BAUDACH, Steffen (Thulestrasse 42, Berlin, 13189, DE)
WURM, Helmut (Burstera 343, Schwarzsee, CH-1716, CH)
BAUDACH, Steffen (Thulestrasse 42, Berlin, 13189, DE)
| Patentansprüche 1 . Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten (2) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Dokumentenkörpers (40), der Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, wobei die einzelnen Bereiche jeweils einfarbig sind; Bereitstellen einer Markierungsvorrichtung, welche mindestens eine Laserlichtquelle (5) zum Erzeugen von Laserlicht (6) und eine Lichtführungsvorrichtung (8, 8') umfasst, die mit der mindestens einen Laserlichtquelle (5) gekoppelt ist, so dass ein Fokus (19) des Laserlichts (6) der Laserlichtquelle (5) auf oder in dem Dokumentkörper (40) des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) gesteuert positionierbar ist; iteratives gezieltes Positionieren des Fokus (19) auf oder in dem Dokumentenkörper (409 und Einstrahlen des Laserlichts (6'), um gezielt lokal die Farbe eines oder mehrere der Bereiche zu verändern, so dass der Dokumentkörper (40) anschließend einen mehrfarbigen Farbeindruck bei einer Bestrahlung mit weißem Licht für einen menschlichen Betrachter hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht (6) mittels kurzer oder ultrakurzer Laserpulse eingestrahlt wird, die eine Plusdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps aufweisen. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die farbigen Bereiche in Form von Lagen, die einander flächig überlagern in den Dokumentkörper (40) eingebracht sind oder beim Bereitstellen eingebracht werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dokumentkörper (40) mindestens drei Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, die jeweils eine Grundfarbe eines Farbsystems aufweisen, welches einen mehrfarbigen Gamut umfasst. 4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit miteinander in einem Muster verschachtelter Unterbereiche bereitgestellt werden oder beim Bereitstellen angeordnet werden. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster als Bayerpattern (81 ) ausgebildet ist oder wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs über eine nicht-lineare Wechselwirkung mit dem eingestrahlten Laserlicht (6') vorgenommen wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Veränderung der Farbe eines Bereichs über ein Verändern der die Farbe verursachenden Farbmittel mittels der nicht-linearen Wechselwirkung vorgenommen wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung des Laserlichts so vorgenommen wird, dass ein Durchmesser eines Wechselwirkungsbereichs der nicht-linearen Wechselwirkung eines Laserpuls in einer von dem menschlichen Nutzer wahrgenommenen Bildebene im Größenordnungsbereich von kleiner "Ι ΟΟμηι, bevorzugter kleiner 20μηι liegt. 9. Markierungsvorrichtung (1 ) zum farbigen Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten (29 umfassend mindestens eine Laserlichtquelle (5) und eine Lichtführungsvorrichtung (8), die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass Laserlicht (6') der Laserlichtquelle (5) auf oder in dem Dokumentkörper des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) gesteuert positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (5) eine Kurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps erzeugt. |
Sicherheitsdokumenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten sowie eine Markierungsvorrichtung, die für ein dauerhaftes farbiges Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments mit Hilfe von Laserlicht ausgebildet sind.
Als Sicherheitsdokumente werden jene Dokumente und Gegenstände bezeichnet, die durch mindestens ein Sicherheitsmerkmal oder Sicherheitselement gegen eine
Verfälschung und/oder ein unautorisiertes Kopieren geschützt sind.
Sicherheitsdokumente, die einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Sicherheitsdokumente umfassen beispielsweise Ausweise, Führerscheine oder Kraftfahrzeugpapiere und Wertdokumente, wobei Wertdokumente, beispielsweise Banknoten, Postwertzeichen oder Schecks umfassen.
Zumindest bei einem Teil der Sicherheitsdokumente oder Wertdokumente ist es vorteilhaft, diese auch permanent, vorzugsweise individuell, markieren zu können. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt, mit denen Wert- und/oder Sicherheitsdokumente individualisiert markiert werden können. Während historisch die meisten Wert- und Sicherheitsdokumente auf Papierbasis hergestellt wurden und insbesondere mittels Drucktechniken individualisiert wurden, werden moderne Sicherheitsdokumente und Wertdokumente häufig zumindest teilweise aus Kunststoffmaterialien hergestellt. Moderne Personalausweise und Führerscheine werden beispielsweise als Laminationskörper aus mehreren Kunststoffschichten und
gegebenenfalls einer oder mehrerer Papierschichten zusammengefügt.
Für die permanente individuelle Markierung von Kunststoffen sind im Stand der Technik so genannte Lasermarkierverfahren entwickelt worden. Hierfür werden einzelne
Kunststoffschichten, die später mit einem Laser markiert werden sollen, spezielle Pigmentstoffe zugefügt. Diese beeinflussen eine Transparenz im optischen sichtbaren Bereich nicht oder für einen Nutzer nicht oder kaum wahrnehmbar. Wird eine solche Schicht mit Laserlicht ausreichender Intensität bestrahlt, so tritt an den Pigmenten eine verstärkte Absorption des Laserlichts auf. Hierdurch ist es möglich, Energie in den ansonsten transparenten Kunststoff einzukoppeln, welches anschließend über die hierbei deponierte Energiemenge zu einer lokalen Einfärbung, beispielsweise über eine
Erwärmung und eine teilweise Carbonisierung des Kunststoffmaterials führt. Je nach eingebrachter Energiemenge lässt sich ein Schwärzungsgrad des Kunststoffs gezielt einstellen. Aus einzelnen lokalen Bildpunkten lassen sich Muster, insbesondere
Graustufenbilder, Schriftzüge und andere Zeichen, dauerhaft in das Wert- oder
Sicherheitsdokument markieren.
Seit langem wird jedoch auch das Ziel verfolgt, das Wert- oder Sicherheitsdokument farbig, vorzugsweise mehrfarbig zu markieren. Im Idealfall soll eine vollfarbige Markierung möglich sein, die Farben aus einem Gamut darstellen kann, der von vorzugsweise drei Primärfarben, beispielsweise Rot, Blau und Grün, aufgespannt wird.
Aus der DE 100 1 1 486 A1 ist ein kartenförmiger Datenträger bekannt, bestehend aus mindestens einer Schicht, in die visuell lesbare Informationen in Form einer Änderung der optischen Eigenschaften aufgrund einer irreversibel durch einen Laserstrahl bewirkten Materialveränderung eingebracht sind, wobei das Absorptionsvermögen dieser Schicht für mindestens eine Wellenlänge in Folge der Laserstrahlung zumindest teilweise reduziert wird. Bei diesem Verfahren werden ursprüngliche farbige oder opake Schichten hinsichtlich Absorption "ausgebleicht".
Aus der DE 30 48 733 A1 sind eine Ausweiskarte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ausweiskarte mit aufgebrachten Informationen in Form von Mustern,
beispielsweise Buchstaben, Zahlen und/oder Bildern, bekannt. Die Ausweiskarte weist auf mindestens einer Oberfläche unterschiedlich farbige, übereinander angeordnete
Schichtenbereiche, die zumindest teilweise durch visuell erkennbare
Personalisierungsdaten unterbrochen sind. Es ist vorgesehen, dass die Informationen durch Einwirkung eines gesteuerten Laserstrahls auf eine oder mehrere auf einem
Kunststoffträger übereinander aufgebrachte Farbschichten dargestellt werden. Durch die Lasereinstrahlung lässt sich somit lokal die Farbe verändern.
