向のために回折レリーフ構造が導入されている。

EP0012375A2には、格子像の形態のセキュリティ特性を有する複数の層を備えた身分証明書が記載されている。この証明書のカード芯は格子像のための格子像キャリアがはめ込まれた窓を有する。

本発明の目的は、製造が安価な、セキュリティエレメントの窓を観察することのみによって観察者に印象を与え、信頼性関して典型的な光学効果を生じるセキュリティドキュメントを提供することである。

本発明の目的は、キャリア基板と、キャリア基板の窓あるいは透明領域に配置された透明なセキュリティエレメント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。該セキュリティエレメントは、透明な構造層および該構造層の第一面に形成された回折レリーフ構造とを有する。構造層の第一領域において、第一レリーフ構造が構造層の第一面に形成され、該第一レリーフ構造は、20μmまでの周期長を有する非対称な回折レリーフ構造の形態であり、且つ、セキュリティエレメントの正面側および/または後面側で観察者に可視である英数字および/または図形情報または表示の形態である。構造層に隣接する第一面については、反射性透明層の形態および/または構造層に対して0.2より大きい屈折率差を有する透明層の形態の一つ以上の層が、セキュリティエレメントの正面側に入射する光と、その後面側に入射する光との両者が、第一の領域において第一レリーフ構造によって回折されるように構成される。第一レリーフ構造は、正面側および/または後面側で観察者に可視となる情報がその反対側で可視となる情報のアイテムの横方向に反転した表示であるだけではないように、入射光において該第一レリーフ構造が正面観察および後面観察において異なる光学効果を生じるように構成されている。

従って、セキュリティエレメントの透明性によって、後面側とは異なる外観が予想外に正面側に表示される。ここで、それぞれ異なる表示、明るさ、コントラスト、色彩効果、倍率効果、縮小効果、3−D効果等が、単独であるいは組み合わせで可視になり得る。

この点において、透明セキュリティエレメントはいずれの場所においても局所的に透明でなければならないのではなく、観察者にとって実質的に透明であればよい。このように、例えば、セキュリティエレメントの透明特性が観察者に失われることなく、不透明な背景またはパターン領域や、不透明および透明領域を含むラスタ画像が存在してもよい。

非対称回折レリーフ構造によって、入射光において予期しない効果が現れる。このようなレリーフ構造は、鋸歯状の周期的構造を有する。一周期の二つの鋸歯フランクは、その傾斜において互いに著しく異なる。従って、一周期内のレリーフ構造は非対称の構造から成る。好ましくは、一方のフランクが有限の傾斜からなり、他方のフランクが無限の傾斜からなることも可能である。この非対称性によって、正面および後面を観察するときに、非対称レリーフ構造は異なる光学的外観を有する。セキュリティドキュメントを観察するときに、セキュリティエレメントの第一領域に配置された非対称レリーフ構造は、入射光の回折によって一方の側からは可視であり、他方の側からは不可視である。これは、回折レリーフ構造により観察方向が異なったときに形成される、明るさの明瞭な差をもたらすことも可能である。また、好適な構成により、透光する際に第一領域が不可視であってもよい。これにより、光学的な複写機によって複製されることが不可能になる。

第一領域のレリーフ構造が、一定でない空間周波数を有する回折性の非対称レリーフ構造である場合、レリーフ構造は、セキュリティドキュメントの正面側からおよびその後面側から確かに可視であり得るが、入射光において観察されるときには、各面で、後述するように異なる光学効果を示す。空間周波数は周期長に反比例するので、一定でない空間周波数とは、一定でない周期長と同義語である。

本発明によるセキュリティドキュメントを観察するときに、観察者が意図された光学効果が生じるまでセキュリティドキュメントを交互に傾ける限りにおいて、この観察者は無意識に光学効果を生じるのに最適な位置を選ぶので、正面および後面を観察する際にセキュリティドキュメントを正確に反転することは重要ではない。

さらに好適な構成が、添付する請求項に記載されている。

また、本発明のセキュリティエレメントは以下の特徴を有する。
キャリア基板と、キャリア基板の窓または透明領域に配置され、透明な構造層(16、62、96)および該構造層の第一面に形成された回折レリーフ構造を有する透明セキュリティエレメント(12、62、72、92)と、を有するセキュリティドキュメントであって、構造層(16、66、96)の第一領域(12f、72a)において、第一レリーフ構造が構造層(16、66、96)の第一面に形成され、該第一レリーフ構造は20μmまでの周期長を有する鋸歯状の周期的構造であり、一周期の二つの鋸歯フランクは互いに異なる角度で傾斜しており、これにより一周期のレリーフ構造は非対称の回折レリーフ構造の形態であり、セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側および/または後面側で観察者に可視である英数字および/または図形情報のアイテムを含み、構造層(16、66、96)に隣接する第一面については、反射性透明層の形態であるか、構造層に対し0.2より大きい屈折率差を有する透明層の形態の一以上の層が、セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側に入射する光と、その後面側に入射する光との両者が第一領域(12f、72a)において第一レリーフ構造によって回折されるように構成され、第一レリーフ構造は、正面側および/または後面側で観察者に可視となる情報がその反対側で可視となる情報のアイテムの横方向に反転した表示であるだけではないように、入射光において第一レリーフ構造が正面観察と後面観察とで異なる光学効果を生じるように構成されている。

構造層(16、66、96)の第二領域(12t、72b)において、第二レリーフ構造が構造層(16、66、96)の第一面に形成され、第二レリーフ構造は、非対称回折構造の形態であり、第一の領域(12f、72a)に形成された第一レリーフ構造の構成と、実質的に鏡像の関係に形成された構成を有し、第二レリーフ構造は、入射光において正面観察と後面観察とで異なる光学効果を有する。

