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, Pässen, 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, 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 optisch variables 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. Jeder Pixel ist in N Unterpixel unterteilt, wobei jedem der N Unterpixel eines Pixels ein Bildpunkt von einem der N Bilder zugeordnet ist. Jeder Unterpixel 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.

Ein weiteres optisch variables Flächenmüster ist aus dem Patent US 6 157 487 bekannt. Bei diesem Flächenmuster weisen die mikroskopisch feinen Reliefstrukturen eine vergleichsweise geringe Anzahl von Linien pro Millimeter auf, so dass auftreffendes Licht nahezu achromatisch gebeugt wird.

Bekannt ist auch die auf den Unterschieden in der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges und der Farbkopierer basierende Idee, Dokumente mit einem farbigen Hintergrund auszurüsten und auf den Hintergrund Information in einer anderen Farbe zu drucken, wobei Information und Hintergrund einen vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Kontrast aufweisen, der jedoch von den Farbkopierern nicht reproduziert werden kann.

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 umfasst wenigstens zwei Darstellungen, die auf dem Flächenmuster ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die Darstellungen enthalten lichtbeugende, reflektierende Strukturen, die auftreffendes Licht unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen in unterschiedliche Richtungen beugen, so dass ein Betrachter immer nur eine der Darstellungen sehen kann. Durch Drehen und/oder Kippen des Flächenmusters oder durch Verändern des Blickwinkels kann der Betrachter die eine oder die andere Darstellung zur sichtbaren Darstellung machen. Die Erfindung basiert nun auf der Idee, die Unterschiede in den Beugungsrichtungen so klein zu machen, dass die Darstellungen einerseits vom Betrachter aus einer typischen Distanz von 30 cm getrennt wahrnehmbar sind und dass andererseits beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder alle Darstellungen kopiert werden, so dass auf der Kopie ein Bild entsteht, das der Überlagerung aller Darstellungen entspricht, oder dass keine der Darstellungen kopiert wird.

Als Beugungsstrukturen werden bevorzugt symmetrische oder asymmetrische sägezahnförmige Reliefstrukturen verwendet, die gegenüber der Wellenlänge des sichtbaren Lichts eine relativ grosse Periodenlänge, aber unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Die Periodenlänge kann für die Reliefstrukturen aller Darstellungen die gleiche sein ; sie kann aber auch verschieden gross sein. Die Periodenlänge L beträgt typisch 5 um, oder auch mehr. Je grösser die Periodenlänge ist, umso mehr wirkt die Reliefstruktur wie ein geneigter Spiegel, an dem das auftreffende Licht reflektiert und kaum mehr gebeugt wird. D. h. die Reliefstruktur beugt das Licht zunehmend achromatisch und der Beugungswinkel ist durch das Reflexions-und Beugungsgesetz bestimmt und beträgt für senkrecht auffallendes Licht wenigstens das Doppelte des Neigungswinkels.

Als Beugungsstrukturen können auch achromatische Beugungsgitter mit einer Periodenlänge L von mehr als 5, um und einem sinusähnlichen Reliefprofil, z. B. einem sinusförmigen Reliefprofil, verwendet werden. Die Reliefstrukturen der

verschiedenen Darstellungen unterscheiden sich in der Periodenlänge L und/oder in der Strukturtiefe des Reliefprofils, damit die Darstellungen vom Beobachter getrennt wahrnehmbar sind.

Die Beugungsstrukturen können aber auch in der Form eines Volumenhologramms realisiert werden.

Das erfindungsgemässe Flächenmuster kann also dadurch charakterisiert werden, dass die verschiedenen Darstellungen bei Beleuchtung mit senkrecht auf das Flächenmuster auftreffendem Licht von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind, und dass die Differenz der Blickwinkel von mindestens zwei der Darstellungen so klein ist, dass eine mittels eines Kopierers hergestellte Kopie die mindestens zwei Darstellungen übereinander wiedergibt.

