WO2012062505A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von farbbildern mit einem uv-laser auf pigmentierten substraten und dadurch hergestellte produkte - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von farbbildern mit einem uv-laser auf pigmentierten substraten und dadurch hergestellte produkte Download PDF

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WO2012062505A1
WO2012062505A1 PCT/EP2011/066358 EP2011066358W WO2012062505A1 WO 2012062505 A1 WO2012062505 A1 WO 2012062505A1 EP 2011066358 W EP2011066358 W EP 2011066358W WO 2012062505 A1 WO2012062505 A1 WO 2012062505A1
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color
laser
substrate
individual
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PCT/EP2011/066358
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Rainer Goldau
Klaus Schäfer
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U-Nica Technology Ag
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    • Y10S462/903—Security

Definitions

  • the present invention relates to methods of improving the production of counterfeit-protected color images on substrates, apparatuses for carrying out such methods, and products made using such methods, in particular secured documents such as passport personalization pages, identity cards and other identity cards, etc. BACKGROUND OF THE INVENTION
  • the functional layer from which the final image or any visible symbol or sign is generated during the process, consists of a thermosensitive layer.
  • This functional layer extends over the map on a surface segment on which the image or other visually recognizable information is to be located later.
  • the functional layer is usually in combination with other plastic layers from which the finished card is produced as a film laminate in the course of card making.
  • the image is burned in this case, with the intensity of the laser beam is accompanied by a darkening of the irradiated spot. In this way, black and white images or grayscale images are routinely generated today.
  • the coloring components of different colors must together result in a color space consisting of several, typically at least three, primary colors.
  • the primary colors cyan [C], magenta [M] and yellow [Y] are preferred.
  • the primary colors must also have an absorption spectrum that allows interaction with colored laser light. By nature, these are colors from the RGB system, which in practice is a partial incompatibility or non-ideal interaction between the colored components of the CMY system and the laser wavelength selected for the absorption maximum.
  • this method shows the coloration by means of bleaching, ie lightening, of a color which is visible before the irradiation.
  • the substrate appears through the visible mixture of the colored components before irradiation in a very dark, ideally black tone.
  • the disadvantages are the complexity of the pigment formulation in the layer or layers to be decolorized on the card or the data carrier. They only allow limited to produce a pure white or pure black image.
  • the absorption spectra of most of the colored components used are such that, to some extent, there is an undesirable interaction between a coloring component other than the desired laser wavelength. This effect can be problematic if pigments of different colors in the cross section of the three Wavelengths combined laser beam are.
  • This above-mentioned non-ideality between the absorption spectrum and the exciting laser wavelength is manifested by a spectral crosstalk of the otherwise dye-specific laser bleaching. This results in a reduced image quality in the form of a color noise and a non-neutral reproduction of the hue.
  • the adjustment and control of several coincident laser beams can be demanding in practice and, if carried out incorrectly, cause color and image defects.
  • US 5,364,829 relates to the field of rewritable media.
  • a matrix layer of a material which can be either placed in a transparent state with appropriate temperature control or in a cloudy and thus white appearing state, color particles are embedded. These color particles are particles that can produce only a single color and can not be changed accordingly by external action in their color effect.
  • the color appearance is to some extent set via the matrix, namely, when the matrix is put in its transparent state, the data carrier appears colored, and when the matrix is set in its opaque state, the data carrier appears white.
  • the change in the matrix properties to produce the color effect is triggered by a thermal head.
  • WO 01/36208 mentions the use of latent pigments, which can be activated accordingly to produce different colors.
  • the invention is therefore inter alia the object of finding an image-forming laser process for a particular example card-shaped data carrier that allows the production of colored images, symbols, texts, patterns et cetera in the required quality.
  • the invention has for its object to perform the color images according to this method with apparatus or a system that meet or meet the required criteria of investment costs, operating costs, compactness and robustness of the process or sufficient.
  • the complexity of the process and the products produced with it ensure a high degree of protection against counterfeiting.
  • the invention provides a solution to these and other problems in a manner which is surprising for a person skilled in the art and amounts to a new process, the products produced therewith and the devices or systems required for the implementation.
  • the object is achieved in that instead of the spectral separation of the primary colors such.
  • a spatially resolving method using a single irradiation frequency is used.
  • the location of each pigment particle is determined in a first step and then bleached site-specifically by a laser beam with a single wavelength or activated, preferably with a high-energy wavelength in the blue or in the ultraviolet.
  • the present invention relates to a method of producing a sign, pattern, symbol and / or image in different colors on a substrate having on its substrate, under the action of a laser, the color effect losing (or more generally formulated, and subsequently so to understand - under the action of a laser, the color effect changing - wherein the change may be a destruction of the color effect, a generation of a color effect or a change in a color effect)) pigment particles, wherein different pigment particles with at least two or at least three different color effects on respectively Substrate are arranged.
  • the method is characterized by the following method steps, wherein these method steps may be preceded or followed by further method steps:
  • pigment particles which can be used in the context of such a process, reference is made to systems as described, for example, in WO-A-0115910 and WO-A-0136208.
  • a multicolor characters, patterns, symbols and / or image is to be understood as having not only black and white and intervening shades of gray, but also colors, for example, composed of C, Y, M, in the latter case then Each of these three primary colors should be provided with individual pigment particles.
  • the invention thus consists of a combination of the following elements:
  • a local (geometric) separation of the colored components on the volume which serves as a precursor to a security document.
  • the geometric separation of the colored components preferably satisfies the basic requirement that each surface element is occupied only by a colored component and there is a minimum distance between two colored components, i. Overlapping or direct juxtaposition of pigment particles or clusters of pigment particles is preferably largely avoided.
  • An apparatus and method that can locate a particular colored component as a microscopic entity, such as a single pigment or cluster, on the medium and characterize it by its location coordinates and its color (or color to be triggered).
  • a particular colored component as a microscopic entity, such as a single pigment or cluster
  • the device enables the total number of all colored components to be mapped on the total area of the later image.
  • a laser device whose beam exit optics, based on the known location coordinates, approach a colored component precisely and, depending on the required color intensity, bleach (or activate) this colored component to the desired degree and the method for carrying out the bleaching process with this laser device.
  • a programmable controller for local positioning of the laser optics and power control of the beam so that each component is selectively exposed to the entire area covered with pigment particles (colored components) to form an image.
  • the elements of the invention meet requirements for working speed, Economy, ease of operation and reliability to meet an imaging using the invention under industrial requirements.
  • a first preferred embodiment of the proposed method is characterized in that steps a and b are performed in the same device and without any manipulation or displacement of the substrate between them.
  • the determination of the color chart is a step in which precise positioning of the processed substrate over the success or failure of the subsequent processing by the laser is crucial.
  • the entirety of the two steps a and b is preferably carried out in the same device, if appropriate using the same scanning device (for example linear motion unit).
  • a further preferred embodiment of the proposed method is characterized in that the device for color card production and the laser optics are fixed in a stationary manner and that the substrate is moved with a linear motion unit relative thereto.
  • This variant is particularly recommended for light substrates or those substrates whose image field can not be swept with a conventional movable laser beam guide (Galvo mirror).
  • only one colored component should lie in the beam cone or focus circle of the laser for the bleaching process in a specific period of time, with all other colored components being in the shadow of the laser light in the same period of time.
  • the distribution of the colored components within the area which serves as the basis for the image can be achieved by application by a printing process (for example gravure, high-pressure, flexo, et cetera).
  • the imprint allows both a statistical distribution of the colored components as well as a distribution in lines, circles or complex figures such.
  • B. Guilloche. A microscopic examination of the distribution of the colored components and a comparison thus makes possible as an added benefit the verification of the distribution pattern in the sense of an authenticity check.
  • the pigment particles are arranged in a layer, preferably in a single layer, on and / or in the substrate, which itself may also be a composite of layers, and essentially as random Function of the location coordinate are distributed.
  • the present invention differs significantly from other approaches of the prior art. This is in contrast to solutions in which, for example, in a fixed, typically regular pattern, the dyes must be sorted sorted according to their color, so then in the knowledge of this regular arrangement, the dyes can be triggered (for example, juxtaposition of rectangles, each with different colors are "filled" in several rows and rows).
  • the procedure proposed here it is precisely the distribution of the colors or the pigments that make them available that are not specified in the production process of the untreated substrate, and this can be produced in a very simple process. Only in the first processing step is the preparatory determination of the color distribution or the distribution of the color-triggering pigment particles determined and then processed accordingly in the second production step. It is then also typical for a fixed, systematic arrangement of pigments, for example by a precise printing process with a controlled, reproducible positioning of the halftone dots, that the necessary procedure be that the control allows laser irradiation exactly according to this predetermined pattern and the pattern of irradiation in the Stops register with the printed image.
  • This randomness of the distribution and the use of the random distribution for generating the symbols / images / characters et cetera can also be used as a further security level.
  • the individualizing information (image) is combined with a fingerprint (random distribution of the image-forming pigment particles), which is a very high level of security that can not be substantially reproduced , allows.
  • a corresponding data carrier can be compared with the associated information in the database during a check and the authenticity can be clearly determined.
  • a further preferred embodiment of the proposed method is characterized in that the different pigment particles are arranged in a layer, preferably in a single layer, on and / or in the substrate and are regularly arranged substantially in a microscopic pattern, the microscopic pattern of an arrangement straight or wavy lines, parent patterns or microfilm.
  • a microscopic pattern may be, for example, a specific lettering (for example, a denomination or the like) and, because it is also virtually non-reproducible, can be used as an additional security feature that can only be verified with an enlarging agent.
  • a further preferred embodiment is to parallelize the method according to a and / or b, ie to process the substrate in sections at several locations on the image area at the same time.
  • a print resolution of, for example, 500 dpi all colored components must be combined on an area of the resulting pixel size of approximately 50 ⁇ m in diameter.
  • the size of a coloring component or a color body to a diameter of depending on the printing pattern of at most 16 ⁇ to 25 ⁇ out.
  • a minimum spatial separation of the individual color body is a size of 5 ⁇ to 12 ⁇ , preferably 8 ⁇ to 12 ⁇ required.
  • a particle size in these orders of magnitude can be represented by known methods.
  • a further preferred embodiment of the proposed method is accordingly characterized in that the individual pigment particles have an average diameter in the range of 5-15 ⁇ m, preferably in the range of 8-12 ⁇ m, and that they are substantially all arranged on or in the substrate. preferably individually separated laterally.
  • the arrangement of the particles can be in one or more planes. This particularly preferably in such a way that the mean lateral distance between two pigment particles is greater than the mean diameter of the pigment particles, or greater than half the mean diameter of the pigment particles.
  • the beam diameter of the laser beam (the beam diameter is taken at the l / e 2 level, ie at about 13.5%) in step b is not more than twice as large as the average diameter of the pigment particles.
  • the beam diameter of the laser beam in step b in the range of 5-20 ⁇ , preferably in the range of 8-15 ⁇ , particularly preferably in the range of 8-12 ⁇ .
  • a color body of this size should be approached by a laser beam guide so that the laser optics can assume a precise position in front of the color body or galvo mirrors can direct the laser beam precisely onto the color body.
  • the beam diameter of the laser beam at the location of the color body should be adjusted so that no interaction with adjacent color bodies can occur.
  • the laser beam is focused in a suitable manner.
