SICHERHEITSELEMENT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für die maschinelle optische Echtheitsprüfung mit Licht, das eine vorgegebene Prüfwellenlänge enthält.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechend ausgestatteten Datenträger sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines derartigen Sicherheitselements.

[0003] Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.

[0004] Um die Fälschungssicherheit zu erhöhen, werden oft diffraktive Strukturen, wie Hologramme oder hologrammähnliche Beugungsstrukturen, als Sicherheitsmerkmale verwendet. Diese Strukturen dienen in erste Linie als Humanmerkmale und eignen sich wegen ihrer in der Regel inhomogenen lateralen Gestaltung und dem Vorhandensein höherer Beugungsordnungen nur sehr begrenzt für die maschinelle Echtheitsüberprüfung. Darüber hinaus haben die bisher bekannten optischen Sicherheitsmerkmale offensichtliche Beugungseigenschaften, die auch von Fälschern relativ leicht erkannt und nachgeahmt werden können.

[0005] Ein heskömmliches Sicherheitselement mit einer Gitterstruktur ist aus EP 1 486 803 A2 bekannt.

[0006] Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art angegeben werden, das bei hoher Fälschungssicherheit auf einfache Weise maschinell auf Echtheit geprüft werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein mit einem derartigen Sicherheitselement ausgestatteter Datenträger sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines derartigen Sicherheitselements sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0008] Gemäß der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement vorgesehen, dass das Sicherheitselement eine Schicht aus einem hochleitfähigen Material aufweist. Die Schicht aus einem hochleitfähigen Material wird im Weiteren auch als "hochleitfähige Schicht" oder "hochleitende Schicht" bezeichnet. Bei der hochleitfähigen Schicht kann es sich zum einen um eine im Wesentlichen flächige Schicht (Flächenschicht) handeln. Eine solche Flächenschicht weist im Wesentlichen in der gesamten durch das Sicherheitselement definierten Ebene eine sehr hohe Leitfähigkeit auf. Zum anderen kann es sich bei der hochleitfähigen Schicht aber auch um eine Schicht handeln, die nicht im Wesentlichen in der gesamten durch das Sicherheitselement definierten Ebene eine sehr hohe Leitfähigkeit aufweist, sondern nur in einem Teil der Ebene, z. B. entlang im Wesentlichen einer Richtung dieser Ebene. Letzteres ist z. B. bei einer hochleitfähigen Schicht der Fall, bei der eine eindimensionale Gitterstruktur mit einer Vielzahl an hochleitfähigen Gitterelementen die hohe Leitfähigkeit der Schicht gewährleistet, und zwar im Wesentlichen in nur einer Richtung der durch das Sicherheitselement definierten Ebene. Detailliertere Beschreibungen verschiedener hochleitfähiger Schichten finden sich in den nachfolgenden Ausführungen.

[0009] Im Weiteren wird von einem hochleitfähigen Material oder einer hochleitfähigen Schicht immer dann gesprochen, wenn die Leitfähigkeit des Materials oder der Schicht so groß ist, dass der Effekt des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zutage tritt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff "Leitfähigkeit" in der Regel die elektromagnetische Leitfähigkeit. Wenn eine elektromagnetische Welle, wie im Rahmen dieser Erfindung, auf ein bestimmtens Material trifft, dringt die elektromagnetische Welle eine bestimmte Tiefe (Eindringtiefe) in das Material ein und wird dabei gedämpft. Das mit der elektromagnetischen Welle beaufschlagte Material ist durch eine elektromagnetische Leitfähigkeit charakterisiert, die insbesondere vom Material und von der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle abhängt. Die elektromagnetische Leitfähigkeit kann über den komplexen Brechungsindex m definiert werden (siehe Kapitel 2, Seite 21 ff. "Convention confusions" des "Handbook of optical constants of solids II", Editor: Edward D. Palik, Academic Press, 1998).

[0010] Dabei gilt:

[0011] Dabei bezeichnet m den komplexen Brechungsindex, n den Realteil des komplexen Brechungsindex und k den Imaginärteil des komplexen Brechungsindex.

[0012] Für hochleitfähige Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung gilt:

[0013] Besonders bevorzugt erfüllen hochleitfähige Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung die Bedingung:

d.h. der Quotient k²/n ist erheblich größer als 1.

[0014] Das Kriterium für hochleitfähige Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung (k²/n > 1) wird z. B. durch zahlreiche Metalle, wie Gold, Kupfer, Silber, Chrom, Aluminium, oder auch durch Legierungen, wie z. B. Messing oder Edelstahl erfüllt.

[0015] Wie weiter unten noch ausgeführt wird, ist es besonders besonders bevorzugt, wenn für die elektromagnetische Welle, die das hochleitfähige Material beaufschlagt, Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich oder Licht aus dem Spektralbereich des Nahen Infrarot verwendet wird. Entsprechend ist es für das hochleitfähige Material besonders bevorzugt, wenn das Kriterium k²/n > 1 für Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich oder Licht aus dem Spektralbereich des nahen Infrarot erfüllt ist.

[0016] Ergänzend sei hier noch erwähnt, dass die Eindringtiefe der elektromagnetischen Welle im hochleitfähigen Material in der Regel etwa der sogenannten "Skintiefe" entspricht und eine Charakterisierung hochleitfähiger Materialien auch durch die sogenannte "Oberflächenimpedanz" möglich ist. Einzelheiten zu den Begriffen "Skintiefe" und "Oberflächenimpedanz" sind dem "Handbook of optical constants of solids II", Editor D. Palik, Academic Press, 1998, zu entnehmen. Gleiches gilt für elektromagnetische Leitfähigkeiten verschiedener Materialien.

[0017] Schließlich sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass ein Material mit einer hohen elektromagnetischen Leitfähigkeit gemäß obiger Definition in aller Regel auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.

[0018] Der Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit wird dabei als spezifischer elektrischer Widerstand bezeichnet. Je höher die elektrische Leitfähigkeit eines Materials bei einer bestimmten Temperatur, desto niedriger ist folglich der spezifische elektrische Widerstand bei dieser Temperatur. Ohne auf genaue Zahlenwerte festgelegt zu sein, wird eine hochleitfähige Schicht der vorliegenden Erfindung in der Regel durch einen spezifischen elektrischen Widerstand charakterisiert sein, der bei 20 °C kleiner als ca. 1 • 10^-4 Ωcm ist. Dieses Kriterium wird z. B. durch zahlreiche Metalle, wie Gold, Kupfer, Silber, Chrom, Aluminium, aber auch durch Legierungen, wie z. B. Messing oder Edelstahl erfüllt. Spezifische Widerstände und elektrische Leitfähigkeiten verschiedener Materialien sind dem Fachmann bekannt. Darüber hinaus können einzelne spezifische elektrische Widerstände der Tabelle 4-2, Seite 227 des Lehrbuchs "Physik für Ingenieure" Hering, Martin, Stohrer, 5. Auflage, VDI-Verlag, 1995 oder der Internetseite "http://de.wikipedia.org/ wiki/Spezifischer_Widerstand" entnommen werden.

