EP3254862B1 - Verfahren zur identifikation für produkte - Google Patents

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EP3254862B1
EP3254862B1 EP17174013.7A EP17174013A EP3254862B1 EP 3254862 B1 EP3254862 B1 EP 3254862B1 EP 17174013 A EP17174013 A EP 17174013A EP 3254862 B1 EP3254862 B1 EP 3254862B1
Authority
EP
European Patent Office
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pixels
electromagnetic radiation
diffraction
radiation
labelling element
Prior art date
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Active
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EP17174013.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3254862B3 (de
EP3254862A1 (de
Inventor
Andrés Fabián LASAGNI
Tim Kunze
Florian Rössler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Dresden
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Publication date
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Publication of EP3254862A1 publication Critical patent/EP3254862A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3254862B1 publication Critical patent/EP3254862B1/de
Publication of EP3254862B3 publication Critical patent/EP3254862B3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms

Definitions

  • the invention relates to a method for the identification of products.
  • markings are a suitable way. Such markings should be attached directly to the product, preferably as safe as possible, non-removable and non-destructible or be trained.
  • highly complex security elements such as identity charts, kinegrams, computer generated holograms or nanograms are used.
  • holograms are generated by means of micro and nanostructures which can generate defined wavefronts and thus provide a complex diffraction pattern as a security feature.
  • the production of micro- and nanostructures is usually possible only with complex, expensive and complicated methods, such as electron beam lithography. In general, elaborate algorithms such as the iterative Fourier transform algorithm are used.
  • complex, diffractive security elements can be used by means of selective surface structuring, which can be realized both directly and indirectly.
  • the cost of producing the complex, diffractive security elements is significantly lower in comparison to existing computer-generated holograms from a financial as well as a temporal point of view.
  • a visual examination of diffractive security elements is usually carried out by irradiation with monochromatic, electromagnetic radiation.
  • the document DE 10 2013 105 246 A1 discloses a method according to the preamble of claim 1. It is therefore an object of the invention to provide opportunities for the detection and identification of products and their origin with sufficient security, and this should be achievable with little effort and cost.
  • a plurality of pixels each having a periodic lattice structure, in particular a linear lattice structure, are formed on a surface.
  • grating structures each having a structure period ⁇ and an alignment of the line-shaped parallel aligned structural elements with an angle ⁇ with respect to a reference axis are formed so that upon irradiation of the pixels forming the marking element with electromagnetic radiation on a detector array or a surface of the marking element is formed by imaging at least one order of the electromagnetic radiation diffracted by pixels. The image can then be used to identify the respective identification element.
  • the respective choice of the structure period ⁇ and / or the choice of the angle ⁇ allows the position of the electromagnetic radiation diffracted by the respective pixel and transmitted or reflected to be influenced in at least one diffraction order.
  • suitable choice of at least one of these two parameters it is possible to select the structuring of the individual pixels of a marking element such that the pattern of the pixels formed on the surface of a product does not correspond to the two-dimensional structure or the construction of the marking element. It can therefore not be recognized as the respective identification element in a direct view. Only after the diffraction of the electromagnetic radiation at the lattice-shaped structure can the actual image of the marking element with the images of diffraction orders of the pixels be recognized as such.
  • irradiation monochromatic radiation which is preferably emitted by a laser diode on the pixel-structured surface.
  • the image can be seen in products of optically transparent materials in the radiation direction behind the product but also with the Surface of reflected diffracted at the structural elements electromagnetic radiation take place.
  • pixels which additionally each have a different structural depth of the line-shaped structural elements.
  • images can be achieved which are defined locally and have correspondingly different structural intensities assigned to the correspondingly formed structural elements, which can bring about a further possibility for differentiating usable identification elements and an increase in the security against counterfeiting.
  • the pixels of an identification element can and should be designed such that the identification element as such on the surface of the product can not be recognized without optical aids.
  • the pixels should not be easily recognizable. It should therefore be visually imperceptible without the use of magnifying optical elements, in particular of optical lenses.
  • the pixels may be circular or polygonal. They can be arranged, for example, in a row and column arrangement in which different numbers of pixels can also be formed in individual rows and columns.
  • the individually structured pixels should each occupy a maximum area of 1 mm 2 .
  • the structured total area (ie the sum of all individual pixels) can be any size.
  • the pixels should have a structure period ⁇ in the range 0.01 ⁇ m-50 ⁇ m and / or structure depths in the range 0.001 ⁇ m-10 ⁇ m.
  • At least one radiation source, a detector array and / or a display for displaying the image of the pixels form a unit with the respective diffraction order.
  • a radiation source can be arranged on a surface, with which electromagnetic radiation is directed onto the surface provided with lattice-shaped structures. From there reflected and diffracted electromagnetic radiation can then impinge on a arranged on the same side detector array and there are spatially resolved converted into electrical signals.
  • an optical display element may be present, with which the detected electrical signals allow an image of an identification element, which can be recognized by a user and compared with a default.
