WO2009056359A2 - Sicherheitsdokument mit beugender oberflächenstruktur und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a security document with at least one security element and a method for its production.
- the invention relates to a security document comprising a document body, preferably made up of several layers, comprising at least one diffraction layer comprising on an upper side a diffractive surface structure, which is embodied as a surface relief, as the at least one security feature.
- Security documents are those documents and objects that are protected by at least one security element against falsification and / or unauthorized copying.
- One type of security elements are diffractive structures, in particular holograms.
- Security elements often include individualizing information, such as serial numbers, ID numbers, biometric data, pictures (passport photos), etc. These can be provided in plain text or image form or optically coded or machine-readable.
- diffractive surface reliefs are so-called diffractive surface reliefs.
- Such diffractive surface reliefs are often referred to as emboss holograms, as one known in the art provides for embossing the relief-like structure into a surface of a document body or layer, which later becomes one Document body is integrated.
- the embossing can take place, for example, during a lamination of several layers to form a monolithic document body.
- diffraction structures can be introduced into the document by pulsed lasers in the nanosecond range.
- diffractive surface reliefs created in this way represent so-called optical thin grids.
- Theoretical considerations show that, for example, a maximum diffraction efficiency of approximately 34% can be achieved for a sinusoidally configured grating.
- An optically thin diffractive structure or thin hologram has the property of having a relatively low angular selectivity for reconstruction and, moreover, low wavelength selectivity in reconstruction.
- diffractive Surface reliefs are also essentially transmission structures, that is, light used to read out the diffractive surface relief, which is referred to as reconstruction light, is to be rendered visible with the information stored in the diffractive surface reliefs is substantially transmitted. Reflection on the diffractive surface relief still takes place as an interface effect.
- the medium which adjoins the surface in which the surface relief is formed has a different diffraction index than the material in which the surface relief is formed. If the surface relief is formed in the uppermost layer of the security document, there is an air-document surface interface at which reflection takes place, which is usually in the single-digit percentage range. On a typical air-polymer interface, approximately 4% of the incident light is reflected by the diffractive surface relief, ie diffracted in reflection.
- security documents are generally not transparent but comprise opaque layers, in particular printed layers or colored layers
- the transmitted part of the reconstruction light is generally diffused in the document.
- the fraction of the reconstruction light which emerges due to the diffuse scattering is generally much larger than the portion of the reconstruction light which is reflected by the surface relief in a reflective manner, so that it is difficult to read out the information contained in the diffractive surface relief.
- the invention is therefore based on the technical object of providing a security document and a method for producing a security document in which a readout of the information contained in the diffractive surface relief is better possible without metallizing the latter.
- a security element is a structural unit comprising at least one security feature.
- a security element can be an independent structural unit which can be connected, for example glued, to a security document, which can also be a value document. It can also be an integral one Part of a security document.
- An example of the former is a visa sticking on a security document.
- An example of the latter is a diffractive surface relief embossed in an identity document.
- a security feature is a structure that can only be produced or reproduced with (compared to simple copying) increased effort or not at all unauthorized.
- Security documents may be mentioned by way of example only: ID cards, passports, ID cards, access control cards, visas, tax stamps, tickets, driver's licenses, motor vehicle papers, documents of value, in particular banknotes, checks, postage stamps, credit cards, any chip cards and adhesive labels (for example for product security).
- Such security documents which also include value documents, have a document body.
- a multi-layered document body is an article made from at least two layers. At least one of these layers is typically a plastic or paper layer. The multiple layers typically also include one or more print layers.
- a simple or multi-layer document body comprises, for example, a plastic film to which a print layer is applied. In general, however, a document body will consist of several plastic and / or paper layers and / or printed layers which are connected to a monolithic document body by means of a lamination process.
- a projection hologram also referred to as a Fourier hologram, is a hologram which can be illuminated with light (reconstruction light) of the appropriate wavelength and angle of incidence to be reconstructed to produce an image on a screen.
- the reconstruction light is usually light from a laser.
- Fourier holograms are produced by imaging a coherent light image (information) through a Fourier lens and making it interference at the Fourier plane with a reference light coherent thereto.
- the interference pattern is stored in a holographic recording material located in the Fourier plane. The storage can take place in a surface relief by a spatial modulation of the absorption (amplitude hologram) or spatial modulation of the refractive index (phase hologram).
- a holographic surface structure or diffractive surface structure one at a surface of a layer and / or interface between two different layers formed diffractive relief-like structure, in particular a hologram, called, which is a so-called thin diffractive structure or a thin hologram.
- a structure has a low angular selectivity and a low wavelength selectivity with respect to a reconstruction of the information contained in the diffractive structure or the hologram.
- volume hologram in the context used here is always a holographically thick structure that has high wavelength and angular selectivity with respect to reconstructing the information stored therein.
- a diffraction layer is meant a layer into which a diffractive surface structure is incorporated.
- a layer it can be a separate entity or a component of another body, for example a document body or security document, which is quasi delimited.
- a pattern typically consists of a multiplicity of juxtaposed pattern units or pixel dots.
- the pattern units or pixels of a pattern are associated with one another and arranged laterally in a defined manner, typically in one or two spatial dimensions, and overall give a representation, for example a picture, a symbol, a logo, a lettering (letters, numbers, alphanumeric characters) or a code (eg a barcode).
- An individualization pattern is a pattern that is used for individualization.
- Individualizing is a pattern when it is unique to a person or an object or a group of persons or objects from a larger totality of persons or objects.
- a code individualizing a group of persons within the total population of a country is the city of residence.
- An individualizing for a person code for example, the number of the identity card or passport photo.
- a code individualizing a group of bills within the total amount of bills is the value.
- Individualizing for a banknote is the serial number.
- Non-individualizing is a pattern that is identical for all elements of an entity. For bills this is for example a coat of arms, which is printed on all banknotes.
- An individualisation of a hologram stored in a recording material via optical interference is, for example, via a spatial modulation of the hologram used light possible.
- so-called Spatial Light modulators are used.
- a Spatial Light Modulator allows a two-dimensional spatially resolved illumination or irradiation of a mostly flat object with modulated intensity.
- This may be, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) chip, an LCD (Liquid Crystal Display) transmission display or LCoS (Liquid Crystal on Silicon) display. All have in common that a multiplicity of SLM pixels is formed, wherein each SLM pixel is activatable or deactivatable independently of other SLM pixels (intermediate stages are also possible), whereby by appropriate control of the SLM pixels, patterns or images can be projected , Due to the free controllability also different images or patterns can be generated in succession in a row, for example in the form of a passport photo.
- DMD Digital Micromirror Device
- LCD Liquid Crystal Display
- LCoS Liquid Crystal on Silicon
- Directed reflection is considered to be a reflection which does not steer light incident on a structure back isotropically in a solid angle range of 2 ⁇ in front of the structure, but preferably steers it into at least a limited solid angle range.
- a reflective layer is considered to be a layer which, according to the laws of geometric optics, directs light of at least one wavelength, preferably of different wavelengths, almost completely, that is, into a solid angle.
- a specular reflection is thus an excellent form of directed reflection.
- An opposite to the directed reflection is a diffuse backscatter of light.
- a diffraction in reflection is meant in each case. This diffraction occurs at the surface, i. the interface, the diffraction layer, into which the diffractive surface structure is introduced. Light "reflected" at the interface is thus light diffracted by the surface structure.
- a security document with at least one security element, comprising a document body, preferably made of several layers, comprising at least one diffraction layer having on an upper side a diffractive surface structure, which is designed as an optically thin projection hologram the at least one security element comprises, wherein viewed in the document body from the top of the at least one diffraction layer behind the diffractive surface structure is formed and arranged at least one noise suppression structure to minimize an undirected reflection of a reconstruction light incident on the surface of the diffraction layer for reading the diffractive surface structure and transmitted through the diffractive surface structure back through the top of the diffraction layer.
- a method for producing a security document having at least one security element comprising the steps of: creating a document body comprising at least one diffraction layer; Producing a diffractive surface structure in an upper surface of the diffraction layer as the security element formed as an optically thin projection hologram, wherein in the document body, from the top of the at least one diffraction layer, behind the diffractive surface structure, at least one noise suppression structure is formed or arranged having an omnidirectional reflection a reconstruction light incident on the top of the diffraction layer for reading the diffractive surface structure and transmitted through the diffractive surface structure is reduced or minimized back through the top of the diffraction layer.
- a noise suppression structure results in that in a reconstruction of the diffractive surface structure, a signal-to-noise ratio diffused between the reflected light diffracted at the diffractive surface structure and the diffused reconstruction light scattered diffusely in the document body, which transmits through the diffractive surface structure during reconstruction of the diffractive surface structure will be improved.
- the noise suppression structure is thus formed as a structure influencing optical propagation of the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure.
- a transparent channel is formed as noise suppression structure, which allows exit of at least a part of the transmitted through the diffractive surface structure reconstruction light from a side facing away from the top of the at least one diffractive surface side surface of the document, wherein the transmission channel extends through at least one of the plurality of layers that is at least partially opaque or translucent.
- the transparent channel is formed as a noise suppression structure so that at least a part of the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure exits from a side of the document body that faces away from the top of the diffraction layer. Reconstructive light reflected by the diffracting surface structure can thus be imaged and evaluated undisturbed on a screen. Likewise, the light emerging from the transmission channel on be mapped to another screen and the information stored in the diffractive surface structure are read out.
- Another embodiment of the invention provides that a directional reflection of at least part of the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure is used in order to be able to read out the information of the diffractive surface structure in an improved manner.
- the stored information is contained in the higher diffraction orders of the transmitted reconstruction light.
- a targeted reflection of the transmitted reconstruction light it can be directed to the screen, which is used to image the information contained in the diffractive surface structure.
- the noise suppression structure comprises a reflection element, which supports a directed reflection of at least a part of the reconstruction light transmitted by the diffractive surface structure.
- a reflecting layer is introduced as a reflection element or a reflective section is applied to a layer.
- a polished metal foil represents, for example, such a reflective layer.
- those skilled in the art are familiar with colors which can be applied by printing and which also have a mirror effect.
- a portion of a layer may be vapor-deposited with a metal.
- An embodiment of the invention provides that the reflection element is arranged and configured in such a way that the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure is reflected on the reflection element in such a way that it overlies the reconstruction light which is reflected by the diffraction surface at the diffractive surface structure.
- both the reflection intensity at the interface and the intensity of the reflected reflection light reflected at the reflection element, which is diffracted by the diffracting surface structure are used to image the information on a screen.
- inventions may use inks that support directional reflection of at least one or more wavelengths or a spectral range.
- the reflection element comprises a section covered with an optically variable ink, wherein a reflection for at least one spectral color has a maximum at a viewing angle that deviates by a deviation angle from a reflection angle according to the geometric optics.
- a color has a non-isotropic reflection property, which can be exploited to reduce the signal-to-noise ratio in reading out the information from the diffractive surface structure.
- the diffractive surface structure is preferably adapted to the optically variable color used correspondingly as the noise suppression structure.
- the diffractive surface structure is such that there is an excellent angle of incidence for the reconstruction light for reading, so that at this excellent angle of incidence the reconstructive light will strike the diffractive surface at the diffractive angle of the optically variable color variable color and perpendicular to the top of the diffraction layer is reflected back through this.
- Vertical refers here to the surface of the diffraction view as a whole and not to a local surface element of the surface relief. This creates a combined security feature.
- the information stored in the diffractive surface relief is reproduced at an angle deviating from an angle resulting from the geometric optic and the diffraction behavior and herewith linked in the reflection behavior due to the diffraction / reflection of the reconstruction light at the diffractive surface structure results.
- the information stored in the diffractive surface structure can be reconstructed under illumination at the excellent angle of incidence, but not under one Viewing angles can be perceived perpendicular to the security document with maximum intensity.
- the noise suppression structure alternatively or additionally comprises an absorption element which at least partially absorbs the reconstruction light transmitted by the diffractive surface structure.
- an absorption element which at least partially absorbs the reconstruction light transmitted by the diffractive surface structure.
- black layers or layers of a complementary color to the color defined by the wavelength of the reconstruction light, with which the diffractive surface structure is reconstructed are suitable for this purpose.
- the diffractive surface structure is designed to interact with to be reconstructed to a red reconstruction light
- the absorption leads to the fact that no diffusely scattered light escapes from the document body and makes it difficult to detect the reconstruction light generated directly at the interface of the diffracting surface structure.
- the noise suppression structure additionally or alternatively comprises a volume hologram which diffracts and / or reflects at least one diffraction order of the transmitted reconstruction light.
- a volume hologram can be selectively produced in such a way that it specifically influences the transmitted reconstruction light of individual, multiple or all diffraction orders.
- the volume hologram reflects transmitted zeroth order diffraction light. By being selectively reflected at an angle such that it does not coincide with the reconstruction light reflec-tively diffracted directly at the diffractive surface texture interface, it may be unaffected by the transmitted zero order light, which comprises a substantial portion of the intensity of the reconstruction light, on a screen be imaged and proven.
- the noise suppression structure additionally comprises a transmission channel, it is possible to detect the information contained in the higher and / or lower orders of diffraction without interfering influences of the transmitted zeroth-order reconstruction light on the document side facing away from the top of the diffraction layer.