構造層(16)の第一領域(12f)および第二領域(12t)は相互に連繋したラスタを形成する。

ラスタ幅は300μmより小さく、特に、50μmである。

第一レリーフ構造はブレーズド格子の形態である。

構造層(16、66、96)の第一面は少なくとも部分的に反射性金属層(96m)でコーティングされる。

反射性金属層(96m)は、部分的に異なる材料から形成され、特に第一領域(12f)は第一金属層でコーティングされる。

金属層(96m)はパターン形状の不透明領域を有する。

金属層(96m)は、少なくとも部分的に、透光時に透明であるような厚さで形成さ れる。

第一レリーフ構造が非対称回折レリーフ構造(96r)であり、該非対称回折レリーフ構造は、基準点から少なくとも二方向に、空間周波数または深さが変化して形成され、且つ該回折レリーフ構造には反射層が施されている。

構造層(16、66、96)の第三領域において、第三レリーフ構造が構造層(16、66、96)の第一面に形成され、入射光において第三レリーフ構造が正面観察と後面観察とで同じ光学効果を生じる。

液晶層が第三領域に配置される。

第二レリーフ構造はブレーズド格子の形態である。

第二領域(12t)は第二金属層でコーティングされる。

第二レリーフ構造が非対称回折レリーフ構造(96r)であり、該非対称回折レリーフ構造は、基準点から少なくとも二方向に、空間周波数または深さが変化して形成され、且つ該回折レリーフ構造には反射層が施されている。

本発明によるセキュリティドキュメントの第一の使用例。 本発明によるセキュリティドキュメントの第一の使用例。 図1a及び1bのセキュリティドキュメントの拡大された概略図。 図2における切断線IIIa−IIIaに沿った断面におけるレリーフ構造の概略図。 図2における切断線IIIb−IIIbに沿った断面におけるレリーフ構造の概略図。 正面側から観察したときの図3aにおけるレリーフ構造の機能の概略図。 正面側から観察したときの図3bにおけるレリーフ構造の機能の概略図。 後面側から観察したときの図3aにおけるレリーフ構造の機能の概略図。 後面側から観察したときの図3bにおけるレリーフ構造の機能の概略図。 セキュリティエレメントのレリーフ構造の配置の第一例を示す概略断面図。 セキュリティエレメントのレリーフ構造の配置の第二例を示す概略断面図。 セキュリティエレメントのレリーフ構造の配置の第三例を示す概略断面図。 セキュリティエレメントのレリーフ構造の配置の第四例を示す概略断面図。 本発明によるセキュリティドキュメントの第二の使用例。 本発明によるセキュリティドキュメントの第二の使用例。 非対称レリーフ構造により形成される曲面ミラーの概略断面図。 非対称レリーフ構造により形成される曲面ミラーの拡大された第二の概略断面図。 正面側から観察したときの図8におけるレリーフ構造の機能の概略図。 後面側から観察したときの図8におけるレリーフ構造の機能の概略図。 本発明によるセキュリティドキュメントの第三の使用例。 本発明によるセキュリティドキュメントの第三の使用例。 本発明によるセキュリティドキュメントの第三の使用例。

構造層の第二領域は、非対称回折構造の形態である第二レリーフ構造を有することが可能であり、この回折構造の構成は、第一領域に形成された第一レリーフ構造の構成と実質的に鏡像の関係に形成される。入射光において第二レリーフ構造は正面観察と後面観察とで異なる光学効果を有する。

構造層の第一領域および第二領域が相互に連繋されたラスタを形成することがさらに可能である。ラスタ効果によって、互いに干渉することなく、外見上、一方を他方の上に配置することが可能である。この場合、一方の領域のみが可視であり他方の領域が不可視である。十分に細かいラスタリングによって、つまり人間の肉眼では分解できないラスタリングによって、それぞれの可視領域は均一な領域として見える。ラスタ幅は300μmより小さく、好ましくは50μmであってもよい。

第一領域および第二領域が相互に連繋された線状ラスタを形成することが有利である。しかしながら、他のいかなるラスタリング方式、例えば四角いピクセルの点ラスタを設けることも可能である。

第一および/または第二領域のレリーフ構造がブレーズド格子の形態であるということは、さらに有利な構成である。ブレーズド格子は回折格子であり、このブレーズド格子では、格子定数d、波長λおよび回折次数nに依存して、入射角Θinおよび出射各Θoutの間には、次のような関係がある。
sinΘout=sinΘin+n*λ/d

換言すると、多色光、例えば日光は、ブレーズド格子における回折によって基本色に分割される。しかしながら、回折定数dの選択によって、ブレーズド格子が無彩色のブレーズド格子の形態であってもよい。このとき、少なくとも第一の回折次数の有色光線が、観察角の範囲において再び統合され、それにより多色光が再びブレーズド格子から発せられる。このように、入射光の約90%が集束光の形態で回折されることが可能であり、これにより、画像効果が特有の高いコントラストである性質を有する。この特性から、格子の名称が導かれた。

ブレーズド格子が、格子定数20μm〜3μm、好ましくは10μmを有する無彩色ブレーズド格子の形態であり、且つ断面深さ0.3μm〜5μm、好ましくは1.5μmであることが有利である。断面深さに依存して、より高い回折次数が第一回折次数より高いレベルの強度を形成することが可能である。

さらに、2μmより小さい、好ましくは1μmの格子定数を有するブレーズド格子が有色ブレーズド格子であることも可能である。この場合、ブレーズド格子は、傾けられたときに、日光で照射されて虹色に光る。

上述した効果のため、ブレーズド格子は有限の傾きのフランクが入射光を回折し、観察者の眼に偏向するように構成されている。従って、この効果は、観察方向に依存して第一または第二レリーフ構造で生じる。ここで、二つのレリーフ構造は同じ構成から成ることが可能であり、互いに鏡像の関係となっていてもよい。この場合、一つのレリーフ構造のみが、それにより回折した光が観察者の眼に届き、レリーフ構造で占められた領域が可視になるように、方向付けられる。

