EP2539154A1 - Markierungsvorrichtung und verfahren zum farbigen markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten - Google Patents

Markierungsvorrichtung und verfahren zum farbigen markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten

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EP2539154A1
EP2539154A1 EP11705874A EP11705874A EP2539154A1 EP 2539154 A1 EP2539154 A1 EP 2539154A1 EP 11705874 A EP11705874 A EP 11705874A EP 11705874 A EP11705874 A EP 11705874A EP 2539154 A1 EP2539154 A1 EP 2539154A1
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EP
European Patent Office
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laser light
color
value
marking
document
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EP2539154B9 (de
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Helmut Wurm
Steffen Baudach
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Bundesdruckerei GmbH
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    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/267—Marking of plastic artifacts, e.g. with laser
    • B42D2033/20—
    • B42D2035/24—

Definitions

  • the invention relates to a method for multicolor marking value or security documents and a marking device, which are designed for a permanent colored marking a value or security document by means of laser light.
  • Security documents are those documents and objects that are protected by at least one security feature or security element against a
  • Security documents that embody a value are also referred to as value documents.
  • Security documents include, for example, identity documents, driver's licenses or motor vehicle papers and documents of value, with value documents, for example banknotes, postage stamps or checks.
  • security documents or value documents it is advantageous to be able to mark these permanently, preferably individually.
  • Different methods are known from the prior art, with which value and / or security documents can be marked individually.
  • most value and security documents have been paper-based and, in particular, have been customized by means of printing techniques, modern security documents and value documents are often at least partially made from plastic materials.
  • Modern identity cards and driving licenses are used, for example, as lamination bodies made of several layers of plastic and
  • Plastic layers to be later marked with a laser added special pigments. These do not affect transparency in the visible optical range or are not or barely perceptible to a user. If such a layer is irradiated with laser light of sufficient intensity, an increased absorption of the laser light occurs at the pigments. This makes it possible to use energy in the otherwise couple transparent plastic, which then on the amount of energy deposited here to a local coloring, for example via a
  • Heating and a partial carbonization of the plastic material leads.
  • a degree of blackening of the plastic can be set in a targeted manner. From individual local pixels, patterns, in particular
  • a full-color marking should be possible, which can represent colors from a gamut, which is spanned by preferably three primary colors, such as red, blue and green.
  • a card-shaped data carrier consisting of at least one layer in which visually readable information in the form of a change in the optical properties due to an irreversibly caused by a laser beam material change are introduced, the absorption capacity of this layer for at least a wavelength due to the laser radiation is at least partially reduced.
  • original colored or opaque layers are "bleached" in terms of absorption.
  • DE 30 48 733 A1 discloses an identification card and a method for producing such an identification card with information applied in the form of patterns
  • the ID card has differently colored, stacked on at least one surface
  • Personalization data is interrupted. It is envisaged that the information by the action of a controlled laser beam on one or more on a
  • Plastic carrier one above the other applied color layers are displayed. As a result of the laser irradiation, the color can be changed locally.
  • a method for producing an object with a colored mark by irradiating the surface of the object with laser light in the form of the mark, wherein the object consists of a plastic composition in at least the area where the mark is applied that at least contains three color-forming components that lose their color-forming ability under the influence of laser light selected and present in a concentration such that at each wavelength between 400 and 700 nm at least a portion of the amount of incident light is absorbed for the character one or more colors are selected, the wavelength of the laser light in the sequence is set to a value depending on the selected color, and then the surface of the object is irradiated with the laser light.
  • WO 01/28778 A2 discloses a method for applying colored characters on a data carrier, preferably made of plastic, known by means of a laser system, wherein in at least one surface layer and / or near-surface layer of the data carrier introduced latent pigments in which by energetic excitation a Changing the absorption behavior is carried out at the designated areas of the data carrier by laser irradiation, which is in the IR and / or visible range, energetically excited in such a way that the same pigments
  • a method for writing data, in particular personalization data, on and / or in a data carrier by means of electromagnetic radiation is known, wherein the method any data carrier is provided on and / or in which at least one colorant at least is provided locally, and this colorant is irradiated by means of the electromagnetic radiation of at least one wavelength range, so that there is a change in color of the colorant by bleaching in the region of the irradiation, wherein the color change can be determined by machine and / or by a human eye.
  • near-surface layer has at least two different coloring particles that change the color of this layer under the influence of laser radiation
  • the laser radiation is used with at least two different wavelengths to to change the color of this layer
  • At least one beam guiding means is provided for guiding a first laser beam having the wavelength ⁇ and at least one further laser beam having a wavelength ⁇ 2 , which is different from the wavelength of the first laser beam, via the two-coordinate beam deflecting means and the focusing means to the layer of the object.
  • Zweikoordinatenstrahlablenk is proposed an arrangement of two mutually perpendicular axes rotatably mounted deflecting mirror.
  • a focusing is done by a fixed plan field optics. Since the light does not pass through the planar field optics on the optical axis, chromatic aberration effects occur in the focusing device. In particular, if differently colored laser light is used for marking, this requires a complex compensation.
  • the data carrier comprises a visually or machine recognizable marking in the form of a pattern of letters, numbers or pictures.
  • a data carrier with a data carrier substrate is provided and a marking layer is applied to the data carrier substrate.
  • the marking is introduced into the marking layer by means of short laser pulses.
  • the color mixture changes, so that locally creates a desired color impression.
  • the practical problem of the prior art methods is to achieve high-contrast intense hues.
  • the invention is based on the object, an improved method and an improved device for permanent color marking of value or
  • the basic idea of the invention is the marking of the value and / or
  • Laser light pulses have a pulse duration of less than 100 picoseconds, preferably less than 10 picoseconds. This makes it possible to make the interaction with the material of the document body or the colorants contained therein so that a change of the material and / or the colorant wholly or largely takes place without a thermal interaction. Since the coupling of the energy occurs in a short time window and the process caused by the interaction proceeds so quickly that no or only a very small dissipation of the energy takes place in the form of heat away from the interaction site, the change is well localized. Adjacent to the interaction site, there is no change in the material of the security or security document or the colorants contained therein. This possibility of targeted local marking for the purpose of local
  • a security element is a structural unit comprising at least one security feature.
  • a security element can be an independent structural unit which can be connected, for example glued, to a security document, which can also be a value document. It can also be an integral part of a security document.
  • An example of the former is a so-called holopatch (a hologram-containing patch for example, a hologram film section) or a visa stickable to a security document.
  • An example of the latter is an identification document
  • a security feature is a structure that is only producible or reproducible with (compared to simple copying) increased effort or not at all unauthorized, or makes forgery and / or falsification visually and / or mechanically recognizable.
  • a credit card for example, represents a security document protected by security features and security elements against counterfeiting and adulteration, which does not directly represent a value beyond the pure material value of the card, but makes it possible to dispose of large assets.
  • a pulsed laser is a laser that, in contrast to a continuous wave or CW laser that continuously emits laser light, emits laser light in temporally limited portions called pulses.
  • a short pulse laser is understood here a laser that generates light pulses whose pulse duration is less than 100 picoseconds.
  • the literature also speaks in part of ultrashort laser pulses, with no uniform definition for this. Ultrashort pulses are pulses whose pulse duration is less than 10 picoseconds.
  • An optical fiber is a fiber of a transparent material to whose
  • Total internal reflection can be a conduit of light inside the fiber.
  • a fiber laser is a laser whose active medium in which light-induced emission of electromagnetic radiation occurs is an optical fiber.
  • a pattern typically consists of a multiplicity of juxtaposed pattern units or pixel dots. The pattern units or pixels of a pattern are assigned to each other and arranged laterally in a defined manner,
  • a representation such as an image, a symbol, a logo, a lettering (letters, numbers, alphanumeric characters) or a code (e.g., a bar code).
  • An individualization pattern is a pattern that is used for individualization.
  • a pixel may include a plurality of sub-pixels, each of which is monochrome and determine a coloration of the pixel as a whole via a color addition or color subtraction.
  • Individualizing is a pattern when it is unique to a person or a person
  • a code individualizing a group of persons within the total population of a country is the city of residence.
  • An individualizing for a person code for example, the number of the identity card or passport photo.
  • individualizing code is the value. Individualizing for a banknote is the serial number. Non-individualizing is a pattern that is identical for all elements of an entity. For bills this is for example a coat of arms, which is printed on all banknotes.
  • a basic pattern is an arrangement of monochromatic areas or sub-areas thereof, which, with suitable modification of the color of the areas or
  • Subareas allow a mark of a multicolor pattern over it.
  • Colored is an entity that causes a color impression when viewed by a human.
  • Multicolor is an entity that produces at least two distinguishable color impressions.
  • Monochrome is an entity when it produces a single color impression.
  • Colorants are all entities that are responsible for causing a
  • Wavelength range are responsible.
  • the light of a Planckian radiator, which produces a continuous spectrum in the visible wavelength range, is regarded here as white light.
  • Natural sunlight is an example of white light.
  • Providing a marking device which at least one laser light source for generating laser light and
  • a light guide device coupled to the laser light source so that a focus of the laser light of the laser light source is controllably positionable on or in the document body of the value or security document;
  • the laser light used for marking is irradiated by means of short or ultrashort laser pulses having a plus duration of less than 100 ps or less than 10 ps.
  • a marking device for multi-colored marking of value or
  • a light guide device coupled to the laser light source such that
  • Laser light of the laser light source can be positioned in a controlled manner on a value or security document
  • the laser light source is a short pulse laser source or ultrashort pulse laser source that generates laser pulses having a pulse duration of less than 100 ps or less than 10 ps.
  • the achievable resolution in the method according to the prior art with respect to the marking produced is usually limited by the fact that the interaction between the laser light and the value or Security document based on thermal effects. This can be explained by the
  • Irradiation of the laser light comprises both the repeated irradiation of light several times successively at the same focus position relative to the document body and a repeated irradiation of light, wherein in each case the position of the focus relative to the material to the surface of the document body and / or perpendicular to the surface of the document body varies becomes.
  • a variation of the focus position perpendicular to the document surface alters a selection of a plane parallel to the surface of the document body in which the focus is positioned.
  • An embodiment of the invention thus provides that the local change in the color of a region is made via a non-linear interaction with the irradiated laser light.
  • At least three regions of different colors are provided together in a basic pattern of nested sub-regions or arranged in the basic pattern when provided.
  • the at least three areas can thus be divided into many, usually regularly arranged sub-areas.
  • the subregions having the same color are considered.
  • the subregions may be two-dimensional area or three-dimensional volumes.
  • such a basic pattern can be printed by printing using different inks on a substrate layer.
  • the sub-areas on different substrate layers so imprint that the sub-areas of the various substrate layers from which the document body by stacking the substrate layers and subsequent assembly, for example in a lamination process, each other, with respect to a viewing direction parallel to the lamination direction, not or substantially not overlap.