- volume hologram or volume holograms can selectively diffract and / or reflect the different diffraction orders of the diffractive surface structure in the transmitted reconstruction light.
- a volume hologram which is produced optically holographically, can be produced in an individualized manner by the individual Coherent light used for fabrication spatially by means of a Spatial Light Modulator is amplitude modulated.
- a preferred embodiment of the invention thus provides that at least one pattern is coded into the volume hologram.
- the pattern encoded in the volume hologram is a pattern component of an overall pattern and reflection at the surface relief interface reconstructs another pattern component of the overall pattern and another excellent angle of incidence for the reconstruction light incident on the diffractive surface structure for reading so that at least one order of diffraction of the reconstruction light incident on the diffracting surface structure and transmitted by the diffracting surface structure reconstructs the volume hologram such that the at least one pattern component is reconstructed and complements the further pattern component to form the overall pattern.
- the volume hologram is thus fabricated and arranged and tuned to the diffractive surface structure to superimpose the reconstruction of the pattern stored in the volume hologram and the reconstruction of the further pattern stored in the diffractive surface structure upon illumination of the diffractive surface structure at the further excellent angle of incidence and overall pattern reconstruct. Since the diffractive surface structure is relatively unselective in terms of the reconstruction angle, only the further pattern stored in the diffractive surface structure can be reconstructed when the diffractive surface structure is illuminated under a different reconstruction angle from the further excellent angle of incidence. In addition, only under the further excellent incidence angle is the pattern stored in the volume hologram also reconstructed and overlaid with the further pattern to the overall pattern. This combined security feature is also significantly more difficult to falsify than the diffractive surface structure alone.
- an absorption element is additionally on the Arranged from the diffractive surface structure side of the volume hologram to absorb light transmitted through the volume hologram.
- the volume hologram may be formed such that the light reflects the first diffraction order of the transmitted reconstruction light and the zeroth diffraction order light is not diffracted and / or reflected by the volume hologram. This can then be absorbed by the absorbent element.
- the volume hologram is designed to reflectively diffract at least one order of diffraction of the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure, for example, different from the zeroth order, through the top of the diffraction layer.
- volume hologram may additionally contain a pattern
- embodiments are also advantageous in which the zeroth order of the reconstruction light transmitted through the diffractive surface structure is used to reconstruct the volume hologram, in which this reconstruction light is reflected in a reflective manner.
- the noise suppression structure induces a scattering of the reconstruction light which is directed so that leakage of the reconstruction light through the upper surface is significantly reduced or not, at least in the direction of the reconstruction light diffracted by reflection directly at the diffractive surface structure interface occurs, for example due to total internal reflection at the interface.
- the diffractive surface structure, volume hologram (s) may be configured for optical reconstruction of the stored information with visible, ultraviolet and / or infrared light. Accordingly, the wavelength of the reconstruction light can be selected from the associated wavelength ranges.
- the multiple layers are preferably joined in a lamination process to a monolithic document body, which preferably has a card shape.
- Fig. 1 is a schematic view of a security document with a diffractive
- FIG. 2 is a schematic representation of a security document for explaining a minimum extension of a transmission channel in the security document
- Fig. 3 is a schematic representation of a security document with a
- Reflection element as noise suppression structure
- Fig. 4 is a schematic representation of a security document with a
- FIG. 5 shows a schematic representation of a security document with a diffractive surface structure and a reflection element as a noise suppression structure, which comprises a variable optical color
- FIG. 6 shows a further schematic illustration of a security document with a diffractive surface structure, which as noise suppression element comprises a volume hologram reflecting a diffraction order and an absorption element;
- FIG. 7a is a further schematic representation of a security document with a diffractive surface structure and a volume hologram and an absorption element as a noise suppression structure, wherein in the volume hologram and the diffractive surface structure in each case a partial pattern of a total pattern are stored, the security document with reconstruction light under an excellent illumination angle for a Reconstruction is illuminated;
- Fig. 7b is a view of the security document of Fig. 7a, in which a
- Illumination is illuminated with reconstruction light at an angle other than the excellent illumination angle for reconstruction;
- a security document 1 is shown schematically. This is made of a diffraction layer 2 and preferably several further layers 3.
- the diffraction layer 2 and the plurality of layers 3 are preferably plastic layers, printing layers and / or paper-based layers.
- the plastics used are preferably polyethylene terephthalate (PET) and its derivatives, in particular PET-G, and also polycarbonates, in particular bisphenol A polycarbonate.
- Other plastics include polyvinyl chloride (PVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and composites such as Teslin.
- PVC polyvinyl chloride
- ABS acrylonitrile butadiene styrene
- Teslin composites containing, for example, PET and PC are also used.
- polyurethane layers are also used for the production of security documents.
- paper layers are used, in particular because they are particularly easy to process by printing technology and can contain other security features, such as watermarks.
- printed layers can be applied to these plastic and / or paper layers.
- the optionally printed plastic and / or paper layers are preferably laminated in a lamination process at temperatures in the range above 100 0 C, preferably above 120 0 C and most preferably above 140 ° C under pressures of 50 bar or more to a monolithic document body , Most preferably, the lamination process is timed under vacuum conditions.
- a diffractive surface structure 4 is introduced into the diffraction layer 2 during the production of the security document 1.
- the diffractive surface structure 4 is a holographic structure in which information is stored.
- the stored information is contained in an interference pattern of second coherent light rays which is recorded in a photographic material. This means that there is a spatial intensity distribution of the interfering coherent light beams.
- this intensity distribution maps in the holographic recording material, for example by a surface relief or by spatial modulation of an absorption (amplitude hologram) or a spatial modulation of a Refractive index (phase hologram).
- amplitude hologram absorption
- phase hologram phase hologram
- ⁇ ⁇ / 2nsin0 and ⁇ is the wavelength, n is the refractive index of the material and the two coherent light beams meet at an angle of 2 ⁇ .
- the light intensity in the interference pattern periodically goes back to zero.
- the holographic structure is merely introduced into the surface of the diffraction layer 2 as surface relief, the result is usually a so-called optically thin hologram. This means that selectivity with respect to a reconstruction wavelength, which in the case of a hologram generally corresponds to the wavelength of the light with which the holographic structure is generated, and selectivity with respect to an angle of incidence for the reconstruction caused by the geometry in the production of the hologram is fixed, each is low.
- an optimal depth of a diffractive embossed structure for a maximum diffraction efficiency in the case of a binary grating can be stated as: , ⁇ .cos0 2 ⁇ n where d denotes the depth of the imprinting structure, ⁇ the wavelength and ⁇ the angle of incidence of the reconstruction light against a surface normal.
- a typical refractive index difference of 0.4 at a surface relief interface results in a depth of about 780 nm.
- Typical fringe spacings result from verification conditions such as 20 ° between the illuminating the diffractive surface structure reconstruction light, such as laser light, and the reconstructed light, would like to produce. This results in strip spacings in the range of 1, 3 microns or smaller.
- an embossing plate with diffraction structures with a depth of about 350 to 875 nm with typical distances "mountain to mountain" of 1, 3 microns or smaller is required.
- the diffraction structures for such embossing plate are typically calculated.
- the embossing plate must have a negative of the desired diffractive surface structure and thus comprise raised structures.
- Those skilled in the art are generally familiar with methods for producing such diffractive surface structures which are embossed.
- Methods for producing the embossing plates use, for example, optical lithography methods or electron beam lithographic methods.
- the embossing process may occur during lamination, i. in the heated state, carried out or be embossed in the cold state in the already finished document body.
- the material of the diffraction layer 4 must be able to expand thermally matched with the embossing plate and changes its shape when cooled.
- these thermal effects can be calculated and included in the calculation of the embossed structures. If embossing takes place in the cold state in the already finished document body, such temperature-dependent effects are not to be considered.
- diffraction structures can be introduced into a document body by pulsed holography.
- the document body is irradiated holographically with laser radiation of suitable wavelength.
- a suitable wavelength is characterized by having a high absorption at the surface in the material of the diffraction layer.
- a laser pulse through a beam splitter divided.
- the first partial pulse meets a pattern, which is generated for example by a Spatial Light Modulator.
- the Spatial Light Modulator can be an individualizing pattern or a static non-individualizing pattern.
- a static pattern may be used instead of a spatial light modulator.
- the partial pulse amplitude-modulated by the spatial light modulator in its cross-section is sent through a Fourier lens and imaged onto the document in Fourier transform.
- the second partial pulse strikes the document directly or via imaging optics, so that a coherence condition of the two partial pulses is given at the document surface.
- the second partial pulse thus assumes the role of a reference beam of holography.
- a surface relief forms as diffractive surface structure.
- the pulse lengths of the coherent light used in this case are preferably in the nanosecond range.
- the diffractive surface structure 4 of the diffraction layer 2 is calculated and produced, for example, in a lamination of the diffraction layer 2 with the several further layers 3 to a document body imprinted, that reconstruction light 5 perpendicular to an upper surface 6 of the diffraction layer 2 for optimal diffraction efficiency incident.
- About 4% of the reconstruction light 5 is diffracted in reflection at an interface between the air surrounding the security document (or possibly a vacuum) and the diffraction layer 2 at the diffractive surface structure 4.
- This reflection-diffracted reconstruction light 7 comprises the information stored in the diffractive surface structure 4. This information is visible on a screen 8 when the reflection-diffracted reconstruction light is imaged.
- FIG. 1 schematically shows the transmitted reconstruction light 9 in the zeroth diffraction order and the diffracted transmitted reconstruction light 10 of the first two diffraction orders.
- the transmitted diffracted reconstruction light 10 can be captured on another screen 11, so that in the diffractive surface structure stored information 12, which is exemplified here as a face, made visible.
- the diffraction layer as well as the several further layers 3 are transparent to the reconstruction light. In general, however, the several further layers 3, which may also comprise printing layers, are not all transparent.
- the further layer 3 1 adjoining the diffraction layer 2 is opaque or translucent, etc.
- diffuse scattering of the transmitted reconstruction light 9, 10 occurs at this further layer 3 '.
- This diffusely scattered reconstruction light 13 re-emerges through the diffraction layer and out of the upper side 6 and superimposes itself on the screen 8 with the reconstructive light 7 diffracted in direct reflection.
- This diffusely scattered reconstruction light 13 is shown in dashed lines. Since the major part of the reconstruction light was originally transmitted through the diffractive surface structure 4 and then diffused, the intensity of the diffused reconstruction light 13 is usually larger than the intensity of the directly reflecting diffracted reconstruction light 7, so that observation of the information on the screen 8 is difficult or impossible. Since a signal presented by the directly reflecting diffracted reconstruction light 7 is small in proportion to a noise represented by the diffused reconstruction light 13. That is, a signal to noise ratio is dominated by the noise (the diffused reconstruction light 13).
- the aim in each case is to minimize and / or completely prevent diffuse scattering of the transmitted reconstruction light.
- FIG. 2 shows an embodiment of a security document with a diffractive surface structure 4, which comprises a transmission channel 21.
- the document is carried out so that all of the multiple layers 3, which are at least partially opaque, are transparent in the region of the transparent channel 21.
- the opaque layers 3 'of the plurality of layers 3 are generally print layers. These can be made transparent by applying no color or color in the region of the transparent channel 21 that is transparent to the transmitted reconstruction light 9, 10.
- recesses can be introduced so that a transparent reconstruction channel 21 results.
- the document is preferably constructed so that recesses in individual layers 3 'is filled by material from above or below transparent layers 3 during a lamination process.
- one of the several further layers 3 is made of a paper material, then a corresponding region can be converted into a transparent state by means of an addition of chemicals, as described, for example, in DE 10 2004 053 367 A1.
- a minimum extent a 22 of the transparent channel 21 as a function of a distance d 23 from the upper side 6 of the diffraction layer 2 must be selected such that at least the transmitted diffraction orders 10 interfering with an observation of the reflection light diffracting diffracted by the transparent channel 21 and the transmitted reconstruction light beam 9 can escape through.
- d indicates a perpendicular distance 23 from the top 6 of the diffraction layer 2
- ni the refractive index outside the security document 1
- n 2 the refractive index of the material of the security document 1 (here it is assumed that the diffraction layer 2 and the several others Layers 3 have the same refractive index n 2 )
- ⁇ is the angle of incidence of the reconstruction light 5 measured against a surface normal 24 of the top 6 of the diffraction layer 2
- ⁇ is the first order diffraction angle 10 compared to the zeroth order beam 10 in the document.
- a reconstruction of the information stored in the diffractive surface structure takes place on the screen 11, which is arranged adjacent to a side 25 of the document facing away from the upper side 6 of the diffraction layer.
- FIG. 3 shows a further embodiment of a security document 1 in which a reflection element 31 is incorporated as a noise suppression structure.
- the reflection element 31 is designed to be reflective and at least the transmitted light 9, 10 almost completely reflects a predetermined reconstruction wavelength according to the laws of geometric optics.
- one of the multiple layers may be formed as a sub-layer, for example, with the remaining of the plurality Layers 3 and / or the diffraction layer 2 is glued.