  • the focus can not be less than a certain size diffraction-limited, but in practice without further example, on an area with a diameter in the size of the diameter of the color body, for example, adjustable.
  • the standard scientific literature shows that a focus on ⁇ 1 ⁇ is possible.
  • the monochromatic laser beam required for bleaching has a wavelength suitable for an efficient bleaching process, preferably in the UV range.
  • a suitable wavelength generates the frequency tripled 1064 nm oscillation of a Nd: YV04 laser.
  • US6002695 describes such a laser system.
  • the power of such a laser should be in the range of 0.2 - 0.5 W, and a single pigment particle should be irradiated at such power for a period of 0.01 to 10 ns to ensure sufficient bleaching.
  • step a Before the lightening of the color bodies by a laser irradiation, it is necessary to map the totality of all color bodies on the area occupied by color bodies. This is carried out according to the invention, for example, in step a with an analytical scanning method.
  • the position and color determination of the individual color bodies takes place, for example, via the detection of characteristic points from the absorption or scattering spectrum of the individual color body in the case of white light excitation.
  • a suitable focus diameter is about one sixth of the diameter of a color body.
  • the white light beam scans the area covered with color bodies with the aid of the above-described linear motion unit and can thus separately stimulate all color bodies on this area and detect them accordingly by collecting the scattered or transmitted light.
  • the white light beam with the required focus is preferably mediated by a fiber optic, for example, from a single, but also from a bundle of oligomode fibers, eg. B. with a single fiber diameter of 10 to 15 ⁇ , may exist.
  • a colored body in the focus of the exciting white light beam is reflected by the character of the reflected or transmitted light, which makes both the position and the color of the color body detectable.
  • the spectral analysis of a color body usually requires at least three characteristic values which, by means of a logical comparison algorithm, yield a value for the base color of the color body.
  • the characteristic values can be detected simultaneously, for example, by three photodiodes with suitably selected color filters.
  • the position of all colored components is captured in this way and as it were stored as a map in a database.
  • the color map is used in the following step of laser bleaching for the two-dimensional navigation of the laser optics or the bleaching laser beam.
  • a further preferred embodiment of the proposed method is characterized in that for carrying out the step a using the reflection light, the top of the substrate or in the case of the use of the transmission light, the underside of the substrate, preferably using a linear motion unit with an artificial or natural white light source and / or detection unit (for example, photodiodes), is scanned, wherein, preferably as a function of the spatial coordinate, white light is irradiated and the reflected or transmitted light is spectrally analyzed as a function of the location coordinate, preferably by exclusively at least two, preferably at least three discrete frequencies, which allow a distinction of the substrate disposed in the different pigment particles, preferably using a photodiode, the signal is detected, and the position and the associated color effect of individual pigment particles or clusters of pigment particles in a data matrix forming the color chart are recorded as a data tuple.
  • a linear motion unit with an artificial or natural white light source and / or detection unit for example, photodiodes
  • a variant of the spectral analysis can also consist in that, instead of the white light, several irradiations with light of different colors are carried out for a limited time in quick succession.
  • the color of a pigment particle also with a series of flashes of different frequency ranges, eg. B. in the colors red, green and blue.
  • this method of scanning an original is used with some flatbed scanners.
  • the spectral evaluation can be limited to a photodiode.
  • a further preferred embodiment is characterized in that, to carry out step b, the surface of the substrate is scanned, preferably using a linear motion unit with a laser source arranged thereon, on the basis of the color card the laser source being directed to individual pigment particles or clusters of pigment particles individually in their color effect to destroy or activate.
  • the same linear motion unit can preferably be used, as has already been explained above.
  • a processing protocol for the laser or the plurality of lasers can be generated in step b, this processing protocol receiving the information which individual pigment particles, as a function of the spatial coordinate, to produce a specific macroscopic color effect for the character, pattern, symbol and / or image in their color effect by the laser targeted to be influenced locally targeted, in particular destroyed by the laser in their color effect (bleaching) to be.
  • the primary application of the method consisting of the sub-methods of analytical scanning or color body mapping and lightening of the color bodies with a laser beam is to produce an image on a substrate, for example a plastic card, preferably a portrait image in a security document such as an image on a ID card or on the personalization page of a passport.
  • a substrate for example a plastic card, preferably a portrait image in a security document such as an image on a ID card or on the personalization page of a passport.
  • the digitally fabricated map of colored components according to this invention may also be used in the context of using a security document for verification thereof.
  • Commercially available devices such as scanners or digital microscopes are sufficient to test the distribution pattern. It is also possible to use for verification in addition to the usual printer loupes, digital microscopes and other devices electronic portable devices such as mobile phones and their optical recording devices.
  • specific programs (apps) which can be run on the portable devices or mobile telephones can be provided, which automatically record such a recording via a mobile telephone connection, a wlan connection or a remote connection, for example via the Internet, with the information stored in a database compares over the disk and accordingly issued in turn via the mobile phone allows a statement about the authenticity.
  • the digital images generated locally with these devices provide information on the authenticity of the document by comparison with the color body map of the document stored in a central database.
  • the corresponding application programs can be installed both on the portable devices and on central servers. This proof is naturally possible for an individual document.
  • the present invention relates to a data carrier having a character, pattern, symbol and / or image generated by a method as set forth above.
  • this is characterized in that it has been produced on the basis of a substrate with random arrangement of the pigment particles, and that on the data carrier and / or in a database the random arrangement and its use for generating the character, pattern , Symbols and / or image is deposited to increase security.
  • such a data carrier is an identification card, credit card, passport, user card or nameplate.
  • the present invention relates to a device for carrying out a method as described above, in particular characterized in that the device comprises means for fixing or at least stationary placement of a substrate, a first unit for determining the color card of the substrate, and a second Unit for spatially resolved, only individual pigment particles or individual clusters of pigment particles in their color effect changing irradiation with a laser at a single frequency based on the color chart (14) to produce a resulting color effect.
  • the first and the second unit can use the same linear motion unit.
  • the device thus typically additionally has at least one Data processing unit and at least one, by this data processing unit two-dimensionally controllable linear motion unit, which carries the first and / or the second unit.
  • the invention is based on the insight to map individual pigments in a color chart and then to individually control these individual and also with regard to their color change properties different pigments with a laser with a single frequency. Further embodiments are given in the dependent claims.
  • Figure 1 is a schematic representation of possible pigment distributions on substrate en, wherein in a) a statistical distribution is shown, in b) a distribution in lines, in c) a distribution in the form of meanders, in d) a circularly repeating distribution, in e) a distribution in the form of micro-typeface;
  • FIG. 2 shows in a) a schematic representation of a division of a surface into a surface element with associated pigment particles, in b) the control of a pigment particle by a laser, and in c) the constriction of the laser beam in the focal plane due to diffraction;
  • Fig. 3 shows the different phenomena depending on the degree of magnification, wherein in a) the
  • Appearance with the unreinforced eye and in b) the appearance is represented by an enlarging means
  • Fig. 4 shows the different steps of image formation, wherein in a) the step of
  • FIG. 7 Microscopic image of a substrate printed with colored stripes before treatment with a laser beam (a) and a further but not microscopic image of an irradiated substrate with a laser of a single wavelength (b).
  • FIG. 1 shows a picture surface 2 covered with pigments 1.
  • the variant according to FIG. 1a shows a random, ie essentially statistical distribution of the pigments 3, while the other variants according to FIGS. 1b to 1d show linear 4, meandering 5 or circular 6 arrangements of the pigment particles demonstrate.
  • Figure le finally demonstrates a superimposition of a static distribution with a microprint 7. All these variants of the pigment distribution can be represented by printing processes and can be used as starting material for carrying out the proposed process.
  • FIG. 2 a is an abstract and schematic illustration of an image surface which consists of surface elements 22, which in a certain sense are theoretically imaginary in this case 25, which each contain only one pigment grain.
  • the pigment grains have the three primary colors cyan [C] 20, magenta [M] 21 and yellow [Y] 19 in a random distribution, but only one corresponding pigment particle in each surface element.
  • FIG. 2b shows the profile of a laser beam 23 with a specific beam diameter 24. After passing through a focusing element 25, this laser beam is focused to a diameter which allows complete irradiation of a pigment grain 1 and whose focal diameter is sufficiently small to whiten only one pigment grain 1 at a time , but this substantially completely irradiated over the entire cross-section.
  • FIG. 2 c shows the constriction of the laser beam 23 after diffraction when passing the focusing element 25 in the focal plane to a smallest diameter 27.
  • FIGS. 3 a and 3 b illustrate the difference between the macroscopic observation or effect FIG. 3 a of an image 8 which was produced on the image surface 2 according to a method of this invention and the microscopic observation FIG. 3 b provided with a magnification device 9 allows a view of the pigment structure.
  • the microscopic observation of a specifically controlled pigment distribution allows precisely to verify this pigment distribution, since this distribution is combined with the actual individualizing information of the image, the fingerprint effect of the pigment distribution is combined in a synergy with the individualizing information, so that a significant increase in the Safety standards results.
  • this pigment distribution can also be a special grid that can be assessed with a printer magnifier.
  • a combination of a special grid with a random background distribution is also possible, so that the special grid can be verified without reference to a database, and the random background distribution can be verified by querying the corresponding identification information in a database.
  • the microscopic structure can be checked both in a simple verification process (special grid) and in a safety-related verification process (query of the random distribution from the database).
  • FIG. 4b demonstrate the two main process steps a and b of this invention, consisting of the local and spectral analysis of the pigments using reflected light with the aid of a white light source 11 and a photoreceiver 12, which with a two-way linear motion 10 micrometer accurate on the sample or the image field can be positioned ( Figure 4a, step a), and a UV laser system 17, which decouples a laser beam 23 so that according to the data obtained from the apparatus of Figure 4a , This laser beam can hit every single pigment with pinpoint accuracy ( Figure 4b, step b).
  • the substrate can also be moved by means of a two-way tracking unit.
  • the detector in the case of a white light excitation consists of several color-specific components, which may for example consist of several provided with different colored filters photodiodes, or that the detector, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor with upstream multi-color filter (eg Beyer filter), wherein in the case of a Foveon CMOS sensor can be dispensed with a color filter.
  • the exciting light source 11 in Fig. a graphic embodiment of the exciting light source 11 in Fig.
  • the excitation light is generated with several different colored, narrow-band light sources, the exciting light source consists of several components .
  • the diameter of the laser beam 24 is collimated by the focussing element 25 much more strongly to the smallest diameter 27 than illustrated in FIG. 4b, ie the drawing is not to scale.
  • a widening of the laser beam after decoupling from the laser resonator is not shown separately, but part of the UV laser system 17th
  • the entire workflow of the method according to this invention is shown in FIG.
  • the essential steps are the local and color detection of each individual pigment grain 13, production of the color chart 14, the filing of the data thus obtained as a color chart in a database 15, the data respectively the driving protocol for the laser control 16 supplies, which in turn the process of selective laser bleaching with the UV laser system 17 controls.
  • the color chart in the database also serves as a signature for subsequent authentication of the security document via its image data.
  • FIG. 6a and 6b explain a possible application of this technology for portrait production on a card-shaped data carrier 26.
  • the portrait produced according to this invention also contains additional data based on the.
  • This data may be, for example, personalization data of the document owner (as shown in Fig. 6b), which serve the identification of the document holder or z.
  • FIG. 7a shows a microscope image of a substrate printed with a high-resolution process, onto which the colors yellow (19), cyan (20) and magenta (21) are printed in strip form.