[0019] Wie bereits erwähnt, kann aber jedes Material eingesetzt werden, mit dem die Wirkung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements herbeigeführt werden kann und für das das Kriterium k²/n > 1 im Zusammenhang mit der elektromagnetischen Leitfähigkeit erfüllt wird (siehe oben).

[0020] Die hochleitfähige Schicht enthält erfindungsgemäß eine ein- oder zweidimensionale Gitterstruktur aus einer periodischen Anordnung einer Vielzahl von Gitterelementen, deren laterale Abmessungen und/ oder laterale Abstände kleiner als die Prüfwellenlänge sind. Unter einer periodischen Auordnung von Gitterelementen wird im Weiteren eine jede Anordnung verstanden, deren Periodizität der im Taschenbuch der Mathematik" Bronstein, Semendjajew, 25. Auflage, angeführten Definition genügt. Die die Gitterstruktur bildenden Gitterelementen sind demnach regelmäßig angeordnet, d.h. die Gitterelemente weisen z.B. bezüglich ihres Abstands ein wiederkehrendes Intervall auf. Ferner werden durch den Begriff "periodische Anordnungen" auch "fastperiodische Anordnungen" erfasst. Unter einer fastperiodischen Anordnung wird im Weiteren eine jede Anordnung verstanden, die nicht exakt, sondern nur annähernd periodisch ist. Auch solche Anordnungen können bei nicht zu großer Abweichung von einer periodischen Anordnung den Effekt des erfindungsgemäßen Sicherheitselementes zeigen. Die Subwellenlängenstrukturen des Sicherheitselements weisen charakteristische Beugungseigenschaften in nullter Beugungsordnung auf, die sich einerseits mit geringem Aufwand maschinell auf Echtheit prüfen lassen, deren Beugungseigenschaften andererseits für potentielle Fälscher nur schwer erkennbar und nachahmbar sind.

[0021] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements sind die lateralen Abmessungen und/ oder die lateralen Abstände mindestens um einen Faktor 1,5, vorzugsweise sogar mindestens um einen Faktor 2 kleiner als die Prüfwellenlänge.

[0022] Das Sicherheitselement ist erfindungsgemäß auf eine maschinelle optische Echtheitsprüfung mit Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich oder für Licht aus dem Spektralbereich des Nahen Infrarot ausgelegt. Die Echtheitsprüfung kann dabei mit monochromatischem Licht erfolgen oder auch mit polychromatischem Licht, das die festgelegte Prüfwellenlänge bzw. die festgelegten Prüfwellenlängen enthält.

[0023] Die hochleitfähige Schicht mit der Gitterstruktur ist erfindungsgemäß so ausgelegt, dass das bei der Echtheitsprüfung unter einem vorgegebenen Prüfwinkel einfallende Licht Oberflächenpolaritonen und/ oder Hohlraumresonanzen in der Schicht anregt. Ohne durch diese Erklärung festgelegt sein zu wollen, wird das gegenwärtige Verständnis des physikalischen Hintergrunds der erfindungsgemäß ausgenutzten Effekte weiter unten genauer erläutert.

[0024] Die Gitterstruktur der hochleitfähigen Schicht kann sowohl als Reflexionsgitter als auch als Transmissionsgitter ausgebildet sein. Je nach Einsatzzweck des Sicherheitselements kann sich ein Reflexions- oder ein Transmissionsgitter als geeigneter herausstellen. Beispielsweise wird bei einem Einsatz des Sicherheitselements auf einem opaken Träger zweckmäßig ein Reflexionsgitter verwendet, während sich bei Einsatz als Durchsichtselement ein Transmissionsgitter anbietet.

[0025] Die Gitterelemente sind in einer vorteilhaften Erfindungsvariante durch parallele, hochleitfähige Gitterlinien gebildet, um eine eindimensionale periodische Gitterstruktur zu bilden. Die Periodenlänge ist dabei bevorzugt kleiner als die Prüfwellenlänge, und ist vorzugsweise mindestens um einen Faktor 1,5 oder sogar um mindestens einen Faktor 2 kleiner als die Prüfwellenlänge. In einer Weiterbildung dieser Erfindungsvariante weist die Gitterstruktur innerhalb einer Periode eine Unterstruktur auf.

[0026] In einer anderen ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante sind die Gitterelemente durch regelmäßig angeordnete Perforationen in einer ansonsten durchgehenden hochleitfähigen Flächenschicht gebildet, um eine zweidimensionale periodische Gitterstruktur zu bilden. Der Durchmesser der Perforationen ist dabei vorzugsweise kleiner als die Prüfwellenlänge, bevorzugt mindestens um einen Faktor 1,5, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 2 und ganz besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 4 kleiner als die Prüfwellenlänge.

[0027] Zusätzlich, aber nicht zwingend, kann auch der laterale Abstand der Perforationen kleiner als die Prüfwellenlänge sein.

[0028] Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn das Verhältnis der Dicke der Flächenschicht zum Durchmesser der Perforationen zwischen 0,5 und 2, insbesondere bei etwa 1,0 liegt. Die Wellenlängen- und Winkelbereiche mit charakteristischen Beugungseigenschaften sind dann besonders scharf und deutlich ausgebildet.

[0029] In allen genannten Ausgestaltungen kann die Dicke der Flächenschicht zwischen 50 nm und 2 µm, vorzugsweise zwischen 100 nm und 1 µm liegen. Das hochleitende Material der hochleitfähige Schicht ist vorzugsweise ein Metall, insbesondere eines der Metalle Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder Chrom.

[0030] Selbstverständlich kann das hochleitende Material auch eine Mischung verschiedener Materialien sein, so z. B. eine Legierung aus zwei oder mehr als zwei Metallen. Mit Vorteil sind die Metalle der Legierung ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder Chrom. Voraussetzung für den Einsatz eines hochleitenden Materials im Zusammenhang mit der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung ist die Möglichkeit, eine hochleitende Schicht herzustellen, die die ein- oder zweidimensionale Gitterstruktur des erfindungsgemäßen Sicherheitselementes enthält.

[0031] Die beschriebene optische Echtheitsprüfung kann auch ausgeführt werden, wenn die Gitterstruktur in ein Dielektrikum eingebettet ist. Als Dielektrikum kommen unter anderem Glas oder Kunststoffe in Betracht, wobei in letzterem Fall das Sicherheitselement zweckmäßigerweise eine Kunststofffolie aufweist.

[0032] Als Material für die Folie kommen insbesondere PET (Polyethylenterephthalat), PBT (Polybutylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), PP (Polypropylen), PA (Polyamid) und PE (Polyethylen) in Betracht. Die Folie kann ferner monoaxial oder biaxial gereckt sein. Die Reckung der Folie führt unter anderem dazu, dass sie polarisierende Eigenschaften erhält, die als weiteres Sicherheitsmerkmal genutzt werden können. Die zur Ausnutzung dieser Eigenschaften erforderlichen Hilfsmittel, wie Polarisationsfilter, sind dem Fachmann bekannt.

