DE19955383A1 - Method for applying color information to an object treats the object by laser radiation with a vector and/or grid method using a two-coordinate beam-deflecting device and a focussing device for focussing laser radiation on a layer. - Google Patents
Method for applying color information to an object treats the object by laser radiation with a vector and/or grid method using a two-coordinate beam-deflecting device and a focussing device for focussing laser radiation on a layer.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand. Für diese Art von Verfahren weist der Gegenstand zumindest in einer oberflächennahen Schicht mindestens zwei verschiedenartige farbgebende Partikel auf, die unter dem Einfluß von Laserstrahlung die Farbe dieser Schicht verändern. Dabei wird Laserstrahlung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen (λ1, λ2, λ3) verwendet, um die Farbe dieser Schicht zu ändern. Die Beaufschlagung des Gegenstandes mit Laserstrahlung erfolgt im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung und eine Fokussiereinrichtung. Dabei fokussiert die Fokussiereinrichtung die Laserstrahlung auf die Schicht des Gegenstandes, die die farbgebenden Partikel enthält. Dabei erfolgt jeweils lokal (im Laserfokus) an den für die farbige Information vorgesehenen Stellen des Gegenstandes eine Farbänderung.The invention relates to a method for applying colored information to an object. For this type of method, the object has at least one layer close to the surface with at least two different coloring particles which change the color of this layer under the influence of laser radiation. Laser radiation with at least two different wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 ) is used to change the color of this layer. Laser radiation is applied to the object in the vector and / or raster process via a two-coordinate beam deflection device and a focusing device. The focusing device focuses the laser radiation on the layer of the object that contains the coloring particles. A color change occurs locally (in the laser focus) at the locations of the object provided for the colored information.
Aus der DE 30 48 736 C2 ist es bekannt, Kunststoffkarten mittels Laserstrahlung zu beschriften, wobei die Kunststoffkarten zumindest in einer oberflächennahen Schicht zum Zwecke dieser Beschriftung spezielle Laseradditive als farbgebende Partikel enthalten: Ein Beispiel für so ein Laseradditiv ist das Laseradditiv mit der Markenbezeichnung Iriodin LS 825 der Fa. Merck. Dieses Pigment ist an sich transparent bis hellgrau. Infolge der Beaufschlagung dieses Laseradditivs mit Laserstrahlung von 1064 nm (Nd-YAG-Laser) wird in dem Kunststoff eine intensive, irreversible farbändernde Reaktion ausgelöst. Die Reaktion bewirkt in der Regel hauptsächlich eine Dunkelfärbung (Schwarzfärbung) des Kunststoffs, hervorgerufen durch eine Karbonisierung der Kunststoffpolymermatrix. Das Laseradditiv bewirkt dabei eine zur Karbonisierung notwendige Absorption der Laserstrahlung, wobei Laseradditive verwendet werden, deren Absorption auf eine entsprechende Laserwellenlänge abgestimmt ist.From DE 30 48 736 C2 it is known to laser cards plastic cards label, the plastic cards at least in a layer close to the surface for For the purpose of this labeling, special laser additives contain as coloring particles: On An example of such a laser additive is the laser additive with the brand name Iriodin LS 825 from Merck. This pigment is transparent to light gray in itself. As a result of This laser additive is exposed to laser radiation of 1064 nm (Nd-YAG laser) triggered an intense, irreversible color-changing reaction in the plastic. The reaction usually causes the plastic to darken (black), caused by carbonization of the plastic polymer matrix. The laser additive causes an absorption of the laser radiation necessary for carbonization, whereby Laser additives are used, their absorption to a corresponding laser wavelength is coordinated.
Darüber hinaus ist es bekannt, sogenannte latente Pigmente als farbgebende Partikel einzusetzen, die an sich zumindest nahezu transparent sind. Bei Beaufschlagung mit Laserstrahlung wird die Absorptionseigenschaft des latenten Pigments allerdings derart geändert, daß das Pigment nach der Laserbestrahlung eine Absorption im sichtbaren Spektralbereich aufweist, wodurch eine Farbänderung der Schicht, in der sich dieses Pigment befindet, hervorgerufen wird.In addition, it is known to use so-called latent pigments as coloring particles use that are at least almost transparent in themselves. When applied with Laser radiation, however, becomes the absorption property of the latent pigment changed that the pigment has an absorption in the visible after laser irradiation Has spectral range, causing a color change in the layer in which this pigment is caused.
Ferner ist aus der WO 96/35585 ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Information bekannt, bei dem drei verschiedene Pigmente als farbgebende Partikel eingesetzt werden, die jeweils zumindest an einer Stelle (für eine bestimmte Wellenlänge oder Wellenlängenbereich) im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm) Licht absorbieren. Bei Bestrahlung mit intensiver Laserstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge, vorzugsweise die Wellenlänge, wo die Absorption des Pigments am stärksten ist, verlieren diese Pigmente ihre Absorptionseigenschaft zumindest teilweise. Sie lassen sich so zumindest teilweise Bleichen. Durch wellenlängenselektives Bleichen mittels Laserstrahlung kann so lokal eine Farbeinstellung erfolgen.Furthermore, WO 96/35585 describes a method for applying colored information known in which three different pigments are used as color-imparting particles each at least at one point (for a certain wavelength or wavelength range) absorb light in the visible spectral range (400 nm to 700 nm). When irradiated with intense laser radiation with a certain wavelength, preferably the wavelength, where the absorption of the pigment is strongest, these pigments lose theirs Absorption property at least partially. You can at least partially bleach this way. By wavelength-selective bleaching using laser radiation, one can locally Color adjustment done.
Idealerweise weist die Schicht, auf die die farbige Information aufzubringen ist, folgende
Pigmente (Farbmittel) auf:
Ideally, the layer on which the colored information is to be applied has the following pigments (colorants):
- - ein erstes Pigment, das schwerpunktmäßig blaues Licht (440 nm) absorbiert - die Eigenfarbe dieses Pigments ist gelb,- a first pigment that mainly absorbs blue light (440 nm) - the The color of this pigment is yellow,
- - ein zweites Pigment, das schwerpunktmäßig grünes Licht (532 nm) absorbiert - die Eigenfarbe dieses Pigments ist rot (magenta),- a second pigment that mainly absorbs green light (532 nm) - the The inherent color of this pigment is red (magenta),
- - ein drittes Pigment, das schwerpunktmäßig rotes Licht (660 nm) absorbiert - die Eigenfarbe dieses Pigments ist blau (cyan).- a third pigment that mainly absorbs red light (660 nm) - the The intrinsic color of this pigment is blue (cyan).
Sind diese Pigmente in einer Schicht in nahezu gleicher Konzentration gleich verteilt vorhanden, so erscheint diese Schicht bei Betrachtung im Sonnenlicht schwarz. Durch wellenlängenselektives Ausbleichen mittels Laserstrahlung der einzelnen Pigmente kann man so durch subtraktive Farbmischung die Farbe der Schicht gezielt einstellen. Wenn man z. B. die Schicht an einer Stelle mit Laserstrahlung von 440 nm bestrahlt und das erste Pigment vollständig ausbleicht, so erhält man eine Schicht, die blaues Licht nicht mehr absorbiert, sondern nur noch grünes und rotes Licht. Dementsprechend ist dann auch der Farbeindruck dieser Stelle. Are these pigments equally distributed in a layer in almost the same concentration present, this layer appears black when viewed in sunlight. By Wavelength selective bleaching by means of laser radiation of the individual pigments can be done adjust the color of the layer in a targeted manner by subtractive color mixing. If you e.g. B. the layer is irradiated at one point with laser radiation of 440 nm and the first pigment completely bleached, you get a layer that no longer absorbs blue light, but only green and red light. The color impression is also corresponding this place.
Um mit Hilfe dieses Verfahrens die Farbe in einem weiten Bereich einstellen zu können, ist es erforderlich, die entsprechende Schicht des Gegenstandes mit Laserstrahlung verschiedener Wellenlänge zu beaufschlagen.In order to be able to adjust the color over a wide range using this method, it is required the appropriate layer of the object with laser radiation different To apply wavelength.
