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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement mit einem mikrostrukturierten Sicherheitsmerkmal sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Ganz allgemein betrifft die Erfindung Sicherheitselemente, insbesondere Sicherheitsdokumente, mit einem optisch verifizierbaren Sicherheitsmerkmal.
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Sicherheitsdokumente sind Gegenstände, die Merkmale aufweisen, welche eine Nachahmung, Verfälschung erschweren und/oder unmöglich machen und eine Überprüfung auf eine Echtheit und/oder Unversehrtheit ermöglichen. Merkmale, die eine Prüfung der Echtheit und Unversehrtheit ermöglichen und/oder ein Verfälschen und/oder Nachahmen verhindern, werden als Sicherheitsmerkmale bezeichnet. Eine körperliche Einheit, die ein Sicherheitsmerkmal verwirklicht, wird als Sicherheitselement bezeichnet. Im Sinne dieser Definition ist somit ein Sicherheitsdokument auch ein Sicherheitselement. In der Regel umfassen jedoch Sicherheitsdokumente eine Vielzahl von Sicherheitsmerkmalen und/oder Sicherheitselementen.
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Optische Sicherheitsmerkmale und -elemente sind solche, die mit optischen Mitteln, beispielsweise visuell, erfasst und/oder verifiziert werden können. Einfache optische Sicherheitsmerkmale bestehen beispielsweise in einem Sicherheitsdruck, welcher mittels einer optischen Erfassungseinrichtung und/oder den Augen einer Person erfasst werden kann. Kompliziertere Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente benötigen technische Hilfsmittel, beispielsweise eine spezielle Beleuchtung in einem bestimmten Wellenlängenbereich und/oder optische Hilfsmittel wie Linsen, Prismen, Polarisationsfilter oder Ähnliches, um das Sicherheitselement auf dessen Existenz und/oder Unversehrtheit prüfen zu können.
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Der Artikel „Giant birefringence and dichroism induced by ultrafast laser pulses in hydrogenated amorphous silicon“ von Rokas Drevinskas et al., Appl. Phys. Lett. 106, 171106 (2015) beschreibt die Ausbildung von Strukturierungen in hydriertem amorphen Silizium.
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Die
US 2017 / 0 355 215 A1 beschreibt das Verfahren zum Ausbilden von Identifizierungsmarkierungen innerhalb eines Artikels, der aus einem zumindest teilweise transparenten Material gebildet wird. Mittels eines Lasers werden benachbart zu Markierungen Fehlstellen ausgebildet, die gemeinsam eine Identifizierungsmarkierung bilden.
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US 2014 / 0 185 000 A1 beschreibt ein Produkt, das eine strukturierte optisch anisotope Schicht mit zwei oder mehr Regionen unterschiedlicher Doppelbrechung umfasst, die ein durch eine polarisierte Platte sichtbares latentes Bild mit einer periodischen Struktur aufweist.
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Die
US 2010/0 200 649 A1 beschreibt die optische Identifikation und/oder Authentifizierung eines Dokuments oder Gegenstands mit Hilfe einer Markierung, die eine zufällige Verteilung von zirkular polarisiertes Licht reflektierenden Partikeln umfasst, wobei die Markierung auf dem Dokument oder Gegenstand durch eine Tinte aufgebracht wird und das Lesegerät die zirkulare Polarisation nutzt, um Flocken von dem Hintergrund zu unterscheiden.
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Die
DE 602 14 153 T2 beschreibt doppelbrechende Markierungen, die ein Flüssigkristallmaterial umfassen.
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Die
US 2006 / 0 023 157 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen doppelbrechender Markierungen, indem polymerisierbares Flüssigkristallmaterial auf wenigstens eine Seite eines Substrats gedruckt und dann zu einer doppelbrechenden Markierung polymerisiert wird.
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Allgemein besteht ein Bedarf an neuen und komplexen bzw. schwer herzustellenden Sicherheitsmerkmalen und Sicherheitselementen, die durch Fälscher schwer nachzuahmen oder nachzubilden sind. Besonders bevorzugt werden auch Sicherheitsmerkmale, deren Existenz bei einer optischen Inaugenscheinnahme durch einen menschlichen Nutzer nicht unmittelbar erkannt werden können.
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Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein neuartiges verbessertes Sicherheitselement zu schaffen, mit welchem ein Sicherheitselement gegenüber Fälschungen und Verfälschungen geschützt werden kann.