  • a pattern recognition can additionally be integrated with which a check for authenticity can be achieved electronically. The test result can then be displayed visually or acoustically.
  • wavelength-optimized, structured regions of an identification element can direct electromagnetic radiation to wavelength-optimized, structured regions of an identification element, so that in combination wavelength-selective security features can be evaluated and taken into account during a check.
  • the formation of the surface structuring of the individual pixels formed in the form of an optical grating can advantageously be effected in a simple, cost-effective and flexible manner by means of direct laser interference structuring (DLIP) known per se. But it is also an education by a known embossing process in the surface of suitable product materials possible. In this case, embossing tools, which are produced, for example, by a replication of structural elements formed with DLIP, can be used.
  • DLIP direct laser interference structuring
  • complex security features can be made available as an identification element because of the achievable complex diffraction patterns.
  • a check, for example, on the authenticity of a product can be carried out with very simple optical means almost anywhere. Mobile devices can be used for this.
  • an identification element can take place directly on a surface of a product but also on an element which can be connected to the respective product.
  • the pixel forming the marking element in at least one surface of a material which is covered by at least one other material or is formed within an interface between the materials.
  • the other material should have a lower absorbency, in particular at least 50% lower absorption capacity for the laser radiation used to form the pixels, than the material covered with the other material. Most preferably, the other material should not absorb the wavelength of the laser radiation used.
  • the optical refractive index can be locally defined in the area of the surface of the material covered by another material and / or in the interface region of the two different materials. There is also a sublimation, so transfer of particular polymeric material achievable in the polymeric material is at least partially transferred to the gas phase. Gas can then remain between the two materials and achieve the desired effect. It is also possible to achieve a melting or melting locally defined.
  • suitable focusing of the partial beams used on the surface of the material which is covered by another material or an interface which is formed by the one and another material can be selected in the corresponding plane in order to be able to form very fine filigree structures of an identification element.
  • the at least one other material should be a polymer, in particular a polymer film.
  • the materials should be materially bonded, preferably connected to an organic binder.
  • a part may be formed of a material which is covered on two opposing surfaces of a different material.
  • the other materials can be the same but also different.
  • Suitable polymeric materials are pairings of different polymers.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene
  • PI polyimide
  • PMMA and PMMA and polyetheretherketone (PEEK) PET and PI as well as PP and PI at a wavelength of 355 nm are processed accordingly.
  • the first-mentioned polymer the other material that covers a material.
  • FIG. 1 An example of a marker element 2 with nine pixels 1.1 to 1.9 is shown in a plan view and a side view.
  • the pixels 1.1 to 1.9 were each formed as a structured, circular surface, each having a linear grid structure by means of DLIP. From the plan view it can be seen that the alignment of the grating structures has been chosen at different angles / orientations.
  • Above the in FIG. 1 shown top view is a corresponding shown structured surface of a product.
  • monochromatic electromagnetic radiation 3 is directed by a laser diode as the radiation source 5.
  • the electromagnetic radiation which is refracted and reflected at the structured surface of the pixels 1.1 to 1.9 forming the marking element 2 impinges on a detector array 4 with which the intensities are detected spatially resolved. How to get the upper representation of FIG. 1 Figures 6 can be detected in several diffraction orders so. For a check but it may be sufficient only a diffraction order, preferably to consider the 1st order.
  • FIG. 1 With the right representation of FIG. 1 becomes clear how the Figure 6 the pixel 1.1 to 1.9 may look at the detector array 4.
  • an image of the pixels 1.1 to 1.9 is given by the respective selection of the structure period ⁇ and the angle ⁇ for the alignment of the linear lattice structure of the individual pixels, and at least one Figure 6 of the entire identification element 2 in 1st diffraction order are used for a test for authenticity.
  • two figures 6 of the first diffraction order of the marking element are shown.
  • the illustration (s) 6 correspond to the respective predetermined Kenraceselement 2.
  • the irradiation with electromagnetic radiation 3 can be done at different angles. Depending on the selected angle, only the position of the entire changes Figure 6 ,
  • the structure period ⁇ 1 was greater than the structure period ⁇ 2 .
  • the distance of the image of a pixel 1 after the refraction at the grating structure from a zero point of a Cartesian coordinate system thus changes depending on the respective structure period ⁇ in an axial direction.
  • the angle ⁇ with the line-shaped one Lattice structure has been aligned with respect to an axis of a coordinate system, has an influence on the position of the image of a pixel 1 after the diffraction of electromagnetic radiation at the line-shaped lattice structure.
  • the angle ⁇ 1 has a value of 90 ° with respect to an x-axis of a coordinate system and the angle ⁇ 2 has a value of 135 ° with respect to the x-axis of a coordinate system.
  • the images of the diffraction orders of a pixel 1 with the structure period ⁇ 1 and an angle ⁇ 2 are not arranged on an axis on which the corresponding images of diffraction orders with structure periods ⁇ 1 and ⁇ 2 and the angle ⁇ 1 lie. It is thus possible to influence the respective positions of images of pixels after the optical diffraction by suitably selecting the structure period ⁇ and / or the angle ⁇ of the individual pixels 1.
