DE102007004524A1

DE102007004524A1 - Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur mit mehreren nebeneinander angeordneten Gravurpunkten in einem transparenten Gegenstand sowie transparenter Gegenstand

Info

Publication number: DE102007004524A1
Application number: DE102007004524A
Authority: DE
Inventors: Martin Brunotte; Ulrich Klug
Original assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: DE102007004524B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur (10) mit mehreren nebeneinander angeordneten Gravurpunkten (12) in einem transparenten Gegenstand, wobei jeder einen Durchmesser (D) aufweisende Gravurpunkt (12) aus einem Wirkvolumen gebildet wird, in das ein Strahl fokussiert wird. Ferner betrifft die Erfindung einen transparenten Gegenstand, wie z. B. eine Brillenlinse, mit einer sichtbaren Struktur (10) aus mehreren nebeneinander angeordneten und einen Durchmesser (D) aufweisenden Gravurpunkten (12). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine erste Gruppe (14) von Gravurpunkten (12) erzeugt wird bzw. vorhanden ist, bei der der Abstand (A) benachbarter Gravurpunkte (12) kleiner als der Durchmesser (D) der Gravurpunkte (12) der ersten Gruppe (14) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur mit mehreren nebeneinander angeordneten räumlich ausgedehnten Gravurpunkten in einem transparenten Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen transparenten Gegenstand mit einer sichtbaren Struktur, welche mehrere nebeneinander angeordnete räumlich ausgedehnte Gravurpunkte umfasst, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 24.
Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur mit mehreren nebeneinander angeordneten Gravurpunkten der gattungsgemäßen Art sowie entsprechende transparente Gegenstände sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Abwandlungen bekannt.
So sind beispielsweise in der Beschreibungseinleitung der WO 03/049952 A2 eine Vielzahl von Gegenständen mit derartigen Strukturen und deren Herstellungsverfahren beschrieben. Weiter wird dort das Einbringen von Markenzeichen in das Volumen von Brillengläsern beschrieben, wie es von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung ebenfalls seit Jahren praktiziert wird. Die Zeichen sollen sich nach der WO 03/049952 A2 in einem Bereich von ca. 0,1 mm bis 1 mm unterhalb der Oberfläche befinden.
Der Veröffentlichungsschrift entnimmt man ferner dass das Markenzeichen eine Vielzahl kleinster Informationselemente umfasst, die zusätzliche Informationen zur Identifikation des Brillenglases enthalten und die zusammen mindestens Teile des Markenzeichens bilden. Diese Informationselemente können auch räumlich ausgedehnte Lasergravurpunkte umfassen. Es wird angegeben, dass nach dem Stand der Technik einzelne Punkte mit einem Punktdurchmesser von 5 bis 10 Mikrometer problemlos erzeugt werden können. In welchem Abstand die Punkte zueinander angeordnet sind, ist nicht angegeben. Ferner ist in diesem Dokument angegeben, dass die Informationselemente zur Codierung von Informationen unterschiedliche Farbstufen aufweisen können. Diese sollen jedoch vor dem Auge des Betrachters kaschiert werden.
Die EP 1 138 516 B1 beschreibt ein Verfahren zum Einbringen wenigstens einer Innengravur in einen flachen Körper insbesondere aus transparentem Material, vorzugsweise ein Flachglas, der eine mechanische Vorspannung aufweist bzw. der nachfolgend eine mechanische Vorspannung erhält sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Innengravur wird vorzugsweise aus mehreren, voneinander separaten Innengravurpunkten gebildet. Eingebracht werden die Innengravurpunkte mit Hilfe eines Laserstrahls hoher Leistungsdichte, der in einem Wirkvolumen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des flachen Körpers fokussiert wird. Jeder Innengravurpunkt wird dabei mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher etwa gleich dem Abstand einander benachbarter Gravurpunkte ist. Als typische Werte für die Durchmesser werden Werte von 100 bis 300 μm angegeben. Die Innengravuren können für die technische Kennzeichnung oder für die Dekoration von dreidimensionalen Körpern verwendet werden. Farbliche Effekte lassen sich damit nicht erzielen.