[0033] Als Dielektrikum ist auch Papier, insbesondere Baumwoll-Velinpapier, denkbar. Selbstverständlich kann auch Papier eingesetzt werden, welches einen Anteil x polymeren Materials im Bereich von 0 < x < 100 Gew.-% enthält.

[0034] Zweckmäßig kann es auch sein, wenn das Dielektrikum ein mehrschichtiger Verbund ist, der wenigstens eine Schicht aus Papier oder einem papierartigen Material aufweist. Weitere Dielektrika können der Internetseite "http://wikipedia.org/wiki/Spezifischer_Widerstand" entnommen werden.

[0035] Zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit oder aus Designgründen kann das Sicherheitselement mit einem visuell prüfbaren Humanmerkmal kombiniert sein. Insbesondere kann die maschinell prüfbare hochleitfähige Schicht Teil des visuell prüfbaren Humanmerkmals sein und für den normalen Nutzer nicht ohne Weiteres als maschinell prüfbares Sicherheitsmerkmal erkennbar sein.

[0036] In vorteilhaften Ausgestaltungen ist das Sicherheitselement ein Sicherheitsfaden, ein Etikett, ein Transferelement oder ein Durchsichtssicherheitselement.

[0037] Ferner umfasst die Erfindung einen Datenträger, insbesondere einen Markenartikel oder ein Wertdokument, wie eine Banknote, einen Pass, eine Urkunde, eine Banderole, eine Ausweiskarte oder dergleichen, der mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art ausgestattet ist. Das Sicherheitselement kann dabei insbesondere in einem Fensterbereich des Datenträgers angeordnet sein. Der Fensterbereich kann dabei mit Vorteil aus dem Datenträger ausgestanzt oder durch Einwirkung von Laserstrahlung hergestellt sein. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch denkbar, den Fensterbereich vor dem Aufbringen des Sicherheitselements auszubilden, und zwar z.B. im Sinne der WO 03/054297 A2 während der Herstellung des Datenträgersubstrats, z. B. der Papierherstellung.

[0038] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines Sicherheitselements der beschriebenen Art, bei dem

a) zumindest eine Prüfwellenlänge und zumindest eine Beleuchtungsgeometrie für die Echtheitsprüfung festgelegt wird,

b) die hochleitfähige Schicht des Sicherheitselements mit Licht der zumindest einen festgelegten Prüfwellenlänge unter der zumindest einen festlegten Beleuchtungsgeometrie beaufschlagt wird,

c) das von der hochleitfähigen Schicht reflektierte oder transmittierte Licht bei zumindest einer festgelegten Prüfwellenlänge erfasst wird, und

d) die Echtheit des Sicherheitselements auf Grundlage der Intensität und/ oder der Polarisation des erfassten Lichts beurteilt wird.

[0039] Erfindungsgemäß wird insbesondere in Schritt c) das in der nullten Beugungsordnung reflektierte Licht erfasst, oder das in der nullten Beugungsordnung transmittierte Licht erfasst.

[0040] Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden in Schritt a) zumindest zwei verschiedene Prüfwellenlängen festgelegt, werden in Schritt c) die Lichtintensitäten bei den zumindest zwei festgelegten Prüfwellenlängen erfasst und in Schritt d) miteinander verglichen, wobei auf die Echtheit des Sicherheitselements geschlossen wird, wenn die Lichtintensität bei zumindest einer der Prüfwellenlängen über ein festgelegtes Maß hinaus verringert ist.

[0041] Die Flächenschicht kann dabei in Schritt b) gleichzeitig oder nacheinander mit Licht der zumindest zwei verschiedene Prüfwellenlängen beaufschlagt werden.

[0042] Nach einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt a) zumindest zwei unterschiedliche Beleuchtungswinkel festgelegt, werden in Schritt c) die Lichtintensitäten bei Beaufschlagung aus den zumindest zwei festgelegten Beleuchtungswinkeln erfasst und in Schritt d) miteinander verglichen, wobei auf die Echtheit des Sicherheitselements geschlossen wird, wenn die Lichtintensität bei zumindest einem der Beleuchtungswinkel über ein festgelegtes Maß hinaus verringert ist.

[0043] Die Lichtintensitäten werden dabei in Schritt c) zweckmäßig mit einem ortsauflösenden Detektor erfasst.

[0044] Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die hochleitfähige Schicht in Schritt b) mit polarisiertem Licht der vorzugsweise einen festgelegten Prüfwellenlänge beaufschlagt, und wird in Schritt c) die Polarisationsrichtung des reflektierten oder transmittierten Lichts erfasst, wobei in Schritt d) aus einer Änderung der Polarisationsrichtung über ein festgelegtes Maß hinaus auf die Echtheit des Sicherheitselements geschlossen wird.

[0045] Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines Sicherheitselements der beschriebenen Art, mit

• zumindest einer Lichtquelle zum Beaufschlagen der Schicht aus einem hochleitfähigen Material des zu prüfenden Sicherheitselements mit Licht zumindest einer festgelegten Prüfwellenlänge unter zumindest einer festlegten Beleuchtungsgeometrie,
• zumindest einer Detektionseinrichtung zum Erfassen des von der hochleitfähigen Schicht reflektierten oder transmittierten Lichts, und
• Mittel zum Bewerten der Intensität und/oder der Polarisation des erfassten Lichts bei der zumindest einen festgelegten Prüfwellenlänge und/oder bei der zumindest einen festlegten Beleuchtungsgeometrie, und zum Beurteilen der Echtheit des zu prüfenden Sicherheitselements auf Grundlage der vorgenommenen Bewertung.

[0046] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtquelle dabei zur Beaufschlagung der hochleitfähigen Schicht des Sicherheitselements mit zumindest zwei verschiedenen Prüfwellenlängen ausgelegt, und es ist eine wellenlängenempfindliche Detektionseinrichtung vorgesehen.

[0047] In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lichtquelle zur Beaufschlagung der hochleitfähigen Schicht des Sicherheitselements mit Licht aus zumindest zwei unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln ausgelegt, und es ist eine ortsauflösende Detektionseinrichtung, wie etwa ein Diodenarray, vorgesehen.

[0048] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zur Echtheitsprüfung unter Nutzung der Polarisationskonversion ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem zu prüfenden Sicherheitselement ein erster Polarisator, und im Strahlengang zwischen dem zu prüfenden Sicherheitselement und der Detektionseinrichtung ein in Sperrrichtung zum ersten Polarisator orientierter zweiter Polarisator vorgesehen.

[0049] Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Sicherheitselemente mit weiteren visuellen und/oder maschinenlesbaren Sicherheitsmerkmalen kombinieren. So kann die hochleitfähige Schicht beispielsweise mit weiteren Funktionsschichten, wie etwa polarisierenden, phasenschiebenden, leitfähigen, magnetischen oder lumineszierenden Schichten, ausgestattet werden, soweit sie die beschriebenen erfindungsgemäßen Effekte nicht unterbinden.