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Die Erfindung wird durch ein Sicherheitselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie ein Verifikationsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Grundidee der Erfindung
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Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht Mikrostrukturierungen in transparentem Material erzeugt werden können, die mit dem bloßen Auge nicht oder nur kaum wahrnehmbar sind. Wird hingegen der transparente Bereich mit polarisiertem Licht durchstrahlt und das aus dem Bereich austretende Licht ebenfalls durch einen als Analysator wirkenden Polarisationsfilter betrachtet, so sind die durch das polarisierte Ultrakurzpulslaserlicht erzeugten Mikrostrukturierungen gegenüber der nicht veränderten transparenten Umgebung deutlich wahrnehmbar. Durch das gepulste polarisierte Ultrakurzpulslaserlicht werden im Volumen des transparenten Materials Anisotropien geschaffen, welche zu Effekten wie Doppelbrechung oder Ähnlichem führen. Hierdurch wird beim Durchtritt von polarisiertem Licht dessen Polarisationsrichtung verändert. Während in den nicht mit Mikrostrukturierungen versehenen Bereichen des transparenten Materials das polarisierte Licht seine Polarisationsrichtung beibehält, treten im Bereich der Mikrostrukturierungen, die durch das polarisierte Ultrakurzpulslaserlicht erzeugt sind, beim Durchtritt Veränderungen der Polarisationsrichtungen auf. Beim Austritt weist somit Licht, welches sich durch die Mikrostrukturierungen hindurch ausgebreitet hat, eine abweichende Polarisation gegenüber dem Licht auf, welches nur durch das nicht strukturierte transparente Material transmittiert wird. Somit sind die Anteile des Lichts, die durch einen Polarisationsfilter, der vor der optischen Erfassungseinrichtung angeordnet ist, für die verschiedenen Anteile unterschiedlich, sodass die Mikrostrukturierungen wahrnehmbar sind.
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Definitionen
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Ultrakurzpulslaserlicht ist Licht, dessen Pulsdauern im Subnanosekundenbereich liegen. Typische Pulsdauern liegen im Bereich zwischen 10 Femtosekunden und 10 Pikosekunden, bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 250 Femtosekunden. Es können jedoch auch kürzere Pulsdauern verwendet werden.
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Als transparent wird im Sinne der Anmeldung ein Material angesehen, durch welches hindurch ohne ein Vorhandensein von Mikrostrukturierungen eine Lichtausbreitung gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik stattfindet. Hierbei kann ein transparentes Material eingefärbt sein, sodass eine Lichtausbreitung der geometrischen Optik nur in einem Wellenlängenbereich stattfindet.
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Als transluzent wird ein Volumenbereich angesehen, wenn dieser hindurchtretendes Licht diffus streut.
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Unter polarisiertem Licht wird Licht verstanden, bei dem die elektrischen Feldvektoren, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung orientiert sind, nicht isotrop in alle Raumrichtungen gleich verteilt weisen. Das polarisierte Licht kann sowohl linear polarisiert als auch zirkular polarisiert als auch elliptisch polarisiert sein.
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Bei unpolarisiertem Licht sind die elektrischen Feldvektoren, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts orientiert sind, zu allen Zeitpunkten isotrop im Raum orientiert.
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Ein Polarisationsfilter ist ein optisches Element, welches die Transmission bzw. Remission bestimmter Polarisationsrichtungen bevorzugt.
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Als Schichtelement wird eine Struktur bezeichnet, welche flächig ausgedehnt ist, wobei eine Ausdehnung quer zu der Flächenerstreckung wesentlich kleiner, in der Regel um eine oder mehrere Größenordnungen kleiner ist. Ein Schichtelement kann beispielsweise ein Einlageelement in einer Aussparung einer anderen dünnen Materialschicht sein.
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Eine Erfassung und/oder Betrachtung eines Gegenstands von derselben Seite, von der aus der Gegenstand beleuchtet wird, wird als Auflichtbetrachtung oder Betrachtung/Erfassung im Auflicht bezeichnet. Ein solches Betrachten/Erfassen wir auch als ein Betrachten/Erfassen in Aufsicht bezeichnet.
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Eine Erfassung und/oder Betrachtung eines Gegenstands von einer Seite, die der Seite des Gegenstands gegenüberliegt, von der aus der Gegenstand beleuchtet wird, wird als Durchlichtbetrachtung oder Betrachtung/Erfassung im Durchlicht bezeichnet. Eine Durchlichtbetrachtung liegt somit vor, wenn sich der Gegenstand auf der Sichtachse vom Betrachter / der optischen Erfassungsvorrichtung, z.B. Kamera, zu der Beleuchtungseinrichtung befindet. Hierbei wird durch den Gegenstand geleitetes und/oder transmittiertes Licht beobachtet. Ein solches Betrachten/Erfassen wir auch als ein Betrachten/Erfassen in Durchsicht bezeichnet.
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Eine Mikrostrukturierung ist eine durch Lasereinwirkung herbeigeführte lokalisierte Veränderung im Material. Die Mikrostrukturierung kann in einer Ausführungsform als Anisotropie des Materials ausgebildet sein.
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Kennzeichnungselemente sind Elemente einer Kennzeichnung. Eine Kennzeichnung verleiht einem Gegenstand ein Kennzeichen, d.h. eine Information beispielsweise in Form einer Grafik, eines Musters, eines Schriftzugs aus alphanumerischen Zeichen etc.
