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WO2011104330A1 - Markierungsvorrichtung und verfahren zum markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten mit hoher auflösung - Google Patents

Markierungsvorrichtung und verfahren zum markieren von wert- oder sicherheitsdokumenten mit hoher auflösung Download PDF

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WO2011104330A1
WO2011104330A1 PCT/EP2011/052800 EP2011052800W WO2011104330A1 WO 2011104330 A1 WO2011104330 A1 WO 2011104330A1 EP 2011052800 W EP2011052800 W EP 2011052800W WO 2011104330 A1 WO2011104330 A1 WO 2011104330A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser light
security document
value
marking
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/052800
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Baudach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesdruckerei GmbH filed Critical Bundesdruckerei GmbH
Priority to EP11707385.8A priority Critical patent/EP2539155B9/de
Priority to CN201180011261.8A priority patent/CN102858552B/zh
Publication of WO2011104330A1 publication Critical patent/WO2011104330A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/267—Marking of plastic artifacts, e.g. with laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/44—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements
    • B41J2/442—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/47—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14—Security printing

Definitions

  • the invention relates to a method for marking value or security documents and a marking device, which are designed for permanently marking a value or security document with the aid of laser light.
  • Security documents are those documents and objects that are protected by at least one security feature or security element against a
  • Security documents that embody a value are also referred to as value documents.
  • Security documents include, for example, identity documents, driver's licenses or motor vehicle papers and documents of value, with value documents, for example banknotes, postage stamps or checks.
  • security documents or value documents it is advantageous to be able to mark these permanently, preferably individually.
  • Different methods are known from the prior art, with which value and / or security documents can be marked individually.
  • most value and security documents have been paper-based and, in particular, have been customized by means of printing techniques, modern security documents and value documents are often at least partially made from plastic materials.
  • Modern identity cards and driving licenses are used, for example, as lamination bodies made of several layers of plastic and
  • Plastic layers which consist for example of polycarbonate, special
  • Pigment substances added at least in individual layers to be later marked with a laser do not affect transparency in the visible optical range or are not or barely perceptible to a user. If such a layer is irradiated with laser light of sufficient intensity, an increased absorption of the laser light occurs at the pigments. This makes it possible to use energy in the otherwise coupling transparent plastic, which then leads over the amount of energy deposited here to a local color, for example via heating and a partial carbonization of the plastic material. Depending on the imported
  • Amount of energy can be set to a degree of blackening of the plastic targeted. From individual local pixels, patterns, in particular grayscale images, lettering and other characters, can be permanently marked in the value or security document.
  • a card-shaped data carrier consisting of at least one layer in which visually readable information in the form of a change in the optical properties due to an irreversibly caused by a laser beam material change are introduced, the absorption capacity of this layer for at least a wavelength due to the laser radiation is at least partially reduced.
  • original colored or opaque layers are "bleached" in terms of absorption.
  • DE 30 48 733 A1 discloses an identification card and a method for producing such an identification card with information applied in the form of patterns
  • the ID card has differently colored, stacked on at least one surface
  • Personalization data is interrupted. It is envisaged that the information by the action of a controlled laser beam on one or more on one
  • Plastic carrier one above the other applied color layers are displayed. As a result of the laser irradiation, the color can be changed locally.
  • a method for producing an object with a colored mark by irradiating the surface of the object with laser light in the form of the mark, wherein the object consists of a plastic composition in at least the area where the mark is applied containing at least three color-forming components which lose their color-forming ability under the influence of laser light selected and present in a concentration such that at each wavelength between 400 and 700 nm at least part of the amount of incident light is absorbed,
  • the wavelength of the laser light subsequently set to a value which depends on the selected color and the surface of the object is then irradiated with the laser light.
  • WO 01/28778 A2 discloses a method for applying colored characters on a data carrier, preferably made of plastic, known by means of a laser system, wherein in at least one surface layer and / or near-surface layer of the data carrier introduced latent pigments in which by energetic excitation a Changing the absorption behavior is carried out at the designated areas of the data carrier by laser irradiation, which is in the IR and / or visible range, energetically excited in such a way that the same pigments
  • near-surface layer has at least two different coloring particles that change the color of this layer under the influence of laser radiation, wherein the laser radiation is used with at least two different wavelengths to change the color of this layer, the application of the object with
  • At least one beam guiding means to a first laser beam with the wavelength ⁇ and at least one further laser beam having a wavelength ⁇ 2 , which is different from the wavelength of the first laser beam, to lead to the layer of the object via the two-coordinate beam deflection device and the focusing device.
  • the data carrier comprises a visually or machine recognizable marking in the form of a pattern of letters, numbers or pictures.
  • a data carrier with a data carrier substrate comprises a visually or machine recognizable marking in the form of a pattern of letters, numbers or pictures.
  • the marking is introduced into the marking layer by means of short laser pulses.
  • the security marker includes a visually invisible
  • Diffraction structure inside a transparent polymer produced by multiphoton absorption using ultrashort pulses of a femtosecond laser.
  • the diffraction structure is in the volume of the polymer over
  • Refractive index changes generated are in the submicrometer range.
  • structures can be generated via multiphoton ablations, the extension of which also lies in the submicrometer range.
  • a readout of the diffraction structure is done with low-power lasers and can be done in transmission or reflection.
  • the pigments to be ablated are generally mixed with pigments or other additives which facilitate laser light absorption.
  • the technique usually limits an achievable resolution with regard to the marking produced by the fact that the interaction between the laser light and the value or security document is based on thermal effects.
  • the invention is based on the object, an improved method and an improved device for permanently marking value or
  • the basic idea of the invention is the marking of the value and / or
  • Laser light pulses have a pulse duration of less than 100 picoseconds, preferably less than 10 picoseconds.
  • An advantage of using short-pulse laser light is that intensity densities can be achieved with this light, which can also trigger non-linear optical interactions. By way of example, this makes it possible to produce markings with a higher resolution, since thermal interaction processes, which are always associated with a dissipation of the heat into surrounding areas, and in this case a resolution limitation
  • Pigment additives or the like are prepared. Nonlinear effects are exploited here. This gives a greater material independence in the marking. Likewise, diffractive structures can be marked directly in documents. It should be emphasized that a visual impairment of areas adjacent to the introduced markings is omitted. Particularly advantageous, a
  • Focusing the laser light are performed so that an interaction with material takes place only in focus.
  • a precise introduction of markings perpendicular to a document surface possible. Also a contribution of
  • a height of a focused region is preferably about 50 ⁇ m.
  • the low damage is also due to the fact that in non-linear processes, which have a quadratic dependence on the intensity (I 2 dependence), an interaction outside of a focus drops very rapidly.
  • Marks may be tactile, i. be designed for a tactile perceptible detection.
