EP3932689A1 - Sicherheitselement mit mikrostrukturiertem sicherheitsmerkmal, herstellungs- und verifizierungsverfahren - Google Patents

Sicherheitselement mit mikrostrukturiertem sicherheitsmerkmal, herstellungs- und verifizierungsverfahren Download PDF

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EP3932689A1
EP3932689A1 EP21182921.3A EP21182921A EP3932689A1 EP 3932689 A1 EP3932689 A1 EP 3932689A1 EP 21182921 A EP21182921 A EP 21182921A EP 3932689 A1 EP3932689 A1 EP 3932689A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
security element
microstructured
security
transparent
identification elements
Prior art date
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Pending
Application number
EP21182921.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Bielesch
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.)
Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bundesdruckerei GmbH filed Critical Bundesdruckerei GmbH
Publication of EP3932689A1 publication Critical patent/EP3932689A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B42D25/40—Manufacture
    • B42D25/405—Marking
    • B42D25/41—Marking using electromagnetic radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
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    • B42D25/40—Manufacture
    • B42D25/405—Marking
    • B42D25/43—Marking by removal of material
    • B42D25/435—Marking by removal of material using electromagnetic radiation, e.g. laser

Definitions

  • the invention relates to a security element with a microstructured security feature and a method for its production.
  • the invention relates to security elements, in particular security documents, with an optically verifiable security feature.
  • Security documents are objects that have features that make imitation, falsification difficult and / or impossible and enable verification of authenticity and / or integrity.
  • Features that enable the authenticity and intactness to be checked and / or prevent falsification and / or imitation are referred to as security features.
  • a physical unit that realizes a security feature is referred to as a security element.
  • a security document is therefore also a security element.
  • security documents comprise a large number of security features and / or security elements.
  • Optical security features and elements are those that can be detected and / or verified by optical means, for example visually.
  • Simple optical security features consist, for example, in a security print which can be detected by means of an optical detection device and / or the eyes of a person.
  • More complicated security features and security elements require technical aids, for example special lighting in a certain wavelength range and / or optical aids such as lenses, prisms, polarization filters or the like, in order to be able to check the security element for its existence and / or intactness.
  • Particularly preferred are also security features, the existence of which cannot be immediately recognized by a human user upon visual inspection.
  • the invention is therefore based on the technical problem of creating a novel, improved security element with which a security element can be protected against forgery and forgery.
  • the invention is based on the finding that, by means of polarized ultrashort pulse laser light, microstructures can be produced in transparent material which are not or only barely perceptible to the naked eye. If, on the other hand, polarized light shines through the transparent area and the light emerging from the area is also viewed through a polarization filter that acts as an analyzer, the microstructures generated by the polarized ultrashort pulse laser light are clearly perceptible compared to the unchanged transparent environment.
  • the pulsed polarized ultrashort pulse laser light creates anisotropies in the volume of the transparent material, which lead to effects such as birefringence or the like. As a result, when polarized light passes through, its direction of polarization is changed.
  • the polarized light retains its polarization direction in the areas of the transparent material that are not provided with microstructures
  • changes in the polarization directions occur in the area of the microstructures that are generated by the polarized ultrashort pulse laser light when passing through.
  • light that has propagated through the microstructures has a different polarization compared to the light that is only transmitted through the unstructured transparent material.
  • the portions of the light that are passed through a polarization filter, which is arranged in front of the optical detection device are different for the various portions, so that the microstructures can be perceived.
  • Ultrashort pulse laser light is light with pulse durations in the sub-nanosecond range. Typical pulse durations are in the range between 10 femtoseconds and 10 Picoseconds, preferably in the range between 50 and 250 femtoseconds. However, shorter pulse durations can also be used.
  • a material is regarded as transparent through which light propagation takes place in accordance with the laws of geometrical optics without the presence of microstructures.
