DE102005001443A1 - Valuable document e.g. credit card, safety marking testing method, involves producing diffraction structure with multi-photon absorption under application of ultra short pulses of femto-second laser inside transparent polymer - Google Patents

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Abstract

The method involves producing a diffraction structure with a multi-photon absorption under application of ultra short pulses of a femto-second laser (1) inside a transparent polymer and reading the structure with the laser. The structure is produced by refractive index change of the laser. The read structure is compared with a reference image.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Sicherheitsmarkierung, welche zu Sicherheitszwecken mit einem Gegenstand verbunden ist.The Invention relates to a method for testing a security marking, which is connected to an object for security purposes.

Verschiedene Güter des täglichen Lebens sind mit Sicherheitselementen ausgestattet, welche charakteristische Sicherheitsmarkierungen enthalten und damit zur Unterscheidung der Güter von nachgeahmten oder veränderten Gütern dienen. Dazu zählen beispielsweise alle Arten von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Kreditkarten, Fahrkarten und Einrittsskarten, um nur einige zu nennen, Sicherheitsbedarf besteht auch im Zusammenhang mit hochwertigen Produkten, wie Cds, Büchern und dergleichen, die entweder selbst oder auf ihren Verpackungen Sicherheitsetiketten, – aufdrucke oder – anhänger tragen.Various Goods of daily Life is equipped with security elements, which are characteristic Contain safety markings and thus to distinguish the Goods from imitated or altered goods serve. These include for example, all types of value documents, such as banknotes, checks, Identity cards, credit cards, train tickets and entry cards to just to name a few, security needs are also related with quality products, such as cds, books and the like, the either on its own or on its packaging. Safety labels, imprints or trailer.

Zur Sicherung und Identifikation sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden.to Security and identification are already different measures been proposed.

Es ist z.B. allgemein bekannt eine Sicherheitsmarkierung mit Hologrammen auszustatten, die in Reflektion oder Transmission unter z.B. Weißlicht das gespeicherte Bild wiedergeben. Das Überprüfen des Bildes mit einem Referenzbild kann hierbei als Echtheitskriterium gelten.It is e.g. commonly known a security marker with holograms in reflection or transmission below e.g. White light that play saved picture. Checking the image with a reference image can be used as authenticity criterion.

So wird in der deutschen Patentschrift 19809503 A1 die Herstellung eines individuellen Hologramms beschrieben, das zum Sichern von Dokumenten verwendet wird. Das dort beschriebene Aufnahmeverfahren für die Herstellung eines individuellen Hologramms erfordert komplizierte Beleuchtungsschritte und ist sehr aufwendig. Das hergestellte Hologramm wird über das Kontaktverfahren hergestellt und ist somit nicht kratzfest.So German patent specification 19809503 A1 describes the production of an individual hologram used to back up Documents is used. The recording method described there for the Making an individual hologram requires complicated Lighting steps and is very expensive. The hologram made will over made the contact method and is therefore not scratch resistant.

Ein anderes Verfahren zum Abspeichern von holographischer Information, wird in der deutschen Patentanmeldung 10039370 A1 beschrieben. Hierbei wird holographische Information direkt über einen Laserlithographen mit cw-Lasern in einen mit einer Absorberschicht beschichtete Polymerfolie geschrieben. Die Beugungsstruktur befindet sich hierbei an der Oberfläche des Polymerfilms, da die Brechzahländerung über die Erwärmung der Oberfläche des Polymers erfolgt. Der Nachteil dieser Methode ist, daß die Beugungssstruktur an der Oberfläche des Polymers und somit nicht kratzfest ist. Darüber hinaus liegt die Beugungssstruktur im Mikrometerbereich. Wünschenswerter wäre es die Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers und im Subμm-Bereich zu erzeugen und hierbei auf den Absorber verzichten zu können.One another method of storing holographic information, is described in the German patent application 10039370 A1. This is holographic information directly via a laser lithograph with cw lasers in a polymer film coated with an absorber layer written. The diffraction structure is located on the surface of the Polymer film, as the refractive index change over the warming the surface of the polymer takes place. The disadvantage of this method is that the diffraction structure on the surface of the polymer and thus is not scratch resistant. In addition, the diffraction structure lies in the micrometer range. Desirable would it be the diffraction structure inside a polymer and in the submicron range generate and thereby be able to do without the absorber.

