DE112012004993T5

DE112012004993T5 - Diffraktive Einrichtung

Info

Publication number: DE112012004993T5
Application number: DE112012004993.4T
Authority: DE
Inventors: c/o Securency Internation Power Gary Fairless
Original assignee: Innovia Secutiry Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CH707981B1; WO2013078503A1; AU2011101567A4; CA2856566C; GB2510780A; BR112014013163A2; AU2011101567B4; CN104025160B; CN104025160A; MX2014006452A; AU2012344727A1; AP2014007722A0; AU2012344727B2; JP2018047702A; US20140293423A1; GB2510780B; US9110239B2; JP2015504537A; CA2856566A1; FR2983318A1

Abstract

Bereitgestellt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betrachtung oder Authentifizierung einer diffraktiven Einrichtung und einer diffraktiven Sicherheitseinrichtung (1), bei dem bzw. der eine erste diffraktive Reliefstruktur (200) auf eine erste Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur (200) zumindest teilweise mit der ersten diffraktiven Reliefstruktur (100) verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, und eine dritte diffraktive Reliefstruktur (400) zumindest teilweise mit der ersten und zweiten diffraktiven Reliefstruktur (100, 200) verflochten ist und auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert. Unter Beleuchtung mit der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge monochromatischen Lichts erzeugt die erste diffraktive Reliefstruktur (200) ein erstes Teilbild einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene, erzeugt die zweite diffraktive Reliefstruktur (300) ein zweites Teilbild einer zweiten Farbe auf der Rekonstruktionsebene und erzeugt die dritte diffraktive Reliefstruktur (400) ein drittes Teilbild einer dritten Farbe auf der Rekonstruktionsebene, und das erste, zweite und dritte Teilbild überlappen sich zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bildes. Die diffraktive Sicherheitseinrichtung kann in einem Sicherheitsdokument verwendet werden, und die Einrichtung kann durch Vergleichen des mehrfarbigen Bilds mit einem Bezugsbild authentifiziert werden.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft diffraktive Einrichtungen und Verfahren zu ihrer Inspektion und Herstellung. Die Erfindung kann bei der Sicherung von Banknoten und dergleichen gegen Fälschung angewendet werden. Es versteht sich außerdem, dass die Erfindung in anderen Zusammenhängen angewendet werden kann.
DEFINITIONEN
Diffraktive optische Elemente (DOEs): Der wie hierin verwendete Begriff „diffraktives optisches Element” bezieht sich auf ein diffraktives optisches Element (DOE) vom numerischen Typ. Diffraktive optische Elemente (DOEs) vom numerischen Typ beruhen auf der Abbildung von komplexen Daten, die im Fernfeld (oder der Rekonstruktionsebene) ein zweidimensionales Intensitätsmuster rekonstruieren. Wenn also im Wesentlichen kollimiertes Licht, z. B. von einer Punktlichtquelle oder einem Laser, auf das DOE fällt, bildet sich ein Interferenzmuster, das in der Rekonstruktionsebene ein projiziertes Bild erzeugt, das bei einer geeigneten Betrachtungsfläche in der Rekonstruktionsebene oder bei Betrachtung des DOE in Durchsicht an der Rekonstruktionsebene sichtbar ist. Die Transformation zwischen den beiden Ebenen kann durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT – Fast Fourier Transform) angenähert werden. Komplexe Daten einschließlich Amplituden- und Phaseninformationen müssen somit physikalisch in der Mikrostruktur des DOE codiert werden. Diese DOE-Daten können durch Durchführung einer inversen FFT der erwünschten Rekonstruktion (d. h. das erwünschte Intensitätsmuster im Fernfeld) berechnet werden.
DOEs werden manchmal als computergenerierte Hologramme bezeichnet, obwohl sie sich von anderen Hologrammarten, wie Regenbogenhologrammen, Fresnelhologrammen und Volumenreflexionshologrammen, unterscheiden.
Sicherheitsdokument: Wie der Begriff „Sicherheitsdokumente” hierin verwendet wird, schließt er alle Arten von Wertdokumenten und -tokens und Identifizierungsdokumenten ein, u. a. die Folgenden: Währungsgegenstände wie Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Ausweise, Sicherheiten und Anteilsscheine, Führerscheine, Eigentumsurkunden, Reisedokumente wie Flugtickets und Zugfahrscheine, Eintrittskarten und -scheine, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden sowie akademische Nachweise.
Transparente Fenster und Halbfenster: Wie der Begriff „Fenster” hierin verwendet wird, bezieht er sich auf einen transparenten oder durchscheinenden Bereich in dem Sicherheitsdokument, im Vergleich zu dem im Wesentlichen opaken Gebiet, auf das gedruckt wird. Das Fenster kann völlig transparent sein, so dass es die im Wesentlichen unbehinderte Übertragung von Licht zulässt, oder es kann teiltransparent oder durchscheinend sein, wobei die Übertragung von Licht teilweise zugelassen wird, jedoch ohne dass man Objekte deutlich durch den Fensterbereich sehen kann.
Ein Fensterbereich kann in einem polymeren Sicherheitsdokument ausgebildet sein, das mindestens eine Schicht aus transparentem polymeren Material und eine oder mehr trübende Schichten aufweist, die auf mindestens eine Seite eines transparenten polymeren Substrats aufgetragen werden, indem in dem den Fensterbereich bildenden Gebiet mindestens eine trübende Schicht weggelassen wird. Werden trübende Schichten auf beide Seiten eines transparenten Substrats aufgetragen, kann sich ein völlig transparentes Fenster ausbilden, indem man in dem Fensterbereich auf beiden Seiten des transparenten Substrats die trübenden Schichten weglässt.
In einem polymeren Sicherheitsdokument, das auf beiden Seiten trübende Schichten aufweist, kann ein teiltransparenter oder durchscheinender Bereich, im Folgenden als ein „Halbfenster” bezeichnet, ausgebildet werden, indem man in dem Fensterbereich auf nur einer Seite des Sicherheitsdokuments die trübenden Schichten weglässt, so dass das „Halbfenster” nicht völlig transparent ist, aber etwas Licht durchlässt, ohne dass man Objekte deutlich durch das Halbfenster erkennen kann.
Alternativ können die Substrate aus einem im Wesentlichen opaken Material, wie z. B. Papier oder faserhaltigem Material, ausgebildet werden, wobei in einen Ausschnitt oder in eine Aussparung im Papier oder faserhaltigen Substrat unter Ausbildung eines transparenten Fenster- oder eines durchscheinenden Halbfensterbereichs ein Einsatz aus transparentem Kunststoffmaterial eingesetzt wird.