  • a transparent material can be colored so that the light from the geometric optics only propagates in one wavelength range.
  • a volume area is considered to be translucent if it diffusely scatters light passing through it.
  • Polarized light is understood to mean light in which the electric field vectors, which are oriented perpendicular to the direction of propagation, are not isotropically evenly distributed in all spatial directions.
  • the polarized light can be linearly polarized as well as circularly polarized as well as elliptically polarized.
  • the electric field vectors which are oriented perpendicular to the direction of propagation of the light, are isotropically oriented in space at all times.
  • a polarization filter is an optical element which prefers the transmission or remission of certain polarization directions.
  • a structure is referred to as a layer element which is extended over a large area, with an extension transverse to the surface extension being significantly smaller, as a rule smaller by one or more orders of magnitude.
  • a layer element can, for example, be an insert element in a recess of another thin material layer.
  • Detecting and / or viewing an object from the same side from which the object is illuminated is referred to as incident light observation or observation / detection in incident light.
  • Such viewing / sensing is also referred to as viewing / sensing under supervision.
  • Detecting and / or viewing an object from a side that is opposite the side of the object from which the object is illuminated is referred to as transmitted light viewing or viewing / detection in transmitted light.
  • a transmitted light observation is thus present when the object is on the line of sight from the observer / the optical detection device, e.g. camera, to the lighting device. In this case, light guided and / or transmitted through the object is observed.
  • Such viewing / sensing is also referred to as viewing / sensing in see-through.
  • a microstructuring is a localized change in the material brought about by the action of a laser.
  • the microstructuring can be designed as anisotropy of the material.
  • Label elements are elements of a label.
  • a label gives an object a label, i.e. information, for example in the form of a graphic, a pattern, lettering made up of alphanumeric characters, etc.
  • a microstructured marking element is a marking element formed by means of a microstructuring.
  • a security element with a microstructured security feature which comprises a security element body, the security element body including a transparent volume area extending to an outside of the security element body, microstructured identification elements being formed in the volume area inside by means of polarized ultrashort pulse laser light.
  • the invention also creates a manufacturing method for a security element with a microstructured security feature, comprising the steps of: forming a security element body with a volume area that is transparent to an outside of the security element body, with inside the transparent volume area by means of polarized ultrashort pulse laser light microstructured identification elements are formed.
  • Polarized light for the verification can usually be generated in a simple manner by means of a backlit screen, for example a so-called smartphone, i.e. a mobile phone with a freely programmable display surface designed as a touchscreen.
  • the light emerging from these displays generally has a preferred direction of polarization.
  • the light is often elliptically polarized.
  • a polarization filter in the form of a film which is usually made of plastically stretched films, can be used as the analyzer.
  • a linear polarization filter is usually coupled to a retardation layer or a retardation plate, the retardation layer or the retardation plate having an optical path length of a quarter of the wavelength of the light to be polarized.
  • the microstructured marking elements bring about birefringence.
  • the microstructured identification elements are particularly preferably arranged in such a way that they store individualizing information.
  • This individualizing information is thus visible and can, for example, be compared and matched with the same or other information on the security element, which is preferably designed as a security document, which is provided by means of other identification elements, for example a print, in the form of a hologram or in the form of electronic data are stored in the same security element or security document.
  • the individualizing information can be compared with data from a database, with an associated data record preferably being able to be found in the database using a label on the security element or security document or information that is specified via the microstructured label elements themselves.
  • Embodiments are particularly preferred in which the microstructured identification elements comprise different types of identification elements, each of the different types of identification elements being assigned a polarization direction of the ultrashort pulse laser radiation used in the generation.