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Ein mikrostrukturiertes Kennzeichnungselement ist ein mittels einer Mikrostrukturierung ausgebildetes Kennzeichnungselement.
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Bevorzugte Ausführungsformen
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Insbesondere wird ein Sicherheitselement mit einem mikrostrukturierten Sicherheitsmerkmal geschaffen, welches einen Sicherheitselementkörper umfasst, wobei der Sicherheitselementkörper einen sich zu einer Außenseite des Sicherheitselementkörpers erstreckenden transparenten Volumenbereich umfasst, wobei in dem Volumenbereich im Inneren mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente ausgebildet sind. Man erhält hierüber ein Sicherheitselement mit einem schwer nachzuahmenden Sicherheitsmerkmal, welches auf den ersten Blick für einen Nutzer in der Regel nicht zu erkennen ist. Dennoch lässt es sich auf einfache Weise zuverlässig verifizieren. Die Erfindung schafft darüber hinaus ein Herstellungsverfahren für ein Sicherheitselement mit einem mikrostrukturierten Sicherheitsmerkmal, umfassend die Schritte: Ausbilden eines Sicherheitselementkörpers mit einem zu einer Außenseite des Sicherheitselementkörpers transparenten Volumenbereich, wobei im Innern des transparenten Volumenbereichs mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente ausgebildet werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der transparente Volumenbereich sich durch den gesamten Sicherheitselementkörper von der einen Außenseite zu einer gegenüberliegenden Außenseite erstreckt. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Verifikation auf einfache Weise im Durchlicht ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass von der einen Außenseite polarisiertes Licht eingestrahlt wird und von der gegenüberliegenden Außenseite durch einen als Analysator wirkenden Polarisationsfilter das aus dem transparenten Volumenbereich austretende Licht erfasst wird. Hier ist eine einfache Verifikation möglich, indem beispielsweise das Sicherheitselement oder Sicherheitsdokument mit dem im Volumen transparenten Volumenbereich auf ein lichtabgebendes Display eines Mobiltelefons gelegt wird und auf der von dem Mobiltelefon abgewandten Seite des Sicherheitsdokuments die Verifikation, d.h. das Erfassen der Abbildungen durch einen Polarisationsfilter, erfolgt. Das Erfassen der Abbildung kann mit einer Kamera, beispielsweise eines weiteren Mobiltelefons, erfolgen.
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Bei erfindungsgemäßen Sicherheitselementen, insbesondere bei denen der Sicherheitselementkörper in ein Passbuch eingefügt wird, können auf einer oder beiden Seiten Polarisationsfilter vorgesehen sein, die als Passbuchseiten oder Bereiche von Passbuchseiten ausgebildet sind, sodass diese auf einer oder beiden Seiten für die Verifikation dem transparenten Volumenbereich überlagert werden können. Vorzugsweise sind die Polarisationsrichtungen, wenn zwei Polarisationsfilter vorgesehen sind, hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtungen unterschiedlich orientiert.
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Ein auf diese Weise hergestelltes Sicherheitselement kann mit einem Verifikationsverfahren geprüft werden, welches die Schritte umfasst:
- Erfassen einer Abbildung des transparenten Volumenbereichs, in dem mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente ein Sicherheitsmerkmal ausbilden oder ausbilden sollen,
- während dieser transparente Volumenbereich mit unpolarisiertem Licht beleuchtet wird oder durchleuchtet wird;
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Erfassen einer weiteren Abbildung des transparenten Volumenbereichs, während dieser transparente Volumenbereich mit polarisiertem Licht beleuchtet oder durchleuchtet wird und das aus dem transparenten Volumenbereich austretende Licht durch einen als Analysator wirkenden Polarisationsfilter erfasst wird;
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Vergleichen der einen Abbildung mit der weiteren Abbildung und Ableiten einer Verifikationsentscheidung abhängig von einem Vergleichsergebnis, wobei das Sicherheitsdokument als echt verifiziert wird, wenn in der weiteren Abbildung eine Information erfasst ist, die in der einen Abbildung nicht oder nahezu nicht erfassbar ist.
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Um eine noch höhere Sicherheit bei der Verifikation zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Polarisationsrichtung des zum Be- oder Durchleuchten verwendeten polarisierten Lichts relativ zu der Polarisationsrichtung des als Analysator wirkenden Polarisationsfilters verändert wird und noch eine zusätzliche Abbildung erfasst wird und die weitere und die zusätzliche Abbildung verglichen werden und das Sicherheitsdokument nur als echt verifiziert wird, wenn sowohl in der weiteren Abbildung als auch in der zusätzlichen Abbildung jeweils ein und dieselbe Information erfasst ist, die sich jedoch hinsichtlich eines Kontrasts oder einer Farbigkeit unterscheiden.