- a part of one of the further layers 3 may be vapor-deposited with a metal layer. It is also possible to apply a portion of a metal foil to one of the several further layers 3 prior to lamination, for example to adhere it.
- the transmitted zeroth order reconstruction light 9 is reflected back in the direction of the incident reconstruction light 5.
- the transmitted reconstruction light 10 of the higher diffraction orders is reflected by the upper side 6 of the diffraction layer 2 and can be picked up together with the directly reflecting diffracted reconstruction light 7 on the screen 8 and thus supports a recording of the information 12 stored in the diffractive surface structure 4 Face is shown schematically.
- the noise suppression structure is formed as an absorption element 41.
- all the transmitted reconstruction light 9, 10 is absorbed by the absorption element 41.
- the absorption element 41 is preferably configured in a color which is complementary to the color of the reconstruction light 5.
- the diffractive surface structure 4 is reconstructed, for example, by means of red laser light
- the absorption element is preferably cyan.
- a print layer of the several further layers 3 comprises a corresponding cyan area at the location at which the transmitted reconstruction light 9, 10 impinge on this print layer. Even if the absorption is not complete, however, at least the non-directional scattering of the transmitted reconstruction light 9, 10 is significantly reduced.
- the absorption layer is black and thus absorbs light of all wavelengths of the visible spectral range.
- FIG. 5 shows a further embodiment of a security document 1, in which the noise suppression structure comprises a reflection element 31, which in turn comprises an optically variable ink for reflection.
- the noise suppression structure comprises a reflection element 31, which in turn comprises an optically variable ink for reflection.
- an optically variable color is used which, at least for the wavelength of the reconstruction light 5, has a maximum reflection intensity at a deviation angle from a reflection according to geometric optics.
- the diffractive surface structure 4 is designed such that a higher diffraction order (not the zeroth diffraction order), preferably a +/- first ( ⁇ 1) Diffraction order of the transmitted reconstruction light 10, incident on exactly this deviation angle on the executed in optically variable color reflection element 31. This is then reflected perpendicular to the top 6 of the diffraction layer out of this. A maximum intensity of the reconstruction of the stored information 12 perpendicular to the upper side 6 can therefore be observed below the selected illumination angle at which the one diffraction order impinges on the optically variable color just below this angle of deviation. This gives a combined security feature.
- a forged document in which the diffractive surface structure is correctly replicated will be reconstructed below the selected illumination angle so that maximum intensity does not appear perpendicular to the top, unless the optically variable color with the correct excellent deviation angle in place Reflection element 31 of a noise reduction structure in the security element 1 is arranged.
- FIG. 6 shows a further embodiment of a security document 1, in which a volume hologram 61 is formed or incorporated as a noise suppression structure in addition to the absorption element between the diffractive surface structure 4 and the absorption element 41.
- This is preferably designed to reflect, for example, a positive or negative first ( ⁇ 1) diffraction order of the reconstruction light of predetermined wavelength upon reconstruction at an excellent angle of incidence back through the diffraction layer 2 out of the top surface 6 of the diffraction layer 2.
- the reflection is designed so that it overlaps with the direct reflection at the interface air-diffraction layer.
- Transmitted reconstruction light 9, 10 which is not reflected and / or diffracted by the volume hologram 61, is also absorbed by the absorption element 41 in this embodiment.
- the reconstruction condition of the volume hologram 61 is satisfied for no diffraction order, so that all the transmitted reconstruction light 9, 10 passes through the volume hologram and is absorbed by the absorption element 41 ,
- a volume hologram additionally has the ability to store its own holographic information that can be read out during reflection.
- a pattern can be stored in the volume hologram, which can be individualizing, for example for a person, who has the security document 1 assigned.
- non-individualizing information may also be stored in the volume hologram.
- Fig. 7a an embodiment of a security document is described in which the pattern stored in the volume hologram 61 is part of an overall pattern. Another component of the overall pattern is stored in the diffractive surface structure 4. That is, the information stored in the diffractive surface structure 4 includes the further pattern. Under an optimal reconstruction geometry corresponding, for example, to that according to FIG. 6, the information stored in the diffractive surface structure 4, here a circle 71, is reconstructed in the reconstruction light 7 diffracted directly in reflection.
- the transmitted reconstruction light of one of the diffraction orders reconstructs the volume hologram and is diffracted in such a way that the pattern stored in the volume hologram 61 has here a face information without the circumscribing circle 71 superimposed on the directly reflecting diffracted reconstruction light 7 on a screen.
- the overall pattern (the complete face including the bounding circle 71) can only be considered in a reconstruction under the selected optimal reconstruction geometry.
- Other embodiments provide that the zeroth diffraction order of the transmitted reconstruction light reconstructs the volume hologram.
- the remaining diffraction orders of the transmitted reconstruction light are absorbed by the absorption element 41.
- Fig. 7b a situation is shown in which the reconstruction light 5 is not incident on the diffractive surface structure 4 under the excellent reconstruction angle of the excellent reconstruction geometry.
- all the transmitted design light 9, 10 is absorbed by the absorption element 41 of the noise suppression structure because the transmitted reconstruction light 9, 10 for none of the diffraction orders satisfies the reconstruction conditions of the volume hologram 61. This is designed to achieve maximum diffraction efficiency at the wavelength used to reconstruct the diffractive surface structure.
- an optimal reconstruction angle of the volume hologram ie an angle at which the volume hologram 61 reaches its maximum of diffraction efficiency, is in the angular range in which transmitted reconstruction light 9, 10 impinges on the volume hologram, that at the diffractive surface structure 4, if the diffractive surface structure 4 under a desired selected irradiation direction for the Reconstruction with reconstruction light 5 is irradiated.
- a diffraction efficiency of the volume hologram is preferably above 75%, but more preferably near 100%.
- FIG. 7c Different views seen on a screen are shown in FIG. 7c when the security document according to FIGS. 7a and 7b is irradiated with the reconstruction light at different angles of incidence.
- the reconstructed information 12 (here a circle), which is stored in the diffractive surface structure 4, moves.
- Only under the excellent reconstruction geometry an excellent angle of incidence or illumination angle of the reconstruction light 5) is a reconstruction condition of the volume hologram 61 fulfilled for at least one diffraction order, here the minus first diffraction order, as shown in FIG. 7 a.
- the reconstructed information 12 'of the volume hologram 61 here an inner face information with the surrounding circle 71, to a total pattern.
- a complex security feature is obtained, which comprises two holographic structures and can be completely imaged only under a predetermined optimal reconstruction geometry.
- a security document is thus preferably illuminated at different illumination angles with reconstruction light, one of which coincides with the optimal reconstruction geometry.
- FIG. 8 shows a further embodiment of a security document 1, in which only a volume hologram 61 is designed as a reflection element as noise suppression structure.
- the volume hologram 61 is formed to reflect the zero-order transmitted light 9 upon irradiation of the reconstruction light 5 at a selected reconstruction angle.
- the security document 1 additionally has a transmission channel 21, the information stored in the diffractive surface structure can be displayed on a screen behind the security document 1.
- the reflection of the transmitted zero-order reconstruction light can be designed so that this light is reflected so that it does not affect an imaging of the information on the screen 8 by the directly reflecting diffracted reconstruction light 7.
- the described embodiments are merely exemplary embodiments for security documents having a noise suppression structure.
- the individual elements, reflection elements, absorption elements and volume holograms, can can be combined together, in pairs, etc., in order to create a security document which allows for an improved reconstruction of the information stored in the diffractive surface structure.
- a security document comprises only a plastic layer, which is the diffraction layer 2, and additionally, for example, a printing layer.
- the multiple layers can also be connected to the document body in a different manner, for example glued or printed together.
- the diffractive surface structure 4 that is, the surface relief
- it may be coated with a lacquer layer, which, however, must have a significantly different refractive index than the diffraction layer.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsdokument (1) mit mindestens einem Sicherheitselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sicherheitsdokument (1) mit mindestens einem Sicherheitselement, umfassend einen Dokumentkörper, der mindestens eine Beugungsschicht (2) umfasst, die an einer Oberseite eine beugende Oberflächenstruktur (4), die als optisch dünnes Projektionshologramm ausgebildet ist, als das mindestens eine Sicherheitselement umfasst, wobei in dem Dokumentkörper von der Oberseite (6) der mindestens einen Beugungsschicht (2) aus betrachtet hinter der beugenden Oberflächenstruktur (4) mindestens eine Rauschunterdrückungsstruktur (31) ausgebildet oder angeordnet ist, um eine ungerichtete Reflexion eines zum Auslesen der beugenden Oberflächenstruktur (4) auf die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) auftreff enden und durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) zurück durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zu minimieren.
Description
Sicherheitsdokument mit beugender Oberflächenstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsdokument mit mindestens einem Sicherheitselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sicherheitsdokument, das einen, vorzugsweise aus mehreren Schichten erstellten, Dokumentkörper umfasst, der mindestens eine Beugungsschicht umfasst, die an einer Oberseite eine beugende Oberflächenstruktur, die als Oberflächenrelief ausgebildet ist, als das mindestens eine Sicherheitsmerkmal umfasst.
Als Sicherheitsdokumente werden jene Dokumente und Gegenstände bezeichnet, die durch mindestens ein Sicherheitselement gegen eine Verfälschung und/oder ein unautorisiertes Kopieren geschützt sind. Eine Art von Sicherheitselementen stellen beugende Strukturen, insbesondere Hologramme, dar.
In Sicherheitselemente sind oftmals auch individualisierende Angaben, beispielsweise Seriennummem, Ausweisnummern, biometrische Daten, Bilder (Passbilder) etc., enthalten. Diese können in Klarschrift bzw. Bildform oder optisch codiert bzw. maschinenlesbar vorgesehen sein.
Eine Art von beugenden Strukturen stellen so genannte beugende Oberflächenreliefs dar. Solche beugenden Oberflächenreliefs werden häufig auch als Prägehologramme bezeichnet, da eine aus dem Stand der Technik bekannte Herstellung ein Einprägen der reliefartigen Struktur in eine Oberfläche eines Dokumentkörpers oder einer Schicht vorsieht, die später in einen Dokumentkörper integriert wird. Die Prägung kann beispielsweise während einer Lamination mehrerer Schichten zu einem monolithischen Dokumentkörper erfolgen. Alternativ lassen sich Beugungsstrukturen durch gepulste Laser im Nanosekundenbereich in das Dokument einbringen. Ebenfalls ist es alternativ möglich, durch Laserapplikation oder Ähnliches ebenfalls beugende Strukturen in eine Oberfläche einzubringen. Dies gelingt besonders gut mit Femtosekundenlaserpulsen.
Allgemein stellen derart geschaffene beugende Oberflächenreliefs so genannte optische dünne Gitter dar. Theoretische Überlegungen zeigen, dass beispielsweise für ein sinusförmig ausgestaltetes Gitter eine maximale Beugungseffizienz von etwa 34% erreichbar ist. Eine optisch dünne beugende Struktur oder dünnes Hologramm besitzt die Eigenschaft, dass es eine relativ geringe Winkelselektivität für eine Rekonstruktion und darüber hinaus eine geringe Wellenlängenselektivität bei einer Rekonstruktion aufweist. Beugende
Oberflächenreliefs sind darüber hinaus im Wesentlichen Transmissionsstrukturen, d.h., dass zum Auslesen des beugenden Oberflächenreliefs verwendetes Licht, welches als Rekonstruktionslicht bezeichnet wird, mit dem in den beugenden Oberflächenreliefs gespeicherte Information sichtbar gemacht werden soll, im Wesentlichen transmittiert wird. Eine Reflexion an dem beugenden Oberflächenrelief findet dennoch als Grenzflächeneffekt statt. Dieser beruht darauf, dass das Medium, welches an die Oberfläche angrenzt, in der das Oberflächenrelief ausgebildet ist, einen anderen Beugungsindex als das Material aufweist, in dem das Oberflächenrelief ausgebildet ist. Ist das Oberflächenrelief in der obersten Schicht des Sicherheitsdokuments ausgebildet, so existiert eine Luft- Dokumentenoberflächen-Grenzfläche, an der eine Reflexion stattfindet, die in der Regel im einstelligen Prozentbereich liegt. An einer typischen Luft-Polymer-Grenzschicht wird ca. 4% des auftreffenden Lichts von dem beugenden Oberflächenrelief reflektierend gebeugt, d.h. in Reflexion gebeugt.
Da Sicherheitsdokumente in der Regel nicht transparent sind, sondern opake Schichten, insbesondere bedruckte Schichten oder farbige Schichten, umfassen, wird der transmittierte Teil des Rekonstruktionslichts in der Regel im Dokument diffus gestreut. Der aufgrund der diffusen Streuung austretende Anteil des Rekonstruktionslichts ist in der Regel sehr viel größer als der direkt an dem Oberflächenrelief reflektierend gebeugte Anteil des Rekonstruktionslichts, so dass ein Auslesen der in dem beugenden Oberflächenrelief enthaltenen Information nur schwer möglich ist.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, das beugende Oberflächenrelief mit einer metallischen Schicht zu bedecken, diese beispielsweise aufzudampfen. Hierdurch wird eine Reflexion des beugenden Oberflächenreliefs gesteigert. Ein solches Metallisieren ist jedoch aufwendig und beeinflusst darüber hinaus eine Transparenz im Bereich des beugenden Oberflächenreliefs nachteilig. Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsdokument und ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsdokuments zu schaffen, bei dem ein Auslesen der in dem beugenden Oberflächenrelief enthaltenen Information besser möglich ist, ohne dieses zu metallisieren.