Hierzu wird in der WO 96/35585 vorgeschlagen, einen durchstimmbaren Laser zu verwenden, der in der Lage ist, Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen. Die Beaufschlagung des Gegenstandes mit Laserstrahlung erfolgt im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung und eine Fokussiereinrichtung. Dabei fokussiert die Fokussiereinrichtung die Laserstrahlung auf die Schicht des Gegenstandes, die die farbgebenden Partikel enthält. Ein Problem hierbei ist jedoch, daß die Intensität von durchstimmbaren Lasern oftmals zu gering ist. Außerdem ist der Betriebszustand von durchstimmbaren Lasern oft nicht stabil, da diese Laser sehr empfindlich von äußeren Bedingungen abhängen. Ein Dauerbetrieb unter Produktionsbedingungen ist mit einem durchstimmbaren Laser nicht zu erreichen.For this purpose it is proposed in WO 96/35585 to use a tunable laser, which is able to generate laser radiation of different wavelengths. The The object is exposed to laser radiation in vector and / or Screening method using a two-coordinate beam deflector and one Focusing device. The focusing device focuses the laser radiation on the Layer of the object that contains the coloring particles. One problem here is however, that the intensity of tunable lasers is often too low. Besides, is The operating state of tunable lasers is often not stable because these lasers are very depend sensitively on external conditions. A continuous operation under Production conditions cannot be achieved with a tunable laser.
Ferner wird in der WO 96/35585 vorgeschlagen, zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand drei verschiedene Laseranlagen zu verwenden - für jede Wellenlänge eine Laseranlage. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt das erste Pigment gebleicht. Anschließend muß der Gegenstand weitertransportiert werden zur zweiten Laseranlage, wo dann das zweite Pigment gebleicht wird usw. Hiermit sind jedoch einige Nachteile verbunden. Zum einen ist der Transport des Gegenstandes von einer Laseranlage zur nächsten aufwendig und zeitintensiv. Darüber hinaus muß der Gegenstand in jeder Laseranlage neu positioniert werden, was sehr schwierig ist, da die Positioniergenauigkeit durch die Größe der Bildpunkte (ca. 50 bis 100 µm) der aufzubringenden Information gegeben ist. Zum anderen erfordert jede Laseranlage eine eigene Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung und eine zugehörige Fokussiereinrichtung, um die Beaufschlagung des Gegenstandes im Vektor- und/oder Rasterverfahren ausführen zu können.It is also proposed in WO 96/35585 for the application of colored information to use three different laser systems on one object - for each wavelength a laser system. The first pigment is bleached in a first process step. Then the object must be transported to the second laser system, where then the second pigment is bleached, etc. However, there are some disadvantages. Firstly, the transportation of the object from one laser system to the next is complex and time consuming. In addition, the item must be repositioned in every laser system be, which is very difficult because the positioning accuracy by the size of the pixels (approx. 50 to 100 µm) of the information to be applied is given. Second, everyone requires Laser system has its own two-coordinate beam deflection device and an associated one Focusing device to act upon the object in vector and / or To be able to perform screening processes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand mittels Laserstrahlung verschiedener Wellenlänge zu schaffen, das einfach, zuverlässig und schnell durchzuführen ist. The object of the invention is to provide a method for applying colored information to create an object using laser radiation of different wavelengths that is simple, can be carried out reliably and quickly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens.This object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved. The subsequent sub-claims contain advantageous embodiments of the method.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Strahlführungsmittel vorgesehen, um einen ersten Laserstrahl mit der Wellenlänge (λ1) und mindestens einen weiteren Laserstrahl mit einer Wellenlänge (λ2), die von der Wellenlänge des ersten Laserstrahls verschieden ist, über die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung und die Fokussiereinrichtung auf die Schicht des Gegenstandes zu führen, in der sich die farbgebenden Partikel befinden.According to the invention, at least one beam guiding means is provided to direct a first laser beam with the wavelength (λ 1 ) and at least one further laser beam with a wavelength (λ 2 ), which differs from the wavelength of the first laser beam, via the two-coordinate beam deflection device and the focusing device to guide the layer of the object in which the coloring particles are located.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber der Verwendung eines durchstimmbaren Lasers den Vorteil, daß für jede Laserwellenlänge zur Erzeugung der Laserstrahlung eine eigene stabile, leistungsstarke Laserstrahlquelle verwendet werden kann. Über die erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlfübrungsmittel werden die aufgrund ihres unterschiedlichen Erzeugungsortes räumlich voneinander getrennt verlaufenden Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge über die eine Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung und die eine Fokussiereinrichtung auf die Schicht des zu beschriftenden Gegenstandes gerichtet.The method according to the invention compared to the use of a tunable Lasers the advantage that a for each laser wavelength to generate the laser radiation own stable, powerful laser beam source can be used. About the According to the invention, the beam generating agents provided are those based on their different production location spatially separated laser beams different wavelength over a two-coordinate beam deflector and the one focusing device is directed to the layer of the object to be labeled.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber der Verwendung von drei verschiedenen Laseranlagen den Vorteil, daß der Gegenstand nicht für die Beaufschlagung mit Laserstrahlung verschiedener Wellenlänge von einer Laseranlage zur nächsten transportiert werden muß. Handhabungssysteme für den Weitertransport des Gegenstandes von einer Laseranlage zur nächsten entfallen. Außerdem wird durch den Wegfall des Transports Zeit eingespart. Insbesondere gibt es keine Positionierprobleme aufgrund des Weitertransports. The method according to the invention has three different uses Laser systems have the advantage that the object is not designed for exposure to Laser radiation of different wavelengths transported from one laser system to the next must become. Handling systems for the further transport of the item from one Laser system to the next is eliminated. There is also time due to the lack of transport saved. In particular, there are no positioning problems due to the onward transport.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend weiter erläutert werden. Es zeigt:The invention will be further explained below with the aid of the attached drawings. It shows:
Fig. 1 ein reales Absorptionsdiagramm für eine Schicht, in der sich verschiedene mittels Laserstrahlung bleichbare, farbgebende Partikel befinden, Fig. 1 is a diagram for a real absorption layer in which different bleachable by laser radiation, coloring particles are located,
Fig. 2 ein idealisiertes Absorptionsdiagramm für eine Schicht, in der sich mittels. Laserstrahlung bleichbare, farbgebende Partikel befinden, Fig. 2 shows an idealized absorption diagram for a layer in which means. There are bleachable, coloring particles
Fig. 3-Fig. 5 Bleichdiagramme für drei verschiedene farbgebende Partikel, Fig. 3- Fig. 5 bleaching diagrams for three different coloring particles,
Fig. 6 eine erste verfahrensgemäße Anordnung, Fig. 6 shows a first method and according assembly,
Fig. 7 den Strahlverlauf zweier fokussierter Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge im Bereich der zu beschriftenden Schicht, Fig. 7 shows the beam profile of two focused laser beams of different wavelength in the range of to be inscribed layer,
Fig. 8 eine detaillierte Darstellung der ersten verfahrensgemäßen Anordnung, Fig. 8 is a detailed view of the first process according to the arrangement,
Fig. 9 eine zweite verfahrensgemäße Anordnung, Fig. 9 shows a second method and according assembly,
Fig. 10 eine dritte verfahrensgemäße Anordnung, Fig. 10 shows a third method and according assembly,
Fig. 11 eine vierte verfahrensgemäße Anordnung, Fig. 11 shows a fourth method according assembly,
Fig. 12 ein Linsensystem zur Kompensation der chromatischen Aberration der Fokussiereinrichtung parallel zur optischen Achse, Fig. 12 is a lens system for compensating the chromatic aberration of the focusing device parallel to the optical axis,
Fig. 13 eine fünfte verfahrensgemäße Anordnung, Fig. 13 shows a fifth method and according assembly,
Fig. 14 eine Darstellung zur Erläuterung des chromatischen Querfehlers der Fokussiereinrichtung, Fig. 14 is a view for explaining the lateral chromatic error of the focusing device,
Fig. 15 eine Stufenindexfaser mit einer Linse hinter dem Auskoppelende der Faser, Fig. 15 is a step index fiber with a lens behind the extraction end of the fiber,
Fig. 16 einen Schnitt durch eine Stufenindexfaser mit dem Verlauf des Brechungsindex, Fig. 16 is a section through a step-index fiber having the profile of the refractive index,
Fig. 17 den Strahlverlauf eines Gaußförmigen Strahls vor dem Einkoppeln in eine Stufenindexfaser und nach dem Auskoppeln, Fig. 17 shows the beam profile of a Gaussian-shaped beam before coupling into a step-index fiber and after the extracting,
Fig. 18 eine Draufsicht auf die zu beschriftende Schicht des Gegenstandes mit den Bildpunkten, Fig. 18 is a plan view of the layer of the article to be inscribed with the image points,
Fig. 19 eine Tabelle mit Steuerdaten für das erfindungsgemäße Verfahren. Fig. 19 is a table of control data for the novel process.
