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WO2003000504A2 - Optisch variables flächenmuster mit mattstrukturen - Google Patents

Optisch variables flächenmuster mit mattstrukturen Download PDF

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Publication number
WO2003000504A2
WO2003000504A2 PCT/EP2002/006150 EP0206150W WO03000504A2 WO 2003000504 A2 WO2003000504 A2 WO 2003000504A2 EP 0206150 W EP0206150 W EP 0206150W WO 03000504 A2 WO03000504 A2 WO 03000504A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
matt
background
matt structure
structures
image information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2002/006150
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2003000504A3 (de
Inventor
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
René Staub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OVD Kinegram AG
Original Assignee
OVD Kinegram AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OVD Kinegram AG filed Critical OVD Kinegram AG
Priority to AU2002310756A priority Critical patent/AU2002310756A1/en
Publication of WO2003000504A2 publication Critical patent/WO2003000504A2/de
Publication of WO2003000504A3 publication Critical patent/WO2003000504A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1842—Gratings for image generation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14—Security printing
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/003—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using security elements

Definitions

  • the invention relates to an optically variable surface pattern of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such surface patterns contain structures, usually in the form of microscopic relief structures that diffract the light. These diffractive patterns are suitable, for example, as authenticity and security features to increase security against counterfeiting. They are particularly suitable for protecting securities, banknotes, means of payment, identity cards, etc.
  • the function as an authenticity feature consists in informing the recipient of the object provided with it, e.g. a banknote to convey the feeling that the object is genuine and not a fake.
  • the function as a security feature is to prevent unauthorized copying or at least make it extremely difficult.
  • EP 0 105 099 B1 EP 0 330 738 B1 and EP 0 375 833 B1 are representative of these. They are characterized by the brilliance of the patterns and the movement effect in the pattern, are embedded in a thin laminate of plastic and are in the form of a Mark applied to documents, such as banknotes, securities, ID cards, passports, visas, identity cards, etc., for example glued on. Materials which can be used to produce the security elements are compiled in EP 0 201 323 B1.
  • a pixel-oriented surface pattern is known from European patent EP 0 375 833 B1. Such a surface pattern contains a predetermined number N of different images. The surface pattern is divided into pixels.
  • Each pixel is divided into N sub-pixels, with each of the N sub-pixels of a pixel being assigned a pixel from one of the N images.
  • Each sub-pixel contains a diffraction structure in the form of a microscopic relief, which contains information about a color value, about a level of the brightness value and about a viewing direction.
  • a viewer of the surface pattern is always presented with only one image, the respective visible image being able to be changed by tilting or rotating the surface pattern or by changing the viewer's viewing angle.
  • JP 10-153.702A describes a special diffraction pattern which is applied to the surface of a substrate.
  • the substrate is divided into small areas.
  • a diffraction grating is applied in each of these surface areas.
  • the orientation of the diffraction grating now changes from surface area to surface area. Depending on the direction in which the substrate is rotated in the horizontal plane, one or the other surface area appears lighter or darker.
  • DE 4446 368 A1 discloses a data carrier with an optically variable element, which on the one hand has a surface that reflects incident light in a directed manner and on the other hand has a surface that diffuses light.
  • the directionally reflecting surface can have a sawtooth profile or a diffraction grating.
  • the viewing angle-dependent intensity profile of the radiation reflected by the reflecting surfaces is overlaid with the intensity which is essentially constant at all viewing angles and which is generated by the diffusely scattering surface. Depending on Viewing angle thus gives the viewer the impression that at certain angles the reflecting surface appears brighter than the diffusely scattering surface.
  • WO 99/38039 describes a surface pattern which is composed of a large number of picture elements. Each of these picture elements has a surface structure that forms an asymmetrical diffraction grating. The orientation of these diffraction gratings differs in azimuth, which results in differences in brightness depending on the viewing angle.
  • the invention is based on the object of proposing an optically variable surface pattern which has improved copy protection.
  • a diffraction-optically effective surface pattern consists of a background and image information present on the background. Under normal lighting conditions, light striking the background or the image information is diffracted in different directions, so that a viewer can read the image information.
  • the invention is now based on the idea of designing both the diffraction structures containing the background and the image information in such a way that they all bring the photodiodes of the color copier into saturation when copied by means of a color copier that on the copy, instead of the background with the image information, a contrast-free bright area is created.
  • Matt structures in particular anisotropic matt structures, are suitable as diffraction structures.
  • the matt structures are relief structures whose profile parameters, such as profile length and profile height, are subject to a statistical distribution, so that they scatter incident light azimuthally isotropically or anisotropically.
  • Anisotropic means that the relief structures of the matt structures have a preferred direction. This has the effect that light impinging under normal lighting conditions is not diffracted uniformly in all directions, but is preferably diffracted transversely to the preferred direction of the relief structures. If, in one embodiment, the background is formed with a first matt structure that has a first preferred direction, while the image information is formed with a second matt structure that differs from the first matt structure only in that it has a different preferred direction, then the Background and the
  • Image information is differently bright to a viewer.