Aus der DE 696 05 788 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem farbigen Zeichen durch Bestrahlung der Oberfläche des Gegenstands mit Laserlicht in Form des Zeichens bekannt, wobei der Gegenstand in mindestens jenem Bereich, wo das Zeichen aufgebracht wird, aus einer Kunststoffzusammensetzung besteht, die mindestens drei farbbildende Komponenten enthält, die ihre farbbildende Fähigkeit unter dem Einfluss von Laserlicht verlieren, die derart gewählt und in einer solchen Konzentration vorhanden sind, dass bei jeder Wellenlänge zwischen 400 und 700 nm mindestens ein Teil der Menge des einfallenden Lichts absorbiert wird, für das Zeichen eine oder mehrere Farben gewählt werden, die Wellenlänge des Laserlichts in der Folge auf einen Wert festgesetzt wird, der von der gewählten Farbe abhängt, und die Oberfläche des Gegenstands danach mit dem Laserlicht bestrahlt wird.
Aus der WO 01/28778 A2 ist ein Verfahren zur Aufbringung von farbigen Zeichen auf einem Datenträger, vorzugsweise aus Kunststoff, mittels eines Lasersystems bekannt, wobei in mindestens einer Oberflächenschicht und/oder oberflächennahen Schicht des Datenträgers eingebrachte latente Pigmente, bei denen durch energetische Anregung eine Änderung des Absorptionsverhaltens erfolgt, an den für das Zeichen vorgesehenen Stellen des Datenträgers durch Laserbestrahlung, die im IR- und/oder sichtbaren Bereich liegt, energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei denselben Pigmenten ein
Farbumschlag stattfindet und dass nach dem Farbumschlag der laserbestrahlten latenten Pigmente, die nicht durch Laserbestrahlung angeregten latenten Pigmente durch eine Bestrahlung mit Lichtwellen im UV-Wellenlängenbereich energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei den so bestrahlten Pigmenten eine Farblosigkeit herbeigeführt wird.
Aus der DE 100 53 264 A1 ist ein Verfahren zum Einschreiben von Daten, insbesondere Personalisierungsdaten, auf und/oder in einen Datenträger mittels elektromagnetischer Strahlung bekannt, wobei bei dem Verfahren ein beliebiger Datenträger bereitgestellt wird, auf und/oder in welchem mindestens ein Farbmittel mindestens lokal vorgesehen wird, und dieses Farbmittel mittels der elektromagnetischen Strahlung mindestens eines Wellenlängenbereichs bestrahlt wird, so dass sich im Bereich der Bestrahlung eine Änderung der Farbe des Farbmittels durch Bleichen ergibt, wobei die Farbänderung maschinell und/oder durch ein menschliches Auge feststellbar ist. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Fälschungs- und Manipuliersicherheit für den Datenträger.
Aus der DE 199 55 383 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand bekannt, wobei der Gegenstand zumindest in einer
oberflächennahen Schicht mindestens zwei verschiedenartige farbgebende Partikel aufweist, die unter Einfluss von Laserstrahlung die Farbe dieser Schicht verändern, wobei die Laserstrahlung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen verwendet wird, um die Farbe dieser Schicht zu ändern, die Beaufschlagung des Gegenstands mit
Laserstrahlung im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung der Laserstrahlung auf die Schicht des Gegenstandes erfolgt. Es ist mindestens ein Strahlführungsmittel vorgesehen, um einen ersten Laserstrahl mit der Wellenlänge λι und mindestens einen weiteren Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ 2 , die von der Wellenlänge des ersten Laserstrahls verschieden ist, über die Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und die Fokussiereinrichtung auf die Schicht des Gegenstands zu führen. Für die
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung ist eine Anordnung aus zwei um zueinander senkrecht stehende Achsen drehbar gelagerte Ablenkspiegel vorgeschlagen. Eine Fokussierung erfolgt durch eine feststehende Planfeldoptik. Da das Licht die Planfeldoptik nicht jeweils auf der optischen Achse durchläuft, treten chromatische Aberrationseffekte in der Fokussiereinrichtung auf. Insbesondere wenn unterschiedlich farbiges Laserlicht zum Markieren verwendet wird, ist hierfür eine aufwendige Kompensation notwendig.
Aus der DE 10 2006 014 367 A1 sind ein Datenträger und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Datenträger umfasst eine visuell oder maschinell erkennbare Kennzeichnung in Form eines Musters, von Buchstaben, Zahlen oder Bildern. Bei dem Verfahren zur Herstellung wird ein Datenträger mit einem Datenträgersubstrat bereitgestellt und eine Markierungsschicht auf das Datenträgersubstrat aufgebracht. Die Kennzeichnung wird mittels kurzer Laserpulse in die Markierungsschicht eingebracht.
Bei einer Gruppe der Verfahren aus dem Stand der Technik, die eine farbige Markierung ermöglichen, sind in das Wert- oder Sicherheitsdokument unterschiedliche Farbmittel eingearbeitet, die gemeinsam über eine additive oder subtraktive Farbmischung bei einem menschlichen Betrachter einen Farbeindruck hervorrufen. Im unmarkierten Zustand wird flächig ein einheitlicher Farbeindruck hervorgerufen. Durch ein lokales gezieltes
Verändern einzelner Farbmittel ändert sich die Farbmischung, so dass lokal ein gewünschter Farbeindruck entsteht. Das praktische Problem der Verfahren nach dem Stand der Technik besteht darin, kontrastreiche intensive Farbtöne zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum dauerhaften farbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten zu schaffen, die Nachteile im Stand der Technik beseitigen oder verringern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Grundidee der Erfindung
Die Grundidee der Erfindung liegt darin, die Markierung des Wert- und/oder
Sicherheitsdokuments mit Laserlicht auszuführen, welches mit einer Kurzpulslaserquelle erzeugt ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen zur Markierung verwendeten
Laserlichtpulse eine Pulsdauer von weniger als 100 Pikosekunden vorzugsweise weniger als 10 Pikosekunden aufweisen. Hierdurch wird es möglich die Wechselwirkung mit dem Material des Dokumentkörpers oder den darin enthaltenen Farbmitteln so zu gestalten, dass eine Veränderung des Materials und/oder der Farbmittel ganz oder weitestgehend ohne eine thermische Wechselwirkung erfolgt. Da die Einkopplung der Energie in einem kurzen Zeitfenster erfolgt und der durch die Wechselwirkung hervorgerufene Prozess so zügig abläuft, dass keine oder nur eine sehr geringe Dissipation der Energie in Form von Wärme weg von dem Wechselwirkungsort stattfindet, ist die Veränderung gut lokalisiert. Benachbart zu dem Wechselwirkungsort findet keine Veränderung des Materials des Wert- oder Sicherheitsdokuments oder der darin enthaltenen Farbmittel statt. Diese Möglichkeit einer gezielten Vornahme lokaler Markierung zum Zwecke lokaler
Farbänderung an zueinander dicht benachbarten Orten, d.h. mit hoher flächiger
Auflösung, ohne die Farbigkeit der benachbarten Orte zu beeinflussen, gestattet es kontrastreiche und/oder intensive Farbeindrücke für ein in einen Dokumentkörper markiertes Muster zu schaffen.