In Fig. 1 ist ein reales Absorptionsspektrum einer erfindungsgemäß zu beschriftenden Schicht eines Gegenstandes dargestellt. Unter Beschriftung wird im folgenden auch immer das Aufbringen von farbigen Informationen verstanden. In dieser Schicht sind drei farbgebende Partikel (auch Farbmittel genannt) enthalten, deren Absorptionsverhalten im sichtbaren Spektralbereich verschieden ist. Die Absorptionsbanden sind nicht ideal voneinander getrennt. In dem Bereich, wo hauptsächlich das Farbmittel 1 absorbiert, absorbieren auch die Farbmittel 2 und 3 - wenn auch erheblich geringer. In dem Bereich, wo hauptsächlich das Farbmittel 2 absorbiert, gibt es auch eine geringe Absorption für die Farbmittel 1 und 3. Lediglich in dem Bereich, wo hauptsächlich das Farbmittel 3 absorbiert, gibt es kaum eine Absorption der beiden anderen Farbmittel. Ein Beispiel für das Farbmittel 1 ist das Pigment mit dem Handelsnamen Novoperm Gelb HR 70 von der Fa. Clariant. Ein Beispiel für das Farbmittel 2 ist das Pigment mit dem Handelsnamen Hostaperm Rosa E von der Fa. Clariant. Ein Beispiel für das Farbmittel 3 ist das Pigment mit dem Handelsnamen Monastral Blau FGX von der Fa. Clariant. Diesen Pigmenten gemeinsam ist, daß sie sich unter dem Einfluß von Laserstrahlung bleichen lassen. Durch wellenlängenselektives Bleichen kann man so durch subtraktive Farbmischung die Farbe der Schicht einstellen. Jedes Flächenelement der Schicht weist statistisch gesehen eine Gleichverteilung der verschiedenen farbgebenden Partikel auf. Einerseits sind die Wellenlängen, die zum Bleichen der einzelnen Farbmittel eingesetzt werden, auf das Absorptionsspektrum angepaßt, anderseits werden die verwendeten Farbmittel und ihre Zusammensetzung danach ausgesucht, welche Laserwellenlängen am günstigsten zur Verfügung stehen. Die resultierende Farbe der Schicht hängt also davon ab, welche Farbmittel verwendet werden, mit welchen Laserwellenlängen und mit welcher Laserintensität jeweils gebleicht wird. Letzteres, die jeweilige Laserintensität, hat einen großen Einfluß auf den Bleichungsgrad. Dies wird in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht, wo die Bleichungsdiagramme für drei verschiedene Farbmittel dargestellt sind. Die Abhängigkeit des Bleichungsgrads von der Laserintensität ist dabei für jedes Farbmittel anders. Diesem Umstand wird - wie weiter unten beschrieben wird - durch eine besondere Verfahrenssteuerung Rechnung getragen. Unterhalb einer Schwellintensität findet überhaupt keine Bleichung statt. Oberhalb dieser Schwellintensität gibt es einen in erster Näherung linearen Bereich, der dann in einen Sättigungsbereich übergeht. Ab einer bestimmten Laserintensität wird die Schicht dann zerstört. In Fig. 1 a real absorption spectrum is shown of an inventive be inscribed layer of an object. In the following, labeling is always understood to mean the application of colored information. This layer contains three coloring particles (also called colorants), whose absorption behavior is different in the visible spectral range. The absorption bands are not ideally separated from one another. In the area where colorant 1 mainly absorbs, colorants 2 and 3 also absorb, albeit to a much lesser extent. In the area where the colorant 2 mainly absorbs, there is also little absorption for the colorants 1 and 3 . Only in the area where the colorant 3 mainly absorbs is there hardly any absorption of the other two colorants. An example of the colorant 1 is the pigment with the trade name Novoperm Gelb HR 70 from Clariant. An example of the colorant 2 is the pigment with the trade name Hostaperm Rosa E from Clariant. An example of the colorant 3 is the pigment with the trade name Monastral Blau FGX from Clariant. Common to these pigments is that they can be bleached under the influence of laser radiation. By wavelength-selective bleaching, the color of the layer can be adjusted by subtractive color mixing. From a statistical point of view, each surface element of the layer has an equal distribution of the different coloring particles. On the one hand, the wavelengths that are used for bleaching the individual colorants are adapted to the absorption spectrum, on the other hand, the colorants used and their composition are selected based on which laser wavelengths are the cheapest available. The resulting color of the layer therefore depends on which colorants are used, with which laser wavelengths and with which laser intensity each is bleached. The latter, the respective laser intensity, has a great influence on the degree of bleaching. This is illustrated in Figures 3-5 where the bleaching diagrams for three different colorants are shown. The dependence of the degree of bleaching on the laser intensity is different for each colorant. This fact is taken into account - as described below - by a special process control. No bleaching takes place below a threshold intensity. Above this threshold intensity there is a range that is linear to a first approximation and then changes into a saturation range. Above a certain laser intensity, the layer is then destroyed.
Im obigen Beispiel wurden Laserstrahlen mit den folgenden Wellenlängen verwendet: 440 nm, 532 nm und 660 nm. Der Laserstrahl mit 532 nm wird mittels eines Nd-YAG-Lasers erzeugt, dessen Basiswellenlänge von 1064 nm durch Frequenzverdopplung halbiert wird. Der Laserstrahl mit 660 nm wird mittels eines Nd-YAG-Lasers erzeugt, dessen Basiswellenlänge von 1320 nm durch Frequenzverdopplung halbiert wird. Der Laserstrahl mit 440 nm wird mittels eines Nd-YAG-Lasers erzeugt, dessen Basiswellenlänge von 1320 nm durch Frequenzverdreifachung auf ein Drittel reduziert wird. Die Arten der Frequenzvervielfachung sind dem Fachmann bekannt. Diese Laserstrahlquellen laufen stabil und liefern eine ausreichende Leistung.In the example above, laser beams with the following wavelengths were used: 440 nm, 532 nm and 660 nm. The laser beam with 532 nm is by means of an Nd-YAG laser generated, the base wavelength of 1064 nm is halved by frequency doubling. The 660 nm laser beam is generated by means of an Nd-YAG laser, the Base wavelength of 1320 nm is halved by frequency doubling. The laser beam with 440 nm is generated by means of an Nd-YAG laser, the base wavelength of 1320 nm is reduced to a third by tripling the frequency. The types of Frequency multiplication are known to the person skilled in the art. These laser beam sources run stably and provide adequate performance.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung von Laserstrahlen mit diesen Wellenlängen beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht auf die Methode des wellenlängenselektiven Bleichens beschränkt, sondern auch auf die Laserbestrahlung von latenten Pigmenten und/oder auf die Beschriftung mittels laserinduzierter Karbonisierung anwendbar. Dementsprechend sind die Laserwellenlängen zu wählen.However, the method according to the invention is not based on the use of laser beams limited to these wavelengths. The method according to the invention is also not based on Method of wavelength selective bleaching limited, but also to the Laser irradiation of latent pigments and / or on the inscription laser-induced carbonization applicable. Accordingly, the laser wavelengths are too choose.