Trübende Schichten: Eine oder mehr trübende Schichten können auf ein transparentes Substrat aufgetragen sein, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Bei einer trübenden Schicht ist L_T < L₀, wobei L₀ die Menge an auf das Dokument fallendem Licht bezeichnet und L_T die Menge an durch das Dokument gelassenem Licht bezeichnet. Eine trübende Schicht kann eine oder mehr von verschiedensten trübenden Beschichtungen umfassen. Die trübenden Beschichtungen können beispielsweise ein Pigment wie z. B. Titandioxid umfassen, das in einem Bindemittel oder einem Träger aus hitzeaktiviertem vernetzbarem polymerem Material dispergiert ist. Alternativ dazu könnte ein Substrat aus transparentem Kunststoffmaterial zwischen trübenden Schichten aus Papier oder sonstigem, teilweise opaken oder im Wesentlichen opaken Material, auf das nachfolgend Indizia gedruckt oder auf andere Weise aufgebracht werden können, angeordnet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von diffraktiven optischen Elementen (DOEs) in verschiedenen Situationen zur Erzeugung eines gewünschten Ausgangsstrahls aus einer monochromatischen oder polychromatischen Quelle ist bekannt. Beispielsweise werden DOEs als Strahlformungs- oder Leistungsumverteilungselemente für Laser verwendet.
Außerdem ist es bekannt, DOEs als Sicherheitsmerkmale in Sicherheitsdokumenten zu verwenden, zum Beispiel in Polymerbanknoten, die in Brunei und Vietnam emittiert werden und unter dem Markennamen WinDOE vertrieben werden. In der Regel werden solche Sicherheitsmerkmale durch Beleuchtung des DOEs mit einer Punktquelle oder einer Pseudopunktquelle monochromatischen oder polychromatischen Lichts verifiziert. Der rekonstruierte Strahl wird unter Auflicht oder Durchlicht als einfaches Bild, wie zum Beispiel einem Zeichen oder einem Satz Zahlen, gesehen.
Obwohl DOEs in Sicherheitsdokumenten erfolgreich als Sicherheitsmerkmale eingesetzt worden sind, war es bisher immer nur möglich, DOEs zu erzeugen, die monochromatische Bilder oder polychromatische Bilder mit chromatischer Aberration, bei denen die Farben aufgrund der Winkeltrennung zwischen den Beugungsordnungen bei einer jeweiligen Wellenlänge getrennt sind, projizieren.
Vor dem Hintergrund des Obengesagten wäre es wünschenswert, eine diffraktive Einrichtung bereitzustellen, die höher entwickelte farbige Bilder erzeugen kann.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Betrachtung oder Authentifizierung einer diffraktiven Einrichtung bereitgestellt, die eine erste diffraktive Reliefstruktur, die auf eine erste Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten diffraktiven Reliefstruktur verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, und eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten und zweiten diffraktiven Reliefstruktur verflochten ist und auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem ersten Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten Wellenlänge unter Erzeugung eines ersten Teilbilds einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene,
Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem zweiten Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der zweiten Wellenlänge unter Erzeugung eines zweiten Teilbilds einer zweiten Farbe auf der Rekonstruktionsebene und
Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem dritten Strahl monochromatischen Lichts der dritten Wellenlänge unter Erzeugung eines dritten Teilbilds einer dritten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene,
wodurch sich das erste, zweite und dritte Teilbild zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds überlappen.
Vorzugsweise enthält das Verfahren ein Vergleichen des mehrfarbigen Bilds mit einem Bezugsbild zur Authentifizierung der diffraktiven Einrichtung.
In dem oben genannten Verfahren können die Beleuchtungsschritte im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden, werden aber vorzugsweise der Reihe nach durchgeführt, und insbesondere auf zyklische Weise. Die Frequenz der zyklischen Beleuchtung ist vorzugsweise dergestalt, dass bei direkter Betrachtung mit dem menschlichen Auge die drei Farben der sich teilweise überlappenden Teilbilder durch Nachbildformung des Auges den Effekt eines mehrfarbigen Bilds erzeugen, obwohl jede Beleuchtung durch eine einzige Wellenlänge nur eine einzige Farbe auf der Rekonstruktionsebene erzeugt. Die Beleuchtungen finden vorzugsweise bei einer Frequenz statt, die größer als die Nachbilddauer des menschlichen visuellen Systems ist. Die Frequenz liegt bevorzugt bei mindestens 12 Hz, und insbesondere bevorzugt bei ungefähr 24 Hz. Die erste, zweite und dritte Farbe der Teilbilder können den drei Farben eines mehrfarbigen Eingabebilds entsprechen. Vorzugsweise sind die drei Farben Primär- oder Sekundärfarben. Die mehrfarbigen Bilder können durch additive Farben gebildet werden, oder die Farben können derartig projiziert werden, dass sie in einen separaten Projektionsraum fallen, um den Bereich von Farben in dem mehrfarbigen Bild durch Rasterung zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine diffraktive Sicherheitseinrichtung bereitgestellt, enthaltend ein transparentes Substrat,
eine erste diffraktive Reliefstruktur, die in oder auf dem transparenten Substrat bereitgestellt ist und auf eine erste Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert,
eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten Reliefstruktur in oder auf dem transparenten Substrat verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert,
eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten und zweiten Reliefstruktur in oder auf dem transparenten Substrat verflochten ist und auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert, wobei unter Beleuchtung die erste diffraktive Reliefstruktur ein erstes Teilbild einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene erzeugt, die zweite diffraktive Reliefstruktur ein zweites Teilbild einer zweiten Farbe auf der Rekonstruktionsebene erzeugt und die dritte diffraktive Reliefstruktur ein drittes Teilbild einer dritten Farbe auf der Rekonstruktionsebene erzeugt, und sich das erste, zweite und dritte Teilbild unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene überlappen.
Vorzugsweise sind die erste, zweite und dritte diffraktive Reliefstruktur jeweils ein diffraktives optisches Element (DOE) vom numerischen Typ.
Vorzugsweise reagieren die erste, zweite und dritte diffraktive Reliefstruktur auf Wellenlängen von Primär- oder Sekundärfarben.
Die erste, zweite und dritte Reliefstruktur der diffraktiven Sicherheitseinrichtung können moduliert werden, um Variationen in der Intensität auf der Rekonstruktionsebene zu erzeugen, die Variationen im Helligkeitspegel eines tonalen farbigen Eingangsbilds entsprechen. Dies kann durch Modulation der Höhen oder Tiefen der ersten, zweiten und dritten Reliefstruktur erreicht werden, um die Variationen der Intensität zu erzeugen.
Die diffraktive Sicherheitseinrichtung kann weitere Reliefstrukturen enthalten, die auf die erste, zweite und dritte Wellenlänge reagieren, wobei die weiteren Reliefstrukturen weitere Teilbilder auf mindestens einer zusätzlichen Rekonstruktionsebene erzeugen, wobei sich die weiteren Teilbilder unter Erzeugung eines weiteren mehrfarbigen Bilds in der mindestens einen zusätzlichen Rekonstruktionsebene zumindest teilweise überlappen. Jede Reliefstruktur kann derart ausgelegt sein, dass mehr als 50% der Intensitätsverteilung von von der Reliefstruktur gebeugtem Licht in der ersten positiven Beugungsordnung liegen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält jede Reliefstruktur mehrere diffraktive Segmente, wobei die diffraktiven Segmente mit diffraktiven Segmenten der anderen Reliefstruktur verflochten sind. Vorzugsweise beträgt die größte Abmessung jedes Segments weniger als 20 Mikrometer (μm). Jedes Segment entspricht vorzugsweise einem Pixel oder einer Gruppe von Pixeln aus einem mehrfarbigen Eingabebild.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Sicherheitseinrichtung bereitgestellt, die eine diffraktive Struktur wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben enthält.