画像のコントラストをさらに高めるために、構造層が少なくとも部分的に反射性金属層で覆われることが可能である。この金属層は、異なる屈折率を有する二層の間の接触面での界面反射と比較して著しく反射率が改善された反射層を形成する。この接触面は、例えば外気に隣接する一つの層の外表面であってもよい。界面反射は、例えば、店の窓ガラスで観察され、この窓ガラスの後方に展示された商品の観察を妨げ得る。この界面反射は、偏光および角度依存性が著しい。

さらに不利な点は、例えば構造層の表面に付着した油または水が、界面反射を妨げるということである。というのは、油や水は構造層とほぼ同じ屈折率を有し得るからである。摩耗や裂傷および表面の割れ目は、コーティングされていない構造層に光学作用において悪影響を及ぼす。さらには、界面反射に基づく効果はガルバニック形成によって複製され得るという不利点がある。

有利な構成は、反射性金属層が部分的に異なる材料、特に、異なる色彩を生じる材料から形成され、好ましくは、第一領域が第一金属層でコーティングされ、第二領域が第二金属層でコーティングされる、ということである。これらの金属は、例えばアルミニウムまたは金であり、その結果、構造層が、一方の側面から観察されたときに銀色であり、他方の側面から観察されたときに金色であるように見える。二つの金属層が相互に重なり合う関係で配置され、その結果一つの金属層が一方の側面から可視であり、他の金属層が他方の側面から可視であることもまた可能である。例として、このような様式で、Al層がCu層でコーティングされ得る。

金属層がパターン形状の不透明領域を有することが可能である。このような特徴は、模倣が困難なさらなる安全特性を形成することが可能である。

この不透明金属層領域は、それらが透光時に透明に見えない、例えば400nmの厚さで形成され、具体的には、約50nmの厚さである。

しかしながら、金属層は少なくとも部分的に透光時に透明に見える厚さで形成されることも可能である。このような透明金属層は数nm、例えば20nmの厚さから成る。最適な値は、材料あるいは波長に依存し、影響するパラメータは複雑に関係するので、試験によって確認されることが好ましい。入射光において異なる表示が、観察する側面に依存して可視になるので、透光時に透明である層は、特に効果的である。これは、著しく複製防止性が高い。透明度はまた、金属層の下に配置されたレリーフ構造の深さ/幅比に依存する、ということは、さらに注目すべきことである。

本発明の一実施例では、構造層が少なくとも部分的に、高屈折率を有する誘電性HRI(高屈折率、high refractive index)層でコーティングされている。コーティングされた領域は半透明性である。これにより、界面反射は改善され、従って本発明による効果が強化され得る。誘電性層は例えば印刷またはワイパーデバイスによって施される保護ラッカーであってもよい。この保護ラッカーは構造層のレリーフ構造を完全に埋めている。

第一レリーフ構造または第二レリーフ構造は、回折レリーフ構造であり、この回折レリーフ構造は、基準点から少なくとも二方向に空間周波数または深さを変化させながら形成され、且つ反射層が施された回折レリーフ構造であってもよい。空間周波数が変化する場合、非対称なレリーフ構造のフランクの傾斜も変化する、つまり、レリーフ構造の主平面に平行な主平面とフランクとの間のフランク角が、フランクの傾斜または勾配が増加するにつれて増加する。空間周波数は、この基準点から、好ましくは連続的に増加することが可能である。従ってフランクの勾配はレリーフ構造の縁に向かって増大する。この点において、傾斜したフランクは一様の曲線の部分であってもよい。従って、これは、空間周波数において、選択的にはさらに表面領域にわたる格子定数において好ましくは連続的に変化するレリーフ構造によって、光学回折効果を有する構造層を含んでいる。このレリーフ構造は、格子溝のフランクがそれぞれ互いに平行に延び且つレリーフ構造の主平面の垂線にほぼ平行であり、一方、主平面に対する格子表面のフランクの角度が、ほぼ10μmの格子深さで、表面領域にわたって実質的に連続的に変化する構成になっている。

反射層によって、上述のレリーフ構造は中空ミラーとして働くことができる。中空ミラーとして働く回折レリーフ構造は、一方の側からは凸面鏡としてみなされ、他方の側からは凹面鏡とみなされる。この効果は、例えばコーヒースプーンにおいて観察されるものである。しかしながら、構造層および隣接する媒体の屈折率が互いに十分に異なる場合には、中空ミラー効果は、コーティングされていない透明レリーフ構造または部分的に透明なレリーフ構造において観察され得る。

上述のレリーフ構造によって、多くの異なる光学効果が達成され得る。例として、画像、図形、ロゴまたはテキストが、外見上、セキュリティエレメントの表面の前方あるいは後方に配置されることが可能である。このような効果は、ホログラムによって確かに達成され得るが、中空ミラーで生じる鏡像によって、ホログラムよりも強い色彩効果がもたらされる。このとき、中空ミラーは、色において自由に選択され得る。

さらに、構造層が正面側および後面側から観察されたときに同じ光学効果を示す第三領域を有することも可能である。このような領域は、背景領域として働くことができる。第三領域には、対称な回折レリーフ構造、例えばホログラムあるいはキネグラム(KINEGRAM、登録商標)の形態のレリーフ構造が設けられることが可能である。

対称という用語は、ここでは厳密な数学的な意味において用いられるのではなく、上述した非対称なレリーフ構造と区別するために用いられている。対称の線で折り畳む際に完全に一致した関係にされないが、そのフランクが、上述した観察依存性の光学効果が生じないように、傾斜の大きさにおいて互いにわずかにのみ異なっているレリーフ構造もまた対称であるとされる。

