DE102014016009A1 - Method for producing a security element with a lenticular image - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild (70) zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbarer Sollbilder (18A, 18B), deren Motive (22A, 22B) durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische Teilbereiche und demetallisierte Teilbereiche (42A, 42B) einer Motivschicht (40) gebildet sind, wobei bei dem Verfahren – ein Linsenrasterbild (70) mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen (34) und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht (40) bereitgestellt wird, – eine Markierungs-Laserquelle (52) zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung bereitgestellt wird, – die gepulste Laserstrahlung im Strahlengang zwischen der Laserquelle (52) und dem Linsenrasterbild (70) durch einen Strahlformer (60) oder eine schaltbare Maske (82) mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen wird, und – eine Mehrzahl von Mikrolinsen (34) des Linsenrasters gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt (62) beaufschlagt wird, um gleichzeitig eine Mehrzahl teilmotivförmig demetallisierter Teilbereiche (42, 42B) in der darunterliegenden metallischen Motivschicht (40) zu erzeugen.The invention relates to a method for producing a security element having a lenticular image (70) for displaying one or more target images (18A, 18B) visible only from predetermined viewing directions, their motifs (22A, 22B) by visually recognizable, contrasting metallic subregions and demetallized subregions (42A, 42B) of a motif layer (40) are formed, wherein in the method - a lenticular image (70) is provided with a lenticular of a plurality of microlenses (34) and spaced from the lenticular metallic Motive layer (40), a pulsed laser radiation in the beam path between the laser source (52) and the lenticular image (70) by a beam former (60) or a switchable mask (82) having a motif-shaped beam cross-section is provided, and - a plurality of microlenses (34) de s lenticular grid is acted upon simultaneously with the laser beam with the motif-shaped beam cross-section (62) to simultaneously produce a plurality of partially motive demetallisierter portions (42, 42 B) in the underlying metallic motif layer (40).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbarer Sollbilder, wobei die Motive der Sollbilder insbesondere durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische und demetallisierte Teilbereiche einer Motivschicht gebildet sind.The invention relates to a method for producing a security element with a lenticular image for displaying one or more target images visible only from predetermined viewing directions, wherein the motifs of the target images are formed, in particular, by visually discernible, contrasting metallic and demetallized portions of a motif layer.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.Data carriers, such as valuables or identity documents, but also other valuables, such as branded goods, are often provided with security elements for the purpose of security, which permit verification of the authenticity of the data carrier and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigen Effekten, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente werden dabei mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein anderes graphisches Motiv zeigen.Security elements with viewing-angle-dependent effects play a special role in the authentication of authenticity since they can not be reproduced even with the most modern copiers. The security elements are thereby equipped with optically variable elements that give the viewer a different image impression under different viewing angles and, for example, show a different color or brightness impression and / or another graphic motif depending on the viewing angle.
Beispielsweise werden Ausweiskarten, wie etwa Kreditkarten oder Personalausweise seit langem mittels Lasergravur personalisiert. Bei der Personalisierung durch Lasergravur werden die optischen Eigenschaften des Substratmaterials durch geeignete Führung eines Laserstrahls in Gestalt einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert.For example, ID cards such as credit cards or identity cards have long been personalized by laser engraving. In personalization by laser engraving, the optical properties of the substrate material are irreversibly changed by suitable guidance of a laser beam in the form of a desired marking.
Die Druckschrift
Enthält ein Linsenrasterbild eine metallische Motivschicht, so können die dargestellten Motive durch lokale Demetallisierungen der metallischen Motivschicht gebildet sein. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, mit einem Laser durch Demetallisierung ein Design in eine Metallisierung einzubringen. Zum einen kann die Demetallisierung durch direkte Beschriftung erfolgen, indem ein Laserstrahl mittels einer geeigneten Scaneinrichtung über die metallische Motivschicht geführt wird. Derartige Scaneinrichtungen sind allerdings teuer und erreichen in der Regel nicht die in einer industriellen Fertigungslinie benötigten Geschwindigkeiten.If a lenticular image contains a metallic motif layer, the motifs shown can be formed by local demetallization of the metallic motif layer. Various ways are known to bring a design into a metallization with a laser by demetallization. On the one hand, demetallization can be effected by direct inscription by guiding a laser beam over the metallic motif layer by means of a suitable scanning device. However, such scanning devices are expensive and usually do not reach the speeds required in an industrial production line.