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Polarisiertes Licht für die Verifikation kann in der Regel auf einfache Weise mittels eines hinterleuchteten Bildschirms beispielsweise eines sogenannten Smartphones, d.h. einem Mobiltelefon mit einer als Touchscreen ausgebildeten freiprogrammierbaren Anzeigefläche, erzeugt werden. Das aus diesen Anzeigen austretende Licht weist in der Regel eine bevorzugte Polarisationsrichtung auf. Häufig ist das Licht elliptisch polarisiert. Als Analysator kann ein als Folie ausgebildeter Polarisationsfilter verwendet werden, der in der Regel aus plastisch gedehnten Folien hergestellt ist. Um eine Zirkularpolarisation zu erreichen, wird in der Regel ein linearer Polarisationsfilter mit einer Verzögerungsschicht oder einem Verzögerungsplättchen gekoppelt, wobei die Verzögerungsschicht bzw. das Verzögerungsplättchen eine optische Weglänge von einem Viertel der Wellenlänge des zu polarisierenden Lichts aufweist.
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Erfindungsgemäß bewirken die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente eine Doppelbrechung.
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Besonders bevorzugt werden die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente so angeordnet, dass diese eine individualisierende Information speichern. Beim Verifizieren wird somit diese individualisierende Information sichtbar und kann beispielsweise mit derselben oder einer anderen Information auf dem Sicherheitselement, welches vorzugsweise als Sicherheitsdokument ausgebildet ist, verglichen und abgeglichen werden, die mittels anderer Kennzeichnungselemente, beispielsweise einem Druck, in Form eines Hologramms oder in Form von elektronischen Daten in demselben Sicherheitselement oder Sicherheitsdokument gespeichert sind. Alternativ kann die individualisierende Information mit Daten aus einer Datenbank abgeglichen werden, wobei ein zugehöriger Datensatz vorzugsweise anhand einer Kennzeichnung auf dem Sicherheitselement oder Sicherheitsdokument oder anhand von Informationen, die über die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente selbst angegeben sind, in der Datenbank aufgefunden werden kann. Hierdurch wird es möglich, nicht nur die Existenz des Sicherheitsmerkmals an sich zur Verifikation heranzuziehen, sondern auch individualisierende Daten mit dem Sicherheitsmerkmal abzusichern. Es können somit individualisierende Daten empfangen werden und das Laserlicht so relativ zu dem transparenten Volumen geführt werden, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente eine individualisierende Information speichern.
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Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente verschiedene Typen von Kennzeichnungselementen umfassen, wobei jedem der verschiedenen Typen von Kennzeichnungselementen jeweils eine Polarisationsrichtung der bei der Erzeugung verwendeten Ultrakurzpulslaserstrahlung zugeordnet ist.
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Im fertigen Sicherheitsdokument zeigen sich die verschiedenen Typen von Kennzeichnungselementen beispielsweise dadurch, dass bei Einstrahlung von linear polarisiertem weißem Licht und einem Analysator, der eine hiervon abweichende Polarisationsrichtung aufweist, sodass durch das transparente Volumen hindurchtretendes Licht durch den Analysator deutlich abgeschwächt wird, die mit mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen versehene Bereiche des transparenten Volumenbereichs unterschiedliche Helligkeitskontraste und/oder unterschiedliche Farben aufweisen. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen Typen von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen gleich polarisiertes Licht unterschiedlicher Wellenlängen bezüglich der Polarisationsrichtung unterschiedlich beeinflussen, sodass diese optimal wieder aus dem als Analysator wirkenden Polarisationsfilter austreten können.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente in unterschiedlichen Materialebenen in dem transparenten Volumenbereich angeordnet sind. Hierdurch wird es auch möglich, dass sich mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente bezüglich der Durchtrittsrichtung des Lichts beim Verifizieren überlagern, sodass das Licht durch in unterschiedlichen Ebenen liegenden mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente tritt. Auch hierdurch kann die Farbigkeit bzw. ein Helligkeitskontrast der gespeicherten Information für eine bestimmte Konstellation von Polarisationsrichtung und Analysatorrichtung verändert werden.
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Als im Volumen transparentes Material, welches besonders geeignet für das Ausbilden von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen ist, hat sich Quarzglas herausgestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind somit die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente in einer transparenten Schicht oder einem transparenten Schichtelement ausgebildet, die jeweils aus Quarzglas sind.
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Um Kennzeichnungselemente in unterschiedlichen Materialebenen auszubilden, ist es möglich, transparente Schichten oder transparente Schichtelemente übereinander im Sicherheitselementkörper anzuordnen.