第三領域はマット構造または薄層系の形態であってもよい。マット構造は、拡散的に光散乱するレリーフ構造であり、したがってくすんで見える。このようなレリーフ構造は典型的には10μm以下の構造深さを有し得る。フーリエホログラム(Fourier hologram)または、隠れた特徴を有する、キノフォーム(kinoform)と称されるコンピュータ発生ホログラムがマット構造として働くことも可能である。この機能は、反射または透過モードにおいて隠された特徴を投影することである。

薄層系は、それぞれ厚さλ/2あるいはλ/4を有する薄層の配列から形成され、傾斜角依存性の色彩効果を表す。

さらに有利な構成では、液晶層が第三領域に配置される。このような領域は、例えば黒い領域または複数色の領域の形態であるか、UVあるいは赤外領域においてのみ可視となるか、宝石の表示を与えてもよい。

セキュリティエレメントの領域が互いに整合し、および/またはセキュリティドキュメントの領域に整合することも可能である。

さらなる構成は、セキュリティドキュメントが透明キャリア層を有する多層フィルム体であるということである。このキャリア層は、約70μmの層厚さの透明ポリマーフィルムであってもよい。

セキュリティエレメントが、転写フィルムの転写層であってもよい。

さらなる構成において、構造層は、セキュリティドキュメントの外層であるか、セキュリティドキュメントの外層の一部である。したがってこの構造層は、セキュリティドキュメントの一体の構成部分であり、この場合においてセキュリティドキュメントの透明領域に配置され得る。このような構成は、セキュリティドキュメントがプラスチックカードである場合に有利である。

さらに、構造層は、セキュリティドキュメントの内層であるか、セキュリティドキュメントの内層の一部であることも可能である。この場合、構造層は部分的によく保護され、外側から操作不可能になる。

構造層の第一面が露出している場合、つまり、外部から接近可能である場合、構造層は、適切な寸法で、触れることによって検出可能であり、また、このように安全特性を形成することも可能である。この点において、正面と後面とで異なる触感が生じることも可能である。

本発明は、添付の図面を参照して、例としての多くの実施例によって記述される。

図1a及び図1bは、透明なセキュリティエレメント12を有するセキュリティドキュメント1を、正面図及び後面図としてそれぞれ示す。

図1a及び1bに示される例において、セキュリティドキュメント1は、価値付随ドキュメント、例えば紙幣または小切手である。さらに、セキュリティドキュメント1は、識別ドキュメント、例えば通行証を形成することも可能である。

セキュリティドキュメント1は、透明なセキュリティエレメント12が領域14に配置された可撓性キャリア11を備えている。このキャリア11はプリントが設けられた紙材から成り、透かしまたはセキュリティスレッドのようなさらなる安全特性が導入されるキャリアであることが好ましい。また、非可撓性キャリア11が設けられてもよく、例えばIDカード、パスポート挿入部を有するケースであってもよい。

しかしながら、キャリア11は1つのプラスチックフィルムまたは1以上の紙又はプラスチックの層から成る薄板であってもよい。

領域14において、キャリア11に窓型の開口が、例えばスタンピングによって形成される。この開口は透明のセキュリティエレメント12の適用によって再び閉じられる。従って、セキュリティドキュメント1は、領域14において、透明なセキュリティエレメント12を伴った透明窓を有する。

しかしながら、透明または部分的に透明な材料が予めキャリア11の材料として用いられ、該キャリアが領域14に残されることも可能である。これは、例えばキャリア11が、領域14では濁った層を有さない透明プラスチックフィルムを備えている場合である。さらに、紙の生産時に予め透明窓が形成され、透明なセキュリティエレメント12がキャリア11内に広いセキュリティスレッド状に導入されることも可能である。

図1a及び1bに示されるように、セキュリティドキュメント1の正面側から見たときに、文字“F”をセキュリティエレメント12上に見ることができる。

次に、セキュリティエレメント12の詳細な構造及びその操作様式を図2、3a、3b、4a、4b、5a及び5bを参照して説明する。

図2は、図1a及び1bのセキュリティエレメント12の拡大された概略図を示す。このセキュリティエレメント12は、F字型領域12f及びT字型領域12tを有し、これらは相互に連繋した関係にあり、また、それぞれラスタ線13f、ラスタ線13tから形成されている。ラスタ線は、互いにおよそ50μmの間隔で配置され、5mm〜20mmの長さを有する。F字型領域12fのラスタ線13fは単純な斜め線によって強調され、T字型領域12tのラスタ線13tは交差する斜め線によって強調されている。これらのラスタ線13f、13tは、光学的な補助なしで、つまり、典型的な250mmの観察距離から見るときには互いに分離されず、F字型領域12f及びT字型領域12tの両者が観察者には均一な領域に見える。

セキュリティエレメント12の操作様式を説明するために、x、y、z座標軸系が図2、3a、3b、4a、4b、5a、5b及び9a、9bに示される。この点において、x軸及びy軸は、セキュリティエレメント12の表面を表し、z軸は、高さ方向を表す。

次に、図3aは、ラスタ線13fに沿ったセキュリティエレメント12の断面における概略図である。セキュリティエレメント12のラスタ線13fの光学作用は、それぞれ異なる光学屈折率n16及びn17を有する二つの隣接する構造層16及び17によって生じる。このように、二つの構造層16及び17の境界面に設けられたレリーフ構造16fは、その光学効果を配置することを可能にする。構造層16に配置された構造層17は、空気または他の周囲媒体によって形成されてもよい。上述の、レリーフ構造16での反射に基づく光学効果に対して決定的なことは、屈折率n16及びn17が十分な差:
16−n17>0.2を有することである。

しかしながら、レリーフ構造16fに入射する光のわずかな一部のみが反射されるので、例えばAg、Al、Au、Rh、Cu、Cr、Ti、TiOまたはZnSから成る反射層がレリーフ構造16fに設けられるか、あるいは構造層17が高屈折率で形成されることが好ましい。