In Fig. 6 ist eine erste verfahrensgemäße Anordnung gezeigt. Das erfindungsgemäß
vorgesehene Strahlführungsmittel (8) weist ein erstes optisch reflektierendes Element (8A)
auf, das Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge (λ1) reflektiert und Laserstrahlung mit
mindestens einer zweiten Wellenlänge (λ2, λ3) transmittiert, wobei
In FIG. 6, a first method and according assembly is shown. The beam guiding means ( 8 ) provided according to the invention has a first optically reflecting element ( 8 A) which reflects laser radiation of a first wavelength (λ 1 ) and transmits laser radiation with at least a second wavelength (λ 2 , λ 3 ), wherein
- - der erste Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) vom reflektierenden Element (8A) in Richtung auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) reflektiert wird,- The first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) is reflected by the reflecting element ( 8 A) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- - mindestens ein zweiter Laserstrahl (2) mit einer Wellenlänge (λ2) durch das reflektierende Element (8A) hindurch auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert wird.- At least one second laser beam ( 2 ) with a wavelength (λ 2 ) is transmitted through the reflecting element ( 8 A) to the two-coordinate beam deflection device ( 6 ).
Das optisch reflektierende Element (8A) ist ein dielektrischer Spiegel oder ein dielektrisches Reflexionsprisma (nicht dargestellt). Dielektrische Spiegel oder dielektrische Reflexionsprismen, die Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektieren und ansonsten zumindest teilweise transparent sind, sind dem Fachmann bekannt. Auf diese Weise werden der 1. Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 440 nm und ein 2. Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm, die räumlich getrennt voneinander erzeugt werden, auf ein und dieselbe Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) geführt. Dabei kann der 2. Laserstrahl direkt oder über ein weiteres reflektierendes Element (8B) - wie dargestellt - auf das erste reflektierende Element (8A) gerichtet sein. Der Reflexionswinkel in der dargestellten Ausführungsform beträgt 45°. Es sind jedoch auch andere Reflexionswinkel vorgesehen, wobei jeweils die Anordnung der Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) und der Fokussiereinrichtung (7) mit Blick auf die relative Lage des reflektierenden Elements (8A) und mit Blick auf den Reflexionswinkel gewählt wird. Nach dem reflektierenden Element (8A) verlaufen die beiden Laserstrahlen (1, 2) vorzugsweise entlang einer Linie. Falls ein 3. Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 660 nm eingekoppelt werden soll, wird der 2. Laserstrahl vom zweiten reflektierenden Element (8B) in Richtung auf das erste reflektierende Element (8A) reflektiert und durch dieses hindurch auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert. Der 3. Laserstrahl (3) mit einer Wellenlänge (λ3) wird dann durch das erste und zweite reflektierende Element (8A, 8B) hindurch auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert. Für diesen Zweck sind das erste und das zweite reflektierende Element (8A, 8B) für die Wellenlänge des 3. Laserstrahls zumindest teilweise transparent. Dabei kann der 3. Laserstrahl direkt oder über ein weiteres reflektierendes Element (8C) - wie dargestellt - auf das zweite reflektierende Element (8B) gerichtet sein.The optically reflective element ( 8 A) is a dielectric mirror or a dielectric reflection prism (not shown). Dielectric mirrors or dielectric reflection prisms, which reflect radiation of a specific wavelength or a specific wavelength range and are otherwise at least partially transparent, are known to the person skilled in the art. In this way, the first laser beam with a wavelength of 440 nm and a second laser beam with a wavelength of 532 nm, which are generated spatially separated from one another, are guided onto one and the same two-coordinate beam deflection device ( 6 ). The second laser beam can be directed at the first reflective element ( 8 A) directly or via a further reflective element ( 8 B) - as shown. The angle of reflection in the illustrated embodiment is 45 °. However, other reflection angles are also provided, the arrangement of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) and the focusing device ( 7 ) being chosen with a view to the relative position of the reflecting element ( 8 A) and with a view to the reflection angle. After the reflecting element ( 8 A), the two laser beams ( 1 , 2 ) preferably run along a line. If a third laser beam with a wavelength of 660 nm is to be coupled in, the second laser beam is reflected by the second reflective element ( 8 B) in the direction of the first reflective element ( 8 A) and through it onto the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) transmitted. The third laser beam ( 3 ) with a wavelength (λ 3 ) is then transmitted through the first and second reflecting element ( 8 A, 8 B) onto the two-coordinate beam deflection device ( 6 ). For this purpose, the first and the second reflecting element ( 8 A, 8 B) are at least partially transparent to the wavelength of the third laser beam. The third laser beam can be directed directly or via a further reflecting element ( 8 C) - as shown - onto the second reflecting element ( 8 B).
In Fig. 8 ist eine Detaildarstellung der ersten verfahrensgemäßen Anordnung gezeigt. Wie zu erkennen ist, erfahren die Laserstrahlen durch die reflektierenden Elemente (8A, 8B) einen Strahlversatz. Durch entsprechende Einstellung der Auftreffpunkte der Laserstrahlen auf die reflektierende Elemente wird diesem Strahlversatz Rechnung getragen, so daß die verschiedenen Laserstrahlen anschließend entlang einer Linie verlaufen. Die reflektierenden Elemente (8A, 8B, 8C) sind vorzugsweise in ihrer Lage verstellbar.In FIG. 8 is a detailed view of the first method according to an arrangement is shown. As can be seen, the laser beams experience a beam offset due to the reflecting elements ( 8 A, 8 B). This beam offset is taken into account by appropriately setting the points of incidence of the laser beams on the reflecting elements, so that the various laser beams then run along a line. The position of the reflective elements ( 8 A, 8 B, 8 C) is preferably adjustable.
Anhand der Fig. 7 soll die chromatische Aberration der Fokussiereinrichtung (7) parallel zur optischen Achse (A) der Fokussiereinrichtung erläutert werden. Hierbei handelt es sich um ein grundsätzliches Problem, das auftaucht, wenn Laserstrahlen verschiedener Wellenlänge durch ein und dieselbe Fokussiereinrichtung (7) fokussiert werden sollen. Eine derartige Fokussiereinrichtung (7) ist eine Linse oder ein Linsensystem, vorzugsweise ein Planfeldobjektiv. Ein solches Planfeldobjektiv weist nun eine chromatische Aberration auf, die bei der Beaufschlagung des zu beschriftenden Gegenstandes (4) mit Laserstrahlung verschiedener Wellenlänge Probleme bereitet. Dabei versteht man unter chromatischer Aberration, daß Strahlen mit einer kleineren Wellenlänge stärker gebrochen werden als Strahlen mit einer größeren Wellenlänge. Dies hat zur Folge, daß die Brennweite (f) wellenlängenabhängig ist, wobei der Brennweitenunterschied zwischen einem blauen Laserstrahl (440 nm) und einem roten Laserstrahl (660 nm) durchaus 2 bis 3 mm betragen kann. Die Herstellerangaben für wellenlängenabhängige Brennweiten beziehen sich dabei immer auf Laserstrahlen mit gleicher Strahlcharakteristik (verschwindend geringe Divergenz und gleicher Strahldurchmesser) vor der Fokussierung. Die Dicke einer typischen Kunststoffkarte beträgt z. B. 0,8 mm. Der Brennweitenunterschied beträgt somit schon ein Vielfaches der Kartendicke, während die erfindungsgemäße Beschriftung in einer oberflächennahen Schicht (4A) stattfinden soll. In Fig. 7 ist der Abstand der zu beschriftenden Fläche (4A) vom Planfeldobjektiv so gewählt, daß der Fokus für die Laserstrahlung mit der Wellenlänge von 440 nm auf der zu beschriftenden Fläche liegt. Dabei ist der Laserfleck im Fokus auch nicht beliebig klein, sondern besitzt beugungsbedingt eine endliche Größe (typischer Wert: 50 µm). Ohne weitere Maßnahmen liegt der Fokus für die Laserstrahlung mit der Wellenlänge von 660 nm dann 2 bis 3 mm unter der Kartenoberfläche (4A). Dies hat wiederum zur Folge, daß die Laserintensität für die Laserstrahlung mit der Wellenlänge 660 nm auf der Kartenoberfläche (4A) nicht hoch genug ist, um eine Farbänderung zu erreichen. 2 bis 3 mm oberhalb des Fokus ist der Strahldurchmesser ca. doppelt so groß wie im Fokus, damit beträgt die Intensität dort nur ein Viertel der Intensität im Fokus. Mit den meisten Laseradditiven ist ein Farbumschlag außerhalb des Fokus daher nicht zu erreichen, da dort die Laserintensität kleiner als die Schwellintensität ist.The chromatic aberration of the focusing device ( 7 ) parallel to the optical axis (A) of the focusing device will be explained with reference to FIG. 7. This is a fundamental problem that arises when laser beams of different wavelengths are to be focused by one and the same focusing device ( 7 ). Such a focusing device ( 7 ) is a lens or a lens system, preferably a flat field lens. Such a flat field lens now has a chromatic aberration which causes problems when the object ( 4 ) to be labeled is exposed to laser radiation of different wavelengths. Chromatic aberration means that rays with a smaller wavelength are refracted more than rays with a longer wavelength. The consequence of this is that the focal length (f) is wavelength-dependent, the difference in focal length between a blue laser beam (440 nm) and a red laser beam (660 nm) being able to be 2 to 3 mm. The manufacturer's specifications for wavelength-dependent focal lengths always refer to laser beams with the same beam characteristics (vanishingly low divergence and same beam diameter) before focusing. The thickness of a typical plastic card is e.g. B. 0.8 mm. The focal length difference is therefore already a multiple of the card thickness, while the labeling according to the invention is to take place in a layer ( 4 A) close to the surface. In Fig. 7, the distance of the surface to be labeled ( 4 A) from the plane field lens is chosen so that the focus for the laser radiation with the wavelength of 440 nm is on the surface to be labeled. The focus of the laser spot is also not arbitrarily small, but has a finite size due to diffraction (typical value: 50 µm). Without further measures, the focus for the laser radiation with the wavelength of 660 nm is then 2 to 3 mm below the card surface ( 4 A). This in turn has the consequence that the laser intensity for the laser radiation with the wavelength 660 nm on the card surface ( 4 A) is not high enough to achieve a color change. 2 to 3 mm above the focus, the beam diameter is approximately twice as large as in focus, so the intensity there is only a quarter of the intensity in focus. With most laser additives, a color change outside of the focus cannot be achieved, since the laser intensity there is less than the threshold intensity.