  • the distribution of color shows conspicuous irregular distortions due to imperfections in the printing process.
  • FIG. 7b shows the macroscopic representation of a bleaching of a color pigment mixture of yellow, cyan and magenta pigments produced with a 355 nm 2W laser (free jet, unfocused).
  • the thickness of the strip is about 500 ⁇ .
  • the pigments are bleached regardless of their color, a spectral selection at 355nm no longer in contrast to visible light range.
  • a print original is printed with the aid of a known printing process (offset printing, gravure printing, etc.) in such a way that there is a color print pattern, which is regular after superficial observation and defined by the production process, on the print original.
  • the print pattern has all the color components required for color mixing.
  • a pattern of the colors shown in stripes (19), (20) and (21) as in Fig. 7a take the color strips at a resolution of 500 dpi, a width of less than ⁇ and have microscopically an irregular shape that the deficiencies attributed to the printing process.
  • the technical design of such a precise 3-color printing is flawed according to the current state of the art. In particular, it does not allow to work completely without overlapping of the color components and with seamless area filling in the entire image area.
  • Fig. 7a impressively shows the microscopic scale visible irregular shape of the stripe printed areas made with a high resolution printing process.
  • a method is advantageously used which digitally detects the objective, statistically distributed defectiveness of the print in which the arrangement is checked by means of a detector, which is subsequently stored and taken into account in the exposure following later.
  • an xy linear motion is advantageously used with a mechanical repeatability of 2 ⁇ (eg Fa.
  • the detection of the resolution is thus about a factor of 25 higher than the resolution of the pressure (500dpi correspond to about 50 ⁇ / ⁇ 6 ⁇ ).
  • the dyes used for printing can be ablated or bleached by means of a laser.
  • the dye is selectively ablated or bleached with a suitably chosen focus size.
  • a focus diameter below the 2 ⁇ m can be achieved, so that the focus size can be adapted to the actual desired resolution.
  • An optically induced bleaching process can be carried out in this way also within a laminate, as far as the pressure-bearing layer is covered by a transparent layer.
  • This application option is particularly advantageous in the personalization of security documents blanks such as personal documents or driver's licenses.
  • An illustration of pigments of different color bleached with a 355nm UV laser is shown in Fig. 7b.
  • the method is used to personalize security documents, for example, and opens up an additional opportunity for greatly increasing the security against counterfeiting.
  • the exact detection of the color regions is no longer used, as in the preceding, merely to improve the printing process with regard to its technical defects.
  • the arrangement of the colors can also be done in a random pattern, changing from blank to blank, as this can be detected by the corresponding control unit.
  • a blank can only be printed if, prior to exposure to the laser, the method according to a. is used, otherwise it would come to a false color representation.
  • the Korarössen the pigments are in the range of ⁇ . They therefore have the same order of magnitude as the strips in the embodiments A and B. Accordingly, they can be accurately detected in their location on 2 ⁇ in the same manner as described there with a microscopic scanning method. Also, their diameter is suitable to individually address them with a UV laser beam with a focus of about ⁇ , since said mechanical Linearverfineninomme with 2 ⁇ location accuracy can be purchased (from Heinrich Wolf, Eutin). FIG.
  • the error safety is so high that it can be sufficient in everyday life should, for example, at border controls, only small sections of an image with, for example, a low-cost USB microscope to photograph and make a first authenticity check from a central server. Only in case of doubt the whole picture would be used.
  • Meander pigment particles base color

Landscapes

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Zeichens. Musters, Symbols und/oder Bildes (8) auf einem Substrat (2) mit darauf angeordneten, unter Einwirkung eines Lasers (23) die Farbwirkung verlierenden Pigmentpartikeln (1), wobei unterschiedliche Pigmentpartikel ( 1) mit wenigstens drei verschiedenen Farbwirkungen auf respektive im Substrat (2) angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus: (a) Erzeugung einer Farbkarte (14), in welcher die individuelle Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln (1) oder individuellen Clustern von Pigmentpartikeln als Funktion von deren Ortskoordinate auf respektive im Substrat (2) enthalten ist; (b) räumlich aufgelöste, nur individuelle Pigmentpartikel (1) oder individuelle Cluster von Pigmentpartikeln in ihrer Farbwirkung verändernde Einstrahlung mit einem Laser (23) bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte ( 14) zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Substrate, insbesondere Sicherheitsdokumente, hergestellt unter Verwendung eines derartigen Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Verfahren.

Description

TITEL
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON FARBBILDERN MIT EINEM UV-LASER AUF PIGMENTIERTEN SUBSTRATEN UND DADURCH
HERGESTELLTE PRODUKTE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur verbesserten Erzeugung von vor Fälschung geschützten Farbbildern auf Substraten, Vorrichtungen zur Durchführung von derartigen Verfahren sowie unter Verwendung derartiger Verfahrens hergestellte Produkte wie insbesondere gesicherte Dokumente wie beispielsweise Personalisierungsseiten für Pässe, Identitätskarten und andere Ausweiskarten etc. STAND DER TECHNIK
Datenträger in Form von Ausweiskarten, Personalisierungsseiten bzw. -inlays für Pässe oder auch Kreditkarten und ähnliche Kunststoffkarten müssen heute eine hohe Fälschungssicherheit aufweisen. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichsten Sicherheitsmerkmalen sowie speziellen Druckverfahren, welche eine derartige Fälschungssicherheit in einem gewissen Umfang gewährleisten können. Eine große Herausforderung ist es dabei, nicht nur nicht individualisierte Sicherheitsmerkmale bereitzustellen, sondern insbesondere Sicherheitsmerkmale, welche gewissermassen mit der Personalisierung kombiniert sind respektive Teil davon sind.
Aus der DE-A-2907004 ist z.B. bekannt, dass Bilder in Ausweiskarten, aber natürlich auch andere visuell erkennbare Informationen wie Zeichen, Muster etc., mit einem Laserstrahl erzeugt werden können. In dieser Schrift besteht die Funktionsschicht, aus der im Verlauf des Verfahrens das endgültige Bild oder ein beliebiges sichtbares Symbol oder Zeichen erzeugt wird, aus einer thermosensitiven Schicht. Diese Funktionsschicht erstreckt sich über die Karte auf einem Flächensegment, auf dem sich später das Bild oder eine andere visuell erkennbare Information befinden soll. Die Funktionsschicht befindet üblicherweise im Verbund mit anderen Kunststoffschichten, aus denen im Verlauf der Kartenherstellung die fertige Karte als Folienlaminat erzeugt wird. Das Bild wird in diesem Fall eingebrannt, wobei mit der Intensität des Laserstrahls eine Verdunkelung der bestrahlten Stelle einhergeht. Auf diese Weise werden heute routinemässig schwarz-weisse Bilder bzw. Graustufenbilder erzeugt. Der bereits früh erkannte Vorteil dieses sogenannten Laser-Engravings besteht in der hohen Fälschungssicherheit und Beständigkeit gegen Licht und mechanischer Beanspruchung von auf diese Weise hergestellten Karten, insbesondere dann, wenn sie aus Polycarbonat bestehen. Dies ist zum Beispiel durch die EP-A-1574359 oder die EP-A-1008459 belegt. Sicherheitsdokumente hergestellt mit Hilfe von Laserengraving auf Polycarbonatlaminaten erfüllen internationale Vorgaben für Reisedokumente (ICAO Doc. 9303 Part III Volume I) oder übertreffen diese sogar.
Es ist ein Nachteil des Verfahrens, dass die so erreichten Farbumschläge nur die Herstellung von im Wesentlichen monochromen Bildern erlauben. So sind neben dem Umschlag von weiss nach schwarz auch Farbumschläge von weiss nach braun, von rosa nach schwarz und gelb nach rotbraun bekannt.
Es besteht aus naheliegenden Gründen ein grosses Interesse an der Erzeugung von qualitativ hochwertigen farbigen Bildern basierend auf einem Laser-basierten Prozess, sowie ein Bedarf an so hergestellten Ausweiskarten.
Diesem Umstand trägt ein Konzept Rechnung, das auf der Bestrahlung mehrerer farbiger Komponenten, z. B. Farbkörper, Pigmente bzw. Farbstoffe verschiedener Farbe beruht. Die farbgebenden Komponenten verschiedener Farbe müssen zusammen einen Farbraum ergeben, der aus mehreren, typischerweise wenigstens drei, Grundfarben besteht. Aus praktischen Gründen werden die Grundfarben Cyan [C], Magenta [M] und Gelb [Y] bevorzugt. Es sind jedoch auch andere Farben denkbar. Die Grundfarben müssen ausserdem ein Absorptionsspektrum aufweisen, das eine Wechselwirkung mit farbigem Laserlicht erlaubt. Naturgemäss sind dies Farben aus dem RGB-System, womit in der Praxis eine teilweise Inkompatiblität bzw. nicht-ideale Wechselwirkung zwischen den farbigen Komponenten aus dem CMY-System und der für das Absorptionsmaximum gewählten Laserwellenlänge besteht. Im Gegensatz zum vorgenannten Verfahren der Verkohlung von zunächst nicht sichtbaren Komponenten zeigt dieses Verfahren die Farbgebung durch ein Bleichen, also ein Aufhellen, einer vor der Bestrahlung sichtbaren Farbe. Das Substrat erscheint durch die sichtbare Mischung der farbigen Komponenten vor der Bestrahlung in einem sehr dunklen, idealerweise schwarzen Ton. Ein solches Verfahren beschreibt zum Beispiel die WO-A-0115910. Trotz der Vorteile, die diese Erfindung potentiell bietet, nämlich die weiter erhöhte Fälschungssicherheit durch eine farbliche Darstellung des Dokumenteninhabers, weist das in diesem Dokument beschriebene Verfahren und die dadurch hergestellten Produkte unter gewissen Umständen Nachteile auf, die seinen praktischen Wert für gewisse Anwendungen einschränken. Die Nachteile bestehen einerseits in der Komplexität der Pigmentformulierung in der oder den zu entfärbenden Schichten auf der Karte bzw. dem Datenträger. Sie erlauben es nur eingeschränkt, ein rein weisses oder rein schwarzes Bild zu erzeugen. Ausserdem sind die Absorptionsspektren der meisten verwendeten farbigen Komponenten so beschaffen, dass in einem gewissen Umfang eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen einer farbgebenden Komponente einer anderen als der gewünschten Laserwellenlänge besteht. Dieser Effekt kann dann problematisch sein, wenn Pigmente verschiedener Farben im Wirkungsquerschnitt des aus drei Wellenlängen kombinierten Laserstrahles liegen. Diese oben erwähnte Nichtidealität zwischen Absorptionsspektrum und der anregenden Laserwellenlänge äussert sich durch ein spektrales Übersprechen des ansonsten farbstoffspezifischen Laserbleichens. Daraus resultiert eine verminderte Bildqualität in Form eines Farbrauschens und einer nicht neutralen Wiedergabe des Farbtones. Darüber hinaus kann die Justierung und Steuerung mehrerer koinzidenter Laserstrahlen in der Praxis anspruchsvoll sein und bei fehlerhafter Durchführung Färb- und Bildfehler verursachen.