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Bei einer anderen nicht beanspruchten Abwandlung ist vorgesehen, dass an einer von der Außenseite abgewandten Seite des transparenten Volumenbereichs ein Reflektor angeordnet ist. Wird hier Licht durch einen Polarisationsfilter eingestrahlt, so wird dieses an dem Reflektor reflektiert. Das durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente tretende Licht wird abweichend von dem Licht, welches durch den nicht modifizierten transparenten Volumenbereich tritt, hinsichtlich der Polarisationsrichtung verändert, sodass dieses nicht erneut durch den Polarisationsfilter in gleicher Weise austreten kann, wie es das durch den transparenten Volumenbereich hindurchtretende Licht kann. Somit sind auch in diesem Fall die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente mit einem Kontrast bzw. einer abweichenden Farbe gegenüber dem übrigen Bereich des transparenten Volumenbereichs erkennbar.
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Um unterschiedliche mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente herzustellen, wird zum einen die Polarisationsrichtung verändert. Andererseits kann die Pulsdauer als auch die Pulsenergie variiert werden. Diese beträgt in der Regel zwischen 1 Mikrojoule bis etwa 50 Mikrojoule. Die verwendeten Wellenlängenbereiche können beispielsweise sowohl im infraroten Wellenlängenbereich von 800 Nanometer bis 10,6 Mikrometer oder auch im sichtbaren Wellenlängenbereich etwa im Bereich von 400 bis 780 Nanometer oder auch im ultravioletten Bereich von 250 bis 380 Nanometer liegen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein nicht beanspruchtes Sicherheitsdokument mit einem mikrostrukturierten Sicherheitsmerkmal;
- 2 eine schematische Schnittansicht des Sicherheitsdokuments nach 1;
- 3 eine schematische Ansicht eines nicht beanspruchten Sicherheitsdokuments auf einem Bildschirm eines Mobiltelefons in einer ersten Orientierung;
- 4 eine schematische Ansicht des nicht beanspruchten Sicherheitsdokuments auf dem Mobiltelefon in einer anderen Orientierung;
- 5 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturierungen;
- 6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments;
- 7 eine schematische Ansicht eines Sicherheitsdokuments ähnlich zu dem nach 3 in einer ersten Orientierung auf einem Mobiltelefonbildschirm;
- 8 eine schematische Darstellung des Sicherheitsdokuments nach 7 in einer anderen Orientierung auf dem Bildschirm des Mobiltelefons; und
- 9 eine schematische Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines nicht beanspruchten Sicherheitsdokuments mit mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen.
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In der Figurenbeschreibung sind gleiche technische Merkmale in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist schematisch die Draufsicht auf ein Sicherheitselement 1 dargestellt. Dieses ist in 1 als vollständiges Sicherheitsdokument 2 ausgebildet. Das Sicherheitsdokument 2 umfasst einen Sicherheitselementkörper 50. Der Sicherheitselementkörper 50 weist einen Fensterbereich 20 auf, in dem das Sicherheitsdokument 2 von einer Oberseite 5 bis zu einer Unterseite 6 im Volumen transparent ist. Dies bedeutet, dass Licht durch den Fensterbereich von der Oberseite 5 zur Unterseite 6 durch den Sicherheitselementkörper 50 hindurchtreten kann. Der Fensterbereich 20 ist von einem opaken Bereich 10 umgeben, auf dem beispielsweise gedruckte Kennzeichnungen 12 oder andere Sicherheitsmerkmale ausgebildet sein können.
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In dem Fensterbereich 20, der durch den transparenten Volumenbereich 25 gebildet ist, ist ein Text 30 aus mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen gebildet, die im Innern des transparenten Volumenbereichs ausgebildet sind. Bei einem Durchtritt von unpolarisiertem Licht sind die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente und somit auch der Text 30 nicht oder nahezu nicht wahrnehmbar. Daher ist der Text, der durch den Buchstaben „A‟ angedeutet ist, nur durch die gepunktete Umrandung dargestellt. Bei einer Betrachtung des Sicherheitselements 1 ohne Hilfsmittel erscheint der Fensterbereich 20 somit vollständig transparent. Anstelle eines Textes 30 kann auch eine beliebige andere Kennzeichnung, beispielsweise ein Muster oder eine Abbildung durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente gebildet werden.
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In 2 ist eine schematische Schnittansicht des als Sicherheitsdokument 2 ausgebildeten Sicherheitselements 1 dargestellt. Das Sicherheitselement 1 umfasst einen Sicherheitselementkörper 50, der aus mehreren Schichten 40 gebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform weist der Sicherheitselementkörper eine obere Schicht 41, eine Kernschicht 42 und einen untere Schicht 43 auf. Die obere Schicht 41 und die untere Schicht 43 sind im Volumen transparent. Die Kernschicht 42 ist in dieser Ausführungsform opak. In anderen Ausführungsformen könnte sie jedoch auch transparent sein. Die Kernschicht 42 umfasst eine Aussparung 45, in die ein transparentes Schichtelement 46 eingefügt ist. Somit ergibt sich ein transparenter Volumenbereich 25, der sich von der Oberseite 5 bis zur Unterseite 6 erstreckt und den Fensterbereich 20 bildet.