[0050] Denkbar ist ferner die Einbettung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements in eine polarisierende Folie bzw. zwischen zwei sich gegenüberliegenden polarisierenden Folien, wobei die Polarisationsrichtungen der beiden Folien zueinander gekreuzt sind.

[0051] Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.

Es zeigen:

[0052] 

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement,

Fig. 2

eine detailliertere Aufsicht auf einen Ausschnitt des Sicherheitselements der Fig. 1,

Fig. 3

schematische Transmissionskurven, die die Intensität I des durch ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement transmittierten Lichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ zeigen, in (a) für senkrechten Lichteinfall θ = 0° und in (b) für einen Einfallswinkel θ = θ₀, beispielsweise θ = 0,5°,

Fig. 4

in (a) und (b) zwei Varianten der maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements in Transmission,

Fig. 5

ein Sicherheitselement mit einer eindimensionalen periodischen Gitterstruktur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6

in (a) bis (c) im Querschnitt Sicherheitselemente nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung mit eindimensionalen Gitterstrukturen, die innerhalb einer Periode eine Unterstruktur aufweisen, und

Fig. 7

in (a) eine Prüfvorrichtung zur Messung der Polarisationskonversion in Reflexion und in (b) eine auf Messung der Polarisationskonversion in Transmission ausgelegte Prüfvorrichtung.

Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Banknote näher erläutert. Fig. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement 12 für eine maschinelle optische Echtheitsprüfung aufweist. Wie nachfolgend im Detail erläutert, ist das Sicherheitselement 12 zwar primär auf eine maschinelle Überprüfung der Echtheit ausgelegt, kann jedoch selbstverständlich aus Designgründen und/oder zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit mit einem Humanmerkmal, wie etwa einem Hologramm, kombiniert sein.

[0053] Mit Bezug auf die in Fig. 2 dargestellte detailliertere Aufsicht auf einen Ausschnitt des Sicherheitselements 12 umfasst das Sicherheitselement 12 eine Schicht 20 aus einem hochleitfähigen/hochleitenden Material, insbesondere einem Metall, die eine zweidimensionale Gitterstruktur aus einer regelmäßigen Anordnung von Mikroperforationen 22 enthält. Die Schicht 20 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Flächenschicht im Sinne der weiter oben angeführten Definition ausgebildet. D. h. die Flächenschicht weist im Wesentlichen in der gesamten durch das Sicherheitselement 12 definierten Ebene E eine sehr hohe Leitfähigkeit auf. In Fig. 2 wird die Ebene E durch die beiden Vektoren e₁ und e₂ definiert.

[0054] Die Mikroperforationen 22 bilden im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Quadratgitter, es kommen jedoch auch alle anderen dem Fachmann bekannten periodischen Anordnungen in Betracht. Wesentlich für die vorliegende Erfindung sind der Durchmesser und der Abstand der Mikroperforationen 22. zumindest eine der beiden Größen liegt erfindungsgemäß unterhalb der Wellenlänge des für die Echtheitsprüfung verwendeten Licht, so dass die Mikroperforationen eine Subwellenlängenstruktur bildet, die, wie nachfolgend im Detail erläutert, charakteristische Eigenschaften in nullter Beugungsordnung zeigt.

[0055] Da die charakteristischen Beugungseigenschaften, anders als bei herkömmlichen diffraktiven optischen Strukturen, bereits in nullter Beugungsordnung auftreten, können die erfindungsgemäßen Sicherheitselemente maschinell ohne großen Aufwand auf Echtheit geprüft werden. Darüber hinaus haben bisher bekannte optische Sicherheitsmerkmale offensichtliche Beugungseigenschaften und sind daher leichter nachzuahmen als die erfindungsgemäßen Subwellenlängenstrukturen, deren Beugungseigenschaften in nullter Beugungsordnung für potentielle Fälscher nur schwer erkennbar und nachahmbar sind.

[0056] Die besonderen Beugungseigenschaften der hochleitenden Schichten mit Subwellenlängenstrukturen können bei der maschinellen Echtheitsprüfung durch Transmissionsmessungen, Reflexionsmessungen oder durch eine Messung der Polarisationskonversion nachgewiesen werden, da sie, wie weiter unten genauer erläutert, für bestimmte Wellenlängen jeweils eine stark modifizierte Transmission, Reflexion oder eine charakteristische Polarisationskonversion aufweisen.

[0057] Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden zu sein, werden die in dieser Anmeldung beschriebenen Effekte gegenwärtig als Resonanzeffekte an der hochleitenden Schicht interpretiert, die bei bestimmten Eigenschaften der Flächenschicht (Geometrie, Anordnung, Materialeigenschaften) für bestimmte Wellenlängen und Beleuchtungswinkel des einfallenden Prüflichts auftreten. Physikalisch wird dieser Resonanzeffekt gegenwärtig durch die Anregung von Oberflächenpolaritonen in der hochleitenden Schicht erklärt, die auftreten kann, wenn ein Impulsübertrag der einfallenden Photonen auf die Oberflächenpolaritonen gewährleistet ist und eine Komponente des elektrischen Felds der einfallenden Strahlung senkrecht zur Oberfläche der hochleitenden Schicht steht. Die auf diese Weise angeregten kollektiven Schwingungen der Elektronen der hochleitenden Schicht werden im Allgemeinen als Oberflächenpolaritonen oder auch als Oberflächenplasmonen bezeichnet.

[0058] Die Anregung von Oberflächenpolaritonen durch die einfallende Strahlung hat Auswirkungen auf das reflektierte bzw. transmittierte Licht. Durch die Bildung elektromagnetischer Wellen an der Grenzschicht kommt es zu einer hohen Feldverstärkung an der Oberfläche. Als Folge der Ausbreitung der Oberflächenwellen entstehen erhöhte Ohmsche Verluste in der hochleitenden Schicht. Diese Energie fehlt den sich ausbreitenden Beugungsordnungen, so dass eine erfolgte Polaritonenanregung als Senke in der reflektierten oder transmittierten Lichtintensität nachgewiesen werden kann.

[0059] Weiter führt die Anregung der Öberflächenpolaritonen zu einer Umverteilung der Energien der sich ausbreitenden Beugungsordnungen. Oberflächenpolaritonenanregung kann daher an Transmissionsgittern mit einer ein- oder zweidimensionalen Periodizität auch zu einer erhöhten Transmission bei bestimmten Wellenlängen führen. Hohlraumresonanzen in den Zwischenräumen hochleitender Gitterstrukturen können ebenfalls Resonanzerscheinungen in den reflektierten bzw. transmittierten Beugungsordnungen nach sich ziehen. Die Lage dieser Resonanzwellenlängen ist ebenfalls charakteristisch für die Geometrie der Gitterstruktur, insbesondere der Dicke sowie ihrer optischen Konstanten.

[0060] Das prinzipielle Verhalten erfindungsgemäßer Sicherheitselemente mit Subwellenlängenstrukturen ist anhand der schematischen Transmissionskurven 30,32 der Fig. 3 erläutert, die die Intensität I des durch ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement transmittierten Lichts für senkrechten Lichteinfall θ = 0° (Fig. 3(a)), und für einen Einfallswinkel θ = θ₀, beispielsweise θ = 0,5° (Fig. 3(b)) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ zeigen.

