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Die Erfindung betrifft allgemein Sicherheitshologramme, welche in Wert- oder Sicherheitsdokumente als Sicherheitsmerkmal eingesetzt werden, sowie insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sicherheitshologramms.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, Sicherheitsdokumente und Wertdokumente durch Merkmale gegen eine nicht autorisierte Herstellung, ein Nachahmen, Verfälschen oder Ähnliches zu schützen. Solche Merkmale, die ein Nachahmen, Verfälschen, unautorisiertes Herstellen oder Ähnliches zumindest erschweren oder unmöglich machen, werden als Sicherheitsmerkmale bezeichnet. Dokumente und andere Objekte, welche ein solches Sicherheitsmerkmal aufweisen, werden als Sicherheitsdokumente bezeichnet. Verkörpern diese zusätzlich einen Wert, so werden diese auch als Wertdokumente bezeichnet. Sicherheitsdokumente umfassen u.a. Ausweise, Reisepässe, Führerscheine, Zugangskarten, Visa, Fahrzeugpapiere, Führerscheine, Banknoten, Kreditkarten, Postwertzeichen, Wertmarken oder auch gegen Fälschung geschützte Eintrittskarten oder Etiketten zum Kennzeichnen von hochwertigen Produkten, um einige Beispiele aufzuführen.
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Aus dem Stand der Technik sind sehr unterschiedliche Sicherheitsmerkmale bekannt. Eine Gruppe von Sicherheitsmerkmalen ist für eine optische Prüfung und Verifizierung vorgesehen. Eine Untergruppe dieser Sicherheitsmerkmale verwenden beugende Strukturen, um auf das Sicherheitsmerkmal eingestrahltes Licht über eine Beugung zu verändern und diese Beugung optisch auszuwerten. Die einfachste Art der Verifizierung besteht beispielsweise darin zu prüfen, ob eine Lichtbeugung auftritt, d.h. eine beugende Struktur vorhanden ist. Kompliziertere oder aufwendigere Sicherheitsmerkmale und deren Verifikationsverfahren sehen vor, eine ortsaufgelöste, winkelaufgelöste und/oder wellenlängenaufgelöste Erfassung der Lichtbeugung vorzunehmen.
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Eine Gruppe von Beugungsstrukturen stellen Hologramme dar. Mit diesen ist es möglich, Informationen in der Beugungsstruktur zu speichern. Hologramme werden zum einen danach unterschieden, ob diese in Reflexion oder in Transmission die gespeicherte Information rekonstruieren. Von einem Reflexionshologramm spricht man, wenn die rekonstruierte Information von derselben Seite des Hologramms aus erfassbar ist, von der aus das Hologramm mit geeignetem Rekonstruktionslicht beleuchtet wird. Entsprechend spricht man von einem Transmissionshologramm, wenn die rekonstruierte Information auf der gegenüberliegenden Seite des Hologramms rekonstruiert, von der aus das Hologramm mit Rekonstruktionslicht beleuchtet wird. Hierbei ist zu beachten, dass auch Transmissionshologramme teilweise in einer Reflexionsgeometrie verifizierbar sind, wenn das gebeugte Licht zusätzlich zu der Beugung an einem reflektierenden Element reflektiert wird.
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Eine weitere Unterscheidung von Hologrammen findet darüber hinaus darüber statt, wo in einem Speichermedium die holografische Information gespeichert ist. Ist die holografische Information nur in einer dünnen Materialschicht oder an der Oberfläche über eine Strukturierung dieser Oberfläche gespeichert, so spricht man von einem dünnen oder Oberflächenhologramm. Ist die holografische Information hingegen im Volumen eines Materials gespeichert, so spricht man von einem Volumenhologramm. Volumenhologramme können sowohl als Transmissions- als auch als Reflexionshologramme ausgebildet werden.
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Aus der
DE 10 2008 057 784 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Volumen-Transmissions-Hologrammes und/oder Volumen-Reflexions-Hologrammes bekannt. Das Volumen-Transmissions-Hologramm und/oder Volumen-Reflexions-Hologramm werden aus einem Film mit einer Trägerfolie und einer holographischen Schicht hergestellt, wobei der Film über eine Trommel geführt wird, auf welcher er mit dem Master-Hologramm in Kontrakt gebracht wird. Das Master-Hologramm wird simultan zusammen mit dem Film durch einen Belichtungsbereich bewegt, in welchem der Film und das Master-Hologramm mit einem linienförmig aufgeweiteten Belichtungslaserstrahl bestrahlt werden, um das Master-Hologramm in der holographischen Schicht zu reproduzieren. Dabei sind auf einer Trommel sowohl Reflexions- als auch Transmissions-Volumenhologramme erzeugbar, wofür zwei Master-Hologramme, der Trommel zugeordnet oder zuordenbar sind und auf dieser aufliegend mit dieser synchron bewegt werden. Dabei befindet sich der Film radial unterhalb des ersten Master-Hologramms und/oder radial oberhalb des zweiten Master-Hologramms.
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Aus der
EP 0 701 183 A2 ist eine Vorrichtung zum Kopieren von Hologrammen bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Rekonstruktionsstrahl und einen zweiten Rekonstruktionsstrahl, wobei der zweite Rekonstruktionsstrahl kohärent mit dem ersten ist. Ein erstes Masterhologramm erzeugt mittels des ersten Rekonstruktionsstrahls einen ersten Beugungsstrahl. Ein zweites Masterhologramm erzeugt mittels des zweiten Rekonstruktionsstrahls einen zweiten Beugungsstrahl. Ein holographisches Aufzeichnungsmaterial wird mittels des ersten und zweiten Rekonstruktionsstrahls und des ersten und zweiten Beugungsstrahls belichtet, wobei ein erstes Hologramm durch Interferenz des ersten Rekonstruktionsstrahls und des ersten Beugungsstrahls erzeugt wird, und wobei ein zweites Hologramm durch Interferenz des zweiten Rekonstruktionsstrahls und des zweiten Beugungsstrahls erzeugt wird.
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Aus der
EP 0 896 260 A2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Hologrammen aus einem Masterhologramm einer Mattscheibe bekannt. Ein das Masterhologramm aufweisender Hologrammmaster wird in Kontakt mit einem Film gebracht. Hierbei ist der Film vor dem Hologrammmaster mit dem Masterhologramm angeordnet. Das Masterhologramm ist ein Reflexionshologramm, sodass bei einem Durchstrahlen des Films ein Teil des Lichts von dem Hologrammmaster, d.h. dem Masterhologramm, reflektierend gebeugt wird und so mit dem Licht im Film interferiert, welches diesen Film durchstrahlt. Hierdurch wird in Kontaktkopie das Masterhologramm des Hologrammmasters kopiert. Um ein solches Hologramm zu individualisieren, wird das zur Beleuchtung verwendete kohärente Licht vor dem Durchstrahlen des Films über einen Modulator geführt, der die kohärente Strahlung räumlich moduliert. Solche Modulatoren werden auch als Special Light Modulatoren (SLM) bezeichnet. Sie können beispielsweise aus Flüssigkristallzellen wie bei einem Flüssigkristallbildschirm (LCD) ausgebildet sein. In der angegebenen Weise hergestellte Hologramme werden beispielsweise unter der Marke Identigram verwendet und als Sicherheitselemente in Passkarten und Personalausweise der Bundesrepublik Deutschland eingearbeitet.
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Obwohl zum Herstellen eines solchen kontaktkopierten Hologramms als Sicherheitselement, welches als Sicherheitsmerkmal die individualisierte, d.h. mit unterschiedlichen Helligkeitsstufen kopierte, Mattscheibe als Hologramm enthält, einen erheblichen technischen Aufwand verlangt, so nimmt die hiermit verbundene Schwierigkeit, eine Fälschung oder Verfälschung eines solchen Sicherheitselements zu erzeugen, mit dem allgemeinen Fortschritt im Bereich der Holografie ab.