  • a security element is a structural unit comprising at least one security feature.
  • a security element can be an independent structural unit, which can be connected, for example glued, to a security document, which can also be a value document. It can also be an integral part of a security document.
  • An example of the former is a so-called holopatch (a hologram patch, such as a hologram film portion) adhered to a bill, or a visa stickable to a security document.
  • An example of the latter is a diffractive surface relief embossed in an identity document.
  • a security feature is a structure which can only be produced or reproduced with increased effort (not in comparison to simple copying) or not at all unauthorized, or makes a forgery or falsification visually and / or mechanically recognizable.
  • security documents are merely exemplified called identity cards, passports, ID cards, access control cards, visas, tax stamps, tickets, driver's licenses, motor vehicle papers and documents of value, which include banknotes, checks, postage stamps and credit cards, and any smart cards and adhesive labels (eg for product security).
  • Security documents which also embody a value, are also referred to as value documents. A sharp distinction between these two terms is often not possible.
  • a credit card for example, represents a security document protected by security features and security elements against counterfeiting and adulteration, which does not directly represent a value beyond the pure material value of the card, but makes it possible to dispose of large assets.
  • a pulsed laser is a laser that, in contrast to a continuous wave or CW laser that continuously emits laser light, emits laser light in temporally limited portions called pulses.
  • a short pulse laser is understood here a laser that generates light pulses whose pulse duration is less than 100 picoseconds.
  • the literature also speaks in part of ultrashort laser pulses, with no uniform definition for this. Ultrashort pulses are pulses whose pulse duration is less than 10 picoseconds.
  • An optical fiber is a fiber of a transparent material to whose
  • Total internal reflection can be a conduit of light inside the fiber.
  • a fiber laser is a laser whose active medium in which light-induced emission of electromagnetic radiation occurs is an optical fiber.
  • a pattern typically consists of a multiplicity of juxtaposed pattern units or pixel dots.
  • the pattern units or pixels of a pattern are assigned to each other and arranged laterally in a defined manner,
  • An individualization pattern is a pattern that is used for individualization.
  • Individualizing is a pattern when it is unique to a person or a person
  • a code individualizing a group of persons within the total population of a country is the city of residence.
  • An individualizing for a person code for example, the number of the identity card or passport photo.
  • One for a group of bills within the total amount of bills individualizing code is the value.
  • Individualizing for a banknote is the serial number.
  • Non-individualizing is a pattern that is identical for all elements of an entity. For bills this is for example a coat of arms, which is printed on all banknotes.
  • a marking device for value or security documents which at least one laser light source and a
  • Light guide device which is coupled to the laser light source, so that light of the laser light source is positioned controlled on a value or security document, wherein the laser light source is a short pulse laser source, the laser pulses having a pulse duration of less than 100 picoseconds, preferably less than 10
  • a color change for example, a blackening in different shades of gray, of transparent
  • a preferred method for permanently marking a value or security document thus comprises the steps: generating laser light and guiding the laser light by means of a light-guiding device, so that from the
  • Light guide device emitting laser light on the value or
  • Security document is positioned and the value or security document is marked locally, wherein the laser light is generated in the form of laser light pulses with a pulse duration of less than 100 picoseconds, preferably less than 10 picoseconds.
  • fiber lasers have the advantage that they can be constructed very compact and have a high electro-optical efficiency. In addition, fiber lasers much more modest in terms of adjustment and handling than most known solid-state lasers.
  • An advantage of using short laser pulses with pulse durations of less than 100 picoseconds, preferably less than 10 picoseconds, is that a very precise spatial confinement of the interaction zone between the laser light and the material of the asset or security document is achievable when non-linear optical interaction effects can be used to form the label.
  • a preferred embodiment of the method therefore provides that the marking via a non-linear optical effect in the value or
  • the light-guiding device comprises a relative to the value and / or security document movably mounted optical fiber, which is coupled to at least one drive means so that the light via a movement of an exit surface of the optical fiber in a positioning plane relative to the value - And / or security document can be positioned laterally on the value or security document.
  • the light of the laser light source is thus guided by means of an optical fiber and a positioning of the light on the value to be marked or
  • Security document is accomplished by moving the exit surface of the optical fiber relative to the asset or security document.
  • the light used for the marking with a suitable orientation of the positioning plane relative to a surface of the security document, preferably parallel thereto, in each case at the same angle, preferably perpendicular, to the value and / or security document incident and beyond a path length of the traveled light path is the same regardless of the illuminated lateral position on the security and / or security document.
  • This makes it possible to focus the light used more strongly and yet to use an identical focus extension at the marking at all lateral positions of the value or security document. Problems that are known due to a slightly different direction of irradiation in the guide devices of the prior art, can thus be avoided.
  • Security document is mounted movably relative to the optical fiber. Construction and
  • Light guide device comprises a relative to the value and / or security document movably mounted optical fiber as well as the value and / or
  • Security document is movable relative to the optical fiber. It is particularly preferred that the security and / or security document is movable along a transport direction and that the optical fiber is movable in a direction orthogonal to the transport direction, parallel to the surface of the security and / or security document to be personalized.
  • a focusing optics can be used. It is preferred, a focusing optics, if used, to couple with the respective exit surface of the optical fiber. This means that the focusing optics by means of
  • the advantage is that the light path through the focusing optics is the same in each case, regardless of the position on or in the value or security document that is being marked.
  • the position of the focus in the document is varied. This means that the focus position along a normal to a plane surface of the document or a plan idealized surface of the value or security document, if this has a surface relief or other irregularities, at the same lateral position or at different lateral positions on the value or security document is varied.
  • markings are made in different levels of the value or security document. These can be arranged one above the other or laterally offset, in each case arranged relative to the surface of the preferably card-shaped value or security document.
  • marks are generated in the register in different levels in the document. In one embodiment, at least a portion of the Markings perpendicular to the surface of the security or value document considered stacked.
  • Markers that are marked in different planes parallel to the surface of the value or security document in the value or security document can be used, for example, to display different information for different viewing directions by the markings of the different levels completely or partially in the different viewing directions cover.
  • different layers from which the value or security document is optionally joined together can be connected to one another
  • the focusing is done by means of the Kerr effect.
  • the focal length of the material of the focusing lens changes due to the non-linear interaction of the electromagnetic radiation with the material of the lens.
  • the focal length of the lens is inversely proportional to the intensity of the lens
  • the light guide is performed by means of an optical fiber
  • a movement of the exit surface of the optical fiber is possible to vary a light path between the exit surface and a surface of the document. This can be used to vary a focus position within the value or security document.
  • Such a change in direction can be achieved, for example, in one embodiment by the fact that the exit surface from which the light is rectilinear to the
  • Document surface is moved in addition to the movement in the positioning plane, which is selected parallel to the surface of the security or value document, perpendicular to the positioning plane or the surface of the security document or security document.