Eine andere Möglichkeit der Demetallisierung besteht in der Laserbeaufschlagung über eine Maske. Die Maske sollte sich in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess bevorzugt mit der Geschwindigkeit der Papier- oder Folienbahn bewegen. Zudem ist für jedes Design eine eigene Maske nötig, so dass die Maske in der Praxis nicht einfach auf die laufende Bahn gedruckt werden kann. Alternativ muss für jedes Design ein eigener Belichtungsschritt durchgeführt werden, wobei nach der Laserbelichtung aus der entsprechenden Richtung die Belichtungsmaske entfernt werden muss. Durch eine Maske wird außerdem ein Teil der Laserstrahlung ausgeblendet oder absorbiert, so dass nur ein Teil der Laserintensität für die Laserbeschriftung selbst zur Verfügung steht.Another possibility of demetallization is the laser application via a mask. The mask should move in a roll-to-roll process, preferably at the speed of the paper or film web. In addition, each design requires its own mask so that in practice the mask can not simply be printed on the moving web. Alternatively, a separate exposure step must be carried out for each design, with the exposure mask having to be removed from the corresponding direction after laser exposure. In addition, a part of the laser radiation is masked or absorbed by a mask so that only part of the laser intensity is available for the laser inscription itself.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, und das insbesondere eine hohe Produktionsgeschwindigkeit bzw. eine hohe Effektivität der Laserdemetallisierung ermöglicht.Based on this, the present invention seeks to provide a method of the type mentioned above, which avoids the disadvantages of the prior art, and in particular allows a high production speed and a high efficiency of the Laserdemetallisierung.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claim. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
- – ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht bereitgestellt,
- – wird eine Markierungs-Laserquelle zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung bereitgestellt,
- – wird die gepulste Laserstrahlung im Strahlengang zwischen der Laserquelle und dem Linsenrasterbild durch einen Strahlformer oder eine schaltbare Maske mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen, und
- – wird eine Mehrzahl von Mikrolinsen des Linsenrasters gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt, um gleichzeitig eine Mehrzahl teilmotivförmig demetallisierter Teilbereiche in der darunterliegenden metallischen Motivschicht zu erzeugen.
- A lenticular image is provided with a lenticular array of a plurality of microlenses and a metallic motif layer arranged at a distance from the lenticular grid,
- A marking laser source is provided for generating pulsed laser radiation,
- The pulsed laser radiation in the beam path between the laser source and the lenticular image is provided with a motif-shaped beam cross section by a beam former or a switchable mask, and
- - Is a plurality of microlenses of the lenticular image simultaneously applied to the laser beam with the motif-shaped beam cross-section to simultaneously produce a plurality of partially motive demetallisierter portions in the underlying metallic motif layer.
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird als Strahlformer ein Diffraktives Optisches Element (DOE) oder ein Refraktives Optisches Element (ROE) bereitgestellt. Nach einer ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante wird als schaltbare Maske ein Mikrospiegelaktor (Digital Micromirror Device, DMD) oder ein Flächenlichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM) bereitgestellt.In an advantageous variant of the method, a diffractive optical element (DOE) or a refractive optical element (ROE) is provided as the beam former. According to a likewise advantageous variant of the method, a micro-mirror actuator (Digital Micromirror Device, DMD) or a surface light modulator (SLM) is provided as a switchable mask.
Sowohl der Strahlformer als auch die schaltbare Maske können in Transmission oder Reflexion arbeiten. Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Strahlformer in Transmission bzw. die schaltbare Maske in Reflexion arbeitet. Both the beamformer and the switchable mask can work in transmission or reflection. It has been found to be particularly advantageous when the beam shaper in transmission or the switchable mask works in reflection.