Definitionen
Ein Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbstständige bauliche Einheit sein, die mit einem Sicherheitsdokument, welches auch ein Wertdokument sein kann, verbunden, beispielsweise verklebt, werden kann. Es kann sich aber auch um einen integralen Bestandteil eines Sicherheitsdokuments handeln. Ein Beispiel für Ersteres ist ein auf eine Banknote aufklebbarer so genannter Holopatch (ein Hologramm aufweisender Patch, beispielsweise ein Hologrammfilmabschnitt) oder ein auf ein Sicherheitsdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel für Letzteres ist ein in ein Ausweisdokument
eingeprägtes beugendes Oberflächenrelief.
Ein Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber einfachem Kopieren) erhöhten Aufwand oder gar nicht unautorisiert herstellbar bzw. reproduzierbar ist, beziehungsweise eine Fälschung oder Verfälschung visuell und/oder maschinell erkennbar macht.
Als Sicherheitsdokumente seien lediglich beispielhaft genannt Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen, Tickets,
Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere sowie Wertdokumente, welche insbesondere Banknoten, Schecks, Postwertzeichen und Kreditkarten umfassen, und beliebige
Chipkarten und Haftetiketten (z.B. zur Produktsicherung). Sicherheitsdokumente, die ebenfalls einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Eine scharfe Abgrenzung dieser beiden Begrifflichkeiten ist häufig nicht möglich. Eine
Kreditkarte stellt beispielsweise ein über Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente gegen Nachahmung und Verfälschung geschütztes Sicherheitsdokument dar, welches über den reinen Materialwert der Karte keinen Wert unmittelbar repräsentiert, jedoch eine Verfügung über große Vermögenswerte ermöglicht.
Ein Pulslaser ist ein Laser, der im Gegensatz zu einem Dauerstrich- oder CW-Laser, welcher Laserlicht kontinuierlich emittiert, Laserlicht in zeitlich begrenzten Abschnitten, welche Pulse genannt werden, emittiert. Als Kurzpulslaser wird hier ein Laser verstanden, der Lichtpulse erzeugt, deren Pulsdauer kleiner als 100 Pikosekunden ist. In der Literatur wird zum Teil auch von ultrakurzen Laserpulsen gesprochen, wobei keine einheitliche Definition hierfür vorliegt. Als ultrakurze Pulse werden Pulse angesehen, deren Pulsdauer kleiner 10 Pikosekunden ist.
Eine Lichtleitfaser ist eine Faser aus einem transparenten Material, an dessen
Grenzfläche über Totalreflexion eine Leitung von Licht im Innern der Faser erfolgen kann.
Ein Faserlaser ist ein Laser, dessen aktives Medium, in dem die lichtinduzierte Emission von elektromagnetischer Strahlung erfolgt, eine Lichtleitfaser ist. Ein Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mustereinheiten bzw. Pixelpunkten. Die Mustereinheiten bzw. Pixel eines Musters sind einander zugeordnet und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet,
typischerweise in ein oder zwei Raumdimensionen, und ergeben in der
Gesamtbetrachtung eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, ein Symbol, ein Logo, einen Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen) oder ein Code (z.B. ein Strichcode). Ein Individualisierungsmuster ist ein Muster, welches zur Individualisierung verwendet wird. Bei einem farbigen Muster kann ein Bildpunkt mehrere Unterbildpunkte umfassen, die jeweils einfarbig sind und über eine Farbaddition oder Farbsubtraktion eine Farbigkeit des Bildpunktes als Ganzes festlegen.
Individualisierend ist ein Muster, wenn es einzigartig für eine Person oder einen
Gegenstand oder eine Gruppe von Personen oder Gegenständen aus einer größten Gesamtheit von Personen oder Gegenständen ist. Ein für eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild. Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge der Geldscheine
individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Nicht individualisierend ist ein Muster, welches für alle Elemente einer Gesamtheit identisch ist. Für Geldscheine ist dies beispielsweise ein Wappen, welches auf allen Geldscheinen aufgedruckt ist.
Ein Grundmuster ist eine Anordnung von einfarbigen Bereichen oder Unterbereichen hiervon, welches bei geeigneter Modifikation der Farbigkeit der Bereiche oder
Unterbereiche hierüber eine Markierung eines mehrfarbigen Musters gestattet.
Als farbig wird eine Entität bezeichnet, die bei einer Betrachtung durch einen Menschen einen Farbeindruck hervorruft. Als mehrfarbig wird eine Entität bezeichnet, die mindestens zwei unterscheidbare Farbeindrücke hervorruft. Einfarbig ist hingegen eine Entität, wenn sie einen einzigen Farbeindruck hervorruft.
Als Farbmittel werden alle Entitäten bezeichnet, die für ein Hervorrufen eines
Farbeindrucks über eine Emission oder Absorption von Licht im sichtbaren
Wellenlängenbereich verantwortlich sind. Als weißes Licht wird hier das Licht eines Planck'schen Strahlers angesehen, der im sichtbaren Wellenlängenbereich ein kontinuierliches Spektrum erzeugt. Natürliches Sonnenlicht stellt ein Beispiel für weißes Licht dar.
Bevorzugte Ausführungsformen
Insbesondere wird ein Verfahren zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten geschaffen, welches die Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Dokumentkörpers, der Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit umfasst, wobei die einzelnen Bereiche jeweils einfarbig sind;
Bereitstellen einer Markierungsvorrichtung, welche mindestens eine Laserlichtquelle zum Erzeugen von Laserlicht und
eine Lichtführungsvorrichtung umfasst, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass ein Fokus des Laserlichts der Laserlichtquelle auf oder in dem Dokumentkörper des Wertoder Sicherheitsdokuments gesteuert positionierbar ist;
iteratives gezieltes Positionieren des Fokus auf oder in dem Dokumentkörper und
Einstrahlen des Laserlichts, um gezielt lokal die Farbe eines oder mehrere der Bereiche zu verändern, so dass der Dokumentkörper anschließend einen mehrfarbigen
Farbeindruck bei einer Bestrahlung mit weißem Licht für einen menschlichen Betrachter hervorruft,
wobei das zu Markierung verwendete Laserlicht mittels kurzer oder ultrakurzer Laserpulse eingestrahlt wird, die eine Plusdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps aufweisen.
Eine Markiervorrichtung zum mehrfarbigen Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten umfasst somit:
mindestens eine Laserlichtquelle und
eine Lichtführungsvorrichtung, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass
Laserlicht der Laserlichtquelle auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument gesteuert positionierbar ist,
wobei die Laserlichtquelle eine Kurzpulslaserquelle oder Ultrakurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps erzeugt. Neben der rein optischen Fokussierung ist die bei Verfahren nach dem Stand der Technik eine erreichbare Auflösung hinsichtlich der hergestellten Markierung in der Regel dadurch begrenzt, dass die Wechselwirkung zwischen dem Laserlicht und dem Wert- oder Sicherheitsdokument auf thermischen Effekten beruht. Dieses lässt sich durch die
Verwendung von Laserlicht von Kurzpluslasern vermeiden.