Peter R. Herman et al. beschreiben in ihrem Aufsatz „Advanced Laser Microfabrication of Photonic Components" in Laser Precision Microfabrication, SPIE Conf. Proc. 4088, O miya, Saitame, Japan, June 14–16, 2000 das Einbringen von Bragg-Gittern in einen Lichtwellenleiter mit Hilfe eines UV-Lasers. Die dabei erzeugten Gitter bestehen aus eindimensionalen periodischen Strukturen mit beispielhaft angegebenen Abständen von 140 μm und 304 μm. Die eindimensionalen Strukturen werden durch eine Vielzahl sich räumlich überlappender Gravurpunkte gebildet. Die Erzeugung ähnlicher Strukturen mit bevorzugten Abständen von etwa 1 μm bzw. von 3 μm und 5 μm sind in der US 6,297,894 B1 bzw. in K. Itoh „Laser Microengineering of Photonic Devices in Glass" in JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering, Vol. 1, No. 1, 2006 beschrieben. Derartige Strukturen sind sehr aufwendig in der Herstellung und daher für die Massenfertigung von transparenten Gegenständen mit unter verschiedenen Betrachtungswinkeln farbig schillernden Zeichen nicht geeignet. Außerdem werden diese aufgrund ihrer nicht angepassten Periodizitäten in der Regel keinen Farbeffekt hervorbringen. Schließlich wird ein photosensitives transparentes Material verwendet, das für Brillengläser nicht geeignet wäre.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Erzeugung eines von außen sichtbaren und bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht unter verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedlich farbig schillernd erscheinenden flächigen Zeichens auf der Oberfläche oder im Inneren eines transparenten Gegenstands, wie z. B. eines Brillenglases, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen transparenten Gegenstand mit einem auf dessen Oberfläche oder in dessen Inneren angeordneten und unter verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedlich farbig schillernd erscheinenden flächigen Zeichens bereitzustellen, so dass dieser ein hochwertiges Erscheinungsbild liefert.
Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen transparenten Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 24 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das gattungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur mit mehreren nebeneinander angeordneten und räumlich ausgedehnten Gravurpunkten (üblicherweise haben diese eine kugelähnliche oder ellipsoidähnliche Gestalt, eine scheibenformähnliche Gestalt ist ebenfalls bereits beobachtet worden) in einem transparenten Gegenstand, bei dem jeder einen Durchmesser aufweisende Gravurpunkt aus einem Wirkvolumen gebildet wird, in das ein Strahl fokussiert wird, umfasst erfindungsgemäß die Erzeugung einer ersten Gruppe von Gravurpunkten in den transparenten Gegenstand, bei der der Abstand benachbarter Gravurpunkte kleiner als der Durchmesser der Gravurpunkte der ersten Gruppe ist. Würde der Abstand der Gravurpunkte kleiner als Null gewählt, d. h. gäbe es einen Wirkvolumenüberlapp beim Einbringen der Gravurpunkte, würde es zu einer Schädigung der zuvor erzeugten Struktur in Form von Mikrorissen und muschelförmigen Brüchen kommen, welche das Auftreten von Farbeffekten weitgehend verhindern. Bei größeren Abständen der Gravurpunkte ist der Farbeffekt nur sehr schwach oder gar nicht für das menschliche Auge wahrnehmbar.