  • the different types of identification elements are shown, for example, by the fact that when linearly polarized white light is irradiated and an analyzer has a different polarization direction, so that light passing through the transparent volume is significantly attenuated by the analyzer, those with microstructured identification elements provided areas of the transparent volume area have different brightness contrasts and / or different colors.
  • microstructured identification elements are arranged in different material planes in the transparent volume area. This also makes it possible for microstructured identification elements to overlap with respect to the direction of passage of the light during verification, so that the light passes through microstructured identification elements located in different planes. This also allows the color or a brightness contrast of the stored information to be changed for a specific constellation of polarization direction and analyzer direction.
  • Quartz glass has proven to be a material that is transparent in volume and is particularly suitable for the formation of microstructured identification elements.
  • the microstructured identification elements are thus formed in a transparent layer or a transparent layer element, each of which is made of quartz glass.
  • the transparent volume area extends through the entire security element body from one outer side to an opposite outer side.
  • the verification can be carried out in a simple manner in transmitted light. This means that polarized light is radiated in from one outside and the light emerging from the transparent volume area is recorded from the opposite outside by a polarization filter acting as an analyzer.
  • a simple verification is possible here, for example by placing the security element or security document with the volume area transparent in volume on a light-emitting display of a mobile phone and the verification, i.e. the capture of the images by a polarization filter, takes place on the side of the security document facing away from the mobile phone .
  • the image can be captured with a camera, for example another cell phone.
  • a reflector is arranged on a side of the transparent volume region facing away from the outside. If light is radiated through a polarization filter here, it is reflected on the reflector. The light passing through the microstructured marking elements is different from the light passing through the unmodified transparent volume area, changed with regard to the polarization direction so that it cannot pass through the polarization filter again in the same way as the light passing through the transparent volume area can .
  • the microstructured identification elements can be recognized with a contrast or a color that differs from the remaining area of the transparent volume area.
  • polarization filters can be provided on one or both sides, which are designed as passport book pages or areas of passport book pages so that they can be superimposed on the transparent volume area on one or both sides for verification . If two polarization filters are provided, the polarization directions are preferably oriented differently with regard to their polarization directions.
  • the polarization direction is changed.
  • the pulse duration and the pulse energy can be varied. This is usually between 1 microjoule to about 50 microjoule.
  • the wavelength ranges used can be, for example, both in the infrared wavelength range from 800 nanometers to 10.6 micrometers or in the visible wavelength range in the range from 400 to 780 nanometers or in the ultraviolet range from 250 to 380 nanometers.
  • Fig. 1 the plan view of a security element 1 is shown schematically. This is in Fig. 1 designed as a complete security document 2.
  • the security document 2 comprises a security element body 50.
  • the security element body 50 has a window area 20 in which the security document 2 is transparent in volume from an upper side 5 to a lower side 6. This means that light can pass through the window area from the top 5 to the bottom 6 through the security element body 50.
  • the window area 20 is surrounded by an opaque area 10 on which, for example, printed identifications 12 or other security features can be formed.
  • a text 30 is formed from microstructured identification elements which are formed in the interior of the transparent volume area.
  • the microstructured identification elements and thus also the text 30 cannot be perceived or are almost imperceptible. Therefore the text which is indicated by the letter "A" is only shown by the dotted border.
  • the window area 20 thus appears completely transparent.
  • any other identification for example a pattern or an image, can be formed by the microstructured identification elements.
  • Fig. 2 a schematic sectional view of the security element 1 embodied as a security document 2 is shown.
  • the security element 1 comprises a security element body 50 which is formed from a plurality of layers 40.
  • the security element body has an upper layer 41, a core layer 42 and a lower layer 43.
  • the upper layer 41 and the lower layer 43 are transparent in volume.
  • the core layer 42 is opaque in this embodiment. In other embodiments, however, it could also be transparent.