Iteratives gezieltes Positionieren des Fokus auf oder in dem Dokumentkörper und
Einstrahlen des Laserlichts umfasst sowohl das wiederholte Einstrahlen von Licht mehrmals nacheinander an derselben Fokusposition relativ zu dem Dokumentkörper als auch ein wiederholtes Einstrahlen von Licht, wobei jeweils die Position des Fokus relativ zu dem Material zur Oberfläche des Dokumentkörpers und/oder senkrecht zur Oberfläche des Dokumentkörpers variiert wird. Eine Variation der Fokusposition senkrecht zur Dokumentoberfläche verändert eine Auswahl einer Ebene parallel zur Oberfläche des Dokumentkörpers, in der der Fokus positioniert wird.
Ein Vorteil bei der Verwendung von Kurzpulslaserlicht liegt darin, dass mit diesem
Laserlicht Intensitätsdichten erreichbar sind, dass auch nichtlineare optische
Wechselwirkungen ausgelöst werden können. Hierüber ist es beispielsweise möglich, Markierungen mit einer höheren Auflösung zu erzeugen, da thermische
Wechselwirkungsprozesse, die immer mit einer Dissipation der Wärme in umliegende Bereiche verknüpft sind und hierüber eine Auflösungsbegrenzung verursachen, vermieden werden können.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht somit vor, dass die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs über eine nicht-lineare Wechselwirkung mit dem eingestrahlten Laserlicht vorgenommen wird.
Um einen mehrfarbigen Farbeindruck zu erzeugen, beispielsweise ein vollfarbiges buntes Passbild in ein Sicherheitsdokument zu markieren, werden bei einer Ausführungsform mindestens drei Bereiche unterschiedlicher Farbigkeit miteinander in einem Grundmuster verschachtelter Unterbereiche bereitgestellt oder beim Bereitstellen in dem Grundmuster angeordnet. Die mindestens drei Bereiche können somit in viele, in der Regel regelmäßig angeordnete Unterbereiche aufgeteilt sein. Als zu einem Bereich gehörig werden die Unterbereiche angesehen, die dieselbe Farbigkeit aufweisen. Die Unterbereiche können zweidimensionale Fläche oder dreidimensionale Volumina sein. Beispielsweise kann solch ein Grundmuster drucktechnisch durch die Verwendung unterschiedlicher Tinten auf eine Substratschicht aufgedruckt werden. Ebenso ist es auch möglich bei einer weiteren Ausführungsform die Unterbereiche auf unterschiedliche Substratschichten so aufzudrucken, das die Unterbereiche der verschiedene Substratschichten, aus denen der Dokumentkörper durch Übereinanderschichten der Substratschichten und anschließendes Zusammenfügen, beispielsweise in einem Laminationsverfahren, einander, bezogen auf eine Betrachtungsrichtung parallel zur Schichtungsrichtung, nicht oder weitgehend nicht überlappen.
Um einen gewünschten Farbeindruck hervorzurufen, ist eine exakte Positionierung des Laserlichts auf oder indem Dokumentkörper notwendig, um gezielt korrekt die einzelnen Unterbereiche hinsichtlich ihrer Farbigkeit zu verändern. Hierdurch wird ein Verfälschen oder Markieren mit nicht hierfür vorgesehener Hardware deutlich erschwert.
Besonders bevorzugt umfasst der Dokumentkörper mindestens drei Bereiche
unterschiedlicher Farbigkeit, die jeweils eine Grundfarbe eines Farbsystems aufweisen, welches einen mehrfarbigen Gamut aufspannt. Somit lassen sich bei geeigneter Wahl der Grundfarben in das Dokument Informationen codieren, die nahezu den gesamten vom Menschen wahrnehmbaren Farbraum nutzen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die bezüglich einer Normalen einer
Oberfläche des Dokumentkörpers einander nicht oder zumindest nicht vollständig überlappenden Unterbereiche so angeordnet, dass sie vor dem Markieren ein
Bayerpattern darstellen. Hierdurch ist es möglich ein aus regelmäßig angeordneten Bildpunkten zusammengesetztes Muster zu markieren, welches hinsichtlich der nutzbaren Farben nahezu den gesamten wahrnehmbaren Farbraum nutzen kann. Die Unterbereiche sind hinsichtlich ihrer Zuordnung zu den mindestens drei Bereichen und der Anordnung relativ zueinander optimal an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst, so dass über maximal vier Markierungen von Unterbereichen jeweils ein Bildbildpunkt erzeugen lässt, der einen beliebigen Farbeindruck aus dem von den Grundfarben aufgespannten Gamut hervorruft.
Um die Farbinformation in einer Ebene des Wert- oder Sicherheitsdokuments über die Markierungen speichern zu können, wird oder ist bei einer Ausführungsform das
Bayerpattern auf eine Substratschichtoberfläche aufgedruckt. Diese wird oder ist vorzugsweise als innenliegende Substratschichtoberfläche ausgebildet, so das eine Manipulation erschwert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die farbigen Bereiche in Form von Lagen, die einander flächig überlagern in den Dokumentkörper eingebracht oder werden so beim Bereitstellen eingebracht.
Bei einer Ausführungsform werden die Markierungen durch ein Abtragen von Material vorgenommen. Hierbei werden von der Oberfläche Kavitäten in den Dokumentkörper eingebracht. Eine Tiefe der Kavitäten in dem Dokumentkörper bestimmt, welcher
Farbeindruck auf dem Dokumentkörper an der Stelle der Kavität entsteht. Durch die Verwendung von Kurzpulslaserlicht oder Ultrakurzpulslaserlicht können die Kavitäten so dicht benachbart zueinander ausgebildet werden, dass das verbleibende Material keine farbliche Beeinträchtigung des gesamten markierten Musters verursacht, wie dieses im Stand der Technik ist. Dadurch, dass die Randflächen der Kavitäten glatt und senkrecht zur Oberfläche des Dokumentkörpers ausbildbar sind (bei senkrechter Einstrahlung des Laserlichts), können Stegbreiten des zwischen benachbarten Kavitäten verbleibenden Dokumentkörpers minimiert werden. Hierdurch lasen sich intensive Farbmuster erzeugen, die nicht durch die Farbigkeit der Stegbereiche beeinträchtigt sind.
Um eine hohe Lokalisierung der einzelnen Markierungen zu erreichen, wird die
Fokussierung des Laserlichts bei einer Ausführungsform so vorgenommen, dass ein Durchmesser eines Wechselwirkungsbereichs der nicht-linearen Wechselwirkung eines Laserpuls in einer von dem menschlichen Nutzer wahrgenommenen Bildebene im
Größenordnungsbereich von kleiner " Ι ΟΟμηι, bevorzugter kleiner 20μηι, am
bevorzugtesten in der Größenordnung von 5 bis 15 μηι liegt.