Obwohl Farbeffekte bei einer Struktur mit nebeneinander angeordneten Gravurpunkten im vorstehend genannten Abstandsbereich zwischen Null und dem Durchmesser der Gravurpunkte beobachtbar sind, steigt die Intensität des beobachtbaren Regenbogeneffekts mit abnehmendem Abstand. Es ist daher günstig, wenn der Abstand der benachbarten Gravurpunkte der ersten Gruppe weniger als 80%, 70% oder gar weniger als 50% des Durchmessers der Gravurpunkte der ersten Gruppe beträgt. Besonders intensiv erscheint die Farbwirkung, wenn benachbarte Gravurpunkte der ersten Gruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Ein vergleichsweise geringer Abstand benachbarter Gravurpunkte wird insbesondere dann zu bevorzugen sein, wenn die Gesamtanzahl der die Struktur bildenden Gravurpunkte vergleichsweise klein ist. Strukturen mit etwa 500 bis 1000 Gravurpunkten zeigen bereits einen deutlich wahrnehmbaren Farbeffekt.
Die Fertigung von Strukturen mit unmittelbar benachbarten Gravurpunkten ist aus Justagegründen vergleichsweise schwierig. Wie oben dargelegt wurde, gilt es insbesondere zu verhindern, dass sich die Wirkvolumina zur Erzeugung benachbarter Gravurpunkte überlappen. Im Allgemeinen wird daher der Abstand der benachbarten Gravurpunkte der ersten Gruppe größer als 5% des Durchmessers der Gravurpunkte der ersten Gruppe gewählt.
Oben wurde bereits darauf hingewiesen, dass Strukturen mit etwa 500 bis 1000 Gravurpunkten bereits einen deutlich wahrnehmbaren Farbeffekt zeigen. Die Gravurpunkte müssen jedoch nicht zwangsläufig vollumfänglich zur ersten Gruppe gehören. Es ist möglich, dass mehrere Gruppen von Gravurpunkten existieren. Die erste Gruppe von Gravurpunkten sollte jedoch mehr als vier Gravurpunkte, vorzugsweise mehr als 10 Gravurpunkte, höchst vorzugsweise mehr als 25 Gravurpunkte umfassen, weil sonst die Farbeffekte nicht hinreichend wahrnehmbar sind.
Die Intensität des durch die Struktur mit Gravurpunkten hervorgerufenen wahrnehmbaren Regenbogeneffekts hängt auch vom Durchmesser der Gravurpunkte ab. Experimente zeigen, dass die Intensität des Farbeffekts gerade dann besonders hoch ist, wenn der Durchmesser der Gravurpunkte zwischen 1 μm und 15 μm, vorzugsweise zwischen 2 μm und 8 μm beträgt.
Die Gravurpunkte der ersten Gruppe können eindimensional, d. h. auf einer Linie (vorzugsweise einer Geraden), oder zweidimensional, d. h. flächig (vorzugsweise in einer Ebene, auf einer Zylinder- oder Kugeloberfläche oder auf der Oberfläche eines Vielflächners) oder dreidimensional, d. h. ein Volumen bildend (vorzugsweise in der Art einer Kugel oder eines Quaders), angeordnet sein.
Zur Erzeugung einer über der gesamten Struktur homogenen Farberscheinung ist es günstig, wenn die benachbarten Gravurpunkte der ersten Gruppe in gleichem Abstand, z. B. 2 μm, zueinander angeordnet sind.
Die Gravurpunkte können sich grundsätzlich an jeder Stelle des Volumens des Gegenstands befinden. Handelt es sich bei dem transparenten Gegenstand um einen flachen Körper, d. h. um einen Körper, welcher im Vergleich zu seinen übrigen Abmessungen eine geringe Dicke aufweist, wie z. B. eine optische (Brillen-) Linse, so ist es günstig, wenn sich die Struktur in etwa in der Mitte des flachen Gegenstands, also bei halber Dicke, befindet. Bei einem Brillenglas wird die Struktur dann etwa 0,2 mm (bei einem dünnen Glas) bis 2 mm (bei einem dicken Glas) unterhalb der Eintrittsfläche des Brillenglases angeordnet sein. Die farbige Lichtwirkung ist dann in der Regel von der Vorder- und Rückfläche aus betrachtet im Wesentlichen gleich. Die erfindungsgemäße Struktur kann sich lateral sowohl im Durchsichtbereich der Brillenlinse als auch im Randbereich der Brillenlinse befinden.