  • the exit surface is moved together with imaging and / or focusing optics in the positioning plane to position the exiting light laterally on the surface of the asset or security document, a change in the light path may occur, for example
  • Optical fiber additionally relative to elements of the imaging and / or
  • Focusing optics such as a deflection mirror, in the positioning plane is relatively movable.
  • the focusing optics consists of a
  • the piezoelectric material By applying tension, the material can be deformed and thus the focal length of the material can be adjusted.
  • the laser light source is integrated in the optical fiber.
  • any coupling losses are reduced in the coupling into the fiber.
  • a compact and simple construction is possible.
  • Solid-state lasers for example Ti: sapphire lasers
  • fiber laser systems require no expensive cooling and achieve a high electro-optical efficiency.
  • laser light of different wavelengths can be generated by parametric tuning with the same hardware. This is effective with fiber lasers.
  • the light guide device comprises at least one further movable, preferably even more movable movably mounted optical fibers. This makes it possible, at the same time at several points or at the same time with different wavelengths of light to attach a mark on the security or security document or in the value or
  • each optical fiber can have one to the corresponding wavelength of light be fitted adjusted focusing optics.
  • pulse durations of more than 10 ps it is still possible to speak of a defined wavelength.
  • the spread due to the Heisenberg uncertainty principle is significant.
  • the blur at a pulse of 10 ps is about 0.41 meV, which corresponds to about 0.12 nm at a wavelength of 620 nm (2 eV).
  • the blur is about 0.41 eV, which means at a wavelength of 620 nm (2 eV) that the bandwidth is at least 125 nm.
  • the exit surface of the at least one optical fiber is positionable relative to the at least one further optical fiber or optionally relative to the plurality of exit surfaces of the plurality of optical fibers in the positioning plane.
  • the plurality are the plurality
  • optical fibers or their exit surfaces in the positioning plane individually driven and positioned relative to each other. It goes without saying for the person skilled in the art that there are mechanical residual actions since the optical fibers can not penetrate one another and thus can not be arranged at one and the same position at the same time.
  • the number of optical fibers is chosen so that upon a relative movement of the entirety of the optical fibers along a
  • Spacing the entire value or security document or at least a strip of the value or security document can be marked with a two-dimensional / three-dimensional pattern.
  • the optical fibers can be arranged rigidly relative to one another along a line or any other arrangement.
  • an optical modifying element is coupled or integrated with the at least one optical fiber, via which the decoupled light can be modified in terms of its frequency and / or intensity. This is particularly advantageous when the light guide device comprises a plurality of further optical fibers. These then preferably also each have an optical modifying element associated with the fiber.
  • the light energy generated by a laser light source is generally sufficient to mark the document at several points at the same time, in one embodiment it is provided that the light from the one laser light source is directed into the at least one laser light source Optical fiber and the at least one further or optionally a plurality of further optical fibers is coupled. Even with such an embodiment, it is advantageous if the individual optical fibers are each assigned an optical change element. It is understood that embodiments are also advantageous, which comprise a plurality of laser light sources whose light is coupled in each case in one or more of the several further optical waveguides.
  • the focus position within the value or security document along a normal to the surface of the value or security document can be set individually for the latter in one embodiment. This can be targeted markings in different levels or layers, from which the value or security document is joined, are introduced. Preferably, this is controlled possible.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a marking device for value or
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a marking device
  • FIG. 3 shows yet another embodiment of a marking device
  • Fig. 4 is a schematic representation of an arrangement of exit surfaces of
  • 5a, 5b an imaging and focusing optics for varying in focus length
  • Fig. 6 is a schematic representation of a beam profile in focus
  • Fig. 7 is a schematic representation of a value or security document, are introduced in the markers in different levels.
  • FIG. 1 schematically shows a marking device 1 for the permanent marking of a value or security document 2.
  • the value document 2 is on a
  • Bracket 3 is arranged. This can be supplied to the value or security document 2 by means of a transport device 4 and / or removed from it. In some embodiments, it is possible that the transport device 4 forms the holder 3.
  • the person skilled in various devices for transporting value or security documents are known. In general, the marking of the value or security document 2 is carried out after this is completed except for the mark still to be attached. However, it is also possible to make the marking before the value or security document 2 is completely finished, for example, before it is separated from a sheet or a strip.
  • the marking device 1 comprises a laser light source 5.
  • the laser light source 5 is designed to generate laser light 6.
  • the laser light source 5 is a pulsed light source.
  • it may be a solid state laser, e.g. a Ti: sapphire laser, act.
  • the laser light 6 In order to mark the value or security document 2, the laser light 6 must be aimed at the value or security document 2, i. on the surface 7 or inside the value or security document 2, are positioned.
  • a light guide device 8 is provided.
  • the light-guiding device 8 comprises an optical fiber 9, into which the laser light 6 is coupled. An exit surface 10 of the optical fiber 9 is moved in a positioning plane 1 1.
  • the positioning plane 1 1 is formed parallel to the surface 7 of the value or security document 2 in a preferred embodiment.
  • the optical fiber 9 is coupled to a drive device 12.
  • the drive device 12 comprises in the illustrated embodiment an X-axis actuator 13, a Y-axis actuator 14 and a Z-axis actuator 15. These are connected and aligned so that the X-axis actuator movement of the exit surface 10 of the optical fiber 9 parallel to a X-axis 16, the Y-axis actuator 14 parallel to a Y-axis 17 and the Z-axis actuator 15 parallel to a Z-axis 18 causes. It should be noted that a movement parallel to the Z-axis causes a change in the positioning plane 1 1.
  • the exit surface 10 in the positioning plane 1 1 effects a lateral alignment and positioning of the laser light 6 'emerging from the exit surface 10 or the focal point 19 formed thereof. It should be noted that other embodiments may have and use differently configured light guiding devices
  • an imaging and / or focusing optics 20 is coupled to the exit surface 10 of the optical fiber 9. This is moved with the exit surface 10 of the optical fiber.
  • the exit surface 10 of the optical fiber is configured so that the exiting laser light 6 'is focused and no or supplemental focusing optics are necessary.
  • Amount of energy which can be varied, for example, via a pulse intensity or a number of light pulses introduced at the same position, the type of marking, for example a blackening with respect to a gray level, is regulated. Via the drive device 12 it is possible to make a marking vectorially (but broken down into individual pixels (marking points)) or in a grid.
  • a distance 27 of the positioning plane 1 1 from the surface 7 or the value or security document 2 need not be varied in many applications in the marking.