  • the document body comprises at least three areas
  • Bayerpattern represent. This makes it possible to mark a pattern composed of regularly arranged pixels which, with regard to the usable colors, can use almost the entire perceptible color space.
  • the subregions are optimally adapted to the sensitivity of the human eye, so that over a maximum of four markings of subregions, one image pixel each can be generated which produces any color impression from the gamut spanned by the primary colors causes.
  • this is or
  • Bayerpattern printed on a substrate layer surface This is or is preferably formed as an inner substrate layer surface, so that a manipulation is difficult.
  • the colored areas in the form of layers which overlap one another in a planar manner are introduced into the document body or are thus introduced during the provision.
  • the markings are made by removing material.
  • cavities are introduced into the document body from the surface. A depth of the cavities in the document body determines which
  • the cavities can be formed so close to each other that the remaining material does not cause color degradation of the entire marked pattern as in the prior art. Because the edge surfaces of the cavities can be formed smoothly and perpendicularly to the surface of the document body (with perpendicular irradiation of the laser light), web widths of the document body remaining between adjacent cavities can be minimized. As a result, intense color patterns can be generated which are not impaired by the color of the web areas.
  • the local change in the color of a region can be achieved by changing the colorant causing the color by means of the non-linear interaction
  • Particularly short laser pulses with pulse durations in the range of less than 10 can picoseconds, preferably in the range of 100 femtoseconds to 10
  • Picoseconds with a fiber laser.
  • fiber lasers Compared with other solid state lasers fiber lasers have the advantage that they can be constructed very compact and have a high electro-optical efficiency. In addition, fiber lasers are much more modest in terms of adjustment and handling than most known solid state lasers.
  • a preferred embodiment of the method therefore provides that the marking via a non-linear optical effect in the value or
  • the light-guiding device comprises a relative to the value and / or security document movably mounted optical fiber, which is coupled to at least one drive means so that the laser light via a movement of an exit surface of the optical fiber in a positioning plane relative to the value and / or security document laterally on the value or
  • Security document is positionable.
  • the laser light of the laser light source is thus guided by means of an optical fiber and a positioning of the laser light on the value or security document to be marked is effected by moving the
  • the laser light used for marking with a suitable orientation of the positioning plane relative to a surface of the security document, preferably parallel thereto, each at the same angle, preferably perpendicular, to the value and / or
  • Security document incident and beyond a path length of the traveled light path is the same regardless of the illuminated lateral position on the security and / or security document. This makes it possible to focus the laser light used stronger and yet to use an identical focus extension at the marking at all lateral positions of the value or security document. Problems that are known due to a slightly different direction of irradiation in the guide devices of the prior art, can thus be avoided.
  • a focusing optics can be used.
  • a focusing optics if used, with the respective exit surface of the Pairing optical fiber. This means that the focusing optics by means of
  • the advantage is that the light path through the focusing optics is the same in each case, regardless of the position on or in the value or security document that is being marked.
  • the focusing takes place by means of the Kerr effect.
  • the focal length of the material of the focusing lens changes due to the non-linear interaction of the electromagnetic radiation with the material of the lens.
  • the focal length of the lens is inversely proportional to the intensity of the lens
  • the light guide is performed by means of an optical fiber
  • a movement of the exit surface of the optical fiber is possible to vary a light path between the exit surface and a surface of the document. This can be used to vary a focus position within the value or security document.
  • Such a change in direction can be achieved, for example, in one embodiment in that the exit surface, from which the laser light is rectilinearly guided on the document surface, in addition to the movement in the positioning plane, which is parallel to the surface of the value or security document, perpendicular to the Positioning level or the surface of the value or security document is movable.
  • Positioning a security document can change the light path
  • the exit surface of the optical waveguide in addition to the elements of the imaging and / or focusing optics, such as a deflection mirror, in the positioning plane is relatively movable.
  • a positioning laterally on the document via a movement of the exit surface together with the imaging and / or focusing optics is possible and additionally by a relative movement of the
  • the focusing optics consists of a
  • the piezoelectric material By applying tension, the material can be deformed and thus the focal length of the material can be adjusted.
  • the laser light source is integrated in the optical fiber.
  • any coupling losses are reduced in the coupling into the fiber.
  • a compact and simple construction is possible.
  • Solid-state lasers for example Ti: sapphire lasers
  • fiber laser systems require no expensive cooling and achieve a high electro-optical efficiency.
  • laser light can be transmitted via a parametric tuning with the same hardware
  • the light guiding device comprises at least one further movable, preferably even more, further movably mounted optical fibers. This makes it possible, at the same time at several points or at the same time with different wavelengths of light to attach a mark on the security or security document or in the value or
  • each optical fiber can be provided with a focusing optics adapted to the corresponding wavelength of light. It should be noted that with pulse durations of more than 10 ps it is still possible to speak of a defined wavelength. At pulse lengths shorter than 10 ps, the spread due to the Heisenberg uncertainty principle is significant. Thus, the blur at a pulse of 10 ps is about 0.41 meV, which corresponds to about 0.12 nm at a wavelength of 620 nm (2 eV). At pulse durations of 10 fs, the blur is about 0.41 eV, which means at a wavelength of 620 nm (2 eV) that the bandwidth is at least 125 nm.
  • the exit surface of the at least one optical fiber is positionable relative to the at least one further optical fiber or optionally relative to the plurality of exit surfaces of the plurality of optical fibers in the positioning plane. Particularly preferred are the plurality
  • optical fibers or their exit surfaces in the positioning plane individually driven and positioned relative to each other. It goes without saying for the person skilled in the art that there are mechanical residual actions since the optical fibers can not penetrate one another and thus can not be arranged at one and the same position at the same time.
  • the focus position within the value or security document along a normal to the surface of the value or security document can be set individually for the latter in one embodiment. This can be targeted markings in different levels or layers, from which the value or security document is joined, are introduced. Preferably, this is controlled possible.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a marking device for value or
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a document body for introducing a colored marking
  • FIG. 3 is a schematic representation of a marked document body
  • Fig. 5 is a schematic representation of a basic pattern
  • Fig. 6 shows another embodiment of a marking device.
  • FIG. 1 schematically shows a marking device 1 for the permanent marking of a value or security document 2.
  • the value document 2 is on a
  • Bracket 3 is arranged. This can be supplied to the value or security document 2 by means of a transport device 4 and / or removed from it. In some embodiments, it is possible that the transport device 4 forms the holder 3.
  • the person skilled in various devices for transporting value or security documents are known. In general, the marking of the value or security document 2 is carried out after this is completed except for the mark still to be attached. However, it is also possible to make the marking before the value or security document 2 is completely finished, for example, before it is separated from a sheet or a strip.
  • the marking device 1 comprises a laser light source 5.
  • the laser light source 5 is designed to generate laser light 6.
  • the laser light source 5 is a pulsed light source.
  • it may be a solid state laser, e.g. a Ti: sapphire laser, act.
  • the laser light 6 In order to mark the value or security document 2, the laser light 6 must be aimed at the value or security document 2, i. on the surface 7 or inside the value or security document 2, are positioned.
  • a light guide device 8 is provided.
  • the light-guiding device 8 comprises an optical fiber 9, into which the laser light 6 is coupled. An exit surface 10 of the optical fiber 9 is moved in a positioning plane 1 1.
  • the positioning plane 1 1 is formed parallel to the surface 7 of the value or security document 2 in a preferred embodiment.
  • the optical fiber 9 is coupled to a drive device 12.
  • the drive device 12 comprises in the illustrated embodiment an X-axis actuator 13, a Y-axis actuator 14 and a Z-axis actuator 15. These are connected and aligned so that the X-axis actuator movement of the exit surface 10 of the optical fiber 9 parallel to a X-axis 16, the Y-axis actuator 14 parallel to a Y-axis 17 and the Z-axis actuator 15 parallel to a Z-axis 18 causes. It should be noted that a movement parallel to the Z-axis causes a change in the positioning plane 1 1.
  • the exit surface 10 in the positioning plane 1 1 effects a lateral alignment and positioning of the laser light 6 'emerging from the exit surface 10 or the focal point 19 formed thereof. It should be noted that other embodiments may have and use differently configured light guiding devices.
  • an imaging and / or focusing optics 20 is coupled to the exit surface 10 of the optical fiber 9. This is moved with the exit surface 10 of the optical fiber.
  • the exit surface 10 of the optical fiber is configured so that the exiting laser light 6 'is focused and no or supplemental focusing optics are necessary.
  • the introduced at the respective position in the value or security document amount of energy which can be varied for example via a pulse intensity or a number of introduced at the same position light pulses, the color of the mark or its color impression caused regulated.
  • the drive device 12 Via the drive device 12 it is possible to make a marking vectorially (but broken down into individual pixels (marking points)) or in a grid.
  • a distance 27 of the positioning plane 1 1 from the surface 7 or the value or security document 2 need not be varied in some applications in the marking. Then, a positioning device 8 which comprises only one X-axis actuator 13 and one Y-axis actuator 14 is sufficient. It is understood by those skilled in the art that for the positioning of the exit surface 10 of the optical fiber 9 in the
  • Positioning level 1 1 also a set of actuators can be used, which no
  • Positioning level 1 1 must not be able to be positioned in all embodiments so that all points on the surface of the document with the exiting laser light 6 'can be illuminated.
  • the laser light need only be positionable to those positions on the asset or security document at which markings
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a document body 40 of a value or security document 2 which is suitable for introducing a colored marking.
  • the document body 40 is formed as a lamination body.
  • the films 41-46 are all made of the same thermoplastic material, such as polycarbonate or polyvinylchloride. Additional security elements may be inserted between the foils 41 to 46. In addition, individual or all foils may be printed.
  • the black film 42, the blue film 43, the green film 44, and the red film 45 each represent monochrome areas each having a different color from the others.
  • Blue, red, green represent the basic colors of an RGB color system.
  • the gamut of the RGB color system makes it possible to display full-color objects.
  • a black foil is additionally provided.
  • CYM (K) color system For example, using a cyan yellow magenta (black) color system (CYM (K) color system) one would use a cyan film instead of the blue film 43, a yellow film instead of the green film 44 and a yellow film instead of the red film 45
  • magenta foil use magenta foil.
  • the films 41-45 are opaque. As a result, a color space comparable to the normal printing systems is clamped, since only the uppermost color layer is always visible. As a result, standard systems can be used to optimize the color space.
  • a transparent embodiment of the films 41 -45 is a corresponding
  • a document body 40 is shown similar to that of FIG.
  • the same technical features are identified by the same reference numerals throughout the application.
  • the document body 40 contains a barrier film 47 instead of the cover film 46 over the red film 45. This is, for example, opaque and white.
  • a protective film 48 is arranged, which after the colored
  • Marking for example, is laminated.
  • the document body 40 appears white when viewed under natural daylight (white light).