Die Sicherheitseinrichtung kann eine durchlässige Sicherheitseinrichtung sein, die dazu ausgelegt ist, in Durchlicht betrachtet zu werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Sicherheitseinrichtung eine reflektierende Schicht aus einem metallischen oder hochbrechenden Material enthalten, oder die reflektierende Schicht kann unter Erzeugung einer im Wesentlichen planaren Oberfläche auf die Reliefstruktur aufgebracht werden.
Andere Aspekte der Erfindung sind auf ein Sicherheitsdokument ausgerichtet, wie zum Beispiel eine Banknote, die die Sicherheitseinrichtungen wie oben beschrieben enthält. Vorzugsweise wird die Sicherheitseinrichtung auf oder in einem Fenster- oder Halbfensterbereich des Sicherheitsdokuments aufgetragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Betrachtung oder Authentifizierung einer diffraktiven Einrichtung bereitgestellt, die eine erste diffraktive Reliefstruktur enthält, die auf eine erste Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten Reliefstruktur verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, und eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert und zumindest teilweise mit der ersten und zweiten diffraktiven Reliefstruktur verflochten ist, wobei die Vorrichtung Beleuchtungsmittel zur Erzeugung dreier getrennter Strahlen sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge enthält,
wobei der erste Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein erstes Teilbild einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen, der zweite Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der zweiten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein zweites Teilbild einer zweiten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen, und ein dritter Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der dritten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein drittes Teilbild einer dritten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen,
wodurch sich das erste, zweite und dritte Teilbild unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene überlappen.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung Vergleichsmittel zum Vergleichen des mehrfarbigen Bilds mit einem Bezugsbild zur Authentifizierung der diffraktiven Einrichtung.
Vorzugsweise entsprechen die erste, zweite und dritte Farbe der Teilbilder den drei Farben eines mehrfarbigen Eingabebilds. Die drei Farben sind bevorzugt Primärfarben, wie zum Beispiel Rot, Grün und Blau, können jedoch auch Sekundärfarben, wie zum Beispiel Cyan, Magenta und Gelb sein. Das komplette mehrfarbige Bild kann durch additive Farben ausgebildet sein. Alternativ dazu können die Farben auch dergestalt projiziert werden, dass sie in einen separaten Projektionsraum fallen, um den Bereich von Farben in dem mehrfarbigen Bild durch Rasterung zu schaffen.
Vorzugsweise enthält das Beleuchtungsmittel:
drei verschiedene Quellen sichtbaren monochromatischen Lichts jeweils der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge; oder eine einzige Quelle polychromatischen Lichts und mehrere optische Filterelemente, die zur Erzeugung dreier getrennter Strahlen monochromatischen Lichts der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge bei Beleuchtung durch die polychromatische Lichtquelle ausgelegt sind.
Wenn die diffraktive Einrichtung ein diffraktives optisches Element bzw. DOE ist, wie es hier vorliegend definiert ist, ist jede separate Lichtquelle vorzugsweise eine Punktlichtquelle oder eine Pseudopunktlichtquelle, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) oder organische Leuchtdiode (OLED), obwohl auch kollimierte Lichtquellen wie zum Beispiel Laser verwendet werden können.
Die Vorrichtung kann Schaltmittel zum Schalten zwischen der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge, vorzugsweise der Reihe nach oder auf zyklische Weise, enthalten. Wenn separate Lichtquellen verschiedener Farben bereitgestellt sind, kann das Schaltmittel zum Ein- und Ausschalten der Lichtquellen der Reihe nach oder zyklisch ausgelegt sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Beleuchtungsmittel eine polychromatische Lichtquelle in Kombination mit geeigneten optischen Filtern zur Erzeugung der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge umfassen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das Schaltmittel ein drehbares Filterrad enthalten.
Die Vorrichtung kann ferner eine Abschirmung oder einen Detektor, der an oder nahe der Rekonstruktionsebene positioniert ist, enthalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun rein beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße diffraktive Einrichtung zeigt;
2 eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument, das eine erfindungsgemäße durchlässige diffraktive Sicherheitseinrichtung enthält, und ein Verfahren zur Betrachtung und Authentifizierung der Sicherheitseinrichtung zeigt;
3 eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument, das eine erfindungsgemäße reflektierende diffraktive Sicherheitseinrichtung enthält, und ein Verfahren zur Betrachtung und Authentifizierung der Sicherheitseinrichtung zeigt;
4 eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument, das eine erfindungsgemäße durchlässige diffraktive Sicherheitseinrichtung enthält, und ein weiteres Verfahren zur Betrachtung und Authentifizierung der Sicherheitseinrichtung zeigt;
5 eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument, das eine erfindungsgemäße reflektierende diffraktive Sicherheitseinrichtung enthält, und ein weiteres Verfahren zur Betrachtung und Authentifizierung der Sicherheitseinrichtung zeigt;
6 eine schematische Draufsicht auf ein selbstverifizierendes Sicherheitsdokument zeigt, das eine diffraktive Sicherheitseinrichtung und ein Verifizierungselement zur Betrachtung und Authentifizierung der Sicherheitseinrichtung enthält; und
7 eine Ansicht des selbstverifizierenden Sicherheitsdokuments aus 6 im Gebrauch zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine diffraktive Einrichtung 1 mit mehreren diffraktiven Reliefstrukturen 2, 3 und 4, die jeweils auf eine andere Wellenlänge von Licht im sichtbaren Spektrum reagieren. Bei der gezeigten Ausführungsform enthält jede diffraktive Reliefstruktur 2, 3, 4 mehrere diffraktive Segmente oder Pixel 200, 300 und 400, die jeweils einem Pixel oder einer Gruppe von Pixeln aus einem mehrfarbigen Eingabebild entsprechen.
Eine erste Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 200 der ersten diffraktiven Reliefstruktur 2 können beispielhaft auf Licht einer roten Farbe reagieren, eine zweite Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 300 der zweiten diffraktiven Struktur 3 können auf Licht einer grünen Farbe reagieren, und die dritte Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 400 der dritten diffraktiven Reliefstruktur 4 können auf Licht einer blauen Farbe reagieren.