Als Mikrolinsen werden im Rahmen dieser Beschreibung Linsen bezeichnet, deren Größe in zumindest einer lateralen Richtung unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges liegt. Die Mikrolinsen können dabei beispielsweise sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Bevorzugt ist gegenwärtig allerdings der Einsatz von Zylinderlinsen, so dass bei dem Verfahren mit Vorteil ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikro-Zylinderlinsen bereitgestellt wird.In the context of this description, microlenses are lenses whose size lies below the resolution limit of the naked eye in at least one lateral direction. The microlenses may be formed, for example, spherical or aspherical. However, the use of cylindrical lenses is currently preferred, so that the method advantageously provides a lenticular image with a lenticular grid of a plurality of micro-cylindrical lenses.
Die sphärischen oder asphärischen Mikrolinsen haben vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm, besonders bevorzugt zwischen 15 μm und 20 μm. Die Mikro-Zylinderlinsen haben vorzugsweise eine Breite zwischen 5 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm, besonders bevorzugt zwischen 15 μm und 20 μm. Die Länge der Mikro-Zylinderlinsen ist beliebig, sie kann beispielsweise beim Einsatz in Sicherheitsfäden der Gesamtbreite des Fadens entsprechen und mehrere Millimeter betragen.The spherical or aspherical microlenses preferably have a diameter between 5 μm and 100 μm, in particular between 10 μm and 50 μm, particularly preferably between 15 μm and 20 μm. The micro-cylindrical lenses preferably have a width between 5 μm and 100 μm, in particular between 10 μm and 50 μm, particularly preferably between 15 μm and 20 μm. The length of the micro-cylindrical lenses is arbitrary, it may for example correspond to the use of security threads of the total width of the thread and be several millimeters.
Mit Vorteil werden bei dem Verfahren zumindest 20, vorzugsweise zumindest 50, insbesondere zumindest 500 Mikrolinsen gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt.Advantageously, in the method, at least 20, preferably at least 50, in particular at least 500 microlenses are acted on simultaneously with the laser beam with the motif-shaped beam cross section.
Die Mikrolinsen werden vorteilhaft mit einem Laserstrahl beaufschlagt, dessen Strahlquerschnitt flächig ausgedehnt ist und der nicht auf einen linienförmigen Oberflächenbereich beschränkt ist. Der Strahlquerschnitt weist dabei insbesondere die Form von Mustern, Zeichen, insbesondere alphanumerischen Zeichen, oder einer Codierung auf.The microlenses are advantageously acted upon by a laser beam whose beam cross-section is extended over a wide area and which is not limited to a linear surface area. In this case, the beam cross-section in particular has the form of patterns, characters, in particular alphanumeric characters, or a coding.
Weiter werden die Mikrolinsen des Linsenrasters mit Vorteil für jedes Sollbild unter einem Winkel mit der Laserstrahlung beaufschlagt, der der vorbestimmten Betrachtungsrichtung dieses Sollbilds entspricht. Die Mikrolinsen des Linsenrasters können auch mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit motivförmigem Strahlquerschnitt aus unterschiedlichen Winkeln beaufschlagt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Mikrolinsen des Linsenrasters mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit unterschiedlichen motivförmigen Strahlquerschnitten beaufschlagt werden. Die die zwei oder mehr Laserstrahlen können von unterschiedlichen Markierungslasern oder von demselben Markierungslaser stammen.Furthermore, the microlenses of the lenticular grid are advantageously applied to the laser radiation at an angle for each target image at an angle which corresponds to the predetermined viewing direction of this target image. The microlenses of the lenticular grid can also be exposed to two or more laser beams with a motive beam cross-section from different angles. Alternatively or additionally, the microlenses of the lenticular grid can be exposed to two or more laser beams with different motif-shaped beam cross sections. The two or more laser beams may originate from different marker lasers or from the same marker laser.