  • cavities 51 - 54 are introduced into the different films 47, 45,
  • a depth of the cavities 51 - 54 defines which color impression a surface 7 has locally at the location / position of the respective cavity 51 - 54.
  • the cavities 51 and 54 in each case extend completely through the white barrier film and into the red film 45. Thus, a red color impression is imparted locally.
  • the cavity 52 ends in the green foil, so that locally a green color impression is mediated.
  • the cavity 53 terminates in the blue film 43. All overlying films are completely pierced. It is generated locally a blue color impression.
  • the depth of the cavity can be selected via a choice of the energy deposited via one or more short or ultrashort laser pulses, a choice of the depth of focus, an adaptation of the wavelength of the laser pulse (s) to the color of the respective film to be removed.
  • a cross-sectional shape of the cavities can be controlled by a choice of beam profile as well as a sidewall shape of the cavities. Factors influencing this are the depth of focus and the defocusing of the laser beam and optionally an im
  • Focusing or defocusing of the beam may result. Due to the short pulse duration and the achievable high light intensities nonlinear interactions can be exploited, so that in the
  • Document body 40 no thermal effects occur, which lead to a dissipation of energy in the document body and in this case to less precisely defined Kavticiansqueritessformen.
  • Remaining webs 58 between the cavities 52-54 are thus viewed from the surface 7 of area small, so that a high density of points and thus resolution of the information shown on the marks is possible.
  • the remaining lands affect a color intensity less than in the prior art. It is understood that for a macroscopic flat color impression of a viewer, the color addition or color subtraction of the individual cavities 51-54
  • the subsequently applied protective film 48 protects the cavities 51 -54 during use of the document body 40 as a value or security document 2. Also, introducing further cavities to falsify the value or security document 2 is at least made more difficult because it also damages the protective film 48 would effect.
  • the shape of the beam profile can be used to achieve a focus which is smaller than the focusing of the laser light. This will be explained below with reference to FIG. 4.
  • the individual components of the marking device are controlled by a controller 22, so that the marking is carried out automatically.
  • the controller 22 is only supplied with data containing the pattern for the mark, so that the corresponding areas of the value or security document 2 are irradiated with a corresponding laser light intensity to effect the corresponding marking in the value or security document 2.
  • the embodiment of FIG. 1 is characterized in that the laser light 6 as a pulsed laser light with short pulse durations of less than 100 ps, preferably of less than 10 ps is generated. This is an exploitation of non-linear optical effects for introducing the markings on or in the value or
  • Light guide device 8 and the value or security document 2 are kept low. This can be selected in the range from contact to a few cm, preferably 0.2 to 10 mm. This makes it possible to form the beam guide strongly divergent and to focus sharply. Both across the beam direction
  • Propagation direction of the laser light 6 'improved resolution can be achieved when marking.
  • micro-writing can be realized with a character size in the range of a few micrometers.
  • a so-called beam profile 61 in focus is shown schematically.
  • a light intensity I is plotted against the position r transversely to the propagation direction (z-direction in FIG. 1), (r is chosen, for example, parallel to the x-axis according to FIG. 1).
  • r is chosen, for example, parallel to the x-axis according to FIG. 1.
  • a beam profile 61 of the laser light 6 1 (according to FIG. 1) in the focus 19 (according to FIG. 1) has a Gaussian profile. Since nonlinear interactions are dependent on the square I 2 62 of the intensity I of the laser light, that is to say a so-called I 2 dependency, the non-linear one is found at a suitably chosen pulse intensity
  • the focal extent of the marking is determined by an extension 65 of the core region 63 and not by the extent 66 of the focus 19 of the laser light 6 ', which corresponds to the extent of the beam profile 61.
  • the regions having different colors are introduced into the document body in the form of subregions. The sub-areas are arranged so that these sub-areas at a
  • a surface of the document body form a predetermined pattern.
  • a Bayer pattern 81 can be used as the given pattern, which is shown by way of example in section in FIG. 5.
  • four subregions 83 are provided in each case.
  • a sub-area 83-r is red and a sub-area 83-b is blue, two sub-areas 83-g1, 83-g2 are green.
  • the individual subregions 83 are preferably arranged in a plane of the document body parallel to a surface of the document body.
  • the subregions 83 may be printed on a surface.
  • Subareas are arranged in the register and give the given pattern.
  • Colored marking is accomplished by modifying the subregions 83 for their color by means of short or ultrashort laser pulses of less than 100 ps or less than 10 ps, preferably 100 fs-10 ps.
  • the sizes and the distances of the individual subregions 83 can be selected such that they are smaller than the focus size of the laser light pulses.
  • a targeted modification of the sparkle, for example by removing the ink causing the colouration or by "destroying" the colourant-causing pigments in the corresponding subregion, can be achieved by utilizing non-linear interactions the optical focusing of the laser light to obtain and exploit enhanced focusing of the interaction region.
  • information in the form of micro-writing can be color-coded into a value or security document for individualizing it.
  • FIG. 6 another embodiment of a marking device 1 is shown schematically.
  • the illustrated embodiment differs from that of FIG. 1 in that the light guide device 8 in this embodiment two
  • Optical fibers 9, 9 ' comprises. These are respectively coupled to a drive device 8 or 8 ', which are formed analogously to the drive device 8 according to FIG.
  • This embodiment offers the advantage that the value or security document 2 can be marked simultaneously or quasi simultaneously at several locations.
  • the laser light source 5 is shown schematically in this embodiment as a fiber laser 23 with a seed laser 24 and an amplifier ring 25. It will be understood by those skilled in the art that another source of laser light may be used with it
  • Embodiment can be used. Likewise, a fiber laser 23 as
  • Laser light source 5 are used in the embodiment of FIG. 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Markierungsvorrichtung (1) für ein Wert- oder Sicherheitsdokument (2) sowie ein Verfahren zum dauerhaften, insbesondere individuellen mehrfarbigen Markieren von Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten (2). Das Verfahren zum farbigen dauerhaften Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Dokumentenkörpers (40), der Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, wobei die einzelnen Bereiche jeweils einfarbig sind; Bereitstellen einer Markierungsvorrichtung, welche mindestens eine Laserlichtquelle (5) zum Erzeugen von Laserlicht (6) und eine Lichtführungsvorrichtung (8, 8') umfasst, die mit der mindestens einen Laserlichtquelle (5) gekoppelt ist, so dass ein Fokus (19) des Laserlichts (6) der Laserlichtquelle (5) auf oder in dem Dokumentkörper (40) des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) gesteuert positionierbar ist; iteratives gezieltes Positionieren des Fokus (19) auf oder in dem Dokumentenkörper (409 und Einstrahlen des Laserlichts (6'), um gezielt lokal die Farbe eines oder mehrere der Bereiche zu verändern, so dass der Dokumentkörper (40) anschließend einen mehrfarbigen Farbeindruck bei einer Bestrahlung mit weißem Licht für einen menschlichen Betrachter hervorruft, wobei das Laserlicht (6) mittels kurzer oder ultrakurzer Laserpulse eingestrahlt wird, die eine Plusdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps aufweisen. Hierdurch können nicht lineare Wechselwirkungen zwischen dem Material des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) und dem Laserlicht (6') zum Markieren ausgenutzt werden. Es lässt sich hierdurch eine verbesserte Fokussierung des Laserlichts (6') und hierüber eine höhere Dichte der die Farbigkeit festlegenden farbigen Markierungen nutzen oder erzeugen, so dass eine höhere Farbintensität realisierbar ist.

Description

Markierungsvorrichtung und Verfahren zum farbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten sowie eine Markierungsvorrichtung, die für ein dauerhaftes farbiges Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments mit Hilfe von Laserlicht ausgebildet sind.
Als Sicherheitsdokumente werden jene Dokumente und Gegenstände bezeichnet, die durch mindestens ein Sicherheitsmerkmal oder Sicherheitselement gegen eine
Verfälschung und/oder ein unautorisiertes Kopieren geschützt sind.
Sicherheitsdokumente, die einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Sicherheitsdokumente umfassen beispielsweise Ausweise, Führerscheine oder Kraftfahrzeugpapiere und Wertdokumente, wobei Wertdokumente, beispielsweise Banknoten, Postwertzeichen oder Schecks umfassen.
Zumindest bei einem Teil der Sicherheitsdokumente oder Wertdokumente ist es vorteilhaft, diese auch permanent, vorzugsweise individuell, markieren zu können. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt, mit denen Wert- und/oder Sicherheitsdokumente individualisiert markiert werden können. Während historisch die meisten Wert- und Sicherheitsdokumente auf Papierbasis hergestellt wurden und insbesondere mittels Drucktechniken individualisiert wurden, werden moderne Sicherheitsdokumente und Wertdokumente häufig zumindest teilweise aus Kunststoffmaterialien hergestellt. Moderne Personalausweise und Führerscheine werden beispielsweise als Laminationskörper aus mehreren Kunststoffschichten und
gegebenenfalls einer oder mehrerer Papierschichten zusammengefügt.
Für die permanente individuelle Markierung von Kunststoffen sind im Stand der Technik so genannte Lasermarkierverfahren entwickelt worden. Hierfür werden einzelne
Kunststoffschichten, die später mit einem Laser markiert werden sollen, spezielle Pigmentstoffe zugefügt. Diese beeinflussen eine Transparenz im optischen sichtbaren Bereich nicht oder für einen Nutzer nicht oder kaum wahrnehmbar. Wird eine solche Schicht mit Laserlicht ausreichender Intensität bestrahlt, so tritt an den Pigmenten eine verstärkte Absorption des Laserlichts auf. Hierdurch ist es möglich, Energie in den ansonsten transparenten Kunststoff einzukoppeln, welches anschließend über die hierbei deponierte Energiemenge zu einer lokalen Einfärbung, beispielsweise über eine
Erwärmung und eine teilweise Carbonisierung des Kunststoffmaterials führt. Je nach eingebrachter Energiemenge lässt sich ein Schwärzungsgrad des Kunststoffs gezielt einstellen. Aus einzelnen lokalen Bildpunkten lassen sich Muster, insbesondere
Graustufenbilder, Schriftzüge und andere Zeichen, dauerhaft in das Wert- oder
Sicherheitsdokument markieren.
Seit langem wird jedoch auch das Ziel verfolgt, das Wert- oder Sicherheitsdokument farbig, vorzugsweise mehrfarbig zu markieren. Im Idealfall soll eine vollfarbige Markierung möglich sein, die Farben aus einem Gamut darstellen kann, der von vorzugsweise drei Primärfarben, beispielsweise Rot, Blau und Grün, aufgespannt wird.