Eine mögliche Umsetzungsform einer derartigen Bestrahlungsvorrichtung ist in der WO-A- 0136208 beschrieben. Durch Optimieren diverser Parameter kann die Qualitätsminderung in Grenzen gehalten werden. Das Verfahren bleibt dennoch aufgrund seiner Komplexität im Hinblick auf die Erreichung des geforderten Ergebnisses nur schwer beherrschbar. Schliesslich erweist sich das Verfahren in der Praxis aufgrund der mindesten drei benötigten Laservorrichtungen als vergleichsweise teuer und lässt sich zusammen mit der zugehörigen Strahlführungseinrichtung nicht einfach als kompakte Einheit konstruieren.
Das Problem der oben beschriebenen Verfahren und Produkte zum farbigen Laserbleichen besteht am Ende darin, dass die Erzeugung von Farbbildern in Ausweiskarten und ähnlichen Artikeln nicht immer in einer vom Markt akzeptierten Qualität, in der geforderten Beherrschung des Verfahrens, den vertretbaren Kosten und in den gewünschten apparativen Ausführungsformen möglich ist. Die US 5,364,829 betrifft das Gebiet der wieder beschreibbaren Datenträger. In einer Matrixschicht aus einem Material, welches bei entsprechender Temperaturführung entweder in einen transparenten Zustand versetzt werden kann oder in einen eingetrübten und damit weiss erscheinenden Zustand, sind Farbpartikel eingebettet. Diese Farbpartikel sind dabei Partikel, die nur eine einzige Farbe erzeugen können und die entsprechend durch äussere Einwirkung in ihrer Farbwirkung nicht verändert werden können. Die Farberscheinung wird gewissermassen über die Matrix eingestellt, nämlich erscheint der Datenträger dann, wenn die Matrix in ihren transparenten Zustand versetzt wird, farbig, und wenn die Matrix in ihren opaken Zustand versetzt wird, erscheint der Datenträger weiss. Die Veränderung der Matrixeigenschaften zur Erzeugung der Farbwirkung wird durch einen Wärmekopf ausgelöst.
Die WO 01/36208 nennt den Einsatz latenter Pigmente, die zur Erzeugung von unterschiedlichen Farben entsprechend aktiviert werden können.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt demnach u. a. die Aufgabe zugrunde, für einen insbesondere beispielsweise kartenförmigen Datenträger ein bilderzeugendes Laserverfahren zu finden, dass die Erzeugung von farbigen Bildern, Symbolen, Texten, Mustern et cetera in der geforderten Qualität erlaubt. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die farbigen Bilder nach diesem Verfahren mit Apparaten bzw. einem System auszuführen, die bzw. das den geforderten Kriterien von Investitionskosten, Betriebskosten, Kompaktheit und Robustheit des Verfahrens genügen bzw. genügt. Gleichzeitig gewährleistet die Komplexität des Verfahrens und der damit hergestellten Produkte ein hohes Mass an Fälschungssicherheit. Die Erfindung bietet in einer für den Fachmann überraschenden Weise eine Lösung für diese und weitere Aufgaben und läuft auf ein neues Verfahren, die damit erzeugten Produkte und die zur Durchführung benötigten Vorrichtungen bzw. Systeme hinaus.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass statt der spektralen Trennung der Grundfarben wie z. B. in der eingangs erwähnten WO-A-0115910 unter Verwendung von Lasern unterschiedlicher Frequenz beschrieben, ein ortsauflösendes Verfahren unter Verwendung einer einzigen Einstrahlungsfrequenz verwendet wird. Dabei wird in einem ersten Schritt der Ort eines jeden Pigmentpartikels ermittelt und anschließend dieser ortsspezifisch durch einen Laserstrahl mit einer einzigen Wellenlänge ausgebleicht oder aktiviert, vorzugsweise mit einer energiereichen Wellenlänge im Blauen oder im Ultraviolett. Es ist überraschend, dass die mikroskopische Analyse aller Farbkomponenten bzw. Pigmentkörner auf dem Bildfeld eines kartenförmigen Datenträgers hinsichtlich ihrer Farbe und Position, die nachfolgende Speicherung dieser Daten und die dementsprechende Steuerung eines Laserstrahls mit einer einzigen Einstrahlungsfrequenz die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Farbbildes (oder von entsprechenden farbigen Symbolen, Texten, Mustern et cetera) beispielsweise auf einem Kunststofflaminat oder einem anderen Substrat mit entsprechend darin oder darauf eingelagerten Pigmentpartikeln erlaubt.
Allgemeiner formuliert betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes in verschiedenen Farben auf einem Substrat mit auf diesem Substrat angeordneten, unter Einwirkung eines Lasers die Farbwirkung verlierenden (oder allgemeiner formuliert - und auch in der Folge so zu verstehen - unter Einwirkung eines Lasers die Farbwirkung verändernden - wobei die Veränderung eine Vernichtung der Farbwirkung, eine Erzeugung einer Farbwirkung oder aber auch eine Veränderung einer Farbwirkung sein kann)) Pigmentpartikeln, wobei unterschiedliche Pigmentpartikel mit wenigstens zwei oder wenigstens drei verschiedenen Farbwirkungen auf respektive im Substrat angeordnet sind. Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus, wobei diesen Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein können:
a Erzeugung einer Farbkarte, in welcher die individuelle Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln oder individuellen Clustern von Pigmentpartikeln (respektive die daraus erzeugbare respektive veränderbare Farbwirkung) als Funktion von deren Ortskoordinate auf respektive im Substrat enthalten ist;
b räumlich aufgelöste, nur individuelle Pigmentpartikel oder individuelle Cluster von Pigmentpartikeln in ihrer Farbwirkung verändernde (einschließlich der Möglichkeiten der Vernichtung der Farbwirkung, der Erzeugung der Farbwirkung sowie der Verschiebung der Farbwirkung) Einstrahlung mit einem Laser bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung.
Hinsichtlich der im Rahmen eines solchen Verfahrens einsetzbaren Pigmentpartikel sei verwiesen auf Systeme, wie sie beispielsweise in der WO-A-0115910 und WO-A-0136208 beschrieben sind. Unter einem mehrfarbigen Zeichen, Muster, Symbolen und/oder Bild ist dabei ein derartiges zu verstehen, dass nicht nur schwarz und weiß und dazwischen liegende Grautöne aufweist, sondern weiter Farben, beispielsweise aufgebaut aus C, Y, M, wobei im letzteren Fall dann zu jedem dieser drei Grundfarben individuelle Pigmentpartikel vorgesehen sein sollten.
Die Erfindung besteht also aus einer Kombination der folgenden Elemente:
Eine örtliche (geometrische) Trennung der farbigen Komponenten auf dem Datenträger, der als Vorstufe für ein Sicherheitsdokument dient. Die geometrische Trennung der farbigen Komponenten genügt dabei bevorzugtermassen der Grundforderung, dass jedes Flächenelement nur mit einer farbigen Komponente belegt ist und zwischen zwei farbigen Komponenten ein minimaler Abstand besteht, d.h. Überlappung oder direktes aneinandergrenzen von Pigmentpartikeln oder Clustern von Pigmentpartikeln ist vorzugsweise weitestgehend vermieden.
• Eine Vorrichtung und ein Verfahren, das eine bestimmte farbige Komponente als mikroskopisch einheitliche Entität, beispielsweise ein einzelnes Pigment oder ein Cluster, auf dem Datenträger finden und durch seine Ortskoordinaten und seine Farbe (oder die auszulösende Farbe) charakterisieren kann. Die Vorrichtung ermöglicht durch ein systematisches Abfahren bzw. Scannen die Gesamtzahl aller farbigen Komponenten auf der Gesamtfläche des späteren Bildes zu kartieren. Alternativ ist es aber auch möglich, diese Information über eine flächige Einstrahlung und ein flächiges aber ortsaufgelöstes und farbaufgelöstes Detektionsverfahren zu ersetzen.
• Eine Laser- Vorrichtung, deren Strahlaustrittsoptik aufgrund der bekannten Ortskoordinaten eine farbige Komponente auf exakt anfahren und je nach geforderter Farbintensität diese farbige Komponente im gewünschten Grad bleichen (oder aktivieren) kann sowie das Verfahren, um mit dieser Laservorrichtung den Bleichvorgang durchzuführen.
' Eine programmierbare Steuerung für das örtliche Positionieren der Laseroptik und der Leistungssteuerung des Strahls, damit auf der gesamten mit Pigmentpartikeln (farbigen Komponenten) bedeckten Fläche jede einzelne Komponente gezielt so bestrahlt wird, dass ein Bild entsteht.
Die Elemente der Erfindung genügen Anforderungen für Arbeitsgeschwindigkeit, Wirtschaftlichkeit, Bedienungsaufwand und Zuverlässigkeit, um eine Bilderzeugung mit Hilfe der Erfindung unter industriellen Anforderungen zu erfüllen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a und b in der gleichen Vorrichtung und ohne dazwischen erfolgende Manipulation oder Verschiebung des Substrats durchgeführt werden. Tatsächlich ist die Ermittlung der Farbkarte ein Schritt, bei welchem eine genaue Positionierung des bearbeiteten Substrats über den Erfolg oder Misserfolg der anschließenden Bearbeitung durch den Laser entscheidend ist. Entsprechend wird bevorzugtermassen, insbesondere um eine Kalibrierung zwischen den Schritten a und b zu vermeiden, die Gesamtheit der beiden Schritte a und b in der gleichen Vorrichtung durchgeführt, gegebenenfalls unter Verwendung der gleichen Abtastvorrichtung (beispielsweise Linearverfahreinheit).
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Farbkartenerstellung und die Laseroptik ortsfest fixiert sind und dass das Substrat mit einer Linearverfahreinheit relativ zu diesen bewegt wird. Diese Variante empfiehlt sich insbesondere bei leichten Substraten oder solchen Substraten, deren Bildfeld mit einer üblichen beweglichen Laserstrahlführung (Galvospiegel) nicht überstrichen werden kann.
Erfindungsgemäss sollte für den Bleichprozess in einem bestimmten Zeitraum nur jeweils eine farbige Komponente im Strahlkegel bzw. Fokuskreis des Lasers liegen, wobei sich im gleichen Zeitraum alle anderen farbigen Komponenten im Schatten des Laserlichtes befinden. Die Verteilung der farbigen Komponenten innerhalb des Flächenbereiches, der als Grundlage für das Bild dient, kann durch Aufbringung mit einem Druckverfahren erfolgen (beispielsweise Tiefdruck, Hochdruck, Flexo, et cetera). Der Aufdruck erlaubt sowohl eine statistische Verteilung der farbigen Komponenten als auch eine Verteilung in Linien, Kreisen oder komplexen Figuren wie z. B. Guillochen. Eine mikroskopische Betrachtung der Verteilung der farbigen Komponenten und ein Vergleich ermöglicht damit als Zusatznutzen die Verifikation des Verteilungsmusters im Sinne einer Echtheitsprüfung. Es ist auch möglich, die farbigen Komponenten in Form von Mikroschriften, Zahlenfolgen und dergleichen Informationen aufzubringen bzw. aufzudrucken, um auf diese Weise eine versteckte Zusatzinformation im Bild unterzubringen, beispielsweise eine Personalisierung des Inhabers des Dokumentes oder die Seriennummer des Dokumentes.