  • the image information is therefore perceptible and legible.
  • the scattering capacity of the first matt structure and the scattering capacity of the second matt structure are, however, large enough to saturate the photosensors of a copier during copying. Background and image information therefore appear on the copy as a uniformly bright area. The image information has been completely lost.
  • both the background and the image information are formed with isotropic matt structures, which, however, have a different scattering capacity.
  • the scattering power is chosen such that the unarmed human eye perceives the difference in the scattering power as a contrast, so that the image information is recognizable, but the scattering power of both matt structures is sufficient to bring the photodiodes of the color copier into saturation. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
  • FIG. 2 is a top view of a surface pattern with image information and with a background
  • 5A is a pixel of the background
  • the anisotropic matt structure shows the scattering power of an anisotropic matt structure with perpendicular light incidence on the matt structure.
  • the anisotropic matt structure consists of relief structures that have a preferred direction. This has the effect that light impinging under normal lighting conditions is not diffracted uniformly in all directions but preferably transversely to the preferred direction of the relief structures.
  • the intensity of the light diffracted at the anisotropic matt structure in the half space above the matt structure is plotted for the case perpendicular to the matt structure as a function of the angular distance ⁇ from the zenith in angular degrees.
  • the broad intensity curve 1 corresponds to the light distribution transverse to the preferred direction of the relief structures of the anisotropic matt structure.
  • the narrow intensity curve 2 corresponds to the light distribution in the Preferred direction of the relief structures of the anisotropic matt structure.
  • the horizontal line 3 marks the saturation level of the photodiodes of a color copier.
  • the size of the angular range 4 depends on the degree of anisotropy.
  • the angular range 4 typically comprises values from 15 ° to 35 °.
  • the anisotropic matt structures have e.g. ellipsoidal and thus elongated elevations, the lengths and widths of which vary in size. Both the lengths and the widths are statistically distributed. However, the surveys have in common the orientation, i.e. the longitudinal axes of the ellipsoids run approximately in the same direction.
  • FIG. 1B illustrates the scattering power of two isotropic matt structures with perpendicular light incidence on the matt structure.
  • the intensity of the light diffracted at the isotropic matt structures in the half-space above the matt structure is in turn plotted as a function of the angular distance ⁇ from the zenith in angular degrees.
  • the relief structures of an isotropic matt structure have no azimuthal preferred direction.
  • the two intensity curves 5 and 6 are therefore independent of the azimuth, ie of the orientation of the relief structures in the plane of the matt structure.
  • the isotropic matt structures thus bend perpendicularly incident light azimuthally isotropic.
  • the difference in the two isotropic matt structures is due to the different backscattering capacity.
  • the intensities of the two isotropic matt structures in the angular range 4 of the color copier lie above the saturation level 3 of the photodiodes of a color copier, so that the two isotropic matt structures are imaged in a copy with the same brightness, while the unarmed eye is one Observer also clearly perceives the difference in intensity in this case.
  • 2 shows a top view of a surface pattern 7, the surface of which is subdivided into different image areas which represent image information 9 that can be perceived by the human eye against a background 8.
  • the image information 9 consists of separate letters which form the word "VALID".
  • the letters representing the image information 9 consist of a first matt structure that anisotropically diffracts light that strikes perpendicularly.
  • the first matt structure therefore preferably, but not only, deflects perpendicularly incident light in a first direction.
  • the background 8 consists of a second matt structure, which differs from the first matt structure in its orientation. It therefore bends light that is incident vertically preferably in a direction that deviates from the first direction.
  • the surface pattern 7, as shown in cross-section in FIG. 3, is advantageously designed as a layer composite.
  • the layer composite is formed by a first lacquer layer 10, a reflection layer 11 and a second lacquer layer serving as a cover layer 12.
  • the entirety of the matt structures of the image areas of the surface pattern 7 is realized by means of microscopic relief structures 13.
  • the reflection layer 11 makes the relief structures 13 light-reflecting structures.
  • the lacquer layer 10 is advantageously an adhesive layer, so that the layer composite can be glued directly onto a substrate.
  • the cover layer 12 advantageously covers the relief structures 13 completely. It also preferably has an optical refractive index of at least 1.5 in the visible range, so that the geometric profile height h results in the greatest possible optically effective profile height.
  • the cover layer 12 also serves as a scratch-resistant protective layer.
  • the embossing stamp assumes a first rotational position, while it takes a second rotational position when the pixels 14 belonging to the image information 9 are embossed.
  • the two rotational positions of the embossing stamp differ, for example, by an angle in the range from 10 ° to 90 °, for example by an angle of 20 °, so that the
  • an embossing die is produced from the thermoplastic film in a known manner.