Bei voluminösen Körpern ist es in aller Regel einfacher, die Gravurpunkte umfassende Struktur in der Nähe einer seiner Oberflächen oder in eine der Oberflächen selbst einzubringen. Bei Gegenständen mit einer Vorzugsorientierung, wie z. B. einer optischen Linse oder insbesondere einer Brillenlinse kann ein Einbringen der Gravurpunkte in die Vorder- oder Rückseite ebenfalls von Vorteil sein. Eine bevorzugte Variante besteht darin, die Gravurpunkte in eine auf der Oberfläche befindliche Beschichtung einzubringen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Antireflexbeschichtung oder eine Antihaftbeschichtung mit einer Dicke von unter einem Mikrometer handeln.
Detaillierte experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich eine besonders intensiv farbig schimmernde Struktur erzeugen lässt, wenn zur Gravur ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer zwischen 1 ps und 15 ps verwendet wird.
Für die Gravur von Brillengläsern sollte der Laserstrahl vorzugsweise eine Wellenlänge im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich aufweisen. Die bisherigen Experimente haben gezeigt, dass bei den untersuchten Materialien nur sichtbare Strahlung im Wesentlichen verlustfrei und ungehindert in Richtung Fokuspunkt propagieren kann. Erst in unmittelbarer Nähe des Fokus, aber immer noch auf der konvergierenden Seite des fokussierten Strahls, wird ein Strahldurchmesser erreicht, bei dem die Intensität den materialspezifischen Schwellwert zur Brechungsindexänderung (diese wird nach der oben angegebenen Literatur als für die beobachtbaren Phänomene maßgebliche Änderung angesehen, welche aus der laserinduzierten athermischen Veränderung des Festkörpergefüges resultiert) erreicht hat (Multiphotonenabsorption). Ultraviolette (UV) Strahlung wird wegen seiner geringen Eindringtiefe schon im Bereich der Oberfläche des Kunststoffes absorbiert, so dass bei deren Verwendung vergleichsweise große Strukturvolumina im Bereich der Oberfläche erzeugt werden können. Infrarot (IR) Strahlung hat den Nachteil, dass sie vornehmlich an der für das visuelle Spektrum optimierten Antireflexschicht, die im IR zu einer reflexverstärkenden Schicht wird, reflektiert wird und daher zu einem geringeren Wirkungsgrad führt.
Als optimal hat sich eine Energiedichte des Laserpulses zwischen 1 und 5 J/cm² herausgestellt, wenn man Strukturen der vorstehend genannten Art in ein Kunststoffbrillenglas einbringt, für welches nach dem Stand der Technik Materialien wie z. B. Diethylenglycolbisallylcarbonat (CR39), höherbrechende duroplastische Polymerwerkstoffe (MR7, MR8, MR10), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polycarbonat verwendet werden. Ähnliche Energiedichtewerte ergeben sich für Borosilikatgläser. Es wird darauf hingewiesen, dass keine photosensitiven Materialien erforderlich sind, um die gewünschten Gravuren zu erzeugen.
Oben wurde bereits angedeutet, dass die Struktur mehrere Gruppen von Gravurpunkten umfassen kann. Als günstig hat es sich herausgestellt, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens eine zweite Gruppe von Gravurpunkten erzeugt wird, bei der benachbarte Gravurpunkte in einem Abstand angeordnet sind, welcher kleiner als der Durchmesser der Gravurpunkte der wenigstens einen zweiten Gruppe ist. Die wenigstens eine zweite Gruppe von Gravurpunkten wird dabei vorzugsweise in einem Abstand von der ersten Gruppe von Gravurpunkten angeordnet, welcher vom Abstand benachbarter Gravurpunkte der ersten Gruppe abweicht.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Abstand der wenigstens einen zweiten Gruppe von Gravurpunkten von der ersten Gruppe von Gravurpunkten kleiner als 40 μm, vorzugsweise kleiner als 20 μm ist, um eine hinreichende Intensität der farbig schillernden „Leuchterscheinung" der Struktur zu erhalten. Ein Abstand mehreren Mikrometern lässt sich ohne hohen Justageaufwand realisieren. Insbesondere die Erzeugung von periodischen Linienstrukturen ist bei Einhaltung eines derartigen Abstands vergleichsweise einfach.