Vorteilhaft werden die Mikrolinsen des Linsenrasters mit gepulster Laserstrahlung einer Pulslänge zwischen 5 ns und 130 ns beaufschlagt. Als Laserquelle hat sich ein Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere ein Nd:YAG-Laser oder Nd:YVO4-Laser bewährt. Um bestimmte Metalle, wie etwa Gold oder Kupfer, durch Laserbeaufschlagung lokal zu demetallisieren, eignen sich kürzere Wellenlängen, insbesondere im Bereich von 480 nm bis 580 nm, deutlich besser. Diese lassen sich beispielsweise mithilfe frequenzverdoppelter Festkörperlaser erzeugen.Advantageously, the microlenses of the lenticular grid are exposed to pulsed laser radiation having a pulse length between 5 ns and 130 ns. As laser source, an infrared laser in the wavelength range of 0.8 .mu.m to 3 .mu.m, in particular a Nd: YAG laser or Nd: YVO 4 laser has been proven. In order to locally demetallise certain metals, such as gold or copper, by laser application, shorter wavelengths, in particular in the range from 480 nm to 580 nm, are much better suited. These can be generated, for example, by means of frequency-doubled solid-state lasers.
Die Laserparameter werden mit Vorteil so gewählt, dass die metallische Motivschicht bei der Laserbeaufschlagung durch Abtragung oder Transparentisierung lokal demetallisiert wird. Die Transparentisierung kann beispielsweise durch eine Umwandlung des Metalls der Motivschicht in Metalloxid erfolgen, oder durch ein laserinduziertes Aufschmelzen der Metallschicht, bei dem sich mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennbare, mikroskopisch kleine Metall-Tröpfchen bilden.The laser parameters are advantageously chosen so that the metallic motif layer is locally demetallized by laser ablation by ablation or transparency. The transparency can be effected, for example, by a transformation of the metal of the motif layer into metal oxide, or by a laser-induced melting of the metal layer, in which microscopic metal droplets that are no longer recognizable to the naked eye form.
Als Material für die metallische Motivschicht hat sich Aluminium besonders bewährt, es kommen jedoch auch anderes Metalle, wie etwa Kupfer, Gold, Eisen, Chrom, Nickel, Silber, Platin, Palladium, Titan, oder eine Legierung dieser Metalle in Betracht. Neben Metallen und Metall-Legierungen kommen für die metallische Motivschicht außerdem Metallschichten enthaltende Dünnschichtelemente mit Farbkippeffekt in Betracht. Derartige Dünnschichtelemente bestehen typischerweise aus einer Absorberschicht, einer dielektrischen Abstandsschicht und einer metallischen Reflektorschicht. Die Reflektorschicht wird dabei dünn genug ausgeführt, so dass sie durch die Laserstrahlung mit den gewünschten teilmotivförmig demetallisierten Teilbereichen versehen werden kann.As a material for the metallic motif layer, aluminum has proven particularly useful, but there are also other metals, such as copper, gold, iron, chromium, nickel, silver, platinum, palladium, titanium, or an alloy of these metals into consideration. In addition to metals and metal alloys, metallic layer-containing thin-film elements with a color shift effect are also suitable for the metallic motif layer. Such thin-film elements typically consist of an absorber layer, a dielectric spacer layer and a metallic reflector layer. The reflector layer is made thin enough so that it can be provided by the laser radiation with the desired partial motive demetallisierten portions.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.Further exemplary embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in the representation of which a representation true to scale and proportion has been dispensed with in order to increase the clarity.
Es zeigen:Show it:
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert.