構造層16が、同時に、例えばホットスタンピングによってレリーフ構造16fが形成されたキャリア層であり、構造層17が、例えば、印刷またはワイパーデバイスによって全表面にわたって施された保護ラッカーまたは接着剤によって形成されることが可能である。

図3aに見られるように、レリーフ構造16fは鋸歯状の周期的構造から成る。このように、これは、入射光の所定の回折次数が特に明るく見えるか、あるいは所定の入射及び反射角が著しく大きな明度を与えるように特徴付けられたブレーズド回折格子を形成する。

レリーフ構造16fの一部が、xからxへの領域に延び、レリーフ構造が開始高さzから最終高さzへ連続的に下がっているように、例示されている。第一フランク16faは、x軸と角度α、いわゆるブレーズ角を有する。点xにおいて、z軸に平行に延び、レリーフ構造16fが開始高さzに戻る第二フランク16fsが形成される。断面xはレリーフ構造16fの格子定数dを示す。これは、示される実施形態においては10μmである。レリーフ構造16fの空間周波数fは、格子定数dから次のように計算することができる。
f=1/d=1/10μm=1/10−2mm=100本/mm

第二フランク16fsの高さzはレリーフ構造16fの断面深さを示す。これは、示される実施形態においては1.5μmである。

次に、図3bは、図3aと同様の概略図であり、ラスタ線13tに沿ったセキュリティエレメント12における断面を示す。ここから分かるように、ラスタ線13tの領域における構造層16は、図3aにおけるレリーフ構造16fとは異なるレリーフ構造16tを有する。ここでは、上向きに上る第一フランク16taがあり、つまり、これは、xとxとの間で、開始高さzから最終高さzへ連続的に上り、点xで垂直の第二フランク16tsに沿って開始高さzに再び落ちる。この第一フランク16taはx軸とブレーズ角α’を有する。

図3aおよび3bに示されるレリーフ構造16fと16tとを比較すると、レリーフ構造16tは、z軸で鏡で映されたときのレリーフ構造16fとなっており、二つのレリーフ構造は大きさにおいて同じブレーズ角を有している。図3aおよび3bにそれぞれ示されたレリーフ構造16fおよび16tは、多色性の入射光、例えば日光が、レリーフ構造で生じた有色の部分光線が重なって再び無色光を形成するように分割される。従って、示される実施形態においてすでに述べたように、これは、10μmの格子定数および1.5μmの断面深さを有する無彩色のブレーズド格子となっている。これにより、そこで放射される光のうち90%以上が、制限された角度範囲において反射されることが可能であり、従って非常に高いレベルのコントラストが形成される。

次に、図4aおよび4bは上述のレリーフ構造の作用を示す。

図4aは、光源40によってその正面が照射されたセキュリティドキュメント1(図1参照)の断面の概略図を示す。セキュリティエレメント12はセキュリティドキュメント1の窓14に配置される。図4aはレリーフ構造16fが形成された帯状部を通した断面を示している。レリーフ構造16fの第一フランク16fa(図3a参照)は光源40により放射された光を観察者の眼42に当てる。光源40によって放射された光は観察者の観察方向と30°の角度を有する。観察者の観察方向はセキュリティドキュメント1の面に対して垂直に向けられている。セキュリティエレメント12のF字型領域12f(図2参照)の帯状部で反射された光源の光のみが眼42に当てられるので、観察者は、明るく照らされた形態でその周辺から顕著に現れた‘F’の文字を見る。

次に、図4bは、レリーフ構造16tの作用を示す。このレリーフ構造16tの立ち上がった第一フランク16taは光源40からの光を観察者の目42を逸らして偏向する。その結果、セキュリティエレメント12のT字型領域12t(図2参照)から観察者の眼42へ向けられる光がなく、‘T’の文字が不可視になる。

次に、図5aおよび5bは、光源40によって後面が照らされるように、セキュリティドキュメント1がx軸について180°回転されたときのセキュリティエレメント12の作用形態を示す。図4aおよび4bにおいて示したように、観察者の眼42と光源40から照射される光との間に、30°の角度を有する。

ここで、レリーフ構造16fの第一フランク16faが、図4bにおける第一フランク16taと同様に立ち上がる位置に移動されたので、F字型領域12f(図2参照)から観察者の眼42に伝わる光はない。したがって、光源40から放射された光は、観察者の眼42から逸れて偏向される。

次に、同様に、図5bにおいて、レリーフ構造16tの第一フランク16taが、図4aにおける第一フランク16faと同様に下降する位置に移動される。光源40からの光は観察者の眼42に向かって偏向され、文字‘T’が明るく照らされた形態で、その周囲から顕著に現れる。

従って、図4aから5bは、正面からあるいは後面からの観察方向に依存して、透明なセキュリティエレメントが異なる光学情報、示された例では、文字‘F’または‘T’を与える、ということを示す。このようなセキュリティ特性は、特に効果的である。というのは、透明な面が観察される側に依存して、その面上に異なる文字が見える、ということは、人間の音声理解と異なっているからである。

レリーフ構造16fおよび16tが、異なる大きさを有する、例えば格子定数および/または断面深さにおいて互いに異なっていることもまた可能である。例えば、レリーフ構造16fが無彩色のブレーズド格子を形成し、レリーフ構造16tが有色のブレーズド格子を形成することも可能である。この目的のため、レリーフ構造16tが1μmの格子定数を有することも可能である。これにより、領域12tは、スペクトル色で揺らぐ領域として見える。