Die diffraktiven Segmente oder Pixel 200, 300, 400 der ersten, zweiten und dritten diffraktiven Reliefstruktur 2, 3 und 4 sind zumindest teilweise verflochten. Zum Beispiel ist, wie in 1 gezeigt, die zweite Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 300 (die durch Quadrate dargestellt sind) mit der ersten Gruppe diffraktiver Elemente oder Pixel 200 (die durch Kreise dargestellt sind) verflochten. Wie gezeigt, ist die zweite Gruppe 300 zur Ausbildung eines Hintergrunds für die erste Gruppe 200, die in der Form eines Buchstabens „E” angeordnet ist, angeordnet.
Die dritte Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 400 (durch Karos in 1 dargestellt) sind ebenfalls mit der zweiten Gruppe 300 verflochten. Erneut kann die zweite Gruppe 300 zur Ausbildung eines Hintergrunds für die dritte Gruppe 400 angeordnet sein, die im vorliegenden Fall in Form eines Buchstabens „P” angeordnet ist, wie in 1 gezeigt.
Obwohl die erste und dritte Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 200, 400 in 1 nicht als verflochten gezeigt sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen alle drei Gruppen 200, 300 und 400 miteinander verflochten sein.
Die diffraktive Einrichtung 1, umfassend die erste, zweite und dritte diffraktive Reliefstruktur 2, 3 und 4, ist bevorzugt ein diffraktives optisches Element oder DOE des numerischen Typs, wie vorliegend definiert ist. Ein derartiges DOE ist dazu ausgelegt, ein Interferenzmuster zu erzeugen, das bei Beleuchtung durch eine Punktlichtquelle (oder Pseudopunktlichtquelle) oder eine weitere Quelle mit im Wesentlichen kollimiertem Licht, wie zum Beispiel einem Laser, ein projiziertes Bild auf einer Rekonstruktionsebene erzeugt.
Der optische Effekt, der erzeugt wird, wenn die diffraktive Einrichtung von 1 mit einer polychromatischen Punktquelle von Licht beleuchtet wird, ist ein mehrfarbiges Bild auf der Rekonstruktionsebene mit schwerwiegender chromatischer Verzerrung und Unschärfe. Die diffraktive Einrichtung ist jedoch dazu ausgelegt, von einer ersten, zweiten und dritten Wellenlänge monochromatischen sichtbaren Lichts der drei verschiedenen Farben, auf die die erste, zweite und dritte Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 200, 300, 400 der diffraktiven Reliefstrukturen reagieren, beleuchtet zu werden. Somit wird bei der bestimmten Ausführungsform von 1, wenn die diffraktive Einrichtung mit im Wesentlichen kollimiertem Licht einer roten Wellenlänge beleuchtet wird, die erste Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 200 ein erstes Teilbild in Rot auf der Rekonstruktionsebene erzeugen, wenn sie mit im Wesentlichen kollimiertem Licht einer grünen Wellenlänge beleuchtet wird, wird die zweite Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 300 ein zweites Teilbild in Grün auf der Rekonstruktionsebene erzeugen, und wenn sie mit im Wesentlichen kollimiertem Licht einer blauen Wellenlänge beleuchtet wird, wird die dritte Gruppe diffraktiver Segmente oder Pixel 400 ein drittes Teilbild in Blau auf der Rekonstruktionsebene erzeugen.
Da die Gruppen 200, 300 und 400 diffraktiver Segmente oder Pixel zumindest teilweise verflochten sind, überlappen sich, wenn sie im Wesentlichen gleichzeitig, der Reihe nach oder zyklisch mit jeder der drei Wellenlängen der drei verschiedenen Farben beleuchtet werden, die drei Teilbilder, die von den verschiedenen Gruppen 200, 300 und 400 erzeugt werden, und erzeugen ein mehrfarbiges Bild auf der Rekonstruktionsebene, welches schärfer und weniger verschleiert ist als das von einer polychromatischen Punktlichtquelle erzeugte Licht und nicht an starker chromatischer Aberration leidet.
Die diffraktiven Segmente oder Pixel 200, 300, 400 sind praktisch im Wesentlichen quadratisch, obwohl andere Gestalten wie Kreise, Dreiecke, Sechsecke und andere Mehrecke verwendet werden können. Die Mindestgröße der Pixel ist bevorzugt ungefähr 1 Mikrometer (μm) mal 1 Mikrometer (μm). Die Höchstgröße der Pixel ist bevorzugt ungefähr 10 Mikrometer (μm) mal 10 Mikrometer (μm). Möglicherweise kann die größte Abmessung eines Pixels 10 Mikrometer (μm) überschreiten und bis zu ungefähr 20 Mikrometer (μm) betragen, allerdings können größere Abmessungen als ungefähr 10 Mikrometer (μm) zu einer geringeren Definition des resultierenden mehrfarbigen Bilds bei Beleuchtung der diffraktiven Einrichtung führen.
Mit Bezug auf 2 bis 5 sind verschiedene Weisen zur Aufnahme einer diffraktiven Einrichtung der Erfindung in ein Sicherheitsdokument, wie mit Bezug auf 1 beschrieben ist, und auch verschiedene Verfahren und eine Vorrichtung zur Betrachtung der resultierenden mehrfarbigen Bilder gezeigt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument 10, das eine durchlässige diffraktive Einrichtung 11 in Form eines diffraktiven optischen Elements bzw. DOEs des numerischen Typs (wie oben beschrieben), das in einem im Wesentlichen transparenten Bereich oder Fenster 12 des Dokuments angeordnet ist, enthält.
Die Vorrichtung zur Betrachtung der diffraktiven Einrichtung 11 in 2 enthält Beleuchtungsmittel 13, die zur Erzeugung dreier Strahlen 14, 15 und 16 von im Wesentlichen kollimiertem, monochromatischem Licht von drei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Spektrum, zum Beispiel dem roten, grünen und blauen Teil des Spektrums, ausgelegt ist. Das Beleuchtungsmittel 13 kann zum Beispiel Leuchtdioden (LEDs) 140, 150 und 160 von drei verschiedene Farben, zum Beispiel rot, grün und blau, umfassen. Alternativ dazu können statt der LEDs 140, 150, 160 drei verschiedene monochromatische Lichtquellen in Form von Lasern mit geeigneter Frequenz im roten, grünen und blauen Teil des sichtbaren Spektrums verwendet werden.
Der optische Effekt, der erzeugt wird, wenn die diffraktive optische Einrichtung 11 von dem Beleuchtungsmittel 13 beleuchtet wird, ist im unteren Teil von 2 schematisch gezeigt.
Das im Wesentlichen kollimierte Licht 14 von der roten Lichtquelle 140 wird von den Gruppen diffraktiver Segmente oder Pixel 200 der ersten diffraktiven Reliefstruktur 20, die auf rotes Licht reagiert, in einen ersten gemusterten Strahl 17 aus rotem Licht umgewandelt. Dies erzeugt ein erstes Teilbild 170 in Rot auf einer Rekonstruktionsebene 100. Ähnlich wandeln die Gruppen diffraktiver Segmente oder Pixel 300, 400 der zweiten und dritten diffraktiven Reliefstruktur 30, 40, die auf grünes bzw. blaues Licht reagieren, die Strahlen 15, 16 aus im Wesentlichen kollimiertem Licht von der grünen und blauen Lichtquelle 150, 160 in einen zweiten und dritten gemusterten Strahl 18, 19 mit grünem bzw. blauem Licht um. Diese gemusterten Strahlen erzeugen ein zweites und drittes Teilbild 180, 190 auf der Rekonstruktionsebene 100.