Eine weitere bevorzugte Ausf hrungsform ist mit anderen Worten dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentpartikel in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat, das selbst auch ein Verbund von Schichten sein kann, angeordnet sind, und im Wesentlichen zufällig als Funktion der Ortskoordinate verteilt sind. Grundsätzlich unterscheidet sich diesbezüglich die vorliegende Erfindung wesentlich von anderen Ansätzen des Standes der Technik. Dies ist im Gegensatz zu Lösungen, bei welchen beispielsweise in einem fest vorgegebenen, typischerweise regelmäßigen Muster die Farbstoffe gewissermassen nach ihrer Farbgebung sortiert aufgetragen sein müssen, damit anschließend im Wissen dieser regelmäßigen Anordnung die Farbstoffe ausgelöst werden können (beispielsweise Aneinanderreihung von Rechtecken, welche jeweils mit unterschiedlichen Farben "gefüllt" sind in mehreren Zeilen und Reihen). Beim hier vorgeschlagenen Vorgehen wird eben die Verteilung der Farben respektive der diese zur Verfügung stellenden Pigmente beim Herstellungsverfahren des unbehandelten Substrats nicht vorgegeben, und dieses kann in einem sehr einfachen Prozess hergestellt werden. Erst im ersten Bearbeitungsschritt wird gewissermassen vorbereitend die Farbverteilung respektive die Verteilung der die Farbe auslösenden Pigmentpartikel ermittelt und dann im zweiten Herstellungsschritt entsprechend bearbeitet. So fällt dann auch typischerweise ein bei einer festgelegten, systematischen Anordnung von Pigmenten, beispielsweise durch ein präzises Druckverfahren mit einer kontrollierten, reproduzierbaren Positionierung der Rasterpunkte, notwendiges Verfahren dahin, dass die Steuerung eine Laserbestrahlung genau nach diesem vorgegebenen Muster erlaubt und das Muster der Bestrahlung im Register mit dem Druckbild hält.
Diese Zufälligkeit der Verteilung und die Verwendung der zufälligen Verteilung zur Erzeugung der Symbole/Bilder/Zeichen et cetera kann zudem als weitere Sicherheitsstufe verwendet werden. Wird beispielsweise die zufällige Anordnung der ein Bild erzeugenden Pigmentpartikel in einer Datenbank hinterlegt, so wird die individualisierende Information (Bild) mit einem Fingerabdruck (zufällige Verteilung der das Bild erzeugenden Pigmentpartikel) kombiniert, was eine sehr hohe Sicherheitsstufe, die im wesentlichen nicht reproduziert werden kann, ermöglicht. Ein entsprechender Datenträger kann mit den zugehörigen Informationen in der Datenbank bei einer Überprüfung verglichen werden und die Authentizität eindeutig festgestellt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Pigmentpartikel in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat angeordnet sind und im wesentlichen in einem mikroskopischen Muster regelmäßig angeordnet sind, wobei das mikroskopische Muster einer Anordnung von geraden oder gewellten Linien, Grundpattern oder Mikroschrift sein kann. Ein derartiges mikroskopisches Muster kann beispielsweise ein spezifischer Schriftzug (beispielsweise eine Denomination oder ähnliches) sein, und kann, weil ebenfalls so gut wie nicht reproduzierbar, als zusätzliches, nur mit einem Vergrößerungsmittel verifizierbares Sicherheitsmerkmal Anwendung finden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, das Verfahren nach a und/oder b zu parallelisieren, also das Substrat abschnittsweise an mehreren Orten auf der Bildfläche gleichzeitig zu bearbeiten.
Die Qualität eines guten gedruckten oder durch Laserbestrahlung erzeugten Bildes wird zum Beispiel bewertet über den Schärfeeindruck (visuell erkennbares Durchmesserverhältnis im 36- strahligen Siemensstern von d=0.1D bis d=0.001D, bevorzugt d=0.05D bis d=0.005D), der Breite der Farbdynamik bzw. der Zahl von visuell erkennbaren unterschiedlichen Farbtönen bzw. Grautönen (5 Bit bis 16 Bit, bevorzugt 6 Bit bis 8 Bit), der farblichen Neutralität (farbverbindlicher Proof) und der Auflösung (150 dpi bis 1000 dpi, bevorzugt 300 dpi bis 500 dpi) erlaubt. Bei einer Druckauflösung von beispielsweise 500 dpi müssen auf einer Fläche der sich ergebenden Pixelgrösse von ungefähr 50 μπι Durchmesser alle farbigen Komponenten vereinigt werden. Für die praktische Umsetzung läuft die Grösse einer farbgebenden Komponente bzw. eines Farbkörpers auf einen Durchmesser von je nach Druckmuster von höchstens 16 μηι bis 25 μηι hinaus. Unter Berücksichtigung einer minimalen räumlichen Trennung der einzelnen Farbkörper ist eine Grösse von 5 μηι bis 12 μηι, bevorzugt 8 μπι bis 12μηι gefordert. Eine Korngrösse in diesen Grössenordnungen ist durch bekannte Methoden darstellbar.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Pigmentpartikel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5-15 μηι, vorzugsweise im Bereich von 8-12 μηι aufweisen, und dass sie im Wesentlichen alle auf oder im Substrat angeordnet sind, bevorzugt individuell lateral separiert. Die Anordnung der Partikel kann dabei in einer oder mehreren Ebenen sein. Dies insbesondere bevorzugt in einer Weise, dass der mittlere laterale Abstand zwischen zwei Pigmentpartikeln größer ist als der mittlere Durchmesser der Pigmentpartikel, oder größer ist als der halbe mittlere Durchmesser der Pigmentpartikel. Weiterhin ist bevorzugtermassen der Strahldurchmesser des Laserstrahls (der Strahldurchmesser wird dabei auf dem l/e2-Niveau, d.h. bei ca. 13,5% genommen) beim Schritt b nicht mehr als doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser der Pigmentpartikel. Bevorzugtermassen liegt der Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Schritt b im Bereich von 5-20 μηι, vorzugsweise im Bereich von 8-15 μιη, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 8-12 μηι.
Erfindungsgemäss sollte ein Farbkörper dieser Grösse von einer Laserstrahlführung so angefahren werden, so dass die Laseroptik eine präzise Position vor dem Farbkörper einnehmen kann bzw. Galvospiegel den Laserstrahl präzise auf den Farbkörper lenken können. Des Weiteren sollte der Strahldurchmesser des Laserstrahles am Ort des Farbkörpers so eingestellt werden, dass keine Wechselwirkung mit benachbarten Farbkörpern eintreten kann. Dazu wird bei der Ausführung der Erfindung der Laserstrahl in passender Weise fokussiert. Der Fokus kann beugungsbegrenzt eine gewisse Grösse nicht unterschreiten, ist jedoch in der Praxis ohne Weiteres beispielsweise auf eine Fläche mit einem Durchmesser in der Grösse der Durchmesser der Farbkörper, beispielsweise einstellbar. Die wissenschaftliche Standardliteratur zeigt, dass eine Fokussierung auf < 1 μηα möglich ist. Der zur Bleichung erforderliche monochromatische Laserstrahl weist eine für einen effizienten Bleichvorgang geeignete Wellenlänge auf, vorzugsweise im UV-Bereich auf. Eine geeignete Wellenlänge generiert beispielsweise die frequenzverdreifachte 1064 nm-Schwingung eines Nd:YV04-Lasers. Die US6002695 beschreibt ein solches Lasersystem. Die Leistung eines derartigen Lasers sollte im Bereich von 0.2 - 0.5 W liegen, und ein einzelner Pigmentpartikel sollte bei einer derartigen Leistung über einen Zeitraum von 0.01 bis 10 ns bestrahlt werden, um eine genügende Bleichung zu gewährleisten.
Das Positionieren einer Laseroptik über einem Farbkörper ist mit einer präzisen Linearverfahreinheit möglich, wie sie zum Beispiel von Heinrich Wolf, Eutin, Deutschland, angeboten wird.
Vor der der Aufhellung der Farbkörper durch eine Laserbestrahlung ist es erforderlich, die Gesamtheit aller Farbkörper auf der mit Farbkörpern belegten Fläche zu kartieren. Dies wird erfindungsgemäss zum Beispiel im Schritt a mit einem analytischen Scanverfahren durchgeführt. Die Positions- und Farbermittlung der einzelnen Farbkörper erfolgt dabei beispielsweise über die Erfassung von Kennpunkten aus dem Absorptions- oder Streuspektrum des einzelnen Farbkörpers bei Weisslichtanregung. Ein geeigneter Fokusdurchmesser liegt etwa bei einem Sechstel des Durchmessers eines Farbkörpers. Der Weisslichtstrahl scannt mit Hilfe der oben beschriebenen Linearverfahreinheit die mit Farbkörpern bedeckte Fläche und kann so alle Farbkörper auf dieser Fläche separat anregen und entsprechend detektierbar machen, indem das Streu- oder Transmissionslicht gesammelt wird. Der Weisslichtstrahl mit dem geforderten Fokus wird bevorzugt durch eine Faseroptik vermittelt, die beispielsweise aus einer einzelnen, aber auch aus einem Bündel von Oligomode-Fasern, z. B. mit einem Einzelfaserdurchmesser von 10 bis 15 μιη, bestehen kann. Ein Farbkörper im Fokus des anregenden Weisslichtstrahls zeigt sich durch den Charakter des reflektieren oder transmittierten Lichtes, das sowohl die Position als auch die Farbe des Farbkörpers ermittelbar macht. Die spektrale Analyse eines Farbkörpers benötigt, in Abhängigkeit der verwendeten Grundfarben und Pigmente, üblicherweise mindestens drei Kennwerte, die durch einen logischen Vergleichsalgorithmus einen Wert für die Grundfarbe des Farbkörpers ergeben. Die Kennwerte können beispielsweise von drei Fotodioden mit geeignet gewählten Farbfiltern simultan erfasst werden. Die Position aller farbigen Komponenten wird auf diese Weise erfasst und so gewissermassen als Karte in einer Datenbank hinterlegt. Die Farbkarte dient im folgenden Schritt der Laserbleichung für die zweidimensionale Navigation der Laseroptik bzw. des bleichenden Laserstrahles.
Entsprechend ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts a unter Nutzung des Reflexionslichtes die Oberseite des Substrats oder im Falle der Nutzung des Transmissionslichtes die Unterseite des Substrates, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit mit einer künstlichen oder natürlichen Weißlichtquelle und/oder Detektionseinheit (beispielsweise Fotodioden), abgescannt wird, wobei, bevorzugt als Funktion der Ortskoordinate, Weißlicht eingestrahlt wird und das zurückgeworfene oder transmittierte Licht als Funktion der Ortskoordinate spektral analysiert wird, bevorzugtermassen indem ausschließlich an wenigstens zwei, bevorzugt an wenigstens drei diskreten Frequenzen, die eine Unterscheidung der im Substrat angeordneten unterschiedlichen Pigmentpartikel ermöglichen, bevorzugtermassen unter Verwendung einer Fotodiode, das Signal ermittelt wird, und indem die Position und die zugehörige Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln oder Clustern von Pigmentpartikeln in einer die Farbkarte bildenden Datenmatrix als Datentupel festgehalten werden. Eine Variante der spektralen Analyse kann auch darin bestehen, dass statt des Weisslichtes zeitlich befristet in schneller Folge mehrere Bestrahlungen mit Licht verschiedener Farbe durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Farbe eines Pigmentpartikels auch mit einer Folge von Blitzen verschiedener Frequenzbereiche, z. B. in den Farben Rot, Grün und Blau, bestimmt werden. In der Praxis wird diese Methode der Abtastung einer Vorlage bei einigen Flachbett-Scannern eingesetzt. Für die Analyse des Lichtes in diesem Fall kann, jedoch muss nicht zwingend, die spektrale Auswertung auf eine Fotodiode beschränkt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts b die Oberfläche des Substrats, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit mit darauf angeordneter Laserquelle, abgescannt wird, indem auf Basis der Farbkarte die Laserquelle auf individuelle Pigmentpartikel oder Cluster von Pigmentpartikel gerichtet wird um diese individuell in ihrer Farbwirkung zu zerstören oder zu aktivieren.