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Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten, d.h. schwieriger zu fälschenden, Sicherheitselements zu schaffen, welches dennoch auf einfache Weise in großen Stückzahlen, vorzugsweise individualisiert, hergestellt werden kann.
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Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Grundgedanke der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein volumenholografisches Element zu schaffen, welches in einem Sicherheitsdokumentenkörper einsetzbar ist, welches einen Fensterabschnitt aufweist, indem der Dokumentkörper zwischen einer Oberseite und einer Unterseite des Dokumentkörpers für Licht einer Wellenlänge, die zum Rekonstruieren des Hologramms verwendet werden kann, transparent ist. Ein hierfür geeignetes und ein neuartiges Sicherheitsmerkmal aufweisendes Sicherheitselement umfasst ein Volumentransmissionshologramm. Solche Volumentransmissionshologramme sind wesentlich schwerer herzustellen, da aus dem Stand der Technik kein für die Massenherstellung taugliches Verfahren wie das Kontaktkopierverfahren für Volumenreflexionshologramme bekannt ist. Um jedoch zu erreichen, dass das Aufzeichnungsmaterial während des Belichtens, auch wenn dieses insgesamt nur einige 10 bis 100 µm dick ist, vollständig in Ruhe ist und um insgesamt eine einfache und sehr stabile Erzeugung sowohl der die Information eines Masterhologramms tragenden Objektinformation als auch des Referenzlichts zu erzeugen, ist gemäß der Grundidee vorgesehen, einen Hologrammmaster herzustellen und zu verwenden, der selbst mindestens eine Beugungsstruktur umfasst, die als Volumentransmissionshologramm ausgebildet ist und an der ein Teil des Einstrahllichts gebeugt wird, um als Objektlicht auszutreten, und die ein anderer Teil des Einstrahllichts den Hologrammmaster ungebeugt passiert und sowohl das beim Durchstrahlen erzeugte Objektlicht als auch das ungebeugt passierte Licht, welches als Referenzlicht dient, werden in ein Aufzeichnungsmaterial geführt, welches in Kontakt mit dem Hologrammmaster angeordnet ist, um dort zu interferieren und das Hologramm des zu erzeugenden Sicherheitselements auszubilden. Als Ergebnis wird somit ein Sicherheitshologramm erzeugt, welches ein Volumentransmissionshologramm umfasst und für einen Einsatz in einem Wert- oder Sicherheitsdokument geeignet ist.
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Definitionen
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Als Sicherheitsmerkmal wird jedes Merkmal bezeichnet, welches ein Nachahmen, Verfälschen, Duplizieren o.ä. eines Gegenstands verhindert oder erschwert.
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Als Sicherheitselement wird jeder körperliche Gegenstand bezeichnet, der mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweist.
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Als Sicherheitsdokument wird jedes Dokument bezeichnet, welches mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweist. Ein Sicherheitsdokument ist im Sinne der obigen Definition auch immer ein Sicherheitselement. Beispiele für Sicherheitsdokumente sind Reisepässe, Identitätskarten, Zugangskarten, Visa, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere, aber auch gegen Fälschungen geschützte Eintrittskarten oder Produktetiketten und Siegel sowie Banknoten, Kreditkarten, Postwertzeichen, Wertmarken, Banknoten oder Aktien, die jeweils mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweisen und denen ein bestimmter Wert zugeordnet ist. Eine strickte Abgrenzung zwischen Wert- und Sicherheitsdokumenten ist im Hinblick auf die hier beschriebene Erfindung nicht notwendig. Alle Wertdokumente werden hier auch als Sicherheitsdokumente betrachtet.
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Als Aufzeichnungsmaterial wird jedes Material bezeichnet, welches eine fotoempfindliche Schicht umfasst, in die ein Hologramm belichtet werden kann. Auch eine mit Schutzschichten versehene fotoempfindliche Schicht wird als Aufzeichnungsmaterial bezeichnet.
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Als transparent wird ein Körper oder Abschnitt eines Körpers, insbesondere eines Dokumentkörpers angesehen, wenn durch diesen Körper hindurch bei mindestens einer Wellenlänge, für den der Körper als Transparent anzusehen ist, eine Abbildung gemäß der geometrischen Optik möglich ist.
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Als Sicherheitshologramm wir eine körperlich Entität bezeichnet, in der mindestens ein Hologramm gespeichert ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen
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Geschaffen wird zum einen ein Sicherheitselement in Form eines Sicherheitshologramms, welches ein Volumentransmissionshologramm ist oder umfasst. Dieses ist vorgesehen, um ein neuartiges Sicherheitsdokument zu schaffen.
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Ein solches neuartiges Sicherheitsdokument weist einen Dokumentkörper auf, welche eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite aufweist, wobei in den Dokumentkörper ein Sicherheitshologramm integriert ist, welches eine Beugungsstruktur umfasst, welche bei einer Beleuchtung des Hologramms mit Rekonstruktionslicht einer geeigneten Wellenlänge eine in dem Sicherheitshologramm gespeicherte Information rekonstruiert, welche bei einer Betrachtung der Oberseite des Dokumentkörpers oder bei einem optischen Erfassen einer Abbildung von der Oberseite her erfassbar ist, wobei der Dokumentkörper zumindest einen Fensterabschnitt umfasst, in dem der Dokumentkörper für Licht einer Wellenlänge zwischen der Oberseite und der Unterseite transparent ist, mit der mindestens eine Beugungsstruktur des Sicherheitshologramms rekonstruierbar ist, wobei die mindestens die eine Beugungsstruktur des Sicherheitshologramms in dem Fensterabschnitt zwischen der Oberseite und der Unterseite des Dokumentkörpers angeordnet ist und eine Transmissionsbeugungsstruktur ist, dessen gespeicherte Information bei einer Betrachtung der Oberseite oder einem Erfassen einer optischen Abbildung von der Oberseite her bei einer Beleuchtung mit Rekonstruktionslicht von der Unterseite des Dokumentkörpers erfassbar ist oder bei einer Beleuchtung mit Rekonstruktionslicht von der Oberseite in Form einer Projektion auf eine Fläche hinter dem Dokumentkörper betrachtet von der Vorderseite des Dokumentkörpers aus erfassbar ist. Vorzugsweise ist im Fall der zweiten Alternative die Projektion insbesondere durch den Fensterabschnitt hindurch erfassbar.
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Ferner wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Sicherheitshologramms mit einem Volumentransmissionshologramm vorgeschlagen, wobei das Sicherheitshologramm für ein Einbringen in ein Wert- oder Sicherheitsdokument vorgesehen ist. Ein solches Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Aufzeichnungsmaterials; Bestrahlen des Aufzeichnungsmaterials mit kohärentem Objektlicht und Referenzlicht von einer ersten Belichtungsseite des Aufzeichnungsmaterials, wobei in dem Objektlicht die in dem Volumentransmissionshologramm zu speichernde Information transportiert wird, wobei vorgesehen ist, dass ein Hologrammmaster hergestellt oder bereitgestellt wird, der mindestens eine Beugungsstruktur enthält und das Aufzeichnungsmaterial mit der Belichtungsseite in Kontakt mit einer Kontaktseite des Hologrammmasters gebracht wird und kohärentes Einstrahllicht erzeugt wird und der Hologrammmaster mit dem kohärenten Einstrahllicht von einer der Kontaktseite gegenüberliegenden Einstrahlseite, d.h. von der von dem Aufzeichnungsmaterial abgewandten Seite, durchstrahlt wird und an der einen Beugungsstruktur des Hologrammmasters über eine Beugung des kohärenten Einstrahllichts das Objektlicht erzeugt wird und aus dem Hologrammmaster aus und in das Aufzeichnungsmaterial von der ersten Belichtungsseite eintritt, wobei die mindestens eine Beugungsstruktur in dem Hologrammmaster so ausgebildet ist, dass ein Teil des Einstrahllichts nicht gebeugt wird und als das Referenzlicht aus dem Hologrammmaster austritt und in das Aufzeichnungsmaterial von der ersten Belichtungsseite eintritt, sodass das Objektlicht und das Referenzlicht in dem Aufzeichnungsmaterial interferieren und so ein Volumentransmissionshologramm in das Aufzeichnungsmaterial belichten, wobei der Hologrammmaster mit der mindestens einen Beugungsstruktur in Form eines Volumentransmissionshologramms bereit oder hergestellt wird, welches bei der Durchstrahlung mit dem Einstrahllicht das erzeugte Objektlicht so erzeugt, dass von dem Objekt ein reales Bild rekonstruiert wird, dessen Bildebene von der Ebene abweicht, in der die fotoempfindliche Schicht des Aufzeichnungsmaterials angeordnet ist..