次に、図6a〜6dは、その上面にレリーフ構造66rを有する構造層66の実施形態を示す。このレリーフ構造66rは、透明のセキュリティエレメント62において、構造層66と、そこに配置された層66k、例えば接着剤層との間の接触面に設けられている。これらの二つの層は、図2〜5bを参照して詳細に述べられたように、異なる屈折率を有する。この構造層66は、例えばホットスタンピング層であってもよい。レリーフ構造66rはAlまたはZnSでコーティングされてもよい。従って、まずレリーフ構造66rがホットスタンピング層に形成され、次いでレリーフ構造がAlまたはZnSでコーティングされ、それからコーティングされたレリーフ構造66rが接着剤層66kで覆われることが可能である。

図6aには、例えば紙材からなり、セキュリティエレメント62が配置される窓状の開口60fが設けられたキャリア60が示されている。このように、セキュリティエレメント62は、正面から、および後面からもまた観察することができる。

図6bには、多層体の形態のキャリア61が示されている。この点において、例えば、複数の層が積層された身分証明書またはクレジットカードに用いられてもよい。このキャリア61は、セキュリティエレメント62がこのキャリア61の正面に配置される透明窓領域61tを有する。セキュリティエレメント62は、正面から、およびまた、キャリア61の透明窓領域61tを通してその後面からの両側から観察されることが可能である。

次に、図6cには、多層体の形態のキャリア63が示されている。このキャリア63は、図6bに示されるように、複数の層が積層された身分証明書であってもよい。ここで、キャリア63の内部に配置された二つの層の領域がセキュリティエレメント62を形成する。この領域において、キャリア63の他の全ての層が透明であり、その結果、セキュリティエレメント62は正面および後面の両側から観察されることが可能である。前述したように、層66kは接着剤層であってもよい。

そして、図6dには、図6bおよび6cをそれぞれ参照して述べられたキャリア61および63と同様に、多層体を形成するキャリア64が示されている。ここで、レリーフ構造66rはキャリア64の最上部の層に形成され、従って一層のみから成るセキュリティエレメント62’を形成する。光学機能のために必要な、異なる屈折率を有する被覆層が、セキュリティエレメント64を囲む空気によって形成される。図6dに示された実施形態において、レリーフ構造66rは、同時に触覚によるセキュリティ特性を形成することが可能である。

レリーフ構造66rの表面の反射性を改良するために、レリーフ構造66rの表面が、数nmの厚さの金属反射層で被覆されることも可能である。透光の様式において、薄い金属層はほぼ透明であり、その結果、セキュリティエレメント62または62’の光学セキュリティ特性はそれぞれ透光様式においてほとんど差がない。

図7aおよび7bは、本発明によるセキュリティエレメントの第二実施例を示す。この実施例におけるセキュリティエレメントは、非対称のレリーフ構造を有する。

図7aは、セキュリティエレメント72を有するセキュリティドキュメント7を正面図として示し、図7bは、このセキュリティドキュメント7の後面図を示す。

図7aおよび7bに示される例において、セキュリティドキュメント7は価値付随ドキュメント、例えば紙幣または小切手である。

セキュリティドキュメント7は、窓状の開口74を有する可撓性キャリア71を有する。この窓状開口74は、透明なセキュリティエレメント72を施すことによって再び閉じられる。他の点において、キャリア71は図1aおよび1bを参照して述べたキャリア11と同様に作られ得る。

図7aおよび7bに示されるように、セキュリティドキュメント7の正面を観察するときに、領域72aの形状の図形表示がセキュリティエレメント72で見られる。領域72aは領域72bに配置される。これら二つの領域は、セキュリティドキュメントが、図4aおよび4bを参照して述べられたように、入射光の下から観察されたときに、それらの明るさおよび/または色において互いに異なる。これら二つの領域は、同じ非対称のレリーフ構造を有しており、領域72bにおけるレリーフ構造は、領域72aに形成されたレリーフ構造をy軸について180°回転されたものである。しかしながら、それらは、同様の角度範囲において光を発する、異なる非対称レリーフ構造を含んでいても良い。従って、図7aに示された実施例において、領域72bに形成されたレリーフ構造の鋸歯状フランクによって反射される光のみが観察者の眼(図示せず)に届き、領域72bが明るく照らし出される一方で領域72aは暗く見える。

図7bに示されるように、セキュリティドキュメント7の後面を観察するとき、領域72aは、鋸歯状フランクによって反射された光が観察者の眼に届くように方向付けられる。従って、このとき、領域72aが明るく照らし出され、領域72bが暗くなる。図7aと7bとを比較することにより、後面でのセキュリティエレメント72における図形表示は、正面で見られる図形表示に対して鏡で反射された反対の関係にあるだけでなく、コントラストにおいても反対に見える。

図7aおよび7aにおける領域72aおよび72bに設けられたレリーフ構造は、およそ1μmの格子定数を有する。従って、それらは、光の波長に依存して、回折された光を異なる方向に偏向し、領域72aおよび72bは、日光が照射されたときに、それぞれ虹色の光を発する。このようなレリーフ構造は、不利な照明条件下、例えば拡散照明下で用いられることも可能である。それらは、キネグラムのデザインにおいて透かしの様式で用いられることができ、従って、回折性の透かしとして見なされることも可能である。これらは、多大な困難を伴ってのみ模倣され、たとえ模倣されても、対称なレリーフ構造、例えば正弦的な規則性の構成によって模倣される。従って、領域72aおよび72bの外側のセキュリティエレメント72は、正面および後面から観察されたときのいずれの場合も同じ光学的表示を与える画像背景を形成するキネグラムの形態となり得る。

上述した実施形態では、いずれのレリーフ構造も非対称レリーフ構造を含んでいる。しかしながら、二つのレリーフ構造のうち一方のみが非対称な構成からなり、第二のレリーフ構造は対称なレリーフ構造、マット構造、あるいは単に平坦な表面であることも可能である。