Für die Schritte a und b kann dabei bevorzugtermassen die gleiche Linearverfahreinheit eingesetzt werden, wie dies bereits oben erläutert wurde.
In einer Datenverarbeitungseinheit kann ausgehend von der in Schritt a ermittelten Farbkarte für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild ein Bearbeitungsprotokoll für den Laser oder die Mehrzahl von Lasern im Schritt b erzeugt werden, wobei dieses Bearbeitungsprotokoll die Information erhält, welche individuellen Pigmentpartikel, als Funktion der Ortskoordinate, zur Erzeugung einer bestimmten makroskopischen Farbwirkung für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild in ihrer Farbwirkung durch den Laser gezielt lokal beeinflusst werden sollen, insbesondere durch den Laser in ihrer Farbwirkung vernichtet (bleichen) werden sollen.
Es werden also Verfahren vorgeschlagen, die auf mikroskopischer Ebene kleinste Partikel verschiedener Farbe erfassen, deren Farbe und Position auf einem Bildfeld registrieren und abspeichern und einer anschliessenden selektiven Behandlung unterziehen.
Die primäre Anwendung des Verfahrens bestehend aus den Teilverfahren des analytischen Scans bzw. der Farbkörperkartierung und des Aufhellens der Farbkörper mit einem Laserstrahl besteht in der Herstellung eines Bildes auf einem Substrat, beispielsweise einer Kunststoffkarte, bevorzugt eines Porträtbildes in einem Sicherheitsdokument wie beispielsweise einem Bildes auf einer ID- Karte oder auf der Personalisierungsseite eines Reisepasses. Die Grössen der Bilder und weitere Spezifikationen für den Kunststoffträger sind im ICAO Document 9303, Part 3 beschrieben.
Die gemäss dieser Erfindung digital hergestellte Karte von farbigen Komponenten, beispielsweise Farbkörper, Pigmente, Farbstoffe usw., kann ausserdem im Rahmen der Verwendung eines Sicherheitsdokumentes zur Verifizierung desselben verwendet werden. Zu Prüfung des Verteilungsmusters sind handelsübliche Geräte wie Scanner oder Digitalmikroskope ausreichend. Es ist auch möglich, zur Verifikation neben den üblichen Druckerlupen, Digitalmikroskopen und anderen Geräten elektronische tragbare Geräte wie beispielsweise Mobiltelefone und deren optische Aufnahmevorrichtungen einzusetzen. Um dies zu erleichtern, können spezifische, auf den tragbaren Geräten respektive Mobiltelefonen lauffähige Programme (apps) vorgesehen werden, welche automatisch eine derartige Aufnahme über eine Mobiltelefonverbindung, eine wlan- Verbindung oder eine Fernverbindung, beispielsweise via Internet, mit den in einer Datenbank hinterlegten Informationen über den Datenträger vergleicht und entsprechend wiederum über das Mobiltelefon ausgegeben eine Aussage über die Authentizität ermöglicht. Die mit diesen Geräten vor Ort erzeugten digitalen Bilder, beispielsweise in Form von JPG-Dateien, geben durch einen Vergleich mit der in einer zentralen Datenbank abgelegten Farbkörperkarte des Dokumentes Auskunft über die Echtheit des Dokumentes. Die entsprechenden Anwendungsprogramme können sowohl auf den tragbaren Geräten als auch auf zentralen Servern installiert sein. Dieser Nachweis ist naturgemäss für ein individuelles Dokument möglich.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger mit einem Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild erzeugt nach einem Verfahren, wie es oben dargestellt wurde.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines derartigen Datenträgers ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass er auf Basis eines Substrats mit zufälliger Anordnung der Pigmentpartikel hergestellt wurde, und dass auf dem Datenträger und/oder in einer Datenbank die zufällige Anordnung und deren Verwendung zur Erzeugung des Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes zur Erhöhung der Sicherheit hinterlegt ist.
Bevorzugtermassen handelt es sich bei einem solchen Datenträger um eine Identifikationskarte, Kreditkarte, einen Pass, einen Benutzerausweis oder ein Bezeichnungsschild.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Befestigung oder wenigstens ortsfesten Platzierung eines Substrats aufweist, eine erste Einheit zur Ermittlung der Farbkarte des Substrats, sowie eine zweite Einheit zur räumlich aufgelösten, nur individuelle Pigmentpartikel oder individuelle Cluster von Pigmentpartikeln in ihrer Farbwirkung verändernden Einstrahlung mit einem Laser bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte (14) zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung. Die erste und die zweite Einheit können die gleiche Linearverfahreinheit nutzen.
Die Vorrichtung verfügt also typischerweise zusätzlich über wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit sowie wenigstens eine, durch diese Datenverarbeitungseinheit zweidimensional ansteuerbare Linearverfahreinheit, welche die erste und/oder die zweite Einheit trägt.
Dier Erfindung basiert unter anderem auf der Einsicht, individuelle Pigmente in einer Farbkarte zu kartographieren und dann diese individuellen und auch hinsichtlich ihrer Farbwechseleigenschaften unterschiedlichen Pigmente individuell mit einem Laser mit einer einzigen Frequenz anzusteuern. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung mögliche Pigmentverteilungen auf Substrat en, wobei in a) eine statistische Verteilung dargestellt ist, in b) eine Verteilung in Linien, in c) eine Verteilung in Form von Mäandern, in d) eine kreisförmig sich wiederholende Verteilung, in e) eine Verteilung in Form von Mikroschrift;
Fig. 2 in a) in schematischer Darstellung eine Aufteilung einer Fläche in Flächenelement mit zugeordneten Pigmentpartikeln, in b) die Ansteuerung eines Pigmentpartikels durch einen Laser und in c) die beugungsbedingte Einschnürung des Laserstrahls in der fokalen Ebene;
Fig. 3 die unterschiedlichen Erscheinungen je nach Vergrößerungsgrad, wobei in a) die
Erscheinung mit dem unbewehrten Auge und in b) die Erscheinung mit einem Vergrößerungsmittel dargestellt ist;
Fig. 4 die unterschiedlichen Schritte der Bilderzeugung, wobei in a) der Schritt der
Bestimmung der Position und Art der Pigmentpartikel dargestellt ist, und in b) die lokale Beeinflussung der Pigmentpartikel durch den Laser dargestellt ist;
Fig. 5 einzelne Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens in ihrer Reihenfolge; und
Fig. 6 beispielhafte Identifikationskarten
Fig. 7 Mikroskopische Aufnahme eines mit farbigen Streifen bedruckten Substrates vor der Behandlung mit einem Laserstrahl (a) und eine weitere jedoch nicht mikroskopische Aufnahme eines bestrahlten Substrates mit einem Laser einer einzigen Wellenlänge (b).
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Figur 1 zeigt eine Bildfläche 2 belegt mit Pigmenten 1. Die Variante nach Figur la zeigt eine zufällige, d.h. im wesentlichen statistische Verteilung der Pigmente 3, während die anderen Varianten nach Figur lb bis Figur ld linienförmige 4, mäanderförmige 5 oder kreisförmige 6 Anordnungen der Pigmentpartikel zeigen. Figur le demonstriert schliesslich eine Überlagerung einer statischen Verteilung mit einer Mikroschrift 7. All diese Varianten der Pigmentverteilung sind mit Druckverfahren darstellbar und können als Ausgangsmaterial für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens Einsatz finden.
Figur 2a ist eine abstrakte und schematische Darstellung einer Bildfläche, die aus in diesem Fall 25 gewissermassen theoretisch gedachten Flächenelementen 22 besteht, welche jeweils nur ein Pigmentkorn enthalten. In diesem Beispiel weisen die Pigmentkörner die drei Grundfarben Cyan [C] 20, Magenta [M] 21 und Gelb [Y] 19 in einer statistischen Verteilung auf, aber jeweils in jedem Flächenelement nur einen entsprechenden Pigmentpartikel. Figur 2b zeigt das Profil eines Laserstrahles 23 mit einem bestimmten Strahldurchmesser 24. Nach Passieren eines fokussierenden Elementes 25 wird dieser Laserstrahl auf einen Durchmesser fokussiert, der die vollständige Bestrahlung eines Pigmentkorns 1 erlaubt und dessen Fokusdurchmesser ausreichend klein ist, um jeweils nur ein Pigmentkorn 1 aufzuhellen, dieses aber im wesentlichen vollständig über den ganzen Wirkungsquerschnitt bestrahlt. Fig. 2c zeigt die Einschnürung des Laserstrahls 23 nach Beugung beim Passieren des fokussierenden Elementes 25 in der Fokalebene auf einen kleinsten Durchmesser 27.
