WO2009097979A2 - Sicherheitselement - Google Patents

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WO2009097979A2
WO2009097979A2 PCT/EP2009/000450 EP2009000450W WO2009097979A2 WO 2009097979 A2 WO2009097979 A2 WO 2009097979A2 EP 2009000450 W EP2009000450 W EP 2009000450W WO 2009097979 A2 WO2009097979 A2 WO 2009097979A2
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WO
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security element
microreflectors
detector
security
radiation
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French (fr)
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WO2009097979A3 (de
Inventor
Markus Gerigk
Andreas BÄCKER
Simon Vougioukas
Thomas Birsztejn
Josef Kenfenheuer
Ludger BRÜLL
Georgios Tziovaras
Dirk Pophusen
Mehmet-Cengiz Yesildag
Heinz Pudleiner
Original Assignee
Bayer Technology Services Gmbh
Bayer Materialscience Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet
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Definitions

  • the invention relates to optical security elements, their use for the identification and authentication of objects, as well as methods and devices for the identification and authentication of objects based on the optical security elements.
  • Security elements are preferably inseparably connected to the objects to be protected. The attempt to separate the security elements from the object preferably leads to their destruction, so that the security elements can not be misused.
  • the authenticity of an object can be verified by the presence of one or more security elements.
  • Optical security elements such as e.g. Watermarks, specialty inks, guilloche patterns, micro-typefaces and holograms are established worldwide.
  • An overview of optical security elements, which are particularly but not exclusively suitable for document protection, is published in the following book: Rudolf L. van Renesse, Optical Document Security, Third Edition, Artech House Boston / London, 2005 (pp 63-259).
  • optical security elements can be divided into the following categories:
  • Level 1 Visible ⁇ overi) - the security element is visible to the human eye and can therefore be checked easily and without any aids. Visible security elements allow each person in a first
  • Level 2 Invisible (covert) - the security element is invisible to the human eye.
  • a (simple) device is necessary.
  • Level 3 Forensic - the authentication is done by special equipment.
  • optically variable security elements that produce a different visual impression under different viewing angles.
  • Such security elements have, for example, optical diffraction structures which reconstruct different images at different viewing angles. Such effects can not be reproduced with the normal and widely used copying and printing techniques.
  • DOE diffractive optically variable image element
  • Embossed holograms are characterized in that the light-diffracting structure is converted into a three-dimensional relief structure, which is transferred to a stamping mold.
  • This embossing mold can be embossed as a master hologram in plastic films. This makes it possible to produce a large number of security elements cost.
  • the disadvantage is that many products are not equipped with visible holograms for design or aesthetic reasons. Although perfume bottles are objects that are regularly and extensively counterfeited, there are no holograms on these products, as they do not seem to fit with the product's "image” for marketing purposes, so it would be desirable to have security features available. which can also be integrated into (design) products without adversely affecting the "image” of the product.
  • a disadvantage of the embossing holograms described is further that they can not be detected by machine for authenticity. Complete coverage of the supply chain requires fast and reliable proof of authenticity at various points.
  • optical codes such as e.g. Barcodes used. Barcodes are pure features for the recognition and tracking of an object, which have no security features. They are easy to copy / fake.
  • a combination of product tracking features and anti-counterfeiting features provide RFID chips, but their use is limited because of their relatively high cost, slow read speed, and sensitivity to electromagnetic interference. It would therefore be desirable to have a security feature that is machine readable to allow for automated product tracking along the supply chain and to be able to perform a machine authenticity check.
  • embossed holograms are not customizable according to the prior art.
  • the embossed holograms are indistinguishable. This means, on the one hand, that a forger has to copy / forge only one master hologram in order to obtain a multitude of embossed holograms for counterfeit products.
  • objects can not be individualized by the embossed holograms because of their indistinguishability. For reasons of better protection against counterfeiting and the possibility of tracking and recognizing individual objects, it is preferable to use security features which can be individualized, ie which have individual security features for each product to be protected.
  • Individual characteristics are, for example, a serial number, the date of manufacture or, in the case of personal security documents, the name, an HD number or a biometric feature.
  • An individualizable security element is described, for example, in EP 0896260 A3, in which the individualization is carried out during the production of the security element.
  • Individuality is based on a deterministic process. The choice of parameters in the manufacture of the security element clearly and reproducibly determines the design of the security element. Deterministic individuality has the disadvantage that it can in principle be readjusted / copied, since there is a clear and reproducible method that generates the individual characteristics.
  • the variability in a deterministic method is usually limited, ie only a limited number of individual features can be generated with a limited set of parameters, so that only a limited number of objects can be made distinguishable.
  • the protection against counterfeiting and the number of distinguishable objects is generally higher for security elements which have random features than for security features with purely deterministic features.
  • WO2005088533A1 a method is described in which objects that have a fibrous structure (eg paper) can be clearly recognized on the basis of their random surface properties.
  • a laser beam is focused on the surface of the object, moved over the surface and detected by means of photodetectors at different points of the surface at different angles different degrees of scattered rays.
  • the detected scattered radiation is characteristic of a variety of different materials and individually for each surface. It is very difficult to imitate because it is due to coincidence in the manufacture of the object.
  • the scatter data for the individual objects are stored in a database in order to be able to authenticate the object at a later time. For this purpose, the object is measured again and the scatter data compared with the stored reference data.
  • a disadvantage of the method described is that only objects that have a sufficiently large number of random scattering centers can be detected by this method. Furthermore, for an authenticity check always the application of the method and thus a corresponding device is required. It is any People who hold such an object in their hands, not possible to make an obvious assessment of the authenticity of the object.
  • the task of providing a security element are implemented in the security features of different security levels side by side.
  • security features of all the above-mentioned levels ⁇ overt, covert, forensic) are included.
  • the security element should therefore allow both an obviousness check by a human without the aid of aids (devices) alone with his senses ⁇ overt), but at the same time also contain features of higher security levels ⁇ covert, forensic), which make a forgery more difficult and can be proven with the help of appropriate aids can.
  • the security element should be machine-checkable and customizable.
  • the security element should have at least one random character feature to provide maximum protection against counterfeiting while allowing a high number of objects to be differentiated.
  • the security element should be inexpensive and connectable to a variety of objects without adversely affecting object design.
  • the method for checking the authenticity and / or identifying the security element should be machine-executable and fast.
  • the device for checking the authenticity and / or identification of the security element should be cost-effective and operable by anyone after a short introduction, without the need for special knowledge.
  • a security element comprising at least one layer in which a multiplicity of randomly distributed and / or oriented microreflectors are contained.
  • the subject of the present invention is therefore a security element comprising at least one transparent layer, in which a plurality of microreflectors are randomly distributed, characterized in that at least a part of the microreflectors has at least one reflecting surface which is not arranged parallel to the surface of the transparent layer ,
  • the security element is characterized in that it comprises at least one layer that is transparent to electromagnetic radiation having at least one wavelength.
  • Transparency is understood to mean that the proportion of the electromagnetic radiation having at least one wavelength which penetrates the layer is greater than the sum of the portions of the electromagnetic radiation having at least one wavelength which are absorbed by the layer or reflected at the boundary surfaces of the layer , The transmittance of the layer is thus greater than 50%, wherein the transmittance of the ratio of the intensity of electromagnetic radiation having at least one wavelength which passes through the layer, based on the intensity of the electromagnetic radiation having the at least one wavelength which impinges on the layer is to be understood.
  • a transparent layer is referred to as a transparent layer.
  • the transmittance of the transparent layer for at least one wavelength is preferably between 60% and 100%, particularly preferably between 80% and 100%.
  • the at least one wavelength of the electromagnetic radiation for which the at least one layer of the security element according to the invention has the abovementioned property of transparency is preferably in the range between 300 nm and 1000 nm, particularly preferably between 400 nm and 800 nm.
  • the transparent layer of the security element according to the invention has a transmittance of at least 60% for electromagnetic radiation with a wavelength between 400 and 800 nm.
  • the transparent layer of the security element according to the invention has a thickness between 1 .mu.m and 1 cm.
  • the layer thickness is preferably in the range between 1 ⁇ m and 1 mm, particularly preferably between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the transparent layer is preferably made of glass, a ceramic or a plastic.
  • the transparent layer is preferably a film formed from a varnish or a film.
  • a film and a film are characterized in that one of the three spatial dimensions (thickness) is at least a factor of 10, preferably at least 100 times smaller than the two remaining spatial dimensions (length, width) of its body.
  • a varnish is a liquid or powder coating material which is thinly applied to objects and built up into a continuous film by chemical or physical processes (for example, evaporation of the solvent, polymerization of paint-containing monomers or oligomers, or the like).
  • a film is a solid body that has the ability to be wound on or around objects and to conform to their shape.
  • thermoplastic material in the form of a film is used as the transparent layer.
  • suitable films of thermoplastic materials are, for example, those of known thermoplastic aromatic polycarbonates Weight average molecular weights Mw of from 25,000 to 200,000, preferably from 30,000 to 120,000 and in particular from 30,000 to 80,000 (Mw determined via Eta rel in dichloromethane at 20 ° C and a concentration of 0.5 g per 100 ml) and those of known thermoplastic polyarylsulfones, which linear (see DE-OS 27 35 144) or branched (see DE-OS 27 35 092 and DE-OS 23 05 413) may be.
  • thermoplastic cellulose esters thermoplastic polyvinyl chlorides, thermoplastic styrene-acrylonitrile copolymers and thermoplastic polyurethanes.
  • Suitable cellulose esters are obtained by conventional processes by esterification of the cellulose with aliphatic monocarboxylic anhydrides, preferably acetic and butyric or acetic and propionic anhydrides.
  • thermoplastics are e.g. Polypolyacrylates and copolyacrylates and poly- or copolymers of copolymethacrylate such as by way of example and preferably polymethyl methacrylate (PMMA), poly- or copolymers with styrene, such as by way of example and preferably transparent polystyrene (PS) or polystyrene-acrylonitrile (SAN), transparent thermoplastic polyurethanes, and polyolefins, such as by way of example and preferably transparent polypropylene types or polyolefins based on cyclic olefins (for example TOPAS®, Topas Advanced Polymers), poly- or copolycondensates of terephthalic acid, such as, by way of example and preferably, poly- or copolyethylene terephthalate (PET or CoPET) or glycol-modified PET (PETG ), Polyethylene glycol naphthenate (PEN), transparent polysulfones (PSU).
  • Suitable linear polyaryl sulfones are all known aromatic polysulfones or polyethersulfones having Mw (weight average molecular weight measured, for example, by light scattering) between about 15,000 and about 55,000, preferably between about 20,000 and about 40,000.
  • Mw weight average molecular weight measured, for example, by light scattering
  • Suitable branched polyaryl sulfones are in particular the branched polyaryl ether sulfones according to DE-OS 23 05 413 or US Pat. No. 3,960,815, whose Mw (weight average molecular weight, measured, for example, by light scattering) is between about 15,000 and about 50,000, preferably between about 20,000 and 40 000 lie. (For more details see DE-AS 30 10 143).
  • Suitable thermoplastic polyvinyl chlorides are, for example, the commercially available types of PVC.
  • thermoplastic resins e.g. Styrene / acrylonitrile or alpha-methylstyrene / acrylonitrile copolymers
  • the thermoplastic resins can be prepared by known methods, e.g. by bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization and
  • Cycloolefin copolymers are described in the patents of Mitsui-Chemicals US Pat. No. 5,912,070 or Ticona GmbH EP 765,909.
  • films can be made to DE-OS 25 17 033 and DE-OS 25 31 240.
  • Thermoplastic polyurethanes can also be used to produce the layers according to the invention.
  • the foils can be matted on one side or structured on one side. This is e.g. achieved by the melt of the thermoplastic material is pressed through a slot die and the melt flag is withdrawn via a frosted or structured cooling roll.
  • the thermoplastic layer can either be a single-layer layer of these plastics, or a multilayer plastic layer of individual layers of various plastics with a thickness of 0.001 to 1 mm.
  • a security element according to the invention furthermore comprises a plurality of microreflectors, which are randomly distributed and / or oriented within the transparent layer.
  • Random distribution and / or orientation means that the position of individual microreflectors and / or the orientation of individual microreflectors within the transparent layer can not be foreseen by the production process.
  • the position and / or orientation of individual microreflectors is subject to random fluctuations in the manufacturing process.
  • the location and / or orientation of individual microreflectors can therefore not easily reproduced. This fact is due to the high level of protection afforded by the security features according to the invention: they can only be adjusted at great expense.
  • both the location (distribution of the microreflectors within the transparent layer) and their orientation are of a random nature. By chance, this is not meant to be strictly mathematical.
  • Random means that there is a random component that makes it impossible to accurately predict the location and orientation of individual microreflectors.
  • microreflectors have a preferred position and / or orientation. Around this position and / or orientation is a distribution, which can be determined by the manufacturing process. However, the position and / or orientation of individual microreflectors remains uncertain.
  • a microreflector according to the invention is characterized in that it comprises at least one surface which reflects incident electromagnetic radiation in a characteristic manner.
  • the characteristic reflection is characterized in that electromagnetic radiation having at least one wavelength is reflected in at least one direction predetermined by the angle of incidence, the proportion of the reflected radiation having the at least one wavelength being greater than the sum of the portions of the absorbed and transmitted radiation of at least a wavelength.
  • the degree of reflection of the at least one surface is therefore greater than 50%, wherein the degree of reflection of the ratio of the intensity of the electromagnetic radiation having at least one wavelength which is reflected from the surface, based on the intensity of the electromagnetic radiation having the at least one wavelength on the surface hits, it is understood.
  • a reflective surface is referred to as a reflective surface.
  • the reflectance of the reflective surface of the microreflector for at least one wavelength is between 60% and 100%, more preferably between 80% and 100%.
  • the at least one wavelength of the electromagnetic radiation for which the at least one surface of a microreflector of the security element according to the invention has the abovementioned property of reflectivity is preferably in the range between 300 nm and 1000 nm, particularly preferably between 400 nm and 800 nm.
  • the reflective surface of a microreflector of the inventive security element has a reflectance of at least 60% for electromagnetic radiation having a wavelength between 400 and 800 nm.
  • the reflection is preferably directed reflection and / or diffraction, ie the proportion of diffusely reflected radiation (scattering) is preferably less than 50%, particularly preferably less than 40%. Bent and directionally reflected radiation is referred to collectively as reflected radiation.
  • the reflective surface of a microreflector has a size between l * 10 "14 m 2 and 1 * 10 " 5 m 2 .
  • the size of the reflective surface is preferably in the range between 1 ⁇ 10 -12 m 2 and 1 ⁇ 10 -6 m 2 , more preferably between 1 ⁇ 10 -10 m 2 and 1 ⁇ 10 -7 m 2 .
  • an area element of 1 cm 2 contains on average 1 to 1000 microreflectors, preferably between 10 and 100 microreflectors.
  • the average distance between two micro-reflectors is preferably at least 5 times the average size of the reflective surface of the microreflectors In a particularly preferred embodiment, the average distance is between 10 and 50 times the average size of the reflective surface of the micro-reflectors and hereinafter the arithmetic mean of the corresponding magnitude.
  • the reflective surface of a microreflector is flat or has a curvature.
  • a parallel beam that impinges on the surface also reflected parallel back from the surface.
  • a parallel beam impinging on the surface is reflected in the form of divergent (convex curvature) or convergent (concave curvature) jets.
  • Flat surfaces have the advantage that sharp reflection bands occur in a narrow angular range (see, e.g., Figure 9).
  • Curved surfaces have the advantage that reflections occur over a wider angular range, but show wide bands. Depending on the application, therefore, flat or curved reflective surfaces are preferred.
  • the reflective surface may be flat or may include one or more structures that result in diffraction of electromagnetic radiation.
  • the microreflectors may be approximately spherical, rod-shaped, cuboidal, polyhedron-shaped, platelet-shaped or have another conceivable shape.
  • the microreflectors are platelet-shaped, where platelet-shaped is understood to mean that the spatial extent in two dimensions is approximately the same while the spatial extent Expansion in the third dimension by at least a factor of 4 is smaller than the spatial dimensions in the two remaining dimensions. Almost equal means that the spatial dimensions differ by a maximum of a factor of 2.
  • the surface formed by the spatial extent of a microreflector in the two dimensions of approximately equal extension is preferably a reflective surface.
  • platelet-shaped microreflectors have an orientation distribution which is particularly well suited for authentication and identification purposes when producing the security element by extrusion of a film containing a microplate.
  • Platelet-shaped microreflectors assume a preferential orientation parallel to the surface of the transparent layer as a result of the extrusion process.
  • the orientation of individual microplates continues to have a random component; however, the microreflectors are oriented in parallel rather than perpendicular to the surface of the transparent layer; the orientation of the microreflectors has a random distribution about the orientation parallel to the surface of the transparent layer.
  • the microreflectors therefore have a preferred orientation, which is characterized in that their reflective surfaces are randomly oriented in an angular range of 0 to 60 ° relative to the surface of the transparent layer.
  • the angle of inclination of the reflective surfaces with respect to the surface of the transparent layer is in the range between 0 and 50 °, more preferably between 0 and 30 °.
  • the micro-reflectors have a maximum length of less than 200 microns and a thickness of 2-10 microns, with a round, elliptical, or n-square shape with n> 3.
  • Elliptic is here and below not to be understood in the strict mathematical sense.
  • a rectangle or parallelogram or trapezoid or generally n-corner with rounded corners is here and below also understood to be elliptical.
  • the microreflectors contain at least one metallic component. It is preferably a metal from the series aluminum, copper, nickel, silver, gold, chromium, zinc, tin or an alloy of at least two of said metals.
  • the microreflectors may be coated with a metal or alloy, or may be made entirely of a metal / alloy.
  • metal identification platelets as described by way of example in WO 2005/078530 A1, are used as microreflectors. They have reflective surfaces. If a multiplicity of such metal identification platelets are randomly distributed and / or oriented in a transparent layer, a characteristic reflection pattern results upon irradiation of the transparent layer at different angles, which can be used for identification and authentication.