  • the color copier 15 has a glass plate 16 on which the document 17 to be copied, for example a bank note, rests and a carriage which can be moved in the x direction 18, which contains a light source 19, a deflecting mirror 20 and a detector 21 with photosensors 22.
  • the light 23 emitted by the light source 19 falls obliquely onto the document 17 at a certain angle and thus obliquely onto the surface pattern 7 with the differently oriented matt structures present on the document 17.
  • Part of the incident light is bent vertically downwards and imaged onto the photo sensors 22 of the color copier 15 via the deflecting mirror 20.
  • the two matt structures diffract the light much more efficiently than the surface of the document 17 surrounding the surface pattern 7, where the light is not diffracted but only scattered. Even if only a small proportion of the light diffracted at the matt structures falls on the photosensors 22 of the color copier 15, this proportion is sufficient to saturate the photosensors 22. The area corresponding to the area pattern 7 therefore appears on the copy as a uniformly bright area. The Image information has therefore been lost when copying.
  • the matt structures diffract light more evenly into the half-space 24 above the surface pattern 7 than a diffraction grating. They therefore have the great advantage that the effect required for the success of the invention is not dependent on the compliance with certain lighting conditions. That that enough light is diffracted into the detector 21 even if the illumination angle of the color copier 15 changes for any reason.
  • the surface pattern 7 consists of image pixels 25 shown in FIGS. 5A and 5B, which serve to generate the image information 9, and background pixels 26, which generate the background 8.
  • the image pixels 25 and the background pixels 26 are each divided into four sub-pixels 27.
  • the dimensions of a sub-pixel 27 are typically 0.1 mm * 0.1 mm, so that the four sub-pixels 27 of a pixel are not perceived separately by the eye of a human viewer.
  • Three sub-pixels 27 of each image pixel 25 contain a first matt structure with a first preferred direction
  • the fourth sub-pixel 27 of the image pixel 25 contains a second matt structure with a second, different from the first preferred direction.
  • three sub-pixels 27 of the background pixel 26 contain the second matt structure and the fourth sub-pixel 27 of the background pixel 26 contains the first matt structure.
  • the first and the second preferred direction enclose an angle ⁇ such that the observer perceives an image pixel 25 as a bright point and a background pixel 26 as a dark point, or vice versa.
  • the surface pattern 7 rotates in its plane by the angle ⁇ or by the angle 180 ° + ⁇
  • the brightness values of the image pixels 25 and the background pixels 26 are exchanged.
  • the orientation of the matt structures in the sub-pixels 27 is shown by an arrow.
  • the matt structures producing the background 8 and the matt structures producing the image information 9 thus contain a proportion of identical matt structures. In this embodiment, all image areas, i.e. both the
  • Background 8 as the image information 9 light in both preferred directions, but with a different amount.
  • the human eye is nevertheless able to separate the image information 9 from the background 8 due to the contrast generated in this way. Since each of the image pixels 25 and each of the background pixels 26 contains at least one sub-pixel 27 with the first matt structure and at least one sub-pixel 27 with the second matt structure, when copying all image pixels 25 and all background pixels 26 diffract light onto the associated photosensors 22 and bring all associated photosensors 22 into saturation, so that the copied surface pattern 7 appears on the copy as a contrast-free bright surface.
  • only the first matt structure is an anisotropically diffracting matt structure, while the second matt structure is an isotropically diffusing matt structure.
  • the human eye recognizes the image information 9 and the background 8 of the surface pattern 7 due to the different contrast during the measurement
  • Color copier 15 does not recognize the difference in contrast due to the saturation of its photosensors.
  • both the first and the second matt structure are isotropic matt structures, but with a different backscattering capacity.
  • the invention can also be used to change the meaning of information on the copy from the meaning on the original.
  • 6 shows an example of a part of a document 28 with the surface pattern 7.
  • the lettering "This is a copy” is printed on the document 28.
  • the word “a” of the lettering is preceded by the surface pattern 7, the image information 9 of the surface pattern 7 representing the letter "k”. Therefore, when viewing document 28, a viewer reads the sentence “This is not a copy”. However, the sentence "This is a copy" appears on the copy.

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Abstract

Ein optisch variables Flächenmuster mit lichtbeugenden Strukturen besteht aus einem Hintergrund (8) und einer auf dem Hintergrund (8) vorhandenen Bildinformation (9). Unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen wird auf den Hintergrund (8) bzw. die Bildinformation (9) auftreffendes Licht in unterschiedliche Richtungen gebeugt, so dass ein Betrachter die Bildinformation lesen kann. Die den Hintergrund (8) als auch die die Bildinformation (9) bildenden Beugungsstrukturen sind derart ausgebildet, dass sie alle beim Kopieren mittels eines Farbkopierers die Photodioden des Farbkopierers in Sättigung bringen, so dass auf der Kopie anstelle des Hintergrundes (8) mit der Bildinformation (9) eine kontrastlose helle Fläche entsteht. Als Beugungsstrukturen sind insbesondere Mattstrukturen geeignet.