Im Hinblick auf die Intensität des Farbeffekts ist es wünschenswert, wenn der Abstand der wenigstens einen zweiten Gruppe von Gravurpunkten von der ersten Gruppe von Gravurpunkten möglichst klein ist. Experimente, bei denen eine Mehrzahl parallel verlaufender linearer Punktlinien nebeneinander als Struktur in ein Kunststoffbrillenglas eingebracht wurde, zeigen, dass die spektrale Zerlegung des Lichtes entlang der Punktreihe zu verlaufen scheint. Die Leuchtwirkungen der einzelnen in großem Abstand nebeneinander angeordneten Linien addieren sich für das menschliche Auge. Bei einem geringeren Linienabstand und einer hinreichenden Anzahl parallel verlaufender Linien ist die Regenbogenwirkung auch senkrecht zur Richtung der Linien zu beobachten. Will man den Regenbogeneffekt besonders ausgeprägt in einer oder mehreren Vorzugsrichtungen erhalten, so wählt man den Abstand benachbarter Punkte in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich groß. Ist exemplarisch in einer Richtung der Punktabstand von Gravurpunkten mit etwa 4 μm Durchmesser nahe Null, so wählt man den Gravurpunktabstand z. B. in einer dazu senkrechten Richtung beispielsweise größer als 0,5 μm, vorzugsweise größer als 1 μm oder noch besser größer als 2 μm.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brillenlinse mit einer Struktur aus einer Mehrzahl an Gravurpunkten in Draufsicht (Ausschnitt),
2 einen Ausschnitt der in der 1 dargestellten Brillenlinse in vergrößerter Darstellung,
3 einen Ausschnitt der in der 1 dargestellten Brillenlinse in weiter vergrößerter Darstellung,
4 eine zweites Ausführungsbeispiel einer Struktur in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Struktur in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung,
6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Struktur in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung,
7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Struktur in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung,
8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Struktur in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung.
Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brillenlinse mit einer Struktur 10 aus einer Mehrzahl an Gravurpunkten 12 in unterschiedlichen Vergrößerungen.
Die einzelnen Gravurpunkte 12 der Struktur 10 wurden mit Hilfe eines gepulsten Nd:YAG Lasers unter Verwendung einer ähnlichen Anordnung in das Brillenglas eingebracht, wie sie in der 2 der vorstehend erwähnten EP 1 138 516 B1 dargestellt ist. Der Nd:YAG Laser emittierte ps-Laserpulse mit einer Pulsdauer von etwa 12 ps und einer Wellenlänge von 532 nm. Diese Laserpulse wurden mittels eines Galvanometerspiegels (Galvoscanners) etwa 1 mm unterhalb der Oberfläche in das Brillenglas aus Kunststoff fokussiert. Der gemessene Fokusdurchmesser betrug 10 μm bei einer Brennweite von 50 mm und einem 8-fach aufgeweiteten Strahldurchmesser von 10 mm. Die auf diese Weise erzeugte Energiedichte im Fokus betrug zwischen 1 und 5 J/cm².
Die im Kunststoff aufgrund der fokussierten Laserstrahlung erzielte, einen Gravurpunkt 12 bildende, räumlich ausgedehnte lokale Veränderung beruht nach der Theorie auf einer athermischen Veränderung des Festkörpergefüges, die sich lokal auf den Brechungsindex des transparenten Materials auswirkt. Diese Veränderung hat im vorliegenden Fall ein kugelähnliches oder ggf. in Einstrahlrichtung etwas ausgedehntes ellipsoidähnliches Volumen mit einem Durchmesser D von etwa 4,5 μm.