Gelöst wird die Erzeugung einer visuell nicht sichtbaren Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers durch die Verwendung der Multi-Photonenabsorption mit Femtosekunden-Lasersystemen im Nahen-Infaroten oder sichtbaren Spektralbereich.Is solved the generation of a visually invisible diffraction structure in the Interior of a polymer through the use of multi-photon absorption with femtosecond laser systems in near infrared or visible spectral range.

Der zu schützende Gegenstand enthält diese Sicherheitsmarkierung zur Überprüfung der Echtheit des Produkts. Die im Inneren des Polymers vorhandene Beugungsstruktur wird hierbei durch einen leistungsschwachen Laser ausgelesen.Of the to be protected Contains subject this security mark for checking the Authenticity of the product. The diffraction structure present inside the polymer is read out by a low-power laser.

Gemäß des Patentanspruches wird zur Erzeugung der Beugungsstruktur die Multi-Photonenabsorption des Materials verwendet. Da das verwendete Material wie z.B.According to the claim For example, the multi-photon absorption is used to produce the diffraction structure of the material used. Since the material used, such as

Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyester (PET) transparent ist für Strahlung von nahen infraroten und sichtbaren Laserlicht, ist es möglich den Fokus der Anregung der Multi-photonen-Absorption im Inneren des Materials zu erzeugen. Durch diese Multi-Photonen-Absorption wird das Polymer lokal verdichtet und Brechzahländerungen von 10–3 werden im Inneren des Materials induziert. Zusätzlich können auch Multiphotonen-Ablationen erzeugt werden. Die zur Anregung von zwei und mehr Photonen notwendigen Photonenflußdichten größer als 1024 Photonen cm–2 s–1 wird durch die beugungsbegrenzte Fokussierung eines Femtosekunden-Laserstrahls im nahen Infraroten bzw. sichtbaren Spektralbereich mit Objektiven der numerischen Apertur größer als oder gleich eins erreicht.Polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC) or polyester (PET) is transparent to radiation of near infrared and visible laser light, it is possible to create the focus of excitation of multi-photon absorption inside the material. This multi-photon absorption locally compacts the polymer and induces refractive index changes of 10 -3 inside the material. In addition, multiphoton ablations can also be generated. The photon flux densities greater than 10 24 photons cm -2 s -1 necessary to excite two or more photons is achieved by the diffraction-limited focusing of a femtosecond laser beam in the near infrared or visible spectral range with numerical aperture objectives greater than or equal to unity.

Das Volumen für die Anregung der Photonen liegt hierbei im Femtoliterbereich und erlaubt somit das Schreiben von Brechzahländerungen im Subμm-Bereich. Über die xy-Auslenkung des Probenhalters mit dem zu beschreibenen Polymer ist die Erzeugung einer Beugungsstruktur im Inneren des Polymers möglich. Dieser Schreibvorgang dauert nur wenige Sekunden.The Volume for the excitation of the photons lies in the femtoliter range and thus allows the writing of refractive index changes in the submicron range. About the xy deflection of the sample holder with the polymer to be described is the generation of a diffraction structure inside the polymer possible. This writing takes only a few seconds.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert werden.The Invention will be explained in more detail below with reference to examples.

1 zeigt einen Aufbau einer Femtosekundenlaserapperatur 1 mit Objektiven zur Fokussierung der Laserstrahlung 2,3, um Beugungstrukturen im Inneren eines transparenten Polymers 4,5,6,7 zu erzeugen. 1 shows a structure of a femtosecond laser apparatus 1 with lenses for focusing the laser radiation 2 . 3 to diffraction structures inside a transparent polymer 4 . 5 . 6 . 7 to create.

In 2 ist die Oberfläche des Materials 5 dargestellt, wobei die erzeugte Beugungsstruktur im Inneren des Poylmers für das menschliche Auge unsichtbar ist.In 2 is the surface of the material 5 wherein the generated diffraction structure in the interior of the polymer is invisible to the human eye.

In 3 ist die Seitenansicht der Struktur dargestellt, wobei die Beugungsstruktur 7 im Inneren des Materials 6 erzeugt wurde. Das Polymer ist auf der Rückseite mit einer reflektierenden Schicht 8,9 beschichtet.In 3 the side view of the structure is shown, with the diffraction structure 7 inside the material 6 was generated. The polymer is on the back with a reflective layer 8th . 9 coated.