Aus der DE 100 1 1 486 A1 ist ein kartenförmiger Datenträger bekannt, bestehend aus mindestens einer Schicht, in die visuell lesbare Informationen in Form einer Änderung der optischen Eigenschaften aufgrund einer irreversibel durch einen Laserstrahl bewirkten Materialveränderung eingebracht sind, wobei das Absorptionsvermögen dieser Schicht für mindestens eine Wellenlänge in Folge der Laserstrahlung zumindest teilweise reduziert wird. Bei diesem Verfahren werden ursprüngliche farbige oder opake Schichten hinsichtlich Absorption "ausgebleicht".
Aus der DE 30 48 733 A1 sind eine Ausweiskarte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ausweiskarte mit aufgebrachten Informationen in Form von Mustern,
beispielsweise Buchstaben, Zahlen und/oder Bildern, bekannt. Die Ausweiskarte weist auf mindestens einer Oberfläche unterschiedlich farbige, übereinander angeordnete
Schichtenbereiche, die zumindest teilweise durch visuell erkennbare
Personalisierungsdaten unterbrochen sind. Es ist vorgesehen, dass die Informationen durch Einwirkung eines gesteuerten Laserstrahls auf eine oder mehrere auf einem
Kunststoffträger übereinander aufgebrachte Farbschichten dargestellt werden. Durch die Lasereinstrahlung lässt sich somit lokal die Farbe verändern.
Aus der DE 696 05 788 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem farbigen Zeichen durch Bestrahlung der Oberfläche des Gegenstands mit Laserlicht in Form des Zeichens bekannt, wobei der Gegenstand in mindestens jenem Bereich, wo das Zeichen aufgebracht wird, aus einer Kunststoffzusammensetzung besteht, die mindestens drei farbbildende Komponenten enthält, die ihre farbbildende Fähigkeit unter dem Einfluss von Laserlicht verlieren, die derart gewählt und in einer solchen Konzentration vorhanden sind, dass bei jeder Wellenlänge zwischen 400 und 700 nm mindestens ein Teil der Menge des einfallenden Lichts absorbiert wird, für das Zeichen eine oder mehrere Farben gewählt werden, die Wellenlänge des Laserlichts in der Folge auf einen Wert festgesetzt wird, der von der gewählten Farbe abhängt, und die Oberfläche des Gegenstands danach mit dem Laserlicht bestrahlt wird.
Aus der WO 01/28778 A2 ist ein Verfahren zur Aufbringung von farbigen Zeichen auf einem Datenträger, vorzugsweise aus Kunststoff, mittels eines Lasersystems bekannt, wobei in mindestens einer Oberflächenschicht und/oder oberflächennahen Schicht des Datenträgers eingebrachte latente Pigmente, bei denen durch energetische Anregung eine Änderung des Absorptionsverhaltens erfolgt, an den für das Zeichen vorgesehenen Stellen des Datenträgers durch Laserbestrahlung, die im IR- und/oder sichtbaren Bereich liegt, energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei denselben Pigmenten ein
Farbumschlag stattfindet und dass nach dem Farbumschlag der laserbestrahlten latenten Pigmente, die nicht durch Laserbestrahlung angeregten latenten Pigmente durch eine Bestrahlung mit Lichtwellen im UV-Wellenlängenbereich energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei den so bestrahlten Pigmenten eine Farblosigkeit herbeigeführt wird.
Aus der DE 100 53 264 A1 ist ein Verfahren zum Einschreiben von Daten, insbesondere Personalisierungsdaten, auf und/oder in einen Datenträger mittels elektromagnetischer Strahlung bekannt, wobei bei dem Verfahren ein beliebiger Datenträger bereitgestellt wird, auf und/oder in welchem mindestens ein Farbmittel mindestens lokal vorgesehen wird, und dieses Farbmittel mittels der elektromagnetischen Strahlung mindestens eines Wellenlängenbereichs bestrahlt wird, so dass sich im Bereich der Bestrahlung eine Änderung der Farbe des Farbmittels durch Bleichen ergibt, wobei die Farbänderung maschinell und/oder durch ein menschliches Auge feststellbar ist. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Fälschungs- und Manipuliersicherheit für den Datenträger.
Aus der DE 199 55 383 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand bekannt, wobei der Gegenstand zumindest in einer
oberflächennahen Schicht mindestens zwei verschiedenartige farbgebende Partikel aufweist, die unter Einfluss von Laserstrahlung die Farbe dieser Schicht verändern, wobei die Laserstrahlung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen verwendet wird, um die Farbe dieser Schicht zu ändern, die Beaufschlagung des Gegenstands mit
Laserstrahlung im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung der Laserstrahlung auf die Schicht des Gegenstandes erfolgt. Es ist mindestens ein Strahlführungsmittel vorgesehen, um einen ersten Laserstrahl mit der Wellenlänge λι und mindestens einen weiteren Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ2, die von der Wellenlänge des ersten Laserstrahls verschieden ist, über die Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und die Fokussiereinrichtung auf die Schicht des Gegenstands zu führen. Für die
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung ist eine Anordnung aus zwei um zueinander senkrecht stehende Achsen drehbar gelagerte Ablenkspiegel vorgeschlagen. Eine Fokussierung erfolgt durch eine feststehende Planfeldoptik. Da das Licht die Planfeldoptik nicht jeweils auf der optischen Achse durchläuft, treten chromatische Aberrationseffekte in der Fokussiereinrichtung auf. Insbesondere wenn unterschiedlich farbiges Laserlicht zum Markieren verwendet wird, ist hierfür eine aufwendige Kompensation notwendig.
Aus der DE 10 2006 014 367 A1 sind ein Datenträger und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Datenträger umfasst eine visuell oder maschinell erkennbare Kennzeichnung in Form eines Musters, von Buchstaben, Zahlen oder Bildern. Bei dem Verfahren zur Herstellung wird ein Datenträger mit einem Datenträgersubstrat bereitgestellt und eine Markierungsschicht auf das Datenträgersubstrat aufgebracht. Die Kennzeichnung wird mittels kurzer Laserpulse in die Markierungsschicht eingebracht.
Bei einer Gruppe der Verfahren aus dem Stand der Technik, die eine farbige Markierung ermöglichen, sind in das Wert- oder Sicherheitsdokument unterschiedliche Farbmittel eingearbeitet, die gemeinsam über eine additive oder subtraktive Farbmischung bei einem menschlichen Betrachter einen Farbeindruck hervorrufen. Im unmarkierten Zustand wird flächig ein einheitlicher Farbeindruck hervorgerufen. Durch ein lokales gezieltes
Verändern einzelner Farbmittel ändert sich die Farbmischung, so dass lokal ein gewünschter Farbeindruck entsteht. Das praktische Problem der Verfahren nach dem Stand der Technik besteht darin, kontrastreiche intensive Farbtöne zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum dauerhaften farbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten zu schaffen, die Nachteile im Stand der Technik beseitigen oder verringern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Grundidee der Erfindung
Die Grundidee der Erfindung liegt darin, die Markierung des Wert- und/oder
Sicherheitsdokuments mit Laserlicht auszuführen, welches mit einer Kurzpulslaserquelle erzeugt ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen zur Markierung verwendeten
Laserlichtpulse eine Pulsdauer von weniger als 100 Pikosekunden vorzugsweise weniger als 10 Pikosekunden aufweisen. Hierdurch wird es möglich die Wechselwirkung mit dem Material des Dokumentkörpers oder den darin enthaltenen Farbmitteln so zu gestalten, dass eine Veränderung des Materials und/oder der Farbmittel ganz oder weitestgehend ohne eine thermische Wechselwirkung erfolgt. Da die Einkopplung der Energie in einem kurzen Zeitfenster erfolgt und der durch die Wechselwirkung hervorgerufene Prozess so zügig abläuft, dass keine oder nur eine sehr geringe Dissipation der Energie in Form von Wärme weg von dem Wechselwirkungsort stattfindet, ist die Veränderung gut lokalisiert. Benachbart zu dem Wechselwirkungsort findet keine Veränderung des Materials des Wert- oder Sicherheitsdokuments oder der darin enthaltenen Farbmittel statt. Diese Möglichkeit einer gezielten Vornahme lokaler Markierung zum Zwecke lokaler
Farbänderung an zueinander dicht benachbarten Orten, d.h. mit hoher flächiger
Auflösung, ohne die Farbigkeit der benachbarten Orte zu beeinflussen, gestattet es kontrastreiche und/oder intensive Farbeindrücke für ein in einen Dokumentkörper markiertes Muster zu schaffen.
Definitionen
Ein Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbstständige bauliche Einheit sein, die mit einem Sicherheitsdokument, welches auch ein Wertdokument sein kann, verbunden, beispielsweise verklebt, werden kann. Es kann sich aber auch um einen integralen Bestandteil eines Sicherheitsdokuments handeln. Ein Beispiel für Ersteres ist ein auf eine Banknote aufklebbarer so genannter Holopatch (ein Hologramm aufweisender Patch, beispielsweise ein Hologrammfilmabschnitt) oder ein auf ein Sicherheitsdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel für Letzteres ist ein in ein Ausweisdokument
eingeprägtes beugendes Oberflächenrelief.
Ein Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber einfachem Kopieren) erhöhten Aufwand oder gar nicht unautorisiert herstellbar bzw. reproduzierbar ist, beziehungsweise eine Fälschung oder Verfälschung visuell und/oder maschinell erkennbar macht.
Als Sicherheitsdokumente seien lediglich beispielhaft genannt Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen, Tickets,
Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere sowie Wertdokumente, welche insbesondere Banknoten, Schecks, Postwertzeichen und Kreditkarten umfassen, und beliebige
Chipkarten und Haftetiketten (z.B. zur Produktsicherung). Sicherheitsdokumente, die ebenfalls einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Eine scharfe Abgrenzung dieser beiden Begrifflichkeiten ist häufig nicht möglich. Eine
Kreditkarte stellt beispielsweise ein über Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente gegen Nachahmung und Verfälschung geschütztes Sicherheitsdokument dar, welches über den reinen Materialwert der Karte keinen Wert unmittelbar repräsentiert, jedoch eine Verfügung über große Vermögenswerte ermöglicht.
Ein Pulslaser ist ein Laser, der im Gegensatz zu einem Dauerstrich- oder CW-Laser, welcher Laserlicht kontinuierlich emittiert, Laserlicht in zeitlich begrenzten Abschnitten, welche Pulse genannt werden, emittiert. Als Kurzpulslaser wird hier ein Laser verstanden, der Lichtpulse erzeugt, deren Pulsdauer kleiner als 100 Pikosekunden ist. In der Literatur wird zum Teil auch von ultrakurzen Laserpulsen gesprochen, wobei keine einheitliche Definition hierfür vorliegt. Als ultrakurze Pulse werden Pulse angesehen, deren Pulsdauer kleiner 10 Pikosekunden ist.
Eine Lichtleitfaser ist eine Faser aus einem transparenten Material, an dessen
Grenzfläche über Totalreflexion eine Leitung von Licht im Innern der Faser erfolgen kann.