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Ferner wird erfindungsgemäß die Materialstärke des Aufzeichnungsmaterials so gewählt, dass im fertiggestellten Volumentransmissionshologramm keine Übermodulation auftritt. Vereinfacht kann man sich dieses so vorstellen, dass eine Materialstärke der fotoempfindlichen Schicht so ausgebildet sein muss, dass nicht das über die Beugung erzeugte Licht selbst an im Volumen tiefer liegenden Beugungsstrukturen gebeugt wird. Wenn ein solcher Effekt eintritt, bezeichnet man ein entsprechendes Hologramm als übermoduliert.
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Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass auf einfache Weise eine große Anzahl von Volumentransmissionshologrammen auf einfache Weise hergestellt werden kann und die geometrischen Beleuchtungsbedingungen, welche auch eine spätere Rekonstruktion des hergestellten Sicherheitshologramms beeinflussen, jeweils präzise eingehalten werden, da sowohl das Objektlicht als auch das Referenzlicht unmittelbar in der mindestens einen Beugungsstruktur des Hologrammmasters aus dem zur Belichtung verwendeten kohärenten Einstrahllicht erzeugt werden.
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Eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Sicherheitshologramms mit einem Volumentransmissionshologramm, wobei das Sicherheitshologramm für ein Einbringen in ein Wert- oder Sicherheitsdokument vorgesehen ist, umfasst: eine Transportvorrichtung für ein Aufzeichnungsmaterial; eine Lichtquelle zum Erzeugen von kohärentem Einstrahllicht; eine Optikeinheit zum Führen des kohärenten Einstrahllichts, sodass mindestens ein Abschnitt des Aufzeichnungsmaterials mit kohärentem Objektlicht und Referenzlicht von einer ersten Belichtungsseite des Aufzeichnungsmaterials beleuchtet wird, wobei in dem Objektlicht die in dem Volumentransmissionshologramm zu speichernde Information transportiert wird, wobei vorgesehen ist, dass mit der Transportvorrichtung ein Hologrammmaster gekoppelt ist, wobei der Hologrammmaster mindestens eine Beugungsstruktur enthält, und die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Transportvorrichtung zu veranlassen, den mindestens einen Abschnitt des Aufzeichnungsmaterials mit der ersten Belichtungsseite in Kontakt mit einer Kontaktseite des Hologrammmasters zu bringen und die Lichtquelle und/oder die Optikeinheit zu steuern, dass das kohärente Einstrahllicht erzeugt wird und der Hologrammmaster mit dem kohärenten Einstrahllicht von einer der Kontaktseite gegenüberliegenden Einstrahlseite, d.h. von der von dem Aufzeichnungsmaterial abgewandten Seite her durchstrahlt wird, während der mindestens eine Abschnitt des Aufzeichnungsmaterials mit dem Hologrammmaster in Kontakt ist, und an der mindestens einen Beugungsstruktur des Hologrammmasters über eine Beugung des kohärenten Einstrahllichts das Objektlicht erzeugt wird und aus dem Hologrammmaster aus und in das Aufzeichnungsmaterial von der ersten Belichtungsseite eintritt, wobei die mindestens eine Beugungsstruktur in dem Hologrammmaster so ausgebildet ist, dass ein Teil des Einstrahllichts nicht gebeugt wird und als das Referenzlicht aus dem Hologrammmaster aus und in das Aufzeichnungsmaterial von der ersten Belichtungsseite eintritt, sodass das Objektlicht und das Referenzlicht in dem mindestens einen Abschnitt des Aufzeichnungsmaterials interferieren und das Volumentransmissionshologramm des Sicherheitshologramms in das Aufzeichnungsmaterial belichten, wobei der Hologrammmaster als die mindestens eine Beugungsstruktur ein Volumentransmissionshologramm umfasst, welches bei der Durchstrahlung mit dem Einstrahllicht das erzeugte Objektlicht so erzeugt, dass von dem Objekt ein reales Bild rekonstruiert wird, dessen Bildebene von der Ebene abweicht, in der eine fotoempfindliche Schicht des Aufzeichnungsmaterials angeordnet ist... Diese Vorrichtung weist denselben Vorteil wie das Verfahren auf, nämlich insbesondere dass eine sehr einfache und robuste Herstellung einer Vielzahl von Sicherheitshologrammen ermöglicht wird.
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Um mehrere identische Hologrammmaster zur Verfügung zu haben und/oder diese auf einfache Weise durch einen gleichartigen Hologrammmaster ersetzen zu können, sobald dieser bei der Produktion abgenutzt oder beschädigt ist, wird als Hologrammmaster vorzugsweise ein abkopiertes als H2-Hologramm bezeichnetes Masterhologramm verwendet. Bei anderen Ausführungsformen ist die mindestens eine Beugungsstruktur ein H3-Hologramm oder von noch höheren „Generationszahl“.
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Als Aufzeichnungsmaterial wird ein Material verwendet, welches mindestens eine fotoempfindliche Schicht umfasst. Da fotoempfindliche Schichten in der Regel auch gegenüber der Umgebung, d.h. Feuchtigkeit, in der Atmosphäre vorhandene gasförmige Substanzen und Ähnliches, empfindlich ist, wird vorzugsweise ein Aufzeichnungsmaterial aus einer fotoempfindlichen Schicht und mindestens einer Schutzschicht, vorzugsweise zwei Schutzschichten, hergestellt oder bereitgestellt, sodass die fotoempfindliche Schicht und die mindestens eine Schutzschicht flächig in Kontakt sind und die mindestens eine Schutzschicht die fotoempfindliche Schicht flächig überdeckt und schützt. In der Regel wird die fotoempfindliche Schicht auf jeder Seite jeweils flächig von einer Schutzschicht überdeckt. Die Schutzschichten sind vorzugsweise aus einem transparenten Material hergestellt, welches einen Lichtdurchtritt von Licht der Wellenlänge nahezu ungehindert zulässt, mit der das herzustellende Volumentransmissionshologramm des Sicherheitshologramms hergestellt wird. Das Aufzeichnungsmaterial wird vorzugsweise als Film bereitgestellt, d.h. als ein Laminat einer fotoempfindlichen Schicht, die auf beiden Seiten von einer Schutzfolie eingeschlossen ist. Beim Inkontaktbringen des Aufzeichnungsmaterials mit dem Hologrammmaster wird somit ein indirekter mechanischer Kontakt zwischen der fotoempfindlichen Schicht, also dem eigentlichen Material, in das das Hologramm belichtet und in dem es gespeichert wird, und dem Hologrammmaster hergestellt. Auch bei dem Hologrammmaster kann die eigentlich beugende Struktur, beispielsweise ein in einem Film gespeichertes Masterhologramm, durch eine Schutzfolie abgedeckt sein.