  • the metal identification platelets are characterized by characteristics which can be visualized by means of magnification techniques (eg magnifying glass, microscope): the metal identification platelets can be printed and / or have diffractive structures (eg a hologram) or eg characterized by an arbitrarily formed through-hole.
  • the tag is determined by its outer shape (triangle, square, hexagon, circle, ellipse, letter, number, character, pictogram, or other conceivable shapes).
  • the microreflectors can be introduced into a transparent layer by known techniques. If the material from which the transparent layer is made, e.g. around a thermoplastic, it is e.g. possible, the thermoplastic with the micro-reflectors in one
  • a step preferably occurs in which the microreflectors are sheared in a layer in order to achieve a random distribution with preferred orientation in the shear direction.
  • the shearing direction is preferably parallel to the surface of the later transparent layer.
  • the security element according to the invention may comprise further layers in addition to the transparent layer.
  • one or more further layers are provided above and / or below the transparent layer.
  • below the transparent layer to attach a so-called support layer, which gives the transparent layer a necessary rigidity and / or dimensional stability in order to handle the transparent layer with the micro-reflectors can.
  • the transparent layer with the microreflectors a further transparent layer which ensures scratch resistance and / or UV resistance.
  • the surface of the transparent layer and the surface of the security element are preferably arranged parallel to one another.
  • the security element according to the invention is in the form of a foil which is e.g. can be connected via laminating and / or laminating and / or injection molding with other films.
  • the security element can be easily connected to an object and is thus versatile and flexible use, eg as a security film in plastic cards and / or ID cards, as a label in or on packaging, as part of electronic boards, and much more.
  • the security element preferably has a thickness of between 5 ⁇ m and 2 mm and a surface extent of at least 0.25 cm 2 and at most 100 cm 2 .
  • the security element has the property that the microreflectors are randomly distributed and / or oriented in the transparent layer. Therefore, a security element that is tilted with respect to a light source will show reflections when viewed at different locations on the security element and / or at different tilt angles, depending on where the security element has a microreflector, its reflective surface at an angle to the radiation source and to the viewer is oriented, so that the law of reflection applies.
  • This effect can not be imitated by means of printing technology of paints and pigments, since pigments applied to a carrier by printing technology have the same orientation and are not tilted with respect to the carrier.
  • the present invention furthermore relates to the use of the security element according to the invention for the authentication and / or identification of objects, preferably for the individualized authentication and / or identification of objects.
  • the inventive security element is preferably inseparably connected to an object to be protected.
  • the attempt to remove the security element from the object destroys the security element and / or the object.
  • the security element is in the form of a film, then the security element can be connected to the object via adhesion and / or lamination. It is known to the person skilled in the art of film processing how films must be bonded by means of adhesion and / or lamination, so that a composite arises, which can not be separated without destroying.
  • the object to be authenticated and / or identified may be a personalized security or identification document.
  • Identity documents, passports, driver's licenses, credit cards, bank cards, access control cards or other identity documents may be used as such security documents or identification documents, for example, without being restricted to these.
  • the security element may be recognizable as an excellent area on or on an object. If the object is e.g. a badge, the security element could be in the form of an excellent area on the badge, e.g. Also, a hologram or a photo as an excellent area, in which it is immediately apparent that this area contains a corresponding element. In a preferred embodiment, the security element is integrated in the object in such a way that, as such, it is not conspicuous and / or obviously recognizable. If the object is e.g. an identity card in the form of a credit card, the security element extends in a preferred form over an entire page of the card or over both sides of the card. The security element is preferably linked to other functions. Thus, the security element may e.g.
  • the integration of printing and security element has the advantage that the printed image or a part of the printed image for positioning the security element according to the invention in relation to a source of electromagnetic radiation and a detector can be used to identify and / or authenticate the object based on the security element make.
  • the integration of print image and security element allows a simultaneous authentication / identification of the security element and a verification of the printed image (see also Example 4).
  • the subject matter of the present invention is furthermore a method for authenticating (authenticity checking) the security element or an object to which the security element according to the invention is attached.
  • Authentication is the process of verifying (verifying) an alleged identity.
  • the authentication of objects, documents, persons or data is a statement that they are authentic - that is, they are unchanged, not copied and / or not faked originals.
  • the authentication consists of an obviousness check, that is, an easy-to-check feature is used to examine whether or not the object under consideration is an obvious counterfeit.
  • the security element according to the invention allows the authenticity check in various ways.
  • the security element according to the invention is characterized in that it comprises a transparent layer in which a plurality of microreflectors are introduced, which can be seen with the naked eye.
  • the micro-reflectors have the property that they reflect electromagnetic radiation of at least one wavelength when the arrangement of electromagnetic radiation source, at least one reflective surface of at least one microreflector and a detector for the reflected electromagnetic radiation obeys the law of reflection.
  • the inventive method for authenticating an object based on the security element according to the invention comprises at least the following steps:
  • the electromagnetic radiation may be mono- or polychromatic.
  • the electromagnetic radiation preferably has at least one wavelength in the range from 300 nm to 1000 nm, particularly preferably in the range from 400 nm to 800 nm.
  • a light source e.g. a laser, an LED, a halogen lamp, an incandescent lamp, a candle, the sun, or another source of electromagnetic radiation that emits electromagnetic radiation of at least one wavelength in the range 300 nm to 1000 nm.
  • a laser is used.
  • the irradiation can be flat, linear or punctiform, wherein under planar irradiation is understood that the irradiation of the security element, a majority of the security element is detected by the radiation, while punctiform irradiation is understood that only a small part of the security element of the radiation is detected.
  • the beam profile may be determined by techniques known to those skilled in the art, e.g. the use of lenses or diffractive elements can be adjusted accordingly.
  • the detection of the reflected radiation takes place with a sensor sensitive to the electromagnetic radiation used, for example a photodiode or a phototransistor (point sensor), a camera sensor (area sensor (CCD, CMOS)) or the like.
  • a sensor sensitive to the electromagnetic radiation for example a photodiode or a phototransistor (point sensor), a camera sensor (area sensor (CCD, CMOS)) or the like.
  • the advantage of the method according to the invention is that in its simplest embodiment (qualitatively) it can be performed by a human without the use of equipment.
  • This embodiment is characterized in that as the source of electromagnetic radiation, the sun or a lamp or a candle or other light source is used and serves as a detector, the human eye.
  • the security element is held by the viewer at an angle to the light source, so that individual micro-reflectors reflections.
  • the observer can tilt the security element with respect to the light source so that the reflections extinguish and, if necessary, new reflections appear elsewhere in the security element. In this way, it can be easily verified by a human being that the microreflectors visible to the naked eye are not imitations produced by printing technology.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the method can be carried out by machine or can be supported mechanically and allows a quantitative evaluation.
  • a machine execution or support allows the verification of a larger number of security elements or objects based on security elements in a shorter time and at a lower cost than a (purely) personal execution.
  • machine execution or machine support allows comparison of reflection patterns with security elements that have been authenticated at different times.
  • step (C) is carried out by machine.
  • the object to be authenticated and / or a radiation source and / or at least one detector are moved relative to one another around the micro-reflectors flashing at different locations and / or at different orientation angles as a function of the relative position of the object (security element) with respect to the radiation source and Record detector.
  • the process according to the invention accordingly comprises the further steps (D) and (E) following step (C):
  • the security element and at least one detector can be held to one another rigidly (stationary) and to carry out a relative movement between the radiation source and the rigid arrangement of security element and detector.
  • the change in position can be carried out so that the radiation source irradiates another part of the security element when the position changes; but it can also be carried out so that the same part of the security element is irradiated, but at a different angle. It is also conceivable to carry out the change in position so that the same part of the security element is irradiated at the same angle, but a detector detects the radiation reflected at a different angle. In all cases, another part of the microreflectors is detected when the position changes.
  • the movement may be continuous at a constant rate, accelerating or decelerating, or discontinuous, i. e.g. gradually.
  • steps (B), (C), (D) and (E) is carried out until a sufficient number of micro-reflectors has been detected for the respective application.
  • the respective application includes an identification of the object based on the security element, it is necessary to detect so many microreflectors that a clear assignment of the reflection pattern to an object is possible. On the identification of an object based on the security element according to the invention will be discussed in more detail below.
  • the security element is fastened in a first step on a carrier, which already has a predetermined Orientation towards a source of electromagnetic radiation and at least one detector.
  • the carrier is designed in such a way and can be aligned with the radiation source and at least one detector or is already aligned so that after fixing the security element according to the invention on the carrier, a part of the microreflectors is arranged so that the arrangement of the part of the microreflectors, at least one Detector and the radiation source meets the law of reflection.
  • the type and nature of the wearer is determined by the object that is to be authenticated on the basis of the security element associated with it.
  • the object is, for example, a credit card format ID card
  • the indentation clearly defines the position of the card on the carrier.
  • the radiation source and the detector are respectively arranged around the carrier in such a way that the law of reflection for a part of the microreflectors is fulfilled.
  • At least one laser is used as the radiation source.
  • Laser light can be bundled very well and has a high intensity.
  • a focused laser beam can be scanned over the security element.
  • at least one laser and at least one detector are arranged rigidly relative to one another. The object is aligned relative to the rigid array of at least one laser and at least one detector so that the law of reflection for a portion of the microreflectors is met. The alignment can be facilitated by means of a carrier.
  • the object is moved by means of a movably executed carrier with respect to the rigid arrangement of at least one laser and at least one detector.
  • the movement is carried out in such a way that the movement causes various microreflectors to show successive reflections. It is conceivable to focus the laser beam on the security element and to drive the object past the laser beam. As a result, successive different areas of the security element are scanned by the laser beam. If the laser beam strikes a microreflector whose reflective surface is oriented so that the arrangement of reflective surface, radiation source and detector fulfills the law of reflection, this microreflector shows a reflection at the moment of the scan, which can be detected by the detector.
  • the scanning laser beam has a defined profile on the security element. This profile can be round elliptical, linear, dumbbell or otherwise.
  • the profile has a long and a short axis, e.g. given in an elliptical, linear or dumbbell-shaped profile.
  • the length of the short axis is in the order of magnitude of the average size of the reflective surfaces of the microreflectors.
  • the long axis is on the order of the mean distance between two microreflectors.
  • the term order of magnitude here and below means that two variables differ or are equal to one another by a factor smaller than 10 and larger than 0.1.
  • the long axis is slightly longer than the average distance between two microreflectors, more preferably its size is in the range between 1 and 10 times the mean distance between two microreflectors.
  • the short axis is preferably slightly longer than the average size of the reflective surfaces of the microreflectors, more preferably its size is in the range of 1 to 10 times the mean size of the reflective surfaces of the microreflectors.
  • a security element is illuminated areally and the beams reflected at different microreflectors under different angles are detected with the aid of a plurality of point sensors or with the aid of an area sensor.
  • This embodiment has the advantage that microreflectors can be detected at different locations and with different orientations without requiring relative movement between the security element and / or radiation source and / or detector.
  • the process according to the invention comprises the further steps (F) and (G) following step (C) or (E):
  • steps (F) and (G) depends on the particular application. If the authentication is an obviousness check, it is checked whether there are micro-reflectors whose reflective surfaces are not arranged parallel to the surface of the transparent layer. Accordingly, the requirement (target pattern) is that individual reflections occur when the array of surface of the transparent layer, radiation source and detector does not meet the law of reflection.
  • the notification as to whether or not the object is an obvious counterfeit can be made on the basis of a yes / no statement. It is possible, for example, to use a light signal for this: if there is no obvious forgery, a green light comes on, if it is an obvious counterfeit, a red light comes on.
  • an acoustic signal or other message which can be detected by the human senses, conceivable.
  • the authentication is to serve to verify the identity of a concrete object, then in step (F) a so-called 1: 1 comparison between the currently detected reference pattern and the reflection pattern of the presumed object (target pattern) is necessary.
  • the reflection pattern represents the reflections of the security element or of a part of the security element detected as a function of the position of the object in relation to the radiation source and a detector.
  • the reflection pattern therefore exists, for example, in the form of a number table in which the intensities measured at different angles at different locations the radiation reflected by the security element is detected. Such a number table can be directly compared with a target number table.
  • the measured intensity distribution it is also possible to use the measured intensity distribution to create a different representation of a reflection pattern by means of mathematical operations before a comparison with a desired pattern is carried out.
  • a Fourier transformation of the originally spatially dependent measured data is performed, since the Fourier-transformed data have a translational invariance and thus a higher positioning tolerance is given.
  • the characteristic features represent a kind of fingerprint or signature of the security element.
  • the signature is a digitally storable and machine processable representation of the security feature.
  • the signature is unique, i. identical security elements result in the same signature; different security elements give different signatures.
  • the reflection pattern mentioned in step (F) may be a signature.
  • the comparison of the reflection pattern with at least one desired pattern can be made on the basis of the complete number table or on the basis of characteristic features from the number table.
  • known pattern matching methods can be used, in which similarities between the data records is sought (see, for example, Image Analysis and Processing: 8th International Conference, ICIAP '95, San Remo, Italy, September 13-15, 1995. Proceedings ( Lecture Notes in Computer Science), WO 2005088533 (A1), WO2006016114 (A1), C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrial Image Processing, Springer-Verlag, 1998, p. 133 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlagtechnik Berlin, 2000, p. 84 ff, US Pat. No. 7333641 B2, DE10260642 A1, DE10260638 A1, EP1435586B1). A specific procedure is described in Example 4.
  • At least steps (A) to (G) are carried out by machine.
  • the following is an example of such a machine execution: A user places an object in a defined manner on a support and starts the mechanical execution by pressing a button.
  • the carrier is e.g. moved by means of a stepping motor into a position in which the surface of the security element, a radiation source and a detector form an arrangement in which the law of reflection is not met, but the radiation source, the detector and a hypothetical plane which is opposite by an angle ⁇ the surface of the security element is inclined to form a law satisfying the law of reflection. If microreflectors are present in the security element that are in this hypothetical plane, they would show reflections if they were to be irradiated.
  • the radiation source is e.g. activated by a control unit so that radiation falls on an area of the security element. If microreflectors with an orientation parallel to the said hypothetical plane are present in this region, reflections in the form of an increased intensity of incoming radiation are registered at the detector. About the stepping motor, the carrier can be further moved and / or tilted to detect more micro-reflectors with possibly different orientation. If no reflections are detected at the detector, it is obviously a fake object.
  • reflections are detected, they can be stored via the control unit and / or a computer unit in the form of a reflection pattern as a function of the position of the object.
  • a so-called rotary encoder is used, which triggers the measurement data acquisition.
  • the rotary encoder detects the change in position and emits an impulse if there is an incremental change in position. In the case of an impulse, a measured value is recorded and stored by the detector. If the sensor is moved over a defined travel distance, the rotary encoder ensures that measuring points are distributed over the travel distance at a constant distance from one another.
  • the currently detected reflection pattern can then, if appropriate after smoothing and / or filtering and / or mathematical transformation by means of the computer unit with at least one desired pattern, for example a reflection pattern of the object stored in a database connected to the computer unit, already at an earlier time has been compared.
  • the Result of the comparison eg the degree of correspondence between the compared reflection patterns, is then output to the user in the form of a visible or audible message via an output unit connected to the control unit or the computer unit (monitor, printer, loudspeaker, oa).
  • the present invention furthermore relates to a method for identifying a security element or an object according to the invention, which carries a security element according to the invention.
  • Identification is understood as a process that serves to uniquely recognize a person or an object.
  • the method according to the invention comprises at least the steps (A) to (C) and (F) to (G) already discussed in the method for authenticating an object in the embodiments discussed there, wherein in step (G) instead of a message about the
  • Authenticity is a message about the identity of the object. Steps (D) and (E) are optional. If the security element, for example, illuminated areally and by means of a
  • Area sensor as detector detects a number of micro-reflectors sufficient for the application, is a change in position and the detection of more
  • the method for identifying an object based on the security element according to the invention therefore comprises at least the following steps:
  • step (G) outputting a notification of the identity of the object depending on the result of the comparison in step (F).
  • the steps (A) to (G) of the inventive method are carried out by machine.
  • step (F) of the inventive method the reflection pattern of the observed object is compared with reflection patterns which have already been determined at an earlier time.
  • identity of an object is determined by the reflection pattern and there is a comparison of the considered reflection pattern with all stored in a database reflection patterns already detected object (l: n-adjustment).
  • the identity of the object on the basis of another feature, for example by means of a barcode associated with the object, and by the comparison between the currently measured reflection pattern and the reflection pattern associated with the identified object, the correctness of the object Assign assignment (authentication).
  • the present invention furthermore relates to a device for identifying and / or authenticating an object based on a security element according to the invention, comprising at least a source of electromagnetic radiation, and a detector for detecting the radiation reflected by the security element.
  • the source of electromagnetic radiation can emit monochromatic or polychromatic radiation. It preferably emits electromagnetic radiation having at least one wavelength in the range 300 nm to 1000 nm, particularly preferably in the range 400 nm to 800 nm.
  • a laser is used.
  • the detector used is a sensor which is sensitive to the electromagnetic radiation used, for example a photodiode or a phototransistor (point sensor), a camera sensor (area sensor (CCD, CMOS)) or the like.
  • a carrier is further provided, on which an object can be fixed.
  • the carrier facilitates the positioning of the security element with respect to the radiation source and / or the detector.
  • the carrier comprises an area which is brought into contact with the object to be identified or authenticated.
  • the object is either placed on the carrier, suspended in the carrier or otherwise connected to the carrier, so that the object assumes a defined and predictable orientation (location) in space.
  • the security element which is connected to the object, either already in a law satisfying the law of reflection or it can be easily brought by movement of the carrier in such an arrangement.
  • the carrier is, for example, a carriage which can be brought to a first position in which a connection of the object to the carriage is easily made possible by a user, and which can be brought to a second position in which Microreflectors in the security element, the radiation source and a detector form an arrangement that meets the law of reflection.
  • the support is moveable so that the security element can be moved relative to the radiation source and / or the detector to irradiate different microreflectors at the same or different angles and the reflections from different microreflectors at the same or at different angles to be able to capture.