  • FIG. 3 is shown a coordinate system in which a Figure 6 the 1st diffraction order of 10 pixels led to a T-shaped marking element 2.
  • Different values for the structure period ⁇ and angle ⁇ have been selected on the individual images of pixels, so that each pixel after the diffraction at the desired position is mapped corresponding to the respective identification element and in this example the identification element 2 takes the form of a "T " Has.
  • the respective choice of the structure period ⁇ and the angle ⁇ of the respective line-shaped lattice structure also differently shaped identification elements 2 are provided.
  • the structure period ⁇ in the range 1.2 ⁇ m to 1.6 ⁇ m, the angle ⁇ in the range 24 ° to 52 ° can be varied in each case for individual pixels.
  • the structure depth of linear lattice structures can be kept constant in the range of 0.001 ⁇ m to 10 ⁇ m and also in the case of all pixels which are associated with an identification element 2
  • FIG. 4 on the left an arrangement is shown in which a material M2 of another material M1 is covered.
  • the right-hand illustration shows an arrangement in which one material M2 is covered by another material M1 on two opposite surfaces. It may also be a material on two opposite surfaces covered by other materials and thereby the other materials are different.
  • the materials M1 and M2 are arranged directly one above the other without a gap. But it is also an arrangement with a distance from each other possible.
  • the materials can be fixed on the outside with a frame.
  • FIG. 5 The diagram shows the differences in the wavelength-dependent transparency for electromagnetic radiation for different materials M1 and M2.
  • a wavelength which is indicated by the dashed line can be used to form an identification element in a material M2.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate how structural elements in the surface of a material M2 by DLIP with individual pixels 1.1 to 1.3 can be formed by simultaneously multiple sub-beams 9 and 9 'locally defined on the surface of a material M2 can be directed by a covering this other material M1.
  • the material M1 absorbs the electromagnetic laser radiation at the selected wavelength ⁇ to at least 80%, preferably almost 100%, whereas the other material M1 does not absorb the electromagnetic radiation having the corresponding wavelength, or at most 40%.
  • FIGS. 7a and 7b It is shown how pixels 1.1 to 1.6 have been formed to form an identification element on two oppositely disposed surfaces of a material M2. In this case, they form a nearly identical pattern since they have been mirrored to the center axis of the material M2. But it is also an offset arrangement of pixels 1.1 to 1.3, 1.4 to 1.6 and 1.7 to 1.9 possible. This is with the representations in FIG. 9 (Left symmetrically on a surface of a material M2 and offset from one another on the right in rows on a surface or on top of each other on two surfaces of a material M2) indicated.
  • FIG. 8 It can be seen that individual pixels 1.1 to 1.3 structural elements 10 with a lateral dimensioning D in an axial direction with 2 microns to 20 mm with a distance A to each other from 0 nm to 20,000 microns, preferably from 100 nm to 50 microns can be made useful. Individual pixels can be designed with a dimensioning ⁇ in the range of 100 nm to 50 ⁇ m.

Landscapes

  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation von Produkte.
  • Nahezu alle Produkte insbesondere Produkte bekannter Marken können heutzutage mit entsprechendem Aufwand kopiert und als Plagiat an den Markt gebracht werden, wodurch erhebliche finanzielle Verluste hervor gerufen werden. Bei solchen Verletzungen entsteht für die Ermittlung und den Nachweis ein erheblicher Aufwand für den ursprünglichen Schöpfer und Hersteller.
    Für einen möglichen Nachweis der Identität bzw. der Herkunft von Produkten sind entsprechende Kennzeichnungen ein geeigneter Weg. Solche Kennzeichnungen sollen unmittelbar am Produkt, möglichst nachahmungssicher, nicht ablösbar und nicht zerstörbar angebracht oder daran ausgebildet sein.
    Üblicherweise werden bisher Hologrammetiketten, Tracertechnologien auf RFID-Basis oder generative Methoden, wie z.B. der Einsatz fluoreszierender Nanopartikel genutzt. Vor allem auf etablierten Hologrammetiketten kommen hochkomplexe Sicherheitselemente, wie z.B. Identigramme, Kinegramme, Computer generierte Hologramme oder Nanogramme zum Einsatz. Damit sind visuelle, sensorische oder mikrokoskopische Möglichkeiten für eine Identifikation gegeben.
    Üblicherweise werden Computer generierte Hologramme mit Hilfe von Mikro- und Nanostrukturen erzeugt, die definierte Wellenfronten erzeugen und somit ein komplexes Beugungsbild als Sicherheitsmerkmal bereitstellen können. Die Herstellung der Mikro- und Nanostrukturen ist üblicherweise nur mit aufwändigen, kostenintensiven und komplizierten Methoden, wie der Elektronenstrahllithografie möglich. Im Allgemeinen kommen aufwändige Algorithmen, wie der iterative Fourier-Transformationsalgorithmus zum Einsatz.