[0061] Wie in Fig. 3 deutlich zu erkennen, weist die Transmission 32 durch das Sicherheitselement bei dem leicht schrägen Einfallswinkel θ₀ bei einer Resonanzwellenlänge λ₂ eine charakteristische Senke 34 auf, während bei senkrechtem Einfallswinkel keine signifikant verminderte Transmission bei der Wellenlänge λ₂ zu beobachten ist. Im Rahmen der oben gegebenen Erläuterung kann die Senke 34 bei schrägem Lichteinfall durch die dann mögliche Anregung von Oberflächenpolaritonen erklärt werden, während die Photonen bei senkrechtem Lichteinfall keine Komponente senkrecht zur Oberfläche der Flächenschicht 20 aufweisen und daher keinen Impuls auf die Oberflächenpolaritonen übertragen können. Versuche zeigen, dass die Lage der Resonanzwellenlänge λ₂ nicht nur von der Gitterperiode der Gitterelemente, sondern auch stark von der Oberflächengeometrie und den Materialeigenschaften der Schicht 20 abhängt, so dass es für einen potentiellen Fälscher außerordentlich schwierig ist, die charakteristischen Beugungseigenschaften eines vorgegebenen Sicherheitselements nachzubilden.

[0062] Die maschinelle optische Echtheitsprüfung eines derartigen Sicherheitselements kann, wie in Fig. 4(a) illustriert, beispielsweise dadurch erfolgen, dass zurächst ein Beleuchtungswinkel und zwei Prüfwellenlängen festgelegt werden, beispielsweise der leicht schräge Einfallswinkel θ₀ und die mit λ₁ und λ₂ bezeichneten Wellenlängen der Fig. 3. Dann wird die hochleitende Schicht des Sicherheitselements 40 mit einer Lichtquelle 42 aus dem festgelegten Beleuchtungswinkel θ₀ nacheinander oder gleichzeitig mit Licht der beiden Prüfwellenlängen λ₁ und λ₂ beaufschlagt und die Transmission der nullten Beugungsordnung wird mit einem wellenlängenempfindlichen Detektor 44 erfasst. Durch einen Vergleich der bei den Prüfwellenlängen λ₁ und λ₂ transmittierten Lichtintensitäten I₁ bzw. I₂ kann dann die Echtheit des Sicherheitselements 40 beurteilt werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement bei der Wellenlänge λ₂ verglichen mit der Wellenlänge λ₁ eine deutlich verringerte Transmission, während ein nachgeahmtes Sicherheitselement diese charakteristische Reduktion der Transmission nicht aufweisen wird. Somit kann bei einem Verhältnis I₂/I₁ < I_thres mit einem geeigneten Schwellenwert I_thres auf die Echtheit des Sicherheitselement geschlossen werden, während I₂/I₁ ≥ I_thres auf ein nachgeahmtes Sicherheitselement hinweist.

[0063] Eine weitere Möglichkeit der Echtheitsprüfung ist in Fig. 4(b) illustriert. Anstatt einen Beleuchtungswinkel und zwei verschiedene Prüfwellenlängen festzulegen, kann die Echtheitsprüfung auch bei einer festen Wellenlänge, beispielsweise bei der in Fig. 3 mit λ₂ bezeichneten Wellerdänge, und zwei vorgegebenen Beleuchtungswinkeln θ₁ und θ₂, beispielsweise θ₁ = 0° (senkrechter Einfall) und θ₂ = θ₀ (siehe Fig. 3), durchgeführt werden. Die bei den jeweiligen Einfallswinkeln durch das Sicherheitselement 40 transmittierte nullte Beugungsordnung wird durch einen ortsauflösenden Detektor 46, beispielsweise ein Diodenarray, erfasst.

[0064] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement bei der Wellenlänge λ₂ bei dem Einfallswinkel θ₂ verglichen mit dem Einfallswinkel θ₁ eine deutlich verringerte Transmission, während ein nachgeahmtes Sicherheitselement diese charakteristische Reduktion der Transmission nicht aufweisen wird. Somit kann bei einem Verhältnis I₂/I₁ < I_thres mit einem geeigneten Schwellenwert I_thres auf die Echtheit des Sicherheitselement geschlossen werden, während I₂/I₁ ≥ I_thres auf ein nachgeahmtes Sicherheitselement hinweist. Die Beleuchtung kann bei dieser Variante durch zwei separate Beleuchtungsquellen 42 erfolgen, oder auch eine flächig ausgedehnte Beleuchtungsquelle, wie etwa ein LED-Array.

[0065] Es versteht sich, dass in beiden Prüfungsvarianten anstelle der transmittierten nullten Beugungsordnung auch die reflektierte nullte Beugungsordnung für die Echtheitsprüfung herangezogen werden kann.

[0066] Zurückkommend auf die Subwellenlängenstruktur der Fig. 2 ist die Flächenschicht 20 vorzugsweise durch eine Metallschicht aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder Chrom mit einer Dicke t zwischen 50 nm und 2 µm, im Ausführungsbeispiel durch eine Silberschicht einer Dicke von 200 nm, gebildet. Die Mikroperforationen 22 weisen einen Durchmesser d zwischen etwa 50 nm und 1 µm, im Ausführungsbeispiel von 200 nm, auf. Der Abstand a₀ benachbarter Perforationen liegt vorzugsweise zwischen 400 nm und 2 µm, im Ausführungsbeispiel bei 900 nm. Für die Schärfe der Bereiche mit außergewöhnlicher Reflexion oder Transmission hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verhältnis der Schichtdicke t zum Durchmesser d der Perforationen t/d zwischen 0,5 und 2, insbesondere bei etwa 1 liegt, wobei Werte außerhalb dieses Bereichs selbstverständlich nicht ausgeschlossen sind.

[0067] Neben den bisher beschriebenen Gestaltungen mit zweidimensionaler Gittersymmetrie kommen auch Sicherheitselemente mit eindimensionalen periodischen Gitterstrukturen infrage. So zeigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ein Sicherheitselement 50, bei dem auf eine Trägerfolie 52 eine Vielzahl paralleler, metallischer Gitterlinien 54 aufgebracht ist. Während bei der in Fig. 2 gezeigten Gestaltung die Gitterelemente durch die Mikroperforationen 22, also durch nichtleitende Bereiche in einer ansonsten hochleitenden Schicht gebildet sind, sind die Gitterelemente bei der Gestaltung der Fig. 5 umgekehrt durch hochleitende Gitterlinien 54 gebildet, zwischen denen, also in den Zwischenräumen, nichtleitende Bereiche vorliegen. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 wird die hochleitfähige Schicht demnach durch die hochleitenden Gitterlinien 54 gebildet. Die mittels der Vektoren e₁ und e₂ festgelegte Ebene E dieses Sicherheitselements umfasst eine hochleitfähige Schicht, die im Wesentlichen nur in Richtung des Vektors e₂ eine sehr hohe Leitfähigkeit im Sinne der Erfindung aufweist. Die sehr hohe Leitfähigkeit in Richtung e₂ korrespondiert bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform demnach mit der Vielzahl an Gitterlinien 54, die in Richtung des Vektors e₂ orientiert sind und die die hochleitfähige Schicht bilden.