  • a laser is used as radiation source and a phototransistor as detector.
  • Laser and phototransistor are arranged rigidly to each other.
  • the object to be authenticated and / or identified may be moved on a movable carrier in relation to the rigid array of laser and photodiode.
  • the laser is arranged at an angle ⁇ to the normal of the surface of the security element.
  • the detector is arranged at an angle ⁇ 'to the normal of the surface of the security element, where ⁇ ⁇ ⁇ '.
  • the laser, the normals and the detector lie in one plane. This arrangement of laser, surface of the security element and detector does not fulfill the law of reflection because ⁇ ⁇ ⁇ '.
  • microreflectors are detected which have a relative to the surface of the security element correspondingly inclined orientation of the reflective surface.
  • the angle ⁇ is in the range of 0 ° to 80 °, preferably in the range of 0 ° to 60 °.
  • the angle ⁇ ' is in the range of 0 ° to 80 °, preferably in the range of 0 ° to 60 °.
  • the laser illuminates the security element with a defined spot profile.
  • the profile preferably has a long and a short axis, as is given, for example, in the case of an elliptical, linear or dumbbell-shaped profile.
  • the length of the short axis is in the order of magnitude of the average size of the reflective surfaces of the microreflectors.
  • the long axis is on the order of the mean distance between two microreflectors.
  • the long axis is slightly longer than the average distance between two microreflectors, more preferably its size is in the range between 1 and 10 times the mean distance between two microreflectors.
  • the short axis is preferably slightly longer than the average size of the reflective surfaces of the microreflectors, more preferably its size is in the range of 1 to 10 times the mean size of the reflective surfaces of the microreflectors.
  • the device further comprises a control unit, which is connected to a computing unit and a database.
  • the control unit is used to control the radiation source, if necessary to control the movable carrier carried out in order to make a change in position of the object can and to detect the signals registered at the detector.
  • the database stores reflection patterns of security elements that can be used for 1: 1 or 1: n reconciliation. With the arithmetic unit mathematical operations on records can be made and made a comparison between reflection patterns.
  • arithmetic unit and control unit are suitable, e.g. Microprocessors.
  • the device has at least one output via which the result of a comparison can be transferred to a user of the device in the form of a message.
  • the output can e.g. a lamp that lights up when an obviousness check has revealed that the object is an obvious counterfeit.
  • the output may be e.g. a screen indicating to what extent the reflection pattern of a currently detected security element matches a reflection pattern from a connected database.
  • Other issues such as a printer, a loudspeaker or other devices serving as an interface between a machine (device) and a human (user) are conceivable.
  • the security element according to the invention combines several security levels next to each other.
  • the micro-reflectors are visible to the naked eye (overt), the The distribution and / or orientation of the individual microreflectors can be measured (covered) by means of the device according to the invention; the shape and / or the ability to acquire the microreflectors can be analyzed by means of a magnification unit ⁇ covert, forensic).
  • the inventive security element offers a high protection against counterfeiting and / or imitation, since the random distribution and / or orientation of the
  • Microreflectors is difficult to copy.
  • the security element according to the invention allows an obviousness check, which can be carried out by any human without aids.
  • the inventive security element allows an individualization of an object, since the random distribution and / or orientation of the microreflectors for each
  • the security element according to the invention is inexpensive and can be connected to a large number of objects without it having a negative influence on the object design.
  • Methods for identifying an object based on the security element according to the invention can be performed quickly and mechanically.
  • the device according to the invention is also inexpensive and can be operated by people after the shortest introduction, who have no special knowledge.
  • Figure 1 shows schematically an enlarged detail of a security element (1) according to the invention in the plan view comprising a transparent layer (2) in which micro-reflectors (3) are randomly distributed.
  • the microreflectors have a hexagonal shape which can be visualized for authenticity testing by means of a magnification unit (e.g., magnifying glass, microscope).
  • a magnification unit e.g., magnifying glass, microscope
  • FIG. 2 shows schematically an enlarged section of a security element (1) according to the invention in the side view (cross section).
  • the security element comprises a transparent layer (2) into which microreflectors (3) are introduced. These are randomly distributed and the reflective surface (4) of each microreflector has a random orientation.
  • a source of electromagnetic radiation (5) the security element can be irradiated.
  • rays (6) hit the reflecting surfaces and are thrown back (reflected).
  • the reflected radiation (7) can be collected with a detector (8). Only those surfaces which have a certain orientation with respect to radiation source (5) and detector (8) lead to a signal at the detector (see FIG. 3).
  • FIG. 3 illustrates the law of reflection on a microreflector (3).
  • Electromagnetic radiation (6) impinges on the surface (4) of the microreflector (3) at an angle ⁇ relative to the surface normal (9) to the surface (4).
  • the radiation is reflected and reflected back to the surface normal (9) at a failure angle ⁇ (7).
  • the angles ⁇ and ⁇ are equal.
  • the detector (8) attached to the appropriate position, the directionally reflected radiation can be collected.
  • the surface of the microreflector contains diffraction structures, in addition to the directionally reflected beam (the so-called zero diffraction order), further rays occur at defined angles, which are dependent on the diffraction structures, around the directionally reflected beam (higher
  • diffracted rays typically have a lower intensity than the directionally reflected radiation.
  • the diffracted rays can also be detected
  • FIG. 4 shows a photomicrograph of a product of the incorporation of microreflectors into a polymer (cylindrical granule grain from Example 1).
  • FIG. 5 shows a light micrograph of the film from Example 2.
  • FIG. 6 shows a light micrograph of a metal identification drawing plate in an identity card from Example 3.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention and of the method according to the invention for authenticating and / or identifying objects on the basis of a security element according to the invention.
  • the device comprises a source (5) for electromagnetic radiation, a detector (8) for electromagnetic radiation, a control unit (10) for controlling the radiation source (5) and for processing the at the detector (8) measured signals, a computing unit (11) for performing mathematical operations and for comparing the currently detected reflection pattern of a security element (1) with at least one desired or reference pattern, a database (12), in the reference pattern and / or target pattern are stored for comparison and an output (13) via which the result of a comparison can be transmitted to a user.
  • the units 5, 8, 10, 11, 12 and 13 are electrically, optically, via radio or another signal transmission channel interconnected (dashed lines).
  • the device also includes an input unit via which a user can operate the device (not explicitly shown in FIG. 7).
  • the input unit may be part of the control unit or the computer unit.
  • Two or more of the units 10 to 13 may also be integrated in one unit. It is also possible to connect the output unit 13 directly to the control unit 10.
  • the radiation source (5) and the detector are in a plane with the surface normal of the security element. They are arranged rigidly (immovably) to one another and form with the surface of the security element an arrangement which does not fulfill the law of reflection, i. Radiation falling on the security element (6) is reflected back from the surface of the security element and from the boundary layers between the transparent layer and possibly further layers of the security element (7 ") and does not get into the detector
  • the detector (8) is rather tilted by an angle ⁇ with respect to the beam 7 "(the beams 7 'and 7" enclose the angle ⁇ .)
  • the detector (8) detects reflections (7') of microreflectors whose reflective surface is opposite to the surface of the beam This ensures, on the one hand, that the security element is not an imitation in which microreflectors have been applied to the object by means of printing technology, on the other hand, no radiation reflected by the surface of the security element reaches the detector and causes it there an offset signal, the last point leads to a significant improvement the signal
  • FIG. 8 shows the structure used in example 4 for authentication / identification of a security element (1) in the form of an identification card which is moved relative to a laser (5) and a detector (8) (direction of movement indicated by the thick arrow). During the movement, a part of the card is irradiated and the radiation reflected from this surface (14) is detected.
  • FIG. 9 shows the intensity / of the radiation detected at the detector as a function of the travel path x of a security element from example 3 (see example 4).
  • FIG. 10 shows the intensity / of the radiation detected at the detector as a function of the travel path x of a white ID card without microreflectors (see Example 4).
  • FIG. 11 shows by way of example in a graphic representation the generation of zero crossings for storage and / or comparison with other data sets.
  • the dotted curve (15) represents the originally measured intensity signal (possibly after filtering and smoothing) as a function of location. From this curve, averaging over the ⁇ 50 adjacent values for each individual point produces the arithmetic mean, represented by the dotted line Curve (16). At the intersections between the original data (15) and the averaged data (16) is a so-called zero crossing (solid curve (17)). The zero crossings as a function of the location are stored. They may be used for comparison with the corresponding records of other security features for identification and / or authentication purposes.
  • Example 1 Preparation of a compound containing microreflectors
  • the microreflectors used were hexagonal metal marking plates of the designation "OV Dot B” made of nickel with a thickness of 5 ⁇ m and a distance of the opposite sides of 100 ⁇ m.
  • the platelets were printed, with some of the words “OVDot” to read.
  • In the middle of the plates was a large “B” as Naturalgangsformbohrung.
  • the clearance of the through-hole from the sides was 25 ⁇ m and accounted for 12.5% of the total area of the metal tag.
  • a compound was made with the metal identification platelets.
  • melt volume flow rate (MVR) is 6.0 cm 3 / (10 min) at 300 0 C and 1.2 kg load.
  • the equipment used for the production of the films consists of
  • a three-roll smoothing calender with horizontal roll arrangement wherein the third roll is pivotable by +/- 45 ° relative to the horizontal; • a roller conveyor;
  • the compound from Example 1 was fed to the hopper of the extruder. In the respective plasticizing cylinder / screw of the extruder, the melting and conveying of the respective material took place. The material melt was then fed via the adapter to the smoothing calender whose rolls had the temperature stated in Table 1. On the smoothing calender (consisting of three rolls) was the final shaping and cooling of the film. To structure the film surfaces, a rubber roller (fine matt 2-sided surface) and a steel roller (matt 6-surface) were used. The rubber roller used for structuring the film surface is disclosed in US 4,368,240 to Nauta Roll Corporation, USA. Subsequently, the film was transported through a trigger. Thereafter, a protective film made of polyethylene can be applied on both sides and carried out a winding of the film.
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  • the metal identification platelets could be recognized as small dark hexagons.
  • the metal identification platelets were evenly and randomly distributed over the entire film surface. Clumped agglomerated platelets could not be identified. There were no damaged or even destroyed platelets recognizable.
  • the through hole "B" was undamaged. The shear resulted in the metal tags not being randomly oriented but randomly oriented by a preferred orientation parallel to the surface of the film. This random distribution around a preferred orientation is particularly advantageous in the inventive method for authentication and identification of objects, since a large part of the microreflectors are accessible to the method.
  • Microreflectors which are oriented perpendicular to the surface of the transparent layer, show no reflections in the inventive method, since they lie in an angular range, which is not accessible to a reflection measurement. Such microreflectors have no purpose, they are not functional.
  • a preferred orientation parallel to the surface of the transparent layer, as achieved in the present example, has a high proportion of functional microreflectors.
  • the film can be used as a security element according to the invention. It can e.g. be laminated with other films to form a film composite can be punched out of the cards that can be used as ID cards (see Example 3).
  • the security element is therefore an integral part of the object (ID card) and can not be removed from it intact.
  • Example 3 Lamination of a film composite and production of a badge
  • a composite film was laminated from the following films:
  • the films were laminated in a press made by Bürkle at 10 bar and 180 ° C. Subsequently, a card the size of a credit card (format ID-I) was punched from the composite film. Thereafter, the metal detection platelets in the card were examined for their appearance by light microscopy.
  • Example 4 Device and method for authentication and identification of an object (ID card) based on the security element according to the invention
  • the radiation source used was a Flexpoint® FP-65/5 laser (wavelength 650 nm, maximum power 5 mW).
  • the beam profile was line-shaped with a length of 2 mm and a width of 20 ⁇ m.
  • the detector used was a Si NPN phototransistor type FT-30 from STM.
  • the identification card generated in Example 3 was used.
  • Laser and phototransistor were arranged rigidly to each other.
  • the security element was compared to the rigid arrangement moved by one centimeter (see thick arrow in Figure 8). The speed was about 1 cm / second.
  • the security element was irradiated continuously by laser light, wherein the longer side of the line-shaped beam profile was formed perpendicular to the direction of movement.
  • 7,000 measured values (intensity of the reflected light) were detected by means of the phototransistor.
  • FIG. 9 shows the result of the measurement in the form of a graphical representation.
  • the intensity of the reflected light / is plotted against the travel x. There are clear reflections in
  • Microreflectors those microreflectors oriented exactly such that the laser source, reflecting surface and phototransistor form a law satisfying the law of reflection show the highest intensity, while microreflectors having a slight deviation from the exact orientation have a smaller deviation corresponding to the deviation
  • FIG. 10 shows a comparison of the result of a corresponding measurement on an identity card without microreflectors.
  • the procedure is identical to the case described above. There are no sharp bands as in the case of Figure 9 can be seen.
  • the curve shown in FIG. 9 represents a section of a characteristic reflection pattern of a security element.
  • the raw data are usually smoothed and / or filtered. For example, it is possible to average for each value over a range of adjacent values to reduce noise. In the present case, averaging over ⁇ 5 adjacent values would be advantageous.
  • a data reduction (signal approximation) takes place, ie the data is reduced to characteristic features.
  • a special procedure will be briefly outlined here.
  • the security element in addition to the microreflectors also has other optical features such as a print.
  • the signals resulting from such optical features are superimposed on the signals by the micro-reflectors.
  • other optical features e.g. to include a printed image in the analysis.
  • the printed image can be used for position detection, on the one hand, and in addition to the microreflectors for authentication and / or identification, on the other hand.
  • a printed image when exposed to light, produces a bright-dark distribution of the reflected light that can be detected by the detector.
  • the light-dark distribution can be used as a reference indicating the relative position of microreflectors reflecting at defined angles.
  • the presence of the characteristic Paoloscuro distribution can be used for authentication and / or identification.

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Abstract

Die Erfindung betrifft optische Sicherheitselemente, deren Verwendung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten, sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten anhand der optischen Sicherheitselemente.

Description

Sicherheitselement
Die Erfindung betrifft optische Sicherheitselemente, deren Verwendung zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten, sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Identifizierung und Authentifizierung von Objekten anhand der optischen Sicherheitselemente.
Ausweise, Banknoten, Produkte etc. werden heute zur Fälschungssicherung mit Elementen versehen, die nur mit Spezialwissen und/oder hohem technischen Aufwand nachgemacht werden können. Solche Elemente werden hier als Sicherheitselemente bezeichnet. Sicherheitselemente sind bevorzugt untrennbar mit den zu schützenden Objekten verbunden. Der Versuch, die Sicherheitselemente vom Objekt zu trennen, führt bevorzugt zu deren Zerstörung, damit die Sicherheitselemente nicht missbraucht werden können.
Die Echtheit eines Objekts kann anhand des Vorhandenseins eines oder mehrerer Sicherheitselemente überprüft werden.
Optische Sicherheitselemente wie z.B. Wasserzeichen, Spezialtinten, Guilloche-Muster, Mikroschriften und Hologramme sind weltweit etabliert. Eine Übersicht über optische Sicherheitselemente, die insbesondere aber nicht ausschließlich für den Dokumentenschutz geeignet sind, gibt das folgende Buch: Rudolf L. van Renesse, Optical Document Security, Third Edition, Artech House Boston/London, 2005 (S. 63-259).
Je nachdem, wie die Echtheitsprüfung erfolgt, können optische Sicherheitselemente in folgende Kategorien eingeteilt werden:
Stufe 1 : Sichtbar {overi) - das Sicherheitselement ist für das menschliche Auge sichtbar und kann somit einfach und ohne Hilfsmittel überprüft werden. Sichtbare Sicherheitselemente gestatten es jedem Menschen in einer ersten
„Offensichtlichkeitsprüfung", die Echtheit eines Objekts zu prüfen.
Stufe 2: Unsichtbar (covert) - das Sicherheitselement ist für das menschliche Auge unsichtbar. Für die Echtheitsprüfung ist ein (einfaches) Gerät notwendig.
Stufe 3 : Forensisch (forensic) - die Echtheitsprüfung erfolgt durch Spezialequipment.
Dabei geben die Kategorien auch qualitativ den Aufwand wieder, der zur Fälschung eines solchen Elements notwendig ist. Daher werden sie hier als (Sicherheits-)Stufen benannt. Zur Sicherung von schützenswerten Objekten werden oft mehrere Sicherheitselemente miteinander kombiniert. Dabei ist es aus Kostengründen oft vorteilhaft, mehrere Sicherheitsmerkmale in einem einzigen Element unterzubringen, anstatt ein schützenswertes Objekt mit mehreren verschiedenen Sicherheitselementen auszustatten. In DE 10232245 Al wird z.B. ein spezielles optisch variables Element (Optically Variable Device = OVD) beschrieben, das in Folge einer Dünnfilmschichtfolge mit mindestens einer Distanzschicht durch Interferenz Farbverschiebungen erzeugt und zur Erhöhung der Sicherheit zusätzlich mit diffraktiven Strukturen versehen werden kann. Sowohl die durch Interferenz erzeugte Farbverschiebung als auch Beugungserscheinungen infolge der diffraktiven Strukturen lassen sich mit dem menschlichen Auge erfassen. Es handelt sich also um die Kombination von zwei sichtbaren (overt, Stufe 1) Merkmalen.
Es wäre wünschenswert, mit einem einzigen Sicherheitselement alle oben genannten Sicherheitsstufen auch nebeneinander realisieren zu können.
Je höher der Aufwand bei der Herstellung eines Sicherheitselementes ist, desto höher ist in der Regel auch der Aufwand zu dessen Fälschung. Aufwändige Sicherheitselemente geben demnach in der Regel einen höheren Schutz als einfache Sicherheitselemente. Aufwändige Sicherheitselemente finden sich heute überwiegend auf hochwertigen Produkten, da sich der hohe Aufwand zur Erzeugung der Elemente natürlich auf die Produktkosten niederschlägt. Bei vielen Verbrauchsmaterialien ist der Einsatz von Sicherheitselementen nicht rentabel. Es wäre jedoch wünschenswert, Sicherheitselemente zur Verfügung zu haben, die kostengünstig erzeugt und eingesetzt werden können, aber dennoch einen hohen Schutz vor Fälschung bieten, damit auch weniger hochwertige Produkte wie z.B. Verbrauchsmaterialien geschützt werden können.