Die Figuren 3 a und 3 b veranschaulichen den Unterschied zwischen der makroskopischen Betrachtung respektive Wirkung Fig. 3 a eines Bildes 8, das auf der Bildfläche 2 nach einem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurde, und der mikroskopischen Betrachtung Fig. 3b, die mit einer Vergrösserungsvorrichtung 9 den Blick auf die Pigmentstruktur erlaubt. Die mikroskopische Betrachtung einer gezielt gesteuerten Pigmentverteilung erlaubt genau diese Pigmentverteilung zu verifizieren, da diese Verteilung kombiniert ist mit der eigentlichen individualisierenden Information des Bildes, wird so in einer Synergie die Fingerabdruck-Wirkung der Pigmentverteilung kombiniert mit der individualisierenden Information, so dass eine erhebliche Erhöhung des Sicherheitsstandards resultiert. In der Praxis kann diese Pigmentverteilung auch ein spezielles Raster sein, das mit einer Druckerlupe beurteilt werden kann. Auch eine Kombination eines speziellen Rasters mit einer zufälligen Hintergrundverteilung ist möglich, so dass das spezielle Raster ohne Bezugnahme auf eine Datenbank verifiziert werden kann, und die zufällige Hintergrundverteilung über Abfrage der entsprechenden Identifikationsinformationen in einer Datenbank verifiziert werden kann. So kann die mikroskopische Struktur sowohl in einem einfachen Verifikationsverfahren überprüft werden (spezielles Raster) als auch in einem sicherheitstechnisch hoch stehenden Verifikationsverfahren (Abfrage der zufälligen Verteilung aus der Datenbank). Die Zeichnungen Fig. 4a und Fig. 4b demonstrieren die beiden wesentlichen Verfahrensschritte a und b dieser Erfindung, bestehend aus der örtlichen und spektralen Analyse der Pigmente unter Nutzung von reflektiertem Licht mit Hilfe einer Weisslichtquelle 11 und einem Fotoempfänger 12, welche mit einer Zweiwege-Linearverfahreinheit 10 mikrometergenau über der Probe bzw. dem Bildfeld positioniert werden können (Figur 4a, Schritt a), sowie einem UV-Laser-System 17, das einen Laserstrahl 23 so auskoppelt, dass nach den Daten, die aus der Apparatur nach Figur 4a gewonnen wurden, dieser Laserstrahl jedes einzelnen Pigment punktgenau treffen kann (Figur 4b, Schritt b). Alternativ zu der hier gezeigten Bewegung der Weisslichtquelle und des Photoempfängers sowie der Laseroptik kann auch das Substrat mittels einer Zweiwegeverfahreinheit bewegt werden. Diese Alternative ist in Fig. 4a 4b nicht dargstellt. Weiterhin ist bei der Darstellung des Fotoempfängers 12 zu erwähnen, dass der Aufbau des Fotoempfängers vereinfacht dargestellt worden ist. Es ist nicht dargestellt, dass der Detektor im Falle einer Weisslichtanregung aus mehreren farbspezifischen Komponenten besteht, die beispielsweise aus mehreren mit verschiedenfarbigen Filtern versehenen Fotodioden bestehen können, oder dass der Detektor beispielsweise auch ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor mit vorgeschaltetem Mehrfarbenfilter (z.B. Beyer-Filter) sein kann, wobei im Falle eines Foveon CMOS-Sensors auf einen Farbfilter verzichtet werden kann. Des Weiteren ist bei der zeichnerischen Ausführung der anregenden Lichtquelle 11 in Fig. 4a nicht dargestellt, dass im Falle einer Anregung in zeitlicher Folge mit Licht in verschiedener Farbe das Anregungslicht mit mehreren verschiedenfarbigen, schmalbandigen Lichtquellen erzeugt wird, die anregende Lichtquelle damit aus mehreren Komponenten besteht. Weiterhin ist bei der Fokussierung des Laserstrahles in Fig. 4b festzuhalten, dass der Durchmesser des Laserstrahles 24 durch das fokussierende Element 25 wesentlich stärker auf den kleinsten Durchmesser 27 kollimiert wird als in Fig.4b illustriert, die Zeichnung also nicht massstäblich ist. Desgleichen ist eine Aufweitung des Laserstrahles nach Auskopplung aus dem Laserresonator nicht separat dargestellt, sondern Teil des UV-Lasersystems 17.
Der gesamte Workflow des Verfahrens nach dieser Erfindung wird in Figur 5 dargestellt. Die wesentlichen Schritte sind die örtliche und farbliche Erfassung jeden einzelnen Pigmentkorns 13, Erzeugung der Farbkarte 14, die Ablage der so gewonnen Daten als Farbkarte in einer Datenbank 15, die Daten respektive das Ansteuerungsprotokoll für die Lasersteuerung 16 liefert, welche wiederum den Vorgang des selektiven Laserbleichens mit dem UV-Lasersystem 17 steuert. Die Farbkarte in der Datenbank dient ausserdem als Signatur für eine spätere Authentizierung des Sicherheitsdokumentes über dessen Bilddaten.
Die Zeichnungen nach Fig. 6a und 6b erklären eine mögliche Anwendung dieser Technologie für die Porträterzeugung auf einem kartenförmigen Datenträger 26. Das nach dieser Erfindung hergestellte Porträt enthält ausserdem noch zusätzliche Daten, die auf der Basis der durch den Druck der Pigmente erreichten Pigmentverteilung im Bildfeld 2 hinterlegt sind. Diese Daten können beispielsweise Personalisierungsdaten des Dokumentinhabers sein (wie in Fig. 6b dargestellt), die der Identifikation des Dokumentinhabers dienen oder auch z. B. Möglichkeiten einer Authentisierung des Dokumentes über eine Seriennummer oder Informationen über die statistische Verteilung der Partikel in einem bestimmten Bereich etc.
Das Bild nach Fig. 7a zeigt eine Mikroskopaufnahme eines mit einem hochauflösenden Verfahren bedruckten Substrates, auf das die Farben Gelb (19), Cyan (20) und Magenta (21) in Streifenform aufgedruckt sind. Auf der mikroskopischen Skala zeigt die Verteilung der Farbe auffällige irreguläre Verwerfungen, die auf Unzulänglichkeiten des Druckverfahrens zurückzuführen sind. Fig. 7b zeigt die makroskopische Darstellung einer mit einem 355nm 2W Laser (Freistrahl, unfokussiert) erzeugten Bleichung einer Farbpigmentmischung aus gelb-, cyan- und magentafarbenen Pigmenten. Die Dicke des Streifens ist etwa 500μιη. Die Pigmente werden unabhängig von ihrer Färbung gebleicht, eine spektrale Selektion erfolgt bei 355nm nicht mehr im Gegensatz zum Bereich sichtbaren Lichts.
A: Verbesserung konventioneller Druckverfahren:
Eine Druckvorlage wird mit Hilfe eines bekannten Druckverfahrens (Offsetdruck, Tiefdruck, etc.) dergestalt bedruckt, dass sich auf der Druckvorlage ein nach oberflächlicher Betrachtung regelmässiges, durch den Herstellungsprozess definiertes farbiges Druckmuster befindet. Das Druckmuster weist alle Farbanteile auf, die zur Farbmischung erforderlich sind. Bei einem Muster der streifenweise dargestellten Farben (19), (20) und (21)wie in Fig. 7a nehmen die Farbstreifen bei einer Auflösung von 500 dpi eine Breite von weniger als ΙΟμηι ein und weisen mikroskopisch eine irreguläre Form auf, die den Mängeln des Druckverfahrens zuzuschreiben ist. Die technische Ausführung eines solcherart präzisen 3-Farb-Druckes ist gemäß dem heutigen Stand der Technik fehlerbehaftet. Insbesondere erlaubt sie es nicht, im gesamten Bildbereich vollständig ohne Überlappung der Farbanteile und mit lückenloser Flächenfüllung zu arbeiten. Im Gegenteil, bedingt durch technische Unzulänglichkeiten des Druckverfahrens verbleiben kleine Versetzungen (Passer), die sich als Überlappung oder unbedruckte Bereiche äußern. Weiter wird auch beim Trennen von der Vorlage durch das Verziehen der geringfügig erhabenen Druckbereiche in der maschinellen Fertigung der tatsächlich bedruckte Bereich nicht homogen bedruckt sein. Fig. 7a zeigt die auf mikroskopischer Skala sichtbare irreguläre Form der mit Streifen bedruckten Bereiche hergestellt mit einem hochauflösenden Druckverfahren in eindrücklicher Weise. Aus diesem Grund wird vorteilhafterweise ein Verfahren eingesetzt, welches die objektive, statistisch verteilte Fehlerhaftigkeit des Druckes digital erfasset, in dem mittels eines Detektors die Anordnung überprüft wird, diese anschließend abgespeichert wird und in der später folgenden Belichtung berücksichtigt wird. Hierzu wird vorteilhaft eine x-y-Linearverfahreinheit verwendet mit einer mechanischen Wiederholgenauigkeit von 2μηι (z.B. Fa. Heinrich Wolf, Eutin), um das bedruckte Substrat damit um jeweils ein Mikroskop-Sichtfeld zu verschieben. Auf diese Weise wird der gesamte Druckbereich erfasst. Das Mikroskop besitzt auf seinem Tubus eine digitale Kamera. Vorteilhalft ist ein Abbildungsverhältnis von etwa 1:3, weil moderne digitale Kameras Pixelgrößen im Bereich von 3 μιη und darunter realisieren können (z.B. Produkte der Fa. Point Grey). Durch diesen Abbildungsmaßstab werden Abweichungen von 2μηι im Bereich sichtbaren Lichtes zuverlässig aufgelöst, ohne in die Beugungsbegrenzung zu gelangen. Nachdem die Linearverfahreinheit mit Hilfe einer entsprechenden Computersteuerung den kompletten Druckbereich abgefahren hat, liegt im Speicher ein Abbild des tatsächlichen, fehlerhaften Druckbildes mit der Auflösung von 2 μηι vor. Die Erfassung der Auflösung ist damit etwa um den Faktor 25 höher als die Auflösung des Druckes (500dpi entsprechen etwa 50μηι/ρίχ6ΐ). Die zum Druck verwendeten Farbstoffe sind mit Hilfe eines Lasers abladier- bzw. bleichbar. In einem zweiten Schritt wird mit einer geeignet gewählten Fokusgröße der Farbstoff gezielt abladiert oder gebleicht. Mit einer vorteilhaft auch zum Bleichen verwendbaren Wellenlänge von 355nm kann ein Fokusdurchmesser unterhalb der 2μπι erzielt werden, so dass die Fokusgröße an die tatsächlich gewünschte Auflösung angepasst werden kann. Auf diese Weise wird durch die Kombination der hochgenauen Erfassung mit dem präzisen Arbeiten des Lasers eine mit konventionellen Druckverfahren bisher unerreichte Auflösung und Farbtreue erzielt, ohne dass dafür das Druckverfahren selbst in irgend einer Weise geändert werden müsste. Ein optisch induzierter Bleichprozess kann auf diese Weise auch innerhalb eines Laminates durchgeführt werden, soweit die den Druck tragende Schicht von einer transparenten Schicht überdeckt ist. Diese Anwendungsmöglichkeit ist insbesondere bei der Personalisierung von Sicherheitsdokument- Rohlingen wie Personaldokumenten oder Führerscheinen von Vorteil. Eine Darstellung von mit einem UV-Laser mit einer Wellenlänge von 355nm gebleichten Pigmenten verschiedener Farbe findet sich in Fig. 7b.