In den Fensterbereichen
Der Träger
Bei Betrachtung des Fenstersicherheitsfadens
Wegen der geringen Abmessungen der Zylinderlinsen
Wie in
Die Laserdemetallisierung metallischer Schichten ist an sich zwar bekannt, direkte Laserbeschriftungsverfahren sind jedoch sehr zeitaufwendig und für eine Produktion in größerem Maßstab daher in der Regel nicht geeignet. Um eine hohe Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, wird im Rahmen der Erfindung die Laserstrahlung einer gepulsten Laserquelle durch einen Strahlformer oder eine schaltbare Maske mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen und eine Mehrzahl von Zylinderlinsen
Die Linsenrasterfolie
Der Strahlquerschnitt des Laserstrahls
Der in seiner Querschnittsintensität umverteilte Laserstrahl
Der Laserstrahl mit seinem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt dabei gleichzeitig eine Vielzahl von Zylinderlinsen
Die verschiedenen Motive
Die Form des Strahlquerschnitts des Laserstrahls zwischen dem Strahlformer
Um das in den
Zur weiteren Erläuterung zeigt
Durch die fokussierende Wirkung der Zylinderlinsen
Im Ergebnis wird durch die Laserbeaufschlagung mit einem einzigen Laserpuls gleichzeitig eine große Zahl von demetallisierten Teilbereichen
Der Vollständigkeit sei darauf hingewiesen, dass eine der
Insgesamt werden in die Motivschicht
Es versteht sich, dass auch eine Einbelichtung eines Motivs unter mehreren Beaufschlagungswinkeln möglich ist. So können etwa Motive, die über einen großen Winkelbereich sichtbar sein sollen, unter mehreren aufeinanderfolgenden Winkeln einbelichtet werden. Auch können mehr als zwei Sollbilder vorgesehen sein, beispielsweise um ein Bewegungs- oder Pumpbild beim Kippen des Sicherheitselements zu verwirklichen.It is understood that a Einbelichtung a subject under several loading angles is possible. For example, subjects that should be visible over a wide range of angles can be imprinted at several consecutive angles. Also, more than two target images may be provided, for example, to realize a motion or pumping image when tilting the security element.
Anstatt durch ein Diffraktives Optisches Element (DOE) kann der Strahlformer
In Abwandlung der Bearbeitungsvorrichtung der
Der verbleibende, mit einer motivförmigen Querschnittsintensität versehene Strahlanteil
Die Verwendung einer schaltbaren Maske
Anstelle von Mikrospiegelaktoren können auch Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulator, SLM) als schaltbare Maske verwendet werden, welche die Laserintensität auch im Strahl umverteilen können, und daher die Vorteile einer schaltbaren Maske (Flexibilität, Möglichkeit, mehrere Designs mit einer Maske zu erzeugen) mit den Vorteilen eines Strahlformers (Verwendung der gesamten Energie des Laserstrahls) verbinden. In diesem Fall kann auf den in
Grundsätzlich kann eine in Transmission arbeitende schaltbare Maske auch durch ein LCD-Display gebildet sein, bei dem die zu maskierenden Bereiche dunkel geschaltet sind.In principle, a switchable mask operating in transmission can also be formed by an LCD display in which the areas to be masked are switched to dark.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Banknotebill
- 1212
- FenstersicherheitsfadenWindowed security thread
- 1414
- Fensterbereichepanes
- 1616
- Stegbereicheweb regions
- 18A, 18B18A, 18B
- Sollbildertarget images
- 2020
- metallische Motivteilemetallic motif parts
- 22A, 22B22A, 22B
- demetallisierte Motivteiledemetallised motif parts
- 30A, 30B30A, 30B
- Betrachtungsrichtungenviewing directions
- 3232
- Trägercarrier
- 3434
- Zylinderlinsencylindrical lenses
- 3636
- UV-LackschichtUV lacquer layer
- 4040
- Motivschichtmotif layer
- 42A, 42B42A, 42B
- demetallisierte Teilbereichedemetallized subareas
- 5050
- Bearbeitungsvorrichtungprocessing device
- 5252
- Markierungslaserlaser marking
- 5454
- Laserstrahllaser beam
- 5656
- Ausgangs-IntensitätsverteilungOutput intensity distribution
- 5858
- Linsenlenses
- 6060
- Strahlformerbeamformer
- 6262
- Ziel-IntensitätsverteilungTarget intensity distribution
- 6464
- Umlenkspiegeldeflecting
- 6666
- Linsenlenses
- 7070
- LinsenrasterfolieLenticular sheet
- 7272
- Bearbeitungsebenemachining plane
- 8080
- Bearbeitungsvorrichtungprocessing device
- 8282
- schaltbare Maskeswitchable mask
- 84, 8684, 86
- Strahlanteilebeam components
- 8888
- Absorberabsorber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0219012 A1 [0005] EP 0219012 A1 [0005]
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