Aufgrund der leichten Verfügbarkeit und hohen Qualität von Reproduktionen, die mit modernen Farbkopierern oder mit hochauflösenden Scannern und Farblaserdruckern erstellt werden können, besteht ein Bedürfnis, die Fälschungssicherheit von optischen Sicherheitsmerkmalen laufend zu verbessern. Bekannt sind optisch variable Sicherheitselemente, die unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen optischen Eindruck erzeugen. Derartige Sicherheitselemente weisen beispielsweise optische Beugungsstrukturen auf, die unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln unterschiedliche Bilder rekonstruieren. Solche Effekte sind mit den normalen und weit verbreiteten Kopier- und Drucktechniken nicht zu reproduzieren. Eine spezielle Ausführungsform eines solchen beugungsoptischen Sicherheitselements (Diffractive Optically Variable Image Device = DOVID) ist in DE 10126342 Cl beschrieben. Dabei handelt sich um ein so genanntes Prägehologramm. Prägehologramme zeichnen sich dadurch aus, dass die Licht beugende Struktur in eine dreidimensionale Reliefstruktur umgesetzt wird, die auf eine Prägeform übertragen wird. Diese Prägeform kann als Masterhologramm in Kunststofffolien geprägt werden. Damit ist es möglich, eine große Zahl an Sicherheitselementen kostengünstig zu erzeugen. Nachteilig ist jedoch, dass viele Produkte aus Design- oder äst ethischen Gründen nicht mit sichtbaren Hologrammen ausgestattet werden. Parfümflaschen sind Objekte, die zwar regelmäßig und in großem Umfang gefälscht werden, dennoch finden sich auf diesen Produkte keine Hologramme, da diese offenbar aus Marketing-Gründen nicht zum „Image" des Produktes passen. Es wäre daher wünschenswert, Sicherheitselemente zur Verfügung zu haben, die auch in (Design-)Produkte integriert werden können, ohne das „Image" des Produkts nachteilig zu beeinflussen.
Nachteilig an den beschriebenen Prägehologrammen ist ferner, dass sie zur Echtheitsprüfung nicht maschinell erfasst werden können. Für eine lückenlose Abdeckung der Lieferkette ist es erforderlich, dass die Echtheit an verschiedenen Stellen schnell und zuverlässig nachgewiesen werden kann. Üblicherweise werden zur Produktverfolgung (track and trace) optische Codes wie z.B. Barcodes eingesetz. Barcodes sind dabei reine Merkmale zur Erkennung und Verfolgung eines Objekts, die keinerlei Sicherheitsmerkmale aufweisen. Sie sind einfach zu kopieren / zu fälschen. Eine Kombination aus Merkmalen zur Produktverfolgung und zum Fälschungsschutz bieten RFID- Chips, die jedoch aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Kosten, langsamen Auslesegeschwindigkeit und Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störfeldern nur begrenzt einsetzbar sind. Es wäre daher wünschenswert, ein Sicherheitsmerkmal zur Verfügung zu haben, das maschinell auslesbar ist, um zum einen eine automatisierte Produktverfolgung entlang der Lieferkette zu ermöglichen, und zum anderen auch eine maschinelle Echtheitsprüfung vornehmen zu können. Dabei ist eine reine maschinelle Echtheitsprüfung unzureichend, da auch der Endkunde die Möglichkeit haben sollte, anhand eines Merkmals die Echtheit des Objekts prüfen zu können. Der Endkunde wird eine solche Echtheitsprüfung in der Regel ohne Zuhilfenahme eines Geräts, also allein mit seinen Sinnen vornehmen.
Nachteilig an Prägehologrammen ist ferner, dass diese Sicherheitselemente nach dem Stand der Technik nicht individualisierbar sind. Die geprägten Hologramme sind ununterscheidbar. Das bedeutet zum einen, dass ein Fälscher nur ein einziges Masterhologramm kopieren/fälschen muss, um eine Vielzahl an Prägehologrammen für gefälschte Produkte zu erhalten. Zum anderen lassen sich Objekte durch die Prägehologramme aufgrund deren Ununterscheidbarkeit nicht individualisieren. Aus Gründen des besseren Fälschungsschutzes und der Möglichkeit der Verfolgung und Erkennung einzelner Objekte ist es zu bevorzugen, Sicherheitsmerkmale zu verwenden, die individualisierbar sind, d.h. die für jedes zu schützende Produkt individuelle Sicherheitsmerkmale aufweisen. Unter individuellen Merkmalen versteht man z.B. eine Seriennummer, das Herstelldatum oder im Fall von personengebundenen Sicherheitsdokumenten den Namen, eine HD- Nummer oder ein biometrisches Merkmal. Die Kombination von individuellen Merkmalen mit Sicherheitsmerkmalen, die schwer oder nur unter großem Aufwand nachzuweisen sind, ist nach dem Stand der Technik bekannt. Ein individualisierbares Sicherheitselement ist z.B. in EP 0896260 A3 beschrieben, bei dem die Individualisierung während der Herstellung des Sicherheitselementes vorgenommen wird. Dabei beruht die Individualität auf einem deterministischen Verfahren. Die Wahl der Parameter bei der Herstellung des Sicherheitselements bestimmt eindeutig und in reproduzierbarer Weise die Ausführung des Sicherheitselements. Deterministische Individualität hat den Nachteil, dass sie prinzipiell nachgestellt/kopiert werden kann, da es ein eindeutiges und reproduzierbares Verfahren gibt, das die individuellen Merkmale erzeugt. Zudem ist die Variabilität bei einem deterministischen Verfahren meist begrenzt, d.h. es lassen sich nur eine begrenzte Anzahl an individuellen Merkmalen mit einem begrenzten Satz an Parametern erzeugen, so dass auch nur eine begrenzte Anzahl von Objekten unterscheidbar gemacht werden kann. Der Fälschungsschutz und die Anzahl unterscheidbarer Objekte ist bei Sicherheitselementen, welche zufällige Merkmale aufweisen, in der Regel höher als bei Sicherheitsmerkmalen mit rein deterministischen Merkmalen.
In WO2005088533A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem sich Objekte, die eine Faserstruktur aufweisen (z.B. Papier), anhand ihrer zufälligen Oberflächenbeschaffenheit eindeutig wiedererkennen lassen. Dabei wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Objekts fokussiert, über die Oberfläche bewegt und mittels Fotodetektoren die an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche unter verschiedenen Winkeln unterschiedlich stark gestreuten Strahlen detektiert. Die erfasste Streustrahlung ist charakteristisch für eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und individuell für jede Oberfläche. Sie lässt sich nur sehr schwer nachahmen, da sie auf Zufälligkeiten bei der Herstellung des Objekts zurückzuführen ist. Die Streudaten zu den einzelnen Objekten werden in einer Datenbank gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt das Objekt authentifizieren zu können. Hierzu wird das Objekt erneut vermessen und die Streudaten mit den gespeicherten Referenzdaten verglichen. Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, dass nur Objekte, die über eine ausreichend große Anzahl an zufälligen Streuzentren verfügen, mittels dieser Methode erfasst werden können. Ferner ist zu einer Echtheitsprüfung stets die Anwendung des Verfahrens und damit ein entsprechendes Gerät erforderlich. Es ist einem beliebigen Menschen, der ein solches Objekt in den Händen hält, nicht möglich, eine Offensichtlichkeitsprüfung hinsichtlich der Echtheit des Objekts vorzunehmen.
Es stellt sich damit ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe, ein Sicherheitselement bereitzustellen, bei dem Sicherheitsmerkmale verschiedener Sicherheitsstufen nebeneinander realisiert sind. Bevorzugt sind Sicherheitsmerkmale aller oben genannten Stufen {overt, covert, forensic) enthalten. Das Sicherheitselement sollte demnach sowohl eine Offensichtlichkeitsüberprüfung durch einen Menschen ohne Zuhilfenahme von Hilfsmitteln (Geräte) allein mit seinen Sinnen ermöglichen {overt), gleichzeitig aber auch Merkmale höherer Sicherheitsstufen enthalten {covert, forensic), die eine Fälschung erschweren und unter Zuhilfenahme entsprechender Hilfsmittel nachgewiesen werden können. Das Sicherheitselement sollte maschinell überprüfbar und individualisierbar sein. Das Sicherheitselement sollte mindestens ein Merkmal mit zufälligem Charakter aufweisen, um einen maximalen Fälschungsschutz gewährleisten und gleichzeitig eine hohe Anzahl an Objekten differenzieren zu können. Das Sicherheitselement sollte kostengünstig sein und mit einer Vielzahl von Objekten verbunden werden können, ohne einen nachteiligen Einfluss auf das Objektdesign auszuüben. Das Verfahren zur Echtheitsprüfung und / oder Identifizierung des Sicherheitselements sollte maschinell ausführbar und schnell sein. Die Vorrichtung zur Echtheitsprüfung und / oder Identifizierung des Sicherheitselements sollte kostengünstig und von jedem Menschen nach kurzer Einführung bedienbar sein, ohne dass Spezialwissen nötig ist.
Überraschend wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Sicherheitselement umfassend mindestens eine Schicht, in der eine Vielzahl an zufällig verteilten und / oder orientierten Mikroreflektoren enthalten sind, gelöst werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Sicherheitselement umfassend mindestens eine transparente Schicht, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren zufällig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mikroreflektoren über mindestens eine reflektierende Oberfläche verfügt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet ist.
Das Sicherheitselement ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Schicht umfasst, die für elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge transparent ist. Unter Transparenz wird verstanden, dass der Anteil der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, der die Schicht durchdringt, größer ist als die Summe der Anteile der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die von der Schicht absorbiert werden oder an den Grenzflächen der Schicht reflektiert werden. Der Transmissionsgrad der Schicht ist also größer als 50%, wobei unter Transmissionsgrad das Verhältnis der Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die durch die Schicht hindurchgeht, bezogen auf die Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge, die auf die Schicht auftrifft, zu verstehen ist. Im Folgenden wird eine solche Schicht als transparente Schicht bezeichnet.
Bevorzugt liegt der Transmissionsgrad der transparenten Schicht für mindestens eine Wellenlänge zwischen 60% und 100%, besonders bevorzugt zwischen 80% und 100%.
Bevorzugt liegt die mindestens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, für die die mindestens eine Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements die oben genannte Eigenschaft der Transparenz aufweist, im Bereich zwischen 300 nm und 1000 nm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 800 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements einen Transmissionsgrad von mindestens 60% für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm auf.
Die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements weist eine Dicke zwischen 1 μm und 1 cm auf. Bevorzugt liegt die Schichtdicke im Bereich zwischen 1 μm und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 μm und 500 μm.
Die transparente Schicht besteht bevorzugt aus Glas, einer Keramik oder einem Kunststoff.
Die transparente Schicht ist bevorzugt ein Film, der aus einem Lack gebildet wird, oder eine Folie. Ein Film und eine Folie sind dadurch gekennzeichnet, dass eine der drei räumlichen Ausdehnungen (Dicke) mindestens um den Faktor 10, bevorzugt mindestens um den Faktor 100 kleiner ist als die zwei übrigen räumlichen Ausdehnungen (Länge, Breite) ihres Körpers. Ein Lack ist ein flüssiger oder auch pulverförmiger Beschichtungsstoff, der dünn auf Gegenstände aufgetragen wird und durch chemische oder physikalische Vorgänge (zum Beispiel Verdampfen des Lösungsmittels, Polymerisation von im Lack enthaltenden Monomeren oder Oligomeren o.a.) zu einem durchgehenden Film aufgebaut wird. Eine Folie ist ein fester Körper, der über die Fähigkeit verfügt, an oder um Gegenstände gewickelt werden zu können und sich deren Form anzupassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselements wird als transparente Schicht ein thermoplastischer Kunststoff in Form einer Folie eingesetzt. Erfϊndungsgemäß geeignete Folien aus thermoplastischen Kunststoffen sind z.B. solche aus bekannten thermoplastischen aromatischen Polycarbonaten mit Gewichtsmittelmolekulargewichten Mw von 25.000 bis 200.000, vorzugsweise von 30.000 bis 120.000 und insbesondere von 30.000 bis 80.000 (Mw ermittelt über Eta rel in Dichlormethan bei 20° C und einer Konzentration von 0,5 g pro 100 ml) und solche aus bekannten, thermoplastischen Polyarylsulfonen, welche linear (siehe DE-OS 27 35 144) oder verzweigt (siehe DE-OS 27 35 092 bzw. DE-OS 23 05 413) sein können.
Ebenfalls geeignet sind Folien aus thermoplastischen Celluloseestern, thermoplastischen Polyvinylchloriden, thermoplastischen Styrol-Acylnitril-Copolymerisaten und thermoplastischen Polyurethanen.
Geeignete Celluloseester werden nach üblichen Verfahren durch Veresterung der Cellulose mit aliphatischen Monocarbonsäureanhydriden, vorzugsweise Essigsäure- und Buttersäure- oder Essigsäure- und Propionsäureanhydrid, gewonnen.
Weiterhin geeignete Thermoplaste sind z.B. PoIy- oder Copolyacrylate und PoIy- oder Copolymethacrylate wie beispielhaft und vorzugsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), PoIy- oder Copolymere mit Styrol wie beispielhaft und vorzugsweise transparentes Polystyrol (PS) oder Polystyrolacrylnitril (SAN), transparente thermoplastische Polyurethane, sowie Polyolefine, wie beispielhaft und vorzugsweise transparente Polypropylentypen oder Polyolefine auf der Basis von cyclischen Olefϊnen (z. B. TOPAS® , Topas Advanced Polymers), PoIy- oder Copolykondensate der Terephthalsäure, wie beispielhaft und vorzugsweise PoIy- oder Copolyethylenterephthalat (PET oder CoPET) oder glycol-modifiziertes PET (PETG), Polyethylenglykolnaphthenat (PEN), transparente Polsulfone (PSU).
Geeignete lineare Polyarylsulfone sind alle bekannten aromatischen Polysulfone oder Polyethersulfone mit Mw (Gewichtsmittelmolekulargewicht gemessen beispielsweise mittels Lichtstreuung) zwischen etwa 15 000 und etwa 55 000, vorzugsweise zwischen etwa 20 000 und etwa 40 000. Derartige Polyarylsulfone sind beispielsweise in DE-OS 17 19 244 bzw. US-PS 33 65 517 beschrieben. Geeignete verzweigte Polyarylsulfone sind insbesondere die verzweigten Polyarylethersulfone gemäß DE-OS 23 05 413 bzw. US-PS 39 60 815, deren Mw (Gewichtsmittelmolekulargewicht, gemessen beispielsweise mittels Lichtstreuung) zwischen etwa 15 000 und etwa 50 000, vorzugsweise zwischen etwa 20 000 und 40 000 liegen. (Weitere Einzelheiten dazu siehe DE-AS 30 10 143).
Geeignete thermoplastische Polyvinylchloride sind beispielsweise die im Handel befindlichen PVC-Typen. Geeignete thermoplastische Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate sind Mischpolymerisate des Styrols mit vorzugsweise Acrylnitril, die z.B. durch Suspensionspolymerisation in Gegenwart von Katalysatoren aus den Monomeren bzw. der Mischung der Monomeren mit Mw von 10 000 bis 600 000 erhalten werden (Mw wird gemessen in DMF bei C = 5 g/l und 200C). Literatur dazu siehe Beilsteins Handbuch der organischen Chemie, vierte Auflage, Drittes Ergänzungswerk B 1.5, Seiten 1163-1169, Springer Verlag 1964, H. Ohlinger, Polystyrol 1. Teil, Herstellungsverfahren und Eigenschaften der Produkte, Springer Verlag (1955).
Die thermoplastischen Harze, z.B. Styrol/Acrylnitril oder alpha-Methylstyrol/Acrylnitril- Copolymerisate können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, z.B. durch Massepolymerisation, Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation und
Emulsionspolymerisation.
Cycloolefin-Copolymere sind den Patentschriften der Fa. Mitsui-Chemicals US 5 912 070 bzw. der Fa. Ticona GmbH EP 765 909 beschrieben.
Zur Herstellung der Schichtstoffe, insbesondere Folien kann auf DE-OS 25 17 033 und auf DE-OS 25 31 240 verwiesen werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schichten können auch thermoplastische Polyurethane verwendet werden.
Die Folien können einseitig mattiert oder einseitig strukturiert sein. Dies wird z.B. erreicht, indem die Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs durch eine Breitschlitzdüse ausgepresst wird und die Schmelzfahne über eine mattierte bzw. strukturierte Abkühlwalze abgezogen wird.
Bei der thermoplastischen Kunststoffschicht kann es sich entweder um eine einlagige Schicht dieser Kunststoffe handeln, oder um eine mehrlagige Kunststoffschicht aus Einzellagen verschiedener Kunststoffe mit einer Dicke von jeweils 0,001 bis 1 mm.
Ein erfϊndungsgemäßes Sicherheitselement umfasst weiterhin eine Vielzahl an Mikroreflektoren, die zufällig innerhalb der transparenten Schicht verteilt und / oder orientiert sind.
Unter zufälliger Verteilung und / oder Orientierung wird verstanden, dass die Lage einzelner Mikroreflektoren und / oder die Orientierung einzelner Mikroreflektoren innerhalb der transparenten Schicht durch den Herstellungsprozess nicht vorhersehbar eingestellt werden kann. Die Lage und / oder Orientierung einzelner Mikroreflektoren unterliegt zufälligen Schwankungen beim Herstellungsprozess. Die Lage und / oder die Orientierung einzelner Mikroreflektoren kann daher nicht einfach reproduziert werden. Auf dieser Tatsache beruht der hohe Schutz, den die erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmale bieten: sie lassen sich nur unter sehr hohem Aufwand nachstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Lage (Verteilung der Mikroreflektoren innerhalb der transparenten Schicht) als auch ihre Orientierung zufälliger Natur. Dabei ist zufällig nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen. Zufällig bedeutet, dass es eine zufällige Komponente gibt, die eine exakte Vorhersagbarkeit der Lage und Orientierung einzelner Mikroreflektoren unmöglich macht. Es ist jedoch denkbar, dass Mikroreflektoren eine bevorzugte Lage und / oder Orientierung aufweisen. Um diese Lage und / oder Orientierung stellt sich eine Verteilung ein, die durch den Herstellprozess determiniert werden kann. Die Lage und / oder Orientierung einzelner Mikroreflektoren bleibt jedoch ungewiss.