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Obwohl die beugende Struktur des Masterhologramms und die fotoempfindliche Schicht des Aufzeichnungsmaterials nicht unmittelbar in direkten mechanischen Kontakt gebracht werden, besteht doch ein indirekter mechanischer Kontakt über die dazwischen angeordneten Schutzschichten und Folien. Ein wesentlicher Vorteil des Kopierverfahrens beruht jedoch nicht darauf, dass die fotoempfindliche Schicht und die Beugungsstruktur in unmittelbarer Nähe zueinander befindlich sind, sondern vielmehr darauf, dass eine mechanische Bewegung der fotoempfindlichen Schicht relativ zu der zu kopierenden beugenden Schicht unterbunden ist. Dieses wird über den indirekten Kontakt, über die Schutzschichten und Schutzfolien in gleicher Weise erreicht. Ein Inkontaktbringen des Aufzeichnungsmaterials bedeutet somit, dass eine direkte oder indirekte mechanische Kopplung zwischen der fotoempfindlichen Schicht und der Beugungsstruktur in dem Hologrammmaster während der Herstellung des Sicherheitshologramms hergestellt wird.
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Der Hologrammmaster wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit der mindestens einen Beugungsstruktur in Form eines Volumentransmissionshologramms hergestellt oder bereitgestellt, welches bei der Durchstrahlung mit dem Einstrahllicht das erzeugte Objektlicht so erzeugt, dass von dem Objekt ein reales Bild rekonstruiert wird, dessen Bildebene von der Ebenen abweicht, in der die fotoempfindliche Schicht des Aufzeichnungsmaterials angeordnet ist. Je nach Position der Bildebene des Volumentransmissionshologramms des Hologrammmasters wird in das Aufzeichnungsmaterial ein Hologramm kopiert, welches bei der Rekonstruktion vor der physischen Ebene, in der das Hologramm gespeichert ist, oder hinter der Ebene, in der das Hologramm physisch gespeichert ist, schwebt. Bei einer anderen Ausführungsform ist es möglich, dass die Bildebene mit der fotoempfindlichen Schicht zusammenfällt, sodass das Hologramm als in der Ebene ausgebildet erscheint, in der es auch physisch gespeichert ist.
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Um das hergestellte Sicherheitshologramm zu individualisieren, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Einstrahllicht räumlich hinsichtlich seiner Intensität moduliert wird, sodass unterschiedliche Bereiche des Hologrammmasters mit unterschiedlicher Intensität des Einstrahllichts durchleuchtet werden. In diesem Intensitätsmuster ist dann eine Information gespeichert, beispielsweise ein Gesichtsbild oder auch alphanumerische Zeichen. Hierbei ist sowohl eine schwarzweißartige Kodierung als auch eine graustufenartige Kodierung möglich, wobei bei einer schwarzweißartigen Kodierung eine Beugungseffizienz zwischen zwei Werten, beispielsweise 0 und 80 % erzeugt werden kann und bei einer graustufenartigen Ausprägung unterschiedliche Beugungseffizienzen zwischen 0 und 90 % oder auch zwischen 10 % und 90 %, um lediglich Beispiele zu nennen, ausgebildet werden können.
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Besonders vorteilhaft für eine solche Individualisierung ist es, wenn in dem Hologrammmaster, d.h. in der Beugungsstruktur des Hologrammmasters, ein Hologramm eines Streuers, insbesondere einer Streuscheibe oder einer Mattscheibe, gespeichert ist, welche einen auftreffenden Lichtstrahl gerichteten Lichts in einen aufgeweiteten Lichtstrahl wandeln, in dem sich das Licht in unterschiedlichen Richtungen eines Raumwinkelbereichs um eine ausgezeichnete Richtung ausbreitet. Bei einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Beugungsstruktur des Hologrammmasters ein Transmissionsvolumenhologramm einer Mattscheibe, die gerichtet auftreffendes Licht in diffus streuendes Licht wandelt. Insbesondere sind Ausführungsformen bevorzugt, bei denen das Licht um eine Vorzugsrichtung gestreut wird. Beispielsweise wird gerichtetes Licht, welches unter einem ersten Winkel gegenüber einer Oberflächennormale einer Auftreffoberfläche eines eben, mit planparallelen Oberflächen ausgebildeten Masters auf den Master fällt, so gebeugt, dass es diffus gestreut um eine Vorzugsrichtung austritt, wobei ein zweiter Winkel der Vorzugsrichtung gegenüber einer Oberflächennormale der Austrittsseite gemessen wird. Der erste und der zweite Winkel sind vorzugsweise betragsmäßig unterschiedlich. Senkrecht auftreffendes Licht wird beispielsweise um eine Vorzugsrichtung, welche um 45° gegenüber der Oberflächennormale geneigt ist, diffus gestreut. Das Licht wird in eine Keule um die Vorzugsrichtung diffus gestreut.
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Die in dem Masterhologramm gespeicherte Information ist bei einer solchen Ausführungsform über die Fläche homogen, sodass eine über eine Modulation der Lichtintensität beim Kopieren verursachte Variation der Beugungseffizienz in der hergestellten Kopie nicht durch die in dem Masterhologramm gespeicherte Information und darüber bedingte Intensitätsschwankungen überlagert ist.
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Bei anderen Ausführungsformen ist in dem Masterhologramm ein Volumentransmissionshologramm eines dreidimensionalen Objekts gespeichert. Das Volumentransmissionshologramm speichert somit zumindest einen Teil der räumlichen Struktur des dreidimensionalen Objekts. Auch ein solcher Hologrammmaster kann individualisiert kopiert werden.
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Bei einer Ausführungsform wird das Aufzeichnungsmaterial mit für die Wellenlänge oder die Wellenlängen des Objektlichts und des Referenzlichts transparenter Schutzschicht oder transparenten Schutzschichten bereitgestellt.
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Darüber hinaus wird der Hologrammmaster so hergestellt oder bereitgestellt, dass die mindestens eine Beugungsstruktur das Objektlicht und das Referenzlicht mit einem Intensitätsverhältnis herstellt, sodass ein vorgegebener Kontrast in dem Volumentransmissionshologramm ausgebildet wird. Theoretisch wäre ein Intensitätsverhältnis von 1:1 optimal, um ein sehr kontrastreiches Volumentransmissionshologramm einzubelichten. In der Praxis wird jedoch eine Intensitätsaufteilung gewählt, bei der der Referenzlichtanteil größer als der Objektlichtintensitätsanteil ist. Bevorzugte Intensitätsverhältnisse Objektlichtintensität zu Referenzlichtintensität betragen zwischen 1:1 bis 1:10.
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Ein besonders schwer nachzuahmendes Sicherheitshologramm erhält man, wenn ein Hologrammmaster verwendet wird, der zusätzlich mit mindestens einer weiteren Beugungsstruktur hergestellt oder bereitgestellt wird, die bei einer entsprechenden Belichtung durch die Kontaktseite des Hologrammmasters ein Reflexionshologramm rekonstruiert, und das Einstrahllicht über eine Optikeinheit geführt wird, welche mindestens einen Strahlteiler und optische Lichtführungselemente oder Absenkelemente umfasst, sodass von der Optikeinheit ein Teil des Einstrahllichts auf die Belichtungsseite des Hologrammmasters geführt wird, um das Volumentransmissionshologramm in das Aufzeichnungsmaterial zu belichten, und ferner ein Teil des Einstrahllichts durch das Aufzeichnungsmaterial hindurch auf die Kontaktseite des Hologrammmasters geführt wird, um das Reflexionshologramm der weiteren Beugungsstruktur in das Aufzeichnungsmaterial zu belichten. Ein auf diese Weise hergestelltes Sicherheitshologramm kann bei einer Betrachtung über eine Oberseite sowohl ein Reflexionshologramm rekonstruieren als auch bei einer Beleuchtung durch die Unterseite das entsprechende Volumentransmissionshologramm.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Belichten sowohl des Volumentransmissionshologramms als auch des Volumenreflexionshologramms zeitgleich. Hierbei werden vorzugsweise unterschiedliche Bereiche des Aufzeichnungsmaterials zeitgleich belichtet.