    Als Alternative zu Computer generierten Hologrammen können komplexe, diffraktive Sicherheitselemente (sogenannte Pixogramme) mittels selektiver Oberflächenstrukturierung genutzt werden, die sich sowohl direkt als auch indirekt realisieren lassen. Der Aufwand für die Herstellung der komplexen, diffraktiven Sicherheitselemente ist im Vergleich zu bestehenden mittels Computer generierten Hologrammen sowohl aus finanzieller als auch zeitlicher Sicht deutlich geringer.
    Eine visuelle Prüfung diffraktiver Sicherheitselemente (Pixogramme) erfolgt üblicherweise durch Bestrahlung mit monochromatischer, elektromagnetischer Strahlung.
  • Das Dokument DE 10 2013 105 246 A1 (D1) offenbart ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Erkennung und Identifizierung von Produkten und deren Herkunft mit ausreichender Sicherheit anzugeben, wobei dies mit geringem Aufwand und Kosten erreichbar sein soll.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
  • Bei dem Kennzeichnungselement für Produkte sind auf einer Oberfläche mehrere Pixel mit jeweils einer periodischen Gitterstruktur, insbesondere einer linienförmigen Gitterstruktur, ausgebildet. In einzelnen Pixeln sind Gitterstrukturen mit jeweils einer Strukturperiode Λ und einer Ausrichtung der linienförmigen parallel zueinander ausgerichteten Strukturelemente mit einem Winkel ϕ in Bezug zu einer Bezugsachse so ausgebildet, dass bei Bestrahlung der das Kennzeichnungselement bildenden Pixel mit elektromagnetischer Strahlung auf einem Detektorarray oder einer Fläche eine Abbildung des Kennzeichnungselements durch Abbildungen mindestens einer Ordnung der von Pixeln gebeugten elektromagnetischen Strahlung erfolgt. Die Abbildung kann dann zur Identifikation des jeweiligen Kennzeichnungselements genutzt werden.
    Durch die jeweilige Wahl der Strukturperiode Λ und/oder der Wahl des Winkels ϕ lässt sich die Position der vom jeweiligen Pixel gebeugten und transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung in mindestens einer Beugungsordnung definiert beeinflussen. Durch geeignete Wahl zumindest eines dieser beiden Parameter kann man die Strukturierung der einzelnen Pixel eines Kennzeichnungselements so wählen, dass das Muster der auf der Oberfläche eines Produktes ausgebildeten Pixel nicht der zweidimensionalen Struktur oder dem Aufbau des Kennzeichnungselements entspricht. Es kann also bei einer direkten Betrachtung nicht als das jeweilige Kennzeichnungselement erkannt werden. Erst nach der Beugung der elektromagnetischen Strahlung an der gitterförmigen Struktur kann das eigentliche Abbild des Kennzeichnungselements mit den Abbildungen von Beugungsordnungen der Pixel als solches erkannt werden.
    Für die Bestrahlung sollte monochromatische Strahlung eingesetzt werden, die bevorzugt von einer Laserdiode auf die mit Pixeln strukturierte Oberfläche emittiert wird. Die Abbildung kann bei Produkten aus optisch transparenten Werkstoffen in Strahlungsrichtung hinter dem Produkt aber auch mit von der Oberfläche reflektierter an den Strukturelementen gebeugter elektromagnetischer Strahlung erfolgen.
  • Es können auch Pixel vorhanden sein, die zusätzlich jeweils eine unterschiedliche Strukturtiefe der linienförmigen Strukturelemente aufweisen. Dadurch können Abbildungen erreicht werden, die lokal definiert und den entsprechend ausgebildeten Strukturelementen zugeordnet unterschiedliche Intensitäten aufweisen, was eine weitere Möglichkeit zur Differenzierung von nutzbaren Kennzeichnungselementen und eine Erhöhung der Fälschungssicherheit bewirken kann.
  • Die Pixel eines Kennzeichnungselements können und sollten so ausgebildet sein, dass das Kennzeichnungselement als solches an der Oberfläche des Produkts nicht ohne optische Hilfsmittel erkennbar ist. Dabei sollen insbesondere die Pixel nicht ohne Weiteres erkennbar sein. Es sollte also ohne den Einsatz vergrößernder optischer Elemente, insbesondere von optischen Linsen visuell nicht wahrnehmbar sein.
  • Die Pixel können kreisförmig oder mehreckig ausgebildet sein. Sie können beispielsweise in einer Reihen- und Spaltenanordnung, bei denen in einzelnen Reihen und Spalten auch unterschiedlich große Anzahlen an Pixeln ausgebildet sein können, angeordnet werden.
  • Die einzeln strukturierten Pixel sollten jeweils eine Fläche von maximal 1 mm2 einnehmen. Der strukturierte Gesamtbereich (d.h. die Summe aller Einzelpixel) kann beliebig groß sein.