Die Ablenk- oder Scangeschwindigkeit des Galvoscanners war so gewählt, das die Punktgravuren 12 mit einem konstanten Abstand A zueinander eingebracht wurden und somit eine Linienstruktur 14, 16, 18 ergaben. Im vorliegenden Fall betrug die Scangeschwindigkeit 100 mm/s bei einer Pulsfrequenz des Lasers von 25 kHz, so dass sich der Punktabstand A benachbarter Punkte auf einer Linie 14, 16, 18 zu 4 μm ergab.
Mit den Linien 14, 16, 18 können Konturen gezeichnet und Flächen schraffiert werden. Im vorliegenden Fall wurden eine Mehrzahl solcher Linien 14, 16, 18 äquidistant zueinander in das Brillenglas eingearbeitet. Die im Abstand P von 10 μm eingebrachten Linien 14, 16, 18 stellen im hier vorgestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer Gesamtheit ein Markenzeichen der Anmelderin dar (1 und 2).
Bei Bestrahlung der Struktur 10 aus Gravurpunkten 12 mit sichtbarem Licht erscheint für einen Beobachter unter verschiedenen Betrachtungswinkeln ein unterschiedlich farbig schillerndes flächiges Zeichen im Inneren des transparenten Brillenglases. Die Stärke des Regenbogen-Effekts hängt von der Punktdichte auf der Linie 14, 16, 18 ab (entsprechend der Gitterkonstante eines Beugungsgitters), welche sich über die Scangeschwindigkeit des Galvanometerspiegels einstellen lässt. Der Punktabstand A sollte zwischen 0 μm und dem Durchmesser D der verwendeten Punktstruktur 14, 16, 18 liegen. Die Leuchtdichte des Regenbogeneffektes hängt von der Liniendichte der Schraffur ab. Der Linienabstand P sollte im Bereich von 2–20 μm liegen.
Zum Einbringen der Punktgravuren 12 ist jegliche Form der Strahlzuführung zulässig. Auch ein stillstehender Strahl und ein per Achssystem verfahrbares Brillenglas ist denkbar. In der Praxis wird aber bevorzugt ein schneller Galvoscanner benutzt, um die Schreibgeschwindigkeit zu maximieren. Diese ist abhängig von der Repetitionsrate des Lasers, bei dem das Lasersystem noch die benötigte Pulsenergie/Energiedichte bereitstellt.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Struktur 20 in einem transparenten Gegenstand nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung. Bei dieser Variante sind eine Mehrzahl aus jeweils zwei nebeneinander angeordneten linearen Gravurpunktfolgen bestehende Gruppen 22, 24 in einem Abstand P von 22 μm zueinander angeordnet. Der Abstand A benachbarter Punkte innerhalb einer Gruppe 22, 24 beträgt 3 μm bei einem Gravurpunktdurchmesser D von 8 μm.
Ein in der 5 dargestelltes drittes Ausführungsbeispiel einer Struktur 30 in einem transparenten Gegenstand besteht aus einer Vielzahl an periodisch angeordneten Gruppen 34 mit fünf einzelnen Gravurpunkten 12. Alle Gravurpunkte 12 sind identisch ausgebildet. Sie weisen einen Durchmesser D von 2 μm auf. Vier Gravurpunkte 12 sind in einer Ebene um einen Zentralgravurpunkt 32 angeordnet. Der Zentralgravurpunkt 32 bildet jeweils mit zwei weiteren benachbarten Gravurpunkten 12 ein gleichseitiges Dreieck (Abstand A von 0,5 μm). Benachbarte Gravurpunktgruppen 34 sind in einem Abstand P von 3 μm zueinander angeordnet.