Description

Optisch variables Flächenmuster
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Flächenmuster der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Solche Flächenmuster enthalten Strukturen, meistens in der Form mikroskopisch feiner Reliefstrukturen, die auftreffendes Licht beugen. Diese diffraktiven Muster eignen sich beispielsweise als Echtheits- und Sicherheitsmerkmal zur Erhöhung der Sicherheit gegen Fälschung. Sie eignen sich insbesondere zum Schutz von Wertpapieren, Banknoten, Zahlungsmitteln, Identitätskarten, etc..
Die Funktion als Echtheitsmerkmal besteht darin, dem Empfänger des damit versehenen Gegenstandes, z.B. einer Banknote, das Gefühl zu vermitteln, dass der Gegenstand echt und nicht eine Fälschung ist. Die Funktion als Sicherheitsmerkmal besteht darin, das unerlaubte Nachmachen zu verhindern oder zumindest ausserordentlich zu erschweren.
Derartige Flächenmuster sind aus vielen Quellen bekannt; stellvertretend seien hier die EP 0 105 099 B1 , EP 0 330 738 B1 und EP 0 375 833 B1 genannt Sie zeichnen sich durch die Brillanz der Muster und den Bewegungseffekt im Muster aus, sind in ein dünnes Laminat aus Kunststoff eingebettet und werden in Form einer Marke auf Dokumente, wie Banknoten, Wertpapiere, Personalausweise, Pässe, Visa, Identitätskarten usw. aufgebracht, z.B. aufgeklebt. Zur Herstellung der Sicherheitselemente verwendbare Materialien sind in der EP 0 201 323 B1 zusammengestellt. Ein pixelorientiertes Flächenmuster ist aus dem europäischen Patent EP 0 375 833 B1 bekannt. Ein solches Flächenmuster enthält eine vorgegebene Anzahl N unterschiedlicher Bilder. Das Flächenmuster ist in Pixel unterteilt. Jedes Pixel ist in N Sub-Pixel unterteilt, wobei jedem der N Sub-Pixel eines Pixels ein Bildpunkt von einem der N Bilder zugeordnet ist. Jedes Sub-Pixel enthält eine Beugungsstruktur in der Form eines mikroskopisch feinen Reliefs, die Informationen über einen Farbwert, über eine Stufe des Helligkeitswertes und über eine Betrachtungsrichtung enthält. Einem Betrachter des Flächenmusters stellt sich immer nur ein einziges Bild dar, wobei das jeweils sichtbare Bild durch Kippen oder Drehen des Flächenmusters oder durch Änderung des Blickwinkels des Betrachters geändert werden kann.
JP 10-153.702A beschreibt ein spezielles Diffraktionsmuster, das auf der Oberfläche eines Substrates aufgebracht ist. Das Substrat ist hierbei in kleine Flächenbereiche geteilt. In jedem dieser Flächenbereiche ist ein Beugungsgitter aufgebracht. Die Orientierung der Beugungsgitter ändert sich nun von Flächenbereich zu Flächenbereich. Je nachdem, in welche Richtung das Substrat in der horizontalen Ebene gedreht wird, erscheint so der eine oder der andere Flächenbereich heller oder dunkler.
Durch Beobachtung dieses Effekts ist es einem Betrachter möglich, eine Kopie von einem Original zu unterscheiden.
DE 4446 368 A1 offenbart einen Datenträger mit einem optisch variablen Element, das zum einen eine Fläche aufweist, die einfallendes Licht gerichtet reflektiert und zum anderen eine Fläche aufweist, die Licht diffus streut. Die gerichtet reflektierende Fläche kann hierbei ein Sägezahnprofil oder ein Beugungsgitter aufweisen. Der betrachtungswinkelabhängige Intensitätsverlauf der.durch die reflektierende Flächen reflektierten Strahlung wird mit der im wesentlichen bei allen Betrachtungswinkeln konstanten Intensität überlagert, die durch die diffus streuende Fläche erzeugt wird. In Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel entsteht somit für den Betrachter der Eindruck, dass bei bestimmten Winkeln die reflektierende Fläche heller erscheint als die diffus streuende Fläche.
Ein Kopieren eines solchen optisch variablen Elements wird somit erschwert, da bei einer mit einem üblichen Kopierer durchgeführten Kopie stets derselbe Informationsgehalt unter allen Betrachtungswinkeln sichtbar ist.
WO 99/38039 beschreibt ein Oberflächenmuster, das sich aus einer Vielzahl von Bildelementen zusammensetzt. Jedes dieser Bildelemente weist eine Oberflächenstruktur auf, die ein asymmetrisches Beugungsgitter bildet. Die Ausrichtung dieser Beugungsgitter unterscheidet sich im Azimut, wodurch sich blickwinkelabhängige Helligkeitsunterschiede ergeben.