Als Folge der verflochtenen Anordnung der ersten, zweiten und dritten diffraktiven Reliefstruktur 20, 30 und 40 in der diffraktiven Einrichtung 11, überlappen sich das erste, zweite und dritte Teilbild 170, 180 und 190 auf der Rekonstruktionsebene unter Erzeugung eines mehrfarbigen Bilds 110.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Beleuchtungsmittel 13 mit Schaltmitteln zum Ein- und Ausschalten jeweils der roten, grünen und blauen Lichtquelle 140, 150 und 160 versehen. Das Schaltmittel wird vorzugsweise von einem Controller derart gesteuert, dass das Ein-/Ausschalten der Lichtquellen sequenziell oder zyklisch stattfindet, mit besonderem Vorzug mit einer vorbestimmten Frequenz und Phasenversatz. Die Frequenzperiode, mit der sequenziell oder zyklisch geschaltet wird, ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie kürzer als die Nachbilddauer des menschlichen Auges ist. Die vorbestimmte Frequenz ist vorzugsweise mindestens 12 Hz, insbesondere bevorzugt 24 Hz oder mehr. Wenn ein Betrachter das auf der Rekonstruktionsebene 100 projizierte erzeugte Bild betrachtet, zum Beispiel indem er sein Auge in der Rekonstruktionsebene 100 hält oder einen in der Rekonstruktionsebene 100 angeordneten Bildschirm betrachtet, sieht der Betrachter ein echt mehrfarbiges Bild 110, statt den drei separaten farbigen Teilbildern. Das auf diese Weise erzeugte mehrfarbiges Bild 100 unterliegt keiner starken chromatischen Verzerrung und macht das Bild für den Betrachter erkennbarer, wodurch seine Verwendung bei der Authentifizierung des Sicherheitsdokuments verbessert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann auf das Sicherheitsdokument eine andere Version des mehrfarbigen Bilds an einer anderen Stelle gedruckt oder anderweitig vorgesehen sein, um ein Bezugsbild für den Vergleich mit dem virtuellen mehrfarbigen Bild auf der Rekonstruktionsebene auszubilden. Alternativ dazu kann das Bezugsbild auf einer separaten Komponente bereitgestellt sein.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument 10, das eine diffraktive Einrichtung oder ein DOE 11 enthält, die bzw. das dazu ausgelegt ist, in Auflicht mit einer ähnlichen Vorrichtung wie der aus 2 zu arbeiten. In 3 entsprechen Teile des Sicherheitsdokuments und Teile der Vorrichtung ähnlichen Teilen in 2, und es wurden entsprechende Bezugszahlen verwendet.
Die diffraktive Einrichtung bzw. das DOE 11 in 3 ist auch in einem im Wesentlichen transparenten Bereich oder Fenster 12 des Dokuments 10 angeordnet. Das DOE 11 ist tatsächlich als durchlässiges DOE ausgebildet, arbeitet aber in Auflicht, da in dem Fenster 12 unter dem DOE 11 mit kurzem Abstand von dem DOE 11 eine reflektierende Schicht 22 vorgesehen ist.
Bei Gebrauch wird das DOE 11 von 3 durch das Beleuchtungsmittel 13, das zur Erzeugung dreier Strahlen 14, 15 und 16 aus im Wesentlichen kollimiertem Licht mit drei verschiedenen Wellenlängen, zum Beispiel rot, grün und blau, ausgelegt ist, beleuchtet. Erneut kann das Beleuchtungsmittel LEDs 140, 150 und 160 oder Laser mit geeigneten Frequenzen im roten, grünen und blauen Teil des sichtbaren Spektrums umfassen.
Die drei Strahlen 14, 15 und 16 sind in einem Winkel auf die reflektierende Schicht 22 im Fensterbereich 12 an einer Stelle neben dem DOE 11 gerichtet, so dass jeder Strahl 14, 15, 16 an der reflektierenden Schicht 22 auf das DOE 11 zurück reflektiert wird. Die Strahlen 14, 15 und 16 aus im Wesentlichen kollimiertem monochromatischem Licht werden von den Gruppen diffraktiver Segmente oder Pixel 200, 300 und 400 der ersten, zweiten und dritten diffraktiven Reliefstruktur 20, 30 und 40 des DOEs 11 in gemusterte Strahlen 17, 18 und 19 mit verschiedenen Farben, zum Beispiel rot, grün bzw. blau, umgewandelt, ähnlich wie dem DOE 11 aus 2. Aus 3 ergibt sich, dass der Hauptunterschied zum Betrieb von 2 darin liegt, dass die drei Strahlen 17, 18 und 19 von dem DOE 11 auf der gleichen Seite des Sicherheitsdokuments 10 wie das Beleuchtungsmittel 13 abgegeben werden. Somit befindet sich die Rekonstruktionsebene 100, auf der die drei farbigen Teilbilder 170, 180, 190 das mehrfarbige Bild 110 bilden, auch auf der gleichen Seite des Sicherheitsdokuments wie das Beleuchtungsmittel 13.
Bei einer (nicht gezeigten) modifizierten Ausführungsform kann das durchlässige DOE 11 und die reflektierende Schicht 22 in 3 durch eine reflektierende diffraktive Einrichtung oder ein derartiges DOE ersetzt sein, deren bzw. dessen obere oder Außenfläche direkt von den drei Strahlen monochromatischen Lichts 14, 15 und 16 aus dem Beleuchtungsmittel 13 beleuchtet wird. Ein derartiges reflektierendes DOE kann durch Bereitstellung einer geeigneten diffraktiven Oberflächenreliefstruktur in einer reflektierenden Schicht, wie zum Beispiel einer metallischen Schicht oder einer hochbrechenden Schicht, ausgebildet sein. In diesem Fall ist es nicht nötig, dass das reflektierende DOE in einem transparenten Bereich oder Fenster des Sicherheitsdokuments bereitgestellt ist. Stattdessen könnte das reflektierende DOE auf einer nichtdurchlässigen Oberfläche eines Sicherheitsdokuments bereitgestellt sein.
Wie in der Ausführungsform von 2 kann das Beleuchtungsmittel 13 in 3 auch (nicht gezeigte) Schaltmittel für jeweils die rote, grüne und blaue Quelle 140, 150, 160 enthalten. Erneut kann das Schaltmittel durch einen Controller derart gesteuert werden, dass das Ein-/Ausschalten der Lichtquellen 140, 150, 160 sequenziell oder zyklisch erfolgt. Somit ist der optische Effekt, der von dem Betrachter in der Rekonstruktionsebene 100 gesehen wird, in der Ausführungsform von 3 der gleiche wie in 2.