Die Beugungsrichtungen sind bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung von der Orientierung des Flächenmusters abhängig. Damit beim Kopieren mittels eines Farbkopierers unabhängig von der Orientierung des Flächenmusters alle Darstellungen auf die Kopie kopiert werden, können pro Darstellung mehrere Darstellungen gleichen Inhalts vorhanden sein, die durch lineare, aber gegeneinander rotierte Gitterstrukturen gebildet sind. Eine andere Lösung besteht darin, als Gitter kreisförmige Gitter zu verwenden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters in der Aufsicht,

Fig. 2 grafische Darstellungen, Fig. 3 das Flächenmuster im Querschnitt, Fig. 4 einen Farbkopierer, Fig. 5,6 Lichtverhältnisse beim Kopiervorgang, Fig. 7 ein Gitter mit kreisförmigen Furchen, Fig. 8 eine Reliefstruktur mit einer symmetrischen Profilform und Fig. 9 ein nicht pixelorientiertes Flächenmuster.

Die Fig. 1 zeigt für ein erstes Ausführungsbeispiel in der Aufsicht die Struktur eines pixelorientierten Flächenmusters 1, das beispielsweise k = 3 Bildmotive enthält, die von einem menschlichen Betrachter unter verschiedenen Blickwinkeln getrennt wahrnehmbar sind. Die Bildmotive werden im folgenden als grafische Darstellungen 2,3 und 4 (Fig. 2) bezeichnet. Das Flächenmuster 1 ist matrixartig in n*m Pixel oder Felder 5 unterteilt. Jedes Feld 5 ist in k = 3 Teilflächen 6,7 und 8 unterteilt. Die Gesamtheit der Teilflächen 6 beinhaltet die erste grafische Darstellung 2, die Gesamtheit der Teilflächen 7 beinhaltet die zweite grafische Darstellung 3 und die Gesamtheit der Teilflächen 8 beinhaltet die dritte grafische Darstellung 4. Die Abmessungen eines Feldes 5 betragen typisch weniger als 0,3mm x 0.3mm, so dass die einzelnen Felder 5 vom menschlichen Auge bei einer Sichtdistanz von 30 cm nicht aufgelöst werden.

Die Fig. 2 zeigt die drei Darstellungen 2,3 und 4, die beispielsweise die Schriftzüge"100","EUR"und""darstellen. Die Schriftzüge sind hell auf dunklem Hintergrund (in der Zeichnung ist es umgekehrt). Die Darstellungen 2,3 und 4 sind ebenfalls matrixartig in n*m Rasterfelder 2. 1,3.1 bzw. 4.1 unterteilt, die entweder hell oder dunkel sind. Aus zeichnerischen Gründen sind die Rasterfelder

2.1,3.1,4.1 im Vergleich zu den Schriftzügen viel zu gross und zudem jeweils nur einige der Rasterfelder 2.1,3.1,4.1 dargestellt. Jedem Rasterfeld 2.1 der ersten Darstellung 2 ist eine Teilfläche 6 (Fig. 1) zugeordnet. Auf gleiche Weise ist jedem Rasterfeld 3.1 der zweiten Darstellung 3 eine Teilfläche 7 (Fig. 1) und jedem Rasterfeld 4.1 der dritten Darstellung 4 eine Teilfläche 8 (Fig. 1) zugeordnet.

Falls eines der Rasterfelder 2. 1 der ersten Darstellung 2 dunkel ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6 einen Spiegel oder ein Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter, wodurch das auftreffende Licht gespiegelt, absorbiert oder in hohe Winkel gestreut wird. Falls eines der Rasterfelder 2.1 hell ist, enthält die zugeordnete Teilfläche 6, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine sägezahnförmige Reliefstruktur 9.1. Die Reliefstruktur 9.1 weist eine im Vergleich zur Wellenlänge sichtbaren Lichts vergleichsweise grosse Periodenlänge L auf, die typischerweise 5 um oder mehr beträgt. Die erste Darstellung 2 (Fig. 2) erscheint somit bei Beleuchtung mit weissem Licht, und wenn der Betrachter seinen Blickwinkel entsprechend den Reflexionsbedingungen der geometrischen Optik einnimmt, als Bild aus hellen und dunklen Punkten, die in der Regel die Farbe der zur Bedeckung der Reliefstruktur 9.1 verwendeten Reflexionsschicht 11 und/oder der Deckschicht 12 aufweisen.