Die lokale Veränderung der Farbigkeit eines Bereichs kann über ein Verändern der die Farbe verursachenden Farbmittel mittels der nicht-linearen Wechselwirkung
vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft lassen sich kurze Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich weniger alsl OO Pikosekunden, vorzugsweise im Bereich von 100 Femtosekunden bis 10
Pikosekunden, mit einem Faserlaser erzeugen. Gegenüber anderen Festkörperlasern weisen Faserlaser den Vorteil auf, dass diese sehr kompakt aufgebaut sein können und einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad aufweisen. Darüber hinaus sind Faserlaser hinsichtlich einer Justage und Handhabung sehr viel anspruchsloser als die meisten bekannten Festkörperlaser. Ein Vorteil der Verwendung von kurzen Laserpulsen mit Pulsdauern von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt weniger als 10 Pikosekunden, liegt darin, dass eine sehr präzise örtliche bzw. räumliche Begrenzung der Wechselwirkungszone zwischen dem Laserlicht und dem Material des Wert- oder Sicherheitsdokuments erzielbar ist, wenn nicht lineare optische Wechselwirkungseffekte zum Ausbilden der Markierung genutzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht daher vor, dass die Markierung über einen nicht linearen optischen Effekt in dem Wert- oder
Sicherheitsdokument ausgelöst wird.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung eine relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument beweglich gelagerte Lichtleitfaser umfasst, die mit mindestens einer Antriebseinrichtung so gekoppelt ist, dass das Laserlicht über eine Bewegung einer Austrittsfläche der Lichtleitfaser in einer Positionierebene relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument lateral auf dem Wert- oder
Sicherheitsdokument positionierbar ist. Das Laserlicht der Laserlichtquelle wird somit mittels einer Lichtleitfaser geführt und eine Positionierung des Laserlichts auf dem zu markierenden Wert- oder Sicherheitsdokument erfolgt über ein Bewegen der
Austrittsfläche der Lichtleitfaser relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument.
Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil, dass das zur Markierung verwendete Laserlicht bei geeigneter Orientierung der Positionierebene relativ zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments, vorzugsweise parallel hierzu, jeweils unter demselben Winkel, vorzugsweise senkrecht, auf das Wert- und/oder
Sicherheitsdokument auftrifft und darüber hinaus eine Weglänge des zurückgelegten Lichtwegs unabhängig von der beleuchteten lateralen Position auf dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument gleich ist. Hierdurch ist es möglich, das verwendete Laserlicht stärker zu fokussieren und dennoch an allen lateralen Positionen des Wert- oder Sicherheitsdokuments eine identische Fokusausdehnung bei der Markierung zu verwenden. Probleme, die aufgrund einer leicht unterschiedlichen Einstrahlrichtung bei den Führungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, können somit vermieden werden.
Um eine hohe Auflösung bei der Markierung zu erreichen, ist eine gute Fokussierung vorteilhaft. Hierfür kann eine Fokussieroptik verwendet werden. Bevorzugt ist, eine Fokussieroptik, sofern eine solche verwendet wird, mit der jeweiligen Austrittsfläche der Lichtleitfaser zu koppeln. Dies bedeutet, dass die Fokussieroptik mittels der
Antriebseinrichtung gemeinsam mit der Austrittsfläche der Lichtleitfaser bewegt wird. Vorteil ist, dass der Lichtweg durch die Fokussieroptik jeweils derselbe ist, unabhängig von der Position auf oder in dem Wert- oder Sicherheitsdokument, die gerade markiert wird.
Es sind unterschiedliche Realisierungen möglich, um eine Fokusposition in dem Wertoder Sicherheitsdokument gezielt einzustellen.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Fokussierung mittels des Kerr-Efektes. Hierbei ändert sich die Brennweite des Materials der fokussierenden Linse aufgrund der nichtlinearen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Material der Linse. Die Brennweite der Linse ist umgekehrt proportional der Intensität der
elektromagnetischen Strahlung bei einem gau ßförmigen Strahlungsprofil.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Lichtführung mittels einer Lichtleitfaser ausgeführt wird, ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, welche in der Regel parallel zu einer Oberfläche eines planen Sicherheitsdokuments orientiert ist, eine Bewegung der Austrittsfläche der Lichtleitfaser möglich ist, um einen Lichtweg zwischen der Austrittsfläche und einer Oberfläche des Dokuments zu variieren. Hierüber kann eine Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokuments variiert werden. Eine solche Wegänderung kann beispielsweise bei einer Ausführungsform darüber erreicht werden, dass die Austrittsfläche, von der das Laserlicht geradlinig auf die Dokumentoberfläche geführt ist, zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, die parallel zur Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments gewählt ist, senkrecht zu der Positionierebene bzw. der Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments bewegbar ist.
Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Austrittsfläche beispielsweise gemeinsam mit einer Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene bewegt wird, um das austretende Laserlicht lateral auf der Oberfläche des Wert- oder
Sicherheitsdokuments zu positionieren, kann eine Änderung des Lichtwegs
beispielsweise bei einigen Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass die Austrittsfläche des Lichtwellenleiters zusätzlich relativ zu Elementen der Abbildungsund/oder Fokussieroptik, beispielsweise einen Umlenkspiegel, in der Positionierebene relativ bewegbar ist. Somit ist zum einen eine Positionierung lateral auf dem Dokument über eine Bewegung der Austrittsfläche gemeinsam mit der Abbildungs- und/oder Fokussierungsoptik möglich und zusätzlich durch eine Relativbewegung der
Austrittsfläche relativ zu der Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene eine Veränderung der Fokusposition senkrecht zur Oberfläche des Wert- oder
Sicherheitsdokuments möglich.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Fokussieroptik aus einem
piezoelektrischen Material. Durch Anlegen von Spannung kann das Material verformt und somit die Brennweite des Materials eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle in die Lichtleitfaser integriert. Hierdurch werden etwaige Koppelverluste bei der Einkopplung in die Faser reduziert. Somit ist ein kompakter und einfacher Aufbau möglich. Gegenüber
Festkörperlasern, beispielsweise Ti:Saphir-Lasern, benötigen Faserlaser-Systeme keine aufwendige Kühlung und erzielen einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad. Ferner kann über eine parametrische Abstimmung mit derselben Hardware Laserlicht
unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt werden. Dieses ist bei Faserlasern effektiv.
Um eine schnellere Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments zu ermöglichen, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung mindestens eine weitere bewegliche, vorzugsweise sogar mehrere weitere beweglich gelagerte Lichtleitfasern umfasst. Hierdurch wird es möglich, zeitgleich an mehreren Stellen oder zeitgleich mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen eine Markierung auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument anzubringen oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument einzubringen. Werden unterschiedliche Lichtwellenlängen verwendet, so kann jede Lichtleitfaser mit einer auf die entsprechende Lichtwellenlänge angepasste Fokussieroptik versehen sein. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei Pulsdauern von mehr als 10 ps noch von einer definierten Wellenlänge gesprochen werden kann. Bei Pulslängen, welche kürzer als 10 ps sind, ist die Verbreitung aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation bedeutend. So beträgt die Unschärfe bei einem Puls von 10 ps etwa 0,41 meV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) etwa 0,12 nm entspricht. Bei Pulsdauern von 10 fs beträgt die Unschärfe etwa 0,41 eV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) bedeutet, dass die Bandbreite wenigstens 125 nm beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Austrittsfläche der mindestens einen Lichtleitfaser relativ zu der mindestens einen weiteren Lichtleitfaser oder gegebenenfalls relativ zu den mehreren Austrittsflächen der mehreren Lichtleitfasern in der Positionierebene positionierbar. Besonders bevorzugt sind die mehreren
Lichtleitfasern bzw. deren Austrittsflächen in der Positionierebene individuell angetrieben und relativ zueinander positionierbar. Es versteht sich für den Fachmann, dass hierbei mechanische Restrektionen existieren, da die Lichtleitfasern einander nicht durchdringen können und somit nicht an ein und derselben Position zeitgleich anordenbar sind.