4 und 5 zeigen ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zur Beleuchtung diffraktiver Sicherheitseinrichtungen gemäß der Erfindung. 4 zeigt ein Sicherheitsdokument 10, das mit dem von 2 identisch ist, wobei entsprechende Bezugszahlen für entsprechende Teile verwendet wurden. Somit enthält das Sicherheitsdokument 10 eine durchlässige diffraktive Einrichtung oder ein solches DOE 11, die bzw. das in einem im Wesentlichen transparenten Bereich oder Fenster 12 des Dokuments angeordnet ist.
4 unterscheidet sich von der 2 darin, dass das Beleuchtungsmittel 13 von 2 durch eine polychromatische Lichtquelle 43 und Filtermittel 44 ersetzt wurde. Die polychromatische Lichtquelle 43 ist in 3 durch eine Wolframfadenlichtkugel dargestellt, die Weißlicht erzeugt. Das Filtermittel 44 enthält vorzugsweise drei verschiedene optische Filter, die bei Anordnung vor der polychromatischen Lichtquelle 43 gemusterte monochromatische Strahlen von Licht 17, 18, 19 mit einer ersten, zweiten und dritten Wellenlänge mit verschiedenen Farben, bevorzugt Rot, Grün und Blau, erzeugen. Das Filtermittel enthält bevorzugt Schaltmittel zum sequenziellen oder zyklischen Schalten zwischen den Filtern.
Wie schematisch in 4 dargestellt, liegt das Schaltmittel 44 in Form eines drehbaren Filterrads 45 vor. Das Filterrad 45 weist drei verschiedene Farbfilter der drei verschiedenen Farben, Rot, Grün und Blau, auf, die an verschiedenen Stellen um die Drehachse des Filterrads 45 beabstandet sind. Aus Übersichtsgründen sind nur zwei der drei farbigen Filter 46 und 47 in der Querschnittsansicht des Filterrads 45 von 4 gezeigt.
Das Filterrad 45 ist dazu ausgelegt, durch einen Antriebsmotor 49 und Antriebsstrang 50 um seine Drehachse 48 gedreht zu werden. Im Betrieb läuft mit der Drehung des Filterrads 45 jedes der drei farbigen Filter (46, 47) abwechselnd vorne an der polychromatischen Lichtquelle 43 vorbei, wodurch drei monochromatische Lichtstrahlen 51 der drei verschiedenen Farben, Rot, Grün und Blau, sequenziell erzeugt werden, wobei jeder Strahl 51 auf die diffraktive Einrichtung oder das DOE 11 im Fenster 12 des Sicherheitsdokuments gerichtet wird.
Bei einer Ausführungsform ist die Größe jedes der farbigen Filter 46, 47 vorzugsweise klein genug, um eine Punktlichtquelle zu simulieren, so dass jeder Strahl 51 monochromatischen Lichts im Wesentlichen kollimiert ist. Die vorliegende Ausführungsform eignet sich besonders für den Fall, dass die polychromatische Lichtquelle keine Punktlichtquelle ist und kein im Wesentlichen kollimiertes Licht erzeugt, zum Beispiel eine Glühbirne oder Lichtkugel.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die polychromatische Lichtquelle 43 eine Punktlichtquelle oder Pseudopunktlichtquelle für Weißlicht oder eine andere Weißlichtquelle, die einen im Wesentlichen kollimierten Strahl aus Licht erzeugt, der auf das Filterrad 45 gerichtet ist, sein. In diesem Fall ist die Größe der farbigen Filter untergeordneter Wichtigkeit.
Im Betrieb wirkt die Ausführungsform von 4 ähnlich wie die aus 2, wenn das Beleuchtungsmittel 13 mit Schaltmitteln zum sequenziellen oder zyklischen Ein- und Ausschalten der roten, grünen und blauen Lichtquelle 140, 150, 160 versehen ist. Das drehende Filterrad 45 wirkt als Schaltfilter, so dass die Farbe des Strahls 51, der auf die diffraktive Einrichtung 11 gerichtet ist, mit der Drehung des Filterrads 45 sequenziell zwischen den drei verschiedenen Farben, Rot, Grün und Blau, umschaltet. Somit verlässt sich die Ausführungsform von 4 auch auf die Nachbildformung des menschlichen Auges, und die Frequenz, mit der das Filterrad 45 gedreht wird, wird vorzugsweise entsprechend ausgewählt. Die vorbestimmte Frequenz beträgt vorzugsweise mindestens 12 Hz und besonders bevorzugt 24 Hz oder mehr.
Das projizierte Bild 110 auf der Rekonstruktionsebene 100 wird somit aus aufeinanderfolgenden Teilbildern 170, 180, 190 in den drei verschiedenen Farben, die durch die aufeinanderfolgenden übertragenen Strahlen 17, 18, 19 erzeugt werden, bestehen, aber die Frequenz, mit der sich die Teilbilder 170, 180, 190 ändern, wird aufgrund der Nachbildformung des menschlichen Auges den Effekt eines mehrfarbigen Bilds erzeugen.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Sicherheitsdokument 10, welches mit dem Sicherheitsdokument von 3 identisch ist, und entsprechende Bezugszahlen werden auf entsprechende Teile angewendet. Die 5 unterscheidet sich von 3 darin, dass die Vorrichtung zur Beleuchtung der diffraktiven Einrichtung 11 und zur Betrachtung des resultierenden Bilds im Wesentlichen die gleiche ist wie die in 4 dargestellte und mit Bezug auf 4 beschriebene. Entsprechende Bezugszahlen für die Vorrichtung in 4 werden in 5 verwendet.
Die diffraktive Einrichtung 11 oder das DOE in 5 wirken im auflicht. Wenn sich das Filterrad 45 vor die polychromatische Weißlichtquelle 43 dreht, wird der Strahl 51, der auf das Fenster 12 des Dokuments an einer Stelle neben der diffraktiven Einrichtung oder dem DOE gerichtet ist, sequenziell zwischen den drei unterschiedlichen verschiedenen Farben der optischen Filter 46, 47 des Filterrads wechseln. Dies wird zu aufeinanderfolgenden monochromatischen gemusterten Strahlen 17, 18, 19 in den drei verschiedenen Farben führen, die der Reihe nach erzeugt werden, wenn der Strahl 51 an der reflektierenden Schicht 22 durch das DOE 11 zurück reflektiert wird. Jeder gemusterte Strahl 17, 18, 19 erzeugt wiederum ein projiziertes Teilbild 170, 180, 190 mit verschiedener Farbe auf der Rekonstruktionsebene 100. Wie in 4 ist die Drehfrequenz des Filterrads 45 erneut derart ausgelegt, dass der Betrachter durch den Effekt der Nachbildformung des menschlichen Auges ein mehrfarbiges Bild 110 sehen wird, welches durch die drei sich überlappenden Teilbilder 170, 180, 190 gebildet wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer diffraktiven Einrichtung gemäß der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
Die ursprüngliche Grafik in Form eines mehrfarbigen Eingabebilds, das dem benötigten mehrfarbigen Ausgabebild entspricht, das durch die letzte diffraktive Einrichtung erzeugt wird, wird mittels standardmäßiger reprografischer Techniken, die zur Erzeugung mehrfarbiger tonaler Bilder in der Druckindustrie verwendet werden, zuerst in ein rotes, grünes und blaues (RGB) Teilbild aus dem ursprünglichen farbigen Bild aufgetrennt.