  • Die Pixel sollten eine Strukturperiode Λ im Bereich 0,01 µm - 50 µm und/oder Strukturtiefen im Bereich 0,001 µm - 10 µm aufweisen.
  • Bei der Bewertung, Prüfung von Abbildungen gebeugter elektromagnetischer Strahlung sollte mindestens elektromagnetische Strahlung einer Beugungsordnung, bevorzugt der 1. Ordnung genutzt werden. Eine Kombination verschiedener Beugungsordnungen ist aber ebenfalls möglich.
  • Vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Strahlungsquelle, ein Detektorarray und/oder ein Display zur Anzeige der Abbildung der Pixel mit der jeweiligen Beugungsordnung eine Einheit bilden. Dadurch kann ein einzelnes kompaktes Gerät geschaffen werden, mit dem eine Überprüfung der Identität eines Kennzeichnungselementes mit einer Vorgabe auf einfache und zeitsparende Art und Weise möglich ist. Dabei kann an einer Oberfläche eine Strahlungsquelle angeordnet sein, mit der elektromagnetische Strahlung auf den mit gitterförmigen Strukturen ausgebildeten Pixeln versehene Oberfläche gerichtet werden. Von dort reflektierte und gebeugte elektromagnetische Strahlung kann dann auf ein auf derselben Seite angeordnetes Detektorarray auftreffen und dort ortsaufgelöst in elektrische Signale gewandelt werden.
  • Auf der rückwärtigen Oberfläche kann ein optisches Anzeigeelement vorhanden sein, mit dem die detektierten elektrischen Signale eine Abbildung eines Kennzeichnungselementes ermöglichen, die von einem Nutzer erkannt und mit einer Vorgabe verglichen werden können. Für eine Automatisierung kann zusätzlich eine Mustererkennung integriert sein, mit der eine Überprüfung auf Echtheit elektronisch erreichbar ist. Das Prüfergebnis kann dann visuell oder auch akustisch angezeigt werden.
  • Es können auch mehrere Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlänge zur Überprüfung eingesetzt werden. Diese können elektromagnetische Strahlung auf wellenlängenoptimierte, strukturierte Bereiche eines Kennzeichnungselements richten, so dass in Kombination wellenlängenselektive Sicherheitsmerkmale ausgewertet und bei einer Überprüfung berücksichtigt werden können.
  • Die Ausbildung der in Form eines optischen Gitters ausgebildeten Oberflächenstrukturierungen der einzelnen Pixel kann vorteilhaft mittels an sich bekannter direkter Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) in einfacher kostengünstiger und flexibler Weise erfolgen. Es ist aber auch eine Ausbildung durch ein bekanntes Prägeverfahren in die Oberfläche dafür geeigneter Produktwerkstoffe möglich. Dabei können Prägewerkzeuge, die beispielsweise durch eine Replikation von mit DLIP ausgebildeten Strukturelementen hergestellt werden, eingesetzt werden.
  • Mit der Erfindung können komplexe Sicherheitsmerkmale wegen der erreichbaren komplexen Beugungsmuster als Kennzeichnungselement zur Verfügung gestellt werden. Eine Überprüfung beispielsweise auf Echtheit eines Produktes kann mit sehr einfachen optischen Mitteln nahezu an jedem Ort durchgeführt werden. Es können mobile Geräte dafür eingesetzt werden.
  • Die Ausbildung eines Kennzeichnungselementes kann unmittelbar auf eine Oberfläche eines Produktes aber auch auf einem Element, das mit dem jeweiligen Produkt verbindbar ist, erfolgen.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, die das Kennzeichnungselement bildenden Pixel in mindestens einer Oberfläche eines Werkstoffs, der von mindestens einem anderen Werkstoff überdeckt ist oder innerhalb einer Grenzfläche zwischen den Werkstoffen ausgebildet ist, auszubilden. Der andere Werkstoff soll ein kleineres Absorptionsvermögen, insbesondere ein um mindestens 50 % kleineres Absorptionsvermögen für die zur Ausbildung der Pixel eingesetzte Laserstrahlung aufweisen, als der mit dem anderen Werkstoff überdeckte Werkstoff. Ganz besonders bevorzugt sollte der andere Werkstoff die eingesetzte Wellenlänge der Laserstrahlung nicht absorbieren. Durch Auswahl geeigneter Werkstoffpaarungen und einer Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung kann der optische Brechungsindex lokal definiert im Bereich der Oberfläche des von einem anderen Werkstoff überdeckten Werkstoffs und/oder im Grenzflächenbereich der beiden unterschiedlichen Werkstoffe verändert werden. Es ist dort auch eine Sublimation, also Überführung von insbesondere polymerem Werkstoff erreichbar, bei der polymerer Werkstoff zumindest teilweise in die Gasphase überführt wird. Gas kann dann zwischen den beiden Werkstoffen verbleiben und den gewünschten Effekt erreichen. Es kann auch ein an- oder umschmelzen lokal definiert erreicht werden.