Um dem vorstehend beschriebenen Problem der chromatischen Aberration zu begegnen, ist erfindungsgemäß im Strahlengang mindestens eines Laserstrahls mit der Wellenlänge (λ) vor der Fokussiereinrichtung (6) ein Mittel (9) zur Kompensation der chromatischen Aberration vorgesehen ist. Dieses Mittel (9) verändert die Strahlcharakteristik des bzw. der Laserstrahlen so, daß alle ihren Fokus im oberflächennahen Bereich (4A) des zu beschriftenden Gegenstandes haben. Folgende Vorgehensweise ist dabei vorgesehen: Der Abstand der zu beschriftenden Fläche (4A) vom Planfeldobjektiv (6) wird so gewählt, daß der grüne Laserstrahl mit der Wellenlänge von 532 nm ohne weitere Mittel seinen Fokus auf der zu beschriftenden Fläche (4A) hat. Damit dann auch die beiden anderen Laserstrahlen ihren Fokus dort haben, werden in ihren Strahlengang entsprechende optisch wirksame Mittel (9) eingesetzt. Welchen der Laserstrahlen (1, 2, 3) man nun für die Wahl des Planfeldobjektivs (6) und des Abstandes zur zu beschriftenden Fläche (4A) als Ausgangspunkt aussucht, ist von den konkreten Bedingungen abhängig. Für den oder die jeweils anderen Laserstrahlen (1, 2, 3) sind dann jedoch entsprechende Mittel (9) zur Kompensation der chromatischen Aberration notwendig. Es ist auch vorgesehen, für jeden Laserstrahl (1, 2, 3) ein Mittel (9) zur Kompensation der chromatischen Aberration vorzusehen.In order to address the above-described problem of chromatic aberration, is a laser beam having the wavelength (λ) in front of the focusing means (6) means (9) is provided for compensating the chromatic aberration according to the invention at least in the beam path. This means ( 9 ) changes the beam characteristic of the laser beam (s) so that they all have their focus in the area ( 4 A) of the object to be labeled, which is near the surface. The following procedure is envisaged: The distance of the area to be labeled ( 4 A) from the plane field lens ( 6 ) is selected so that the green laser beam with the wavelength of 532 nm has its focus on the area to be labeled ( 4 A) without further means . So that the other two laser beams then have their focus there, corresponding optically effective means ( 9 ) are used in their beam path. Which of the laser beams ( 1 , 2 , 3 ) is selected as the starting point for the selection of the flat field lens ( 6 ) and the distance to the surface to be labeled ( 4 A) depends on the specific conditions. Appropriate means ( 9 ) for compensating the chromatic aberration are then necessary for the other laser beam (s ) ( 1 , 2 , 3 ). Provision is also made for a means ( 9 ) for compensating the chromatic aberration to be provided for each laser beam ( 1 , 2 , 3 ).
Das Mittel (9) zur Kompensation der chromatischen Aberration der Fokussiereinrichtung parallel zur optischen Achse (A) der Fokussiereinrichtung ist vorzugsweise von einer Linse oder einem Linsensystem gebildet. In Fig. 12 ist ein solches Linsensystem bestehend aus einer Zerstreuungslinse (9A) und einer Sammellinse (9B) gezeigt, wobei der Abstand (d) zwischen diesen beiden vorzugsweise verstellbar ist, um dem jeweiligen Laserstrahl (1, 2, 3) eine andere Divergenz zu geben. Dabei durchläuft der jeweilige Laserstrahl zuerst die Zerstreuungslinse (9A) und dann die Sammellinse (9B) bevor er weiter auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) und die Fokussiereinrichtung (7) geführt wird. So wird beispielsweise der blaue Laserstrahl (440 nm) in Richtung auf die Fokussiereinrichtung ein wenig aufgeweitet, während der rote Laserstrahl (660 nm)) in Richtung auf die Fokussiereinrichtung ein wenig gebündelt wird. Durch diese Maßnahme haben letztendlich alle drei Laserstrahlen (rot, grün und blau) ihren Fokus auf der zu beschriftenden Oberfläche (4A).The means ( 9 ) for compensating for the chromatic aberration of the focusing device parallel to the optical axis (A) of the focusing device is preferably formed by a lens or a lens system. Such a lens system is shown in FIG. 12, consisting of a diverging lens ( 9 A) and a converging lens ( 9 B), the distance (d) between these two being preferably adjustable by one for each laser beam ( 1 , 2 , 3 ) to give different divergence. The respective laser beam first passes through the diverging lens ( 9 A) and then through the converging lens ( 9 B) before it is guided further onto the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) and the focusing device ( 7 ). For example, the blue laser beam (440 nm) is widened a little in the direction of the focusing device, while the red laser beam (660 nm)) is bundled a little in the direction of the focusing device. With this measure, all three laser beams (red, green and blue) ultimately have their focus on the surface to be labeled ( 4 A).
Das Mittel (9) zur Kompensation der chromatischen Aberration kann auch eine Glasfiber (11) und eine Sammellinse (9) sein (vgl. Fig. 15). Dafür wird der entsprechende Laserstrahl, (1, 2, 3) für den eine Kompensation durchgeführt werden soll, durch eine Glasfiber (11) geleitet, durch die er dann divergent wieder heraustritt. Mittels der Sammellinse (9) kann er nun wieder gebündelt werden. Mit Variation des Abstandes zwischen dem Fiberende und der Sammellinse (9) wird auch die Lage des Fokus hinter der Fokussiereinrichtung (7) geändert. Zur Kompensation der chromatischen Aberration kann auch einfach der Abstand des Fiberendes (10A) zur Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) jeweils eingestellt werden (vgl. Fig. 13). Dort ist dargestellt, wie drei Laserstrahlen (1, 2, 3) verschiedener Wellenlänge jeweils über eine Glasfiber (10) auf einen Ablenkspiegel (6A) der Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) gerichtet sind, wobei die Abstände der Fiberenden (10A) zum Ablenkspiegel (6A) unterschiedlich sind. Dadurch wird erreicht, daß alle Laserstrahlen trotz verschiedener Wellenlängen einen nahezu gemeinsamen Fokus auf der zu beschriftenden Fläche (4A) haben. The means ( 9 ) for compensating the chromatic aberration can also be a glass fiber ( 11 ) and a converging lens ( 9 ) (cf. FIG. 15). For this purpose, the corresponding laser beam ( 1 , 2 , 3 ) for which compensation is to be carried out is passed through a glass fiber ( 11 ), through which it then emerges divergent. It can now be bundled again using the converging lens ( 9 ). By varying the distance between the fiber end and the converging lens ( 9 ), the position of the focus behind the focusing device ( 7 ) is also changed. To compensate for the chromatic aberration, the distance between the fiber end ( 10 A) and the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) can also simply be set in each case (cf. FIG. 13). It shows how three laser beams ( 1 , 2 , 3 ) of different wavelengths are each directed via a glass fiber ( 10 ) to a deflection mirror ( 6 A) of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ), the distances between the fiber ends ( 10 A) Deflecting mirrors ( 6 A) are different. This ensures that all laser beams have an almost common focus on the surface to be labeled ( 4 A) despite different wavelengths.