Definitionen
Ein Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbstständige bauliche Einheit sein, die mit einem Sicherheitsdokument, welches auch ein Wertdokument sein kann, verbunden, beispielsweise verklebt, werden kann. Es kann sich aber auch um einen integralen
Bestandteil eines Sicherheitsdokuments handeln. Ein Beispiel für Ersteres ist ein auf ein Sicherheitsdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel für Letzteres ist ein in ein Ausweisdokument eingeprägtes beugendes Oberflächenrelief.
Ein Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber einfachem Kopieren) erhöhtem Aufwand oder gar nicht unautorisiert herstellbar bzw. reproduzierbar ist.
Als Sicherheitsdokumente seien lediglich beispielhaft genannt: Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen, Tickets, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere, Wertdokumente, insbesondere Banknoten, Schecks, Postwertzeichen, Kreditkarten, beliebige Chipkarten und Haftetiketten (z.B. zur Produktsicherung). Solche Sicherheitsdokumente, die auch Wertdokumente umfassen, weisen einen Dokumentkörper auf.
Ein aus mehreren Schichten hergestellter Dokumentkörper ist ein Gegenstand, der aus mindestens zwei Schichten hergestellt ist. Mindestens eine dieser Schichten ist typischerweise eine Kunststoff- oder Papierschicht. Die mehreren Schichten umfassen in der Regel auch eine oder mehrere Druckschichten. Ein einfacher oder aus mehreren Schichten hergestellter Dokumentkörper umfasst beispielsweise eine Kunststofffolie, auf die eine Druckschicht aufgebracht ist. In der Regel wird ein Dokumentkörper jedoch aus mehreren Kunststoff- und/oder Papierschichten und/oder Druckschichten bestehen, die zu einem monolithischen Dokumentkörper mittels eines Laminationsverfahrens verbunden sind.
Ein Projektionshologramm, welches auch als Fourierhologramm bezeichnet wird, ist ein Hologramm, welches mit Licht (Rekonstruktionslicht) passender Wellenlänge und unter geeignetem Einfallswinkel beleuchtet werden kann, um rekonstruiert zu werden und hierbei eine Abbildung auf einen Schirm zu erzeugen. Das Rekonstruktionslicht ist in der Regel Licht eines Lasers. Klassischerweise werden Fourierhologramme erzeugt, indem ein Bild (Information) mit kohärentem Licht durch eine Fourierlinse abgebildet wird und in der Fourierebene mit einem hierzu kohärenten Referenzlicht zur Interferenz gebracht wird. Das Interferenzmuster wird in einem holografischen Aufzeichnungsmaterial, welches sich in der Fourierebene befindet, gespeichert. Die Speicherung kann in einem Oberflächenrelief durch eine räumliche Modulation der Absorption (Amplitudenhologramm) oder räumliche Modulation des Brechungsindexes (Phasenhologramm) erfolgen.
Als holografische Oberflächenstruktur oder beugende Oberflächenstruktur wird eine an einer Oberfläche einer Schicht und/oder Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Schichten
ausgebildete beugende reliefartige Struktur, insbesondere ein Hologramm, bezeichnet, welches eine so genannte dünne beugende Struktur bzw. ein dünnes Hologramm ist. Eine solche Struktur weist eine geringe Winkelselektivität und eine geringe Wellenlängenselektivität hinsichtlich einer Rekonstruktion der in der beugenden Struktur bzw. dem Hologramm enthaltenen Information auf.
Ein Volumenhologramm ist in dem hier verwendeten Zusammenhang hingegen immer eine holografisch dicke Struktur, die eine hohe Wellenlängen- und Winkelselektivität hinsichtlich einer Rekonstruktion der hierin gespeicherten Information aufweist.
Als eine Beugungsschicht wird eine Schicht bezeichnet, in die eine beugende Oberflächenstruktur eingearbeitet ist oder wird. Sie kann als Schicht eine eigene Entität sein oder ein, quasi gedanklich abgeteilter, Bestanteil eines anderen Körpers, beispielsweise eines Dokumentkörpers oder Sicherheitsdokuments sein.
Ein Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mustereinheiten bzw. Pixelpunkten. Die Mustereinheiten bzw. Pixel eines Musters sind einander zugeordnet und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet, typischerweise in ein oder zwei Raumdimensionen, und ergeben in der Gesamtbetrachtung eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, ein Symbol, ein Logo, einen Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen) oder einen Code (z.B. einen Strichcode). Ein Individualisierungsmuster ist ein Muster, welches zur Individualisierung verwendet wird.
Individualisierend ist ein Muster, wenn es einzigartig für eine Person oder einen Gegenstand oder eine Gruppe von Personen oder Gegenständen aus einer größeren Gesamtheit an Personen oder Gegenständen ist. Ein für eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild. Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge der Geldscheine individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Nicht individualisierend ist ein Muster, welches für alle Elemente einer Gesamtheit identisch ist. Für Geldscheine ist dies beispielsweise ein Wappen, welches auf allen Geldscheinen aufgedruckt ist.
Eine Individualisierung eines über optische Interferenz in einem Aufzeichnungsmaterial gespeicherten Hologramms ist beispielsweise über eine räumliche Modulation des hierbei
verwendeten Lichts möglich. Hierbei werden so genannte Spatial Light Modulatoren eingesetzt.
Ein Spatial Light Modulator (SLM) erlaubt eine zweidimensionale ortsaufgelöste Beleuchtung bzw. Bestrahlung eines meist flächigen Gegenstands mit modulierter Intensität. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen DMD (Digital Micromirror Device) Chip, ein LCD (Liquid Crystal Display) Transmissionsdisplay oder LCoS (Liquid Crystal on Silicon) Display handeln. Allen ist gemeinsam, dass eine Vielzahl von SLM-Pixeln gebildet ist, wobei jedes SLM-Pixel unabhängig von anderen SLM-Pixeln aktivierbar oder deaktivierbar ist (auch Zwischenstufen sind möglich), wodurch durch entsprechende Ansteuerung der SLM-Pixel sich Muster oder Bilder projizieren lassen. Durch die freie Ansteuerbarkeit können auch ohne weiteres verschiedene Bilder oder Muster in zeitlicher Folge hintereinander generiert werden, beispielsweise in Form eines Passfotos.
Als gerichtete Reflexion wird eine Reflexion angesehen, die auf eine Struktur auftreffendes Licht nicht isotrop in einen Raumwinkelbereich von 2ττvor der Struktur zurück lenkt, sondern bevorzugt in zumindest einen begrenzten Raumwinkelbereich lenkt. Als spiegelnde Schicht wird eine Schicht angesehen, die den Gesetzen der geometrischen Optik folgend Licht zumindest einer Wellenlänge, vorzugsweise unterschiedlicher Wellenlängen, nahezu vollständig reflektiert, d.h., in einen Raumwinkel lenkt. Eine spiegelnde Reflexion ist somit eine ausgezeichnete Form der gerichteten Reflexion. Ein Gegensatz zu der gerichteten Reflexion ist eine diffuse Rückstreuung von Licht.
Mit einer Reflexion an der beugenden Oberflächenstruktur ist jeweils eine Beugung in Reflexion gemeint. Diese Beugung tritt an der Oberfläche bzw. Oberseite, d.h. der Grenzfläche, der Beugungsschicht auf, in die die beugende Oberflächenstruktur eingebracht ist. An der Grenzfläche "reflektiertes" Licht ist somit durch die Oberflächenstruktur gebeugtes Licht.
Grundzüge der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, ein Sicherheitsdokument mit mindestens einem Sicherheitselement zu schaffen, umfassend einen, vorzugsweise aus mehreren Schichten erstellten, Dokumentkörper, der mindestens eine Beugungsschicht umfasst, die an einer Oberseite eine beugende Oberflächenstruktur, die als optisch dünnes Projektionshologramm ausgebildet ist, als das mindestens eine Sicherheitselement umfasst, wobei in dem Dokumentkörper von der Oberseite der mindestens einen Beugungsschicht betrachtet hinter
der beugenden Oberflächenstruktur mindestens eine Rauschunterdrückungsstruktur ausgebildet und angeordnet ist, um eine ungerichtete Reflexion eines zum Auslesen der beugenden Oberflächenstruktur durch die Oberseite der Beugungsschicht auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts zurück durch die Oberseite der Beugungsschicht zu minimieren. Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitsdokuments mit mindestens einem Sicherheitselement geschaffen, umfassend die Schritte: Erstellen eines Dokumentkörpers, der mindestens eine Beugungsschicht umfasst; Erzeugen einer beugenden Oberflächenstruktur in einer Oberseite der Beugungsschicht als das Sicherheitselement, die als optisch dünnes Projektionshologramm ausgebildet wird, wobei in dem Dokumentkörper von der Oberseite der mindestens einen Beugungsschicht aus betrachtet hinter der beugenden Oberflächenstruktur mindestens eine Rauschunterdrückungsstruktur ausgebildet oder angeordnet wird, die eine ungerichtete Reflexion eines zum Auslesen der beugenden Oberflächenstruktur auf die Oberseite der Beugungsschicht auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts zurück durch die Oberseite der Beugungsschicht reduziert oder minimiert. Das Vorsehen einer Rauschunterdrückungsstruktur führt dazu, dass bei einer Rekonstruktion der beugenden Oberflächenstruktur ein Signal-Rauschverhältnis zwischen dem an der beugenden Oberflächenstruktur gebeugten bzw. direkt reflektierten Rekonstruktionslicht und dem diffus in dem Dokumentkörper gestreuten transmittierten Rekonstruktionslicht, welches bei der Rekonstruktion der beugenden Oberflächenstruktur durch diese transmittiert wird, verbessert wird. Die Rauschunterdrückungsstruktur ist somit als eine eine optische Ausbreitung des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts beeinflussende Struktur ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Rauschunterdrückungsstruktur ein transparenter Kanal ausgebildet wird, der einen Austritt zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts aus einer von der Oberseite der mindestens einen Beugungsschicht abgewandten Seitenfläche des Dokuments ermöglicht, wobei der Transmissionskanal sich durch mindestens eine der mehreren Schichten erstreckt, die zumindest teilweise opak oder transluzent ist. Der transparente Kanal wird als Rauschunterdrückungsstruktur ausgebildet, so dass zumindest ein Teil des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts aus einer Seite des Dokumentkörpers austritt, die von der Oberseite der Beugungsschicht abgewandt ist. An der beugenden Oberflächenstruktur reflektierend gebeugtes Rekonstruktionslicht kann somit fasst ungestört auf einem Schirm abgebildet und ausgewertet werden. Ebenso kann das aus dem Transmissionskanal austretende Licht auf
einem weiteren Schirm abgebildet werden und hierüber die in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherte Information ausgelesen werden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine gerichtete Reflexion zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts genutzt wird, um die Information der beugenden Oberflächenstruktur verbessert auslesen zu können. Hierbei kann beispielsweise ausgenutzt werden, dass die gespeicherte Information in den höheren Beugungsordnungen des transmittierten Rekonstruktionslichts enthalten ist. Durch eine gezielte Reflexion des transmittierten Rekonstruktionslichts kann dieses auf den Schirm gelenkt werden, der zur Abbildung der in der beugenden Oberflächenstruktur enthaltenen Information verwendet wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht somit vor, dass die Rauschunterdrückungsstruktur ein Reflexionselement umfasst, welches eine gerichtete Reflexion zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts unterstützt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Reflexionselement eine spiegelnde Schicht eingebracht wird oder auf eine Schicht ein spiegelnder Abschnitt aufgebracht wird. Eine polierte Metallfolie stellt beispielsweise eine solche spiegelnde Schicht dar. Ebenso sind dem Fachmann Farben bekannt, die drucktechnisch aufgebracht werden können und ebenfalls spiegelnd wirken. Alternativ kann beispielsweise ein Bereich einer Schicht mit einem Metall bedampft werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Reflexionselement so angeordnet und ausgestaltet ist, dass das durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierte Rekonstruktionslicht an dem Reflexionselement in der Weise reflektiert wird, dass es sich mit dem an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht überlagert. Hierbei wird sowohl die Reflexionsintensität an der Grenzfläche als auch die Intensität des an dem Reflexionselement reflektierten transmittierten Rekonstruktionslichts, welches durch die beugende Oberflächenstruktur gebeugt ist, zur Abbildung der Information auf einem Schirm genutzt.