  • Insbesondere bei einer Pixelausbildung eines Kennzeichnungselementes mittels direkter Laserstrahlinterferenznutzung kann eine geeignete Fokussierung der eingesetzten Teilstrahlen auf die Oberfläche des Werkstoffs, der von einem anderen Werkstoff überdeckt ist, oder eine Grenzfläche die von dem einen und einem anderen Werkstoff gebildet ist, in die entsprechende Ebene gewählt werden, um sehr feine filigrane Strukturen eines Kennzeichnungselmentes ausbilden zu können.
  • Der mindestens eine andere Werkstoff sollte ein Polymer, insbesondere eine Polymerfolie sein. Die Werkstoffe sollten stoffschlüssig, bevorzugt mit einem organischen Binder verbunden sein.
  • Demzufolge kann ein Teil aus einem Werkstoff gebildet sein, das an zwei gegenüberliegend angeordneten Oberflächen von jeweils einem anderen Werkstoff überdeckt ist. Die anderen Werkstoffe können gleich aber auch unterschiedlich sein.
  • Als polymere Werkstoffe kommen Paarungen unterschiedlicher Polymere infrage. So können Polymethylmethacrylat (PMMA) mit dem anderen Werkstoff Polycarbonat (PC),PMMA mit Polypropylen (PP) sowie PMMA mit Polyethylen (PET) bei einer Wellenlänge der Laserstrahlung von 266 nm oder 263 nm, PMMA und Polyimid (PI) sowie PMMA und Polyetheretherketon (PEEK) PET und PI sowie PP und PI bei einer Wellenlänge von 355 nm entsprechend bearbeitet werden. Dabei ist das jeweils erstgenannte Polymer, der andere Werkstoff, der einen Werkstoff überdeckt.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    in schematischer Form ein mit Pixeln ausgebildetes Beispiel eines Kennzeichnungselementes und einen Aufbau zur Überprüfung der Identität des Kennzeichnungselements;
    Figuren 2a-c
    in schematischer Form den Einfluss unterschiedlicher Strukturperioden Λ und Winkel ϕ der Strukturorientierung auf eine Position der an einem Pixel gebeugten Abbildung des jeweiligen Pixels;
    Figur 3
    die Abbildung von 10 Pixeln, die ein T-förmiges Kennzeichnungselement bilden, in der ersten Beugungsordnung;
    Figur4
    Beispiele bei denen ein Werkstoff an einer oder an beiden gegenüberliegend angeordneten Oberflächen von einem anderen Werkstoff überdeckt ist;
    Figur 5
    ein Diagramm, das die optische Transparenz und daher umgekehrt das Absorptionsverhalten in Abhängigkeit der jeweiligen Wellenlänge für einen Werkstoff M1 und einen anderen Werkstoff M2 wieder gibt;
    Figur 6a + b
    eine schematische Darstellung wie zwei Teilstrahlen zur Ausbildung von Pixeln eines Kennzeichnungselmentes auf die Oberfläche eines Werkstoffs M1 durch einen anderen Werkstoff M2 gerichtet sind;
    Figur 7a + b
    in schematischer Form eine Ausbildung von Strukturelementen an zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Werkstoffs, der an beiden gegenüberliegend angeordneten Oberflächen von einem anderen Werkstoff überdeckt ist;
    Figur 8
    in schematischer Darstellung mittels direktes Laserinterferenzstrukturieren (DLIP) ausbildbarer Strukturelemente für ein Kennzeichnungselement mit geeigneter Dimensionierung und
    Figur 9
    in schematischer Darstellung Möglichkeiten für eine Anordnung einzelner Strukturelemente mit Pixeln, die mittels DLIP für eine Ausbildung eines Kenzeichnungselements genutzt werden können.
  • In Figur 1 ist ein Beispiel eines Kennzeichnungselementes 2 mit neun Pixeln 1.1 bis 1.9 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht gezeigt. Die Pixel 1.1 bis 1.9 wurden jeweils als strukturierte, kreisförmige Oberfläche mit jeweils einer linienförmigen Gitterstruktur mittels DLIP ausgebildet. Aus der Draufsicht geht hervor, dass die Ausrichtung der Gitterstrukturen in verschiedenen Winkeln/Orientierungen gewählt worden ist.
    Oberhalb der in Figur 1 gezeigten Draufsicht ist eine entsprechend strukturierte Oberfläche eines Produktes gezeigt. Auf diese strukturierte Oberfläche wird monochromatische elektromagnetische Strahlung 3 von einer Laserdiode als Strahlungsquelle 5 gerichtet. Die an der strukturierten Oberfläche der das Kennzeichnungselement 2 bildenden Pixel 1.1 bis 1.9 gebrochenen und reflektierte elektromagnetische Strahlung trifft auf ein Detektorarray 4 auf, mit dem die Intensitäten ortsaufgelöst erfasst werden. Wie man der oberen Darstellung von Figur 1 entnehmen kann, können Abbildungen 6 in mehreren Beugungsordnungen so detektiert werden. Für eine Überprüfung kann es aber ausreichen lediglich eine Beugungsordnung, bevorzugt die 1. Ordnung zu berücksichtigen.