Ein Faserlaser ist ein Laser, dessen aktives Medium, in dem die lichtinduzierte Emission von elektromagnetischer Strahlung erfolgt, eine Lichtleitfaser ist. Ein Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mustereinheiten bzw. Pixelpunkten. Die Mustereinheiten bzw. Pixel eines Musters sind einander zugeordnet und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet,
typischerweise in ein oder zwei Raumdimensionen, und ergeben in der
Gesamtbetrachtung eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, ein Symbol, ein Logo, einen Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen) oder ein Code (z.B. ein Strichcode). Ein Individualisierungsmuster ist ein Muster, welches zur Individualisierung verwendet wird. Bei einem farbigen Muster kann ein Bildpunkt mehrere Unterbildpunkte umfassen, die jeweils einfarbig sind und über eine Farbaddition oder Farbsubtraktion eine Farbigkeit des Bildpunktes als Ganzes festlegen.
Individualisierend ist ein Muster, wenn es einzigartig für eine Person oder einen
Gegenstand oder eine Gruppe von Personen oder Gegenständen aus einer größten Gesamtheit von Personen oder Gegenständen ist. Ein für eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild. Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge der Geldscheine
individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Nicht individualisierend ist ein Muster, welches für alle Elemente einer Gesamtheit identisch ist. Für Geldscheine ist dies beispielsweise ein Wappen, welches auf allen Geldscheinen aufgedruckt ist.
Ein Grundmuster ist eine Anordnung von einfarbigen Bereichen oder Unterbereichen hiervon, welches bei geeigneter Modifikation der Farbigkeit der Bereiche oder
Unterbereiche hierüber eine Markierung eines mehrfarbigen Musters gestattet.
Als farbig wird eine Entität bezeichnet, die bei einer Betrachtung durch einen Menschen einen Farbeindruck hervorruft. Als mehrfarbig wird eine Entität bezeichnet, die mindestens zwei unterscheidbare Farbeindrücke hervorruft. Einfarbig ist hingegen eine Entität, wenn sie einen einzigen Farbeindruck hervorruft.
Als Farbmittel werden alle Entitäten bezeichnet, die für ein Hervorrufen eines
Farbeindrucks über eine Emission oder Absorption von Licht im sichtbaren
Wellenlängenbereich verantwortlich sind. Als weißes Licht wird hier das Licht eines Planck'schen Strahlers angesehen, der im sichtbaren Wellenlängenbereich ein kontinuierliches Spektrum erzeugt. Natürliches Sonnenlicht stellt ein Beispiel für weißes Licht dar.
Bevorzugte Ausführungsformen
Insbesondere wird ein Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten geschaffen, welches die Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Dokumentkörpers, der Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, wobei die einzelnen Bereiche jeweils einfarbig sind;
Bereitstellen einer Markierungsvorrichtung, welche mindestens eine Laserlichtquelle zum Erzeugen von Laserlicht und
eine Lichtführungsvorrichtung umfasst, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass ein Fokus des Laserlichts der Laserlichtquelle auf oder in dem Dokumentkörper des Wertoder Sicherheitsdokuments gesteuert positionierbar ist;
iteratives gezieltes Positionieren des Fokus auf oder in dem Dokumentkörper und
Einstrahlen des Laserlichts, um gezielt lokal die Farbe eines oder mehrere der Bereiche zu verändern, so dass der Dokumentkörper anschließend einen mehrfarbigen
Farbeindruck bei einer Bestrahlung mit weißem Licht für einen menschlichen Betrachter hervorruft,
wobei das zu Markierung verwendete Laserlicht mittels kurzer oder ultrakurzer Laserpulse eingestrahlt wird, die eine Plusdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps aufweisen.
Eine Markiervorrichtung zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten umfasst somit:
mindestens eine Laserlichtquelle und
eine Lichtführungsvorrichtung, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass
Laserlicht der Laserlichtquelle auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument gesteuert positionierbar ist,
wobei die Laserlichtquelle eine Kurzpulslaserquelle oder Ultrakurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps erzeugt. Neben der rein optischen Fokussierung ist die bei Verfahren nach dem Stand der Technik eine erreichbare Auflösung hinsichtlich der hergestellten Markierung in der Regel dadurch begrenzt, dass die Wechselwirkung zwischen dem Laserlicht und dem Wert- oder Sicherheitsdokument auf thermischen Effekten beruht. Dieses lässt sich durch die
Verwendung von Laserlicht von Kurzpluslasern vermeiden.
Iteratives gezieltes Positionieren des Fokus auf oder in dem Dokumentkörper und
Einstrahlen des Laserlichts umfasst sowohl das wiederholte Einstrahlen von Licht mehrmals nacheinander an derselben Fokusposition relativ zu dem Dokumentkörper als auch ein wiederholtes Einstrahlen von Licht, wobei jeweils die Position des Fokus relativ zu dem Material zur Oberfläche des Dokumentkörpers und/oder senkrecht zur Oberfläche des Dokumentkörpers variiert wird. Eine Variation der Fokusposition senkrecht zur Dokumentoberfläche verändert eine Auswahl einer Ebene parallel zur Oberfläche des Dokumentkörpers, in der der Fokus positioniert wird.
Ein Vorteil bei der Verwendung von Kurzpulslaserlicht liegt darin, dass mit diesem
Laserlicht Intensitätsdichten erreichbar sind, dass auch nichtlineare optische
Wechselwirkungen ausgelöst werden können. Hierüber ist es beispielsweise möglich, Markierungen mit einer höheren Auflösung zu erzeugen, da thermische
Wechselwirkungsprozesse, die immer mit einer Dissipation der Wärme in umliegende Bereiche verknüpft sind und hierüber eine Auflösungsbegrenzung verursachen, vermieden werden können.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht somit vor, dass die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs über eine nicht-lineare Wechselwirkung mit dem eingestrahlten Laserlicht vorgenommen wird.
Um einen mehrfarbigen Farbeindruck zu erzeugen, beispielsweise ein vollfarbiges buntes Passbild in ein Sicherheitsdokument zu markieren, werden bei einer Ausführungsform mindestens drei Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit miteinander in einem Grundmuster verschachtelter Unterbereiche bereitgestellt oder beim Bereitstellen in dem Grundmuster angeordnet. Die mindestens drei Bereiche können somit in viele, in der Regel regelmäßig angeordnete Unterbereiche aufgeteilt sein. Als zu einem Bereich gehörig werden die Unterbereiche angesehen, die dieselbe Farbigkeit aufweisen. Die Unterbereiche können zweidimensionale Fläche oder dreidimensionale Volumina sein. Beispielsweise kann solch ein Grundmuster drucktechnisch durch die Verwendung unterschiedlicher Tinten auf eine Substratschicht aufgedruckt werden. Ebenso ist es auch möglich bei einer weiteren Ausführungsform die Unterbereiche auf unterschiedliche Substratschichten so aufzudrucken, das die Unterbereiche der verschiedene Substratschichten, aus denen der Dokumentkörper durch Übereinanderschichten der Substratschichten und anschließendes Zusammenfügen, beispielsweise in einem Laminationsverfahren, einander, bezogen auf eine Betrachtungsrichtung parallel zur Schichtungsrichtung, nicht oder weitgehend nicht überlappen.
Um einen gewünschten Farbeindruck hervorzurufen, ist eine exakte Positionierung des Laserlichts auf oder indem Dokumentkörper notwendig, um gezielt korrekt die einzelnen Unterbereiche hinsichtlich ihrer Farbigkeit zu verändern. Hierdurch wird ein Verfälschen oder Markieren mit nicht hierfür vorgesehener Hardware deutlich erschwert.
Besonders bevorzugt umfasst der Dokumentkörper mindestens drei Bereiche
unterschiedlicher Farbigkeit, die jeweils eine Grundfarbe eines Farbsystems aufweisen, welches einen mehrfarbigen Gamut aufspannt. Somit lassen sich bei geeigneter Wahl der Grundfarben in das Dokument Informationen codieren, die nahezu den gesamten vom Menschen wahrnehmbaren Farbraum nutzen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die bezüglich einer Normalen einer
Oberfläche des Dokumentkörpers einander nicht oder zumindest nicht vollständig überlappenden Unterbereiche so angeordnet, dass sie vor dem Markieren ein
Bayerpattern darstellen. Hierdurch ist es möglich ein aus regelmäßig angeordneten Bildpunkten zusammengesetztes Muster zu markieren, welches hinsichtlich der nutzbaren Farben nahezu den gesamten wahrnehmbaren Farbraum nutzen kann. Die Unterbereiche sind hinsichtlich ihrer Zuordnung zu den mindestens drei Bereichen und der Anordnung relativ zueinander optimal an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst, so dass über maximal vier Markierungen von Unterbereichen jeweils ein Bildbildpunkt erzeugen lässt, der einen beliebigen Farbeindruck aus dem von den Grundfarben aufgespannten Gamut hervorruft.
Um die Farbinformation in einer Ebene des Wert- oder Sicherheitsdokuments über die Markierungen speichern zu können, wird oder ist bei einer Ausführungsform das
Bayerpattern auf eine Substratschichtoberfläche aufgedruckt. Diese wird oder ist vorzugsweise als innenliegende Substratschichtoberfläche ausgebildet, so das eine Manipulation erschwert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die farbigen Bereiche in Form von Lagen, die einander flächig überlagern in den Dokumentkörper eingebracht oder werden so beim Bereitstellen eingebracht.
Bei einer Ausführungsform werden die Markierungen durch ein Abtragen von Material vorgenommen. Hierbei werden von der Oberfläche Kavitäten in den Dokumentkörper eingebracht. Eine Tiefe der Kavitäten in dem Dokumentkörper bestimmt, welcher
Farbeindruck auf dem Dokumentkörper an der Stelle der Kavität entsteht. Durch die Verwendung von Kurzpulslaserlicht oder Ultrakurzpulslaserlicht können die Kavitäten so dicht benachbart zueinander ausgebildet werden, dass das verbleibende Material keine farbliche Beeinträchtigung des gesamten markierten Musters verursacht, wie dieses im Stand der Technik ist. Dadurch, dass die Randflächen der Kavitäten glatt und senkrecht zur Oberfläche des Dokumentkörpers ausbildbar sind (bei senkrechter Einstrahlung des Laserlichts), können Stegbreiten des zwischen benachbarten Kavitäten verbleibenden Dokumentkörpers minimiert werden. Hierdurch lasen sich intensive Farbmuster erzeugen, die nicht durch die Farbigkeit der Stegbereiche beeinträchtigt sind.
Um eine hohe Lokalisierung der einzelnen Markierungen zu erreichen, wird die
Fokussierung des Laserlichts bei einer Ausführungsform so vorgenommen, dass ein Durchmesser eines Wechselwirkungsbereichs der nicht-linearen Wechselwirkung eines Laserpuls in einer von dem menschlichen Nutzer wahrgenommenen Bildebene im
Größenordnungsbereich von kleiner "Ι ΟΟμηι, bevorzugter kleiner 20μηι, am
bevorzugtesten in der Größenordnung von 5 bis 15 μηι liegt.