In Fig. 9 ist eine zweite verfahrensgemäße Anordnung gezeigt, bei der im Unterschied zu der Anordnung aus den Fig. 6 und 8 die drei Laserstrahlen nicht parallel zueinander auf die erfindungsgemäßen Strahlführungsmittel (8A, 8B, 8C) gerichtet sind. In der in Fig. 9 dargestellten Anordnung verläuft einer der Laserstrahlen (3) ursprünglich senkrecht zu den beiden anderen Laserstrahlen (1, 2), die ursprünglich parallel und versetzt zueinander verlaufen. Hier werden die gleichen dielektrischen Spiegel (8A, 8B) eingesetzt, die auch für die Anordnung gemäß Fig. 6 und 8 vorgesehen sind. FIG. 9 shows a second arrangement according to the method, in which, in contrast to the arrangement from FIGS. 6 and 8, the three laser beams are not directed parallel to one another at the beam guiding means ( 8 A, 8 B, 8 C) according to the invention. In the arrangement shown in FIG. 9, one of the laser beams ( 3 ) originally runs perpendicular to the other two laser beams ( 1 , 2 ), which originally run parallel and offset from one another. The same dielectric mirrors ( 8 A, 8 B) are used here, which are also provided for the arrangement according to FIGS. 6 and 8.
Fig. 10 zeigt eine vierte verfahrensgemäße Anordnung. Dabei weist das
Strahlfübrungsmittel (8) ein in seiner Lage verstellbares, vorzugsweise drehbares optisch
reflektierendes Element (8D) auf, das mindestens Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge
(λ1) und Laserstrahlung einer zweiten Wellenlänge (λ2, λ3) reflektiert, wobei
Fig. 10 shows a fourth method and according assembly. The beam generating means ( 8 ) has an optically reflecting element ( 8 D) which is adjustable in its position, preferably rotatable, and which reflects at least laser radiation of a first wavelength (λ 1 ) and laser radiation of a second wavelength (λ 2 , λ 3 ), wherein
- - der erste Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) und der zweite Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) parallel versetzt zueinander und/oder unter verschiedenen Winkeln auf das reflektierende Element (8D) treffen,the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) and the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) are offset parallel to one another and / or hit the reflecting element ( 8 D) at different angles,
- - das reflektierende Element (SD) in eine erste Position gebracht wird, um den ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) in Richtung auf die Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) zu reflektieren,the reflecting element (SD) is brought into a first position in order to reflect the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- - das reflektierende Element (8D) in eine zweite Position gebracht wird, um den zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) in Richtung auf die Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) zu reflektieren.- The reflecting element ( 8 D) is brought into a second position in order to reflect the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ).
Das reflektierende Element (8D) ist dabei ein metallischer Spiegel oder ein metallisch verspiegeltes Reflexionsprisma. The reflecting element ( 8 D) is a metallic mirror or a metallic mirrored reflection prism.
In Fig. 11 ist eine fünfte verfahrensgemäße Anordnung dargestellt. Dabei ist das
Strahlführungsmittel (8) ein erster drehbarer, metallischer Ablenkspiegel (6A) der
Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6), über den der erste Laserstrahl (1) mit der
Wellenlänge (λ1) und mindestens ein zweiter Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) in
Richtung auf einen zweiten drehbaren, metallischen Ablenkspiegel (6B) der
Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) reflektiert werden, der dann die Laserstrahlen in
Richtung auf die Fokussiereinrichtung (7) zur Fokussierung der Laserstrahlung auf eine
Schicht (4A) des Gegenstandes (4) reflektiert, wobei
In Fig. 11 a fifth method and according arrangement. The beam guiding means ( 8 ) is a first rotatable, metallic deflection mirror ( 6 A) of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ), via which the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) and at least one second laser beam ( 2 ) with the Wavelength (λ 2 ) are reflected in the direction of a second rotatable, metallic deflection mirror ( 6 B) of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ), which then directs the laser beams towards the focusing device ( 7 ) for focusing the laser radiation onto a layer ( 4 A ) of the object ( 4 ) reflected, wherein
- - der Ablenkspiegel (6A) für die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) jeweils um einen ersten Offset-Wert gedreht wird,- The deflection mirror ( 6 A) for the application of the object ( 4 ) with the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) is rotated by a first offset value,
- - der Ablenkspiegel (6A) für die Beaufschlagung des Gegenstandes () mit dem zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) jeweils um einen zweiten Offset-Wert gedreht wird.- The deflection mirror ( 6 A) for the application of the object () with the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) is rotated by a second offset value.
In Fig. 14 ist ein weiteres grundsätzliches Problem veranschaulicht, das auftritt, wenn man Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen durch ein und das selbe Planfeldobjektiv (7) zur Beschriftung auf die Oberfläche (4A) eines Gegenstandes, z. B. eine Kunststoffkarte, fokussieren will. Dieses Problem liegt in der chromatischen Aberration des Planfeldobjektivs quer zur optischen Achse begründet. Darunter versteht man, daß Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge, die unter einem bestimmten Winkel (θ) zur optischen Achse (A) des Planfeldobjektivs (7) das Planfeldobjektiv durchlaufen, nicht - wie gewünscht - auf derselben Stelle der zu beschriftenden Fläche (4A) auftreffen, sondern seitlich gegeneinander versetzt sind. Insbesondere bei einer randseitigen Beschriftung des Gegenstandes (4), also relativ weit weg von der optischen Achse (A) des Planfeldobjektivs (A), ist der laterale Fokusversatz besonders groß. Erfindungsgemäß wird zur Kompensation der lateralen chromatischen Aberration der Fokussiereinrichtung (7) für mindestens einen Laserstrahl mit der Wellenlänge (λ) bei der Dreheinstellung der drehbaren, metallischen Ablenkspiegel (6A, 6B) der Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) für die Beaufschlagung einer Schicht (4A) des Gegenstandes (4) im Vektor- und/oder Rasterverfahren jeweils ein Korrekturwert (Δx, Δy) für den chromatischen Querfehler berücksichtigt. In Fig. 14, another fundamental problem is illustrated, which occurs when laser beams of different wavelengths through one and the same plane field lens ( 7 ) for labeling on the surface ( 4 A) of an object, for. B. wants to focus a plastic card. This problem lies in the chromatic aberration of the plane field lens transverse to the optical axis. This means that laser beams of different wavelengths, which pass through the plane field lens ( 7 ) at a certain angle (θ) to the optical axis (A) of the plane field lens ( 7 ), do not strike the same place on the surface to be labeled ( 4 A) as desired, but are laterally offset from each other. In particular when the object ( 4 ) is inscribed on the edge, that is to say relatively far away from the optical axis (A) of the plane field objective (A), the lateral focus offset is particularly large. According to the invention, to compensate for the lateral chromatic aberration of the focusing device ( 7 ) for at least one laser beam with the wavelength (λ) when the rotatable, metallic deflecting mirror ( 6 A, 6 B) is rotated, the two-coordinate beam deflecting device ( 6 ) is applied to a layer ( 4 A) of the object ( 4 ) in the vector and / or raster method takes into account a correction value (Δx, Δy) for the chromatic transverse error.