Andere Ausführungsformen können Druckfarben verwenden, die eine gerichtete Reflexion zumindest einer oder mehrerer Wellenlängen oder eines Spektralbereichs unterstützen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Reflexionselement einen mit einer optisch variablen Farbe (optical variable ink) bedeckten Abschnitt umfasst,
wobei eine Reflexion für zumindest eine spektrale Farbe ein Maximum bei einem Betrachtungswinkel aufweist, der um einen Abweichungswinkel von einem Reflexionswinkel gemäß der geometrischen Optik abweicht. Eine solche Farbe besitzt eine nicht isotrope Reflexionseigenschaft, was ausgenutzt werden kann, um das Signalrauschverhältnis beim Auslesen der Information aus der beugenden Oberflächenstruktur zu reduzieren. Hierbei wird die beugende Oberflächenstruktur vorzugsweise angepasst an die entsprechend als Rauschunterdrückungsstruktur verwendete optisch variable Farbe angepasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beugende Oberflächenstruktur so ausgebildet ist, dass ein ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das Rekonstruktionslicht zum Auslesen existiert, so dass unter diesem ausgezeichneten Inzidenzwinkel auf die beugende Oberflächenstruktur auftreffendes Rekonstruktionslicht unter dem Abweichungswinkel der optisch variablen Farbe auf diese optische variable Farbe trifft und senkrecht zu der Oberseite der Beugungsschicht durch diese zurückreflektiert wird. Senkrecht bezieht sich hier auf die Oberfläche der Beugungssicht als Ganzes und nicht auf ein lokales Oberflächenelement des Oberflächenreliefs. Hierdurch wird ein kombiniertes Sicherheitsmerkmal geschaffen. Unter dem ausgezeichneten Inzidenzwinkel eingestrahltes Rekonstruktionslicht der richtigen Wellenlänge für die Rekonstruktion der beugenden Oberflächenstruktur wird die Information, die in dem beugenden Oberflächenrelief gespeichert ist, unter einem Winkel reproduziert, der von einem Winkel abweicht, der sich aus der geometrischen Optik bzw. dem Beugungsverhalten und hiermit verknüpft im Reflexionsverhalten aufgrund der Beugung/Reflexion des Rekonstruktionslichts an der beugenden Oberflächenstruktur ergibt. Bei einem Sicherheitsdokument, bei dem zwar die beugende Oberflächenstruktur enthalten ist, jedoch die optisch variable Farbe nicht entsprechend als Rauschunterdrückungselement in dem Dokumentkörper eingebracht ist, kann zwar die in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherte Information bei Beleuchtung unter dem ausgezeichneten Inzidenzwinkel rekonstruiert werden, jedoch nicht unter einem Betrachtungswinkel senkrecht auf das Sicherheitsdokument mit maximaler Intensität wahrgenommen werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rauschunterdrückungsstruktur alternativ oder zusätzlich ein Absorptionselement umfasst, das das durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierte Rekonstruktionslicht zumindest teilweise absorbiert. Hierzu eignen sich insbesondere schwarze Schichten oder Schichten einer komplementären Farbe zu der durch die Wellenlänge des Rekonstruktionslichts definierten Farbe, mit der die beugende Oberflächenstruktur rekonstruiert wird. Ist die beugende Oberflächenstruktur beispielsweise ausgestaltet, um mit
rotem Rekonstruktionslicht rekonstruiert zu werden, so wird als absorbierende Farbe vorzugsweise eine Cyanfarbe verwendet, die nicht im roten Wellenlängenbereich absorbiert. Die Absorption führt dazu, dass kein diffus gestreutes Licht aus dem Dokumentkörper austritt und einen Nachweis des direkt an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur erzeugten Rekonstruktionslichts erschwert.
Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rauschunterdrückungsstruktur zusätzlich oder alternativ ein Volumenhologramm umfasst, das mindestens eine Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts beugt und/oder reflektiert. Ein Volumenhologramm kann hierbei gezielt so hergestellt werden, dass es das transmittierte Rekonstruktionslicht einzelner, mehrerer oder aller Beugungsordnungen gezielt beeinflusst.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung reflektiert das Volumenhologramm transmittiertes Rekonstruktionslicht der nullten Beugungsordnung. Indem dieses gezielt unter einem Winkel reflektiert wird, dass es nicht mit dem direkt an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht zusammentrifft, kann dieses unbeeinflusst durch das transmittierte Licht der nullten Ordnung, welches einen wesentlichen Anteil der Intensität des Rekonstruktionslichts umfasst, auf einem Schirm abgebildet und nachgewiesen werden. Ebenso ist es möglich, wenn die Rauschunterdrückungsstruktur zusätzlich einen Transmissionskanal umfasst, die in den höheren und/oder niedrigeren Beugungsordnungen enthaltene Information ohne störende Einflüsse des transmittierten Rekonstruktionslichts nullter Ordnung auf der Dokumentseite nachzuweisen, die von der Oberseite der Beugungsschicht abgewandt ist.
Durch mehrfaches Belichten des Volumenhologramms unter unterschiedlichen Winkeln oder ein Verwenden mehrerer Volumenhologramme kann erreicht werden, dass das Volumenhologramm oder die Volumenhologramme die unterschiedlichen Beugungsordnungen der beugenden Oberflächenstruktur in dem transmittierten Rekonstruktionslicht selektiv beugen und/oder reflektieren kann oder können.
Während eine Individualisierung der beugenden Oberflächenstruktur je nach gewähltem Herstellungsverfahren sehr aufwendig oder sogar unter praktischen Gesichtspunkten unmöglich ist, beispielsweise wenn die beugende Oberflächenstruktur ein mittels einer Prägung hergestelltes Oberflächenrelief ist, lässt sich ein Volumenhologramm, welches optisch holografisch hergestellt wird, einfach individualisiert herstellen, indem das zur Herstellung verwendete kohärente Licht mittels eines Spatial Light Modulators räumlich
amplitudenmoduliert wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht somit vor, dass in das Volumenhologramm mindestens ein Muster codiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das in das Volumenhologramm codierte Muster ein Musterbestandteil eines Gesamtmusters ist und eine Reflexion an der Grenzfläche des Oberflächenreliefs einen weiteren Musterbestandteil des Gesamtmusters rekonstruiert und ein weiterer ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das auf die beugende Oberflächenstruktur auftreffende Rekonstruktionslicht zum Auslesen existiert, so dass mindestens eine Beugungsordnung des unter diesem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel auf die beugende Oberflächenstruktur auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts das Volumenhologramm so rekonstruiert, dass der mindestens eine Musterbestandteil rekonstruiert wird und sich mit dem weiteren Musterbestandteil zu dem Gesamtmuster ergänzt. Das Volumenhologramm wird somit so hergestellt und angeordnet und mit der beugenden Oberflächenstruktur abgestimmt, dass sich die Rekonstruktion des in dem Volumenhologramm gespeicherten Musters und die Rekonstruktion des in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherten weiteren Musters bei Beleuchtung der beugenden Oberflächenstruktur unter dem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel überlagern und ein Gesamtmuster rekonstruieren. Da die beugende Oberflächenstruktur hinsichtlich des Rekonstruktionswinkels relativ unselektiv ist, kann bei einer Beleuchtung der beugenden Oberflächenstruktur unter einem von dem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel abweichenden Rekonstruktionswinkel nur das weitere Muster, welches in der beugenden Oberflächenstruktur gespeichert ist, rekonstruiert werden. Nur unter dem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel wird zusätzlich das in dem Volumenhologramm gespeicherte Muster ebenfalls rekonstruiert und überlagert sich mit dem weiteren Muster zu dem Gesamtmuster. Dieses kombinierte Sicherheitsmerkmal ist ebenfalls erheblich schwerer zu fälschen als die beugende Oberflächenstruktur alleine.
Um beispielsweise zu erreichen, dass bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel unter den Winkeln, die nicht dem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel entsprechen, das transmittierte Rekonstruktionslicht einen Nachweis des an der Grenzfläche reflektierend gebeugten Rekonstruktionslichts stört, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich ein (das) Absorptionselement auf der von der beugenden Oberflächenstruktur abgewandten Seite des Volumenhologramms angeordnet, um durch das Volumenhologramm transmittiertes Licht zu absorbieren. Diese Ausführungsform eignet sich auch in anderen Ausführungsformen, beispielsweise kann das Volumenhologramm so ausgebildet sein, dass das Licht der ersten Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts reflektiert
wird und das Licht der nullten Beugungsordnung durch das Volumenhologramm nicht gebeugt und/oder reflektiert wird. Dieses kann dann von dem Absorptionselement absorbiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist somit vorgesehen, dass das Volumenhologramm ausgebildet ist, mindestens eine, beispielsweise von der nullten Ordnung verschiedene, Beugungsordnung des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts durch die Oberseite der Beugungsschicht zurückreflektierend zu beugen.
Da das Volumenhologramm zusätzlich ein Muster enthalten kann, sind auch Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die nullte Ordnung des durch die beugende Oberflächenstruktur transmittierten Rekonstruktionslichts zur Rekonstruktion des Volumenhologramms verwendet wird, bei der dieses Rekonstruktionslicht reflektierend gebeugt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rauschunterdrückungsstruktur eine Streuung des Rekonstruktionslichts herbeiführt, die so gerichtet ist, dass ein Austreten des Rekonstruktionslichts durch die Oberseite zumindest in der Richtung des direkt an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur reflektierend gebeugten Rekonstruktionslichts deutlich reduziert ist oder nicht auftritt, beispielsweise aufgrund von Totalreflexion an der Grenzfläche.
Die beugende Oberflächenstruktur, das oder die Volumenhologramme können für eine optische Rekonstruktion der gespeicherten Information mit sichtbarem, ultravioletten und/oder infrarotem Licht ausgebildet sein. Entsprechend kann die Wellenlänge des Rekonstruktionslichts aus den zugehörigen Wellenlängenbereichen gewählt werden.
Es ergibt sich für den Fachmann, dass in das Sicherheitsdokument eine Vielzahl weiterer unterschiedlicher oder gleicher Sicherheitselemente integriert werden kann. Die mehreren Schichten werden vorzugsweise in einem Laminationsverfahren zu einem monolithischen Dokumentkörper, der vorzugsweise eine Kartenform aufweist, verbunden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden
Oberflächenstruktur;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments zum Erläutern einer minimalen Ausdehnung eines Transmissionskanals in dem Sicherheitsdokument;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einem
Reflexionselement als Rauschunterdrückungsstruktur;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einem
Absorptionselement als Rauschunterdrückungsstruktur;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden Oberflächenstruktur und einem Reflexionselement als Rauschunterdrückungsstruktur, welches eine variable optische Farbe umfasst;
Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden Oberflächenstruktur, welches als Rauschunterdrückungselement ein eine Beugungsordnung reflektierendes Volumenhologramm und ein Absorptionselement umfasst;
Fig. 7a eine weitere schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden Oberflächenstruktur sowie einem Volumenhologramm und einem Absorptionselement als Rauschunterdrückungsstruktur, bei dem in dem Volumenhologramm und der beugenden Oberflächenstruktur jeweils ein Teilmuster eines Gesamtmusters gespeichert sind, wobei das Sicherheitsdokument mit Rekonstruktionslicht unter einem ausgezeichneten Beleuchtungswinkel für eine Rekonstruktion beleuchtet wird;
Fig. 7b eine Ansicht des Sicherheitsdokuments nach Fig. 7a, bei der eine
Beleuchtung mit Rekonstruktionslicht unter einem anderen Winkel als dem ausgezeichneten Beleuchtungswinkel für eine Rekonstruktion beleuchtet wird;
Fig. 7c unterschiedliche auf einem Schirm zu beobachtende
Rekonstruktionsergebnisse, aufgetragen gegen unterschiedliche Beleuchtungswinkel für das Sicherheitsdokument nach Fig. 7a und 7b; und
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden Oberflächenstruktur und einer als Volumenhologramm ausgebildeten Rauschunterdrückungsstruktur, welches eine nullte Beugungsordnung eines transmittierten Rekonstruktionslichts reflektiert.
In Fig. 1 ist schematisch ein Sicherheitsdokument 1 dargestellt. Dieses ist aus einer Beugungsschicht 2 sowie bevorzugt mehreren weiteren Schichten 3 hergestellt. Die Beugungsschicht 2 und die mehreren Schichten 3 sind vorzugsweise Kunststoffschichten, Druckschichten und/oder auf Papierbasis hergestellte Schichten. Bei den verwendeten Kunststoffen handelt es sich vorzugsweise um Polyethylenterephthalat (PET) und dessen Derivate, insbesondere PET-G, sowie Polycarbonate, insbesondere Bisphenol-A- Polycarbonat. Als andere Kunststoffe kommen Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien- Styrol (ABS) sowie Verbundmaterialien wie Teslin zum Einsatz. Auch andere Verbundstoffe, die beispielsweise PET und PC enthalten, werden verwendet. Um insbesondere Mikrochips und/oder RFID-Antennen usw. in Sicherheitsdokumente zu integrieren, werden ebenso Polyurethanschichten für die Herstellung von Sicherheitsdokumenten verwendet. Darüber hinaus werden Papierschichten genutzt, insbesondere, weil diese drucktechnisch besonders gut zu verarbeiten sind sowie weitere Sicherheitsmerkmale, wie z.B. Wasserzeichen, enthalten können. Zusätzlich können auf diese Kunststoffe- und/oder Papierschichten Druckschichten aufgebracht sein. Die gegebenenfalls bedruckten Kunststoff- und/oder Papierschichten werden vorzugsweise in einem Laminationsverfahren bei Temperaturen im Bereich oberhalb von 1000C, bevorzugt oberhalb von 1200C und am bevorzugtesten oberhalb von 140°C unter Drücken von 50 bar oder mehr zu einem monolithischen Dokumentkörper laminiert. Besonders bevorzugt findet der Laminationsprozess unter Vakuumbedingungen zeitgesteuert statt.