B: Erhebliche Steigerung der Fälschungssicherheit bei konventionellen Druckverfahren:
Hier wird überwiegend gemäss der Ausführungsform A gearbeitet. Das Verfahren wird angewendet, um etwa Sicherheitsdokumente zu personalisieren, und es eröffnet sich eine zusätzliche Möglichkeit zur starken Erhöhung der Fälschungssicherheit. In diesem Anwendungsbeispiel wird daher nicht mehr wie im vorhergehenden die genaue Erfassung der Farbbereiche lediglich dazu genutzt, das Druckverfahren hinsichtlich seiner technischen Mängel zu verbessern. Es wird zusätzlich ausgenutzt, dass es nicht erforderlich ist, die Anordnung der Streifen oder Muster vor der Personalisierung des Rohlings zu kennen. Die Anordnung der Farben kann auch in einem zufälligen Muster erfolgen, von Rohling zu Rohling wechselnd, da dies von der entsprechenden Steuereinheit erkannt werden kann. Damit kann ein Rohling nur dann bedruckt werden, wenn vor dem Belichten mit dem Laser zwangsläufig das Verfahren nach a. eingesetzt wird, da es ansonsten zu einer Falschfarbendarstellung kommen würde. Damit würden Rohlinge für eine Fälschung solange unbrauchbar, wie nicht auch der Fälscher eine mikroskopische Analyse nach Verfahren a einsetzt. Eine besondere Möglichkeit, ein Falsifikat auch dem Auge des ungeschulten Betrachters sofort erkennbar zu machen, besteht darin zudem etwa bei Personalpapieren die pseudostatistische Durchmischung des Farbmusters etwa in dem Bereich, in dem üblicherweise die Stirn des Porträts zu liegen kommt, in ihrer Regelmäßigkeit derart zu ändern, dass die Falschfarbendarstellung wechselt und etwa das Wort„Fälschung" farblich lesbar zum Vorschein kommt, wenn nicht die genaue Mikroposition des Farbmusters berücksichtigt wird. C: Verbesserung spezieller Druckverfahren:
Gemäß der Schrift WO- A-0115910 ist es möglich, die Farbwirkung von Pigmentmischungen, bestehend aus gelben, cyan- und magenta-farbenen Pigmenten selektiv dadurch zu erzeugen, dass man sie mit den zur Pigmentfarbe komplementären Wellenlängen eines Lasers bestrahlt und damit bleicht. Somit sind für die vollständige Belichtung ein roter, grüner und blauer Laser erforderlich. Innerhalb des Fokus des Laserstrahles, der gleichzeitig der gewünschten Pixelgröße entspricht, also etwa 50μπι für eine Auflösung von 500dpi, befinden sich bei diesem Verfahren immer mehrere Pigmentkömer unterschiedlicher Färbung, da diese deutlich kleiner sind. Es werden aber immer nur genau die Pigmente geblichen, die die Laserstrahlung der jeweils benutzten Wellenlänge absorbieren. Gelbe Pigmente absorbieren daher die blaue Wellenlänge und bleichen dadurch aus. Die übrigen, in ihrer Färbung verbleibenden cyan- und magenta-farbenen Pigmente mischen sich in Betrachtung unter reflektierendem Licht subtraktiv zu blau. Damit erzeugt also blaue Bestrahlung eine blaue Farbtönung. Ebenso verhält es sich mit der roten und grünen Laserstrahlung, wenn sie auf die gleiche Pigmentmischung trifft. In dieser Ausführungsform liegen die Koragrössen der Pigmente im Bereich von ΙΟμηι. Sie besitzen daher die gleiche Größenordnung wie die Streifen in den Ausführungsformen A und B. Demnach können sie in der gleichen Weise wie dort beschrieben mit einem mikroskopischen Scanverfahren in ihrer Lage auf 2μπι genau detektiert werden. Auch ihr Durchmesser ist geeignet, sie mit einem UV-Laserstrahl mit einem Fokus von etwa ΙΟμιη einzeln zu adressieren, da sich genannte mechanische Linearverfahreinheiten mit 2μπι Ortsgenauigkeit käuflich erwerben lassen (Fa. Heinrich Wolf, Eutin). Fig. 7b ist zu entnehmen, dass alle 3 Sorten Pigment mit nur einer Wellenlänge im UV (typisch 355nm) gebleicht werden. Damit eröffnet diese Ausführungsform die Möglichkeit, statt mit 3 Lasern mit nur einem Laser zu arbeiten, da nunmehr die einzelnen Farbbestandteile der Pigmente nicht mehr über die Wellenlänge des Lichtes, sondern über den Ort adressiert werden. Somit wird durch den Übergang auf nur eine Wellenlänge eine erhebliche Kostensenkung des technischen Systems erzielt. Gleichzeitig kann die Kombination mit der Ausführungsform B dazu führen, dass die Lage aller Pigmentkörner nicht nur bekannt, sondern auch dauerhaft abgespeichert ist. Dies erlaubt im Nachgang eine Echtheitskontrolle extrem hoher Fehlersicherheit, da es nahezu unmöglich ist, die Verteilung der Pigmentkörner nachzustellen. Die Fehlersicherheit ist so hoch, dass es im Alltag ausreichend sein sollte, beispielsweise bei Grenzkontrollen, nur kleine Ausschnitte eines Bildes mit beispielsweise einem kostengünstigen USB-Mikroskop zu fotografieren und von einem zentralen Server eine erste Echtheitskontrolle vornehmen zu lassen. Erst im Falle von Zweifeln würde das gesamte Bild herangezogen werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Pigmentpartikel 15 Ablage in einer Datenbank
2 Substrat, Bildfläche 16 Lasersteuerung
3 Bereich mit statistischer 17 Laserbleichen
Verteilung der Pigmentpartikel 17 UV-Lasersystem
4 Bereich mit regelmäßiger
Verteilung der Pigmentpartikel, 19 Flächenelement mit
Linienform Pigmentpartikel grundfarbegelb
5 Bereich mit regelmäßiger (yellow)
Verteilung der Pigmentpartikel, 20 Flächenelement mit
Mäander Pigmentpartikel Grundfarbe
6 Bereich mit regelmäßiger Cyan
Verteilung der Pigmentpartikel, 21 Flächenelement mit kreisförmige Anordnungen Pigmentpartikel Grundfarbe
7 Bereich mit regelmäßiger Magenta
Verteilung der Pigmentpartikel, 22 Flächenelement
Mikroschrift 23 Laserstrahl
8 Bild, Symbol, Schriftzug 24 Strahldurchmesser von 23
9 Vergrößerungsvorrichtung, 25 fokussierendes Element zum
Lupe Beispiel Linse, Gitter
10 x/y Linearverfahreinheit 26 kartenförmiger Datenträger
11 Weißlichtquelle
12 Lichtsensor, Fotoempfänger 27 Durchmesser des Laserstrahles
13 Erfassung der Pigmentpartikel in der Fokalebene
als Farbelement als Funktion der
Ortkoordinate
14 Ablage der Daten als Farbkarte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Erzeugung eines mehrfarbigen Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes (8) auf einem Substrat (2) mit darauf angeordneten, unter Einwirkung eines Lasers (23) die Farbwirkung verlierenden oder verändernden Pigmentpartikeln (1), wobei unterschiedliche Pigmentpartikel (1) mit wenigstens zwei oder wenigstens drei verschiedenen Farbwirkungen auf respektive im Substrat (2) angeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
a Erzeugung einer Farbkarte (14), in welcher die individuelle Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln (1) oder individuellen Clustern von Pigmentpartikeln als Funktion von deren Ortskoordinate auf respektive im Substrat (2) enthalten ist;
b räumlich aufgelöste, nur individuelle Pigmentpartikel (1) oder individuelle Cluster von Pigmentpartikeln in ihrer Farbwirkung verändernde Einstrahlung mit einem Laser (23) bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte (14) zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a und b in der gleichen Vorrichtung und ohne dazwischen erfolgende Manipulation oder Verschiebung des Substrats (2) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Pigmentpartikel (1) in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat (2) angeordnet sind, und im Wesentlichen zufällig als Funktion der Ortskoordinate verteilt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Pigmentpartikel (1) in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat (2) angeordnet sind und im wesentlichen in einem mikroskopischen Muster regelmäßig angeordnet sind, wobei das mikroskopische Muster einer Anordnung von geraden oder gewellten Linien, Grundpattern oder Mikroschrift sein kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Pigmentpartikel (1) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5-15 μιη, vorzugsweise im Bereich von 8-12 μηπ aufweisen, und dass sie im wesentlichen auf dem Substrat oder im Substrat, bevorzugt individuell lateral separiert, angeordnet sind, insbesondere bevorzugt in einer Weise, dass die Normalprojektion des mittleren Abstands in die Druckschichtebene zwischen zwei Pigmentpartikel (1) gleich oder größer ist als der mittlere Durchmesser der Pigmentpartikel, wobei vorzugsweise der Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Schritt b nicht mehr als doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser der Pigmentpartikel (1), wobei insbesondere vorzugsweise der Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Schritt b im Bereich von 5-20 μιη, vorzugsweise im Bereich von 8-15 μιη, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 8-12 μηι liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts a die Oberfläche des Substrats, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit (10) mit in der Nähe angeordneter Weißlichtquelle und/oder Detektionseinheit abgescannt wird, wobei, bevorzugt als Funktion der Ortskoordinate, Weißlicht oder eine Folge von Lichtblitzen unterschiedlicher Farbe eingestrahlt wird und das zurückgeworfene oder transmittierte Licht als Funktion der Ortskoordinate spektral analysiert wird, bevorzugtermassen indem ausschließlich an wenigstens zwei, bevorzugt an wenigstens drei diskreten Frequenzen, die eine Unterscheidung der im Substrat angeordneten unterschiedlichen Pigmentpartikel (1) ermöglichen, bevorzugtermassen unter Verwendung einer Fotodiode, das Signal ermittelt wird, und indem die Position und die Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln (1) oder Clustern von Pigmentpartikeln (1) in einer die Farbkarte (14) bildenden Datenmatrix festgehalten werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts b die Oberfläche des Substrats, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit (10) mit in der Nähe angeordneter Laserquelle, abgescannt wird, indem auf Basis der Farbkarte (14) die Laserquelle auf individuelle Pigmentpartikel (1) oder Cluster von Pigmentpartikel gerichtet wird um diese individuell in ihrer Farbwirkung zu zerstören oder zu aktivieren.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schrittes b die Laseroptik ortsfest ist und das Substrat mit Hilfe einer Linearverfahreinheit (10) so bewegt wird, dass die Laserquelle auf Basis der Farbkarte (14) das Substrat überstreicht und der Laserstrahl dabei auf individuelle Pigmentpartikel (1) oder Cluster von Pigmentpartikeln trifft um diese individuell in ihrer Farbwirkung zu zerstören.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Datenverarbeitungseinheit ausgehend von der in Schritt a ermittelten Farbkarte (14) für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild (8) ein Bearbeitungsprotokoll für den Laser oder die Mehrzahl von Lasern im Schritt b erzeugt wird, wobei dieses Bearbeitungsprotokoll die Information erhält, welche individuellen Pigmentpartikeln, als Funktion der Ortskoordinate, zur Erzeugung einer bestimmten makroskopischen Farbwirkung für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild (8) in ihrer Farbwirkung durch den Laser gezielt lokal beeinflusst werden sollen, insbesondere durch den Laser in ihrer Farbwirkung vernichtet werden sollen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Schritt b verwendete Laser ein UV-Laser ist.
11 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer fehlerhaften oder ausbleibenden Auswertung der Farbkarte (14) für die Steuerung des Lasersystems (17) eine lesbare Kennzeichnung auf einem Datenträger erscheint, die auf eine Fälschung hinweist oder das Bild als fehlerhaft kennzeichnet.
12. Datenträger mit einem Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild (8) erzeugt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Datenträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er auf Basis eines Substrats (2) mit zufälliger Anordnung der Pigmentpartikel (1) hergestellt wurde, und dass auf dem Datenträger und/oder in einer Datenbank die zufällige Anordnung und deren Verwendung zur Erzeugung des Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes zur Erhöhung der Sicherheit hinterlegt ist.
14. Datenträger nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Folie, eine Transferfolie oder ein Laminat handelt.
15. Datenträger nach einem der Ansprüche 11 bis 14, der nach einer fehlerhaften Herstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eine lesbare Kennzeichnung aufweist, die ein Fälschungshinweis ist oder auf einen Bildfehler hinweist.
16. Datenträger nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Identifikationskarte, Kreditkarte, einen Pass, einen Benutzerausweis oder ein Bezeichnungsschild handelt.
17. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Befestigung eines Substrats aufweist, eine erste Einheit (10-12) zur Ermittlung der Farbkarte (14) des Substrats, sowie eine zweite Einheit (17) zur räumlich aufgelösten, nur individuelle Pigmentpartikel (1) oder individuelle Cluster von Pigmentpartikeln in ihrer Farbwirkung verändernden Einstrahlung mit einem Laser (23) bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte (14) zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit sowie wenigstens eine durch diese Datenverarbeitungseinheit zweidimensional ansteuerbare Linearverfahreinheit (10) aufweist, welche die erste und/oder die zweite Einheit trägt.
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