Sind mehrere Lichtleitfasern vorhanden, so kann für diese die Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokuments entlang einer Normalen zur Oberfläche des Wertoder Sicherheitsdokuments bei einer Ausführungsform individuell eingestellt werden. Hierüber können gezielt Markierungen in unterschiedlichen Ebenen bzw. Schichten, aus denen das Wert- oder Sicherheitsdokument zusammengefügt ist, eingebracht werden. Vorzugsweise ist dies gesteuert möglich.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Markierungsvorrichtung für Wert- oder
Sicherheitsdokumente;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Dokumentkörpers zum Einbringen einer farbigen Markierung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines markierten Dokumentkörpers;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Strahlprofils im Fokus;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Grundmusters; und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Markiervorrichtung 1 zum permanenten Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 dargestellt. Das Wertdokument 2 ist auf einer
Halterung 3 angeordnet. Dieser kann das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 mittels einer Transportvorrichtung 4 zugeführt und/oder von dieser abgeführt werden. Bei einigen Ausführungen ist es möglich, dass die Transportvorrichtung 4 die Halterung 3 ausbildet. Dem Fachmann sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Transportieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten bekannt. In der Regel wird die Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 durchgeführt, nachdem dieses bis auf die noch anzubringende Markierung fertiggestellt ist. Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Markierung vorzunehmen, bevor das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 vollständig fertiggestellt ist, beispielsweise bevor dieses aus einem Bogen oder einem Streifen vereinzelt ist.
Die Markiervorrichtung 1 umfasst eine Laserlichtquelle 5. Die Laserlichtquelle 5 ist ausgebildet, Laserlicht 6 zu erzeugen. Die Laserlichtquelle 5 ist eine gepulste Lichtquelle. Beispielsweise kann es sich um einen Festkörperlaser, z.B. einen Ti:Saphir-Laser, handeln. Um das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu markieren, muss das Laserlicht 6 gezielt auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2, d.h. auf dessen Oberfläche 7 oder im Innern des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2, positioniert werden. Hierfür ist eine Lichtführungsvorrichtung 8 vorgesehen. Die Lichtführungsvorrichtung 8 umfasst in der hier beschriebenen Ausführungsform eine Lichtleitfaser 9, in die das Laserlicht 6 eingekoppelt wird. Eine Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 wird in einer Positionierebene 1 1 bewegt. Die Positionierebene 1 1 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel zu der Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 ausgebildet. Um die Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewegen bzw. positionieren zu können, ist die Lichtleitfaser 9 mit einer Antriebseinrichtung 12 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 12 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform einen X-Achsenaktor 13, einen Y-Achsenaktor 14 und einen Z-Achsenaktor 15. Diese sind so miteinander verbunden und ausgerichtet, dass der X-Achsenaktor eine Bewegung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 parallel zu einer X-Achse 16, der Y-Achsenaktor 14 parallel zu einer Y-Achse 17 und der Z-Achsenaktor 15 parallel zu einer Z-Achse 18 bewirkt. Hierbei wird angemerkt, dass eine Bewegung parallel zur Z-Achse eine Veränderung der Positionierebene 1 1 bewirkt. Über die
Antriebseinrichtung 12 ist es somit möglich, eine Lage eines Fokuspunktes 19 des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' entlang einer Normalen zur Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 zu positionieren. Eine Bewegung der
Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewirkt hingegen eine laterale Ausrichtung und Positionierung des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' bzw. des hiervon gebildeten Fokuspunktes 19. Es sei angemerkt, dass andere Ausführungsformen anders ausgebildete Lichtführungseinrichtungen aufweisen und nutzen können.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 eine Abbildungs- und/oder Fokussieroptik 20 gekoppelt ist. Diese wird mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser mitbewegt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser so ausgestaltet, dass das austretende Laserlicht 6' fokussiert wird und keine oder eine ergänzende Fokussieroptik notwendig ist.
Über die an der jeweiligen Position in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebrachte Energiemenge, welche beispielsweise über eine Pulsintensität bzw. eine Anzahl von an derselben Position eingebrachten Lichtpulsen variiert werden kann, wird die Farbe der Markierung bzw. ihr hervorgerufener Farbeindruck geregelt. Über die Antriebseinrichtung 12 ist es möglich, eine Markierung vektoriell (jedoch in einzelne Pixel (Markierungspunkte) zerlegt) oder im Raster vorzunehmen.
Ein Abstand 27 der Positionierebene 1 1 von der Oberfläche 7 bzw. dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 muss bei einigen Anwendungsfällen bei der Markierung nicht variiert werden. Dann reicht eine Positioniereinrichtung 8 aus, die lediglich einen X- Achsenaktor 13 und einen Y-Achsenaktor 14 umfasst. Es versteht sich für den Fachmann, dass für die Positionierung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 in der
Positionierebene 1 1 auch ein Satz von Aktoren verwendet werden kann, die keine
Bewegungen parallel zu den Koordinatenachsen bewirken, jedoch im Zusammenwirken in der Lage sind, die Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 lateral flächig an unterschiedlichen Stellen zu positionieren.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Lichtaustrittsfläche 10 in der
Positionierebene 1 1 nicht in allen Ausführungsformen so positionierbar sein muss, dass sämtliche Stellen auf der Oberfläche des Dokuments mit dem austretenden Laserlicht 6' beleuchtet werden können. Das Laserlicht muss lediglich an jene Positionen auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument positionierbar sein, an welchen Markierungen
vorgenommen werden sollen. Ist nur ein begrenzter Bereich des Wert- oder Sicherheitsdokuments für eine Markierung vorgesehen, so reicht auch ein an diesen Bereich angepasster Positionierbereich 26, in dem die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 positionierbar ist.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Dokumentkörpers 40 eines Wertoder Sicherheitsdokuments 2 gezeigt, der zum Einbringen einer farbigen Markierung geeignet ist. Der Dokumentkörper 40 ist als Laminationskörper ausgebildet. Bei der Herstellung werden eine Trägerfolie 41 , eine schwarze Folie 42, eine blaue Folie 43, eine grüne Folie 44, eine rote Folie 45 sowie eine klare, d.h. transparente Deckfolie 46 übereinander geschichtet. Diese werden dann anschließend in einem
Laminationsverfahren unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander zu dem monolithischen Dokumentkörper 40 zusammengefügt. Vorzugsweise sind die Folien 41 - 46 alle aus demselben thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestellt, beispielsweise aus Polycarbonat oder Polyvinylchlorid. Weitere Sicherheitselemente können zwischen die Folien 41 bis 46 eingefügt sein. Zusätzlich können einzelne oder alle Folien bedruckt sein.
Die schwarze Folie 42, die blaue Folie 43, die grüne Folie 44 und die rote Folie 45 stellen jeweils einfarbige Bereiche dar, die jeweils gegenüber den anderen eine unterschiedliche Farbigkeit aufweisen. Blau, Rot, Grün stellen Grundfarben eines RGB-Farbsystems dar. Der Gamut des RGB-Farbsystems erlaubt es, vollfarbige Gegenstände darzustellen. Um schwarz auf einfache Weise darstellen zu können, ist zusätzlich eine schwarze Folie vorgesehen.