Als mindestens ein Sicherheitselement des Sicherheitsdokuments 1 wird bei der Herstellung des Sicherheitsdokuments 1 in die Beugungsschicht 2 eine beugende Oberflächenstruktur 4 eingebracht. Bei der beugenden Oberflächenstruktur 4 handelt es sich um eine holografische Struktur, in der eine Information gespeichert ist. Bei der klassischen Holografie ist die gespeicherte Information in einem Interferenzmuster zweiter kohärenter Lichtstrahlen enthalten, welches in einem fotografischen Material aufgezeichnet wird. Dies bedeutet, dass sich eine räumliche Intensitätsverteilung der interferierenden kohärenten Lichtstrahlen ergibt. In der klassischen Holografie bildet diese Intensitätsverteilung in dem holografischen Aufzeichnungsmaterial ab, beispielsweise durch ein Oberflächenrelief oder durch räumliche Modulation einer Absorption (Amplitudenhologramm) oder eine räumliche Modulation eines
Brechungsindexes (Phasenhologramm). In einem einfachen Beispiel einer Interferenz zweier ebener Wellen p _ pθ p/(*i.2 -r-<»*)
C1.2 - C1.2 " e erhält man eine periodische Oberflächenmodulation mit einer räumlichen Frequenz von
wobei
Λ = Λ/2nsin0 ist und λ die Wellenlänge ist, n der Brechungsindex des Materials ist und die beiden kohärenten Lichtstrahlen unter dem Winkel 2Θ aufeinander treffen. Im Idealfall gleicher Intensitäten der beiden kohärenten Lichtstrahlen geht die Lichtintensität im Interferenzmuster periodisch bis auf Null zurück. Wird die holografische Struktur lediglich in die Oberfläche der Beugungsschicht 2 als Oberflächenrelief eingebracht, so ergibt sich in der Regel ein so genanntes optisch dünnes Hologramm. Dies bedeutet, dass eine Selektivität hinsichtlich einer Rekonstruktionswellenlänge, die bei einem Hologramm in der Regel der Wellenlänge des Lichts entspricht, mit der die holografische Struktur erzeugt ist, und eine Selektivität hinsichtlich eines Einstrahlwinkels für die Rekonstruktion, der durch die Geometrie bei der Herstellung des Hologramms festgelegt ist, jeweils gering ist. Im Gegensatz zu einem optisch dicken Hologramm, bei dem sich die holografische aufgezeichnete Struktur über einen Volumenbereich erstreckt und hierdurch eine so genannte Bragg-Bedingung streng erfüllt sein muss und sowohl eine hohe Winkel- als auch eine hohe Wellenlängenselektivität gegeben ist, kann bei einer optisch dünnen beugenden Oberflächenstruktur eine Rekonstruktion der gespeicherten Information mittels Lichts unterschiedlicher Wellenlängen und unterschiedlichen Einstrahlwinkeln erfolgen, ohne dass eine Beugungseffizienz nennenswert abnimmt.
Insgesamt ist jedoch eine maximal zu erreichende Beugungseffizienz für beugende Oberflächenstrukturen, die optisch dünne holografische Strukturen sind, begrenzt, beispielsweise für sinusförmiges Gitter theoretisch auf etwa 34%.
Neben der Möglichkeit, holografische Strukturen, d.h. beugende Strukturen, in denen eine Information gespeichert ist, mittels einer Aufzeichnung einer Interferenz in einem Aufzeichnungsmaterial zu erzeugen, gibt es weitere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, ein Oberflächenrelief in eine Oberfläche einzuprägen. Hierbei lässt sich eine optimale Tiefe einer beugenden geprägten Struktur für eine maximale Beugungseffizienz im Falle eines binären Gitters angeben als:
. Λ.cos0 2Δn wobei d die Tiefe der Prägungsstruktur, λ die Wellenlänge und θ den Einfallswinkel des Rekonstruktionslichts gegen eine Oberflächennormale angeben. Für typische Diodenlaser, die Licht in rotem Wellenlängenbereich bei etwa 635 nm erzeugen, ergibt sich bei einem typischen Brechungsindexunterschied von 0,4 an einer Grenzfläche des Oberflächenreliefs eine Tiefe von etwa 780 nm. Typische Streifenabstände resultieren aus Verifikationsbedingungen, bei denen man einen Winkel von beispielsweise 20° zwischen dem die beugende Oberflächenstruktur beleuchtenden Rekonstruktionslicht, beispielsweise Laserlicht, sowie dem rekonstruierten Licht, erzeugen möchte. Hieraus resultieren Streifenabstände im Bereich von 1 ,3 μm oder kleiner. Um somit eine beugende Oberflächenstruktur zu prägen, benötigt man ein Prägeblech mit Beugungsstrukturen mit einer Tiefe von rund 350 bis 875 nm mit typischen Abständen "Berg zu Berg" von 1 ,3 μm oder kleiner.
Die Beugungsstrukturen für ein solches Prägeblech werden typischerweise errechnet. Das Prägeblech muss ein Negativ der gewünschten beugenden Oberflächenstruktur aufweisen und somit erhabene Strukturen umfassen. Dem Fachmann sind Verfahren zur Herstellung solcher beugenden Oberflächenstrukturen, die geprägt werden, grundsätzlich bekannt. Verfahren zur Herstellung der Prägebleche nutzen beispielsweise optische Lithografieverfahren oder elektronenstrahllithografische Verfahren.
Grundsätzlich sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben, die beugende Oberflächenstruktur in den Dokumentkörper einzuprägen. Der Prägevorgang kann während des Laminierens, d.h. im erwärmten Zustand, erfolgen oder im kalten Zustand in den bereits fertig erstellten Dokumentkörper eingeprägt werden. In ersterem Falle ist zu beachten, dass das Material der Beugungsschicht 4 sich mit dem Prägeblech thermisch angepasst ausdehnen können muss und beim Abkühlen seine Form verändert. Diese thermischen Effekte können jedoch bei der Berechnung der Prägestrukturen berechnet und einbezogen werden. Findet ein Prägen im kalten Zustand in dem bereits fertig gestellten Dokumentkörper statt, sind solche temperaturabhängigen Effekte nicht zu berücksichtigen.
Alternativ lassen sich Beugungsstrukturen durch gepulste Holografie in einen Dokumentkörper einbringen. Hierzu wird der Dokumentkörper mit Laserstrahlung geeigneter Wellenlänge holografisch bestrahlt. Eine geeignete Wellenlänge zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine hohe Absorption an der Oberfläche in dem Material der Beugungsschicht aufweist. Bei dieser Methode wird beispielsweise ein Laserpuls durch einen Strahlteiler
geteilt. Der erste Teilpuls trifft auf ein Muster, welches beispielsweise von einem Spatial Light Modulator erzeugt ist. Der Spatial Light Modulator kann ein individualisierendes Muster oder ein statisches, nicht individualisierendes Muster darstellen. Ebenso kann ein statisches Muster anstelle eines Spatial Light Modulators verwendet werden. Der durch den Spatial Light Modulator in seinem Querschnitt amplitudenmodulierte Teilpuls wird durch eine Fourierlinse geschickt und fouriertransformiert auf das Dokument abgebildet. Der zweite Teilpuls trifft direkt oder über eine Abbildungsoptik auf das Dokument, so dass an der Dokumentoberfläche eine Kohärenzbedingung der beiden Teilpulse gegeben ist. Der zweite Teilpuls nimmt somit die Rolle eines Referenzstrahls der Holografie ein. Bei geeigneter Absorption in dem Material der Beugungsschicht und geeigneter Energie des kohärenten Lichts (Laserlichts) bildet sich als beugende Oberflächenstruktur ein Oberflächenrelief aus. Für die hierbei verwendeten Pulslängen des kohärenten Lichts liegen vorzugsweise im Nanosekundenbereich.
Als Oberflächenrelief ausgeprägte beugende Oberflächenstrukturen transmittieren den größten Teil des Rekonstruktionslichts 5, der auf sie auftrifft. In Fig. 1 ist die beugende Oberflächenstruktur 4 der Beugungsschicht 2 so berechnet und hergestellt, beispielsweise bei einer Lamination der Beugungsschicht 2 mit den mehreren weiteren Schichten 3 zu einem Dokumentkörper eingeprägt, dass Rekonstruktionslicht 5 für eine optimale Beugungseffizienz senkrecht auf eine Oberseite 6 der Beugungsschicht 2 auftrifft. Etwa ein Anteil von 4% des Rekonstruktionslichts 5 wird an einer Grenzfläche zwischen der das Sicherheitsdokument umgebenden Luft (oder gegebenenfalls einem Vakuum) und der Beugungsschicht 2 an der beugenden Oberflächenstruktur 4 in Reflexion gebeugt. Dieses reflektierend gebeugte Rekonstruktionslicht 7 umfasst die in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeicherte Information. Diese Information wird bei einer Abbildung des reflektierend gebeugten Rekonstruktionslichts auf einem Schirm 8 sichtbar.
Der nicht an der Grenzfläche der Oberflächenstruktur 4 direkt reflektierend gebeugte Anteil des Rekonstruktionslichts wird durch die beugende Oberflächenstruktur 4 transmittiert. In Fig. 1 sind schematisch das transmittierte Rekonstruktionslicht 9 in der nullten Beugungsordnung sowie das gebeugte transmittierte Rekonstruktionslicht 10 der ersten beiden Beugungsordnungen dargestellt. Ebenso wie das direkt reflektierend gebeugte Rekonstruktionslicht 7 kann das transmittierte gebeugte Rekonstruktionslicht 10 auf einem weiteren Schirm 11 aufgefangen werden, so dass in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherte Information 12, die hier beispielhaft als Gesicht dargestellt ist, sichtbar gemacht wird.
Die bisherige Beschreibung des Dokuments nach Fig. 1 geht davon aus, dass die Beugungsschicht als auch die mehreren weiteren Schichten 3 für das Rekonstruktionslicht transparent sind. In der Regel sind jedoch die mehreren weiteren Schichten 3, die auch Druckschichten umfassen können, nicht alle transparent.
Nimmt man im Folgenden an, dass beispielsweise die an die Beugungsschicht 2 angrenzende weitere Schicht 31 opak oder transluzent usw. ist, tritt an dieser weiteren Schicht 3' eine diffuse Streuung des transmittierten Rekonstruktionslichts 9, 10 auf. Dieses diffus gestreute Rekonstruktionslicht 13 tritt erneut durch die Beugungsschicht und aus der Oberseite 6 hindurch aus und überlagert sich mit dem direkt reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht 7 auf dem Schirm 8. Dieses diffus gestreute Rekonstruktionslicht 13 ist gestrichelt eingezeichnet. Da der größte Teil des Rekonstruktionslichts ursprünglich durch die beugende Oberflächenstruktur 4 transmittiert und anschließend diffus gestreut wurde, ist die Intensität des diffus gestreuten Rekonstruktionslichts 13 in der Regel größer als die Intensität des direkt reflektierend gebeugten Rekonstruktionslichts 7, so dass eine Beobachtung der Information auf dem Schirm 8 schwierig oder unmöglich ist. Da ein Signal, welches durch das direkt reflektierend gebeugte Rekonstruktionslicht 7 präsentiert wird, ist im Verhältnis zu einem Rauschen, welches durch das diffus gestreute Rekonstruktionslicht 13 repräsentiert wird, klein. Dies bedeutet, ein Signal zu Rauschverhältnis wird durch das Rauschen (das diffus gestreute Rekonstruktionslicht 13) dominiert.
Um dieses Signal zu Rauschverhältnis zu verbessern, werden unterschiedliche Rauschunterdrückungsstrukturen beschrieben. Ziel ist es jeweils, eine diffuse Streuung des transmittierten Rekonstruktionslichts zu minimieren und/oder gänzlich zu unterbinden.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments mit einer beugenden Oberflächenstruktur 4 dargestellt, welche einen Transmissionskanal 21 umfasst. Das Dokument wird so ausgeführt, dass sämtliche der mehreren Schichten 3, die zumindest teilweise opak sind, in dem Bereich des transparenten Kanals 21 transparent sind. Bei den opaken Schichten 3' der mehreren Schichten 3 handelt es sich in der Regel um Druckschichten. Diese können transparent ausgestaltet werden, indem in dem Bereich des transparenten Kanals 21 keine Farbe oder eine Farbe aufgebracht wird, die für das transmittierte Rekonstruktionslicht 9, 10 transparent ist. Bei Kunststoffschichten, die opak oder transluzent usw. für das transmittierte Rekonstruktionslicht 9, 10 sind, können Aussparungen eingebracht werden, so dass sich ein transparenter Rekonstruktionskanal 21 ergibt. Hierbei wird das Dokument vorzugsweise so aufgebaut, dass Aussparungen in
einzelnen Schichten 3' während eines Laminationsverfahrens durch Material aus darüber oder darunter liegenden transparenten Schichten 3 gefüllt wird.