Die aufzubringenden farbigen Informationen bestehen aus einer Vielzahl von Bildpunkten (P), wobei die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit Laserstrahlung zur Erzeugung der Bildpunkte (P) im Pulsbetrieb erfolgt. Zur Erzeugung der einzelnen farbigen Bildpunkte (P) sind erfindungsgemäß verschiedene Vorgehensweisen vorgesehen.The colored information to be applied consists of a multiplicity of pixels (P), the object ( 4 ) being acted upon with laser radiation to generate the pixels (P) in pulsed operation. Various procedures are provided according to the invention for generating the individual colored pixels (P).
Dabei kann die punktweise Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem ersten Laserstrahl (1) mit einem ersten Laserintensitätswert (I(1)) erfolgen, während die punktweise Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem zweiten Laserstrahl (2) mit einem zweiten Laserintensitätswert (I(2)) und die punktweise Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem dritten Laserstrahl (3) mit einem dritten Laserintensitätswert (I(3)) erfolgt. Es ist auch vorgesehen, bei der punktweisen Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit mindestens einen Laserstrahl (1, 2, 3) auch die Laserintensität von Bildpunkt zu Bildpunkt zu variieren.The first laser beam ( 1 ) can be applied to the object ( 4 ) point by point with a first laser intensity value (I (1) ), while the second laser beam ( 2 ) can be applied to the object ( 4 ) point by point with a second laser intensity value ( I (2) ) and the point-by-point exposure of the object ( 4 ) to the third laser beam ( 3 ) with a third laser intensity value (I (3) ). It is also provided that the laser intensity is varied from pixel to pixel when the object ( 4 ) is punctually impacted with at least one laser beam ( 1 , 2 , 3 ).
Eine Vorgehensweise zur erfindungsgemäßen Bilderzeugung besteht darin, zunächst sämtliche der im Vektor- und/oder Rasterverfahren zu erzeugenden Bildpunkte jeweils nacheinander mit dem ersten Laserstrahl (1) zu beaufschlagen, danach dann die Bildpunkte (P) jeweils nacheinander mit mindestens einem zweiten Laserstrahl (2) zu beaufschlagen.One procedure for the image generation according to the invention is to first apply each of the pixels to be generated in the vector and / or raster method one after the other with the first laser beam ( 1 ), and then then one after the other with at least one second laser beam ( 2 ). to act upon.
Alternativ dazu erfolgt Bildpunkt für Bildpunkt jeweils nacheinander eine Beaufschlagung mit Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge.Alternatively, pixel by pixel is applied one after the other with laser beams of different wavelengths.
Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, daß Bildpunkt für Bildpunkt jeweils gleichzeitig eine Beaufschlagung mit Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt.In addition, it is also envisaged that a pixel for a pixel at the same time Laser beams of different wavelengths are applied.
Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit Laserstrahlung so, daß Bildpunkt für Bildpunkt jeweils ein Korrekturwert für den chromatischen Querfehler berücksichtigt wird.The object ( 4 ) is preferably exposed to laser radiation in such a way that a correction value for the chromatic transverse error is taken into account pixel by pixel.
Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Bild, das in digitaler Form (z. B. im sogenannten PCX-Format) vorliegt oder in ein solches umgewandelt wird. Dabei wird unter Bild sowohl ein Photo als auch alphanumerische Information, ein Barcode oder ähnliches verstanden. Ausgehend von diesen digitalen Bildinformationen werden dann für jeden Bildpunkt (P1, P2, . . .) die x, y- Koordinaten (x1, y1, x2, y2) zur Ansteuerung der Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) abgeleitet. Außerdem werden anhand der digitalen Farbinformation über die Bildpunkte für jeden Bildpunkt Laserintensitätswerte (I1 (1)), (I1 (2)), . . .) abgeleitet, damit der richtige Bleichungsgrad und damit der richtige Farbeindruck eines Bildpunktes erzielt wird. Darüber hinaus wird für jeden Bildpunkt (x, y) ein Korrekturwert (Δx, Δy) zur Kompensation der lateralen chromatischen Aberration generiert. Alle diese Daten können z. B. in einer Tabelle mit Steuerdaten für das erfindungsgemäße Verfahren hinterlegt sein (vgl. Fig. 19).The starting point for the method according to the invention is an image which is in digital form (for example in the so-called PCX format) or is converted into one. Image is understood to mean both a photo and alphanumeric information, a barcode or the like. The x, y coordinates (x 1 , y 1 , x 2 , y 2 ) for controlling the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) are then derived from this digital image information for each pixel (P1, P2,...). In addition, based on the digital color information about the pixels, laser intensity values (I 1 (1) ), (I 1 (2) ),. , .) derived so that the correct degree of bleaching and thus the correct color impression of a pixel is achieved. In addition, for each pixel (x, y) a correction value (Δx, Δy) is generated to compensate for the lateral chromatic aberration. All of this data can e.g. B. be stored in a table with control data for the method according to the invention (see FIG. 19).
Abschließend soll noch auf eine weitere Problematik eingegangen werden, die insbesondere beim sogenannten Laserbleichen von Bedeutung ist. Wie aus den Fig. 3 bis 5 zu entnehmen ist, hängt der Grad der Bleichung stark von der jeweiligen Laserintensität ab. Nun ist es jedoch so, daß die verwendeten Laserstrahlen (1, 2, 3) in der Regel ein Gaußfdrmiges Strahlprofil (vgl. Fig. 17) aufweisen, das auch im Fokus (Laserschreibfleck) vorhanden ist. Das bedeutet jedoch, daß die Laserintensität im Laserschreibfleck nicht konstant ist. In der Strahlmitte ist sie sehr hoch, während sie zu den Rändern hin stark abnimmt. Damit kann ein einheitliches Bleichen eines Bildpunktes nicht erreicht werden. Im ungünstigsten Fall ist die Intensität an den Rändern der Bildpunkte kleiner als der Schwellwert, so daß dort überhaupt kein Bleichen stattfindet. Um diese Problematik zu umgehen, werden die Laserstrahlen (1, 2, 3) erfindungsgemäß in eine sogenannte Stufenindexfaser (11) eingekoppelt. In Fig. 16 ist ein Schnitt durch eine Stufenindexfaser (11) sowie der rechteckförmige Verlauf des Brechungsindexes dargestellt. Ein in die Stufenindexfaser (11) eingekoppelter Laserstrahl mit Gaußförmigen Profil hat, nachdem er die Stufenindexfiber (11) wieder verlassen hat, eine rechteckförmige Intensitätsverteilung über seinen Querschnitt. Das Strahlprofil des Lasers ist somit quasi ein Abbild vom Verlauf des Brechungsindexes der Stufenindexfiber. Auf diese Weise wird ein Laserstrahl mit einer über seinen Querschnitt nahezu konstanten Intensität zur Verfügung gestellt, der sich hervorragend für ein gleichmäßiges Bleichen von Bildpunkten eignet. Finally, another problem is to be discussed, which is particularly important in the case of so-called laser bleaching. As can be seen from FIGS. 3 to 5, the degree of bleaching depends strongly on the respective laser intensity. However, it is now the case that the laser beams ( 1 , 2 , 3 ) used generally have a Gaussian beam profile (see FIG. 17) which is also present in the focus (laser writing spot). However, this means that the laser intensity in the laser writing spot is not constant. It is very high in the center of the jet, but decreases sharply towards the edges. This means that uniform bleaching of a pixel cannot be achieved. In the worst case, the intensity at the edges of the pixels is less than the threshold value, so that there is no bleaching at all. To avoid this problem, the laser beams ( 1 , 2 , 3 ) are coupled into a so-called step index fiber ( 11 ). In Fig. 16 a section through a step-index fiber (11) and the rectangular profile of the refractive index. A laser beam with a Gaussian profile coupled into the step index fiber ( 11 ), after it has left the step index fiber ( 11 ) again, has a rectangular intensity distribution over its cross section. The beam profile of the laser is thus an image of the course of the refractive index of the step index fiber. In this way, a laser beam is made available with an almost constant intensity across its cross-section, which is excellently suited for uniform bleaching of pixels.