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Die Schichten 40 und das Schichtelement 46 können aus verschiedenen Materialien sein. Bevorzugt werden Kunststoff- und Glasmaterialien, insbesondere Polycarbonat, Polyethylen, Polyurethan, Polystyrol, PMMA, ABS oder auch faserverstärkte Schichten auf Kohlefaser- oder Glasfaserbasis verwendet werden. Das Schichtelement 46 ist beispielsweise aus einem Quarzglas gefertigt. Die Schichten 40 und das Schichtelement 46 werden beispielsweise in einem Laminationsprozess miteinander zu dem Sicherheitselementkörper 50 verbunden. Es versteht sich für den Fachmann, dass das Sicherheitsdokument oder allgemein ein Sicherheitselement mehr als drei oder auch nur eine Schicht aufweisen kann. Voraussetzung ist lediglich, dass ein volumentransparenter Fensterbereich existiert, der zumindest an die Oberseite oder an die Unterseite des Dokumentkörpers/Sicherheitselementkörpers angrenzt. In diesem transparenten Volumenbereich sind die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 einen ersten Typ von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen 61, dargestellt über Quadrate, und einen weiteren Typ von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen 62, dargestellt über Kreise, umfassen. Die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente sind mit unterschiedlich polarisiertem Licht an dem Schichtelement 46 mittels ultrakurzer Laserpulse erzeugt worden. Dies wird weiter unten im Zusammenhang mit 5 näher erläutert. Diese mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 sind so angeordnet, dass sie gemeinsam den Text 30, der in dem als transparenter Volumenbereich 25 ausgebildeten Fensterbereich 20 gespeichert ist, darstellen. Die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente können in derselben Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet sein und auch teilweise senkrecht zur Außenseite des Sicherheitselementkörpers einander überlagern. In der dargestellten Ausführungsform sind die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 alle in derselben Ebene ausgebildet.
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Um den Text 30, der durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente in dem Fensterbereich 20 gespeichert ist, wahrnehmen zu können und somit das hierüber gebildete Sicherheitsmerkmal verifizieren zu können, wird das Sicherheitselement 1 in Form des Sicherheitsdokuments 2 auf der Anzeigefläche 111 einer Anzeigevorrichtung 110 eines Smartphones 100 angeordnet, wie dies beispielsweise in 3 schematisch dargestellt ist. Über dem Sicherheitselement 1 ist ein Polarisationsfilter 120 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 110 des Smartphones 100 emittiert Licht, welches eine Polarisation aufweist. Das austretende Licht ist in der Regel entweder linear oder elliptisch polarisiert. Der Polarisationsfilter 120 ist vorzugsweise so ausgewählt, dass dieser ebenfalls linear polarisiertes oder gleichartig elliptisch polarisiertes Licht bei einer Orientierung, so wie sie in 3 dargestellt ist, transmittiert. Dies bedeutet, dass aus der Anzeigefläche 111 austretendes Licht durch den Polarisationsfilter ungehindert durchtreten kann. Somit erscheint der nicht markierte Bereich 26 des transparenten Volumenbereichs 25 in der Ansicht der 3 hell. Der Text 30, der durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 gebildet ist, ist hingegen dunkel oder farbig. Da vorzugsweise unterschiedliche Typen von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen in Form von Anisotropien verwendet sind, weist der Text 30 unterschiedliche Farben auf. Alternativ können unterschiedliche Kontraste gegenüber dem nicht markierten Bereich 26 durch die unterschiedlichen Typen von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen entstehen.
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Während bei einer Betrachtung des Sicherheitsdokuments im Umgebungslicht, wie in 1 dargestellt, der durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente gebildete Text nicht erkennbar ist, ist dieser Text 30 bei der Verifikation vor dem Smartphone 100 im Zusammenspiel mit dem Polarisationsfilter 120, wie in 3 dargestellt, wahrnehmbar. Somit kann dieser Vergleich dieser unterschiedlich erfassten Abbildungen des Sicherheitselements und das Auftreten des Textes 30 zur Verifikation herangezogen werden. Darüber hinaus kann der darin gespeicherte Inhalt, beispielsweise der Inhalt des Textes 30, mit Informationen auf dem Sicherheitselement 1/Sicherheitsdokument 2 oder mit Daten einer Datenbank, die mit dem Sicherheitselement 1/Sicherheitsdokument 2 verknüpft sind, verglichen werden, um ein höheres Maß an Verifikationssicherheit zu erhalten.
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In 4 ist die Situation dargestellt, bei der der Polarisationsfilter 120 um 90° gedreht ist. Das aus der Anzeigefläche 111 der Anzeigevorrichtung 110 des Smartphones 100 austretende Licht, welches den nicht markierten Bereich 26 des transparenten Volumenbereichs 26 passiert, wird durch den Polarisationsfilter geblockt. Der nicht markierte Bereich erscheint somit dunkel. Die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 des Textes 30 sorgen jedoch dafür, dass Anteile des Lichts hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtung so verändert werden, dass diese den Polarisationsfilter 120 passieren können, sodass der Text aufgrund der Verwendung der unterschiedlichen Typen von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen 61, 62 bunt oder in unterschiedlichen Helligkeitsstufen vor dem dunklen Hintergrund des nicht markierten Bereichs 26 wahrnehmbar ist.