Ist eine der mehreren weiteren Schichten 3 aus einem Papiermaterial gefertigt, so kann ein entsprechender Bereich in einen transparenten Zustand mittels einer Zugabe von Chemikalien überführt werden, wie dies beispielsweise in DE 10 2004 053 367 A1 beschrieben ist.
Eine minimale Ausdehnung a 22 des transparenten Kanals 21 in Abhängigkeit von einem Abstand d 23 von der Oberseite 6 der Beugungsschicht 2 muss so gewählt sein, dass durch den transparenten Kanal 21 mindestens die eine Beobachtung des reflektierend gebeugten Rekonstruktionslichts störenden transmittierten Beugungsordnungen 10 und der transmittierte Rekonstruktionslichtstrahl 9 hindurch austreten können. In der Fig. 2 gibt d einen senkrechten Abstand 23 von der Oberseite 6 der Beugungsschicht 2, ni den Brechungsindex außerhalb des Sicherheitsdokuments 1 , n2den Brechungsindex des Materials des Sicherheitsdokuments 1 (hierbei wird davon ausgegangen, dass die Beugungsschicht 2 und die mehreren weiteren Schichten 3 denselben Brechungsindex n2 aufweisen), α den Einfallswinkel des Rekonstruktionslichts 5 gemessen gegen eine Flächennormale 24 der Oberseite 6 der Beugungsschicht 2 und φ den Beugungswinkel erster Ordnung 10 im Vergleich zum Strahl 10 nullter Ordnung 9 in dem Dokument an.
Bei einem Sicherheitsdokument 1 , welches einen Transmissionskanal 21 als Rauschunterdrückungsstruktur umfasst, findet eine Rekonstruktion der in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherten Information auf dem Schirm 11 statt, der benachbart zu einer von der Oberseite 6 der Beugungsschicht abgewandten Seite 25 des Dokuments angeordnet ist.
Angegeben ist eine minimale Ausdehnung des Transmissionskanals. Selbstverständlich kann dieser breiter ausgeführt sein.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments 1 gezeigt, in der ein Reflexionselement 31 als Rauschunterdrückungsstruktur eingebracht ist. Im dargestellten Beispiel ist angenommen, dass das Reflexionselement 31 spiegelnd ausgebildet ist und zumindest das transmittierte Licht 9, 10 einer vorgegebenen Rekonstruktionswellenlänge gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik nahezu vollständig reflektiert. Als Reflexionselement kann beispielsweise bei einer Ausführungsform eine der mehreren Schichten als Teilschicht ausgebildet sein, die beispielsweise mit den übrigen der mehreren
Schichten 3 und/oder der Beugungsschicht 2 verklebt ist. Ebenso kann ein Teil einer der weiteren Schichten 3 mit einer Metallschicht bedampft sein. Ebenso ist es möglich, einen Abschnitt einer Metallfolie vor einem Laminieren auf eine der mehreren weiteren Schichten 3 aufzubringen, beispielsweise aufzukleben. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das transmittierte Rekonstruktionslicht 9 der nullten Ordnung in Richtung des einfallenden Rekonstruktionslichts 5 zurückreflektiert. Das transmittierte Rekonstruktionslicht 10 der höheren Beugungsordnungen wird durch die Oberseite 6 der Beugungsschicht 2 hindurch reflektiert und kann gemeinsam mit dem direkt reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht 7 auf dem Schirm 8 aufgefangen werden und unterstützt so eine Aufnahme der in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeicherten Information 12, die als Gesicht schematisch dargestellt ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform, welche in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Rauschunterdrückungsstruktur als Absorptionselement 41 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird sämtliches transmittiertes Rekonstruktionslicht 9, 10 von dem Absorptionselement 41 absorbiert. Dieses ist vorzugsweise in einer Farbe ausgestaltet, die komplementär zu der Farbe des Rekonstruktionslichts 5 ist. Wird die beugende Oberflächenstruktur 4 beispielsweise mittels roten Laserlichts rekonstruiert, so ist das Absorptionselement vorzugsweise cyanfarben ausgebildet. Beispielsweise umfasst eine Druckschicht der mehreren weiteren Schichten 3 einen entsprechenden cyanfarbigen Bereich an jener Stelle, an der das transmittierte Rekonstruktionslicht 9, 10 auf diese Druckschicht auf. Selbst wenn die Absorption nicht vollständig erfolgt, wird jedoch zumindest die ungerichtete Streuung des transmittierten Rekonstruktionslichts 9, 10 deutlich reduziert. Ebenso sind Ausführungsformen vorteilhaft, in denen die Absorptionsschicht schwarz ist und somit Licht aller Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs absorbiert.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments 1 dargestellt, bei der die Rauschunterdrückungsstruktur ein Reflexionselement 31 umfasst, welches seinerseits eine optisch variable Farbe (optical variable ink) zum Reflektieren umfasst. Hierbei wird vorzugsweise eine optisch variable Farbe eingesetzt, die zumindest für die Wellenlänge des Rekonstruktionslichts 5 eine maximale Reflexionsintensität unter einem Abweichungswinkel gegenüber einer Reflexion gemäß der geometrischen Optik aufweist. Wie bei T. G. Coombs et al., SPIE Vol. 6075, 607501-1 (2006) beschrieben ist, gibt es optisch variable Farben, bei denen der optimale Betrachtungswinkel um etwa 10° von einem Reflexionswinkel abweicht, der dem Beleuchtungswinkel der Farbe entspricht. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die beugende Oberflächenstruktur 4 so ausgebildet, dass eine höhere Beugungsordnung (nicht die nullte Beugungsordnung), vorzugsweise eine +/- erste (±1.)
Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts 10, unter genau diesem Abweichungswinkel auf das in optisch variabler Farbe ausgeführte Reflexionselement 31 auftrifft. Dieses wird dann senkrecht zur Oberseite 6 der Beugungsschicht aus dieser heraus reflektiert. Unter dem ausgewählten Beleuchtungswinkel, unter dem die eine Beugungsordnung genau unter diesem Abweichungswinkel auf die optisch variable Farbe auftrifft, ist somit abweichend von der nach der geometrischen Optik erwarteten Richtung eine maximale Intensität der Rekonstruktion der gespeicherten Information 12 senkrecht zur Oberseite 6 beobachtbar. Hierdurch erhält man ein kombiniertes Sicherheitsmerkmal. Ein gefälschtes Dokument, bei dem die beugende Oberflächenstruktur korrekt nachgebildet ist, findet eine Rekonstruktion unter dem ausgewählten Beleuchtungswinkel so statt, dass eine maximale Intensität nicht senkrecht zur Oberseite auftritt, sofern nicht auch die optisch variable Farbe mit dem korrekten ausgezeichneten Abweichungswinkel an der richtigen Stelle als Reflexionselement 31 einer Rauschunterdrückungsstruktur in dem Sicherheitselement 1 angeordnet ist.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments 1 dargestellt, bei der als Rauschunterdrückungsstruktur zusätzlich zu dem Absorptionselement zwischen der beugenden Oberflächenstruktur 4 und dem Absorptionselement 41 ein Volumenhologramm 61 ausgebildet bzw. eingebracht ist. Dieses ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es beispielsweise eine positive oder negative erste (±1.) Beugungsordnung des Rekonstruktionslichts vorgegebener Wellenlänge bei einer Rekonstruktion unter einem ausgezeichneten Einfallswinkel zurück durch die Beugungsschicht 2 aus der Oberseite 6 der Beugungsschicht 2 heraus reflektiert. Vorzugsweise ist die Reflexion so ausgeführt, dass sich diese mit der direkten Reflexion an der Grenzfläche Luft-Beugungsschicht überlagert. Transmittiertes Rekonstruktionslicht 9, 10, welches nicht von dem Volumenhologramm 61 reflektiert und/oder gebeugt wird, wird in dieser Ausführungsform ebenfalls von dem Absorptionselement 41 absorbiert. Für den Fall, dass das Rekonstruktionslicht 5 nicht unter dem optimalen Rekonstruktionswinkel auf die beugende Oberflächenstruktur 4 auftrifft, ist für keine Beugungsordnung die Rekonstruktionsbedingung des Volumenhologramms 61 erfüllt, so dass sämtliches transmittiertes Rekonstruktionslicht 9, 10 durch das Volumenhologramm hindurchtritt und von dem Absorptionselement 41 absorbiert wird.
Ein Volumenhologramm weist zusätzlich die Möglichkeit auf, eigene holografische Informationen zu speichern, die während der Reflexion ausgelesen werden können. So kann beispielsweise in das Volumenhologramm ein Muster eingespeichert sein, welches individualisierend, beispielsweise für eine Person, sein kann, der das Sicherheitsdokument 1
zugeordnet ist. Ebenso kann jedoch auch eine nicht individualisierende Information in dem Volumenhologramm gespeichert sein.
In Fig. 7a ist eine Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments beschrieben, bei der das in dem Volumenhologramm 61 gespeicherte Muster ein Bestandteil eines Gesamtmusters ist. Ein weiterer Bestandteil des Gesamtmusters ist in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeichert. D.h., die in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeicherte Information umfasst das weitere Muster. Unter einer optimalen Rekonstruktionsgeometrie, die beispielsweise der nach Fig. 6 entspricht, wird die Information, welche in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeichert ist, hier ein Kreis 71 , in dem direkt in Reflexion gebeugten Rekonstruktionslicht 7 rekonstruiert. Das transmittierte Rekonstruktionslicht einer der Beugungsordnungen, hier der minus ersten (-1.) Beugungsordnung, rekonstruiert das Volumenhologramm und wird hierbei so reflektierend gebeugt, dass das Muster, welches in dem Volumenhologramm 61 gespeichert ist, hier eine Gesichtsinformation ohne den umrandenden Kreis 71 , mit dem direkt reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht 7 auf einem Schirm überlagert wird. Das Gesamtmuster (das vollständige Gesicht einschließlich des umrandenden Kreises 71 ) kann hierbei nur bei einer Rekonstruktion unter der ausgewählten optimalen Rekonstruktionsgeometrie betrachtet werden. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass die nullte Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts das Volumenhologramm rekonstruiert. Die übrigen Beugungsordnungen des transmittierten Rekonstruktionslichts werden von dem Absorptionselement 41 absorbiert.
In Fig. 7b ist eine Situation gezeigt, in der das Rekonstruktionslicht 5 nicht unter dem ausgezeichneten Rekonstruktionswinkel der ausgezeichneten Rekonstruktionsgeometrie auf die beugende Oberflächenstruktur 4 einfällt. In diesem Fall wird sämtliches transmittiertes Konstruktionslicht 9, 10 von dem Absorptionselement 41 der Rauschunterdrückungsstruktur absorbiert, da das transmittierte Rekonstruktionslicht 9, 10 für keine der Beugungsordnungen die Rekonstruktionsbedingungen des Volumenhologramms 61 erfüllt. Dieses ist so ausgebildet, dass eine maximale Beugungseffizienz bei der Wellenlänge erreicht wird, die zur Rekonstruktion der beugenden Oberflächenstruktur verwendet wird. Ferner liegt ein optimaler Rekonstruktionswinkel des Volumenhologramms, d.h. ein Winkel, unter dem das Volumenhologramm 61 sein Maximum der Beugungseffizienz erreicht, in jenem Winkelbereich, in dem transmittiertes Rekonstruktionslicht 9, 10 auf das Volumenhologramm auftrifft, das an der beugenden Oberflächenstruktur 4, wenn die beugende Oberflächenstruktur 4 unter einer gewünschten ausgewählten Bestrahlungsrichtung für die
Rekonstruktion mit Rekonstruktionslicht 5 bestrahlt wird. Eine Beugungseffizienz des Volumenhologramms liegt bevorzugt oberhalb von 75%, bevorzugter jedoch nahe 100%.