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Vorzugsweise sind in dem Hologrammmaster Bereiche, welche das Volumenreflexionshologramm speichern, lateral gegenüber jenen Bereichen versetzt, in denen das Volumentransmissionshologramm gespeichert ist. Hierdurch kann beim Kopieren erreicht werden, dass auch in dem hergestellten Sicherheitshologramm Bereiche des darin gespeicherten Reflexionsvolumenhologramms von den Bereichen verschieden sind, in denen das Volumentransmissionshologramm gespeichert ist. Hierdurch ist es möglich, sowohl im Volumenreflexionshologramm als auch im Volumentransmissionshologramm eine maximal mögliche Beugungseffizienz für die jeweiligen Hologrammtypen zu erreichen.
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Werden die Bereiche, die das Volumentransmissionshologramm speichern, und jene Bereiche, die das Volumenreflexionshologramm speichern, lateral verschachtelt, jedoch nicht überlappend ausgebildet, und die physischen Abmessungen der einzelnen Bereiche klein gewählt, so entstehen für einen Betrachter sowohl des Reflexionsvolumenhologramms als auch des Volumentransmissionshologramms bei der Rekonstruktion dennoch vollflächige Informationsdarstellungen bei geeigneter Wahl der in den jeweiligen Hologrammtypen gespeicherten Informationen. Verkörpern beide Volumentypen im Hologrammmaster zum Beispiel jeweils Mattscheiben, so ergibt sich bei geeigneter Verschachtelung, beispielsweise einer streifenförmigen alternierenden Verschachtelung, der Bereiche, welche das Volumentransmissionshologramm ausbilden, und der Bereiche, welche das Reflexionsvolumenhologramm in dem Hologrammmaster ausbilden, in dem hergestellten Sicherheitshologramm eine ebensolche streifenartige Verschachtelung der Bereiche. Bei der Rekonstruktion der Bereiche, welche ein Volumenreflexionshologramm speichern, ergibt sich jedoch in Gesamtheit wieder eine einheitliche Fläche einer Mattscheibe. Selbiges gilt bei der Rekonstruktion des Volumentransmissionshologramms. Voraussetzung ist natürlich, dass die Bereichsgrößen, beispielsweise die Streifenbreiten, so klein sind, dass der menschliche Betrachter beim Erfassen des rekonstruierten Hologramms die Streifen nicht getrennt auflöst.
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Der Hologrammmaster wird vorzugsweise mit den mehreren Beugungsstrukturen ausgebildet, indem diese in unterschiedliche fotoempfindliche Schichten eingebracht, insbesondere belichtet, werden und anschließend übereinander angeordnet werden. Insbesondere wenn die Bereiche der fotoempfindlichen Schicht, in denen das zu kopierende Volumentransmissionshologramm und das zu kopierendes Reflexionshologramm angeordnet sind, sich nicht überlappen und räumlich auch so voneinander getrennt sind, dass die eine gemeinsame Information wiedergebenden Bereiche zusammenhängend und nicht verschachtelt mit einem Bereich des jeweils anderen Hologrammtyps ausgebildet sind, so bestehen auch nur geringe relative Positionierungsschwierigkeiten.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines holografischen Aufzeichnungsmaterials und eines Hologrammmasters zur Erläuterung der Herstellung eines Sicherheitshologramms;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Sicherheitshologramms;
- 3 eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines Sicherheitshologramms und
- 4 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsdokuments mit einem Sicherheitshologramm.
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In 1 ist schematisch ein Hologrammmaster 10 sowie ein darauf in Kontakt angeordnetes Aufzeichnungsmaterial 40 gezeigt. Der Hologrammmaster 10 weist eine Unterseite 11 auf, die auch als Einstrahlseite 12 bezeichnet wird. Eine Oberseite 13 bildet eine Kontaktseite 14. Mit dieser ist der Hologrammmaster 10 mit dem Aufzeichnungsmaterial 40 in Kontakt. Dies bedeutet, dass die Unterseite 41 des Aufzeichnungsmaterials mechanisch in Kontakt mit dem Hologrammmaster 10 bzw. der Kontaktseite 14 des Hologrammmasters 10 ist. Der Hologrammmaster 10 umfasst eine Beugungsstruktur 20, welche durch durchbrochene senkrechte Striche 22 angedeutet ist.
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Wird der Hologrammmaster 10 von der Einstrahlseite 12 her mit kohärentem Einstrahllicht 100, vorzugsweise Laserlicht, beleuchtet, so wird dieses an der Beugungsstruktur 20 teilweise gebeugt. Das gebeugte Licht 110 trägt eine Information, die in der Beugungsstruktur 20 des Hologrammmasters 10 gespeichert ist. Das gebeugte Licht 110 stellt somit Objektlicht 111 zum Ausbilden eines Transmissionshologramms 210 dar. Das ungebeugt durch den Hologrammmaster hindurchtretende Licht 120 stellt Referenzlicht 121 zum Herstellen des Transmissionshologramms 210 dar. Sowohl das Objektlicht 111 als auch das Referenzlicht 121 treten von der ersten Belichtungsseite 42, d.h. der Unterseite 41, in das Aufzeichnungsmaterial 40 ein. Das Aufzeichnungsmaterial 40 umfasst eine fotoempfindliche Schicht 50, in der ein durch die Interferenz des Objektlichts 111 und des Referenzlichts 121 verursachte Interferenz als Transmissionshologramm 210 aufgezeichnet wird. Die so in dem Aufzeichnungsmaterial 40 gespeicherte holografische Information gleicht der Information, die in dem Hologrammmaster 10 in der Beugungsstruktur 20 gespeichert ist. Während des Ausführens der Belichtung befinden sich der Hologrammmaster 10 und das Aufzeichnungsmaterial 40 relativ zueinander in Ruhe. Nach dem Ausführen der Belichtung wird das Aufzeichnungsmaterial 40 relativ zu dem Hologrammmaster bewegt und in dem vorzugsweise als Rollenmaterial ausgebildeten Aufzeichnungsmaterial ein weiteres Transmissionshologramm hergestellt. Da die Interferenzinformation in dem Volumen des Aufzeichnungsmaterials 40 gespeichert wird, spricht man bei dem Tranmissionshologramm 210 von einem sogenannten Volumentransmissionshologramm 220. In dem Aufzeichnungsmaterial 40 entsteht somit ein Sicherheitshologramm 200, welches anschließend in ein Sicherheitsdokument integriert werden kann. Das Volumentransmissionshologramm 220 dient dort als Sicherheitsmerkmal.
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In dem dargestellten Beispiel findet eine Belichtung des Hologrammmasters 10 über die Einstrahlseite 12 mit Einstrahllicht 100 in der Weise statt, dass dieses senkrecht auf den Hologrammmaster 10 auftrifft. Das Objektlicht 111 wird in der dargestellten Ausführungsform unter einem Winkel von 45° gebeugt. Das ungebeugt hindurchtretende Referenzlicht 121 trifft somit senkrecht auf die erste Belichtungsseite 42 des Aufzeichnungsmaterials 40, während das Objektlicht unter einem Winkel von 45° eintritt. Diese Winkel können in weiten Grenzen frei gewählt werden. Diese werden bei der Herstellung des Hologrammmasters festgelegt.
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Der Hologrammmaster umfasst in der Regel ein sogenanntes H2-Hologramm. Ein H2-Hologramm ist ein Hologramm, welches in einem Umkopierprozess aus einem ersten Hologramm, einem H1-Hologramm, erstellt ist. Das H1-Hologramm wird als Volumentransmissionshologramm beispielsweise eines Streuers, insbesondere einer Mattscheibe, hergestellt. Das fertig entwickelte erste Volumentransmissionshologramm H1 wird dann mit kohärentem Rekonstruktionslicht bestrahlt, sodass ein reelles Bild des in dem Volumentransmissionshologramm gespeicherten Objekts erzeugt wird. Zum Beispiel in der Bildebene des realen Bilds wird dann das Aufzeichnungsmaterial für das umkopierte H2-Hologramm angeordnet und mit Referenzlicht eine Interferenz des rekonstruierten realen Bilds und des Referenzlichts erzeugt. Ebenso ist es möglich und bevorzugt, das Aufzeichnungsmaterial für das umkopierte H2-Hologramm in einer Ebene anzuordnen, die von der Bildebene abweicht. Hierdurch wird erreicht, dass das kopierte Objekt bei einer Betrachtung der späteren Rekonstruktion des H2-Hologramms vor der Ebene des Hologramms zu schweben scheint oder hinter der Ebene des Hologramms zu schweben scheint. Über die Auswahl der ursprünglichen Belichtungsrichtung des H1-Hologramms bzw. des H2-Hologramms wird die Einstrahlrichtung für das Einstrahllicht relativ zu dem Hologrammmaster sowie die Beugungsrichtung des Objektlichts 111 festgelegt.