  • a positioning device 8 comprising only an X-axis actuator 13 and a Y-axis actuator 14 is sufficient. It is understood by those skilled in the art that for the positioning of the exit surface 10 of the optical fiber 9 in the positioning plane 1 1, a set of actuators can be used, which cause no movements parallel to the coordinate axes, but in interaction are able to
  • Exit surface 10 in the positioning plane 1 1 lateral position at different locations to position.
  • Positioning level 1 1 must not be able to be positioned in all embodiments so that all points on the surface of the document with the exiting laser light 6 'can be illuminated.
  • the laser light only needs to be positionable at those positions on the asset or security document at which markings are to be made. Is only a limited range of value or Security document provided for a mark, as well as an adapted to this area positioning range 26, in which the exit surface 10 of the optical fiber 9 is positioned.
  • the modification element 21 can be designed, for example, as an electro-optical or acousto-optical modulator or switch. Thus, independently of the pulse energy provided by the laser, the locally supplied
  • Amount of energy and on this example, a blackening in grayscale be controlled.
  • the individual components of the marking device are controlled by a controller 22, so that the marking is carried out automatically.
  • the controller 22 is only supplied with data containing the pattern for the mark, so that the corresponding areas of the value or security document 2 are irradiated with a corresponding laser light intensity to effect the corresponding marking in the value or security document 2.
  • the embodiment according to FIG. 1 is characterized in that the laser light 6 is generated as pulsed laser light with short pulse durations of less than 100 ps, preferably less than 10 ps. This is an exploitation of non-linear optical effects for introducing the markings on or in the value or
  • Light guide device 8 and the value or security document 2 are kept low. This can be selected in the range from contact to a few cm, preferably 0.2 to 10 mm. This makes it possible to form the beam guide strongly divergent and to focus sharply. Both across the beam direction
  • Propagation direction of the laser light 6 'improved resolution can be achieved when marking.
  • micro-writing can be realized with a character size in the range of a few micrometers.
  • a so-called beam profile 61 in focus is shown schematically.
  • a light intensity I is plotted against the position r transversely to the propagation direction (z-direction in FIG. 1), (r is chosen, for example, parallel to the x-axis according to FIG. 1).
  • r is chosen, for example, parallel to the x-axis according to FIG. 1.
  • a beam profile 61 of the laser light 6 1 (according to FIG. 1) in the focus 19 (according to FIG. 1) has a Gaussian profile. Since nonlinear interactions are dependent on the square I 2 62 of the intensity I of the laser light, that is to say a so-called I 2 dependency, the non-linear one is found at a suitably chosen pulse intensity
  • the focal extent of the marking is determined by an extension 65 of the core region 63 and not by the extent 66 of the focus 19 of the laser light 6 ', which corresponds to the extent of the beam profile 61.
  • Security documents which have an extent of 500 ⁇ m to 1000 ⁇ m perpendicular to the surface 7 make it possible to mark a plurality of mutually separate markings 71 ', 71 "in register along a surface normal 72 to the surface 7.
  • FIG. 2 a further embodiment of a marking device 1 is shown schematically.
  • the illustrated embodiment differs from that of FIG. 1 in that the light guide device 8 in this embodiment two
  • Optical fibers 9, 9 ' comprises. These are respectively coupled to a drive device 8 or 8 ', which are formed analogously to the drive device 8 according to FIG.
  • This embodiment offers the advantage that the value or security document 2 can be marked simultaneously or quasi simultaneously at several locations.
  • the laser light source 5 is shown schematically in this embodiment as a fiber laser 23 with a seed laser 24 and an amplifier ring 25. It will be understood by those skilled in the art that another source of laser light may be used with it
  • Embodiment can be used. Likewise, a fiber laser 23 as
  • Laser light source 5 are used in the embodiment of FIG. 1.
  • the emerging from the laser light source 5 light 6 is either a beam splitter (not shown) divided and coupled into the optical fiber 9, 9 'simultaneously or via an electro-optical or electro-acoustic switch alternately in the
  • Optical fibers 9, 9 'coupled Since the mechanical movement speed of the exit surfaces 10, 10 'via the drive means 8, 8' are usually limited, can at a suitable selected repetition rate of the laser light 6, 6 'even at maximum movement speed of the exit surfaces 10, 10' is a mark of the value or Security document 2 take place, even if every second laser pulse in the other optical fiber 9, 9 'is coupled. In this case, marking is still considered to be simultaneous or quasi-simultaneous.
  • Fig. 3 another embodiment of a marking device 1 is shown schematically. In this embodiment, two laser light sources 5, 5 'are provided. This makes it possible in a simple manner, in different places with
  • each of the optical fiber 9 is preferably one
  • Variation element (not shown) is coupled so that the respective coupled laser light intensity and / or laser frequency can be controlled via each optical fiber 9.
  • a fiber laser system can be used to achieve higher electro-optical efficiencies.
  • the required energy can be significantly reduced.
  • the entire structure can be made much more compact, so that fitting into a production line or plant is much easier.
  • laser marking systems can also be deployed remotely.
  • FIG. 5a and 5b Shown in Figures 5a and 5b is an embodiment in which focus positioning, i. a positioning of the focal point parallel to the Z-axis, analogous to the geometry of FIG. 1 is described.
  • the embodiment includes an imaging and
  • Focusing Optics 20 This includes a focusing lens 31 and a deflecting mirror 32.
  • a focusing actuator 33 is provided.
  • a relative movement between the deflecting mirror 32 and the exit surface 10 of the optical fiber 9 can be effected. This changes the focus position along the Z-axis.
  • the imaging and focusing device 20 is moved together with the exit surface 10 of the optical fiber in the positioning plane 1 1, which coincides with the XY plane, to laterally position the laser light 6 'on the value or security document.
  • a movement of the light exit surface 10 in the positioning plane 1 1 is also effected via the sieraktor 33, which, however, only the distance changed to the deflecting mirror 32 and this the focus position perpendicular to the positioning plane.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Markierungsvorrichtung (1) für ein Wert- oder Sicherheitsdokument (2) sowie ein Verfahren zum dauerhaften, insbesondere individuellen Markieren von Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten (1). Das Verfahren zum dauerhaften Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) umfasst die Schritte: Erzeugen von Laserlicht (6) und Führen des Laserlichts (6) mittels einer Lichtführungsvorrichtung (8), sodass aus der aus der Lichtführungsvorrichtung (8) austretendes Laserlicht (6') auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) positioniert wird und das Wert- oder Sicherheitsdokument (2) lokal markiert, wobei das Laserlicht (6) in Form von Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps erzeugt wird. Hierdurch können nicht lineare Wechselwirkungen zwischen dem Material des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) und dem Laserlicht (6') zum Markieren ausgenutzt werden. Ferner lässt sich bei geeigneter Führung des Laserlichts (6') eine verbesserte Fokussierung und hierüber eine verbesserte Auflösung der über die Markierung erzeugten Muster erreichen.