ここで、鋸歯という用語が非対称レリーフ構造と結びついて用いられる場合、それは、一定のフランク幅xを有するレリーフ構造、または直線形状であるフランクに限定されない。第一のフランクが続く第二のフランクと異なる場合、つまり、これら二つのフランクが相互に対称な構成ではない場合には、非線形関数によって記述されうるフランクを有することもまた可能である。さらに、その範囲にわたってフランク幅が、増大するかあるいは減少するレリーフ構造、つまり、空間周波数が一定でなく、および/または、深さが変化するレリーフ構造を有することも可能である。

図8aは、構造層96を有する透明なセキュリティエレメント92を示す。この構造層96は、レンズまたは中空ミラーの視覚的表示を生じるレリーフ構造96rを有する。このレリーフ構造96rは、そのフランク幅または周期長がその範囲にわたって増大または減少し、そのフランクは非線形性である、非対称なレリーフ構造である。しかしながら、線形のフランクを有し、且つ、概して、一定でない空間周波数の回折レリーフ構造を有することによって、同様の効果が達成されることも可能である。空間周波数の変化および/または深さにおける変化は、同時にフランクの勾配における変化に関連している。つまり、図8bにおいて後に詳細に示されるように、フランクの勾配は空間周波数の増加に連れて増大する。

構造層96は構造層97で覆われている。構造層97は例えば保護ラッカー層であってもよい。しかしながら、レリーフ構造96rの反射度が改良されるように、高い屈折率を有する層であってもよい。従って、これにより、二つの構造層96および97の屈折率の差は大きく、例えば0.8となる。構造層97がホットスタンピング層であり且つ構造層96が接着剤層であるか、あるいはその逆であることも可能である。

次に、図8bは、構造層96’を有する透明なセキュリティエレメント92’の拡大図を示す。この構造層96’は、レリーフ構造96r’を有する。図8bにおいて、αは内側に配置されたフランクのフランク角度であり、αはより外側に配置されたフランクのフランク角度である。図8bから分かるように、次の関係が成り立っている。
α<α
つまり、より外側に配置されたフランクは、内側に配置されたフランクよりも急角度に延びている。同時に、空間周波数は、周期長またはフランク幅に反比例するので、空間周波数は周期長が減少するにつれて増大する。

同様に、フランク幅を同じにしたまま深さを変化させることにより、フランク角度が変化する。ここで、フランク角度は深さの増大に伴って増大する。

入射光モードにおいて、観察角度に依存して、レリーフ構造96rは、凹面または凸面中空ミラーとして働くことが可能である。画像、図形、ロゴ、テキストのようなデザインエレメントが、中空ミラーによって、セキュリティエレメントの表面の上方または下方に見えるように配置され得る。図9aおよび9bはこの光学効果を詳細に示している。

図9aは、図8aを参照して述べられた透明なセキュリティエレメント92が設けられたセキュリティドキュメント9を示す。セキュリティドキュメント9は、セキュリティエレメント92が窓状の開口94に配置された可撓性キャリア91を備えている。他の点においては、キャリア91は、図1aおよび1bを参照して述べられたキャリア11と同様である。これは、領域94において、セキュリティエレメントの適用によって再び閉じられた窓状開口を有する。

反射性を改善するために、図9aおよび9bで示された実施形態においては、構造層96のレリーフ構造96rは薄い金属層96mで覆われている。金属層96mは数nmの厚さであり、従って光がそこを通して光る際に透明に見える。しかしながら、不透明金属層が部分的に存在することもまた可能である。

図9aに示された位置では、セキュリティエレメント92は凸状中空ミラーを形成する。この凸状中空ミラーは、観察者の眼に、中空ミラーの正面に配置された対象の縮小された虚像を形成する。この対象はキャリア91の表面の後方にある。この対象は、例えば画像、図形、文字、またはOVDであり、キャリアの表面から適切な間隔をおいて配置されている。この間隔は、中空ミラーの焦点距離に応じて実質的に選択され、例えば適切な厚さの透明なキャリア層によって形成されることが可能である。この対象は、セキュリティドキュメント9における第二の窓状開口に配置されることも可能であり、この第二の窓状開口は、セキュリティドキュメント9を折り畳むことによって、中空ミラーに生じるべき画像を有する対象が窓状開口94の反対側となるように配置される。

次に、図9bは、180°回転された後のセキュリティドキュメント9を示す。つまり、観察者の眼42は、このとき、セキュリティエレメント92の後側に向けられている。ここで、レリーフ構造96rは中空の凹状の中空ミラーのように働く。この中空ミラーは、中空ミラーの正面に配置された対象の拡大された実像を形成する。この実像は、キャリア91の表面の正面にある。

次に、図10aから10cは、三つの一連の製造工程における、上述したセキュリティエレメント92の使用例を示す。

図10aは、第一の製造工程の後に窓状開口104を有する可撓性キャリア101を備えたセキュリティドキュメント10を示す。示された例において、セキュリティドキュメント10は紙幣である。

次に、図10bは、第二の工程の後にセキュリティ帯(security strip)103が施されたセキュリティドキュメント10を示す。その上部において、セキュリティ帯103は、可撓性キャリア101に設けられた窓状開口104を覆うセキュリティエレメント102を有する。セキュリティエレメント102の回折レリーフ構造およびその面においてこのレリーフ構造から離れて位置する他の構造層(図8における符号97および96)の正面に配置された層に、蝶の画像が適用される。セキュリティエレメント102のレリーフ構造の中空ミラー形状での作用のために、セキュリティドキュメント10の正面あるいは後面からの観察に依存して、蝶が顕著に現れるか、セキュリティドキュメント10の表面の下あるいは上に浮かんで見える。この光学的な表示は、とりわけ光学的な基準点を形成する図形表示105上にプリントされたセキュリティ帯103によって、セキュリティドキュメント10の正面でさらに増大される。

図10cは完了した後のセキュリティドキュメント10を示す。印刷によって適用された価格表示および図形装飾エレメントの他に、図形セキュリティエレメント106が設けられている。このセキュリティエレメント106はセキュリティ帯103の領域を覆うように適用され、従ってセキュリティ帯103が分離される際に破壊される。