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Es ergibt sich somit für den Fachmann, dass von den hier gezeigten Winkeln abweichende Winkel gewählt werden können. Aus Fertigungsgründen wird eine senkrechte Einstrahlung des Einstrahllichts bevorzugt. Abweichend kann jedoch auch das Einstrahllicht unter einem Winkel gegenüber einer Oberflächennormale der Einstrahlseite des Hologrammmasters vorgenommen werden und dann beispielsweise das Objektlicht so abgebeugt wird, dass dieses senkrecht aus der Kontaktseite des Hologrammmasters austritt. Möglich sind jedoch auch Ausführungsformen, bei denen sowohl das Einstrahllicht unter einem ersten Winkel zu einer Oberflächennormale der Einstrahlseite einfällt und auch das Objektlicht unter einem zweiten Winkel zu einer Oberflächennormale der Kontaktseite des Hologrammmasters austritt, wobei der erste Winkel als auch der zweite Winkel von Null sowie voneinander verschieden sind.
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Um eine Fälschungssicherheit des Sicherheitshologramms zu steigern, ist bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass in das Sicherheitshologramm zusätzlich zu einem Volumentransmissionshologramm auch noch ein Volumenreflexionshologramm einbelichtet wird.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines Hologrammmasters 10 und eines Aufzeichnungsmaterials 40 gezeigt, um eine Herstellung eines solchen Sicherheitshologramms 200 schematisch darzustellen. Die gezeigten Abmessungen sowohl des holografischen Aufzeichnungsmaterials 40 als auch des Hologrammmasters 10 entsprechen, wie auch in den übrigen Figuren, nicht den realen Gegebenheiten, sondern sind nur zur Veranschaulichung der Erfindung gewählt. Gleiche technische Merkmale sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der Hologrammmaster 10 weist bei dieser Ausführungsform einen Träger 15 auf, der aus einem transparenten festen Körper, beispielsweise einem Quarz oder Quarzglas, gebildet ist. Dieser Träger 15 ist vorzugsweise klar und vollständig transparent für die Wellenlänge des Lichts, mit der das Sicherheitshologramm 200 belichtet werden soll. Auf dem Träger 15 sind ein Mastervolumentransmissionshologramm 16 und seitlich versetzt ein Mastervolumenreflexionshologramm 17 angeordnet. Das Mastervolumentransmissionshologramm 16 und das Mastervolumenreflexionshologramm 17 können in getrennten holografischen Speichermaterialen, z. B. Fotopolymerschichten, ausgebildet sein, die nebeneinander angeordnet sind. Das Mastervolumentransmissionshologramm 16 und das Mastervolumenreflexionshologramm 17 können auch gemeinsam in einem holografischen Speichermaterial ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass das Mastervolumentransmissionshologramm und das Mastervolumenreflexionshologramm verschachtelt, beispielsweise in alternierenden Streifen, in dem Hologrammspeichermaterial gespeichert sind. Hierbei sind die alternierenden Streifen vorzugsweise so schmal gewählt, dass bei einer Rekonstruktion des Volumentransmissionshologramms oder des Volumenreflexionshologramms jeweils ein flächig geschlossenes Bild rekonstruiert wird und ein menschlicher Betrachter die einzelnen Streifen bei einem üblichen Betrachtungsabstand eines Sicherheitselements von etwa 30 cm bis 60 cm nicht auflöst und ein geschlossenes flächiges Bild wahrnimmt. Dieses gilt insbesondere dann, wenn in dem Mastervolumentransmissionshologramm und/oder dem Mastervolumenreflexionshologramm jeweils ein Streuer, beispielsweise eine Streuscheibe oder Mattscheide, als Information gespeichert ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der 2 besteht das Aufzeichnungsmaterial 40 zum einen aus einer fotoempfindlichen Schicht 50 sowie zwei Schutzschichten 60, 70, die an die untere Seite 51 bzw. die obere Seite 53 der fotoempfindlichen Schicht angrenzen und diese jeweils flächig überdecken und gegen Umwelteinflüsse schützen. Die Schutzschichten 60, 70 sind transparent zumindest für die zur Belichtung des Hologramms oder der Hologramme verwendeten Wellenlängen. Eine Unterseite 61 der Schutzschicht 60 bildet die Unterseite 41 des Aufzeichnungsmaterials 40. Die Oberseite 63 der Schutzschicht 60 ist mit der Unterseite 51 der farbempfindlichen Schicht 50 in Kontakt. Die Oberseite 53 der fotoempfindlichen Schicht 50 ist wiederum mit der Unterseite 71 der Schutzschicht 70 in Kontakt. Die Oberseite 73 der Schutzschicht 70 bildet die Oberseite 43 des Aufzeichnungsmaterials 40.
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Die Einbelichtung des Volumentransmissionshologramms 220 in die fotoempfindliche Schicht 50 bzw. das Aufzeichnungsmaterial 40 erfolgt in analoger Weise wie oben im Zusammenhang mit 1 bereits erläutert. Eine Einstrahlung von Einstrahllicht 100 erfolgt über eine Einstrahlseite 12 des Hologrammmasters 10 und somit von unten durch den Hologrammmaster 10 in das Aufzeichnungsmaterial 40. Eine Kopie des Mastervolumenreflexionshologramms 17 erfolgt hingegen über eine Einstrahlung von Einstrahllicht 100' durch das Aufzeichnungsmaterial 40 hindurch und von der Kontaktseite 14 in den Hologrammmaster 10. Dort wird an einer weiteren Beugungsstruktur 30 des Mastervolumenreflexionshologramms 17 das Einstrahllicht 100' reflektierend gebeugt. Das reflektierend gebeugte Licht 130 interferiert mit dem Einstrahllicht 100' in dem Aufzeichnungsmaterial 40. Die weitere Beugungsstruktur 30 des Mastervolumenreflexionshologramms 17 ist über waagerechte unterbrochene Striche 32 angedeutet. Die Einbelichtung des Volumentransmissionshologramms 220 und des Volumenreflexionshologramms 230 in das Aufzeichnungsmaterial 40 erfolgt vorzugsweise zeitgleich an unterschiedlichen Positionen in dem Aufzeichnungsmaterial 40. Hierdurch kann die Produktionszeit, d.h. die Belichtungszeit für die Herstellung des gesamten Sicherheitshologramms 200, reduziert werden. Alternativ ist es möglich, das Volumenreflexionshologramm 230 zeitlich vor oder auch zeitlich nach dem Einbelichten des Volumentransmissionshologramms 220 auszuführen. Insbesondere wenn die beiden Hologrammtypen in dem Aufzeichnungsmaterial räumlich verschachtelt ausgebildet werden, kann eine solche zeitlich getrennte Herstellung vorteilhaft sein, um keine unerwünschten Nebeneffekte zu erhalten.