4 zeigt die Möglichkeit die Beugungsstruktur 7 über eine leistungsschwachen Laser 11 in Reflektion 12 auszulesen. 4 shows the possibility of the diffraction structure 7 about a low-power laser 11 in reflection 12 read.

In 1 wird der Laserstrahl von einem gepulsten Ytterbium Laser 1 erzeugt, wobei der Laserstrahl eine Wellenlänge von 1040 nm aufweist. Die Pulsenergie beträgt etwa 15 μJ. Es können auch Energien unter 1 μJ gewählt werden. Die Pulsdauer beträgt 300 fs und die Pulswiederholfrequenz 10 kHz. Dieser Laserstrahl wird in ein Mikroskop 2 eingekoppelt, wobei der Laserstrahl mit einem 40× Objektiv, mit einer numerischen Apertur von 1.3, stark fokussiert wird, so daß über Multiphotonenprozesse eine Strukturierung 7 im Inneren des Polymers 6 möglich wird. Die Polymerfolie ist mit einer reflektierenden Schicht 8 beschichtet. Der Schreibvorgang dauert nur wenige Sekunden.In 1 The laser beam is from a pulsed ytterbium laser 1 generated, wherein the laser beam has a wavelength of 1040 nm. The pulse energy is about 15 μJ. It is also possible to choose energies below 1 μJ. The pulse duration is 300 fs and the pulse repetition frequency is 10 kHz. This laser beam is in a microscope 2 coupled, wherein the laser beam with a 40 × objective, with a numerical aperture of 1.3, is strongly focused, so that multiphoton processes structuring 7 inside the polymer 6 becomes possible. The polymer film is covered with a reflective layer 8th coated. The writing process takes only a few seconds.

In 3 ist das Resultat einer solchen Strukturierung dargestellt. Der Abstand der Beugungsstruktur 7 von der Oberfläche beträgt 50 μm. Im Beispiel wurde ein Liniengitter mit 40 Linien im Inneren des Polymers Polyvinylchlorid (PVC) 6 erzeugt. Die Linienbreite beträgt 500 nm. Der Abstand der Linien beträgt 2 μm. Die Brechzahländerungen liegen bei 10–3. Abhängig von der Pulsenenergie, die zwischen 1 und 2μJ variiert wurde, und der Scangeschwindigkeit von 2 mm/s und 256 mm/s können auch andere Linienbreiten realisiert werden. Die Schrittweite des xy-Scans beträgt 100 nm. Da die Beugungsstruktur im Inneren des Polymers erzeugt wird, kann sie nicht leicht entfernt werden und ist somit dem Angriff von Fälschern nicht ausgesetzt. Darüber hinaus ist das Polymer kratzfest, eventuell mit einer zusätzlichen Kratzfestbeschichtung, und die Beugungsstruktur wird durch Scheuern nicht zerstört. Die Folie kann auf der Rückseite noch mit einer Klebeschicht 10 beschichtet werden, so daß ein Etikett entsteht. Andere Beugungsstrukturen können ebenfalls in das Polymer geschrieben werden. Hierzu zählen Daten und Bilder. Weiterhin können auch andere Polymere wie Polycarbonat (PC) oder Polyester (PET) als Schreibmaterial verwendet werden. Unter Verwendung der Multi-Photonen-Absorption des Materials ist es nicht notwendig einen zusätzlichen Absorber zu verwenden, um die nötige Absorption zur Erwärmung des Materials zu erhalten, vielmehr wird diese Erwärmung durch die Absorption von zwei und mehr Photonen durch das Polymer erreicht. Das Material bleibt transparent.In 3 is the result of such structuring. The distance of the diffraction structure 7 from the surface is 50 microns. In the example, a line grid with 40 lines inside the polymer polyvinyl chloride (PVC) 6 generated. The line width is 500 nm. The distance between the lines is 2 μm. The refractive index changes are 10 -3 . Depending on the pulse energy, which has been varied between 1 and 2μJ, and the scanning speed of 2 mm / s and 256 mm / s, other line widths can be realized. The step size of the xy scan is 100 nm. Because the diffractive structure is generated inside the polymer, it can not be easily removed and thus is not exposed to attack by counterfeiters. In addition, the polymer is scratch-resistant, possibly with an additional scratch-resistant coating, and the diffractive structure is not destroyed by scrubbing. The film may still have an adhesive layer on the back 10 be coated so that a label is created. Other diffractive structures can also be written in the polymer. This includes data and images. Furthermore, other polymers such as polycarbonate (PC) or polyester (PET) can be used as writing material. Using the multi-photon absorption of the material, it is not necessary to use an additional absorber to obtain the necessary absorption to heat the material, rather this heating is achieved by the absorption of two or more photons by the polymer. The material remains transparent.