Durch Beobachtung dieses Effektes ist es einem Betrachter möglich, eine Kopie von einem Original zu unterscheiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Flächenmuster vorzuschlagen, das einen verbesserten Kopierschutz aufweist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Ein beugungsoptisch wirksames Flächenmuster besteht aus einem Hintergrund und einer auf dem Hintergrund vorhandenen Bildinformation. Unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen auf den Hintergrund bzw. die Bildinformation auftreffendes Licht wird in unterschiedliche Richtungen gebeugt, so dass ein Betrachter die Bildinformation lesen kann. Die Erfindung basiert nun auf der Idee, sowohl die den Hintergrund als auch die die Bildinformation enthaltenden Beugungsstrukturen derart auszugestalten, dass sie alle beim Kopieren mittels eines Farbkopierers die Photodioden des Farbkopierers in Sättigung bringen, so dass auf der Kopie anstelle des Hintergrundes mit der Bildinformation eine kontrastlose helle Fläche entsteht.
Als Beugungsstrukturen sind Mattstrukturen, insbesondere anisotrope Mattstrukturen, geeignet. Die Mattstrukturen sind Reliefstrukturen, deren Profilparameter, wie Profillänge und Profilhöhe, einer statistischen Verteilung unterliegen, so dass sie auftreffendes Licht azimutal isotrop oder anisotrop streuen. Anisotrop bedeutet dabei, dass die Reliefstrukturen der Mattstrukturen eine Vorzugsrichtung aufweisen. Dies bewirkt, dass unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen auftreffendes Licht nicht gleichmässig in alle Richtungen, sondern bevorzugt quer zur Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen gebeugt wird. Wenn nun in einer Ausführungsform der Hintergrund mit einer ersten Mattstruktur gebildet wird, die eine erste Vorzugsrichtung aufweist, während die Bildinformation mit einer zweiten Mattstruktur gebildet wird, die sich von der ersten Mattstruktur nur dadurch unterscheidet, dass sie eine andere Vorzugsrichtung aufweist, dann erscheinen der Hintergrund und die
Bildinformation einem Betrachter unterschiedlich hell. Die Bildinformation ist daher wahrnehm- und lesbar. Das Streuvermögen der ersten Mattstruktur und das Streuvermögen der zweiten Mattstruktur sind aber gross genug, um beim Kopieren die Photosensoren eines Kopierers in Sättigung zu bringen. Hintergrund und Bildinformation erscheinen daher auf der Kopie als eine gleichmässig helle Fläche. Die Bildinformation ist vollkommen verloren gegangen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind sowohl der Hintergrund als auch die Bildinformation mit isotropen Mattstrukturen gebildet, die allerdings ein unterschiedliches Streuvermögen aufweisen. Das Streuvermögen ist dabei derart gewählt, dass das unbewaffnete menschliche Auge den Unterschied im Streuvermögen als Kontrast wahrnimmt, so dass die Bildinformation erkennbar ist, wobei das Streuvermögen beider Mattstrukturen aber ausreicht, um die Photodioden des Farbkopierers in Sättigung zu bringen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A. B das Streuvermögen von Mattstrukturen,
Fig. 2 in Aufsicht ein Flächenmuster mit Bildinformation und mit einem Hintergrund,
Fig. 3 einen Ausschnitt des Flächenmusters im Querschnitt,
Fig. 4 die Verhältnisse beim Kopieren,
Fig. 5A ein Pixel des Hintergrunds,
Fig. 5B ein Pixel der Bildinformation und
Fig. 6 ein Dokument.
Die Fig. 1 A zeigt das Streuvermögen einer anisotropen Mattstruktur bei senkrechtem Lichteinfall auf die Mattstruktur. Die anisotrope Mattstruktur besteht aus Reliefstrukturen, die eine Vorzugsrichtung aufweisen. Dies bewirkt, dass unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen auftreffendes Licht nicht gleichmässig in alle Richtungen sondern bevorzugt quer zur Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen gebeugt wird. Die Intensität des an der anisotropen Mattstruktur in den Halbraum über der Mattstruktur gebeugten Lichts ist für den Fall senkrecht auf die Mattstruktur einfallenden Lichts als Funktion des Winkelabstandes δ vom Zenit in Winkelgraden aufgetragen. Die breite Intensitätskurve 1 entspricht der Lichtverteilung quer zur Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen der anisotropen Mattstruktur. Die schmale Intensitätskurve 2 entspricht der Lichtverteilung in der Vorzugsrichtung der Reliefstrukturen der anisotropen Mattstruktur. Die horizontale Linie 3 markiert den Sättigungspegel der Photodioden eines Farbkopierers. Wie aus der Fig. 1 A "ersichtlich ist, gibt es einen Winkelbereich 4, wo der Farbkopierer die anisotrope Mattstruktur ungeachtet der Orientierung der Vorzugsrichtung ihrer Reliefstruktur mit gleicher Helligkeit abbildet, während das blosse Auge eines Beobachters in diesem Winkelbereich 4 die Intensitätsunterschiede als deutlichen Kontrastunterschied wahrnimmt, da unter üblichen Beleuchtungsbedingungen beim Auge keine Sättigungseffekte auftreten. Die Grosse des Winkelbereichs 4 hängt vom Grad der Anisotropie ab. Der Winkelbereich 4 umfasst typischerweise Werte von 15° bis 35°.