Bei einer Verwendung eines Cyan-Gelb-Magenta-(Schwarz)-Farbsystems (CYM(K)- Farbsystems) würde man beispielsweise statt der blauen Folie 43 eine cyanfarbene Folie, statt der grünen Folie 44 eine gelbe Folie und statt der roten Folie 45 eine
magentafarbene Folie verwenden.
Die Reihenfolge der Folien kann auch anders gewählt werden. Vorzugsweise sind die Folien 41 -45 opak ausgestaltet. Hierdurch wird ein dem normalen Drucksystemen vergleichbarer Farbraum aufgespannt, da immer nur die oberste Farblage sichtbar ist. Hierdurch können Standardsysteme zur Optimierung des Farbraums verwendet werden. Bei einer transparenten Ausgestaltung der Folien 41 -45 ist eine entsprechende
Anpassung der Farben notwendig, da in diesem Fall alle verbleibenden Farbschichten den Farbeindruck prägen. Hierdurch wird die Erzeugung aber auch die Verfälschung bzw. Nachstellung deutlich erschwert.
Anhand von Fig. 3 wird nun exemplarisch das Einbringen einer farbigen Markierung erläutert. Schematisch ist ein Dokumentkörper 40 ähnlich zu dem nach Fig. 2 dargestellt. Gleiche technische Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen durch die gesamte Anmeldung gekennzeichnet. Der Dokumentkörper 40 enthält statt der Deckfolie 46 über der roten Folie 45 eine Sperrfolie 47. Diese ist beispielsweise opak und weiß ausgebildet. Über der Sperrfolie 47 ist eine Schutzfolie 48 angeordnet, die nach dem farbigen
Markieren beispielsweise auflaminiert wird.
Vor dem Einbringen einer Markierung erscheint der Dokumentkörper 40 bei einer Betrachtung unter natürlichem Tageslicht (weißem Licht) weiß. Mittels kurzer oder ultrakurzer Laserlichtpulse werden Kavitäten 51 -54 in die unterschiedlichen Folien 47, 45,
44, 43 eingebracht. Eine Tiefe der Kavitäten 51 -54 legt fest, welchen Farbeindruck eine Oberfläche 7 lokal an der Stelle/Position der jeweiligen Kavität 51 -54 aufweist. Die Kavitäten 51 und 54 reichen jeweils vollständig durch die weiße Sperrfolie und bis in die rote Folie 45. Somit wird lokal ein roter Farbeindruck vermittelt. Bei der Kavität 52 ist auch die rote Folie 45 vollständig durchdrungen. Die Kavität 52 endet in der grünen Folie, so dass lokal ein grüner Farbeindruck vermittelt wird. Die Kavität 53 endet in der blauen Folie 43. Alle darüber angeordneten Folien sind vollständig durchstoßen. Es wird lokal ein blauer Farbeindruck erzeugt.
Die Tiefe der Kavität kann über eine Wahl der deponierten Energie über einen oder mehrere kurze bzw. ultrakurze Laserpulse, eine Wahl der Fokustiefe, eine Anpassung der Wellenlänge des oder der Laserpulse an die Farbe der jeweils zu entfernenden Folie 43-
45, 47 gezielt variiert werden.
Eine Querschnittsform der Kavitäten kann über eine Wahl des Strahlprofils ebenso gesteuert werden, wie eine Seitenwandform der Kavitäten. Einflussgrößen sind hierfür die Fokustiefe und die Defokussierung des Laserstrahls sowie gegebenenfalls ein im
Dokumentenmaterial vorhandener Kerr-Effekt, welcher zu einer zusätzlichen
Fokussierung oder Defokussierung des Strahls führen kann. Aufgrund der kurzen Pulsdauer und der hierbei erreichbaren hohen Lichtintensitäten können nichtlineare Wechselwirkungen ausgenutzt werden, so dass in dem
Dokumentkörper 40 keine thermischen Effekte auftreten, die zu einer Dissipation von Energie in dem Dokumentkörper führen und hierüber zu weniger exakt definierten Kavitätsquerschnittsformen. Insbesondere die Möglichkeit, Kavitäten mit nahezu senkrecht zur Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 bzw. des
Dokumentkörpers 40 orientierten Seitenwänden 55 herzustellen, gestattet es Kavitäten gezielt in geringen Abständen 56,57 in den Dokumentkörper 40 einzubringen.
Verbleibende Stege 58 zwischen den Kavitäten 52-54 sind somit von der Oberfläche 7 aus betrachte flächig klein, so dass eine hohe Punktdichte und somit Auflösung der über die Markierungen dargestellten Information möglich ist. Zusätzlich beeinträchtigen die verbleibenden Stege eine Farbintensität weniger als im Stand der Technik. Es versteht sich, dass für einen makroskopischen flächigen Farbeindruck eines Betrachters die Farbaddition bzw. Farbsubtraktion der durch die einzelnen Kavitäten 51 -54
hervorgerufenen lokalen Farbeindrücke verantwortlich sind.
Die nachträglich aufgebrachte Schutzfolie 48 schützt die Kavitäten 51 -54 während des Gebrauchs des Dokumentkörpers 40 als Wert- oder Sicherheitsdokument 2. Auch ein Einbringen von weiteren Kavitäten zum Verfälschen des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 wird zumindest erschwert, da dieses auch eine Beschädigung der Schutzfolie 48 bewirken würde.
Werden nichtlineare Wechselwirkungen ausgenutzt, so lässt sich über die Form des Strahlprofils eine Fokussierung erreichen, die kleiner als die Fokussierung des Laserlichts ist. Dieses wird unten anhand von Fig. 4 erläutert.
Die einzelnen Komponenten der Markiervorrichtung werden über eine Steuerung 22 gesteuert, so dass die Markierung automatisiert ausgeführt wird. Der Steuerung 22 werden lediglich Daten zugeführt, die das Muster für die Markierung enthalten, so dass die entsprechenden Bereiche des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 mit einer entsprechenden Laserlichtintensität bestrahlt werden, um die entsprechende Markierung in dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu bewirken.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Laserlicht 6 als gepulstes Laserlicht mit kurzen Pulsdauern von weniger als 100 ps, vorzugsweise von weniger als 10 ps erzeugt wird. Hierdurch ist eine Ausnutzung von nicht linearen optischen Effekten zum Einbringen der Markierungen auf oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument möglich.
Durch das Verwenden der Lichtleiterfaser 9 zum Führen des Laserlichts 6' auf oder in das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 kann eine Weglänge 27 zwischen der
Lichtführungsvorrichtung 8 und dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 gering gehalten werden. Diese kann im Bereich vom Kontakt bis zu wenigen cm, bevorzugt 0,2 bis 10 mm, gewählt werden. Hierdurch ist es möglich, die Strahlführung stark divergent auszubilden und scharf zu fokussieren. Sowohl quer zur Strahlrichtung
(Ausbreitungsrichtung) als auch längs der Strahlrichtung kann somit eine sehr enge Fokussierung erreicht werden.