Für jedes dieser drei Teilbilder wird eine Fouriertransformation durchgeführt, die dazu verwendet wird, eine dreidimensionale Phasenstruktur für ein diffraktives optisches Element (DOE) entsprechend jedem Teilbild mittels bekannter Techniken (Digital Diffractive Optics, Autor Bernard Kress und Patrick Meyrueis, Wiley, ISBN Nr. 0471984477) auszubilden.
Eine Folge von Plättchen wird für jedes DOE erzeugt, die mit sich wiederholendem Muster mit einer Plättchengröße, die größer als die Fleckgröße der Lichtquelle, die zur Beleuchtung der Struktur verwendet wird, ist, miteinander verflochten werden.
Diese Strukturen werden dann zur Erzeugung eines metallischen Vorlage-Shims auf eine Weise reproduziert, die allgemein bei der Herstellung von diffraktiven Oberflächenreliefstrukturen, wie bei Hologrammen (diffraktiven optischen variablen Einrichtungen (DOVDs), verwendet wird.
Das Vorlage-Shim wird dann durch seine mehrmalige Rekombination an Positionen auf dem Shim, die für die letzte gewünschte Position des fertigen Sicherheitsdokuments relevant sind, zu einem Herstellungsshim repliziert. Erneut ist dieser Prozess ausreichend dokumentiert und dem Fachmann bekannt.
Die diffraktiven Strukturen werden daraufhin auf dem Sicherheitsdokument mittels eines Prägeprozesses repliziert, wie zum Beispiel Heißprägen oder Prägen in eine UV-härtbare Druckfarbe.
Um zu verhindern, dass diese Strukturen leicht reproduzierbar sind, ist es empfehlenswert, dass sie mit einer Schicht mit einem ausreichend hohen Brechungsindex bedeckt werden, so dass die Einrichtung dann völlig in einer abdeckenden Polymerschicht eingebettet werden kann. Dies kann in einem Zweischrittprozess geschehen, bei dem die hochbrechende Schicht zuerst aufgetragen wird und dann eine zweite, dickere Schicht aufgetragen wird, um die Strukturen völlig einzubetten. Alternativ kann das gleiche Ergebnis in einem einzigen Schritt mittels eines Einbettungsprozesses mit Auftragen einer Polymerschicht mit intrinsischen hochbrechenden Eigenschaften oder einer Polymermetalloxidzusammensetzungsschicht auf der gleichen Weise erreicht werden.
Alternativ dazu können die Shims dazu verwendet werden, eine Heißprägefolie zu erzeugen, in welchem Fall die Einrichtung als Folge eines Heißprägeprozesses übertragen wird. In diesem Fall ist die Heißprägefolienstruktur vorzugsweise mit einem hochbrechenden Material bedeckt, da das Bild in Auflicht zu betrachten ist. Ein geeignetes Material dafür wäre Zinksulfid, welches durch Vakuumsabscheidung aufgetragen werden kann. Alternativ dazu kann eine Beschichtung mit einem hohen Brechungsindex, zum Beispiel auf Basis von polymeren Materialien, die Metalloxidnanopartikel oder hochbrechende Polymere enthalten, aufgetragen werden.
6 und 7 zeigen ein selbstverifizierendes Sicherheitsdokument 60, welches eine diffraktive Einrichtung oder ein DOE 61 in einem ersten Fenster 63 des Dokuments und ein Verifizierungselement 62 in einem zweiten Fenster 64 an einer seitlich beabstandeten Stelle des Dokuments aufnimmt. Das Sicherheitsdokument 60 liegt in Form eines einzigen flexiblen Blatts vor, wie zum Beispiel einer Banknote.
Das diffraktive Element bzw. DOE 61 weist mehrere diffraktive Segmente oder Pixel auf, die wie oben beschrieben jeweils gegenüber Licht einer verschiedenen Wellenlänge reagieren.
Das Verifizierungselement 62 im zweiten Fenster weist mehrere optische Filtersegmente 65 auf, vorzugsweise drei, von denen jedes zur Erzeugung von Licht mit einer verschiedenen Wellenlänge bei Beleuchtung durch eine polychromatische Lichtquelle 70 ausgelegt ist.
7 zeigt das selbstverifizierende Sicherheitsdokument von 6 im Gebrauch, wobei das Sicherheitsdokument um eine Falzlinie 66 geknickt ist, so dass die polychromatische Lichtquelle 70, das Verifizierungselement 62, das DOE 61 und das Auge 72 eines Betrachters 74 alle auf einer Linie liegen. Polychromatisches Licht 71 aus der Quelle 70, das durch das Verifizierungselement 62 läuft, wird von den optischen Filtersegmenten 65 in separate Strahlen aus im Wesentlichen kollimiertem monochromatischem Licht verschiedener Wellenlängen umgewandelt. Diese Strahlen sind auf das DOE 61 gerichtet und werden von dem DOE in gemusterte Strahlen umgewandelt, die sich überlappen und den Effekt am Auge 72 des Betrachters erwecken, dass sie ein mehrfarbiges virtuelles Bild 76 entsprechend dem mehrfarbigen, in den Pixeln des DOE gespeicherten Bild erzeugen.
Die optischen Filtersegmente 65 können Farbfilter sein, wie zum Beispiel Farbfilter, die durch Drucken verschiedenfarbiger Druckfarben auf das Verifizierungsfenster 62 ausgebildet werden. Alternativ dazu können sie als Interferenzfilter oder holographische Filter ausgebildet sein.
Es versteht sich aus dem Obengesagten, dass die Erfindung nicht nur eine neue Art von diffraktiver Sicherheitseinrichtung, die ein mehrfarbiges Bild herstellen kann, welches schwer zu fälschen ist, bereitstellt, sondern auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betrachtung und Inspektion der Sicherheitseinrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung, welches schwer von dem Durchschnittsfälscher zu reproduzieren ist.