Ein erfindungsgemäßer Mikroreflektor ist dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine Oberfläche umfasst, die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung in charakteristischer Weise reflektiert. Die charakteristische Reflexion ist dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge in mindestens eine durch den Einstrahlwinkel vorgegebene Richtung reflektiert wird, wobei der Anteil der reflektierten Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge größer ist als die Summe der Anteile der absorbierten und transmittierten Strahlung der mindestens einen Wellenlänge. Der Reflexionsgrad der mindestens einen Oberfläche ist demnach größer als 50%, wobei unter Reflexionsgrad das Verhältnis der Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge, die von der Oberfläche zurückgeworfen wird, bezogen auf die Intensität der elektromagnetischen Strahlung mit der mindestens einen Wellenlänge, die auf die Oberfläche auftrifft, zu verstehen ist. Im Folgenden wird eine solche Oberfläche als reflektierende Oberfläche bezeichnet.
Bevorzugt liegt der Reflexionsgrad der reflektierenden Oberfläche des Mikroreflektors für mindestens eine Wellenlänge zwischen 60% und 100%, besonders bevorzugt zwischen 80% und 100%.
Bevorzugt liegt die mindestens eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, für die die mindestens eine Oberfläche eines Mikroreflektors des erfindungsgemäßen Sicherheitselements die oben genannte Eigenschaft der Reflektivität aufweist, im Bereich zwischen 300 nm und 1000 nm, besonders bevorzugt zwischen 400 nm und 800 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors des erfϊndungsgemäßen Sicherheitselements einen Reflexionsgrad von mindestens 60% für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm auf. Bei der Reflexion handelt es sich bevorzugt um gerichtete Reflexion und / oder Beugung, d.h. der Anteil diffus reflektierter Strahlung (Streuung) ist bevorzugt kleiner als 50%, besonders bevorzugt kleiner als 40%. Gebeugte und gerichtet reflektierte Strahlung wird hier zusammenfassend als reflektierte Strahlung bezeichnet.
Die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors hat eine Größe zwischen l*10"14 m2 und 1*10" 5 m2. Bevorzugt liegt die Größe der reflektierenden Oberfläche im Bereich zwischen l*10~12 m2 und 1*10"6 m2, besonders bevorzugt zwischen l*10~10 m2 und 1 *10"7 m2.
Der Begriff „Vielzahl an Mikroreflektoren" ist wie folgt zu verstehen: Betrachtet man die transparente Schicht des erfindungsgemäßen Sicherheitselements von oben oder unten, so befinden sich in einem Flächenelement von 1 cm2 im Durchschnitt 1 bis 1000 Mikroreflektoren, bevorzugt zwischen 10 und 100 Mikroreflektoren. Der mittlere Abstand zwischen zwei Mikroreflektoren beträgt bevorzugt mindestens das 5fache der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der mittlere Abstand zwischen dem 10 und dem 50fachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren. Unter einer mittleren Größe ist hier und im Folgenden der arithmetische Mittelwert der entsprechenden Größe zu verstehen.
Die reflektierende Oberfläche eines Mikroreflektors ist flach oder weist eine Krümmung auf. Bei einer flachen Oberfläche wird ein paralleles Strahlenbündel, das auf die Oberfläche auftrifft, auch parallel wieder von der Oberfläche zurückgeworfen. Bei einer gekrümmten Oberfläche wird ein paralleles Strahlenbündel, das auf die Oberfläche auftrifft, in Form von divergenten (konvexe Krümmung) oder konvergenten (konkave Krümmung) Strahlen zurückgeworfen. Flache Oberflächen haben den Vorteil, dass scharfe Reflexionsbanden in einem schmalen Winkelbereich auftreten (siehe z.B. Figur 9). Gekrümmte Oberflächen haben den Vorteil, dass Reflexionen über einen breiteren Winkelbereich auftreten, die jedoch breite Banden zeigen. Je nach Anwendungszweck werden daher flache oder gekrümmte reflektierende Oberflächen bevorzugt.
Die reflektierende Oberfläche kann eben sein oder sie kann eine oder mehrere Strukturen umfassen, die zu einer Beugung von elektromagnetischer Strahlung führt.
Die Mikroreflektoren können annähernd kugelförmig, stäbchenförmig, quaderförmig, polyederförmig, plättchenformig sein oder eine andere denkbare Form aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitselement sind die Mikroreflektoren plättchenformig, wobei unter plättchenformig verstanden wird, dass die räumliche Ausdehnung in zwei Dimensionen annähernd gleich ist während die räumliche Ausdehnung in der dritten Dimension um mindestens den Faktor 4 kleiner ist als die räumlichen Ausdehnungen in den zwei übrigen Dimensionen. Annährend gleich bedeutet, dass sich die räumlichen Ausdehnungen maximal um den Faktor 2 unterscheiden. Die Oberfläche, die durch die räumliche Ausdehnung eines Mikroreflektors in die zwei Dimensionen mit annähernd gleicher Ausdehnung gebildet wird, ist bevorzugt eine reflektierende Oberfläche.
Überraschend wurde gefunden, dass plättchenförmige Mikroreflektoren bei der Herstellung des Sicherheitselements über Extrusion einer Mikroplättchen enthaltenden Folie eine Orientierungsverteilung aufweisen, die für Authentifizierungs- und Identifizierungszwecke besonders gut geeignet ist. Plättchenformige Mikroreflektoren nehmen in Folge des Extrusionsvorgangs eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht an. Dabei weist die Orientierung einzelner Mikroplättchen weiterhin eine zufällige Komponente auf; die Mikroreflektoren sind jedoch eher parallel als senkrecht zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert; die Orientierung der Mikroreflektoren weist eine Zufallsverteilung um die Orientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht auf.
Durch diese Vorzugsorientierung ist der größte Anteil der Mikroreflektoren dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Authentifizierung und / oder Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zugänglich. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Mikroreflektoren daher eine Vorzugsorientierung auf, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre reflektierenden Oberflächen in einem Winkelbereich von 0 bis 60° gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht zufällig orientiert sind. Bevorzugt liegt der Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht im Bereich zwischen 0 und 50°, besonders bevorzugt zwischen 0 und 30°.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Mikroreflektoren eine größte Längenausdehnung von kleiner 200 μm und eine Dicke von 2-10μm, mit einer runden, elliptischen, oder n-eckigen Form mit n>3. Elliptisch ist hier und im Folgenden nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen. Ein Rechteck oder Parallelogramm oder Trapez oder allgemein n-Eck mit abgerundeten Ecken soll hier und im Folgenden ebenfalls als elliptisch verstanden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mikroreflektoren mindestens eine metallische Komponente. Bevorzugt handelt es sich um ein Metall aus der Reihe Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Chrom, Zink, Zinn oder um eine Legierung aus mindestens zwei der genannten Metalle. Die Mikroreflektoren können mit einem Metall oder einer Legierung beschichtet sein oder vollständig aus einem Metall / einer Legierung bestehen. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden Metallkennzeichnungsplättchen, wie sie beispielhaft in WO 2005/078530 Al beschrieben sind, als Mikroreflektoren eingesetzt. Sie verfügen über reflektierende Oberflächen. Werden eine Vielzahl solcher Metallkennzeichnungsplättchen zufällig in einer transparenten Schicht verteilt und/oder orientiert, ergibt sich bei Bestrahlung der transparenten Schicht unter verschiedenen Winkeln ein charakteristisches Reflexionsmuster, das zur Identifizierung und Authentifizierung herangezogen werden kann. Ferner sind die Metallkennzeichnungsplättchen durch Kennzeichen charakterisiert, die mittels Vergrößerungstechniken (z.B. Lupe, Mikroskop) sichtbar gemacht werden können: die Metallkennzeichnungsplättchen können bedruckt sein und/oder diffraktive Strukturen (z.B. ein Hologramm) aufweisen oder z.B. durch eine willkürlich gebildete Durchgangsformbohrung gekennzeichnet sein. Außerdem wird das Kennzeichnungsplättchen durch seine äußere Form festgelegt (Dreieck, Viereck, Sechseck, Kreis, Ellipse, Buchstabe, Zahl, Zeichen, Piktogramm, oder andere denkbare Formen).
Die Mikroreflektoren können über bekannte Techniken in eine transparente Schicht eingebracht werden. Handelt es sich bei dem Material, aus dem die transparente Schicht hergestellt wird, z.B. um einen Thermoplast, so ist es z.B. möglich, den Thermoplast mit den Mikroreflektoren in einem
Extruder zu vermengen (Schmelzextrusion). Handelt es sich bei dem Material, aus dem die transparente Schicht hergestellt wird, z.B. um einen Lack der in seiner Ausgangsform flüssig vorliegt, so ist es z.B. möglich, die Mikroreflektoren in dem flüssigen Lack zu dispergieren, den Lack mit dispergierten Mikroreflektoren als Film auszustreichen und den Lack anschließend zu härten.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements tritt bevorzugt ein Schritt auf, in dem die Mikroreflektoren in einer Schicht geschert werden, um eine Zufallsverteilung mit Vorzugsorientierung in Scherrichtung zu erzielen. Die Scherrichtung liegt bevorzugt parallel zur Oberfläche der späteren transparenten Schicht.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement kann neben der transparenten Schicht weitere Schichten umfassen. So ist es denkbar, dass oberhalb und / oder unterhalb der transparenten Schicht eine oder mehrere weitere Schichten angebracht sind. Es ist z.B. denkbar, unterhalb der transparenten Schicht eine so genannte Trägerschicht anzubringen, welche der transparenten Schicht eine nötige Steifigkeit und / oder Formstabilität verleiht, um die transparente Schicht mit den Mikroreflektoren handhaben zu können.
Es ist z.B. denkbar, oberhalb der transparenten Schicht mit den Mikroreflektoren eine weitere transparente Schicht anzubringen, welche für Kratzfestigkeit und / oder UV-Beständigkeit sorgt. Die Oberfläche der transparenten Schicht und die Oberfläche des Sicherheitselements sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das erfindungsgemäße Sicherheitselement in Form einer Folie vor, die z.B. über Laminieren und / oder Kaschieren und / oder Hinterspritzen mit weiteren Folien verbunden werden kann.
In dieser Form kann das Sicherheitselement auf einfache Weise mit einem Objekt verbunden werden und ist somit vielfältig und flexibel einsetzbar, z.B. als Sicherheitsfolie in Plastikkarten und / oder Ausweisen, als Etikett in oder auf Verpackungen, als Bestandteil von elektronischen Platinen, und vieles mehr. Das Sicherheitselement hat bevorzugt eine Dicke zwischen 5 μm und 2 mm und eine flächige Ausdehnung von mindestens 0,25 cm2 und höchstens 100 cm2.
Das Sicherheitselement hat die Eigenschaft, dass die Mikroreflektoren in der transparenten Schicht zufällig verteilt und / oder orientiert sind. Daher wird ein Sicherheitselement, das gegenüber einer Lichtquelle gekippt wird, bei Betrachtung an verschiedenen Stellen des Sicherheitselements und / oder unter verschiedenen Kippwinkeln Reflexionen zeigen, je nachdem an welcher Stelle das Sicherheitselement einen Mikroreflektor aufweist, dessen reflektierende Oberfläche in einem Winkel zur Strahlenquelle und zum Betrachter orientiert ist, so dass das Reflexionsgesetz gilt. Dieser Effekt lässt sich mittels Drucktechnik von Farben und Pigmenten nicht nachahmen, da drucktechnisch auf einen Träger aufgebrachte Pigmente dieselbe Orientierung besitzen und gegenüber dem Träger nicht verkippt sind. Für die Echtheitsprüfung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements ist von entscheidender Bedeutung, dass verschiedene Mikroreflektoren unter verschiedenen Betrachtungswinkeln aufleuchten, da die reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren unterschiedliche Neigungswinkel (Orientierungen) bzgl. der transparenten Schicht aufweisen. Drucktechnisch erzeugte Nachahmungen oder aufgedampfte Metallpartikel würden alle unter demselben Betrachtungswinkel aufleuchten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zur Authentifϊzierung und / oder Identifizierung von Objekten, vorzugsweise zur individualisierten Authentifizierung und / oder Identifizierung von Objekten. Hierzu ist das erfϊndungsgemäße Sicherheitselement bevorzugt untrennbar mit einem zu schützenden Objekt verbunden. Bevorzugt führt der Versuch, das Sicherheitselement vom Objekt zu entfernen, zur Zerstörung des Sicherheitselements und / oder des Objekts. Liegt das Sicherheitselement in Form einer Folie vor, so kann das Sicherheitselement über Klebung und / oder Laminierung mit dem Objekt verbunden werden. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Folienverarbeitung ist bekannt, wie Folien mittels Klebung und / oder Laminierung verbunden werden müssen, so dass ein Verbund entsteht, der nicht zerstörungsfrei wieder aufgetrennt werden kann. In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann es sich bei dem zu authentifizierenden und/oder identifizierenden Objekt um ein personalisiertes Sicherheits- bzw. Identifikationsdokument handeln. Als solche Sicherheitsdokumente bzw. vorzugsweise Identifiaktionsdokumente kommen beispielsweise Personalausweise, Reisepässe, Führerscheine, Kreditkarten, Bankkarten, Karten für die Zugangskontrolle oder sonstigen Ausweisdokumente in Frage ohne auf diese beschränkt zu sein.
Das Sicherheitselement kann als ausgezeichneter Bereich auf einem oder an einem Objekt erkennbar sein. Ist das Objekt z.B. ein Ausweis, so könnte das Sicherheitselement in Form eines ausgezeichneten Bereiches auf dem Ausweis vorliegen, wie z.B. auch ein Hologramm oder ein Foto als ausgezeichneter Bereich vorliegen, bei dem sofort erkennbar ist, dass dieser Bereich ein entsprechendes Element enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sicherheitselement in dem Objekt so integriert, dass es als solches nicht auffällig und/oder offensichtlich erkennbar ist. Ist das Objekt z.B. ein Ausweis in Form einer Kreditkarte, so erstreckt sich das Sicherheitselement in einer bevorzugten Form über eine ganze Seite des Ausweises oder über beide Seiten des Ausweises. Bevorzugt ist das Sicherheitselement mit anderen Funktionen verknüpft. So kann das Sicherheitselement z.B. teilweise bedruckt sein. Auch wenn der Druck einen Teil der Mikroreflektoren abdeckt, erfüllt das Sicherheitselement seine Funktion, wenn nur eine ausreichend große Anzahl an Mikroreflektoren vorhanden und sichtbar sind, die zu einer Authentifϊzierung und/oder Identifizierung herangezogen werden können. Die Integration von Druck und Sicherheitselement hat den Vorteil, dass das Druckbild oder ein Teil des Druckbildes zur Positionierung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements in Bezug zu einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und einem Detektor herangezogen werden kann, um eine Identifizierung und/oder Authentifizierung des Objekts anhand des Sicherheitselements vorzunehmen. Zudem erlaubt die Integration von Druckbild und Sicherheitselement eine gleichzeitige Authentifizierung/Identifizierung des Sicherheitselements und eine Verifikation des Druckbildes (siehe auch Beispiel 4).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Authentifizierung (Echtheitsprüfung) des Sicherheitselements bzw. eines Objekts, an dem das erfindungsgemäße Sicherheitselement angebracht ist. Unter Authentifizierung wird der Vorgang der Überprüfung (Verifikation) einer behaupteten Identität verstanden. Die Authentifizierung von Objekten, Dokumenten, Personen oder Daten ist die Feststellung, dass diese authentisch sind - es sich also um unveränderte, nicht kopierte und / oder nicht gefälschte Originale handelt. In seiner einfachsten Form besteht die Authentifizierung in einer Offensichtlichkeitsprüfung, d.h. es wird an einem einfach zu prüfenden Merkmal untersucht, ob es sich bei dem betrachteten Objekt um eine offensichtliche Fälschung handelt oder nicht. Das erfindungsgemäße Sicherheitselement erlaubt die Echtheitsprüfung auf verschiedenen Wegen. Das erfindungsgemäße Sicherheitselement ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine transparente Schicht umfasst, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren eingebracht sind, die mit dem bloßen Auge zu erkennen sind. Die Mikroreflektoren haben die Eigenschaft, dass sie elektromagnetische Strahlung mindestens einer Wellenlänge reflektieren, wenn die Anordnung aus Quelle für elektromagnetische Strahlung, mindestens eine reflektierende Oberfläche mindestens eines Mikroreflektors und ein Detektor für die reflektierte elektromagnetische Strahlung dem Reflexionsgesetz gehorcht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Authentifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements umfasst mindestens die folgenden Schritte:
(A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist
(B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung
(C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung
Die elektromagnetische Strahlung kann mono- oder polychromatisch sein. Bevorzugt weist die elektromagnetische Strahlung mindestens eine Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt im Bereich 400 nm bis 800 nm auf. Als Lichtquelle kann z.B. ein Laser, eine LED, eine Halogenlampe, eine Glühfadenlampe, eine Kerze, die Sonne oder eine andere Quelle für elektromagnetische Strahlung, die elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm emittiert, verwendet werden. Bevorzugt wird ein Laser verwendet.
Die Bestrahlung kann flächig, linienförmig oder punktförmig erfolgen, wobei unter flächiger Bestrahlung verstanden wird, dass durch die Bestrahlung des Sicherheitselements ein Großteil des Sicherheitselements durch die Strahlung erfasst wird, während unter punktförmiger Bestrahlung verstanden wird, dass nur ein geringer Teil des Sicherheitselements von der Strahlung erfasst wird. Das Strahlprofil kann durch dem Fachmann bekannte Techniken wir z.B. die Verwendung von Linsen oder diffraktiven Elementen entsprechend eingestellt werden.