Die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs kann über ein Verändern der die Farbe verursachenden Farbmittel mittels der nicht-linearen Wechselwirkung
vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft lassen sich kurze Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich weniger alsl OO Pikosekunden, vorzugsweise im Bereich von 100 Femtosekunden bis 10
Pikosekunden, mit einem Faserlaser erzeugen. Gegenüber anderen Festkörperlasern weisen Faserlaser den Vorteil auf, dass diese sehr kompakt aufgebaut sein können und einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad aufweisen. Darüber hinaus sind Faserlaser hinsichtlich einer Justage und Handhabung sehr viel anspruchsloser als die meisten bekannten Festkörperlaser. Ein Vorteil der Verwendung von kurzen Laserpulsen mit Pulsdauern von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt weniger als 10 Pikosekunden, liegt darin, dass eine sehr präzise örtliche bzw. räumliche Begrenzung der Wechselwirkungszone zwischen dem Laserlicht und dem Material des Wert- oder Sicherheitsdokuments erzielbar ist, wenn nicht lineare optische Wechselwirkungseffekte zum Ausbilden der Markierung genutzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht daher vor, dass die Markierung über einen nicht linearen optischen Effekt in dem Wert- oder
Sicherheitsdokument ausgelöst wird.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung eine relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument beweglich gelagerte Lichtleitfaser umfasst, die mit mindestens einer Antriebseinrichtung so gekoppelt ist, dass das Laserlicht über eine Bewegung einer Austrittsfläche der Lichtleitfaser in einer Positionierebene relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument lateral auf dem Wert- oder
Sicherheitsdokument positionierbar ist. Das Laserlicht der Laserlichtquelle wird somit mittels einer Lichtleitfaser geführt und eine Positionierung des Laserlichts auf dem zu markierenden Wert- oder Sicherheitsdokument erfolgt über ein Bewegen der
Austrittsfläche der Lichtleitfaser relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument.
Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil, dass das zur Markierung verwendete Laserlicht bei geeigneter Orientierung der Positionierebene relativ zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments, vorzugsweise parallel hierzu, jeweils unter demselben Winkel, vorzugsweise senkrecht, auf das Wert- und/oder
Sicherheitsdokument auftrifft und darüber hinaus eine Weglänge des zurückgelegten Lichtwegs unabhängig von der beleuchteten lateralen Position auf dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument gleich ist. Hierdurch ist es möglich, das verwendete Laserlicht stärker zu fokussieren und dennoch an allen lateralen Positionen des Wert- oder Sicherheitsdokuments eine identische Fokusausdehnung bei der Markierung zu verwenden. Probleme, die aufgrund einer leicht unterschiedlichen Einstrahlrichtung bei den Führungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, können somit vermieden werden.
Um eine hohe Auflösung bei der Markierung zu erreichen, ist eine gute Fokussierung vorteilhaft. Hierfür kann eine Fokussieroptik verwendet werden. Bevorzugt ist, eine Fokussieroptik, sofern eine solche verwendet wird, mit der jeweiligen Austrittsfläche der Lichtleitfaser zu koppeln. Dies bedeutet, dass die Fokussieroptik mittels der
Antriebseinrichtung gemeinsam mit der Austrittsfläche der Lichtleitfaser bewegt wird. Vorteil ist, dass der Lichtweg durch die Fokussieroptik jeweils derselbe ist, unabhängig von der Position auf oder in dem Wert- oder Sicherheitsdokument, die gerade markiert wird.
Es sind unterschiedliche Realisierungen möglich, um eine Fokusposition in dem Wertoder Sicherheitsdokument gezielt einzustellen.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Fokussierung mittels des Kerr-Efektes. Hierbei ändert sich die Brennweite des Materials der fokussierenden Linse aufgrund der nichtlinearen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Material der Linse. Die Brennweite der Linse ist umgekehrt proportional der Intensität der
elektromagnetischen Strahlung bei einem gau ßförmigen Strahlungsprofil.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Lichtführung mittels einer Lichtleitfaser ausgeführt wird, ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, welche in der Regel parallel zu einer Oberfläche eines planen Sicherheitsdokuments orientiert ist, eine Bewegung der Austrittsfläche der Lichtleitfaser möglich ist, um einen Lichtweg zwischen der Austrittsfläche und einer Oberfläche des Dokuments zu variieren. Hierüber kann eine Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokuments variiert werden. Eine solche Wegänderung kann beispielsweise bei einer Ausführungsform darüber erreicht werden, dass die Austrittsfläche, von der das Laserlicht geradlinig auf die Dokumentoberfläche geführt ist, zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, die parallel zur Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments gewählt ist, senkrecht zu der Positionierebene bzw. der Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments bewegbar ist.
Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Austrittsfläche beispielsweise gemeinsam mit einer Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene bewegt wird, um das austretende Laserlicht lateral auf der Oberfläche des Wert- oder
Sicherheitsdokuments zu positionieren, kann eine Änderung des Lichtwegs
beispielsweise bei einigen Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass die Austrittsfläche des Lichtwellenleiters zusätzlich relativ zu Elementen der Abbildungsund/oder Fokussieroptik, beispielsweise einen Umlenkspiegel, in der Positionierebene relativ bewegbar ist. Somit ist zum einen eine Positionierung lateral auf dem Dokument über eine Bewegung der Austrittsfläche gemeinsam mit der Abbildungs- und/oder Fokussierungsoptik möglich und zusätzlich durch eine Relativbewegung der
Austrittsfläche relativ zu der Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene eine Veränderung der Fokusposition senkrecht zur Oberfläche des Wert- oder
Sicherheitsdokuments möglich.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Fokussieroptik aus einem
piezoelektrischen Material. Durch Anlegen von Spannung kann das Material verformt und somit die Brennweite des Materials eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle in die Lichtleitfaser integriert. Hierdurch werden etwaige Koppelverluste bei der Einkopplung in die Faser reduziert. Somit ist ein kompakter und einfacher Aufbau möglich. Gegenüber
Festkörperlasern, beispielsweise Ti:Saphir-Lasern, benötigen Faserlaser-Systeme keine aufwendige Kühlung und erzielen einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad. Ferner kann über eine parametrische Abstimmung mit derselben Hardware Laserlicht
unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt werden. Dieses ist bei Faserlasern effektiv.
Um eine schnellere Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments zu ermöglichen, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung mindestens eine weitere bewegliche, vorzugsweise sogar mehrere weitere beweglich gelagerte Lichtleitfasern umfasst. Hierdurch wird es möglich, zeitgleich an mehreren Stellen oder zeitgleich mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen eine Markierung auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument anzubringen oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument einzubringen. Werden unterschiedliche Lichtwellenlängen verwendet, so kann jede Lichtleitfaser mit einer auf die entsprechende Lichtwellenlänge angepasste Fokussieroptik versehen sein. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei Pulsdauern von mehr als 10 ps noch von einer definierten Wellenlänge gesprochen werden kann. Bei Pulslängen, welche kürzer als 10 ps sind, ist die Verbreitung aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation bedeutend. So beträgt die Unschärfe bei einem Puls von 10 ps etwa 0,41 meV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) etwa 0,12 nm entspricht. Bei Pulsdauern von 10 fs beträgt die Unschärfe etwa 0,41 eV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) bedeutet, dass die Bandbreite wenigstens 125 nm beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Austrittsfläche der mindestens einen Lichtleitfaser relativ zu der mindestens einen weiteren Lichtleitfaser oder gegebenenfalls relativ zu den mehreren Austrittsflächen der mehreren Lichtleitfasern in der Positionierebene positionierbar. Besonders bevorzugt sind die mehreren
Lichtleitfasern bzw. deren Austrittsflächen in der Positionierebene individuell angetrieben und relativ zueinander positionierbar. Es versteht sich für den Fachmann, dass hierbei mechanische Restrektionen existieren, da die Lichtleitfasern einander nicht durchdringen können und somit nicht an ein und derselben Position zeitgleich anordenbar sind.
Sind mehrere Lichtleitfasern vorhanden, so kann für diese die Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokuments entlang einer Normalen zur Oberfläche des Wertoder Sicherheitsdokuments bei einer Ausführungsform individuell eingestellt werden. Hierüber können gezielt Markierungen in unterschiedlichen Ebenen bzw. Schichten, aus denen das Wert- oder Sicherheitsdokument zusammengefügt ist, eingebracht werden. Vorzugsweise ist dies gesteuert möglich.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Markierungsvorrichtung für Wert- oder
Sicherheitsdokumente;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Dokumentkörpers zum Einbringen einer farbigen Markierung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines markierten Dokumentkörpers;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Strahlprofils im Fokus;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Grundmusters; und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Markiervorrichtung 1 zum permanenten Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 dargestellt. Das Wertdokument 2 ist auf einer
Halterung 3 angeordnet. Dieser kann das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 mittels einer Transportvorrichtung 4 zugeführt und/oder von dieser abgeführt werden. Bei einigen Ausführungen ist es möglich, dass die Transportvorrichtung 4 die Halterung 3 ausbildet. Dem Fachmann sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Transportieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten bekannt. In der Regel wird die Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 durchgeführt, nachdem dieses bis auf die noch anzubringende Markierung fertiggestellt ist. Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Markierung vorzunehmen, bevor das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 vollständig fertiggestellt ist, beispielsweise bevor dieses aus einem Bogen oder einem Streifen vereinzelt ist.
Die Markiervorrichtung 1 umfasst eine Laserlichtquelle 5. Die Laserlichtquelle 5 ist ausgebildet, Laserlicht 6 zu erzeugen. Die Laserlichtquelle 5 ist eine gepulste Lichtquelle. Beispielsweise kann es sich um einen Festkörperlaser, z.B. einen Ti:Saphir-Laser, handeln. Um das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu markieren, muss das Laserlicht 6 gezielt auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2, d.h. auf dessen Oberfläche 7 oder im Innern des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2, positioniert werden. Hierfür ist eine Lichtführungsvorrichtung 8 vorgesehen. Die Lichtführungsvorrichtung 8 umfasst in der hier beschriebenen Ausführungsform eine Lichtleitfaser 9, in die das Laserlicht 6 eingekoppelt wird. Eine Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 wird in einer Positionierebene 1 1 bewegt. Die Positionierebene 1 1 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel zu der Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 ausgebildet. Um die Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewegen bzw. positionieren zu können, ist die Lichtleitfaser 9 mit einer Antriebseinrichtung 12 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 12 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform einen X-Achsenaktor 13, einen Y-Achsenaktor 14 und einen Z-Achsenaktor 15. Diese sind so miteinander verbunden und ausgerichtet, dass der X-Achsenaktor eine Bewegung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 parallel zu einer X-Achse 16, der Y-Achsenaktor 14 parallel zu einer Y-Achse 17 und der Z-Achsenaktor 15 parallel zu einer Z-Achse 18 bewirkt. Hierbei wird angemerkt, dass eine Bewegung parallel zur Z-Achse eine Veränderung der Positionierebene 1 1 bewirkt. Über die
Antriebseinrichtung 12 ist es somit möglich, eine Lage eines Fokuspunktes 19 des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' entlang einer Normalen zur Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 zu positionieren. Eine Bewegung der
Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewirkt hingegen eine laterale Ausrichtung und Positionierung des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' bzw. des hiervon gebildeten Fokuspunktes 19. Es sei angemerkt, dass andere Ausführungsformen anders ausgebildete Lichtführungseinrichtungen aufweisen und nutzen können.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 eine Abbildungs- und/oder Fokussieroptik 20 gekoppelt ist. Diese wird mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser mitbewegt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser so ausgestaltet, dass das austretende Laserlicht 6' fokussiert wird und keine oder eine ergänzende Fokussieroptik notwendig ist.