Description

Markierungsvorrichtung und Verfahren zum Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten mit hoher Auflösung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Markieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten sowie eine Markierungsvorrichtung, die für ein dauerhaftes Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments mit Hilfe von Laserlicht ausgebildet sind.
Als Sicherheitsdokumente werden jene Dokumente und Gegenstände bezeichnet, die durch mindestens ein Sicherheitsmerkmal oder Sicherheitselement gegen eine
Verfälschung und/oder ein unautorisiertes Kopieren geschützt sind.
Sicherheitsdokumente, die einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Sicherheitsdokumente umfassen beispielsweise Ausweise, Führerscheine oder Kraftfahrzeugpapiere und Wertdokumente, wobei Wertdokumente, beispielsweise Banknoten, Postwertzeichen oder Schecks umfassen.
Zumindest bei einem Teil der Sicherheitsdokumente oder Wertdokumente ist es vorteilhaft, diese auch permanent, vorzugsweise individuell, markieren zu können. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt, mit denen Wert- und/oder Sicherheitsdokumente individualisiert markiert werden können. Während historisch die meisten Wert- und Sicherheitsdokumente auf Papierbasis hergestellt wurden und insbesondere mittels Drucktechniken individualisiert wurden, werden moderne Sicherheitsdokumente und Wertdokumente häufig zumindest teilweise aus Kunststoffmaterialien hergestellt. Moderne Personalausweise und Führerscheine werden beispielsweise als Laminationskörper aus mehreren Kunststoffschichten und
gegebenenfalls einer oder mehrerer Papierschichten zusammengefügt.
Für die permanente individuelle Markierung von Kunststoffen sind im Stand der Technik so genannte Lasermarkierverfahren entwickelt worden. Hierfür wird den
Kunststoffschichten, welche beispielsweise aus Polycarbonat bestehen, spezielle
Pigmentstoffe zumindest in einzelnen Schichten, die später mit einem Laser markiert werden sollen, zugefügt. Diese beeinflussen eine Transparenz im optischen sichtbaren Bereich nicht oder für einen Nutzer nicht oder kaum wahrnehmbar. Wird eine solche Schicht mit Laserlicht ausreichender Intensität bestrahlt, so tritt an den Pigmenten eine verstärkte Absorption des Laserlichts auf. Hierdurch ist es möglich, Energie in den sonst transparenten Kunststoff einzukoppeln, welches anschließend über die hierbei deponierte Energiemenge zu einer lokalen Einfärbung, beispielsweise über eine Erwärmung und eine teilweise Carbonisierung des Kunststoffmaterials führt. Je nach eingebrachter
Energiemenge lässt sich ein Schwärzungsgrad des Kunststoffs gezielt einstellen. Aus einzelnen lokalen Bildpunkten lassen sich Muster, insbesondere Graustufenbilder, Schriftzüge und andere Zeichen, dauerhaft in das Wert- oder Sicherheitsdokument markieren.
Aus der DE 100 1 1 486 A1 ist ein kartenförmiger Datenträger bekannt, bestehend aus mindestens einer Schicht, in die visuell lesbare Informationen in Form einer Änderung der optischen Eigenschaften aufgrund einer irreversibel durch einen Laserstrahl bewirkten Materialveränderung eingebracht sind, wobei das Absorptionsvermögen dieser Schicht für mindestens eine Wellenlänge in Folge der Laserstrahlung zumindest teilweise reduziert wird. Bei diesem Verfahren werden ursprüngliche farbige oder opake Schichten hinsichtlich Absorption "ausgebleicht".
Aus der DE 30 48 733 A1 sind eine Ausweiskarte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ausweiskarte mit aufgebrachten Informationen in Form von Mustern,
beispielsweise Buchstaben, Zahlen und/oder Bildern, bekannt. Die Ausweiskarte weist auf mindestens einer Oberfläche unterschiedlich farbige, übereinander angeordnete
Schichtenbereiche, die zumindest teilweise durch visuell erkennbare
Personalisierungsdaten unterbrochen sind. Es ist vorgesehen, dass die Informationen durch Einwirkung eines gesteuerten Laserstrahls auf ein oder mehrere auf einem
Kunststoffträger übereinander aufgebrachte Farbschichten dargestellt werden. Durch die Lasereinstrahlung lässt sich somit lokal die Farbe verändern.
Aus der DE 696 05 788 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem farbigen Zeichen durch Bestrahlung der Oberfläche des Gegenstands mit Laserlicht in Form des Zeichens bekannt, wobei der Gegenstand in mindestens jenem Bereich, wo das Zeichen aufgebracht wird, aus einer Kunststoffzusammensetzung besteht, die mindestens drei farbbildende Komponenten enthält, die ihre farbbildende Fähigkeit unter dem Einfluss von Laserlicht verlieren, die derart gewählt und in einer solchen Konzentration vorhanden sind, dass bei jeder Wellenlänge zwischen 400 und 700 nm mindestens ein Teil der Menge des einfallenden Lichts absorbiert wird, für das Zeichen eine oder mehrere Farben gewählt werden, die Wellenlänge des Laserlichts in der Folge auf einen Wert festgesetzt wird, der von der gewählten Farbe abhängt, und die Oberfläche des Gegenstands danach mit dem Laserlicht bestrahlt wird.
Aus der WO 01/28778 A2 ist ein Verfahren zur Aufbringung von farbigen Zeichen auf einem Datenträger, vorzugsweise aus Kunststoff, mittels eines Lasersystems bekannt, wobei in mindestens einer Oberflächenschicht und/oder oberflächennahen Schicht des Datenträgers eingebrachte latente Pigmente, bei denen durch energetische Anregung eine Änderung des Absorptionsverhaltens erfolgt, an den für das Zeichen vorgesehenen Stellen des Datenträgers durch Laserbestrahlung, die im IR- und/oder sichtbaren Bereich liegt, energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei denselben Pigmenten ein
Farbumschlag stattfindet und dass nach dem Farbumschlag der laserbestrahlten latenten Pigmente, die nicht durch Laserbestrahlung angeregten latenten Pigmente durch eine Bestrahlung mit Lichtwellen im UV-Wellenlängenbereich energetisch dergestalt angeregt werden, dass bei den so bestrahlten Pigmenten eine Farblosigkeit herbeigeführt wird.
Aus der DE 100 53 264 A1 ist ein Verfahren zum Einschreiben von Daten, insbesondere Personalisierungsdaten, auf und/oder in einen Datenträger mittels elektromagnetischer Strahlung bekannt, wobei bei dem Verfahren ein beliebiger Datenträger bereitgestellt wird, auf und/oder in welchem mindestens ein Farbmittel mindestens lokal vorgesehen wird, und dieses Farbmittel mittels der elektromagnetischen Strahlung von mindestens einen Wellenlängenbereich bestrahlt wird, so dass sich im Bereich der Bestrahlung eine
Änderung der Farbe des Farbmittels durch Bleichen ergibt, wobei die Farbänderung maschinell und/oder durch ein menschliches Auge feststellbar ist. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Fälschungs- und Manipuliersicherheit für den Datenträger.