Die beiden anderen Darstellungen 3 (Fig. 2) und 4 (Fig. 2) sind mit einer ähnlichen sägezahnförmigen Reliefstruktur 9.2 bzw. 9.3 wie die Reliefstruktur 9.1 der ersten Darstellung 2 realisiert. Die Neigungswinkel a, ß und y des Sägezahns der drei Reliefstrukturen 9.1,9.2 bzw. 9.3 bezüglich der Ebene des Flächenmusters 1 sind so gewählt, dass a) ein Betrachter, der das Flächenmuster aus einer typischen Distanz von 30 cm betrachtet, jeweils nur eine der drei Darstellungen 2,3 oder 4 sieht, und b) beim Kopieren mittels eines Farbkopierers entweder wenigstens zwei oder

überhaupt keine der Darstellungen 2,3 und 4 mitkopiert werden.

Die Furchen der verschiedenen Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3 verlaufen annähernd parallel, d. h. die maximale Differenz der Winkel, den die Furchen bezüglich einer beliebigen Achse in der Ebene des Flächenmusters 1 einnehmen, der sogenannten Azimutwinkel, soll weniger als etwa 10° betragen, damit unter den beim Kopieren herrschenden Beleuchtungsverhältnissen entweder alle drei oder überhaupt keine der Darstellungen 2,3 und 4 auf die Kopie übertragen werden. Zudem verlaufen die Furchen bevorzugt parallel zu einer Seitenkante des mit dem Flächenmuster zu schützenden Gegenstands, damit die Furchen möglichst parallel zum Scanner eines Farbkopierers ausgerichtet sind.

Das Flächenmuster 1 ist, wie in der Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, vorteilhaft als Schichtverbund ausgebildet. Der Schichtverbund wird gebildet von einer ersten Lackschicht 10, einer Reflexionsschicht 11 und einer zweite Lackschicht, der Deckschicht 12. Die Lackschicht 10 ist mit Vorteil eine Klebeschicht, so dass der Schichtverbund direkt auf ein Substrat aufklebbar ist. Mit dem Begriff Substrat ist beispielsweise ein Wertpapier, eine Banknote, eine Identitätskarte, eine Kreditkarte, ein Pass oder ganz allgemein ein zu schützender Gegenstand gemeint. Die Deckschicht 12 überdeckt mit Vorteil die Reliefstrukturen vollständig ein. 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. Der Einfachheit der Beschreibung wegen ist der Einfluss der Refraktion an der Grenze zwischen Luft (Brechungsindex = 1) und der Deckschicht 12 mit einem Brechungsindex von rund 1,5 vernachlässigt.

Die Fig. 3 zeigt nebeneinander die den hellen Bildpunkten der drei Darstellungen 2,3 und 4 der Fig. 2 zugeordneten sägezahnförmigen Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3, die in den entsprechenden Teilflächen 6,7 bzw. 8 der Felder 5 vorhanden sind. Bei Betrachtung aus einer Entfernung von 30 cm und bei einem

Pupillendurchmesser von 5 mm nimmt das menschliche Auge die Darstellungen 2, 3 und 4 getrennt wahr, wenn der Unterschied des Neigungswinkels zwischen je zwei benachbarten Darstellungen etwa 0,5°-5° beträgt. Die Neigungswinkel betragen beispielsweise a = 12,5°, ß = 15'und y = 17, 5'. Der Wert für den grössten Neigungswinkel, d. h. hier für den Neigungswinkel y, soll höchstens 25° betragen, damit einerseits die Reliefstrukturen 9 nicht zu tief werden und damit andererseits alle drei Darstellungen 2,3 und 4 beim Kopieren mittels eines Kopierers auf die Kopie übertragen werden.