Über die an der jeweiligen Position in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebrachte Energiemenge, welche beispielsweise über eine Pulsintensität bzw. eine Anzahl von an derselben Position eingebrachten Lichtpulsen variiert werden kann, wird die Farbe der Markierung bzw. ihr hervorgerufener Farbeindruck geregelt. Über die Antriebseinrichtung 12 ist es möglich, eine Markierung vektoriell (jedoch in einzelne Pixel (Markierungspunkte) zerlegt) oder im Raster vorzunehmen.
Ein Abstand 27 der Positionierebene 1 1 von der Oberfläche 7 bzw. dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 muss bei einigen Anwendungsfällen bei der Markierung nicht variiert werden. Dann reicht eine Positioniereinrichtung 8 aus, die lediglich einen X- Achsenaktor 13 und einen Y-Achsenaktor 14 umfasst. Es versteht sich für den Fachmann, dass für die Positionierung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 in der
Positionierebene 1 1 auch ein Satz von Aktoren verwendet werden kann, die keine
Bewegungen parallel zu den Koordinatenachsen bewirken, jedoch im Zusammenwirken in der Lage sind, die Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 lateral flächig an unterschiedlichen Stellen zu positionieren.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Lichtaustrittsfläche 10 in der
Positionierebene 1 1 nicht in allen Ausführungsformen so positionierbar sein muss, dass sämtliche Stellen auf der Oberfläche des Dokuments mit dem austretenden Laserlicht 6' beleuchtet werden können. Das Laserlicht muss lediglich an jene Positionen auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument positionierbar sein, an welchen Markierungen
vorgenommen werden sollen. Ist nur ein begrenzter Bereich des Wert- oder Sicherheitsdokuments für eine Markierung vorgesehen, so reicht auch ein an diesen Bereich angepasster Positionierbereich 26, in dem die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 positionierbar ist.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Dokumentkörpers 40 eines Wertoder Sicherheitsdokuments 2 gezeigt, der zum Einbringen einer farbigen Markierung geeignet ist. Der Dokumentkörper 40 ist als Laminationskörper ausgebildet. Bei der Herstellung werden eine Trägerfolie 41 , eine schwarze Folie 42, eine blaue Folie 43, eine grüne Folie 44, eine rote Folie 45 sowie eine klare, d.h. transparente Deckfolie 46 übereinander geschichtet. Diese werden dann anschließend in einem
Laminationsverfahren unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander zu dem monolithischen Dokumentkörper 40 zusammengefügt. Vorzugsweise sind die Folien 41 - 46 alle aus demselben thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestellt, beispielsweise aus Polycarbonat oder Polyvinylchlorid. Weitere Sicherheitselemente können zwischen die Folien 41 bis 46 eingefügt sein. Zusätzlich können einzelne oder alle Folien bedruckt sein.
Die schwarze Folie 42, die blaue Folie 43, die grüne Folie 44 und die rote Folie 45 stellen jeweils einfarbige Bereiche dar, die jeweils gegenüber den anderen eine unterschiedliche Farbigkeit aufweisen. Blau, Rot, Grün stellen Grundfarben eines RGB-Farbsystems dar. Der Gamut des RGB-Farbsystems erlaubt es, vollfarbige Gegenstände darzustellen. Um schwarz auf einfache Weise darstellen zu können, ist zusätzlich eine schwarze Folie vorgesehen.
Bei einer Verwendung eines Cyan-Gelb-Magenta-(Schwarz)-Farbsystems (CYM(K)- Farbsystems) würde man beispielsweise statt der blauen Folie 43 eine cyanfarbene Folie, statt der grünen Folie 44 eine gelbe Folie und statt der roten Folie 45 eine
magentafarbene Folie verwenden.
Die Reihenfolge der Folien kann auch anders gewählt werden. Vorzugsweise sind die Folien 41 -45 opak ausgestaltet. Hierdurch wird ein dem normalen Drucksystemen vergleichbarer Farbraum aufgespannt, da immer nur die oberste Farblage sichtbar ist. Hierdurch können Standardsysteme zur Optimierung des Farbraums verwendet werden. Bei einer transparenten Ausgestaltung der Folien 41 -45 ist eine entsprechende
Anpassung der Farben notwendig, da in diesem Fall alle verbleibenden Farbschichten den Farbeindruck prägen. Hierdurch wird die Erzeugung aber auch die Verfälschung bzw. Nachstellung deutlich erschwert.
Anhand von Fig. 3 wird nun exemplarisch das Einbringen einer farbigen Markierung erläutert. Schematisch ist ein Dokumentkörper 40 ähnlich zu dem nach Fig. 2 dargestellt. Gleiche technische Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen durch die gesamte Anmeldung gekennzeichnet. Der Dokumentkörper 40 enthält statt der Deckfolie 46 über der roten Folie 45 eine Sperrfolie 47. Diese ist beispielsweise opak und weiß ausgebildet. Über der Sperrfolie 47 ist eine Schutzfolie 48 angeordnet, die nach dem farbigen
Markieren beispielsweise auflaminiert wird.
Vor dem Einbringen einer Markierung erscheint der Dokumentkörper 40 bei einer Betrachtung unter natürlichem Tageslicht (weißem Licht) weiß. Mittels kurzer oder ultrakurzer Laserlichtpulse werden Kavitäten 51 -54 in die unterschiedlichen Folien 47, 45,
44, 43 eingebracht. Eine Tiefe der Kavitäten 51 -54 legt fest, welchen Farbeindruck eine Oberfläche 7 lokal an der Stelle/Position der jeweiligen Kavität 51 -54 aufweist. Die Kavitäten 51 und 54 reichen jeweils vollständig durch die weiße Sperrfolie und bis in die rote Folie 45. Somit wird lokal ein roter Farbeindruck vermittelt. Bei der Kavität 52 ist auch die rote Folie 45 vollständig durchdrungen. Die Kavität 52 endet in der grünen Folie, so dass lokal ein grüner Farbeindruck vermittelt wird. Die Kavität 53 endet in der blauen Folie 43. Alle darüber angeordneten Folien sind vollständig durchstoßen. Es wird lokal ein blauer Farbeindruck erzeugt.
Die Tiefe der Kavität kann über eine Wahl der deponierten Energie über einen oder mehrere kurze bzw. ultrakurze Laserpulse, eine Wahl der Fokustiefe, eine Anpassung der Wellenlänge des oder der Laserpulse an die Farbe der jeweils zu entfernenden Folie 43-
45, 47 gezielt variiert werden.
Eine Querschnittsform der Kavitäten kann über eine Wahl des Strahlprofils ebenso gesteuert werden, wie eine Seitenwandform der Kavitäten. Einflussgrößen sind hierfür die Fokustiefe und die Defokussierung des Laserstrahls sowie gegebenenfalls ein im
Dokumentenmaterial vorhandener Kerr-Effekt, welcher zu einer zusätzlichen
Fokussierung oder Defokussierung des Strahls führen kann. Aufgrund der kurzen Pulsdauer und der hierbei erreichbaren hohen Lichtintensitäten können nichtlineare Wechselwirkungen ausgenutzt werden, so dass in dem
Dokumentkörper 40 keine thermischen Effekte auftreten, die zu einer Dissipation von Energie in dem Dokumentkörper führen und hierüber zu weniger exakt definierten Kavitätsquerschnittsformen. Insbesondere die Möglichkeit, Kavitäten mit nahezu senkrecht zur Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 bzw. des
Dokumentkörpers 40 orientierten Seitenwänden 55 herzustellen, gestattet es Kavitäten gezielt in geringen Abständen 56,57 in den Dokumentkörper 40 einzubringen.
Verbleibende Stege 58 zwischen den Kavitäten 52-54 sind somit von der Oberfläche 7 aus betrachte flächig klein, so dass eine hohe Punktdichte und somit Auflösung der über die Markierungen dargestellten Information möglich ist. Zusätzlich beeinträchtigen die verbleibenden Stege eine Farbintensität weniger als im Stand der Technik. Es versteht sich, dass für einen makroskopischen flächigen Farbeindruck eines Betrachters die Farbaddition bzw. Farbsubtraktion der durch die einzelnen Kavitäten 51 -54
hervorgerufenen lokalen Farbeindrücke verantwortlich sind.
Die nachträglich aufgebrachte Schutzfolie 48 schützt die Kavitäten 51 -54 während des Gebrauchs des Dokumentkörpers 40 als Wert- oder Sicherheitsdokument 2. Auch ein Einbringen von weiteren Kavitäten zum Verfälschen des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 wird zumindest erschwert, da dieses auch eine Beschädigung der Schutzfolie 48 bewirken würde.
Werden nichtlineare Wechselwirkungen ausgenutzt, so lässt sich über die Form des Strahlprofils eine Fokussierung erreichen, die kleiner als die Fokussierung des Laserlichts ist. Dieses wird unten anhand von Fig. 4 erläutert.
Die einzelnen Komponenten der Markiervorrichtung werden über eine Steuerung 22 gesteuert, so dass die Markierung automatisiert ausgeführt wird. Der Steuerung 22 werden lediglich Daten zugeführt, die das Muster für die Markierung enthalten, so dass die entsprechenden Bereiche des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 mit einer entsprechenden Laserlichtintensität bestrahlt werden, um die entsprechende Markierung in dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu bewirken.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Laserlicht 6 als gepulstes Laserlicht mit kurzen Pulsdauern von weniger als 100 ps, vorzugsweise von weniger als 10 ps erzeugt wird. Hierdurch ist eine Ausnutzung von nicht linearen optischen Effekten zum Einbringen der Markierungen auf oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument möglich.