Aus der DE 199 55 383 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von farbigen Informationen auf einen Gegenstand bekannt, wobei der Gegenstand zumindest in einer
oberflächennahen Schicht mindestens zwei verschiedenartige farbgebende Partikel aufweist, die unter Einfluss von Laserstrahlung die Farbe dieser Schicht verändern, wobei die Laserstrahlung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen verwendet wird, um die Farbe dieser Schicht zu ändern, die Beaufschlagung des Gegenstands mit
Laserstrahlung im Vektor- und/oder Rasterverfahren über eine
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung der Laserstrahlung auf die Schicht des Gegenstandes erfolgt. Es ist mindestens ein Strahlführungsmittel vorgesehen, um einen ersten Laserstrahl mit der Wellenlänge λι und mindestens einen weiteren Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ2, die von der Wellenlänge des ersten Laserstrahls verschieden ist, über die Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung und die Fokussiereinrichtung auf die Schicht des Gegenstands zu führen. Für die
Zweikoordinatenstrahlablenkeinrichtung ist eine Anordnung aus zwei um zueinander senkrecht stehende Achsen gelagerte Ablenkspiegel vorgeschlagen. Eine Fokussierung erfolgt durch eine feststehende Planfeldoptik. Da das Licht die Planfeldoptik nicht jeweils auf der optischen Achse durchläuft, treten chromatische Aberrationseffekte in der
Fokussiereinrichtung auf. Insbesondere wenn unterschiedlich farbiges Laserlicht zum Markieren verwendet wird, ist hierfür eine aufwendige Kompensation notwendig.
Aus der DE 10 2006 014 367 A1 sind ein Datenträger und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Datenträger umfasst eine visuell oder maschinell erkennbare Kennzeichnung in Form eines Musters, von Buchstaben, Zahlen oder Bildern. Bei dem Verfahren zur Herstellung wird ein Datenträger mit einem Datenträgersubstrat
bereitgestellt und eine Markierungsschicht auf das Datenträgersubstrat aufgebracht. Die Kennzeichnung wird mittels kurzer Laserpulse in die Markierungsschicht eingebracht.
Aus der DE 10 2005 001 443 A1 ist eine Sicherheitsmarkierung in einem transparenten Polymer bekannt. Die Sicherheitsmarkierung umfasst eine visuell nicht sichtbare
Beugungsstruktur im Innern eines transparenten Polymers, welche durch Multiphotonen- Absorption unter Verwendung von ultrakurzen Pulsen eines Femtosekundenlasers erzeugt sind. Die Beugungsstruktur wird im Volumen des Polymers über
Brechzahländerungen generiert. Die Ausdehnungen der Brechzahländerung liegen im Submikrometerbereich. Zusätzlich können Strukturen über Multiphotonen-Ablationen erzeugt werden, deren Ausdehnung ebenfalls im Submikrometerbereich liegen. Ein Auslesen der Beugungsstruktur erfolgt mit leistungsschwachen Lasern und kann in Transmission oder Reflexion erfolgen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Markierungsverfahren, die visuell wahrnehmbar sind, ist es notwendig, das zu markierende Kunststoff material im
Herstellungsprozess zu dotieren, Farben oder Pigmente auf oder einzubringen, zumindest sofern kein Materialabtrag von der Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments beabsichtigt ist. Auch bei solchen Markierverfahren werden in der Regel den zu ablatierenden Kunststoffschichten die Laserlichtabsorption erleichternde Pigmente oder andersartige Zusatzstoffe beigemengt. Darüber hinaus ist bei Verfahren nach dem Stand der Technik eine erreichbare Auflösung hinsichtlich der hergestellten Markierung in der Regel dadurch begrenzt, dass die Wechselwirkung zwischen dem Laserlicht und dem Wert- oder Sicherheitsdokument auf thermischen Effekten beruht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum dauerhaften Markieren von Wert- oder
Sicherheitsdokumenten zu schaffen, die Nachteile im Stand der Technik beseitigen oder verringern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Grundidee der Erfindung
Die Grundidee der Erfindung liegt darin, die Markierung des Wert- und/oder
Sicherheitsdokuments mit Laserlicht auszuführen, welches mit einer Kurzpulslaserquelle erzeugt ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen zur Markierung verwendeten
Laserlichtpulse eine Pulsdauer von weniger als 100 Pikosekunden vorzugsweise weniger als 10 Pikosekunden aufweisen. Ein Vorteil bei der Verwendung von Kurzpulslaserlicht liegt darin, dass mit diesem Licht Intensitätsdichten erreichbar sind, wodurch auch nichtlineare optische Wechselwirkungen ausgelöst werden können. Hierüber ist es beispielsweise möglich, Markierungen mit einer höheren Auflösung zu erzeugen, da thermische Wechselwirkungsprozesse, die immer mit einer Dissipation der Wärme in umliegende Bereiche verknüpft sind und hierüber eine Auflösungsbegrenzung
verursachen, vermieden werden können. Ferner ist es möglich, auch Materialien zu markieren, die für eine Lasermarkierung nicht gesondert, beispielsweise über
Pigmentzusätze oder Ähnliches, präpariert sind. Hierbei werden nichtlineare Effekte ausgenutzt. Hierdurch ist eine größere Materialunabhängigkeit bei der Markierung gegeben. Ebenso können beugende Strukturen direkt in Dokumente markiert werden. Hervorzuheben ist, dass eine optische Beeinträchtigung von Bereichen benachbart zu den eingebrachten Markierungen unterbleibt. Besonders vorteilhaft kann eine
Fokussierung des Laserlichts ausgeführt werden, so dass eine Wechselwirkung mit Material nur im Fokus erfolgt. Somit ist eine präzise Einbringung von Markierungen senkrecht zu einer Dokumentenoberfläche möglich. Auch eine Einbringung von
Markierungen übereinander, d.h. in unterschiedlichen Ebenen eines Dokuments, ist möglich. Mit solchen Markierungen können Muster erzeugt werden, die bei einer seitlichen Betrachtung wahrnehmbar sind. Eine Höhe eines fokussierten Bereichs liegt beispielsweise vorzugsweise bei etwa 50 μηι. Die geringe Schädigung ist auch auf die Tatsache zurückzuführen, dass bei nichtlinearen Prozessen, die eine quadratische Abhängigkeit von der Intensität aufweisen (I2-Abhängigkeit), eine Wechselwirkung außerhalb eines Fokus sehr schnell abfällt. Nahe der Oberfläche eingebrachte
Markierungen können taktil ausgeführt werden, d.h. für eine taktil wahrnehmbare Erfassung ausgebildet sein.