Die so erzeugte Beugungsstruktur kann, wie in 4 schematisch dargestellt, mit einer leistungsschwachen Laserdiode bzw. einem He-Ne-Laser 11 über das Beugungsbild ausgelesen werden. Dieses Auslesen kann aufgrund der Beschichtung des Polymers 8 in Reflektion 12 erfolgen Die ausgelesenen Daten können mit Referenzdaten bzw. -bildern verglichen werden. Die Daten können mit einer CCD-Kamera aufgenommen werden.The diffraction structure thus produced can, as in 4 shown schematically, with a low-power laser diode or a He-Ne laser 11 be read out via the diffraction pattern. This reading can be due to the coating of the polymer 8th in reflection 12 The read-out data can be compared with reference data or images. The data can be recorded with a CCD camera.

Claims (14)

Verfahren zur Prüfung einer Sicherheitsmarkierung, welche mit einem Gegenstand zu Sicherheitszwecken verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Multiphotonen-Absorption unter Verwendung von ultrakurzen Pulsen eines Femtosekundenlasers eine Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers erzeugt wird und diese Beugungsstruktur mit einem Laser ausgelesen wird.A method of testing a security marking associated with an article for security, characterized in that multiphoton absorption using ultrashort pulses of a femtosecond laser produces a diffraction structure inside a polymer and said diffraction pattern is read by a laser. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beugungsstruktur durch Brechzahländerungen erzeugt wird.The method of claim 1, wherein the diffraction structure by refractive index changes is produced. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beugungsstruktur durch Multiphotonenablationen erzeugt wird.The method of claim 1, wherein the diffraction structure generated by multiphoton ablation. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei das ausgelesene Beugungsbild mit einem Referenzbild verglichen wird.The method of claim 1 to 3, wherein the read Diffraction image is compared with a reference image. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei das ausgelesene Beugungsbild mit Referenzdaten verglichen wird.The method of claim 1 to 4, wherein the read Diffraction image is compared with reference data. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei das verwendete Polymer Polyvinylchlorid (PVC), Polyester (PET) oder Polycarbonat (PC) ist.The method of claim 1 to 5, wherein the used Polymer Polyvinyl chloride (PVC), polyester (PET) or polycarbonate (PC) is. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die erzeugte Beugungsstruktur im Submikrometer-Bereich liegt.The method of claim 1 to 6, wherein the generated Diffraction structure lies in the submicron range. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei ein Laser im nahen Infraroten bzw. sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise ein Ytterbium-Laser, zum Erzeugen der Beugungsstruktur verwendet wird.The method of claim 1 to 7, wherein a laser in the near infrared or visible spectral range, preferably an ytterbium laser used to create the diffractive structure becomes. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei ein kostengünstiger Laser wie eine Laserdiode oder eine He-Ne-Laser zum Auslesen der Beugungsstruktur verwendet wird.The method of claim 1 to 8, wherein a cost effective Lasers like a laser diode or a He-Ne laser for reading the Diffraction structure is used. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, wobei die Beugungsstruktur ein Gitter im Submikrometer-Bereich darstellt.The method of claim 1 to 9, wherein the diffraction structure represents a grating in the submicron range. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, wobei dem Polymer kein Absorber zur Erhöhung der Absorption im Infraroten und Sichtbaren Spektralbereich zugefügt werden muß.The method of claim 1 to 10, wherein the polymer no absorber for increasing the absorption in the infrared and visible Spektralbe must be added richly. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, wobei das Polymer transparent im nahen Infraroten und/oder sichtbaren Spektralbereich ist.The method of claim 1 to 11, wherein the polymer transparent in the near infrared and / or visible spectral range is. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, wobei das Polymer auf der Rückseite mit einer Reflektionsschicht beschichtet ist, so daß die Beugungsstruktur in Reflektion ausgelesen werden kann.The method of claim 1 to 12, wherein the polymer on the back side is coated with a reflective layer, so that the diffraction structure in Reflection can be read out. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, wobei zum Auslesen des Beugungsbildes eine CCD-Kamera verwendet wird.The method of claim 1 to 13, wherein for reading of the diffraction image, a CCD camera is used.
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