[0068] Die Breite b der Gitterlinsen 54 und/ oder die Gitterperiode a₀ liegen erfindungsgemäß unterhalb der Wellenlänge des für die Echtheitsprüfung eingesetzten Lichts 56. Wird die Gitterstruktur der Fig. 5 unter einem Einfallswinkel θ₀ mit p-polarisiertem Licht 56 beaufschlagt, dessen elektrischer Feldvektor 58 senkrecht auf den Gitterlinien 54 steht, so können nach der weiter oben gegebenen Erläuterung bei optischen Wellenlängen λ, die größer als

sind, nur die nullte reflektierte bzw. transmittierte Beugungsordnung propagieren. Die ersten evaneszenten Ordnungen regen in der Gitterstruktur Oberflächenpolaritonen an, wenn die Bedingung

erfüllt ist, wobei k_SP den reellen Teil des Wellenvektors des Oberflächenpolaritons, k₀ den Wellenvektors des einfallenden Lichts im Vakuum und G = 2π/a₀ einen reziproken Gittervektor bezeichnet.

[0069] Eindimensionale Gitterstrukturen können innerhalb einer Periode auch eine Unterstruktur aufweisen, wie anhand von Fig. 6 veranschaulicht. Fig. 6(a) zeigt zunächst eine einfache Gitterstruktur 60 mit einem Schlitz 62 der Breite d innerhalb der Periodenlänge a₀. Die Breite b der Gitterlinien 64 ist in diesem Fall durch b = a₀- d gegeben. Die Figuren 6(b) und (c) zeigen Gestaltungen mit drei bzw. fünf Schlitzen 62 gleicher Breite d innerhalb einer Periodenlänge, also mit einer Unterstruktur innerhalb einer Periodenlänge, wobei selbstverständlich auch eine andere Anzahl an Schlitzen bzw. unterschiedliche Schlitzbreiten in Betracht kommen.

[0070] Die Schlitzbreiten d sind dabei so gewählt, dass sie kleiner als die Wellenlänge des für die Echtheitsprüfung eingesetzten Lichts sind. Je nach den Materialparametern, der Breite und Anzahl der Schlitze, können Sicherheitselemente mit derartigen Gitterstrukturen eine erhöhte Transmission bei bestimmten Resonanzwellenlängen oder auch schmale Senken innerhalb von Bereichen resonant überhöhter Transmission aufweisen. Diese charakteristisch erhöhte bzw. reduzierte Transmission kann dann, wie bereits in Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert, zur Echtheitsprüfung der Sicherheitselemente eingesetzt werden.

[0071] Gitterstrukturen mit eindimensionaler Periodizität eröffnen daneben eine weitere Möglichkeit zur Echtheitsprüfung erfindungsgemäßer Sicherheitselemente. Die Anregung von Oberflächenpolaritonen in Gittern mit eindimensionaler Periodizität bewirkt nämlich nach gegenwärtigem Kenntnisstand bei geeigneten Einfallsbedingungen eine Drehung der Polarisationsebene des gebeugten Lichts gegenüber dem Polarisationsvektor des einfallenden Lichts. Diese Polarisationskonversion kann beispielsweise durch Prüfvorrichtungen, wie in Fig. 7 schematisch gezeigt, nachgewiesen werden.

[0072] Bei der auf eine Messung der Polarisationskonversion in Reflexion ausgelegten Prüfvorrichtung der Fig. 7(a) wird das einfallende Licht 72 vor der Beaufschlagung des zu prüfenden Sicherheitselements 70 durch einen ersten Polarisator 74 p-polarisiert. Das von dem Sicherheitselement 70 reflektierte Licht 76 gelangt über einen in Sperrrichtung zum ersten Polarisator orientierten zweiten Polarisator 78 zu einem Detektor 75, der die Intensität des durch den zweiten Polarisator 78 transmittierten s-polarisierten Lichts erfasst.

[0073] Enthält das zu prüfende Sicherheitselement 70 eine erfindungsgemäße Subwellenlängenstruktur mit eindimensionaler Periodizität, so ergibt sich aufgrund der beschriebenen Polarisationskonversion ein erhöhtes Detektorsignal, wobei die maximale Signalstärke erreicht wird, wenn der Gittervektor der Gitterstruktur im 45° Winkel zur Einfallsebene 72, 76 des Lichts verläuft. Bei einem gegenüber einem Schwellwert erhöhten Intensitätssignal kann daher auf Anregung von Oberflächenpolaritonen und damit auf Echtheit des geprüften Sicherheitselements geschlossen werden.

[0074] Statt in Reflexion kann die Polarisationskonversion auch in Transmission geprüft werden, wie in Fig. 7(b) gezeigt. Das einfallende Licht 82 läuft dabei durch einen ersten Polarisator 84 und das zu prüfende Sicherheitselement 80. Das transmittierte Licht 86 gelangt über einen zweiten in Sperrrichtung zum ersten Polarisator orientierten Polarisator 88 Zum Detektor 85. Auch hier kann aus einem erhöhten Detektorsignal bei entsprechender Stellung des Sicherheitselements 80 auf die Anregung von Oberflächenpolaritonen und damit auf die Echtheit des zu prüfenden Sicherheitselements 80 geschlossen werden.

Ansprüche

1. Sicherheitselement (12,40) für die maschinelle optische Echtheitsprüfung mit Licht, das eine vorgegebene Prüfwellenlänge enthält, wobei das Sicherheitselement eine Schicht (20) aus einem hochleitfähigen Material aufweist, die eine ein- oder zweidimensionale Gitterstruktur aus einer periodischen Anordnung einer Vielzahl von Gitterelementen (22) enthält, deren laterale Abmessungen (d) und/oder laterale Abstände (a₀) kleiner als die Prüfwellenlänge sind, und das Sicherheitselement (12,40) auf eine maschinelle optische Echtheitsprüfung mit Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich oder mit Licht aus dem Spektralbereich des Nahen Infrarot ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet dass die hochleitfähige Schicht (20) mit der Gitterstruktur so ausgelegt ist, dass das bei der Echtheitsprüfung unter einem vorgegebenen Prüfwinkel einfallende Licht Oberflächenpolaritonen und/oder Hohlraumresonanzen in der hochleitfähigen Schicht (20) anregt.

2. Sicherheitselement (12,40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lateralen Abmessungen (d) und/oder die lateralen Abstände (a₀)um mindestens einen Faktor 1,5, vorzugsweise sogar um mindestens einen Faktor 2, kleiner sind als die Prüfwellenlänge.

3. Sicherheitselement (12,40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur als Reflexionsgitter oder als Transmissionsgitter ausgebildet ist.