  • the core layer 42 comprises a recess 45 into which a transparent layer element 46 is inserted. This results in a transparent volume area 25 which extends from the top 5 to the bottom 6 and forms the window area 20.
  • the layers 40 and the layer element 46 can be made of different materials. Plastic and glass materials are preferably used, in particular polycarbonate, polyethylene, polyurethane, polystyrene, PMMA, ABS or fiber-reinforced layers based on carbon fiber or glass fiber.
  • the layer element 46 is made of quartz glass, for example.
  • the layers 40 and the layer element 46 are connected to one another to form the security element body 50 in a lamination process, for example. It goes without saying for a person skilled in the art that the security document or generally a security element can have more than three or even only one layer. The only requirement is that there is a volume-transparent window area which is adjacent to at least the top or the bottom of the document body / security element body. The microstructured identification elements are formed in this transparent volume area.
  • the microstructured identification elements 60 comprise a first type of microstructured identification elements 61, represented by squares, and a further type of microstructured identification elements 62, represented by circles.
  • the microstructured identification elements have been generated with differently polarized light on the layer element 46 by means of ultrashort laser pulses. This is related to below Fig. 5 explained in more detail.
  • These microstructured identification elements 60 are arranged in such a way that together they represent the text 30 which is stored in the window area 20 embodied as a transparent volume area 25.
  • the microstructured identification elements can be formed in the same plane or in different planes and also partially overlay one another perpendicular to the outside of the security element body. In the embodiment shown, the microstructured identification elements 60 are all formed in the same plane.
  • the security element 1 is arranged in the form of the security document 2 on the display surface 111 of a display device 110 of a smartphone 100 , as shown for example in Fig. 3 is shown schematically.
  • a polarization filter 120 is arranged above the security element 1.
  • the display device 110 of the smartphone 100 emits light that has a polarization.
  • the emerging light is usually polarized either linearly or elliptically.
  • the polarization filter 120 is preferably selected such that it is likewise linearly polarized or similarly elliptically polarized light with an orientation as shown in FIG Fig. 3 is shown, transmitted.
  • this text 30 is in the verification in front of the smartphone 100 in interaction with the polarization filter 120, as in Fig. 3 represented, perceptible.
  • This comparison of these differently recorded images of the security element and the appearance of the text 30 can thus be used for verification.
  • the content stored therein for example the content of the text 30, can be compared with information on the security element 1 / security document 2 or with data from a database that is linked to the security element 1 / security document 2 in order to achieve a higher degree of verification security to obtain.
  • Fig. 4 the situation is shown in which the polarization filter 120 is rotated by 90 °.
  • the light emerging from the display area 111 of the display device 110 of the smartphone 100 and which passes the unmarked area 26 of the transparent volume area 26 is blocked by the polarization filter.
  • the unmarked area thus appears dark.
  • the microstructured identification elements 60 of the text 30 ensure that portions of the light are changed in terms of their polarization direction so that they can pass the polarization filter 120, so that the text due to the use of the different types of microstructured identification elements 61, 62 is colored or in different levels of brightness is perceptible against the dark background of the unmarked area 26.
  • a device 190 is shown schematically with which the microstructured identification elements can be introduced into a transparent volume area of a security element 1 by means of ultrashort laser pulses.
  • the Device 190 comprises a light source 200 which is designed as a short pulse laser.
  • the laser light 201 first passes a polarization device 210, which can change the polarization direction of the pulsed laser light, preferably controlled by a control device 240.
  • the laser light 202 changed with regard to its polarization direction enters a focusing device 220, which preferably has a numerical aperture greater than 0.4. Focused, pulsed laser light 203 emerges from the focusing device and is focused into the interior of a layer element 46, for example.
  • the layer element 46 is arranged on a lateral translation device 230, which can offset the layer element 46 laterally relative to the focusing optics 220, so that a text or pattern consisting of microstructured identification elements can be generated in the layer element 46.