Claims (10)

  1. キャリア基板と、前記キャリア基板の窓または透明領域に配置され、透明な構造層(16、62、96)および該構造層の第一面に形成された回折レリーフ構造を有する透明セキュリティエレメント(12、62、72、92)と、を有するセキュリティドキュメントであって、
    構造層(16、66、96)の第一領域(12f、72a)において、第一レリーフ構造が前記構造層(16、66、96)の第一面に形成され、
    該第一レリーフ構造は20μmまでの周期長を有する非対称な回折レリーフ構造の形態であり、前記セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側および/または後面側で観察者に可視である英数字および/または図形情報のアイテムを含み、
    前記構造層(16、66、96)に隣接する前記第一面については、反射性透明層の形態であるか、前記構造層に対し0.2より大きい屈折率差を有する透明層の形態の一以上の層が、セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側に入射する光と、
    その後面側に入射する光との両者が第一領域(12f、72a)において前記第一レリーフ構造によって回折されるように構成され、
    前記第一レリーフ構造は、正面側および/または後面側で観察者に可視となる情報がその反対側で可視となる情報のアイテムの横方向に反転した表示であるだけではないように、入射光において前記第一レリーフ構造が正面観察と後面観察とで異なる光学効果を生じるように構成され、
    前記第一レリーフ構造が非対称回折レリーフ構造(96r)であり、
    該非対称回折レリーフ構造は、基準点から少なくとも二方向に、空間周波数が変化して形成され、該非対称回折レリーフ構造のフランクの傾斜も変化し、且つ該回折レリーフ構造には反射層が施され、
    前記構造層の第二領域において、非対称な回折構造の第二レリーフ構造が前記構造層の前記第一面に形成され、
    前記空間周波数は、前記基準点から連続的に増加し、前記フランクの傾斜は前記レリーフ構造の縁に向かって増大され、
    傾斜した前記フランクは一様の曲線の部分であり、
    対称な回折レリーフ構造が前記構造層の第三領域に設けられていることを特徴とするセキュリティドキュメント。
  2. キャリア基板と、前記キャリア基板の窓または透明領域に配置され、透明な構造層(16、62、96)および該構造層の第一面に形成された回折レリーフ構造を有する透明セキュリティエレメント(12、62、72、92)と、を有するセキュリティドキュメントであって、
    構造層(16、66、96)の第一領域(12f、72a)において、第一レリーフ構造が前記構造層(16、66、96)の第一面に形成され、
    該第一レリーフ構造は20μmまでの周期長を有する非対称な回折レリーフ構造の形態であり、前記セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側および/または後面側で観察者に可視である英数字および/または図形情報のアイテムを含み、
    前記構造層(16、66、96)に隣接する前記第一面については、反射性透明層の形態であるか、前記構造層に対し0.2より大きい屈折率差を有する透明層の形態の一以上の層が、セキュリティエレメント(12、62、72、92)の正面側に入射する光と、その後面側に入射する光との両者が第一領域(12f、72a)において前記第一レリーフ構造によって回折されるように構成され、
    前記第一レリーフ構造は、正面側および/または後面側で観察者に可視となる情報がその反対側で可視となる情報のアイテムの横方向に反転した表示であるだけではないように、入射光において前記第一レリーフ構造が正面観察と後面観察とで異なる光学効果を生じるように構成され、
    前記第一レリーフ構造が非対称回折レリーフ構造(96r)であり、
    該非対称回折レリーフ構造は、基準点から少なくとも二方向に、フランク幅を同じにしたまま深さを変化させることにより、前記フランクの傾斜が変化し、前記フランクの傾斜は前記深さの増大に伴って増大し、且つ該回折レリーフ構造には反射層が施され、
    前記構造層の第二領域において、非対称な回折構造の第二レリーフ構造が前記構造層の前記第一面に形成され、
    前記空間周波数は、前記基準点から連続的に増加し、前記フランクの傾斜は前記レリーフ構造の縁に向かって増大され、
    傾斜した前記フランクは一様の曲線の部分であり、
    対称な回折レリーフ構造が前記構造層の第三領域に設けられていることを特徴とするセキュリティドキュメント。
  3. 表面領域にわたる格子定数において好ましくは連続的に変化するレリーフ構造によって、光学回折効果を有する構造層を含み、該レリーフ構造は、格子溝のフランクがそれぞれ互いに平行に延び且つレリーフ構造の主平面の垂線にほぼ平行であり、一方、主平面に対する格子表面のフランクの傾斜が、ほぼ10μmの格子深さで、表面領域にわたって実質的に連続的に変化する構成であることを特徴とする請求項1または2に記載のセキュリティドキュメント。
  4. 構造層が正面側および後面側から観察されたときに前記第三領域は同じ光学効果を示すことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のセキュリティドキュメント。
  5. 液晶層が前記第三領域に配置されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のセキュリティドキュメント。
  6. 第一レリーフ構造はブレーズド格子の形態であることを特徴とする請求項1に記載のセキュリティドキュメント。
  7. 前記構造層(16、66、96)の第一面は少なくとも部分的に反射性金属層(96m)でコーティングされることを特徴とする請求項1またはに記載のセキュリティドキュメント。
  8. 前記反射性金属層(96m)は、部分的に異なる材料から形成され、前記第一領域(12f)は第一金属層でコーティングされることを特徴とする請求項に記載のセキュリティドキュメント。
  9. 前記金属層(96m)はパターン形状の不透明領域を有することを特徴とする請求項に記載のセキュリティドキュメント。
  10. 前記金属層(96m)は、少なくとも部分的に、透光時に透明であるような厚さで形成されることを特徴とする請求項に記載のセキュリティドキュメント。
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