Die anisotropen Mattstrukturen weisen z.B. ellipsoidförmige und somit längliche Erhebungen auf, deren Längen und Breiten unterschiedlich gross sind. Sowohl die Längen wie die Breiten sind statistisch verteilt. Gemeinsam ist den Erhebungen aber die Ausrichtung, d.h. die Längsachsen der Ellipsoide verlaufen annähernd in der gleichen Richtung.
Die Fig. 1B veranschaulicht das Streuvermögen zweier isotroper Mattstrukturen bei senkrechtem Lichteinfall auf die Mattstruktur. Die Intensität des an den isotropen Mattstrukturen in den Halbraum über der Mattstruktur gebeugten Lichts ist wiederum als Funktion des Winkelabstandes δ vom Zenit in Winkelgraden aufgetragen. Die Reliefstrukturen einer isotropen Mattstruktur weisen azimutal keine Vorzugsrichtung auf. Die beiden Intensitätskurven 5 und 6 sind daher unabhängig vom Azimut, d.h. von der Orientierung der Reliefstrukturen in der Ebene der Mattstruktur. Die isotropen Mattstrukturen beugen also senkrecht einfallendes Licht azimutal isotrop. Der Unterschied in den beiden isotropen Mattstrukturen ist im unterschiedlichen Rückstreuvermögen begründet. Wie aus der Fig. 1B ersichtlich ist, liegen die Intensitäten der beiden isotropen Mattstrukturen im Winkelbereich 4 des Farbkopierers über dem Sättigungspegel 3 der Photodioden eines Farbkopierers, so dass die beiden isotropen Mattstrukturen in einer Kopie mit gleicher Helligkeit abgebildet werden, während das unbewaffnete Auge eines Beobachters den Intensitätsunterschied auch in diesem Fall deutlich wahrnimmt. Die Fig. 2 zeigt in der Aufsicht ein Fiächenmuster 7, dessen Fläche in verschiedene Bildbereiche unterteilt ist, die eine vom menschlichen Auge gegenüber einem Hintergrund 8 wahrnehmbare Bildinformation 9 darstellen. Im vorliegenden Fall besteht die Bildinformation 9 aus getrennten Buchstaben, die das Wort "VALID" bilden. Die die Bildinformation 9 darstellenden Buchstaben bestehen aus einer ersten Mattstruktur, die senkrecht auftreffendes Licht anisotrop beugt. Die erste Mattstruktur beugt senkrecht einfallendes Licht daher bevorzugt, aber nicht nur, in eine erste Richtung. Der Hintergrund 8 besteht aus einer zweiten Mattstruktur, die sich von der ersten Mattstruktur in ihrer Orientierung unterscheidet. Sie beugt daher senkrecht auftreffendes Licht bevorzugt in eine von der ersten Richtung abweichende Richtung.
Das Flächenmuster 7 ist, wie in der Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, vorteilhaft als Schichtverbund ausgebildet. Der Schichtverbund ist gebildet von einer ersten Lackschicht 10, einer Reflexionsschicht 11 und einer als Deckschicht 12 dienenden zweiten Lackschicht. Die Gesamtheit der Mattstrukturen der Bildbereiche des Flächenmusters 7 wird mittels mikroskopisch feiner Reliefstrukturen 13 realisiert. Die Reflexionsschicht 11 macht die Reliefstrukturen 13 zu lichtreflektierenden Strukturen. Die Lackschicht 10 ist mit Vorteil eine Kleberschicht, so dass der Schichtverbund direkt auf ein Substrat aufklebbar ist. Die Deckschicht 12 deckt mit Vorteil die Reliefstrukturen 13 vollständig ab. Sie weist zudem im sichtbaren Bereich bevorzugt einen optischen Brechungsindex von wenigstens 1.5 auf, damit die geometrische Profilhöhe h eine möglichst grosse optisch wirksame Profilhöhe ergibt. Weiter dient die Deckschicht 12 als kratzfeste Schutzschicht.