Durch das Verwenden der Lichtleiterfaser 9 zum Führen des Laserlichts 6' auf oder in das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 kann eine Weglänge 27 zwischen der
Lichtführungsvorrichtung 8 und dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 gering gehalten werden. Diese kann im Bereich vom Kontakt bis zu wenigen cm, bevorzugt 0,2 bis 10 mm, gewählt werden. Hierdurch ist es möglich, die Strahlführung stark divergent auszubilden und scharf zu fokussieren. Sowohl quer zur Strahlrichtung
(Ausbreitungsrichtung) als auch längs der Strahlrichtung kann somit eine sehr enge Fokussierung erreicht werden.
Bei geeignet gewählter Intensität und geeignet gewähltem Strahlprofil wird eine nicht lineare Wechselwirkung nur in einem„Kernbereich" des Strahls des Laserlichts im Fokus erreicht. Hierdurch wird eine gegenüber der geometrischen Lichtfokussierung noch engere Lichtfokussierung erreicht. Hierdurch kann sowohl lateral (quer zur
Einstrahlungsrichtung des Laserlichts 6' als auch longitudinal, das heißt in
Ausbreitungsrichtung des Laserlichts 6' eine verbesserte Auflösung beim Markieren erreicht werden. Beispielsweise kann Mikroschrift mit einer Zeichengröße im Bereich von einigen Mikrometern realisiert werden.
In Fig. 4 ist ein sogenanntes Strahlprofil 61 im Fokus schematisch gezeigt. Aufgetragen ist eine Lichtintensität I gegen die Position r quer zur Ausbreitungsrichtung (z-Richtung in Fig. 1 ) dargestellt, (r wird beispielsweise parallel zur x-Achse gemäß Fig. 1 gewählt.) Angenommen wird hier, dass ein Strahlprofil 61 des Laserlichts 6' (nach Fig. 1 ) im Fokus 19 (nach Fig. 1 ) ein Gaußprofil aufweist. Da nichtlineare Wechselwirkungen von dem Quadrat I2 62 der Intensität I des Laserlichts abhängig sind, das heißt eine sogenannte I2- Abhängigkeit zeigen, findet bei geeignet gewählter Pulsintensität die nichtlineare
Wechselwirkung nur im Kernbereich 63 des Stahlprofils statt, in dem das Quadrat I2 62 der Intensität I des Strahlprofils 61 einen Schwellenwert 64 überschreitet. Hierdurch wird die Fokusausdehnung der Markierung durch eine Ausdehnung 65 des Kernbereichs 63 festgelegt und nicht durch die Ausdehnung 66 des Fokus 19 des Laserlichts 6', die der Ausdehnung des Strahlprofils 61 entspricht. Bei einer anderen Ausführungsform werden die eine unterschiedliche Farbigkeit aufweisenden Bereiche in Form von Unterbereichen in den Dokumentkörper eingebracht. Die Unterbereiche werden so angeordnet, dass diese Unterbereiche bei einer
Betrachtung einer Oberfläche des Dokumentkörpers ein vorgegebenes Muster bilden. Als vorgegebenes Muster kann beispielsweise ein Bayer-Pattern 81 verwendet werden, welches exemplarisch Ausschnittsweise in Fig. 5 dargestellt ist. Pro farbigem Bildpunkt 82 der zu markierenden Information sind hierbei jeweils vier Unterbereiche 83 vorgesehen. Ein Unterbereich 83-r ist rot und ein Unterbereich 83-b ist blau, zwei Unterbereiche 83-g1 , 83-g2 sind grün.
Die einzelnen Unterbereiche 83 sind vorzugsweise in einer Ebene des Dokumentkörpers parallel zu einer Oberfläche des Dokumentkörpers angeordnet. Beispielsweise können die Unterbereiche 83 auf eine Oberfläche aufgedruckt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Unterbereiche 83 auf unterschiedliche Oberflächen von Folien gedruckt sind, die so zusammengetragen und zusammengefügt werden oder sind, dass die einzelnen
Unterbereiche im Register angeordnet sind und das vorgegebene Muster ergeben.
Die farbige Markierung erfolgt, indem die Unterbereiche 83 mittels der kurzen oder ultrakurzen Laserlichtpulse von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps, vorzugsweise von 100 fs- 10 ps hinsichtlich ihrer Farbigkeit modifiziert werden. Die Größen und die Abstände der einzelnen Unterbereiche 83 können so gewählt werden, dass diese kleiner als die Fokusgröße der Laserlichtpulse sind. Eine gezielte Modifikation der Farbigkeit, beispielsweise über ein Abtragen der die Farbigkeit verursachenden Druckfarbe oder über ein„Zerstören" der die Farbigkeit verursachenden Pigmente in dem entsprechenden Unterbereich kann über eine Ausnutzung nichtlinearer Wechselwirkungen erzielt werden. Über eine geeignete Wahl des Strahlprofils lässt sich so eine gegenüber der optischen Fokussierung des Laserlichts verbesserte Fokussierung des Wechselwirkungsbereichs erlangen und ausnutzen.
Somit lassen sich Informationen beispielsweise in Form von Mikroschrift farbig in ein Wert- oder Sicherheitsdokument zum Individualisieren desselben markieren.
Es versteht sich für den Fachmann, dass alternativ zu einem Bayer-Pattern auch andere Muster verwendet werden, die es erlauben, über Farbaddition oder Farbsubtraktion bei geeigneter Modifikation der Unterbereiche eine Vielzahl von verschiedenen Farbeindrücken erzielen lassen.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Markiervorrichtung 1 schematisch dargestellt. Technisch gleich wirkende Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass die Lichtführungsvorrichtung 8 bei dieser Ausführungsform zwei
Lichtleitfasern 9, 9' umfasst. Diese sind entsprechend jeweils mit einer Antriebseinrichtung 8 bzw. 8' gekoppelt, die analog zu der Antriebseinrichtung 8 nach Fig. 1 ausgebildet sind. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zeitgleich oder quasi zeitgleich an mehreren Stellen markiert werden kann.
Die Laserlichtquelle 5 ist bei dieser Ausführungsform als Faserlaser 23 mit einem Seed- Laser 24 und einem Verstärkerring 25 schematisch dargestellt. Es versteht sich für den Fachmann, dass auch eine andere Laserlichtquelle zusammen mit dieser
Ausführungsform eingesetzt werden kann. Ebenso kann ein Faserlaser 23 als
Laserlichtquelle 5 in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Markiervorrichtung
2 Wert- oder Sicherheitsdokument
3 Halterung
4 Transportvorrichtung
5 Laserlichtquelle
6, 6' Laserlicht
7 Oberfläche
8, 8' Lichtführungsvorrichtung
9, 9' Lichtleitfaser
10, 10' Austrittsfläche
1 1 Positionierebene
12, 12' Antriebseinrichtung
13, 13' X-Achsenaktor
14, 14' Y-Achsenaktor
15, 15' Z-Achsenaktor
16 X-Achse
17 Y-Achse
18 Z-Achse
19 Fokuspunkt
20 Abbildungs- und/oder Fokussieroptik
22 Steuerung
23 Faserlaser
24 Seed- Laser
25 Verstärkerring
26 Positionierbereich
27 Abstand
40 Dokumentkörper
41 Trägerfolie
42 schwarze Folie
43 blaue Folie
44 grüne Folie
45 rote Folie
46 Deckfolie Sperrfolie
Schutzfolie
-54 Kavitäten
Seitenwand
,57 Abstände
Stege
Strahlprofil
Quadrat der Intensität (I2)
Kernbereich
Schwellenwert
Ausdehnung des Kernbereichs
Ausdehnung des Fokus
Bayer-Pattern
Bildpunkt (der Information)
Unterbereich
-r Unterbereich (rot)
-b Unterbereich (blau)
-g1 , 83-g2 Unterbereich (grün)

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten
(2) umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Dokumentenkörpers (40), der Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, wobei die einzelnen Bereiche jeweils einfarbig sind;
Bereitstellen einer Markierungsvorrichtung, welche mindestens eine
Laserlichtquelle (5) zum Erzeugen von Laserlicht (6) und
eine Lichtführungsvorrichtung (8, 8') umfasst, die mit der mindestens einen Laserlichtquelle (5) gekoppelt ist, so dass ein Fokus (19) des Laserlichts (6) der Laserlichtquelle (5) auf oder in dem Dokumentkörper (40) des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) gesteuert positionierbar ist;
iteratives gezieltes Positionieren des Fokus (19) auf oder in dem
Dokumentenkörper (409 und Einstrahlen des Laserlichts (6'), um gezielt lokal die Farbe eines oder mehrere der Bereiche zu verändern, so dass der
Dokumentkörper (40) anschließend einen mehrfarbigen Farbeindruck bei einer Bestrahlung mit weißem Licht für einen menschlichen Betrachter hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass
das Laserlicht (6) mittels kurzer oder ultrakurzer Laserpulse eingestrahlt wird, die eine Plusdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die farbigen
Bereiche in Form von Lagen, die einander flächig überlagern in den
Dokumentkörper (40) eingebracht sind oder beim Bereitstellen eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Dokumentkörper (40) mindestens drei Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, die jeweils eine Grundfarbe eines Farbsystems aufweisen, welches einen mehrfarbigen Gamut umfasst.
4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei
Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit miteinander in einem Muster
verschachtelter Unterbereiche bereitgestellt werden oder beim Bereitstellen angeordnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster als Bayerpattern (81 ) ausgebildet ist oder wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs über eine nicht-lineare Wechselwirkung mit dem eingestrahlten Laserlicht (6') vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung der Farbe eines Bereichs über ein Verändern der die Farbe verursachenden Farbmittel mittels der nicht-linearen Wechselwirkung vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Fokussierung des Laserlichts so vorgenommen wird, dass ein Durchmesser eines Wechselwirkungsbereichs der nicht-linearen Wechselwirkung eines Laserpuls in einer von dem menschlichen Nutzer wahrgenommenen Bildebene im Größenordnungsbereich von kleiner "Ι ΟΟμηι, bevorzugter kleiner 20μηι liegt.
9. Markierungsvorrichtung (1 ) zum farbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten (29 umfassend
mindestens eine Laserlichtquelle (5) und
eine Lichtführungsvorrichtung (8), die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass Laserlicht (6') der Laserlichtquelle (5) auf oder in dem Dokumentkörper des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) gesteuert positionierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laserlichtquelle (5) eine Kurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps erzeugt.
EP11705874.3A 2010-02-26 2011-02-25 Verfahren zum farbigen markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten Active EP2539154B9 (de)

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PL11705874T PL2539154T3 (pl) 2010-02-26 2011-02-25 Sposób barwnego znakowania dokumentów wartościowych lub zabezpieczonych

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PCT/EP2011/052802 WO2011104331A1 (de) 2010-02-26 2011-02-25 Markierungsvorrichtung und verfahren zum farbigen markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten

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EP2539154A1 true EP2539154A1 (de) 2013-01-02
EP2539154B1 EP2539154B1 (de) 2014-08-06
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