Definitionen
Ein Sicherheitselement ist eine bauliche Einheit, die zumindest ein Sicherheitsmerkmal umfasst. Ein Sicherheitselement kann eine selbständige bauliche Einheit sein, die mit einem Sicherheitsdokument, welches auch ein Wertdokument sein kann, verbunden, beispielsweise verklebt, werden kann. Es kann sich aber auch um einen integralen Bestandteil eines Sicherheitsdokuments handeln. Ein Beispiel für ersteres ist ein auf eine Banknote aufklebbarer so genannter Holopatch (ein Hologramm aufweisender Patch, beispielsweise ein Hologrammfilmabschnitt) oder ein auf ein Sicherheitsdokument aufklebbares Visum. Ein Beispiel für letzteres ist ein in ein Ausweisdokument eingeprägtes beugendes Oberflächenrelief.
Ein Sicherheitsmerkmal ist eine Struktur, die nur mit (gegenüber einfachen Kopieren) erhöhten Aufwand oder gar nicht unautorisiert herstellbar bzw. reproduzierbar ist, beziehungsweise eine Fälschung oder Verfälschung visuell und/oder maschinell erkennbar macht.
Als Sicherheitsdokumente seien lediglich beispielhaft genannt Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Visa, Steuerzeichen, Tickets, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere sowie Wertdokumente, welche insbesondere Banknoten, Schecks, Postwertzeichen und Kreditkarten umfassen, und beliebige Chipkarten und Haftetiketten (z.B. zur Produktsicherung). Sicherheitsdokumente, die ebenfalls einen Wert verkörpern, werden auch als Wertdokumente bezeichnet. Eine scharfe Abgrenzung dieser beiden Begrifflichkeiten ist häufig nicht möglich. Eine Kreditkarte stellt beispielsweise ein über Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente gegen Nachahmung und Verfälschung geschütztes Sicherheitsdokument dar, welches über den reinen Materialwert der Karte keinen Wert unmittelbar repräsentiert, jedoch eine Verfügung über große Vermögenswerte ermöglicht.
Ein Pulslaser ist ein Laser, der im Gegensatz zu einem Dauerstrich- oder CW-Laser, welcher Laserlicht kontinuierlich emittiert, Laserlicht in zeitlich begrenzten Abschnitten, welche Pulse genannt werden, emittiert. Als Kurzpulslaser wird hier ein Laser verstanden, der Lichtpulse erzeugt, deren Pulsdauer kleiner als 100 Pikosekunden ist. In der Literatur wird zum Teil auch von ultrakurzen Laserpulsen gesprochen, wobei keine einheitliche Definition hierfür vorliegt. Als ultrakurze Pulse werden Pulse angesehen, deren Pulsdauer kleiner 10 Pikosekunden ist.
Eine Lichtleitfaser ist eine Faser aus einem transparenten Material, an dessen
Grenzfläche über Totalreflexion eine Leitung von Licht im Innern der Faser erfolgen kann.
Ein Faserlaser ist ein Laser, dessen aktives Medium, in dem die lichtinduzierte Emission von elektromagnetischer Strahlung erfolgt, eine Lichtleitfaser ist.
Ein Muster besteht typischerweise aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mustereinheiten bzw. Pixelpunkten. Die Mustereinheiten bzw. Pixel eines Musters sind einander zugeordnet und in definierter Weise lateral zueinander angeordnet,
typischerweise in Ein- oder Zweiraumdimensionen, und ergeben in der
Gesamtbetrachtung eine Darstellung, beispielsweise ein Bild, ein Symbol, ein Logo, einen Schriftzug (Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen) oder ein Code (z.B. ein Strichcode). Ein Individualisierungsmuster ist ein Muster, welches zur Individualisierung verwendet wird.
Individualisierend ist ein Muster, wenn es einzigartig für eine Person oder einen
Gegenstand oder eine Gruppe von Personen oder Gegenständen aus einer größten Gesamtheit von Personen oder Gegenständen ist. Ein für eine Gruppe von Personen innerhalb der Gesamtmenge der Einwohner eines Landes individualisierender Code ist beispielsweise die Stadt des Wohnortes. Ein für eine Person individualisierender Code ist beispielsweise die Nummer des Personalausweises oder das Passbild. Ein für eine Gruppe von Geldscheinen innerhalb der Gesamtmenge der Geldscheine individualisierender Code ist die Wertigkeit. Für einen Geldschein individualisierend ist die Seriennummer. Nicht individualisierend ist ein Muster, welches für alle Elemente einer Gesamtheit identisch ist. Für Geldscheine ist dies beispielsweise ein Wappen, welches auf allen Geldscheinen aufgedruckt ist.
Bevorzugte Ausführungsformen
Insbesondere wird eine Markierungsvorrichtung für Wert- oder Sicherheitsdokumente vorgeschlagen, welche mindestens eine Laserlichtquelle und eine
Lichtführungsvorrichtung umfasst, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass Licht der Laserlichtquelle auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument gesteuert positionierbar ist, wobei die Laserlichtquelle eine Kurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 Pikosekunden, vorzugsweise von weniger 10
Pikosekunden, erzeugt. Besonders hervorzuheben ist, dass die kurzen Laserpulse über nicht lineare optische Effekte mit Material des zu markierenden Wert- oder
Sicherheitsdokuments wechselwirken. Hierbei ist eine Farbveränderung, beispielsweise eine Schwärzung auch in unterschiedlichen Grauabstufungen, von transparenten
Kunststoffmaterialien möglich. Eine Dotierung mit Farbpigmenten, die im Stand der Technik notwendig ist, um die Folien "laserfähig" zu machen, ist nicht mehr erforderlich. Somit treten optische Beeinträchtigungen durch die hierfür notwendigen Zusatzstoffe nicht mehr zwangsweise auf. Ein bevorzugtes Verfahren zum dauerhaften Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments umfasst somit die Schritte: Erzeugen von Laserlicht und Führen des Laserlichts mittels einer Lichtführungsvorrichtung, so dass aus der
Lichtführungsvorrichtung austretendes Laserlicht auf dem Wert- oder
Sicherheitsdokument positioniert wird und das Wert- oder Sicherheitsdokument lokal markiert wird, wobei das Laserlicht in Form von Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer von weniger als 100 Pikosekunden, vorzugsweise von weniger als 10 Pikosekunden erzeugt wird.