4. Sicherheitselement (12,40) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelemente (22) durch parallele, hochleitfähige Gitterlinien (54) gebildet sind, um eine eindimensionale, periodische Gitterstruktur zu bilden.

5. Sicherheitselement (12,40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlänge kleiner als die Prüfwellenlänge, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 2 kleiner als die Prüfwellenlänge ist, und/ oder dass die Gitterstruktur innerhalb einer Periodenlänge eine Unterstruktur aufweist.

6. Sicherheitselement (12,40) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hochleitfähige Schicht (20) eine im Wesentlichen durchgehende hochleitfähige Flächenschicht ist und dass die Gitterelemente (22) durch regelmäßig angeordnete Perforationen in der Flächenschicht gebildet sind, um eine zweidimensionale periodische Gitterstruktur zu bilden.

7. Sicherheitselement (12,40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Perforationen kleiner als die Prüfwellenlänge, bevorzugt mindestens um einen Faktor 2 kleiner als die Prüfwellenlänge, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 4 kleiner als die Prüfwellenlänge ist.

8. Sicherheitselement (12,40) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Abstand der Perforationen kleiner als die Prüfwellenlänge ist, und/oder dass das Verhältnis der Dicke der Flächenschicht zu dem Durchmesser der Perforationen kleiner als 2 ist, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5, insbesondere bei etwa 1,0 liegt.

9. Sicherheitselement (12,40) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht (20) aus einem hochleitfähigen Material zwischen 50 nm und 2 µm, vorzugsweise zwischen 100 nm und 1 µm liegt, und/oder dass das hochleitfähige Material der Schicht (20) ein Metall ist, insbesondere eines der Metalle Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder Chrom, und/oder dass die Gitterstruktur in ein Dielektrikum eingebettet ist.

10. Sicherheitselement (12,40) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (12,40) mit einem visuell prüfbaren Humanmerkmal kombiniert ist, und/ oder dass das Sicherheitselement (12,40) ein Sicherheitsfaden, ein Etikett, ein Transferelement oder ein Durchsichtssicherheitselement ist.

11. Datenträger, insbesondere Markenartikel oder Wertdokument wie Banknote, Pass, Urkunde, Banderole, Ausweiskarte oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement (12,40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sicherheitselement bevorzugt in einem Fensterbereich des Datenträgers angeordnet ist.

12. Verfahren zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines Sicherheitselements (12,40) nach einem Ansprüche 1 bis 10, bei dem

a) zumindest eine Prüfwellenlänge und zumindest eine Beleuchtungsgeometrie für die Echtheitsprüfung festgelegt wird,

b) die hochleitfähige Schicht (20) des Sicherheitselements (12,40) mit Licht der zumindest einen festgelegten Prüfwellenlänge unter der zumindest einen festlegten Beleuchtungsgeometrie beaufschlagt wird,

c) das von der hochleitfähigen Schicht (20) reflektierte, insbesondere in der nullten Beugungsordnung reflektierte, oder transmittierte, insbesondere in der nullten Beugungsordnung transmittierte Licht bei zumindest einer festgelegten Prüfwellenlänge erfasst wird, und

d) die Echtheit des Sicherheitselements (12,40) auf Grundlage der Intensität und/ oder der Polarisation des erfassten Lichts beurteilt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 12 zur maschinellen optischen Echtheitsprüfung eines Sicherheitselements (12,40) nach einem Ansprüche 1 bis 10, mit

- zumindest einer Lichtquelle (42) zum Beaufschlagen der hochleitfähigen Schicht (20) des zu prüfenden Sicherheitselements (12,40) mit Licht zumindest einer festgelegten Prüfwellenlänge unter zumindest einer festlegten Beleuchtungsgeometrie,

- zumindest einer Detektionseinrichtung (44,46) zum Erfassen des von der hochleitfähigen Schicht reflektierten oder transmittierten Lichts, und

- Mittel zum Bewerten der Intensität und/oder der Polarisation des erfassten Lichts bei der zumindest einen festgelegten Prüfwellenlänge und/ oder bei der zumindest einen festlegten Beleuchtungsgeometrie, und zum Beurteilen der Echtheit des zu prüfenden Sicherheitselements (12,40) auf Grundlage der vorgenommenen Bewertung.

Claims

1. A security element (12,40) for an optical authenticity check by machine with light that includes a predetermined test wavelength, the security element comprising a layer (20) that is composed of a highly conductive material and that includes a one- or two-dimensional grating pattern composed of a periodic arrangement of a plurality of grating elements (22) whose lateral dimensions (d) and/or lateral separations (a₀) are smaller than the test wavelength, and the security element (12,40) being configured for an optical authenticity check by machine with light from the visible spectral range or with light from the spectral range of the near infrared, characterized in that the highly conductive layer (20) having the grating pattern is configured such that the light incident at a predetermined test angle in the authenticity check excites surface polaritons and/ or cavity resonances in the highly conductive layer (20).

2. The security element (12,40) according to claim 1, characterized in that the lateral dimensions (d) and/ or the lateral separations (a₀) are smaller than the test wavelength by at least a factor of 1.5, preferably even by at least a factor of 2.

3. The security element (12,40) according to claim 1 or 2, characterized in that the grating pattern is formed as a reflection grating or as a transmission grating.

4. The security element (12,40) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the grating elements (22) are formed by parallel, highly conductive grating lines (54) to form a one-dimensional, periodic grating pattern.

5. The security element (12,40) according to claim 4, characterized in that the period length is smaller than the test wavelength, preferably is smaller than the test wavelength by at least a factor of 2, and/ or in that, within a period length, the grating pattern comprises a substructure.

6. The security element (12,40) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the highly conductive layer (20) is a substantially continuous highly conductive areal layer and in that the grating elements (22) are formed by regularly arranged perforations in the areal layer to form a two-dimensional periodic grating pattern.

7. The security element (12,40) according to claim 6, characterized in that the diameter of the perforations is smaller than the test wavelength, preferably is smaller than the test wavelength by at least a factor of 2, particularly preferably is smaller than the test wavelength by at least a factor of 4.

8. The security element (12,40) according to claim 6 or 7, characterized in that the lateral separation of the perforations is smaller than the test wavelength, and/or in that the ratio of the thickness of the surface layer to the diameter of the perforations is less than 2, preferably lies between 0.5 and 1.5, especially at about 1.0.

9. The security element (12,40) according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the thickness of the layer (20) composed of a highly conductive material lies between 50 nm and 2 µm preferably between 100 nm and 1 µm, and/or in that the highly conductive material of the layer (20) is a metal, especially one of the metals gold, silver, copper, aluminum or chrome, and/or in that the grating pattern is embedded in a dielectric.

10. The security element (12,40) according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the security element (12,40) is combined with a visually verifiable human feature, and/or in that the security element (12,40) is a security thread, a label, a transfer element or a see-through security element.

11. A data carrier, especially a branded article or a value document, such as a banknote, passport, certificate, sleeve, identification card or the like, having a security element (12,40) according to one of claims 1 to 10, the security element preferably being arranged in a window region of the data carrier.