Die 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Struktur 40 in einer Kunststoffbrillenlinse aus CR39. Die Struktur besteht aus nur einer Gruppe 42 in einer Ebene periodisch zueinander angeordneter Gravurpunkte 12. In unterschiedlichen Richtungen der Ebene ergeben sich unterschiedliche Punktabstände A₁, A₂, A₃. Sowohl die Intensität als auch die spektrale Verteilung ist für einen Betrachter bei Beleuchtung mit vorzugsweise weißem Licht abhängig von der Blickrichtung unterschiedlich.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Regenbogeneffekt sowohl für Durchlicht als auch für reflektiertes Licht beobachtbar ist. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eindimensionale lineare oder zweidimensionale ebene Strukturen beschränkt ist, sondern dass sich sämtliche gezeigten Punktstrukturen 10, 20, 30, 40, 50, 80 in der dritten Dimension fortsetzen können.
Die 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Struktur 50 in einem Brillenglas. Die gezeigte ebene Struktur 50 umfasst drei Gruppen 54, 64, 74 von Gravurpunkten 52, 62, 72. Die Gruppe 54 ist von der Gruppe 64 in einem Abstand P₁ angeordnet. Die Gruppe 64 ist von der Gruppe 74 um die Strecke P₂ beabstandet. Die erste Gruppe 54 umfasst neun Gravurpunkte 52 mit einem Durchmesser D₁ und einem Abstand von benachbarten Punkten von A₁ bzw. A₂. In ähnlicher Weise umfasst die dritte Gruppe 74 neun Gravurpunkte 72 mit Durchmesser D₃ in Abständen von A₅ bzw. A₆, wobei D₃ > D₁ und A₅ > A₂ > A₆ > A₁. Die zweite Gruppe 64 umfasst 36 Gravurpunkte mit einem Durchmesser D₂ und Abständen von A₃ bzw. A₄.
Die in 8 gezeigte Struktur 80 ähnelt der in der 5 gezeigten Struktur 30. Es sind periodisch (Periode P) sich wiederholende gleichartige Gruppen 84 von jeweils neun kreuzförmig in einem Abstand A angeordneten Gravurpunkten 12 in einen transparenten Körper eingebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 03/049952 A2 [0003, 0003]
- EP 1138516 B1 [0005, 0038]
- US 6297894 B1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Peter R. Herman et al. beschreiben in ihrem Aufsatz „Advanced Laser Microfabrication of Photonic Components" in Laser Precision Microfabrication, SPIE Conf. Proc. 4088, O miya, Saitame, Japan, June 14–16, 2000 [0006]
- K. Itoh „Laser Microengineering of Photonic Devices in Glass" in JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering, Vol. 1, No. 1, 2006 [0006]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Struktur (10, 20, 30, 40, 50, 80) mit mehreren nebeneinander angeordneten Gravurpunkten (12, 32, 52, 62, 72) in einem transparenten Gegenstand, wobei jeder einen Durchmesser (D, D₁, D₂, D₃) aufweisende Gravurpunkt (12, 32, 52, 62, 72) aus einem Wirkvolumen gebildet wird, in das ein Strahl fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) erzeugt wird, bei der der Abstand (A, A₁, A₂) benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 52) kleiner als der Durchmesser (D, D₁, D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A, A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆) der benachbarten Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 70%, höchst vorzugsweise weniger als 50% des Durchmessers (D, D₁, D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A, A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆) der benachbarten Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) größer als 5% des Durchmessers (D, D₁, D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) mehr als vier Gravurpunkte (12, 32, 52), vorzugsweise mehr als 10 Gravurpunkte (12, 32, 52), höchst vorzugsweise mehr als 25 Gravurpunkte (12, 32, 52) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D, D₁, D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 52) zwischen 1 μm und 15 μm, vorzugsweise zwischen 2 μm und 8 μm ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) eindimensional oder zweidimensional oder dreidimensional zueinander angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12) der ersten Gruppe (14) auf einer Linie angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie (14) linear verläuft.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Gravurpunkte (12) der ersten Gruppe (14, 22) in gleichem Abstand (A) zueinander angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 52) in die Mitte eines flachen Gegenstands, insbesondere einer optischen Linse, vorzugsweise einer Brillenlinse eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte in die Oberfläche eines flachen Gegenstands, insbesondere einer optischen Linse, vorzugsweise einer Brillenlinse eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte in eine auf der Oberfläche befindliche Beschichtung eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer zwischen 1 ps und 15 ps ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine Wellenlänge im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserpuls eine Energiedichte zwischen 1 und 5 J/cm² aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) erzeugt wird, bei der benachbarte Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) in einem Abstand angeordnet werden, welcher kleiner als der Durchmesser (D, D₁, D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) ist und wobei die wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in einem Abstand (P, P₁, P₂) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) angeordnet wird, welcher vom Abstand (A, A₁, A₂) benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (P, P₁, P₂) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) kleiner als 40 μm, vorzugsweise kleiner als 20 μm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (P, P₁, P₂) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) größer als 0,5 μm, vorzugsweise größer als 1 μm und höchst vorzugsweise größer als 2 μm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in einem Abstand von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) angeordnet wird, welcher vom Abstand (A, A₃, A₄, A₅, A₆) benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) und die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) identisch ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigsten einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) und die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) identisch zueinander angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) und die zweiten Gruppen (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in gleichem Abstand (A) zueinander angeordnet werden.