11
erster Laserstrahl
first laser beam
22nd
zweiter Laserstrahl
second laser beam
33rd
dritter Laserstrahl
third laser beam
44th
Gegenstand
object
44th
A Schicht des Gegenstandes, die die farbgebenden Partikel enthält
A layer of the object that contains the coloring particles
55
Bildpunkt
Pixel
66
Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung
Two coordinate beam deflector
66
A erster Ablenkspiegel der Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung
A first deflecting mirror of the two-coordinate beam deflecting device
66
B zweiter Ablenkspiegel der Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung
B second deflection mirror of the two-coordinate beam deflection device
77
Fokussiereinrichtung
Focusing device
77
A optische Achse der Fokussiereinrichtung
A optical axis of the focusing device
88th
Strahlführungsmittel
Beam guiding means
88th
A erstes reflektierendes Element des Strahlführungsmittels
A first reflecting element of the beam guiding means
88th
B zweites reflektierendes Element des Strahlführungsmittels
B second reflecting element of the beam guiding means
88th
C drittes reflektierendes Element des Strahlführungsmittels
C third reflective element of the beam guiding means
88th
D drehbares, reflektierendes Element des Strahlführungsmittels
D rotatable, reflective element of the beam guiding means
99
Linsensystem zur Kompensation der chromatischen Aberration der Fokussiereinrichtung
parallel zur optischen Achse
Lens system to compensate for the chromatic aberration of the focusing device parallel to the optical axis
99
A Zerstreuungslinse
A diverging lens
99
B Sammellinse
B converging lens
1010th
Faser
fiber
1010th
A Auskoppelende der Faser
A coupling end of the fiber
1111
Stufenindexfaser
Step index fiber
Claims (21)
- - Laserstrahlung (1, 2, 3) mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen (λ1, λ2, λ3) verwendet wird, um die Farbe dieser Schicht (4A) zu ändern,
- - die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit Laserstrahlung im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) und eine Fokussiereinrichtung (7) zur Fokussierung der Laserstrahlung auf die Schicht (4A) des Gegenstandes (4) erfolgt,
mindestens ein Strahlführungsmittel (8) vorgesehen ist, um einen ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) und mindestens einen weiteren Laserstrahl (2) mit einer Wellenlänge (λ2), die von der Wellenlänge des ersten Laserstrahls verschieden ist, über die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) und die Fokussiereinrichtung (7) auf die Schicht (4A) des Gegenstandes (4) zu führen.1. A method for applying colored information to an object ( 4 ), the object having at least two layers ( 4 A) close to the surface having at least two different coloring particles which change the color of this layer ( 4 a) under the influence of laser radiation, in which
- - Laser radiation ( 1 , 2 , 3 ) with at least two different wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 ) is used to change the color of this layer ( 4 A),
- - The object ( 4 ) is exposed to laser radiation in the vector and / or raster process via a two-coordinate beam deflection device ( 6 ) and a focusing device ( 7 ) for focusing the laser radiation onto the layer ( 4 A) of the object ( 4 ),
at least one beam guidance means ( 8 ) is provided to transmit a first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) and at least one further laser beam ( 2 ) with a wavelength (λ 2 ) that is different from the wavelength of the first laser beam to guide the two-coordinate beam deflection device ( 6 ) and the focusing device ( 7 ) onto the layer ( 4 A) of the object ( 4 ).
- - der erste Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) vom reflektierenden Element (8A) in Richtung auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) reflektiert wird,
- - mindestens ein zweiter Laserstrahl (2) mit einer Wellenlänge (λ2) durch das reflektierende Element (8A) hindurch auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert wird.
- - The first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) is reflected by the reflecting element ( 8 A) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- - At least one second laser beam ( 2 ) with a wavelength (λ 2 ) is transmitted through the reflecting element ( 8 A) to the two-coordinate beam deflection device ( 6 ).
- - der erste Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) vom ersten reflektierenden Element (8A) in Richtung auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) reflektiert wird,
- - ein zweiter Laserstrahl (2) mit einer Wellenlänge (λ2) vom zweiten reflektierenden Element (8B) in Richtung auf das erste reflektierende Element (8A) reflektiert und durch dieses hindurch auf die Zweikoordinaten-Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert wird,
- - ein dritter Laserstrahl (3) mit einer Wellenlänge (λ3) durch das erste und zweite reflektierende Element (8A, 8B) hindurch auf die Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) transmittiert wird.
- - The first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) is reflected by the first reflecting element ( 8 A) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- a second laser beam ( 2 ) with a wavelength (λ 2 ) is reflected by the second reflecting element ( 8 B) in the direction of the first reflecting element ( 8 A) and is transmitted through this to the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- - A third laser beam ( 3 ) with a wavelength (λ 3 ) through the first and second reflecting element ( 8 A, 8 B) is transmitted through to the two-coordinate beam deflection device ( 6 ).
das Strahlführungsmittel (8) ein in seiner Lage verstellbares, vorzugsweise drehbares optisch reflektierendes Element (8D) ist, das mindestens Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge (λ1) und Laserstrahlung einer zweiten Wellenlänge (λ2, λ3) reflektiert, wobei
- - der erste Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) und der zweite Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) parallel versetzt zueinander und/oder unter verschiedenen Winkeln auf das reflektierende Element (8D) treffen,
- - das reflektierende Element (8D) in eine erste Position gebracht wird, um den ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) in Richtung auf die Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) zu reflektieren,
- - das reflektierende Element (8D) in eine zweite Position gebracht wird, um den zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) in Richtung auf die Zweikoordinaten- Strahlablenkeinrichtung (6) zu reflektieren.
the beam guidance means ( 8 ) is an optically reflecting element ( 8 D) which is adjustable in its position, preferably rotatable, and which reflects at least laser radiation of a first wavelength (λ 1 ) and laser radiation of a second wavelength (λ 2 , λ 3 ), wherein
- the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) and the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) are offset parallel to one another and / or hit the reflecting element ( 8 D) at different angles,
- - The reflecting element ( 8 D) is brought into a first position in order to reflect the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ),
- - The reflecting element ( 8 D) is brought into a second position in order to reflect the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) in the direction of the two-coordinate beam deflection device ( 6 ).
- - der Ablenkspiegel (6A) für die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) jeweils um einen ersten Offset-Wert gedreht wird,
- - der Ablenkspiegel (6A) für die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) jeweils um einen zweiten Offset-Wert gedreht wird.
- - The deflection mirror ( 6 A) for the application of the object ( 4 ) with the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) is rotated by a first offset value,
- - The deflecting mirror ( 6 A) for the application of the object ( 4 ) with the second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) is rotated by a second offset value.
- - die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit dem ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) mit einem ersten Laserintensitätswert (I(1)) erfolgt,
- - die Beaufschlagung des Gegenstandes () mit mindestens einem zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) mit einem zweiten Laserintensitätswert (I(2)) erfolgt.
- - The object ( 4 ) is acted upon by the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) with a first laser intensity value (I (1) ),
- - The object () is exposed to at least one second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) with a second laser intensity value (I (2) ).
- - zunächst sämtliche der zu erzeugenden Bildpunkte jeweils nacheinander mit dem ersten Laserstrahl (1) mit der Wellenlänge (λ1) im Vektor- und/oder Rasterverfahren beaufschlagt werden,
- - dann die zu erzeugenden Bildpunkte (P) jeweils nacheinander mit mindestens einem zweiten Laserstrahl (2) mit der Wellenlänge (λ2) im Vektor- und/oder Rasterverfahren beaufschlagt werden.
- - first of all all the pixels to be generated are successively exposed to the first laser beam ( 1 ) with the wavelength (λ 1 ) using the vector and / or raster method,
- - Then the pixels (P) to be generated are each successively exposed to at least one second laser beam ( 2 ) with the wavelength (λ 2 ) in the vector and / or raster method.
die Beaufschlagung des Gegenstandes (4) mit Laserstrahlung zur Erzeugung der Bildpunkte in der Weise erfolgt, daß
Blickpunkt für Bildpunkt jeweils nacheinander eine Beaufschlagung mit Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt.19. The method according to any one of the preceding claims 1 to 17, characterized in that
the application of the object ( 4 ) with laser radiation to generate the image points in such a way that
Point by point, laser beams of different wavelengths are applied one after the other.
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Owner name: ORGA SYSTEMS GMBH, 33104 PADERBORN, DE |
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