  • Mit der rechten Darstellung von Figur 1 wird deutlich, wie die Abbildung 6 der Pixel 1.1 bis 1.9 am Detektorarray 4 aussehen kann. Dabei erfolgt nach Reflexion und Brechung eine Abbildung der Pixel 1.1 bis 1.9 durch die jeweilige Auswahl der Strukturperiode Λ und dem Winkel ϕ für die Ausrichtung der linienförmigen Gitterstruktur der einzelnen Pixel und es kann mindestens eine Abbildung 6 des gesamten Kennzeichnungselements 2 in 1. Beugungsordnung für eine Prüfung auf Echtheit herangezogen werden. In dieser Darstellung sind zwei Abbildungen 6 der jeweils 1. Beugungsordnung des Kennzeichnungselements dargestellt.
  • Die Abbildung(en) 6 entsprechen dem jeweils vorgegebenen Kenzeichnungselement 2. Die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung 3 kann in verschiedenen Winkeln erfolgen. Je nach gewähltem Winkel verändert sich lediglich die Position der gesamten Abbildung 6.
  • Mit den aus den Figuren 2a und 2b entnehmbaren Darstellungen wird verdeutlicht welchen Einfluss eine veränderte Strukturperiode Λ auf eine Position einer Abbildung einer Ordnung hat. So war die Strukturperiode Λ1 größer als die Strukturperiode Λ2. Der Abstand der Abbildung eines Pixels 1 nach der Brechung an der Gitterstruktur von einem Nullpunkt eines kartesischen Koordinatensystems verändert sich also in Abhängigkeit der jeweiligen Strukturperiode Λ in einer Achsrichtung.
  • Mit Figur 2c wird deutlich, dass auch der Winkel ϕ mit dem die linienförmige Gitterstruktur in Bezug zu einer Achse eines Koordinatensystems ausgerichtet ausgebildet worden ist, einen Einfluss auf die Position der Abbildung eines Pixels 1 nach der Beugung elektromagnetischer Strahlung an der linienförmigen Gitterstruktur hat. In den Darstellung nach Figur 2a bis 2c hat der Winkel ϕ1 einen Wert von 90 ° in Bezug zu einer x-Achse eines Koordinatensystems und der Winkel ϕ2 einen Wert von 135° in Bezug zur x-Achse eines Koordinatensystems. Daraus ergibt sich, dass die Abbildungen der Beugungsordnungen eines Pixels 1 mit der Strukturperiode Λ1 und einem Winkel ϕ2 nicht auf einer Achse angeordnet sind, auf der die entsprechenden Abbildungen von Beugungsordnungen mit Strukturperioden Λ1 und Λ2 und dem Winkel ϕ1 liegen. Es kann also eine Beeinflussung der jeweiligen Positionen von Abbildungen von Pixeln nach der optischen Beugung durch geeignete Wahl der Strukturperiode Λ und/oder des Winkels ϕ der einzelnen Pixel 1 genommen werden.
  • In Figur 3 ist ein Koordinatensystem gezeigt, bei dem eine Abbildung 6 der 1. Beugungsordnung von 10 Pixeln zu einem T-Förmigen Kennzeichnungselement 2 führte. An den einzelnen Abbildungen von Pixeln sind jeweils unterschiedliche Werte für die Strukturperiode Λ und Winkel ϕ gewählt worden, so dass jedes Pixel nach der Beugung an der gewünschten Position dem jeweiligen Kennzeichnungselement entsprechend zugeordnet abgebildet wird und bei diesem Beispiel das Kennzeichnungselement 2 die Form eines "T" hat. Selbstverständlich können durch Variation der Anzahl an Pixeln deren Anordnung auf einer Oberfläche, der jeweiligen Wahl der Strukturperiode Λ und des Winkels ϕ der jeweiligen linienförmigen Gitterstruktur auch unterschiedlichst gestaltete Kennzeichnungselemente 2 zu Verfügung gestellt werden.
  • So kann bei dem gezeigten Beispiel die Strukturperiode Λ im Bereich 1,2 µm bis 1,6 µm, der Winkel ϕ im Bereich 24 ° bis 52° jeweils für einzelne Pixel variiert werden. Die Strukturtiefe von linienförmigen Gitterstrukturen kann im Bereich 0,001 µm bis 10 µm und dabei auch bei allen Pixeln, die einem Kennzeichnungselement 2 zugeordnet sind, konstant gehalten werden
  • In Figur 4 ist links eine Anordnung gezeigt, bei der ein Werkstoff M2 von einem anderen Werkstoff M1 überdeckt ist. Die rechte Darstellung zeigt eine Anordnung bei der ein Werkstoff M2 von einem anderen Werkstoff M1 an zwei gegenüberliegenden Oberflächen überdeckt ist. Es kann auch ein Werkstoff an zwei gegenüberliegenden Oberflächen von anderen Werkstoffen überdeckt sein und dabei die anderen Werkstoffe unterschiedlich sind. In Figur 4 sind die Werkstoffe M1 und M2 direkt übereinander spaltfrei angeordnet. Es ist aber auch eine Anordnung mit einem Abstand zueinander möglich. Dabei können die Werkstoffe an Außenseiten mit einem Rahmen fixiert sein.