Die Fig. 4 zeigt schematisch die geometrischen Verhältnisse beim Kopieren mittels eines Farbkopierers 13. Der Farbkopierer 13 weist eine Glasplatte 14, auf der das zu kopierende Dokument 15, z. B. eine Banknote, aufliegt, und einen in x- Richtung fahrbaren Schlitten 16 auf, der eine Lichtquelle 17, einen Umlenkspiegel 18 und einen Detektor 19 mit Photosensoren 20 enthält. Beim Kopieren fällt das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 unter einem bestimmten Winkel schräg auf das Dokument 15 und somit schräg auf das auf dem Dokument 15 vorhandene Flächenmuster 1 mit den unterschiedlich geneigten Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3 (Fig. 3). Ein Teil des auffallenden Lichtes wird in etwa senkrecht zur Glasplatte 14 zurückgeworfen, trifft auf den Umlenkspiegel 18 und wird so auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13 abgebildet.

Die Neigungswinkel a, ß und y sind so gewählt, dass die Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3 bei richtiger Orientierung auf der Glasplatte 14 des Farbkopierers 13 das von der Lichtquelle 17 ausgesandte Licht auf den Umlenkspiegel 18 reflektieren.

Die Fig. 5 zeigt diese Situation. Von jeder der Darstellungen 2,3 und 4 ist je eine zugehörige Teilfläche 6,7 bzw. 8 in sehr stark vergrössertem Massstab dargestellt, wobei diesen Teilflächen ein heller Punkt der Darstellung zugeordnet ist. Der an der Reliefstruktur 9.1 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 22, der an der Reliefstruktur 9.2 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 23 und der an der Reliefstruktur 9.3 reflektierte Lichtstrahl ist mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Die an diesen drei dargestellten Teilflächen 6,7

bzw. 8 reflektierten Lichtstrahlen 22, 23 und 24 treffen, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, nahezu nebeneinander auf den Umlenkspiegel 18 auf und werden dort in Richtung der Photosensoren 20 umgelenkt. Obwohl die Lichtstrahlen 22,23 und 24 unter verschiedenen Winkeln auf den Umlenkspiegel 18 auftreffen, werden sie auf die Photosensoren 20 abgebildet, da die Winkelunterschiede genügend klein sind. Bei einem herkömmlichen Farbkopierer werden nämlich Winkelunterschiede von typisch 30° erfasst. Die Grenzen des vom Farbkopierer erfassten Bereichs sind mit gestrichelten Linien 25 eingezeichnet. Im vorliegenden Beispiel mit den Neigungswinkeln a = 12, 5°, ß = 15° und y = 17,5° beträgt der maximale Winkelunterschied zwischen den Lichtstrahlen 22,23 und 24 nur 10°.

Der mittlere Neigungswinkel ist mit 15° zudem dem typischen Winkel von 30° angepasst, unter dem das von der Lichtquelle 17 abgestrahlte Licht 21 des Farbkopierers 13 auf das zu kopierende Dokument fällt. Dies bedeutet, dass dann das an der zugehörigen Reliefstruktur gebeugte Licht annähernd senkrecht nach unten zum Umlenkspiegel 18 hin gebeugt wird.

Damit die Darstellungen von einem menschlichen Betrachter unter gewöhnlichen Beleuchtungsbedingungen und bei einem Sichtabstand von 30 cm getrennt wahrgenommen werden, muss die Oberfläche des das Flächenmuster 1 aufnehmenden Dokuments eine relativ glatte Oberfläche aufweisen, da sonst die Darstellungen wegen der Rauhigkeit verschmiert werden, so dass sie nicht getrennt sichtbar sind. Für die Verwendung mit Dokumenten mit relativ rauher Oberfläche, wie sie beispielsweise Banknoten aufweisen, sind deshalb grössere Neigungswinkel von a = 10°, ß = 15° und y = 20° oder sogar von a = 5°, ß = 15° und y = 25° vorgesehen. Auch in diesem Fall gelangen noch alle gebeugten Lichtstrahlen 22,23 und 24 auf die Photosensoren 20 des Farbkopierers 13. Die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Neigungswinkel soll höchstens 20° betragen, damit beim Kopieren alle Darstellungen kopiert werden.