Das Flächenmuster kann z.B. hergestellt werden, indem das Flächenmuster 7 matrixartig in eine Anzahl von A = n*m Pixeln 14 (Fig. 2) unterteilt wird und indem dann ein Prägestempel, dessen Prägefläche der Fläche eines Pixels 14 entspricht, ein Pixel 14 nach dem andern in eine thermoplastische Folie prägt. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit sind nur einige der Pixel 14 dargestellt. Während der Prägung der zum Hintergrund 8 gehörenden Pixel 14 nimmt der Prägestempel eine erste Drehlage ein, während er beim Prägen der zur Bildinformation 9 gehörenden Pixel 14 eine zweite Drehlage einnimmt. Die beiden Drehlagen des Prägestempels unterscheiden sich beispielsweise um einen Winkel im Bereich von 10° bis 90°, beispielsweise um einen Winkel von 20°, so dass sich die
Vorzugsrichtungen der beiden anisotropen Mattstrukturen um 20° unterscheiden. Nachdem alle Pixel 14 geprägt wurden, wird von der thermoplastischen Folie in bekannter Art und Weise eine Prägematrize hergestellt.
Weitergehende Angaben über die Herstellung solcher Flächenmuster finden sich z.B. in den europäischen Patenten EP 0 105 099 B1 , EP 0 375 833 B1 und EP 0 201 323 B1 , auf die hiermit explizit verwiesen wird.
Die Fig. 4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse beim Kopieren mittels eines Kopierers, beispielsweise eines Farbkopierers 15. Der Farbkopierer 15 weist eine Glasplatte 16, auf der das zu kopierende Dokument 17, z.B. eine Banknote, aufliegt, und einen in x-Richtung fahrbaren Schlitten 18 auf, der eine Lichtquelle 19, einen Umlenkspiegel 20 und einen Detektor 21 mit Photosensoren 22 enthält. Beim Kopieren fällt das von der Lichtquelle 19 abgestrahlte Licht 23 unter einem bestimmten Winkel schräg auf das Dokument 17 und somit schräg auf das auf dem Dokument 17 vorhandene Flächenmuster 7 mit den unterschiedlich orientierten Mattstrukturen auf. Ein Teil des auffallenden Lichtes wird senkrecht nach unten gebeugt und über den Umlenkspiegel 20 auf die Photosensoren 22 des Farbkopierers 15 abgebildet. Die beiden Mattstrukturen beugen das Licht viel effizienter als die das Flächenmuster 7 umgebende Fläche des Dokuments 17, wo das Licht nicht gebeugt, sondern nur gestreut wird. Selbst dann, wenn nur ein geringer Anteil des an den Mattstrukturen gebeugten Lichtes auf die Photosensoren 22 des Farbkopierers 15 fällt, reicht dieser Anteil aus, um die Photosensoren 22 zu sättigen. Die dem Flächenmuster 7 entsprechende Fläche erscheint daher auf der Kopie als gleichmässig helle Fläche. Die Bildinformation ist also beim Kopieren verloren gegangen.
Die Mattstrukturen beugen Licht gleichmässiger in den Halbraum 24 über dem Flächenmuster 7 als ein Beugungsgitter, sie haben daher den grossen Vorteil, dass der für den Erfolg der Erfindung erforderliche Effekt nicht von der Einhaltung bestimmter Beleuchtungsbedingungen abhängig ist. D.h. dass auch dann genügend Licht in den Detektor 21 gebeugt wird, wenn der Beleuchtungswinkel beim Farbkopierer 15 sich aufgrund irgendwelcher Gründe ändert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Flächenmuster 7 aus in den Fig. 5A und 5B gezeigten Bildpixeln 25, die der Erzeugung der Bildinformation 9 dienen, und Hintergrundpixeln 26, die den Hintergrund 8 erzeugen. Die Bildpixel 25 und die Hintergrundpixel 26 sind je in vier Sub-Pixel 27 unterteilt. Die Abmessungen eines Sub-Pixels 27 betragen typisch 0,1 mm * 0,1 mm, so dass die vier Sub-Pixel 27 eines Pixels vom Auge eines menschlichen Betrachters nicht getrennt wahrgenommen werden. Drei Sub-Pixel 27 jedes Bildpixels 25 enthalten eine erste Mattstruktur mit einer ersten Vorzugsrichtung, das vierte Sub-Pixel 27 des Bildpixels 25 enthält eine zweite Mattstruktur mit einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen Vorzugsrichtung. Bei den Hintergrundpixeln 26 ist es umgekehrt: Hier enthalten drei Sub-Pixel 27 des Hintergrundpixels 26 die zweite Mattstruktur und das vierte Sub-Pixel 27 des Hintergrundpixels 26 enthält die erste Mattstruktur. Die erste und die zweite Vorzugsrichtung schliessen einen Winkel θ derart ein, dass der Beobachter ein Bildpixel 25 als hellen Punkt und ein Hintergrundpixel 26 als dunklen Punkt, oder umgekehrt, wahrnimmt. Bei einer Drehung des Flächenmusters 7 in seiner Ebene um den Winkel θ oder um den Winkel 180°+θ vertauschen sich die Helligkeitswerte der Bildpixel 25 und der Hintergrundpixel 26. Die Orientierung der Mattstrukturen in den Sub-Pixeln 27 ist durch einen Pfeil dargestellt. Die den Hintergrund 8 erzeugenden Mattstrukturen und die die Bildinformation 9 erzeugenden Mattstrukturen enthalten also einen Anteil gleicher Mattstrukturen. Bei diesem Ausführungsbeispiel beugen alle Bildbereiche, also sowohl der
Hintergrund 8 wie die Bildinformation 9 Licht in beide Vorzugsrichtungen, aber mit einem unterschiedlich grossen Anteil. Das menschliche Auge vermag aufgrund des so erzeugten Kontrastes die Bildinformation 9 dennoch vom Hintergrund 8 zu trennen. Da jedes der Bildpixel 25 und jedes der Hintergrundpixel 26 mindestens ein Sub-Pixel 27 mit der ersten Mattstruktur und mindestens ein Sub-Pixel 27 mit der zweiten Mattstruktur enthält, beugen beim Kopieren alle Bildpixel 25 und alle Hintergrundpixel 26 Licht auf die zugehörigen Photosensoren 22 und bringen alle zugehörigen Photosensoren 22 in Sättigung, so dass das kopierte Flächenmuster 7 auf der Kopie als kontrastlose helle Fläche erscheint.