  • Das in Figur 5 gezeigte Diagramm gibt die Unterschiede der wellenlängenabhängigen Transparenz für elektromagnetische Strahlung für unterschiedliche Werkstoffe M1 und M2 wieder. Bevorzugt kann also eine Wellenlänge, die mit der gestrichelten Linie kenntlich gemacht ist, zur Ausbildung eines Kennzeichnungselements in einem Werkstoff M2 genutzt werden.
  • Die Figuren 6a und 6b verdeutlichen, wie Strukturelemente in der Oberfläche eines Werkstoffs M2 mittels DLIP mit einzelnen Pixeln 1.1 bis 1.3 ausgebildet werden können, indem gleichzeitig mehrere Teilstrahlen 9 und 9' lokal definiert auf die Oberfläche eines Werkstoffs M2 durch einen diesen überdeckenden anderen Werkstoff M1 gerichtet werden können. Dabei absorbiert der Werkstoff M1 die elektromagnetische Laserstrahlung bei der gewählten Wellenlänge λ zu mindestens 80 %, bevorzugt nahezu 100 %, wohingegen der andere Werkstoff M1 die elektromagnetische Strahlung mit der entsprechenden Wellenlänge gar nicht oder zu maximal 40 % absorbiert.
  • In Figuren 7a und 7b ist gezeigt, wie Pixel 1.1 bis 1.6 zur Ausbildung eines Kennzeichnungselements an zwei gegenüberliegend angeordneten Oberflächen eines Werkstoffs M2 ausgebildet worden sind. In diesem Fall bilden sie ein nahezu identisches Muster, da sie gespiegelt zur Mittenachse des Werkstoffs M2 ausgebildet worden sind. Es ist aber auch eine versetzte Anordnung von Pixeln 1.1 bis 1.3, 1.4 bis 1.6 und 1.7 bis 1.9 möglich. Dies ist mit den Darstellungen in Figur 9 (links symmetrisch an einer Oberfläche eines Werkstoffs M2 und rechts versetzt zueinander in Reihen an einer Oberfläche oder an übereinander an zwei Oberflächen eines Werkstoffs M2) angedeutet.
  • Figur 8 kann man entnehmen, dass einzelne Pixel 1.1 bis 1.3 Strukturelemente 10 mit einer lateralen Dimensionierung D in eine Achsrichtung mit 2 µm bis 20 mm mit einem Abstand A zueinander von 0 nm bis 20.000µm, bevorzugt von 100 nm bis 50 µm sinnvoll ausgebildet werden können. Einzelne Pixel können mit einer Dimensionierung Λ im Bereich 100 nm bis 50 µm ausgebildet werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Identifikation für Produkte mit einem Kennzeichnungselement, bei dem auf einer Oberfläche mehrere Pixel (1.1 bis 1.x) mit periodischen Gitterstrukturen, insbesondere linienförmige Gitterstrukturen als Kennzeichnungselement ausgebildet sind, und
    in einzelnen Pixeln (1.1 bis 1.x) Gitterstrukturen mit jeweils einer Strukturperiode Λ und einer Ausrichtung der insbesondere linienförmigen parallel zueinander ausgerichteten Strukturelemente mit einem Winkel ϕ in Bezug zu einer Bezugsachse so ausgebildet sind, wobei bei Bestrahlung der das Kennzeichnungselement (2) bildenden Pixel (1.1 bis 1.x) mit elektromagnetischer Strahlung (3), bevorzugt monochromatischer elektromagnetischer Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle Abbildungen mindestens einer Beugungsordnung der von Pixeln (1.1 bis 1.x) gebeugten elektromagnetischen Strahlung (3) erhalten werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf einem Detektorarray (4) die Abbildungen des Kennzeichnungselements (2) der mindestens einen Beugungsordnung erfolgt und diese zur Identifikation des jeweiligen Kennzeichnungselements (2) nutzbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlängen für die Bestrahlung eingesetzt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung mehrerer Wellenlängen auf wellenlängenoptimierte strukturierte Bereiche richten, so dass wellenlängenselektive Sicherheitsmerkmale ausgewertet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem optischen Anzeigeelement eine von einem Nutzer erkennbare Abbildung eines Kennzeichnungselements (2) erhalten wird, die mit einer Vorgabe verglichen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Mustererkennung eine Überprüfung in Echtzeit erfolgt, Wobei bevorzugt das Prüfergebnis der Mustererkennung visuell oder optisch angezeigt wird.
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