12. A method for optically checking the authenticity of a security element (12,40) by machine according to one of claims 1 to 10, in which

a) at least one test wavelength and at least one illumination geometry is defined for the authenticity check,

b) the highly conductive layer (20) of the security element (12,40) is impinged on with light of the at least one defined test wavelength in the at least one defined illumination geometry,

c) the light reflected, especially reflected in the zeroth diffraction order, or transmitted, especially transmitted in the zeroth diffraction order, by the highly conductive layer (20) is registered at at least one defined test wavelength, and

d) the authenticity of the security element (12,40) is judged on the basis of the intensity and/or the polarization of the registered light.

13. An apparatus for performing a method according to claim 12 for optically checking the authenticity of a security element (12,40) according to one of claims 1 to 10 by machine, having

- at least one light source (42) for impinging on the highly conductive layer (20) of the security element (12,40) to be checked with light of at least one defined test wavelength in at least one defined illumination geometry,

- at least one detection apparatus (44,46) for registering the light reflected or transmitted by the highly conductive layer, and

- means for assessing the intensity and/ or the polarization of the registered light at the at least one defined test wavelength and/or in the at least one defined illumination geometry, and for judging, based on the assessment performed, the authenticity of the security element (12,40) to be checked.

Revendications

1. Elément de sécurité (12, 40) pour le contrôle optique mécanique de l'authenticité avec de la lumière qui contient une longueur d'onde de contrôle prescrite, dans lequel l'élément de sécurité présente une couche (20) en un matériau à capacité fortement conductrice, laquelle contient une structure de grille mono- ou bidimensionnelle en un agencement périodique d'une pluralité d'éléments de grille (22) dont les dimensions latérales (d) et/ou les espacements latéraux (a₀) sont inférieur(e)s à la longueur d'onde de contrôle, et l'élément de sécurité (12, 40) étant étudié pour un contrôle d'authenticité optique mécanique avec de la lumière de la plage spectrale visible ou avec de la lumière de la plage spectrale de l'infrarouge proche,
caractérisé en ce que la couche à capacité fortement conductrice (20) avec la structure de grille est étudiée de telle sorte que, lors du contrôle de l'authenticité, de la lumière incidente selon un angle de contrôle prescrit excite des polaritons de surface et/ou des résonances de cavité dans la couche à capacité fortement conductrice (20).

2. Elément de sécurité (12, 40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions latérales (d) et/ou les espacements latéraux (a₀) sont inférieurs au moins d'un facteur de 1,5, de préférence même au moins d'un facteur de 2, à la longueur d'onde de contrôle.

3. Elément de sécurité (12, 40) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de grille est réalisée en tant que grille de réflexion ou en tant que grille de transmission.

4. Elément de sécurité (12, 40) selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de grille (22) sont formés par des lignes de grille (54) parallèles à capacité fortement conductrice afin de former une structure de grille monodimensionnelle périodique.

5. Elément de sécurité (12, 40) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur de période est inférieure à la longueur d'onde de contrôle, de préférence inférieure au moins d'un facteur 2 à la longueur d'onde de contrôle, et/ou en ce que la structure de grille présente une sous-structure à l'intérieur d'une longueur de période.

6. Elément de sécurité (12, 40) selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche fortement conductrice (20) est une couche en nappe à capacité fortement conductrice sensiblement d'un seul tenant, et en ce que les éléments de grille (22) sont formés par des perforations disposées régulièrement dans la couche en nappe pour former une structure de grille bidimensionnelle périodique.

7. Elément de sécurité (12, 40) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre des perforations est inférieur à la longueur d'onde de contrôle, de préférence inférieur à la longueur d'onde de contrôle au moins d'un facteur 2, de manière particulièrement préférée, inférieur à la longueur d'onde de contrôle au moins d'un facteur 4.

8. Elément de sécurité (12, 40) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'espacement latéral des perforations est inférieur à la longueur d'onde de contrôle et/ou en ce que le rapport entre l'épaisseur de la couche en nappe et le diamètre des perforations est inférieur à 2, et est de préférence compris entre 0,5 et 1,5, en étant en particulier de 1,0 environ.

9. Elément de sécurité (12, 40) selon l'une au moins des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (20) en un matériau à capacité fortement conductrice est comprise entre 50 nm et 2 µm, de préférence entre 100 nm et 1 µm, et/ou en ce que le matériau à capacité fortement conductrice de la couche (20) est un métal, en particulier l'un des métaux d'entre de l'or, de l'argent, du cuivre, de l'aluminium ou du chrome, et/ou en ce que la structure de grille est noyée dans un diélectrique.

10. Elément de sécurité (12, 40) selon l'une au moins des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément de sécurité (12, 40) est combiné avec une caractéristique humaine contrôlable visuellement et/ou en ce que l'élément de sécurité (12, 40) est un fil de sécurité, une étiquette, un élément de transfert ou un élément de sécurité à transparence.

11. Support de données, en particulier article de marque ou document de valeur, tel un billet de banque, un passeport, un acte, une banderole, une carte d'identité ou similaires, avec un élément de sécurité (12, 40) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'élément de sécurité est de préférence disposé dans une zone de fenêtre du support de données.

12. Procédé pour le contrôle optique mécanique de l'authenticité d'un élément de sécurité (12, 40) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel

a) on détermine au moins une longueur d'onde de contrôle et au moins une géométrie d'éclairage pour le contrôle de l'authenticité,

b) la couche à capacité fortement conductrice (20) de l'élément de sécurité (12, 40) étant exposée à de la lumière de l'au moins une longueur d'onde de contrôle déterminée selon l'au moins une géométrie d'éclairage déterminée,

c) la lumière réfléchie par la couche à capacité fortement conductrice (20), en particulier réfléchie d'un ordre de diffraction zéro, ou la lumière transmise, en particulier transmise selon l'ordre de diffraction zéro étant détectée pour au moins une longueur d'onde de contrôle déterminée, et

d) l'authenticité de l'élément de sécurité (12, 40) étant appréciée sur la base de l'intensité et/ou de la polarisation de la lumière détectée.

13. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 12 pour le contrôle optique mécanique de l'authenticité d'un élément de sécurité (12, 40) selon l'une des revendications 1 à 10, avec

- au moins une source de lumière (42) pour l'exposition à de la lumière d'au moins une longueur d'onde de contrôle déterminée selon au moins une géométrie d'éclairage déterminée, de la couche à capacité fortement conductrice (20) de l'élément de sécurité (12, 40) à contrôler,

- au moins un dispositif de détection (44, 46) pour la détection de la lumière réfléchie ou transmise par la couche à capacité fortement conductrice, et

- des moyens pour évaluer l'intensité et/ou la polarisation de la lumière détectée pour l'au moins une longueur d'onde de contrôle déterminée et/ou pour l'au moins une géométrie d'éclairage déterminée, et pour l'appréciation de l'authenticité de l'élément de sécurité (12, 40) à contrôler sur la base de l'évaluation effectuée.

Zeichnung