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Alternativ zu der Ausführungsvariante, welche in 2 dargestellt ist, kann das Verfahren, welches schematisch in 1 dargestellt ist, dahingehend erweitert werden, dass die weitere Beugungsstruktur mit dem Mastervolumenreflexionshologramm in einem weiteren Hologrammmaster ausgebildet wird, der gegenüberliegend von dem Hologrammmaster anliegend an das Aufzeichnungsmaterial angeordnet wird. Das Aufzeichnungsmaterial wird bei einer solchen Ausführungsform quasi sandwichartig zwischen den Hologrammmastern angeordnet, die beide auf gegenüberliegenden Seiten des Aufzeichnungsmaterials mit diesem in Kontakt gebracht werden. Bei einer solchen Ausführungsform ist eine Einbelichtung des Volumenreflexionshologramms mit Einstrahllicht von derselben Seite wie die Einbelichtung des Volumentransmissionshologramms möglich. Vorzugsweise weist der Hologrammmaster des Volumentransmissionshologramms in jenen Bereichen keine Beugungsstrukturen auf, in denen der weitere Hologrammmaster Beugungsstrukturen des Volumenreflexionshologramms aufweist und umgekehrt. Hierdurch lässt sich für beide Hologrammtypen jeweils eine maximal gewünschte Beugungseffizienz erreichen.
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Bei dieser alternativen Ausführungsform kann einer der Hologrammmaster ähnlich wie das Aufzeichnungsmaterial als Film bereitgestellt werden. Über eine Anpressrolle, welche zeitgleich über den als Film bereitgestellten Hologrammmaster als auch das Aufzeichnungsmaterial auf dem als festen Körper bereitgestellten anderen Master abrollt, kann ein zuverlässiger Kontakt ohne Gaseinschlüsse zwischen den Hologrammmastern und dem Aufzeichnungsmaterial sichergestellt werden.
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Andere Ausführungsformen verwenden zwei Hologrammmaster, die beide als Film ausgebildet sind und zwischen zwei Rollen geführt werden. Ebenso ist es möglich zwei als feste Körper ausgebildete Hologrammmaster zu verwenden, wobei der eine Hologrammmaster beim Aufsetzen auf das Aufzeichnungsmaterial, welches zwischen den beiden Hologrammmastern angeordnet ist, vorzugsweise zunächst mit einer Kante aufgesetzt wird und dann mit einer Drehbewegung um die Kante auf dem Aufzeichnungsmaterial abgesetzt wird. Auch hierdurch lassen sich Gaseinschlüsse vermeiden.
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Eine Stärke des Aufzeichnungsmaterials wird so gewählt, dass in dem Aufzeichnungsmaterial keine Übermodulation stattfindet. Vorzugsweise wird die Beugungsstruktur des Volumentransmissionshologramms so ausgebildet, dass eine Intensität des Objektlichts 111 geringer als eine Intensität des Referenzlichts 121 ist. Bevorzugt werden Intensitätsverhältnisse zwischen 1:1 bis 1:3 oder 1:10 zwischen Objektlichtintensität und Referenzlichtintensität.
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In 3 ist schematisch eine Vorrichtung 300 zum Herstellen eines Sicherheitshologramms 200 dargestellt. Der Hologrammmaster 10 gleicht beispielsweise einem Hologrammmaster, wie er in 2 dargestellt ist. Der Hologrammmaster10 ist in einer Aufnahmevorrichtung 360 angeordnet, die eine Ausnehmung oder ein Fenster 370 aufweist, um ein Belichten und Durchstrahlen des Hologrammmasters 10 mit der mindestens einen Beugungsstruktur 20 zu ermöglichen.
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Das Aufzeichnungsmaterial 40 wird als ein mit Schutzschichten 60, 70 versehener fotoempfindlicher Film 50 auf einer Rolle 310 bereitgestellt und schrittweise über den Hologrammmaster 10 geführt. Das belichtete Aufzeichnungsmaterial wird auf einer weiteren Rolle 320 nach dem Belichten aufgerollt. Um einen guten Kontakt des Aufzeichnungsmaterials 40 mit dem Hologrammmaster 10 zu erreichen, kann nach dem Transportieren des Aufzeichnungsmaterials 40 um eine Länge, die mindestens einer Länge 330 des in den Hologrammmasters gespeicherten Volumentransmissionshologramm 16 entspricht, über eine Anpressrolle 340 an den Hologrammmaster 10 angedrückt werden. Diese wird beispielsweise während des Transports des Aufzeichnungsmaterials 40 zunächst entgegengesetzt der Transportrichtung zurückgeführt und dann über dem als Film ausgebildeten Aufzeichnungsmaterial 40 und dem Hologrammmaster 10 in Transportrichtung abgerollt, um das holografische Aufzeichnungsmaterial 40 gegen den Hologrammmaster 10 zu drücken. Die beiden Rollen 310, 320 und die Anpressrolle 340 bilden zusammen mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit für die Rollen eine Transportvorrichtung 350.
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Die Vorrichtung 300 umfasst ferner eine Lichtquelle 400, welche beispielsweise als Laser ausgebildet ist. Der Laser erzeugt das Einstrahllicht 100. Dieses wird in einer ersten Linseneinheit 510 in der dargestellten Ausführungsform in einen Lichtstreifen 520 aufgeweitet. Über einen Ausschnitt ist dieses Aufweiten, welches senkrecht zur Zeichnungsebene erfolgt, räumlich angedeutet. Ein Teil 106 des Lichtstreifens 520 wird als Einstrahllicht 100' durch eine Oberseite 43 des Aufzeichnungsmaterials 40 hindurch in den Hologrammmaster 10 geführt und dort an der weiteren Beugungsstruktur 30 beugend reflektiert, sodass Reflexionslicht 130 entsteht. Eine Interferenz des Einstrahllichts 100' und des reflektierend gebeugten Lichts 130 führt in dem Aufzeichnungsmaterial zu einer Interferenz, welche das Volumenreflexionshologramm 230 in das Aufzeichnungsmaterial 40 kopiert und belichtet. Ein anderer Anteil 105 des als Streifen ausgebildeten Einstrahllichts 100 wird über Ablenkeinheiten 540 an dem Aufzeichnungsmaterial 40 vorbei und von unten durch den Hologrammmaster 10 in das Aufzeichnungsmaterial 40 geführt. Hierbei findet eine Beugung an der einen Beugungsstruktur 20, welche das Mastervolumentransmissionshologramm 14 ist, statt, sodass abgebeugtes Objektlicht 111 entsteht und der Rest des ungebeugten Lichts 120 das Referenzlicht 121 bildet, um in dem Aufzeichnungsmaterial 40 das Volumentransmissionshologramm 220 einzubelichten. Um die Aufweitung in der Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene anzudeuten sind erneut zwei schematische Ausschnitte eingefügt.
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Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung kann im Strahlengang ein örtlicher Lichtmodulator 550, englisch spatial light modulator - SLM, angeordnet sein, der beispielsweise als Flüssigkristallstruktur im Zusammenwirken mit einem Polarisationsfilter 560 gebildete ist. Der räumliche Lichtmodulator weist einzelne individuell steuerbare Pixel auf, welche eine Lichtintensität zwischen 0 % und 100 % im Zusammenwirken mit einem Polarisationsfilter 560 modulieren können. Entlang des Lichtstreifens 520 kann somit die Lichtintensität entlang der Lichtstreifenrichtung 521 unterschiedlich moduliert werden. Hierdurch kann in dem Volumenreflexionshologramm 230 als auch in dem Volumentransmissionshologramm 220 eine Information gespeichert werden, die in den entsprechenden Lichtintensitäten kodiert ist. Besonders geeignet ist eine solche Ausführung für ein Mastervolumenreflexionshologramm 17 als auch für ein Mastertransmissionshologramm 16, welche jeweils einen Streuer, beispielsweise jeweils eine Mattscheibe, als Objektinformation gespeichert enthalten. Bei der Rekonstruktion der jeweiligen Volumenhologramme ergeben sich somit nahezu homogene Bilder der Mattscheiben, welche hinsichtlich ihrer Helligkeit moduliert sind. Hierbei kann es eine Hell-Dunkel-Modulation im Sinne einer Schwarz-Weiß-Modulation oder auch eine Graustufenmodulation geben, abhängig davon, wie die Lichtmodulation hinsichtlich der Intensitätsverhältnisse bei der Einbelichtung abgestimmt ist.