Beim Kopieren werden somit entweder alle oder keine der drei Darstellungen auf

die Kopie übertragen. Die in den Darstellungen des Flächenmusters 1 gespeicherte Information wird somit unleserlich oder verschwindet ganz.

Bei den vorangegangenen Zahlenbeispielen waren die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln, also die Differenz ß-a und die Differenz y-ß, gleich gross. Die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Neigungswinkeln können aber auch verschieden gross sein.

Um die Abhängigkeit des Effektes von der Orientierung des Flächenmusters auf dem Farbkopierer möglichst klein zu halten oder sogar zu eliminieren, sind die Reliefstrukturen 9.1,9.2 und 9.3 mit Vorteil nicht lineare Gitter mit geraden Furchen, sondern Gitter mit schlangenlinienförmig gewellten Furchen, also Gitter mit Furchen mit wechselnder Krümmung, oder Gitter mit kreisförmigen oder dem Kreis angenäherten, vieleckförmigen Furchen. Eine Reliefstruktur mit kreisförmigen Furchen ist in der Fig. 7 gezeigt. Der Abstand zwischen je zwei kreisförmigen Linien entspricht der Periodenlänge L.

Anstelle der asymmetrischen Reliefstrukturen 9.1,9.2,9.3 können auch Reliefstrukturen mit einer symmetrischen Profilform verwendet werden, die auftreffendes Licht im wesentlichen nicht in eine einzige Richtung, sondern in zwei Richtungen reflektieren. Ein solches Beispiel ist in der Fig. 8 gezeigt.

Eingezeichnet ist auch der Winkel a, der die Neigung der Reliefstrukturen 9 gegenüber der Horizontalen bezeichnet.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf pixelorientierte Flächenmuster beschränkt. Die Fig. 9 zeigt ausschnittsweise ein Beispiel eines nicht pixelorientierten Flächenmusters mit zwei Darstellungen 2 und 3, die nicht überlappen. Die vom Flächenmuster 1 belegte Fläche ist unterteilt in drei Teilflächen 6,7 und 26. Die Teilfläche 26 dient als gemeinsamer Hintergrund für die beiden Darstellungen 2 und 3. Die Teilfläche 6 enthält sägezahnförmige

Reliefstrukturen, die einen ersten Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der ersten Darstellung 2 erzeugen. Die Teilfläche 7 enthält sägezahnförmige Reliefstrukturen, die einen zweiten, vom ersten Neigungswinkel unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen und die die hellen Punkte der zweiten Darstellung 3 erzeugen. Die Teilfläche 26 dient der Erzeugung eines dunklen oder unscheinbaren Hintergrunds. Sie ist beispielsweise als Spiegel oder als Kreuzgitter mit mindestens 3000 Linien pro Millimeter ausgebildet oder durchsichtig, so dass an dieser Stelle das Substrat, auf das das Flächenmuster aufgeklebt ist, sichtbar ist.

Die beiden Darstellungen 2 und 3 sind somit von einem menschlichen Betrachter bei vorgegebener Beleuchtungsrichtung getrennt wahrnehmbar, weil sie unter verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sind. Allerdings sind die Neigungswinkel der sägezahnförmigen Reliefstrukturen so klein gewählt, dass beim Kopieren mittels eines Kopierers beide Darstellungen 2 und 3 auf die Kopie abgebildet werden. Auf der Kopie sind daher die beiden Darstellungen 2 und 3 sichtbar, ohne dass der Betrachter den Blickwinkel oder die Beleuchtungsrichtung ändern muss.

Wenn die beiden Darstellungen teilweise überlappen, lässt sich die Erfindung entweder gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel als pixelorientiertes Ffächenmuster, oder gemäss dem obigen Ausführungsbeispiel als nicht pixelorientiertes Flächenmuster realisieren, wobei dann die überlappenden Bereiche entweder der ersten oder der zweiten Darstellung zugeordnet werden.

Das Flächenmuster lässt sich auch als Kombination der beiden Ausführungsbeispiele realisieren, wobei die überlappenden Bereiche wie beim pixelorientierten Flächenmuster ausgeführt sind.