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In 5 ist schematisch eine Vorrichtung 190 dargestellt, mit der die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente mittels ultrakurzer Laserpulse in einen transparenten Volumenbereich eines Sicherheitselements 1 eingebracht werden können. Die Vorrichtung 190 umfasst eine Lichtquelle 200, die als Kurzpulslaser ausgebildet ist. Das Laserlicht 201 passiert zunächst eine Polarisationseinrichtung 210, welche die Polarisationsrichtung des gepulsten Laserlichts vorzugsweise gesteuert durch eine Steuereinrichtung 240 verändern kann. Das hinsichtlich seiner Polarisationsrichtung veränderte Laserlicht 202 tritt in eine Fokussiereinrichtung 220, welche vorzugsweise eine numerische Apertur größer 0,4 aufweist. Aus der Fokussiereinrichtung tritt fokussiertes gepulstes Laserlicht 203 aus, welches ins Innere beispielsweise eines Schichtenelements 46 fokussiert ist. Hierdurch wird aufgrund nichtlinearer Effekte ein mikrostrukturiertes Kennzeichnungselement ausgebildet. Das Schichtelement 46 ist auf einer lateralen Translationseinrichtung 230 angeordnet, die das Schichtelement 46 relativ zu der Fokussieroptik 220 lateral versetzen kann, sodass ein Text oder Muster, bestehend aus mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen, in dem Schichtelement 46 erzeugt werden kann. Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch zusätzlich die Fokussieroptik 220 hinsichtlich der Fokuslänge oder der Fokusposition so verändert werden, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente in unterschiedlichen Ebenen bezüglich einer Oberseite 46a des Schichtenelements positionierbar sind. Hierfür kann ein Tiefenaktor 260 verwendet werden, der beispielsweise die Fokussieroptik 220 relativ zum Schichtelement 46 verfährt. Die Steuereinrichtung, die sowohl die Lichtquelle als auch die Polarisationseinrichtung sowie die Translationseinrichtung und gegebenenfalls die Steuerung der Fokussiereinrichtung und Positionierung steuert, empfängt vorzugsweise individualisierte fremde Daten 250, die das Muster festlegen, in dem die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente lateral und in der Tiefe in dem transparenten Volumenbereich 25 des Schichtelements 46 gespeichert werden. Über eine Änderung der Polarisationsrichtung kann beispielsweise eine Farbigkeit oder ein Kontrast relativ zu anderen Kennzeichnungselementen bei der Verifikation festgelegt werden. Beispielsweise lassen sich in einem Schichtelement aus Quarzglas mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente mit Licht der Wellenlänge 1.030 Nanometer mit Pulsen von 8 Mikrojoule einer Pulsbreite von etwa 280 Femtosekunden bei einer Repetitionsrate von 200 Kilohertz über eine Fokussieroptik mit einem Wasserimmersions-Mikroskop-Objektiv mit einer numerischen Apertur von 1,2 beispielsweise in einer Tiefe von etwa 100 bis 150 Mikrometer erzeugen. Sowohl ein Verhältnis der langsamen und schnellen optischen Achse als auch deren Ausrichtung können gezielt festgelegt werden, um unterschiedlichen Typen von Kennzeichnungselementen zu schaffen. Unterschiedliche Typen von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen können somit über eine Variation der Pulsenergie, der Fokussierung und auch der Polarisationsrichtung erreicht werden. Beispielhaft ist die Erzeugung von Zhang, J., Gecevicius, M., Beresna, M. and Kazansky, P.G. (2013) 5D data storage by ultrafast laser nanostructuring in glass. Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) '13, United States. 09 - 14 May 2013, beschrieben (Abrufbar unter: https://eprints.soton.ac.uk/id/eprint/364916).
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In 6 ist eine weitere schematische Schnittansicht eines weiteren Sicherheitselements 1' schematisch dargestellt. Dieses ist ebenfalls als Sicherheitsdokument 2 ausgebildet. Das Sicherheitselement nach 2 und 6 unterscheiden sich dadurch, dass auf der Oberseite 5 eine zusätzliche Polarisationsschicht 47 in den Sicherheitselementkörper 50 integriert ist. Bei dieser Ausführungsform ist somit der zur Verifikation benötigte Polarisationsfilter als Analysator direkt in den Sicherheitselementkörper 50 mit integriert.