Die Detektion der reflektierten Strahlung erfolgt mit einem für die verwendete elektromagnetische Strahlung empfindlichen Sensor, z.B. einer Fotodiode oder einem Fototransistor (Punktsensor), einem Kamera-Sensor (Flächensensor (CCD, CMOS)) oder Ahnlichem. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das es in seiner einfachsten Ausführungsform (qualitativ) durch einen Menschen ohne Einsatz von Geräten durchgeführt werden kann. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für elektromagnetische Strahlung die Sonne oder eine Lampe oder eine Kerze oder eine andere Lichtquelle verwendet wird und als Detektor das menschliche Auge dient. Das Sicherheitselement wird vom Betrachter in einem Winkel zur Lichtquelle gehalten, so dass einzelne Mikroreflektoren Reflexionen zeigen. Der Betrachter kann das Sicherheitselement gegenüber der Lichtquelle verkippen, so dass die Reflexionen erlischen und gegebenenfalls neue Reflexionen an anderer Stelle des Sicherheitselements auftauchen. Auf diese Weise kann durch einen Menschen auf einfache Weise verifiziert werden, dass die mit bloßem Auge sichtbaren Mikroreflektoren keine drucktechnisch erzeugten Nachahmungen sind.
Ein weiterer Vorteil des erfϊndungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren maschinell ausgeführt oder maschinell unterstützt werden kann und eine quantitative Bewertung ermöglicht. Eine maschinelle Ausführung oder Unterstützung erlaubt die Überprüfung einer größeren Anzahl von Sicherheitselementen oder Objekten anhand von Sicherheitselementen in einer kürzeren Zeit und zu geringeren Kosten als eine (rein) personelle Ausführung. Darüber hinaus erlaubt eine maschinelle Ausführung oder maschinelle Unterstützung einen Vergleich von Reflexionsmustern bei Sicherheitselementen, die zu verschiedenen Zeiten authentifiziert wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zumindest Schritt (C) maschinell.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das zu authentifizierende Objekt und/oder eine Strahlungsquelle und/oder mindestens ein Detektor zueinander bewegt, um die an verschiedenen Stellen und/oder unter verschiedenen Orientierungswinkeln aufblinkenden Mikroreflektoren als Funktion der relativen Lage des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber Strahlungsquelle und Detektor aufzuzeichnen. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfϊndungsgemäße Verfahren demnach die weiteren Schritte (D) und (E) im Anschluss an Schritt (C):
(D) Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(E) Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist. Die Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber der Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor kann so ausgeführt werden, dass Strahlungsquelle und mindestens ein Detektor zueinander starr (unbewegt) gehalten werden, während das Sicherheitselement (bzw. das Objekt) in Relation zur starren Anordnung aus Detektor und Strahlungsquelle bewegt wird. Dabei ist sowohl eine Bewegung der starren Anordnung gegenüber dem Objekt (Sicherheitselement) als auch eine Bewegung des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber der starren Anordnung denkbar. Ebenso ist es denkbar, das Sicherheitselement und mindestens einen Detektor zueinander starr (unbewegt) zu halten und eine relative Bewegung zwischen Strahlungsquelle und der starren Anordnung aus Sicherheitselement und Detektor auszuführen. Weitere Kombinationen sind denkbar. Die Änderung der Lage kann so ausgeführt werden, dass die Strahlungsquelle bei Lageänderung einen anderen Teil des Sicherheitselements bestrahlt; sie kann aber auch so ausgeführt werden, dass derselbe Teil des Sicherheitselements bestrahlt wird, jedoch unter einem anderen Winkel. Ebenso ist es denkbar die Lageänderung so auszuführen, dass derselbe Teil des Sicherheitselements unter demselben Winkel bestrahlt wird, jedoch ein Detektor die unter einem anderen Winkel reflektierte Strahlung erfasst. In allen Fällen wird bei Lageänderung ein anderer Teil der Mikroreflektoren erfasst.
Die Bewegung kann kontinuierlich mit gleichbleibender Geschwindigkeit, beschleunigend oder abbremsend, oder diskontinuierlich, d.h. z.B. schrittweise erfolgen.
Die Wiederholung der Schritte (B), (C), (D) und (E) wird solange ausgeführt, bis eine für den jeweiligen Anwendungszweck ausreichende Anzahl an Mikroreflektoren erfasst worden ist.
Handelt es sich bei der Authentifϊzierung um eine Offensichtlichkeitsprüfung, so ist denkbar, dass nur die Schritte (A), (B) und (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden und dabei solche Mikroreflektoren in eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung zur Strahlenquelle und zum Detektor gebracht werden, deren reflektierende Oberfläche nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht verläuft. In einem solchen Fall wird also nur geprüft, ob es Mikroreflektoren gibt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert sind, um drucktechnische Nachahmungen ausschließen zu können.
Beinhaltet der jeweilige Anwendungszweck eine Identifizierung des Objekts anhand des Sicherheitselements, müssen so viele Mikroreflektoren erfasst werden, dass eine eindeutige Zuordnung des Reflexionsmusters zu einem Objekt möglich ist. Auf die Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements wird weiter unten näher eingegangen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sicherheitselement in einem ersten Schritt auf einem Träger befestigt, der bereits eine vorgegebene Orientierung gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und mindestens einem Detektor aufweist. Der Träger ist so beschaffen und lässt sich gegenüber Strahlungsquelle und mindestens einem Detektor so ausrichten oder ist bereits so ausgerichtet, dass nach Fixierung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements auf dem Träger ein Teil der Mikroreflektoren so angeordnet ist, dass die Anordnung aus dem Teil der Mikroreflektoren, mindestens einem Detektor und der Strahlungsquelle das Reflexionsgesetz erfüllt. Die Art und die Beschaffenheit des Trägers wird maßgeblich durch das Objekt, das anhand des mit ihm verbundenen Sicherheitselements authentifiziert werden soll, bestimmt. Ist das Objekt z.B. ein Ausweis im Kreditkartenformat, so ist es z.B. möglich, als Träger eine ebene Oberfläche bereitzustellen, die eine Vertiefung aufweist, in die der Ausweis eingelegt werden kann. Durch die Vertiefung ist die Position des Ausweises auf dem Träger eindeutig festgelegt. Strahlungsquelle und Detektor sind entsprechend so um den Träger angeordnet, dass das Reflexionsgesetz für einen Teil der Mikroreflektoren erfüllt ist.
Ebenso ist es denkbar, ein Objekt wie einen Ausweis im Kreditkartenformat auf einen Schlitten als Träger zu befestigen. Der Schlitten kann dann in eine Position gebracht werden, in der die Anordnung aus einem Teil der Mikroreflektoren, einer Strahlungsquelle und einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Strahlungsquelle mindestens ein Laser verwendet. Laserlicht lässt sich sehr gut bündeln und hat eine hohe Intensität. Zur Authentifizierung kann ein fokussierter Laserstrahl über das Sicherheitselement gerastert werden. Dabei ist sowohl eine Bewegung des Lasers gegenüber dem Objekt (Sicherheitselement) als auch eine Bewegung des Objekts (Sicherheitselements) gegenüber dem Laser denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Verfahrens sind mindestens ein Laser und mindestens ein Detektor starr zueinander angeordnet. Das Objekt wird in Bezug zu der starren Anordnung aus mindestens einem Laser und mindestens einem Detektor so ausgerichtet, dass das Reflexionsgesetz für einen Teil der Mikroreflektoren erfüllt ist. Die Ausrichtung kann mittels eines Trägers erleichtert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Objekt mittels eines beweglich ausgeführten Trägers in Bezug zu der starren Anordnung aus mindestens einem Laser und mindestens einem Detektor bewegt. Die Bewegung wird so ausgeführt, dass durch die Bewegung verschiedene Mikroreflektoren nacheinander Reflexionen zeigen. Es ist denkbar, den Laserstrahl auf das Sicherheitselement zu fokussieren und das Objekt an dem Laserstrahl vorbei zu fahren. Dadurch werden nacheinander verschiedene Bereiche des Sicherheitselements vom Laserstrahl abgetastet. Trifft der Laserstrahl dabei auf einen Mikroreflektor, dessen reflektierende Oberfläche so orientiert ist, dass die Anordnung aus reflektierender Oberfläche, Strahlungsquelle und Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt, zeigt dieser Mikroreflektor im Moment der Abtastung eine Reflexion, der mit dem Detektor detektiert werden kann. Der abtastende Laserstrahl weist auf dem Sicherheitselement ein definiertes Profil auf. Dieses Profil kann rund elliptisch, linienförmig, hanteiförmig oder sonst wie geartet sein.
Bevorzugt weist das Profil eine lange und eine kurze Achse auf, wie dies z.B. bei einem elliptischen, linienförmigen oder hanteiförmigen Profil gegeben ist. Die Länge der kurzen Achse liegt dabei in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren. Die lange Achse liegt in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Unter Größenordnung wird hier und im Folgenden verstanden, dass zwei Größen um einen Faktor kleiner als 10 und größer als 0,1 voneinander abweichen oder gleich sind. Bevorzugt ist die lange Achse etwas länger als der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1 fachen und dem lOfachen des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Die kurze Achse ist bevorzugt etwas länger als die mittlere Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1 fachen und dem lOfachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sicherheitselement flächig beleuchtet und es werden die an verschiedenen Mikroreflektoren unter verschiedenen Winkern reflektierten Strahlen mit Hilfe mehrerer Punktsensoren oder mit Hilfe eines Flächensensors detektiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Mikroreflektoren an unterschiedlicher Stelle und mit unterschiedlichen Orientierungen erfasst werden können, ohne dass eine relative Bewegung zwischen Sicherheitselement und / oder Strahlungsquelle und / oder Detektor nötig ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die weiteren Schritte (F) und (G) im Anschluss an Schritt (C) oder (E):
(F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster
(G) Ausgabe einer Mitteilung über die Authentizität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F)
Die konkrete Ausgestaltung der Schritte (F) und (G) ist abhängig von dem jeweiligen Anwendungszweck. Handelt es sich bei der Authentifizierung um eine Offensichtlichkeitsprüfung, so wird überprüft, ob es Mikroreflektoren gibt, deren reflektierende Oberflächen nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet sind. Dementsprechend ist die Anforderung (Soll-Muster), dass einzelne Reflexionen auftreten, wenn die Anordnung aus Oberfläche der transparenten Schicht, Strahlungsquelle und Detektor das Reflexionsgesetz nicht erfüllt. In Schritt (G) kann die Mitteilung, ob es sich bei dem Objekt um eine offensichtliche Fälschung handelt oder nicht, anhand einer Ja/Nein-Aussage erfolgen. Es ist z.B. möglich, hierfür ein Lichtsignal zu verwenden: handelt es sich um keine offensichtliche Fälschung, leuchtet ein grünes Lämpchen auf, handelt es sich um eine offensichtliche Fälschung, leuchtet ein rotes Lämpchen auf. Alternativ ist auch ein akustisches Signal oder eine andere Mitteilung, die mit den menschlichen Sinnen erfassbar ist, denkbar. Soll die Authentifϊzierung dazu dienen, die Identität eines konkreten Objekts zu verifizieren, so ist in Schritt (F) ein so genannter l:l-Abgleich zwischen aktuell erfasstem Referenzmuster und dem Reflexionsmuster des vermuteten Objekts (Soll-Muster) nötig. Das Reflexionsmuster stellt die in Abhängigkeit der Lage des Objekts in Bezug zur Strahlungsquelle und einem Detektor erfassten Reflexionen des Sicherheitselements oder eines Teils des Sicherheitselements dar. Das Reflexionsmuster liegt daher z.B. in Form einer Zahlentabelle vor, in der die an verschiedenen Orten unter verschiedenen Winkeln gemessenen Intensitäten der von dem Sicherheitselement zurückgeworfenen Strahlung erfasst sind. Eine solche Zahlentabelle kann direkt mit einer Soll-Zahlentabelle verglichen werden. Ebenso ist es möglich, aus der gemessenen Intensitätsverteilung mittels mathematischer Operationen eine andere Darstellung eines Reflexionsmusters zu erstellen, bevor ein Vergleich mit einem Soll-Muster durchgeführt wird. Bevorzugt wird dabei eine Fourier-Transformation der ursprünglich ortsabhängig gemessenen Daten vorgenommen, da die Fourier-transforierten Daten eine translatorische Invarianz aufweisen und damit eine höhere Positioniertoleranz gegeben ist.
Es ist möglich, aus der Intensitätsverteilung charakteristische Merkmale zu extrahieren, um die Datengröße zu reduzieren. Die charakteristischen Merkmale stellen eine Art Fingerabdruck oder Signatur des Sicherheitselements dar. Die Signatur ist eine digital speicherbare und maschinell verarbeitbare Repräsentation des Sicherheitsmerkmals. Die Signatur ist eindeutig, d.h. identische Sicherheitselemente ergeben die gleiche Signatur; verschiedene Sicherheitselemente ergeben verschiedene Signaturen. Das in Schritt (F) genannte Reflexionsmuster kann eine Signatur sein.
Der Vergleich des Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster kann auf Basis der vollständigen Zahlentabelle oder auf Basis von charakteristischen Merkmalen aus der Zahlentabelle erfolgen. Hierfür können z.B. bekannte Verfahren des Pattern Matching eingesetzt werden, bei denen nach Ähnlichkeiten zwischen den Datensätzen gesucht wird (siehe z.B. Image Analysis and Processing: 8th International Conference, ICIAP '95, San Remo, Italy, September 13- 15, 1995. Proceedings (Lecture Notes in Computer Science), WO 2005088533(Al), WO2006016114(Al), C. Demant, B. Streicher-Abel, P. Waszkewitz, Industrielle Bildverarbeitung, Springer- Verlag, 1998, S. 133 ff, J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff, US 7333641 B2, DE10260642 Al, DE10260638 Al, EP1435586B1). Ein spezielles Verfahren ist in Beispiel 4 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens die Schritte (A) bis (G) maschinell ausgeführt. Im Folgenden wird ein Beispiel einer solchen maschinellen Ausführung gegeben: Ein Benutzer legt ein Objekt in definierter Weise auf einen Träger und startet per Knopfdruck die maschinelle Ausführung. Der Träger wird z.B. mittels eines Schrittmotors in eine Position gefahren, in der die Oberfläche des Sicherheitselements, eine Strahlungsquelle und ein Detektor eine Anordnung bilden, in der das Reflexionsgesetz nicht erfüllt ist, wohl aber die Strahlungsquelle, der Detektor und eine hypothetische Ebene, die um einen Winkel γ gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements geneigt ist, eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung bilden. Sind in dem Sicherheitselement Mikroreflektoren vorhanden, die in dieser hypothetischen Ebene liegen, so würden sie Reflexionen zeigen, wenn sie bestrahlt werden würden. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Laserstrahls auf dem Sicherheitselement, der räumlichen Ausdehnung der Sensorfläche des Detektors und der hierzu vergleichsweise geringen Dicke der transparenten Schicht des Sicherheitselements würden auch alle Mikroreflektoren, die nicht in aber parallel zu der hypothetischen Ebene liegen, Reflexionen zeigen. Nachdem das Objekt in die entsprechende Position gebracht worden ist, wird die Strahlungsquelle z.B. durch eine Steuereinheit aktiviert, so dass Strahlung auf einen Bereich des Sicherheitselements fällt. Sind in diesem Bereich Mikroreflektoren mit einer Orientierung parallel zu der genannten hypothetischen Ebene vorhanden, werden am Detektor Reflexionen in Form einer erhöhten Intensität ankommender Strahlung registriert. Über den Schrittmotor kann der Träger weiter bewegt und/oder gekippt werden, um weitere Mikroreflektoren mit ggf. anderer Orientierung zu erfassen. Werden am Detektor keine Reflexionen erfasst, so handelt es sich offensichtlich um ein gefälschtes Objekt. Werden Reflexionen erfasst, so können diese über die Steuereinheit und/oder eine Rechnereinheit in Form eines Reflexionsmusters in Abhängigkeit der Lage des Objekts gespeichert werden. In einer bevorzugten Form wird ein so genannter Drehgeber verwendet, der die Messdatenerfassung triggert. Der Drehgeber erfasst die Lageänderung und gibt bei einer inkrementellen Lageänderung einen Impuls ab. Bei einem Impuls wird ein Messwert seitens des Detektors aufgenommen und gespeichert. Wird der Sensor über eine definierte Verfahrstrecke bewegt, so sorgt der Drehgeber dafür, dass über die Verfahrstrecke in konstantem Abstand voneinander Messpunkte verteilt werden.
Das aktuell erfasste Reflexionsmuster kann dann, ggf. nach Glättung und/oder Filterung und/oder mathematischer Transformation mittels der Rechnereinheit mit mindestens einem Soll-Muster, z.B. einem in einer mit der Rechnereinheit verbundenen Datenbank gespeicherten Reflexionsmuster des Objekts, das zu einem früheren Zeitpunkt bereits erfasst worden ist, verglichen werden. Das Ergebnis des Vergleichs, z.B. der Grad der Übereinstimmung zwischen den verglichenen Reflexionsmustern, wird dann z.B. über eine Ausgabeeinheit, die mit der Steuereinheit oder der Rechnereinheit verbunden ist, an den Benutzer in Form einer sieht- oder hörbaren Mitteilung ausgegeben (Monitor, Drucker, Lautsprecher, o.a.).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Identifizierung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements bzw. eines Objekts, welches ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement trägt. Unter Identifizierung wird ein Vorgang verstanden, der zum eindeutigen Erkennen einer Person oder eines Objektes dient.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens die bereits beim Verfahren zur Authentifizierung eines Objekts diskutierten Schritte (A) bis (C) und (F) bis (G) in den dort diskutierten Ausführungsformen, wobei in Schritt (G) anstelle einer Mitteilung über die
Authentizität eine Mitteilung über die Identität des Objekts erfolgt. Die Schritte (D) und (E) sind optional. Wird das Sicherheitselement beispielsweise flächig beleuchtet und werden mittels eines
Flächensensors als Detektor eine für den Anwendungszweck ausreichende Anzahl an Mikroreflektoren gleichzeitig erfasst, ist eine Lageänderung und die Erfassung weiterer
Mikroreflektoren nicht notwendig. Das Verfahren zur Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements umfasst demnach mindestens die folgenden Schritte:
(A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung,
(C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung,
(D) ggf. Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(E) ggf. Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist, (F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster,
(G) Ausgabe einer Mitteilung über die Identität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F).