In einer anderen Ausführung ist nur die erste- Mattstruktur eine anisotrop beugende Mattstruktur, während die zweite Mattstruktur eine isotrop in den Halbraum 24 beugende Mattstruktur ist. Auch in diesem Fall erkennt das menschliche Auge die Bildinformation 9 und den Hintergrund 8 des Flächenmusters 7 aufgrund des unterschiedlichen Kontrasts, während der
Farbkopierer 15 den Kontrastunterschied infolge Sättigung seiner Photosensoren nicht erkennt.
In einer weiteren Ausführung sind sowohl die erste wie die zweite Mattstruktur isotrope Mattstrukturen, aber mit einem unterschiedlichen Rückstreuvermögen.
Die Erfindung lässt sich auch verwenden, um den Sinngehalt einer Information auf der Kopie gegenüber dem Sinngehalt auf dem Original zu ändern. Die Fig. 6 zeigt als Beispiel einen Teil eines Dokuments 28 mit dem Flächenmuster 7. Auf dem Dokument 28 ist der Schriftzug "Dies ist eine Kopie" aufgedruckt. Dem Wort "eine" des Schriftzuges ist das Flächenmuster 7 vorangestellt, wobei die Bildinformation 9 des Flächenmusters 7 den Buchstaben "k" darstellt. Beim Betrachten des Dokuments 28 liest ein Betrachter daher den Satz "Dies ist keine Kopie". Auf der Kopie erscheint aber der Satz "Dies ist eine Kopie".

Claims

Patentansprüche
1. Optisch variables Flächenmuster (7) mit lichtreflektierenden Strukturen, die bei Beleuchtung mit senkrecht einfallendem Licht in einem Winkelbereich eine vom menschlichen Auge gegenüber einem Hintergrund (8) wahrnehmbare Bildinformation (9) erzeugen, dadurch gekennzeichnet , dass die Bildinformation (9) durch eine erste Mattstruktur erzeugt wird, dass der Hintergrund (8) durch eine zweite Mattstruktur erzeugt wird, und dass das Streuvermögen der ersten Mattstruktur und das Streuvermögen der zweiten Mattstruktur gross genug ist, um beim Kopieren die Photosensoren (22) eines
Kopierers (15) in Sättigung zu bringen.
2. Flächenmuster nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die erste Mattstruktur und die zweite Mattstruktur senkrecht auftreffendes Licht azimutal isotrop beugen.
3. Flächenmuster nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die erste Mattstruktur oder die zweite Mattstruktur senkrecht auftreffendes Licht anisotrop beugt.
4. Flächenmuster nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die erste Mattstruktur eine erste Vorzugsrichtung aufweist, so dass sie senkrecht auftreffendes Licht anisotrop beugt, dass die zweite Mattstruktur eine zweite Vorzugsrichtung aufweist, so dass sie senkrecht auftreffendes Licht anisotrop beugt, und dass die erste und die zweite Vorzugsrichtung einen Winkel im Bereich von 10° bis 90° einschliessen.
5. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die den Hintergrund (8) erzeugenden Mattstrukturen und die die Bildinformation (9) erzeugenden Mattstrukturen je einen Anteil der ersten und einen Anteil der zweiten Mattstruktur enthalten.
6. Flächenmuster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Flächenmuster in Bildpixel (25) und in Hintergrundpixel (26) unterteilt ist, dass die Bildpixel (25) und die Hintergrundpixel (26) in Sub-Pixel (27) unterteilt sind und dass jedes Bildpixel (25) und jedes Hintergrundpixel
(26) mindestens ein Sub-Pixel (27) mit der ersten Mattstruktur und ein SubPixel (27) mit der zweiten Mattstruktur enthält.
7. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die lichtreflektierenden Strukturen mikroskopisch feine Relief Strukturen sind.
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