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Die für das Führen und gegebenenfalls modulieren des Einstrahllichts 100, 100' verwendeten Komponenten bilden eine sogenannte Optikeinheit 500.
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Der Herstellungsprozess wird über eine Steuereinrichtung 600, beispielsweise einen Computer oder Ähnliches, gesteuert, die die Transportvorrichtung 350 und die Optikeinheit 500 und/oder die Lichtquelle 400 steuert.
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In 4 ist schematisch ein Sicherheitsdokument 1000 dargestellt. Dieses ist aus mehreren Substratschichten 1100, insbesondere aus Kunststoffschichten, hergestellt, welche in einem Laminationsverfahren miteinander verbunden sind. Zwischen diese Schichten 1100 oder auf diese Schichten wird das Sicherheitshologramm 200 appliziert. Hierzu können beispielsweise Haftvermittler oder Kleber eingesetzt werden, insbesondere Heißkleber oder UV-aktivierbare Kleber. Das Sicherheitsdokument 1000 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieses zumindest im Bereich 1200, in dem der Volumentransmissionshologrammanteil 221 des Sicherheitshologramms 200 ausgebildet ist, im Volumen transparent ist, d.h. von einer Oberseite 1003 zu einer Unterseite 1001 ein Lichtdurchtritt mindestens jeder Wellenlänge möglich ist, welche für die Rekonstruktion des Volumentransmissionshologramms 220 nötig ist. Der Lichtdurchtritt ist in einer solchen Weise möglich, dass eine Abbildung gemäß der geometrischen Optik mit dieser Wellenlänge durch den Dokumentkörper 1005 hindurch möglich ist. Im Bereich 1300 des Volumenreflexionshologramms 230 muss der Dokumentkörper nicht vollständig transparent sein. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Dokumentkörper 1005 zwischen dem Sicherheitshologramm 200 und der Oberseite 1001 des Dokumentkörpers 1005 transparent ausgebildet ist.
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Es bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, das Sicherheitshologramm in dem Sicherheitsdokument zu verifizieren. Bei einer Einstrahlung von Rekonstruktionslicht 1400 über die Unterseite 1001 des Sicherheitsdokuments 1000 kann der Betrachter 2000 von der Oberseite 1003 aus ein virtuelles Bild des Volumentransmissionshologramms 220 wahrnehmen, welches dem ursprünglichen Objekt gegebenenfalls moduliert mit der Information, die über den räumlichen Lichtmodulator aufgeprägt ist, entspricht. Eine Einstrahlung des Lichts erfolgt bei der dargestellten Belichtungsgeometrie gemäß der 2 senkrecht durch die Unterseite 1001. Ebenso ist es möglich, ein reelles Bild auf einem Schirm oberhalb des Sicherheitsdokuments zu projizieren.
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Um das Reflexionshologramm zu rekonstruieren, ist es ausreichend, über die Oberseite 1003 beispielsweise senkrecht Licht 1500 einzustrahlen und das Dokument unter einem 45°-Winkel zu betrachten, um eine Rekonstruktion des Volumenreflexionshologramms 230 zu verifizieren.
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Insgesamt werden vielfältige Möglichkeiten eröffnet, unterschiedlich ausgestaltete Sicherheitshologramme mit dem beschriebenen Verfahren herzustellen, welche zu unterschiedlichen Effekten bei der Verifikation führen.
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Bei einer Ausführungsform weist das Sicherheitsdokument eine transparente Schicht 1110 zwischen der Unterseite 1001 des Dokumentkörpers 1005 und dem Sicherheitshologramm 200 auf, welches eine farbfilternde Wirkung in der Weise aufweist, dass diese aus weißem Licht die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich selektiert, in dem das Licht für eine Rekonstruktion des Volumentransmissionshologramms 220 liegt. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, das Volumentransmissionshologramm 220 mit einer Weißlichtquelle zu rekonstruieren, und eine konturscharfe Abbildung zu erhalten. Ohne Farbfilterung wird das Volumenhologramm bei Weißlichtbeleuchtung für die Unterschiedlichen Lichtfarben unter leicht unterschiedlichen Richtungen rekonstruiert, so dass unterschiedlich farbige gegeneinander versetzte und überlagerte Abbildungen der in dem Hologramm gespeicherten Information entstehen.
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Neben dem Ausbilden des Volumentransmissionshologramms als Abbild einer Mattscheibe kann ein Barcode durch eine Linse auf den Hologrammfilm abgebildet werden, sodass eine Fokusebene in dem Aufzeichnungsmaterial liegt und so ein Fourierhologramm als Volumentransmissionshologramm erzeugt wird. Darüber hinaus sind viele andere Varianten möglich. So können beispielsweise auch dreidimensionale Objekte in das Volumentransmissionshologramm gespeichert werden.
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Andere Ausführungsformen sehen vor, dass mehrere Volumenreflexionshologramme oder Volumentransmissionshologramme in dem Hologrammmaster einander so überlagert oder seitlich zueinander verschachtelt sind, welche das Licht unterschiedlicher Wellenlängen beugen, beispielsweise der Farben Rot, Grün und Blau, sodass durch die Überlagerung oder geeignete Verschachtelung ein vollfarbiges Bild holografisch gespeichert bzw. rekonstruiert werden kann.
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Es versteht sich für den Fachmann, dass lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind und die in den einzelnen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in Kombination zur Verwirklichung der Erfindung zusammengefügt und genutzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hologrammmaster
- 11
- Unterseite
- 12
- Einstrahlseite
- 13
- Oberseite
- 14
- Kontaktseite
- 15
- Träger
- 16
- Mastervolumentransmissionshologramm
- 17
- Mastervolumenreflexionshologramm
- 20
- Beugungsstruktur
- 22
- senkrechte durchbrochene Streifen
- 30
- weitere Beugungsstruktur
- 32
- waagerechte unterbrochene Striche
- 40
- Aufzeichnungsmaterial
- 41
- Unterseite
- 42
- erste Belichtungsseite
- 43
- Oberseite
- 50
- fotoempfindliche Schicht
- 51
- Unterseite
- 53
- Oberseite
- 60
- Schutzschicht
- 61
- Unterseite
- 63
- Oberseite
- 70
- weitere Schutzschicht
- 71
- Unterseite
- 73
- Oberseite
- 100, 100'
- Einstrahllicht
- 105
- Teil des Lichts (Einstrahllicht 100')
- 106
- Teil des Lichts (Einstrahllicht 100)
- 110
- gebeugtes Licht
- 111
- Objektlicht
- 120
- ungebeugtes Licht
- 121
- Referenzlicht
- 130
- reflektierend gebeugtes Licht
- 200
- Sicherheitshologramm
- 210
- Transmissionshologramm
- 220
- Volumentransmissionshologramm
- 221
- Volumentransmissionhologrammanteil
- 230
- Volumenreflexionshologramm
- 300
- Vorrichtung zur Herstellung eines Sicherheitshologramms
- 310
- Rolle
- 320
- weitere Rolle
- 330
- Länge des Volumentransmissionshologramms
- 340
- Anpressrolle
- 350
- Transportvorrichtung
- 360
- Aufnahmevorrichtung
- 370
- Fenster (oder Ausnehmung)
- 400
- Lichtquelle
- 500
- Optikeinheit
- 510
- Linseneinheit
- 520
- Lichtstreifen
- 521
- Lichtstreifenrichtung
- 540
- Ablenkeinheiten
- 550
- örtlicher Lichtmodulator
- 560
- Polarisationsfilter
- 1000
- Sicherheitsdokument
- 1001
- Unterseite
- 1003
- Oberseite
- 1005
- Dokumentkörper
- 1100
- Substratschichten
- 1200
- Bereich (transparentes Fenster)
- 1300
- Bereich
- 1400
- Rekonstruktionslicht (Volumentransmissionshologramm)
- 1500
- Rekonstruktionslicht (Volumenreflexionshologramm)
- 2000
- Betrachter