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden die Schritte (A) bis (G) des erfmdungsgemäßen Verfahrens maschinell ausgeführt.
In Schritt (F) des erfϊndungsgemäßen Verfahrens wird das Reflexionsmuster des betrachteten Objekts mit Reflexionsmustern verglichen, die bereits zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt worden sind. Insofern wird die Identität eines Objekts durch das Reflexionsmuster bestimmt und es erfolgt ein Abgleich des betrachteten Reflexionsmusters mit allen in einer Datenbank gespeicherten Reflexionsmustern bereits erfasster Objekts (l:n- Abgleich).
Alternativ ist es denkbar, die Identität des Objekts anhand eines anderen Merkmals zu bestimmen, beispielsweise anhand eines Barcodes, der mit dem Objekt verbunden ist, und durch den Vergleich zwischen aktuell gemessenem Reflexionsmuster und dem Reflexionsmuster, das dem identifizierten Objekt zugeordnet ist, die Richtigkeit der Zuordnung zu bestätigen (Authentifizierung) .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts anhand eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements, mindestens umfassend eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, und einen Detektor zur Detektion der vom Sicherheitselement reflektierten Strahlung.
Die Quelle für elektromagnetische Strahlung kann mono- oder polychromatische Strahlung emittieren. Bevorzugt emittiert sie elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt im Bereich 400 nm bis 800 nm. Als Strahlungsquelle kann z.B. ein Laser, eine LED, eine Halogenlampe, eine Glühfadenlampe, eine Kerze, die Sonne oder eine andere Quelle für elektromagnetische Strahlung, die elektromagnetische Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge im Bereich 300 nm bis 1000 nm emittiert, verwendet werden. Bevorzugt wird ein Laser verwendet.
Als Detektor wird ein für die verwendete elektromagnetische Strahlung empfindlicher Sensor verwendet, z.B. eine Fotodiode oder ein Fototransistor (Punktsensor), ein Kamera-Sensor (Flächensensor (CCD, CMOS)) oder Ähnliches. In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Träger vorhanden, auf den ein Objekt fixiert werden kann. Der Träger erleichtert die Positionierung des Sicherheitselements in Bezug zur Strahlenquelle und / oder zum Detektor. Der Träger umfasst einen Bereich, der mit dem zu identifizierenden oder authentifizierenden Objekt in Kontakt gebracht wird. Dabei wird das Objekt entweder auf den Träger gelegt, in den Träger eingehängt oder auf sonstige Weise mit dem Träger verbunden, so dass das Objekt eine definierte und vorhersehbare Orientierung (Lage) im Raum annimmt. Durch die Verbindung des Objekts mit dem Träger befindet sich das Sicherheitselement, das mit dem Objekt verbunden ist, entweder bereits in einer das Reflexionsgesetz erfüllenden Anordnung oder es kann durch Bewegung des Trägers leicht in eine solche Anordnung gebracht werden. In einer besonderen Ausführungsform ist der Träger z.B. ein Schlitten, der in eine erste Position gebracht werden kann, in der eine Verbindung des Objekts mit dem Schlitten auf einfache Weise durch einen Benutzer ermöglicht wird, und der in eine zweite Position gebracht werden kann, in der Mikroreflektoren in dem Sicherheitselement, die Strahlungsquelle und ein Detektor eine Anordnung bilden, die das Reflexionsgesetz erfüllt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Träger beweglich ausgeführt, so dass das Sicherheitselement in Bezug zur Strahlungsquelle und / oder zum Detektor bewegt werden kann, um verschiedene Mikroreflektoren unter demselben oder unter verschiedenen Winkeln bestrahlen und die Reflexionen von verschiedenen Mikroreflektoren unter demselben oder unter verschiedenen Winkeln erfassen zu können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Strahlungsquelle ein Laser und als Detektor ein Fototransistor verwendet. Laser und Fototransistor sind starr zueinander angeordnet. Das zu authentifizierende und/oder identifizierende Objekt kann auf einem beweglichen Träger in Relation zur starren Anordnung aus Laser und Fotodiode bewegt werden. Der Laser ist in einem Winkel δ zur Normalen der Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet. Der Detektor ist in einem Winkel δ' zur Normalen der Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet, wobei δ ≠ δ'. Der Laser, die Normale und der Detektor liegen in einer Ebene. Diese Anordnung aus Laser, Oberfläche des Sicherheitselements und Detektor erfüllt das Reflexionsgesetz nicht, da δ ≠ δ' ist. In einer solchen Anordnung werden also Mikroreflektoren erfasst, die eine gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements entsprechend geneigte Orientierung der reflektierenden Oberfläche aufweisen. Durch Bewegung des Sicherheitselements (mittels Träger) werden verschiedene Mikroreflektoren nacheinander unter einem gleichbleibenden Winkel erfasst. Der Winkel δ liegt im Bereich von 0° bis 80°, bevorzugt im Bereich von 0° bis 60°. Der Winkel δ' liegt im Bereich von 0° bis 80°, bevorzugt im Bereich von 0° bis 60°. Durch den Laser wird das Sicherheitselement mit einem definierten Spotprofil beleuchtet. Das Profil weist bevorzugt eine lange und eine kurze Achse auf, wie dies z.B. bei einem elliptischen, linienförmigen oder hanteiförmigen Profil gegeben ist. Die Länge der kurzen Achse liegt dabei in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren. Die lange Achse liegt in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Bevorzugt ist die lange Achse etwas länger als der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1 fachen und dem lOfachen des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren. Die kurze Achse ist bevorzugt etwas länger als die mittlere Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren, besonders bevorzugt liegt ihre Größe im Bereich zwischen dem 1 fachen und dem lOfachen der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Steuereinheit, die mit einer Recheneinheit und einer Datenbank verbunden ist. Die Steuereinheit dient zur Ansteuerung der Strahlungsquelle, ggf. zur Ansteuerung des beweglich ausgeführten Trägers, um eine Lageänderung des Objekts vornehmen zu können und zur Erfassung der am Detektor registrierten Signale. In der Datenbank sind Reflexionsmuster von Sicherheitselementen gespeichert, die für einen 1 : 1- oder 1 :n- Abgleich verwendet werden können. Mit der Recheneinheit können mathematische Operationen an Datensätzen vorgenommen und ein Vergleich zwischen Reflexionsmustern vorgenommen werden. Als Recheneinheit und Steuereinheit eignen sich z.B. Mikroprozessoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verfügt die Vorrichtung über mindestens einen Ausgang, über den das Ergebnis eines Vergleichs an einen Benutzer der Vorrichtung in Form einer Mitteilung übergeben werden kann. Der Ausgang kann z.B. eine Lampe sein, die aufleuchtet, wenn eine Offensichtlichkeitsprüfung ergeben hat, dass das Objekt eine offensichtliche Fälschung ist. Ebenso kann der Ausgang z.B. ein Bildschirm sein, auf dem angegeben wird, zu welchem Grad das Reflexionsmuster eines aktuell erfassten Sicherheitselements mit einem Reflexionsmuster aus einer angeschlossenen Datenbank übereinstimmt. Weitere Ausgaben wie z.B. ein Drucker, ein Lautsprecher oder andere Geräte, die als Schnittstelle zwischen einer Maschine (Vorrichtung) und einem Menschen (Benutzer) dienen, sind denkbar.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Sicherstellung der Echtheit eines Objekts eine Reihe von Vorteilen:
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement vereint mehrere Sicherheitsstufen nebeneinander. Die Mikroreflektoren sind mit dem bloßen Auge erkennbar (overt), die Verteilung und/oder Orientierung der einzelnen Mikroreflektoren ist mittels der erfϊndungsgemäßen Vorrichtung messbar (covert), die Form und/oder Beschafffenheit der Mikroreflektoren kann mittels Vergrößerungseinheit analysiert werden {covert, forensic).
Das erfmdungsgemäße Sicherheitselement bietet einen hohen Schutz gegenüber Fälschung und/oder Nachahmung, da die zufällige Verteilung und/oder Orientierung der
Mikroreflektoren nur schwer zu kopieren ist.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement erlaubt eine Offensichtlichkeitsprüfung, die von jedem Menschen ohne Hilfsmittel durchgeführt werden kann.
Das erfmdungsgemäße Sicherheitselement gestattet eine Individualisierung eines Objekts, da die zufällige Verteilung und / oder Orientierung der Mikroreflektoren für jedes
Sicherheitselement einzigartig ist.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement ist kostengünstig und lässt sich mit einer Vielzahl an Objekten verbinden ohne dass es einen negativen Einfluss auf das Objektdesign ausübt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Authentifizierung und das erfindungsgemäße
Verfahren zur Identifizierung eines Objekts anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements lassen sich maschinell und schnell ausführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls kostengünstig und lässt sich auch von Menschen nach kürzester Einführung bedienen, die über keine Spezialkenntnisse verfügen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert, ohne sie jedoch auf diese zu beschränken.
Figur 1 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement (1) in der Aufsicht umfassend eine transparente Schicht (2), in der Mikroreflektoren (3) zufällig verteilt enthalten sind. In dieser Ausführungsform weisen die Mikroreflektoren eine sechseckige Form auf, die zur Echtheitsprüfung mittels einer Vergrößerungseinheit (z.B. Lupe, Mikroskop) sichtbar gemacht werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement (1) in der Seitenansicht (Querschnitt). Das Sicherheitselement umfasst eine transparente Schicht (2), in die Mikroreflektoren (3) eingebracht sind. Diese sind zufällig verteilt und die reflektierende Oberfläche (4) eines jeden Mikroreflektors weist eine zufällige Orientierung auf. Mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung (5) kann das Sicherheitselement bestrahlt werden. Dabei treffen Strahlen (6) auf die reflektierenden Oberflächen und werden dort zurückgeworfen (reflektiert). Die reflektierte Strahlung (7) kann mit einem Detektor (8) aufgefangen werden. Nur diejenigen Oberflächen, die eine bestimmte Orientierung gegenüber Strahlungsquelle (5) und Detektor (8) aufweisen, führen zu einem Signal am Detektor (siehe Fig. 3).
Figur 3 verdeutlicht das Reflexionsgesetz an einem Mikroreflektor (3). Elektromagnetische Strahlung (6) trifft unter einem Winkel α bzgl. der Flächennormalen (9) zur Oberfläche (4) auf die Oberfläche (4) des Mikroreflektors (3). Die Strahlung wird reflektiert und unter einem Ausfall winkel ß zur Flächennormalen (9) wieder zurückgeworfen (7). Gemäß Reflexionsgesetz sind die Winkel α und ß gleich groß. Mit einem an entsprechender Stelle angebrachten Detektor (8) kann die gerichtet reflektierte Strahlung aufgefangen werden.
Wenn die Oberfläche des Mikroreflektors Beugungsstrukturen enthält, treten neben dem gerichtet reflektierten Strahl (die so genannte nullte Beugungsordnung) weitere Strahlen in definierten, von den Beugungsstrukturen abhängigen Winkeln um den gerichtet reflektierten Strahl auf (höhere
Beugungsordnungen). Diese gebeugten Strahlen weisen in der Regel eine geringere Intensität als die gerichtet reflektierte Strahlung auf. Die gebeugten Strahlen können ebenfalls erfasst
(detektiert) werden. Wird das Sicherheitselement mit elektromagnetischer Strahlung mit mehr als einer Wellenlänge bestrahlt, so werden Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen unter verschiedenen Winkeln gebeugt. Dies ermöglicht eine wellenlängenabhängige Detektion.
Figur 4 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Produkts der Einarbeitung von Mikroreflektoren in ein Polymer (Zylinder-Granulat-Korn aus Beispiel 1).
Figur 5 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme der Folie aus Beispiel 2.
Figur 6 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Metallkennungzeichnungsplättchens in einer Ausweiskarte aus Beispiel 3.
Figur 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfϊndungsgemäßen Vorrichtung und des erfϊndungsgemäßen Verfahrens zur Authentifizierung und/oder Identifizierung von Objekten anhand eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements. Die Vorrichtung umfasst eine Quelle (5) für elektromagnetische Strahlung, einen Detektor (8) für elektromagnetische Strahlung, eine Steuereinheit (10) zur Ansteuerung der Strahlungsquelle (5) und zur Verarbeitung der am Detektor (8) gemessenen Signale, eine Recheneinheit (11) zur Durchfuhrung mathematischer Operationen und zum Vergleich des aktuell erfassten Reflexionsmusters eines Sicherheitselements (1) mit mindestens einem Soll- oder Referenzmuster, eine Datenbank (12), in der Referenzmuster und/oder Soll-Muster zum Vergleich abgelegt sind und einen Ausgang (13), über den das Ergebnis eines Vergleichs an einen Benutzer übermittelt werden kann. Die Einheiten 5, 8, 10, 11, 12 und 13 sind elektrisch, optisch, über Funk oder über einen anderen Signalübertragungskanal miteinander verbunden (gestrichelte Linien). Die Vorrichtung umfasst natürlich auch eine Eingabeeinheit, über die ein Benutzer die Vorrichtung bedienen kann (in Fig. 7 nicht explizit gezeigt). Die Eingabeeinheit kann Bestandteil der Steuereinheit oder der Rechnereinheit sein. Zwei oder mehrere der Einheiten 10 bis 13 können auch in einer Einheit integriert sein. Ebenso ist es möglich, die Ausgabeeinheit 13 mit der Steuereinheit 10 direkt zu verbinden.
Der Strahlungsquelle (5) und der Detektor befinden sich in einer Ebene mit der Oberflächennormalen des Sicherheitselements. Sie sind starr (unbeweglich) zueinander angeordnet und bilden mit der Oberfläche des Sicherheitselements eine Anordnung, die das Reflexionsgesetz nicht erfüllt, d.h. Strahlung, die auf das Sicherheitselement fällt (6) wird von der Oberfläche des Sicherheitselements und von den Grenzschichten zwischen der transparenten Schicht und ggf. weiteren Schichten des Sicherheitselements zurückgeworfen (7") und gelangen nicht in den Detektor. Der Detektor (8) ist vielmehr um einen Winkel γ gegenüber dem Strahl 7" gekippt angeordnet (die Strahlen 7' und 7" schließen den Winkel γ ein). In dieser Anordnung erfasst der Detektor (8) Reflexionen (7') von Mikroreflektoren, deren reflektierende Oberfläche gegenüber der Oberfläche des Sicherheitselements um den Winkel γ geneigt sind. Dadurch wird zum einen sichergestellt, dass das Sicherheitselement keine Nachahmung ist, bei der Mikroreflektoren mittels Drucktechnik auf das Objekt aufgebracht worden sind, zum anderen gelangt keine von der Oberfläche des Sicherheitselements reflektierte Strahlung in den Detektor und verursacht dort ein Offset-Signal. Der letzte Punkt führt zu einer erheblichen Verbesserung des Signal-Rausch- Verhältnisses. Der Winkel γ liegt bevorzugt im Bereich von 1° bis 20°.
In Figur 7 wird das Sicherheitselement unterhalb der starren Anordnung aus Strahlungsquelle (5) und Detektor (8) translatorisch bewegt (angedeutet durch den Doppelpfeil), wodurch nacheinander verschiedene Bereiche des Sicherheitselements (1) erfasst werden.
Figur 8 zeigt den in Beispiel 4 verwendeten Aufbau zur Authentifizierung /Identifizierung eines Sicherheitselements (1) in Form einer Ausweiskarte, die relativ zu einem Laser (5) und einer Detektor (8) bewegt wird (Bewegungsrichtung angedeutet durch den dicken Pfeil). Bei der Bewegung wird ein Teil der Karte bestrahlt und die von dieser Fläche (14) reflektierte Strahlung erfasst. Figur 9 zeigt die Intensität / der an dem Detektor erfassten Strahlung als Funktion des Verfahrwegs x eines Sicherheitselements aus Beispiel 3 (siehe Beispiel 4).
Figur 10 zeigt die Intensität / der an dem Detektor erfassten Strahlung als Funktion des Verfahrwegs x einer weißen Ausweiskarte ohne Mikroreflektoren (siehe Beispiel 4).
Figur 11 zeigt in einer grafischen Darstellung beispielhaft die Erzeugung von Nulldurchgängen zur Abspeicherung und/oder zum Vergleich mit anderen Datensätzen. Die gepunktete Kurve (15) stellt das ursprünglich gemessene Intensitätssignal (ggf. nach Filterung und Glättung) als Funktion des Ortes dar. Von dieser Kurve wird durch Mittelung über die ±50 benachbarten Werte für jeden einzelnen Punkt der arithmetische Mittelwert erzeugt, dargestellt durch die gestrichpunktete Kurve (16). An den Schnittpunkten zwischen den ursprünglichen Daten (15) und den gemittelten Daten (16) liegt ein so genannter Nulldurchgang (durchgezogene Kurve (17)). Die Nulldurchgänge als Funktion des Ortes werden gespeichert. Sie können für den Vergleich mit den entsprechenden Datensätzen weiterer Sicherheitsmerkmale zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung verwendet werden.