  • the focusing optics 220 can also be changed with regard to the focal length or the focus position in such a way that the microstructured identification elements can be positioned in different planes with respect to an upper side 46a of the layer element.
  • a depth actuator 260 can be used for this, which moves the focusing optics 220 relative to the layer element 46, for example.
  • the control device which controls both the light source and the polarization device as well as the translation device and, if necessary, the control of the focusing device and positioning, preferably receives individualized external data 250 which define the pattern in which the microstructured identification elements laterally and in depth in the transparent volume area 25 of the layer element 46 are stored.
  • individualized external data 250 which define the pattern in which the microstructured identification elements laterally and in depth in the transparent volume area 25 of the layer element 46 are stored.
  • microstructured identification elements with light with a wavelength of 1,030 nanometers with pulses of 8 microjoules and a pulse width of around 280 femtoseconds at a repetition rate of 200 kilohertz can be achieved using focusing optics with a water immersion microscope objective with a numerical aperture of 1, 2 generate, for example, at a depth of about 100 to 150 micrometers. Both a ratio of the slow and fast optical axes and their alignment can be specified in a targeted manner in order to create different types of marking elements. Different types of microstructured identification elements can thus be achieved by varying the pulse energy, the focusing and also the polarization direction will.
  • FIG. 6 a further schematic sectional view of a further security element 1 'is shown schematically. This is also designed as a security document 2.
  • the security element after Fig. 2 and Fig. 6 differ in that an additional polarization layer 47 is integrated into the security element body 50 on the upper side 5.
  • the polarization filter required for verification is integrated directly into the security element body 50 as an analyzer.
  • FIGs 7 and 8 the verification in interaction with a display device 110 of a smartphone 100 is shown.
  • a longitudinal edge 3 and a longitudinal side 113 of the display surface 111 are oriented parallel to one another, shown in FIG Fig.7 , the polarization direction of the exiting light and the polarization layer in the security element body are oriented the same.
  • the unmarked area 26 of the transparent volume area 25 the light can thus pass unhindered through the security element 1.
  • the security document is rotated by 90 ° so that the longitudinal edge 3 and the longitudinal side 113 are perpendicular to one another, shown in FIG Fig. 8 , the light cannot pass through the unmarked area. This therefore appears dark.
  • the microstructured marking elements change the direction of polarization of the light, so that the light can exit from the polarization layer 47 at least for individual wavelengths.
  • the text 30 appears at the in Fig. 8
  • the arrangement shown is bright, whereas with verification, as shown in Fig. 7 shown appears dark.
  • a vapor-deposited metallic layer 49 is incorporated as a reflector 48 between the core layer 42 and the lower layer 43.
  • the transparent volume area thus only extends from the top 5 of the security element body 50 to the reflector 48 in the form of a metal layer 49 formed text 30 or any other type of pattern or identification not to be recognized.
  • a polarization filter is arranged in front of the upper side 5, the incoming light is polarized as a result. In the unmarked area 26, the light passes through the transparent volume 25 and is reflected at the reflector, which usually does not change the polarization of the reflected light significantly, so that the reflected light can exit again through the polarization filter.
  • the light passing through the microstructured marking elements is changed, reflected and changed again with regard to its polarization direction, however, the changes mean that the light cannot pass unhindered through the polarization filter.
  • the content stored by the microstructured identification elements 60 can thus be perceived in the form of a text 30, a pattern or the like.
  • the microstructured identification elements are formed in a layer element which is inserted in a recess in a core layer.
  • Other embodiments can provide that the identifications are written in a security element body directly by means of the short-pulse laser radiation. Likewise, the identifications can be introduced into a layer which extends over the entire surface of the security element body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Sicherheitselement (1), beispielsweise in Form eines Sicherheitsdokuments (2), mit einem mikrostrukturierten Sicherheitsmerkmal, wobei das Sicherheitselement (1) umfasst: einen Sicherheitselementkörper (50), wobei der Sicherheitselementkörper (50) einen sich zu einer Außenseite (5, 6) des Sicherheitselementkörpers (50) erstreckenden transparenten Volumenbereich (25) umfasst, wobei in dem Volumenbereich (25) im Innern mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Verifikationsverfahren.