Claims

Verfahren zur Betrachtung oder Authentifizierung einer diffraktiven Einrichtung, die eine erste diffraktive Reliefstruktur, die auf eine erste Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten Reliefstruktur verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren chromatischen Lichts reagiert, und eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren chromatischen Lichts reagiert und zumindest teilweise mit der ersten und zweiten diffraktiven Reliefstruktur verflochten ist, enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem ersten Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten Wellenlänge unter Erzeugung eines ersten Teilbilds einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene, Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem zweiten Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der zweiten Wellenlänge unter Erzeugung eines zweiten Teilbilds einer zweiten Farbe auf der Rekonstruktionsebene und Beleuchten der diffraktiven Einrichtung mit einem dritten Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der dritten Wellenlänge unter Erzeugung eines dritten Teilbilds einer dritten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene, wodurch sich das erste, zweite und dritte Teilbild zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds überlappen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsschritte der Reihe nach durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsschritte zyklisch durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beleuchtungsschritte mit einer Frequenz von 24 Hz oder darüber durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste, zweite und dritte Farbe der Teilbilder drei Farben eines mehrfarbigen Eingabebilds entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die drei Farben Primär- oder Sekundärfarben sind
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das komplette mehrfarbige Bild durch additive Farben gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Farben derart projiziert werden, dass sie in einen separaten Projektionsraum fallen, um den Bereich von Farben in dem mehrfarbigen Bild durch Rasterung zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt des Vergleichens des mehrfarbigen Bilds mit einem Bezugsbild zur Authentifizierung der diffraktiven Einrichtung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn es zur Betrachtung oder Authentifizierung eines Sicherheitsdokuments verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn es zur Betrachtung oder Authentifizierung einer Banknote verwendet wird.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung, enthaltend ein transparentes Substrat, eine erste diffraktive Reliefstruktur, die in oder auf dem transparenten Substrat bereitgestellt ist und auf eine erste Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten Reliefstruktur in oder auf dem transparenten Substrat verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert, eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten und zweiten Reliefstruktur in oder auf dem transparenten Substrat verflochten ist und auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren Lichts reagiert, wobei unter Beleuchtung die erste diffraktive Reliefstruktur ein erstes Teilbild einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene erzeugt, die zweite diffraktive Reliefstruktur ein zweites Teilbild einer zweiten Farbe auf der Rekonstruktionsebene erzeugt und die dritte diffraktive Reliefstruktur ein drittes Teilbild einer dritten Farbe auf der Rekonstruktionsebene erzeugt, und sich das erste, zweite und dritte Teilbild unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene überlappen.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste, zweite und dritte diffraktive Reliefstruktur jeweils ein diffraktives optisches Element (DOE) vom numerischen Typ sind.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die erste, zweite und dritte diffraktive Reliefstruktur auf Wellenlängen von Primär- oder Sekundärfarben reagieren.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste, zweite und dritte Reliefstruktur moduliert sind, um Variationen in der Intensität auf der Rekonstruktionsebene zu erzeugen, die Variationen der Helligkeitspegel eines tonalen farbigen Eingabebilds entsprechen.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 16, wobei die Höhen oder Tiefen der ersten, zweiten und dritten Reliefstruktur moduliert sind, um die Variationen der Intensität zu erzeugen.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, die weitere Reliefstrukturen enthält, die auf die erste, zweite und dritte Wellenlänge reagieren, wobei die weiteren Reliefstrukturen weitere Teilbilder auf mindestens einer zusätzlichen Rekonstruktionsebene erzeugen, wobei sich die weiteren Teilbilder mindestens teilweise überlappen, um ein weiteres mehrfarbiges Bild auf der mindestens einen zusätzlichen Rekonstruktionsebene zu erzeugen.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei jede Reliefstruktur derart ausgelegt ist, dass mehr als 50% der Intensitätsverteilung von von der Reliefstruktur gebeugtem Licht in der ersten positiven Beugungsordnung liegen.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 19, wobei jede Reliefstruktur mehrere diffraktive Segmente enthält, wobei die diffraktiven Segmente mit diffraktiven Segmenten der anderen Reliefstrukturen verflochten sind.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 20, wobei die größte Abmessung der Segmente weniger als 20 Mikrometer (μm) beträgt.
Diffraktive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei jedes Segment einem Pixel oder einer Gruppe von Pixeln aus einem mehrfarbigen Eingabebild entspricht.
Sicherheitseinrichtung, die eine diffraktive Struktur nach einem der Ansprüche 13 bis 22 enthält.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 23, wobei die Sicherheitseinrichtung eine durchlässige Sicherheitseinrichtung ist, die dazu ausgelegt ist, in Durchlicht betrachtet zu werden.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 23, die ferner eine reflektierende Schicht aus einem metallischen oder hochbrechenden Material enthält.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 25, wobei die reflektierende Schicht auf die Reliefstrukturen aufgebracht ist, um eine im Wesentlichen planare Oberfläche zu erzeugen.
Sicherheitsdokument, wie zum Beispiel eine Banknote, das die Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26 enthält.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 27, wobei die Sicherheitseinrichtung auf ein oder in einem Fenster- oder Halbfensterbereich des Sicherheitsdokuments aufgetragen ist.
Vorrichtung zur Betrachtung oder Authentifizierung einer diffraktiven Einrichtung, die eine erste diffraktive Reliefstruktur, die auf eine erste Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, eine zweite diffraktive Reliefstruktur, die zumindest teilweise mit der ersten Reliefstruktur verflochten ist und auf eine zweite Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert, und eine dritte diffraktive Reliefstruktur, die auf eine dritte Wellenlänge sichtbaren monochromatischen Lichts reagiert und zumindest teilweise mit der ersten und zweiten diffraktiven Reliefstruktur verflochten ist, enthält, wobei die Vorrichtung Beleuchtungsmittel zur Erzeugung dreier getrennter Strahlen sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge enthält, wobei der erste Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der ersten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein erstes Teilbild einer ersten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen, der zweite Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der zweiten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein zweites Teilbild einer zweiten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen, und ein dritter Strahl sichtbaren monochromatischen Lichts der dritten Wellenlänge auf die diffraktive Einrichtung gerichtet ist, um ein drittes Teilbild einer dritten Farbe auf einer Rekonstruktionsebene zu erzeugen, wodurch sich das erste, zweite und dritte Teilbild unter Ausbildung eines mehrfarbigen Bilds zumindest teilweise auf der Rekonstruktionsebene überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die erste, zweite und dritte Wellenlänge Primär- oder Sekundärfarben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, wobei das Beleuchtungsmittel drei verschiedene Quellen sichtbaren monochromatischen Lichts jeweils der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, wobei das Beleuchtungsmittel eine polychromatische Lichtquelle und optische Filter zur Erzeugung der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge enthält, die zur Erzeugung dreier getrennter Strahlen monochromatischen Lichts der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge bei Beleuchtung durch die polychromatische Lichtquelle ausgelegt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, die ferner Schaltmittel zum Umschalten zwischen der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei das Schaltmittel Mittel zum Umschalten zwischen den Wellenlängen der Reihe nach oder zyklisch enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, sofern von Anspruch 31 abhängig, wobei das Schaltmittel zum Ein- und Ausschalten der Lichtquellen ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, sofern von Anspruch 31 abhängig, wobei das Schaltmittel ein drehbares Filterrad ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, die ferner einen Bildschirm oder einen Detektor enthält, der an oder nahe der Rekonstruktionsebene angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 37, die Vergleichsmittel zum Vergleichen des mehrfarbigen Bilds mit einem Bezugsbild zur Authentifizierung der diffraktiven Einrichtung enthält.