Bezugszeichen
1 Sicherheitselement
2 Transparente Schicht
3 Mikroreflektor 4 Reflektierende Oberfläche
5 Quelle für elektromagnetische Strahlung
6 Einfallende Strahlung
7 Reflektierte Strahlung
7' an einem Mikroreflektor reflektierte Strahlung 7" an der Oberfläche des Sicherheitselements reflektierte Strahlung
8 Lichtsensitiver Detektor
9 Flächennormale
10 Steuereinheit
11 Recheneinheit 12 Datenbank
13 Ausgang
14 erfasste Fläche (Scanfläche) 15 am Detektor als Funktion des Ortes gemessene Intensität der reflektieren Strahlung
16 Mittelwerte
17 Nulldurchgänge α Einfallswinkel ß Ausfallswinkel
Beispiele
Beispiel 1 : Herstellung eines Mikroreflektoren enthaltenden Compounds
Als Mikroreflektoren wurden hexagonale Metallkennzeichnungsplättchen der Bezeichnung "OV Dot B" aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm und einem Abstand der gegenüberliegenden Seiten von 100 μm eingesetzt. Die Plättchen waren bedruckt, wobei ausschnittsweise die Aufschrift "OVDot" zu lesen war. In der Mitte der Plättchen befand sich ein großes "B" als Durchgangsformbohrung. Der Abstand der Durchgangsformbohrung von den Seiten betrug 25 μm und machte 12,5% der Gesamtfläche des Metallkennzeichnungsplättchen aus.
Mit den Metallkennzeichnungsplättchen wurde ein Compound hergestellt.
150 g der oben beschriebenen Metallkennzeichnungsplättchen wurden in einem Intensivmischer mit 2,35 kg Makrolon® 3108 550115 Pulver (mittlerer Partikel-Durchmesser 800 μm) vermischt. Makrolon® 3108 550115 hat EU-/FDA-Qualität und enthält keinen UV-Absorber. Die Schmelze- Volumenfließrate (MVR) nach ISO 1133 beträgt 6,0 cm3/(10 min) bei 300 0C und 1,2 kg Belastung.
Bei einem Durchsatz des Extruders von 50 kg/Stunde wurden 47,5 kg Makrolon® 3108 550115 Zylinder-Granulat in Gehäuse 1 des Zweiwellenextruder ZSK extrudiert. Über einen Seitenextruder wurde die Metallkennzeichnungsplättchen/Makrolon-Pulvermischung zudosiert. Nach der sechslöchrigen Düsenplatte wurde eine transparente, partikel-haltige Schmelze erhalten, die nach Abkühlung im Wasserbad und Stranggranulation 50 kg Zylindergranulat mit 0,3 Gew.-% Metallkennzeichnungsplättchen ergab.
Anhand einer lichtmikroskopischen Aufnahme eines Zylinder-Granulat-Korns (Fig. 4) waren die Metallkennzeichnungsplättchen als kleine lichtreflektierende Sechsecke zu erkennen. Es waren keine verbogenen, beschädigten oder sogar zerstörten Plättchen erkennbar. Trotz der Scherung und der Temperaturbelastung war die Durchgangsformbohrung "B" unbeschädigt geblieben. Auch der Aufdruck auf dem Plättchen war gut zu lesen und wurde durch die Verarbeitungstemperatur von 300° C in der Polycarbonat-Schmelze nicht verändert. Beispiel 2: Extrusion des Compounds zu einer Folie
Aus dem Compound des Beispiels 1 wurde eine Folie extrudiert.
Die verwendete Anlage für die Herstellung der Folien besteht aus
• einem Hauptextruder mit einer Schnecke von 105 mm Durchmesser (D) und einer Länge von 4IxD; die Schnecke weist eine Entgasungszone auf;
• einem Adapter;
• einer Breitschlitzdüse mit 1500 mm Breite;
• einem Dreiwalzen-Glättkalander mit horizontaler Walzenanordnung, wobei die dritte Walze um +/- 45° gegenüber der Horizontalen schwenkbar ist; • einer Rollenbahn;
• einer Einrichtung zum beidseitigen Aufbringen von Schutzfolie;
• einer Abzugseinrichtung;
• Aufwickelstation.
Das Compound aus Beispiel 1 wurde dem Fülltrichter des Extruders zugeführt. Im jeweiligen Plastifiziersystem Zylinder/Schnecke des Extruders erfolgte das Aufschmelzen und Fördern des jeweiligen Materials. Die Materialschmelze wurde über den Adapter anschließend dem Glättkalander zugeführt, dessen Walzen die in der Tabelle 1 genannte Temperatur aufwiesen. Auf dem Glättkalander (bestehend aus drei Walzen) erfolgte die endgültige Formgebung und Abkühlung der Folie. Zur Strukturierung der Folienoberflächen wurden dabei eine Gummi-Walze (fein-matten 2-er Oberfläche) und eine Stahl- Walze (matte 6-er Oberfläche) eingesetz. Die für die Strukturierung der Folienoberfläche verwendete Gummi-Walze ist in US 4,368,240 der Fa. Nauta Roll Corporation, USA offenbart. Anschließend wurde die Folie durch einen Abzug transportiert. Danach kann eine Schutzfolie aus Polyethylen beidseitig aufgebracht werden und eine Aufwicklung der Folie erfolgen.
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Tabelle 1
Um die fertige Folie auch auf ihre Eigenschaften bei der Laserung untersuchen zu können, wurde zusätzlich noch ein Laser-Additiv in die Folie mit eingearbeitet.
Es wurde folgende Metallkennzeichnungsplättchen-haltige und rußhaltige Zusammensetzung dem Extruder zugeführt:
68,6 Gew.-% Makrolon® 3108 550115 (PC der Fa. Bayer MaterialScience AG)
20,0 Gew.-% Masterbatch aus Beispiel 1 (mit 0,3 Gew.-% Metallkennzeichnungsplättchen OV Dot "B")
11,4 Gew.-% Makrolon® 3108 751006 (Rußhaltiges PC der Fa. Bayer MaterialScience AG)
Hieraus wurde eine transparente graue (laserbare) Extrusionsfolie mit einer matten/fein-matten (6- 2) Oberfläche, einem Metallkennzeichnungsplättchen-Gehalt von 0,06 Gew.-% und mit einer Dicke von 100 μm erhalten.
Auf der lichtmikroskopischen Aufnahme der Folie (Fig. 5) waren die Metallkennzeichnungsplättchen als kleine dunkle Sechsecke zu erkennen. Die Metallkennzeichnungsplättchen waren über die gesamte Folienfläche gleichmäßig und zufällig verteilt. Verklumpte agglomerierte Plättchen konnten nicht identifiziert werden. Es waren keine beschädigten oder sogar zerstörten Plättchen erkennbar. Trotz der Scherung und der Temperaturbelastung bei der Folienextrusion war die Durchgangsformbohrung "B" unbeschädigt geblieben. Die Scherung führte dazu, dass die Metallkennzeichnungsplättchen nicht völlig zufallig orientiert sind, sondern dass sie um eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der Folie zufällig ausgerichtet werden. Diese Zufallsverteilung um eine Vorzugsorientierung ist besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Authentifizierung und Identifizierung von Objekten, da ein Großteil der Mikroreflektoren für das Verfahren zugänglich sind. Mikroreflektoren, die senkrecht zur Oberfläche der transparenten Schicht orientiert sind, zeigen bei dem erfϊndungsgemäßen Verfahren keine Reflexionen, da sie in einem Winkelbereich liegen, der einer Reflexionsmessung nicht zugänglich ist. Solche Mikroreflektoren erfüllen keinen Zweck, sie sind nicht funktionell. Eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht, wie sie im vorliegenden Beispiel erzielt worden ist, weist einen hohen Anteil an funktionellen Mikroreflektoren auf.
Die Folie kann als erfindungsgemäßes Sicherheitselement eingesetzt werden. Sie kann z.B. mit weiteren Folien zu einem Folienverbund laminiert werden, aus dem Karten ausgestanzt werden können, die als Ausweise eingesetzt werden können (siehe Beispiel 3). Das Sicherheitselement ist damit ein fester Bestandteil des Objekts (Ausweis) und kann nicht unzerstört von diesem entfernt werden.
Beispiel 3: Laminierung eines Folienverbunds und Herstellung einer Ausweiskarte
Aus den folgenden Folien wurde eine Verbundfolie laminiert:
Kern-Folie 375 μm Makrofol® ID 6-4 Farbe 010207 (weiß) Oben und unten jeweils eine Lage:
Erfindungsgemäße Folie 100 μm Folie aus Beispiel 2, 6-2
Overlay-Folie 100 μm Makrofol® ID 6-2, Farbe 000000 (natur)
Die Folien wurden in einer Presse der Fa. Bürkle bei 10 bar und 180° C laminiert. Anschließend wurde aus der Verbundfolie eine Karte in der Größe einer Kreditkarte (Format ID-I) gestanzt. Danach wurden die Metallerkennungsplättchen in der Karte mittels Lichtmikroskopie auf ihre Erscheinung untersucht.
Auf einer lichtmikroskopischen Aufnahme eines Metallerkennungsplättchen (Fig. 6) war zu erkennen, dass Sie durch den Laminierprozess nicht beschädigt oder zerstört wurden. Trotz der Druckes und der Temperaturbelastung bei der Laminierung ist die Durchgangsformbohrung "B" unbeschädigt geblieben. Der Aufdruck auf dem Plättchen war klar lesbar. Die ursprüngliche Oberflächenstrukturierung der Folie war während des Laminierprozesses glatt gepresst worden. Beispiel 4: Vorrichtung und Verfahren zur Authentifizierung und Identifizierung eines Objekts (Ausweiskarte) anhand des erfindungsgemäßen Sicherheitselements
Es wurde eine Vorrichtung gemäß Figur 8 verwendet. Als Strahlungsquelle wurde ein Flexpoint® Laser des Typs FP-65/5 eingesetzt (Wellenlänge 650 nm, maximale Leistung 5 mW). Das Strahlprofil war linienfδrmig mit einer Länge von 2 mm und einer Breite von 20 μm.
Als Detektor wurde ein Si-NPN-Fototransistor Typ FT-30 der Firma STM eingesetzt. Als Sicherheitselement wurde die im Beispiel 3 erzeugte Ausweiskarte verwendet.
Der Laser war gegenüber der Flächennormalen zum Sicherheitselement um einen Winkel von δ = 45° gekippt. Der Fototransistor war gegenüber der Flächennormalen zum Sicherheitselement um einen Winkel von δ' = 42° gekippt.
Laser und Fototransistor waren starr zueinander angeordnet. Das Sicherheitselement wurde gegenüber der starren Anordnung um einen Zentimeter verfahren (siehe dicker Pfeil in Figur 8). Die Geschwindigkeit betrug etwa 1 cm/Sekunde. Während der relativen Bewegung wurde das Sicherheitselement kontinuierlich mittels Laserlicht bestrahlt, wobei die längere Seite des linienformigen Strahlprofils senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgebildet war. Während der relativen Bewegung wurden mittels des Fototransistors 7000 Messwerte (Intensität des reflektierten Lichts) erfasst.
Figur 9 zeigt das Ergebnis der Messung in Form einer grafischen Darstellung. Die Intensität des reflektierten Lichts / ist gegen den Verfahrweg x aufgetragen. Es sind deutlich Reflexionen in
Form von scharfen Banden zu erkennen. Die Bandenhöhe korreliert mit der Orientierung von
Mikroreflektoren: diejenigen Mikroreflektoren, die exakt so orientiert sind, dass Laserquelle, reflektierende Oberfläche und Fototransistor eine das Reflexionsgesetz erfüllende Anordnung bilden, zeigen die höchste Intensität, während Mikroreflektoren, die gegenüber der exakten Orientierung eine leichte Abweichung aufweisen, eine entsprechend der Abweichung geringere
Intensität zeigen.
Figur 10 zeigt im Vergleich das Ergebnis einer entsprechenden Messung an einer Ausweiskarte ohne Mikroreflektoren. Die Vorgehensweise ist identisch zu dem oben beschriebenen Fall. Es sind keine scharfen Banden wie Im Fall der Figur 9 zu erkennen. Die in Figur 9 gezeigte Kurve stellt einen Ausschnitt aus einem charakteristischen Reflexionsmuster eines Sicherheitselements dar. In einem ersten Schritt werden die Rohdaten üblicherweise geglättet und /oder gefiltert. Es ist z.B. möglich, eine Mittelwertbildung für jeden Wert über einen Bereich von benachbarten Werten vorzunehmen, um Rauschen zu reduzieren. Im vorliegenden Fall wäre eine Mittelwertbildung über ±5 benachbarte Werte vorteilhaft. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Datenreduktion (Signalapproximation), d.h. die Daten werden auf charakteristische Merkmale reduziert. Ein spezielles Verfahren soll hier kurz skizziert werden. Beim so genannten Nulldurchgangsverfahren erfolgt zunächst für jeden Wert eine Mittelwertbildung über einen größeren Bereich benachbarter Werte. In Figur 11 wurde beispielsweise eine Mittelwertbildung (arithmetischer Mittelwert) über ± 50 benachbarte Werte vorgenommen. Die Mittelwerte und die Originalwerte (ggf. nach Glättung) werden voneinander substrahiert. An denen Ortskoordinaten, an denen die Substraktion zu einem Vorzeichenwechsel führt, liegt ein so genannter Nulldurchgang. Dieser wird als Funktion des Ortes gespeichert und dient als Signatur für das Sicherheitselement. Die Signatur kann schließlich mit anderen Signaturen verglichen werden, um eine Identifizierung (l:n- Vergleich) oder Authentifizierung (1 :1 -Vergleich) vorzunehmen.
Es ist denkbar, dass das Sicherheitselement neben den Mikroreflektoren auch noch weitere optische Merkmale wie zum Beispiel eine Bedruckung aufweist. Die Signale, die von solchen optischen Merkmale herrühren, sind den Signalen durch die Mikroreflektoren überlagert. Es ist möglich, weitere optische Merkmale wie z.B. ein Druckbild in die Analyse einzubeziehen. Dabei kann das Druckbild zum einen zur Positionsermittlung verwendet werden, zum anderen zusätzlich zu den Mikroreflektoren zur Authentifizierung und/oder Identifizierung. Ein Druckbild erzeugt bei Bestrahlung mit Licht eine Hell-Dunkel-Verteilung des reflektierten Lichts, das mittels Detektor erfasst werden kann. Die Hell-Dunkel-Verteilung kann als Referenz verwendet werden, welche die relative Position von unter definierten Winkeln reflektierenden Mikroreflektoren angibt. Ebenso kann das Vorhandensein der charakteristischen Hell-Dunkel-Verteilung zur Authentifizierung und/oder Identifizierung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sicherheitselement umfassend mindestens eine transparente Schicht, in der eine Vielzahl an Mikroreflektoren zufällig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mikroreflektoren über mindestens eine reflektierende Oberfläche verfügt, die nicht parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht angeordnet ist.
2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der rreefflleelktierenden Oberflächen der Mikroreflektoren im Bereich von l*10"10 m2 bis 1*10"7 m2 liegt.
3. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand zweier Mikroreflektoren mindestens das 5fache der mittleren Größe der reflektierenden Oberflächen beträgt.
4. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Oberflächen der Mikroreflektoren in einem Winkelbereich von 0° bis 60° gegenüber der Oberfläche der transparenten Schicht zufällig orientiert sind.
5. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mikroreflektoren plättchenförmig sind und infolge einer Scherung während der Herstellung des Sicherheitselements eine zufällige Verteilung um eine Vorzugsorientierung parallel zur Oberfläche der transparenten Schicht aufweisen.
6. Verfahren zur Authentifϊzierung und/oder Identifizierung eines Objekts anhand eines Sicherheitselements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mindestens umfassend die folgenden Schritte:
(A) Ausrichten des Sicherheitselements gegenüber einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und gegenüber mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung, so dass für mindestens einen Teil der Mikroreflektoren die Anordnung aus Quelle, reflektierender Oberfläche und mindestens einem Detektor das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(B) Bestrahlung mindestens eines Teils des Sicherheitselements mit elektromagnetischer Strahlung,
(C) Detektion der an Mikroreflektoren reflektierten Strahlung, (D) ggf. Änderung der relativen Lage des Sicherheitselements gegenüber einer Strahlungsquelle und/oder gegenüber mindestens einem Detektor, so dass für einen anderen Teil der Mikroreflektoren das Reflexionsgesetz erfüllt ist,
(E) ggf. Wiederholung der Schritte (B) und (C) und bei Bedarf zusätzlich der Schritte (D) und (E) bis eine ausreichende Anzahl an reflektierenden Mikroreflektoren erfasst worden ist,
(F) Vergleich des in Abhängigkeit der relativen Lage detektierten Reflexionsmusters mit mindestens einem Soll-Muster,
(G) Ausgabe einer Mitteilung über die Authentizität und/oder Identität des Objekts in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt (F).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement in Schritt (D) gegenüber einer starren Anordnung aus Strahlungsquelle und Detektor bewegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der Normalen zur
Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ ≠ δ' ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der Normalen zur Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ = δ' ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der auf das Sicherheitselement auftreffenden Strahlung eine lange und eine kurze Achse aufweist, wobei die Länge der langen Achse in der Größenordnung des mittleren Abstands zweier Mikroreflektoren und die Länge der kurzen Achse in der Größenordnung der mittleren Größe der reflektierenden Oberfläche der Mikroreflektoren liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung senkrecht zur langen Achse des Strahlprofils erfolgt.
12. Vorrichtung zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Objekts anhand eines Sicherheitsmerkmals gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mindestens umfassend eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, einen Detektor für elektromagnetische Strahlung, einen Träger zur Aufnahme des Objekts, eine Steuereinheit und einen Ausgang, über den eine Mitteilung an einen Benutzer ausgegeben werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsquelle und Detektor starr zueinander angeordnet sind, während der Träger beweglich gegenüber der starren Anordnung aus Detektor und Strahlungsquelle ausgeführt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der Normalen zur Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ ≠ δ' ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in einem Winkel δ und der Detektor in einem Winkel δ' gegenüber der
Normalen zur Oberfläche des Sicherheitselements angeordnet sind, wobei δ = δ' ist.
16. Verwendung eines Sicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur individualisierten Authentifizierung und/oder Identifizierung eines Objekts, vorzugsweise eines personalisierten Sicherheits- bzw. Identifikationsdokuments.
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