Description

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

Claims (10)

  1. Sicherheitselement (1) mit mikrostrukturiertem Sicherheitsmerkmal umfassend einen Sicherheitselementkörper (50), wobei der Sicherheitselementkörper (50) einen sich zu einer Außenseite (5, 6) des Sicherheitselementkörpers (50) erstreckenden transparenten Volumenbereich (25) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Volumenbereich (25) im Innern mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) ausgebildet sind.
  2. Sicherheitselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) eine Doppelbrechung bewirken.
  3. Sicherheitselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente (60) verschiedene Typen von Kennzeichnungselementen (61 ,62) umfassen, wobei jedem der verschiedenen Typen von Kennzeichnungselementen (61 ,62) jeweils eine Polarisationsrichtung der bei der Erzeugung verwendeten Ultrakurzpulslaserstrahlung zugeordnet ist.
  4. Sicherheitselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer von der einen Außenseite (5, 6) abgewandten Seite des transparenten Volumenbereichs (25) ein Reflektor (48) angeordnet ist.
  5. Sicherheitselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) in einer transparenten Schicht oder einem transparenten Schichtelement (46) ausgebildet sind, die jeweils aus Quarzglas sind.
  6. Sicherheitselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (1) einen Polarisationsfilter (47) umfasst, der an der Außenseite des Sicherheitselementkörpers (50) dem transparenten Volumenbereich (25) überlagert ist oder überlagerbar ist, so dass zum Verifizieren des mittels der mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente (60, 61, 62) gebildeten Sicherheitsmerkmals verwendetes Licht den Polarisationsfilter (47) passiert.
  7. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend
    Ausbilden eines Sicherheitselementkörpers mit einem zu einer Außenseite des Sicherheitselementkörpers transparenten Volumenbereichs,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des transparenten Volumenbereichs mittels polarisiertem Ultrakurzpulslaserlicht mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) ausgebildet werden.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der mikrostrukturierten Kennzeichnungselemente (60, 61 ,62) in einer transparenten Schicht oder einem transparenten Schichtelement erfolgt, bevor diese in den Sicherheitselementkörper (50) integriert werden.
  9. Verfahren zum Verifizieren eines Sicherheitselements (1) umfassend Erfassen einer Abbildung des transparenten Volumenbereichs (25) des Sicherheitselements (1), in dem mikrostrukturierte Kennzeichnungselemente (60, 61, 62) ein Sicherheitsmerkmal ausbilden oder ausbilden sollen, während dieser transparente Volumenbereich (25) mit unpolarisiertem Licht beleuchtet oder durchleuchtet wird,
    Erfassen einer weiteren Abbildung des transparenten Volumenbereichs (25), während dieser transparente Volumenbereich (25) mit polarisiertem Licht beleuchtet oder durchleuchtet wird und das aus dem transparenten Volumenbereich (25) austretende Licht durch einen als Analysator wirkenden Polarisationsfilter (120, 47) erfasst wird,
    Vergleichen der einen Abbildung und der weiteren Abbildung und Ableiten einer Verifikationsentscheidung abhängig von einem Vergleichsergebnis, wobei das Sicherheitselement (1) als echt verifiziert wird, wenn in der weiteren Abbildung eine Information erfasst ist, die in der einen Abbildung nicht oder nahezu nicht erfassbar ist.
  10. Verfahren zum Verifizieren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des zum Be- oder Durchleuchten verwendeten polarisierten Lichts relativ zu der Polarisationsrichtung des als Analysator wirkenden Polarisationsfilters (120) verändert wird und noch eine zusätzliche Abbildung erfasst wird und die weitere und die zusätzliche Abbildung verglichen werden und das Sicherheitselement (1) nur als echt verifiziert wird, wenn sowohl in der weiteren als auch in der zusätzlichen Abbildung jeweils ein und dieselbe Information erfassbar ist, diese sich jedoch hinsichtlich eines Kontrasts oder einer Farbigkeit in den Abbildungen unterscheidet.
EP21182921.3A 2020-07-01 2021-06-30 Sicherheitselement mit mikrostrukturiertem sicherheitsmerkmal, herstellungs- und verifizierungsverfahren Pending EP3932689A1 (de)

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DE102020208256.1A DE102020208256B4 (de) 2020-07-01 2020-07-01 Sicherheitselement mit mikrostrukturiertem Sicherheitsmerkmal und Verfahren zur Herstellung

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EP3932689A1 true EP3932689A1 (de) 2022-01-05

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