Bei geeignet gewählter Intensität und geeignet gewähltem Strahlprofil wird eine nicht lineare Wechselwirkung nur in einem„Kernbereich" des Strahls des Laserlichts im Fokus erreicht. Hierdurch wird eine gegenüber der geometrischen Lichtfokussierung noch engere Lichtfokussierung erreicht. Hierdurch kann sowohl lateral (quer zur
Einstrahlungsrichtung des Laserlichts 6' als auch longitudinal, das heißt in
Ausbreitungsrichtung des Laserlichts 6' eine verbesserte Auflösung beim Markieren erreicht werden. Beispielsweise kann Mikroschrift mit einer Zeichengröße im Bereich von einigen Mikrometern realisiert werden.
In Fig. 4 ist ein sogenanntes Strahlprofil 61 im Fokus schematisch gezeigt. Aufgetragen ist eine Lichtintensität I gegen die Position r quer zur Ausbreitungsrichtung (z-Richtung in Fig. 1 ) dargestellt, (r wird beispielsweise parallel zur x-Achse gemäß Fig. 1 gewählt.) Angenommen wird hier, dass ein Strahlprofil 61 des Laserlichts 6' (nach Fig. 1 ) im Fokus 19 (nach Fig. 1 ) ein Gaußprofil aufweist. Da nichtlineare Wechselwirkungen von dem Quadrat I 2 62 der Intensität I des Laserlichts abhängig sind, das heißt eine sogenannte I 2 - Abhängigkeit zeigen, findet bei geeignet gewählter Pulsintensität die nichtlineare
Wechselwirkung nur im Kernbereich 63 des Stahlprofils statt, in dem das Quadrat I 2 62 der Intensität I des Strahlprofils 61 einen Schwellenwert 64 überschreitet. Hierdurch wird die Fokusausdehnung der Markierung durch eine Ausdehnung 65 des Kernbereichs 63 festgelegt und nicht durch die Ausdehnung 66 des Fokus 19 des Laserlichts 6', die der Ausdehnung des Strahlprofils 61 entspricht. Bei einer anderen Ausführungsform werden die eine unterschiedliche Farbigkeit aufweisenden Bereiche in Form von Unterbereichen in den Dokumentkörper eingebracht. Die Unterbereiche werden so angeordnet, dass diese Unterbereiche bei einer
Betrachtung einer Oberfläche des Dokumentkörpers ein vorgegebenes Muster bilden. Als vorgegebenes Muster kann beispielsweise ein Bayer-Pattern 81 verwendet werden, welches exemplarisch Ausschnittsweise in Fig. 5 dargestellt ist. Pro farbigem Bildpunkt 82 der zu markierenden Information sind hierbei jeweils vier Unterbereiche 83 vorgesehen. Ein Unterbereich 83-r ist rot und ein Unterbereich 83-b ist blau, zwei Unterbereiche 83-g1 , 83-g2 sind grün.
Die einzelnen Unterbereiche 83 sind vorzugsweise in einer Ebene des Dokumentkörpers parallel zu einer Oberfläche des Dokumentkörpers angeordnet. Beispielsweise können die Unterbereiche 83 auf eine Oberfläche aufgedruckt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Unterbereiche 83 auf unterschiedliche Oberflächen von Folien gedruckt sind, die so zusammengetragen und zusammengefügt werden oder sind, dass die einzelnen
Unterbereiche im Register angeordnet sind und das vorgegebene Muster ergeben.
Die farbige Markierung erfolgt, indem die Unterbereiche 83 mittels der kurzen oder ultrakurzen Laserlichtpulse von weniger als 100 ps oder weniger als 10 ps, vorzugsweise von 100 fs- 10 ps hinsichtlich ihrer Farbigkeit modifiziert werden. Die Größen und die Abstände der einzelnen Unterbereiche 83 können so gewählt werden, dass diese kleiner als die Fokusgröße der Laserlichtpulse sind. Eine gezielte Modifikation der Farbigkeit, beispielsweise über ein Abtragen der die Farbigkeit verursachenden Druckfarbe oder über ein„Zerstören" der die Farbigkeit verursachenden Pigmente in dem entsprechenden Unterbereich kann über eine Ausnutzung nichtlinearer Wechselwirkungen erzielt werden. Über eine geeignete Wahl des Strahlprofils lässt sich so eine gegenüber der optischen Fokussierung des Laserlichts verbesserte Fokussierung des Wechselwirkungsbereichs erlangen und ausnutzen.
Somit lassen sich Informationen beispielsweise in Form von Mikroschrift farbig in ein Wert- oder Sicherheitsdokument zum Individualisieren desselben markieren.
Es versteht sich für den Fachmann, dass alternativ zu einem Bayer-Pattern auch andere Muster verwendet werden, die es erlauben, über Farbaddition oder Farbsubtraktion bei geeigneter Modifikation der Unterbereiche eine Vielzahl von verschiedenen Farbeindrücken erzielen lassen.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Markiervorrichtung 1 schematisch dargestellt. Technisch gleich wirkende Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass die Lichtführungsvorrichtung 8 bei dieser Ausführungsform zwei
Lichtleitfasern 9, 9' umfasst. Diese sind entsprechend jeweils mit einer Antriebseinrichtung 8 bzw. 8' gekoppelt, die analog zu der Antriebseinrichtung 8 nach Fig. 1 ausgebildet sind. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zeitgleich oder quasi zeitgleich an mehreren Stellen markiert werden kann.
Die Laserlichtquelle 5 ist bei dieser Ausführungsform als Faserlaser 23 mit einem Seed- Laser 24 und einem Verstärkerring 25 schematisch dargestellt. Es versteht sich für den Fachmann, dass auch eine andere Laserlichtquelle zusammen mit dieser
Ausführungsform eingesetzt werden kann. Ebenso kann ein Faserlaser 23 als
Laserlichtquelle 5 in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Markiervorrichtung
2 Wert- oder Sicherheitsdokument
3 Halterung
4 Transportvorrichtung
5 Laserlichtquelle
6, 6' Laserlicht
7 Oberfläche
8, 8' Lichtführungsvorrichtung
9, 9' Lichtleitfaser
10, 10' Austrittsfläche
1 1 Positionierebene
12, 12' Antriebseinrichtung
13, 13' X-Achsenaktor
14, 14' Y-Achsenaktor
15, 15' Z-Achsenaktor
16 X-Achse
17 Y-Achse
18 Z-Achse
19 Fokuspunkt
20 Abbildungs- und/oder Fokussieroptik
22 Steuerung
23 Faserlaser
24 Seed- Laser
25 Verstärkerring
26 Positionierbereich
27 Abstand
40 Dokumentkörper
41 Trägerfolie
42 schwarze Folie
43 blaue Folie
44 grüne Folie
45 rote Folie
46 Deckfolie Sperrfolie
Schutzfolie
-54 Kavitäten
Seitenwand
,57 Abstände
Stege
Strahlprofil
Quadrat der Intensität (I 2 )
Kernbereich
Schwellenwert
Ausdehnung des Kernbereichs
Ausdehnung des Fokus
Bayer-Pattern
Bildpunkt (der Information)
Unterbereich
-r Unterbereich (rot)
-b Unterbereich (blau)
-g1 , 83-g2 Unterbereich (grün)
Next Patent: A GRIDDLE PAN