Transparenter Gegenstand, insbesondere Brillenlinse, mit einer sichtbaren Struktur (10, 20, 30, 40, 50, 80) mit mehreren nebeneinander angeordneten und einen Durchmesser (D, D₁, D₂, D₃) aufweisenden Gravurpunkten (12, 32, 52, 62, 72), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) vorgesehen ist, bei der der Abstand benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 52) kleiner als der Durchmesser der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) ist.
Transparenter Gegenstand nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A, A₁, A₂) der benachbarten Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 70%, höchst vorzugsweise weniger als 50% des Durchmessers (D, D₁) der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) beträgt.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A, A₁, A₂) der benachbarten Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) größer als 5% des Durchmessers (D, D₁) der Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) ist.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) mehr als vier Gravurpunkte (12, 32, 52), vorzugsweise mehr als 10 Gravurpunkte (12, 32, 52), höchst vorzugsweise mehr als 25 Gravurpunkte (12, 32, 52) umfasst.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D, D₁) der Gravurpunkte (12, 32, 52) zwischen 1 μm und 15 μm, vorzugsweise zwischen 2 μm und 8 μm beträgt.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) eindimensional oder zweidimensional oder dreidimensional zueinander angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) auf einer Linie (14) angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie (14) als Gerade verläuft.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) in gleichem Abstand (A) zueinander angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 52) mittig angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte auf der Oberfläche angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte in einer auf der Oberfläche befindlichen Beschichtung angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) vorgesehen ist, bei der benachbarte Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) in einem Abstand (A₃, A₄, A₅, A₆) angeordnet sind, welcher kleiner als der Durchmesser (D₂, D₃) der Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) ist und wobei die wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in einem Abstand (P, P₁, P₂) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) angeordnet sind, welcher vom Abstand benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) abweicht.
Transparenter Gegenstand nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (P, P₁, P₂) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) kleiner als 40 μm, vorzugsweise kleiner als 20 μm ist.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (P, P₁, P₂) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) größer als 0,5 μm, vorzugsweise größer als 1 μm und höchst vorzugsweise größer als 2 μm ist.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in einem Abstand (P, P₁, P₂) von der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) angeordnet wird, welcher vom Abstand (A, A₃, A₄, A₅, A₆) benachbarter Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) abweicht.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigstens einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) und die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) identisch ausgebildet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 37 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurpunkte (12, 32, 62, 72) der wenigsten einen zweiten Gruppe (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) und die Gravurpunkte (12, 32, 52) der ersten Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) identisch zueinander angeordnet sind.
Transparenter Gegenstand nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (14, 22, 34, 42, 54, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 52) und die zweiten Gruppen (16, 18, 24, 34, 64, 74, 84) von Gravurpunkten (12, 32, 62, 72) in gleichem Abstand (A) zueinander angeordnet sind.