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In 7 und 8 ist die Verifikation im Zusammenspiel mit einer Anzeigevorrichtung 110 eines Smartphones 100 dargestellt. Sind eine Längskante 3 und eine Längsseite 113 der Anzeigefläche 111 parallel zueinander orientiert, dargestellt in 7, so sind die Polarisationsrichtung des austretenden Lichts und der Polarisationsschicht in dem Sicherheitselementkörper gleich orientiert. Im nicht gekennzeichneten Bereich 26 des transparenten Volumenbereichs 25 kann das Licht somit ungehindert durch das Sicherheitselement 1 hindurchtreten. Wird hingegen das Sicherheitsdokument um 90° verdreht, sodass die Längskante 3 und die Längsseite 113 senkrecht zueinander stehen, dargestellt in 8, so kann das Licht nicht durch den nicht gekennzeichneten Bereich hindurchtreten. Dieser erscheint daher dunkel. Hingegen wird das Licht durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente hinsichtlich seiner Polarisationsrichtung verändert, sodass zumindest für einzelne Wellenlängen das Licht aus der Polarisationsschicht 47 austreten kann. Somit erscheint der Text 30 bei der in 8 dargestellten Anordnung hell, wohingegen er bei Verifikation, wie sie in 7 gezeigt ist, dunkel erscheint.
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In 9 ist noch eine weitere Ausführungsform eines nicht beanspruchten Sicherheitselements dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Kernschicht 42 und der unteren Schicht 43 eine aufgedampfte metallische Schicht 49 als Reflektor 48 eingearbeitet. Der transparente Volumenbereich erstreckt sich bei dieser Ausführungsform somit nur von der Oberseite 5 des Sicherheitselementkörpers 50 bis zu dem Reflektor 48 in Form einer Metallschicht 49. Wird ein solches Sicherheitsdokument von der Oberseite mit nicht polarisiertem Licht betrachtet, so ist der mit den mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen 60 ausgebildete Text 30 oder ein beliebiges andersartiges Muster oder Kennzeichen nicht zu erkennen. Wird hingegen ein Polarisationsfilter vor der Oberseite 5 angeordnet, so wird hierdurch das eintretende Licht polarisiert. Im nicht gekennzeichneten Bereich 26 tritt das Licht durch das transparente Volumen 25 hindurch und wird an dem Reflektor reflektiert, der die Polarisation des reflektierten Lichts in der Regel nicht nennenswert verändert, sodass das reflektierte Licht durch den Polarisationsfilter erneut austreten kann. Das durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente hindurchtretende Licht wird jedoch hinsichtlich seiner Polarisationsrichtung geändert, reflektiert und erneut verändert, wobei die Veränderungen jedoch dazu führen, dass das Licht nicht ungehindert durch den Polarisationsfilter austreten kann. Somit wird der durch die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente 60 gespeicherte Inhalt in Form eines Textes 30, eines Musters oder Ähnliches wahrnehmbar.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen wurde jeweils davon ausgegangen, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente in einem Schichtenelement ausgebildet sind, welches in einer Aussparung einer Kernschicht eingefügt ist. Andere Ausführungsformen können vorsehen, dass die Kennzeichnungen in einem Sicherheitselementkörper unmittelbar mittels der Kurzpulslaserstrahlung eingeschrieben werden. Ebenso können die Kennzeichnungen in eine Schicht eingebracht werden, die sich über die gesamte Fläche des Sicherheitselementkörpers erstrecken.
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Es versteht sich für den Fachmann, dass hier lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind und die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen in Kombination verwendet werden können, um weitere Ausführungsformen zu bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Sicherheitselement
- 2
- Sicherheitsdokument
- 3
- Längskante
- 5
- Oberseite
- 6
- Unterseite
- 10
- opaker Bereich
- 12
- gedruckte Kennzeichnungen
- 20
- Fensterbereich
- 25
- transparenter Volumenbereich
- 26
- nicht markierter Bereich
- 30
- Text aus mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen
- 40
- Schichten
- 41
- obere Schicht
- 42
- Kernschicht
- 43
- untere Schicht
- 45
- Aussparung
- 46
- Schichtelement
- 46 a
- Oberseite des Schichtelements
- 47
- Polarisationsschicht
- 48
- Reflektor
- 49
- Metallschicht
- 50
- Sicherheitselementkörper
- 60
- mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente
- 61
- ein Typ von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen
- 62
- weiterer Typ von mikrostrukturierten Kennzeichnungselementen
- 100
- Smartphone
- 110
- Anzeigevorrichtung
- 111
- Anzeigefläche
- 113
- Längsseite
- 120
- Polarisationsfilter
- 190
- Vorrichtung
- 200
- Lichtquelle
- 201
- Laserlicht
- 202
- in der Polarisation verändertes Laserlicht
- 203
- fokussiertes gepulstes Laserlicht
- 210
- Polarisationseinrichtung (Polarisator)
- 220
- Fokussieroptik
- 230
- Translationseinrichtung
- 240
- Steuereinrichtung
- 250
- Individualisierungsinformation
- 260
- Tiefenaktor