In Fig. 7c sind unterschiedliche Ansichten, die man auf einem Schirm nachweist, dargestellt, wenn man das Sicherheitsdokument nach Fig. 7a und 7b unter unterschiedlichen Einfallswinkeln mit dem Rekonstruktionslicht bestrahlt. In Abhängigkeit von dem Einfallswinkel wandert die rekonstruierte Information 12 (hier ein Kreis), die in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeichert ist. Nur unter der ausgezeichneten Rekonstruktionsgeometrie (einem ausgezeichneten Einfallswinkel bzw. Beleuchtungswinkel des Rekonstruktionslichts 5) ist für mindestens eine Beugungsordnung, hier die minus erste Beugungsordnung, wie in Fig. 7a dargestellt ist, auch eine Rekonstruktionsbedingung des Volumenhologramms 61 erfüllt. In diesem Fall überlagert sich auf dem Schirm die rekonstruierte Information 12' des Volumenhologramms 61, hier eine innere Gesichtsinformation mit dem umrandenden Kreis 71 , zu einem Gesamtmuster. Wird der Einfallswinkel weiter verändert, so wandert die rekonstruierte Information 12, die in der beugenden Oberflächenstruktur 4 gespeichert ist, weiter. Man erhält somit bei dieser Ausführungsform ein komplexes Sicherheitsmerkmal, welches zwei holografische Strukturen umfasst und nur unter einer vorgegebenen optimalen Rekonstruktionsgeometrie vollständig abgebildet werden kann. Für eine Verifikation wird ein solches Sicherheitsdokument somit vorzugsweise unter unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln mit Rekonstruktionslicht beleuchtet, von denen eine mit der optimalen Rekonstruktionsgeometrie zusammenfällt.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments 1 gezeigt, bei der als Rauschunterdrückungsstruktur ausschließlich ein Volumenhologramm 61 als Reflexionselement ausgebildet ist. Das Volumenhologramm 61 ist so ausgebildet, dass das transmittierte Licht 9 nullter Ordnung bei Einstrahlung des Rekonstruktionslichts 5 unter einem ausgewählten Rekonstruktionswinkel reflektiert wird. Weist das Sicherheitsdokument 1 zusätzlich einen Transmissionskanal 21 auf, so kann die in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherte Information auf einem Schirm hinter dem Sicherheitsdokument 1 abgebildet werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Reflexion des transmittierten Rekonstruktionslichts nullter Ordnung so ausgestaltet sein, dass dieses Licht so reflektiert wird, dass es eine Abbildung der Information auf dem Schirm 8 durch das direkt reflektierend gebeugte Rekonstruktionslicht 7 nicht beeinträchtigt.
Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen für Sicherheitsdokumente, die eine Rauschunterdrückungsstruktur aufweisen. Die einzelnen Elemente, Reflexionselemente, Absorptionselemente und Volumenhologramme, können
gemeinsam, paarweise usw. miteinander kombiniert werden, um ein Sicherheitsdokument zu schaffen, mit dem eine verbesserte Rekonstruktion der in der beugenden Oberflächenstruktur gespeicherten Information möglich ist.
Die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Herstellung eines Sicherheitsdokuments bzw. eines Dokumentkörpers ist ebenfalls auf die übrigen beschriebenen Ausführungsformen anwendbar. Ebenso ist es denkbar, dass ein Sicherheitsdokument lediglich eine Kunststoffschicht, welche die Beugungsschicht 2 ist, und zusätzlich beispielsweise eine Druckschicht umfasst. Anstelle eines Laminationsvorgangs können die mehreren Schichten auch auf andere Weise zu dem Dokumentkörper verbunden werden, beispielsweise miteinander verklebt oder bedruckt werden.
Um die beugende Oberflächenstruktur 4, das heißt, das Oberflächenrelief, zu schützen, kann dieses mit einer Lackschicht überzogen werden, die jedoch einen deutlich abweichenden Brechungsindex als die Beugungsschicht aufweisen muss.
Bezugszeichenliste
1 Sicherheitsdokument
2 Beugungsschicht
3 weitere Schichten
4 beugende Oberflächenstruktur
5 Rekonstruktionslicht (einfallend)
6 Oberseite
7 reflektierend gebeugtes Rekonstruktionslicht (direkt)
8 Schirm
9 transmittiertes Rekonstruktionslicht (nullte Beugungsordnung)
10 transmittiertes Rekonstruktionslicht (+/- erste Beugungsordnung)
11 weiterer Schirm
12 Information
13 diffus gestreutes Rekonstruktionslicht
21 transparenter Kanal
22 Ausdehnung (a)
23 Abstand (d)
24 Flächennormale
25 abgewandte Seite 31 Reflexionselement 41 Absorptionselement 61 Volumenhologramm
Claims
1. Sicherheitsdokument (1 ) mit mindestens einem Sicherheitselement, umfassend einen Dokumentkörper, der mindestens eine Beugungsschicht (2) umfasst, die an einer Oberseite eine beugende Oberflächenstruktur (4), die als optisch dünnes Projektionshologramm ausgebildet ist, als das mindestens eine Sicherheitselement umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dokumentkörper von der Oberseite (6) der mindestens einen Beugungsschicht (2) aus betrachtet hinter der beugenden Oberflächenstruktur (4) mindestens eine Rauschunterdrückungsstruktur ausgebildet oder angeordnet ist, um eine ungerichtete Reflexion eines zum Auslesen der beugenden Oberflächenstruktur (4) auf die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) zurück durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zu minimieren.
2. Sicherheitsdokument (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dokumentkörper aus der Beugungsschicht (2) und mindestens einer weiteren Schicht (3) hergestellt ist, vorzugsweise mittels eines Laminationsvorgangs.
3. Sicherheitsdokument (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschunterdrückungsstruktur einen transparenten Kanal umfasst, der einen Austritt zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) aus einer von der Oberseite (6) der mindestens einen Beugungsschicht abgewandten Seitenfläche des Dokumentenkörpers ermöglicht, wobei der Transmissionskanal (21) sich durch mindestens eine der mehreren Schichten erstreckt, die zumindest teilweise opak ist.
4. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschunterdrückungsstruktur ein Reflexionselement (31 ) umfasst, welches eine gerichtete Reflexion zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) unterstützt.
5. Sicherheitsdokument (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (31) so angeordnet und ausgestaltet ist, dass das durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierte Rekonstruktionslicht an dem Reflexionselement (31) in der Weise reflektiert wird, dass es sich mit dem an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur (4) reflektierend gebeugten Rekonstruktionslicht (7) überlagert.
6. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (31) einen spiegelnden Abschnitt umfasst.
7. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (31 ) einen mit einer optisch variablen Farbe (optical variable ink) bedeckten Abschnitt umfasst, wobei eine Reflexion für zumindest eine spektrale Farbe ein Maximum bei einem Beobachtungswinkel aufweist, der um einen Abweichungswinkel von einem Reflexionswinkel gemäß der geometrischen Optik abweicht.
8. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beugende Oberflächenstruktur (4) so ausgebildet ist, dass ein ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das Rekonstruktionslicht (5) zum Auslesen existiert, so dass das unter diesem ausgezeichneten Winkel auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffende Rekonstruktionslicht (5) zum Auslesen unter dem Abweichungswinkel auf die optisch variable Farbe (OVI-Farbe) trifft und senkrecht durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zurückreflektiert wird.
9. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschunterdrückungsstruktur ein Absorptionselement (41 ) umfasst, das das durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierte Rekonstruktionslicht (9, 10) zumindest teilweise absorbiert.
10. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschunterdrückungsstruktur ein optisches Volumenhologramm (61 ) umfasst, das mindestens eine Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) beugt oder reflektierend beugt.
11. Sicherheitsdokument (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (61) transmittiertes Rekonstruktionslicht (9) der nullten Beugungsordnung reflektiert.
12. Sicherheitsdokument (1 ) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in das Volumenhologramm (61) mindestens ein Muster codiert ist.
13. Sicherheitsdokument (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in das Volumenhologramm (61) codierte Muster ein Musterbestandteil eines Gesamtmusters ist und eine Reflexion an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur (4) einen weiteren Musterbestandteil des Gesamtmusters rekonstruiert und ein weiterer ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffende Rekonstruktionslicht (5) existiert, so dass mindestens eine Beugungsordnung des unter diesem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) das Volumenhologramm (61) so rekonstruiert, dass der mindestens eine Musterbestandteil rekonstruiert wird, und sich mit dem weiteren Musterbestandteil zu dem Gesamtmuster ergänzt.
14. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (41 ) auf der von dem Oberflächenrelief abgewandten Seite des Volumenhologramms (61) angeordnet ist, um durch das Volumenhologramm (61 ) transmittiertes Rekonstruktionslicht (9, 10) zu absorbieren.
15. Sicherheitsdokument (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (61 ) ausgebildet ist, mindestens eine, vorzugsweise eine von der nullten Ordnung verschiedene, Beugungsordnung des durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zurückreflektierend zu beugen.
16. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitsdokuments mit mindestens einem Sicherheitselement, umfassend die Schritte:
Erstellen eines Dokumentkörpers, der mindestens eine Beugungsschicht umfasst; Erzeugen einer beugenden Oberflächenstruktur (4) in einer Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) als das Sicherheitselement, die als optisch dünnes Projektionshologramm ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dokumentkörper von der Oberseite (6) der mindestens einen Beugungsschicht (2) aus betrachtet hinter der beugenden Oberflächenstruktur (4) mindestens eine Rauschunterdrückungsstruktur ausgebildet oder angeordnet wird, die eine ungerichtete Reflexion eines zum Auslesen der beugenden Oberflächenstruktur (4) auf die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) zurück durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) reduziert oder minimiert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Erstellen des Dokumentkörpers ein Bereitstellen der Beugungsschicht (2) und mehrerer weiterer Schichten (3,3') und ein Erzeugen des Dokumentkörpers aus der Beugungsschicht und den mehreren weiteren Schichten (3, 3') umfasst, vorzugsweise mittels eines Laminationsverfahrens.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschunterdrückungsstruktur als ein transparenter Kanal (21 ) ausgebildet wird, der einen Austritt zumindest eines Teils des transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) aus einer von der Oberseite (6) der mindestens einen Beugungsschicht (2) abgewandten Seitenfläche des Dokumentenkörpers ermöglicht, wobei der Transmissionskanal (21 ) sich durch mindestens eine der mehreren Schichten (3, 3') erstreckt, die zumindest teilweise opak ist oder ausgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Rauschunterdrückungsstruktur ein Reflexionselement (31) in den Dokumentkörper eingearbeitet wird, welches eine gerichtete Reflexion zumindest eines Teils des durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) unterstützt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflexionselement (31 ) eine spiegelnde Schicht eingebracht wird oder auf eine Schicht ein spiegelnder Abschnitt aufgebracht wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflexionselement (31) eine spiegelnde Schicht eingebracht wird oder ein spiegelnder Abschnitt auf eine der Schichten aufgebracht wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass als Reflexionselement (31 ) auf mindestens einen Abschnitt einer der Schichten eine optisch variable Farbe (OVI-Farbe - optical variable ink) aufgebracht wird, bei der eine Reflexion für zumindest eine spektrale Farbe ein Intensitätsmaximum unter einem Beobachtungswinkel aufweist, der um einen Abweichungsswinkel von einem Reflexionswinkel gemäß der geometrischen Optik abweicht.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beugende Oberflächenstruktur (4) so ausgebildet wird, dass ein ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das Rekonstruktionslicht (5) zum Auslesen existiert, so dass unter diesem ausgezeichneten Winkel auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffendes Rekonstruktionslicht (5) unter dem Abweichungswinkel auf die optisch variable Farbe (OVI-Farbe) trifft und senkrecht durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zurückreflektiert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Rauschunterdrückungsstruktur ein Absorptionselement (41) eingebracht wird, das das durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierte Rekonstruktionslicht (9,10) absorbiert.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionselement (41 ) mindestens eine weitere Schicht (3) bereitgestellt wird, die eine absorbierende Farbe aufweist oder auf die eine absorbierende Farbe aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, ist, insbesondere eine komplementäre Farbe zu einer Farbe eines für ein Auslesen vorgesehenen Rekonstruktionslichts (5).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Rauschunterdrückungsstruktur oder dessen Bestandteil ein Volumenhologramm (61 ) hergestellt wird, das mindestens eine Beugungsordnung des transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) beugt oder reflektierend beugt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (61) so ausgebildet und in eine der Schichten belichtet oder auf eine der Schichten aufgebracht wird, dass transmittiertes Rekonstruktionslicht (9) der nullten Beugungsordnung der beugenden Oberflächenstruktur (4) durch das Volumenhologramm (61 ) reflektierend gebeugt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass in das Volumenhologramm (61 ) mindestens ein Muster codiert wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm und die beugende Oberflächenstruktur (4) so erzeugt und zueinander angeordnet werden, dass das in das Volumenhologramm (61) codierte Muster ein Musterbestandteil eines Gesamtmusters ist und eine Reflexion an der Grenzfläche der beugenden Oberflächenstruktur einen weiteren Musterbestandteil des Gesamtmusters rekonstruiert und ein weiterer ausgezeichneter Inzidenzwinkel für das auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffende Rekonstruktionslicht (5) zum Auslesen existiert, so dass mindestens eine Beugungsordnung des unter diesem weiteren ausgezeichneten Inzidenzwinkel auf die beugende Oberflächenstruktur (4) auftreffenden und durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) das Volumenhologramm (61) so rekonstruiert, dass der mindestens eine Musterbestandteil rekonstruiert wird, und sich mit dem weiteren Musterbestandteil zu dem Gesamtmuster ergänzt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (61 ) auf der von der beugenden Oberflächenstruktur (4) abgewandten Seite des Volumenhologramms (61) angeordnet wird, um durch das Volumenhologramm (61 ) transmittiertes Rekonstruktionslicht (9, 10) zu absorbieren.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (61) ausgebildet wird, mindestens eine, vorzugsweise von der die nullten Ordnung verschiedene, Beugungsordnung des durch die beugende Oberflächenstruktur (4) transmittierten Rekonstruktionslichts (9, 10) durch die Oberseite (6) der Beugungsschicht (2) zurückreflektierend zu beugen.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schichten (3) zu dem Dokumentkörper laminiert werden.
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