Besonders vorteilhaft lassen sich kurze Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich weniger als 100 Pikosekunden, vorzugsweise im Bereich von 100 Fermtosekunden bis 10
Pikosekunden, mit einem Faserlaser erzeugen. Gegenüber anderen Festkörperlasern weisen Faserlaser den Vorteil auf, dass diese sehr kompakt aufgebaut sein können und einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad aufweisen. Darüber hinaus sind Faserlaser hinsichtlich einer Justage und Handhabung sehr viel anspruchsloser als die meisten bekannten Festkörperlaser.
Ein Vorteil der Verwendung von kurzen Laserpulsen mit Pulsdauern von weniger als 100 Pikosekunden, bevorzugt weiniger als 10 Pikosekunden, liegt darin, dass eine sehr präzise örtliche bzw. räumliche Begrenzung der Wechselwirkungszone zwischen dem Laserlicht und dem Material des Wert- oder Sicherheitsdokuments erzielbar ist, wenn nicht lineare optische Wechselwirkungseffekte zum Ausbilden der Markierung genutzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht daher vor, dass die Markierung über einen nicht linearen optischen Effekt in dem Wert- oder
Sicherheitsdokument ausgelöst wird.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung eine relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument beweglich gelagerte Lichtleitfaser umfasst, die mit mindestens einer Antriebseinrichtung so gekoppelt ist, dass das Licht über eine Bewegung einer Austrittsfläche der Lichtleitfaser in einer Positionierebene relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument lateral auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument positionierbar ist. Das Licht der Laserlichtquelle wird somit mittels einer Lichtleitfaser geführt und eine Positionierung des Lichts auf dem zu markierenden Wert- oder
Sicherheitsdokument erfolgt über ein Bewegen der Austrittsfläche der Lichtleitfaser relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument. Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil, dass das zur Markierung verwendete Licht bei geeigneter Orientierung der Positionierebene relativ zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments, vorzugsweise parallel hierzu, jeweils unter demselben Winkel, vorzugsweise senkrecht, auf das Wert- und/oder Sicherheitsdokument auftrifft und darüber hinaus eine Weglänge des zurückgelegten Lichtwegs unabhängig von der beleuchteten lateralen Position auf dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument gleich ist. Hierdurch ist es möglich, das verwendete Licht stärker zu fokussieren und dennoch an allen lateralen Positionen des Wert- oder Sicherheitsdokuments eine identische Fokusausdehnung bei der Markierung zu verwenden. Probleme, die aufgrund einer leicht unterschiedlichen Einstrahlrichtung bei den Führungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, können somit vermieden werden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wert- und/oder
Sicherheitsdokument relativ zur Lichtleitfaser beweglich gelagert ist. Aufbau und
Verwendung sind analog dem der beweglichen Lichtleitfaser.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl die
Lichtführungsvorrichtung eine relativ zu dem Wert- und/oder Sicherheitsdokument beweglich gelagerte Lichtleitfaser umfasst als auch das Wert- und/oder
Sicherheitsdokument relativ zur Lichtleitfaser beweglich ist. Besonders bevorzugt ist, dass das Wert- und/oder Sicherheitsdokument entlang einer Transportrichtung beweglich ist und dass die Lichtleitfaser in einer zur Transportrichtung orthogonalen Richtung parallel zur zu personalisierenden Oberfläche des Wert- und/oder Sicherheitsdokument beweglich ist.
Um eine hohe Auflösung bei der Markierung zu erreichen, ist eine gute Fokussierung vorteilhaft. Hierfür kann eine Fokussieroptik verwendet werden. Bevorzugt ist, eine Fokussieroptik, sofern eine solche verwendet wird, mit der jeweiligen Austrittsfläche der Lichtleitfaser zu koppeln. Dies bedeutet, dass die Fokussieroptik mittels der
Antriebseinrichtung gemeinsam mit der Austrittsfläche der Lichtleitfaser bewegt wird. Vorteil ist, dass der Lichtweg durch die Fokussieroptik jeweils derselbe ist, unabhängig von der Position auf oder in dem Wert- oder Sicherheitsdokument, die gerade markiert wird.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird die Position des Fokus in dem Dokument variiert. Dieses bedeutet, dass das die Fokusposition entlang einer Normalen zu einer planen Oberfläche des Dokuments oder einer als plan idealisierten Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments, sofern dieses ein Oberflächenrelief oder andere Unebenheiten aufweist, an der selben lateralen Position oder an unterschiedlichen lateralen Positionen auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument variiert wird. Es werden somit Markierungen in unterschiedlichen Ebenen des Wert- oder Sicherheitsdokuments vorgenommen. Diese können übereinander oder lateral versetzt, jeweils bezogen auf die Oberfläche des vorzugsweise kartenförmig ausgebildeten Wert- oder Sicherheitsdokuments angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform werden in dem Dokument Markierungen im Register in unterschiedlichen Ebenen erzeugt. Bei einer Ausführungsform sind zumindest ein Teil der Markierungen senkrecht zur Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments betrachtet übereinander angeordnet.
Markierungen, die in unterschiedlichen Ebenen parallel zur Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments in das Wert- oder Sicherheitsdokument markiert werden, können beispielsweise genutzt werden, um unterschiedliche Informationen für unterschiedliche Betrachtungsrichtungen darzustellen, indem die Markierungen der unterschiedlichen Ebenen einander ganz oder teilweise bei den unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen verdecken. Ferner können hierüber unterschiedliche Schichten, aus denen das Wert- oder Sicherheitsdokument gegebenenfalls zusammengefügt ist, miteinander
informationstechnisch verknüpft werden. Einzelne Schichten können somit nur erschwert ausgetauscht oder verfälscht werden, ohne die durch die dreidimensional eingebrachte Markierung bereitgestellte Gesamtinformation zu verändern.
Es sind unterschiedliche Realisierungen möglich, um eine Fokusposition in dem Wertoder Sicherheitsdokument gezielt einzustellen.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Fokussierung mittels des Kerr-Effektes. Hierbei ändert sich die Brennweite des Materials der fokussierenden Linse aufgrund der nichtlinearen Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Material der Linse. Die Brennweite der Linse ist umgekehrt proportional der Intensität der
elektromagnetischen Strahlung bei einem gau ßförmigen Strahlungsprofil.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Lichtführung mittels einer Lichtleitfaser ausgeführt wird, ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, welche in der Regel parallel zu einer Oberfläche eines planen Sicherheitsdokuments orientiert ist, eine Bewegung der Austrittsfläche der Lichtleitfaser möglich ist, um einen Lichtweg zwischen der Austrittsfläche und einer Oberfläche des Dokuments zu variieren. Hierüber kann eine Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokuments variiert werden. Eine solche Wegänderung kann beispielsweise bei einer Ausführungsform darüber erreicht werden, dass die Austrittsfläche, von der das Licht geradlinig auf die
Dokumentoberfläche geführt ist, zusätzlich zu der Bewegung in der Positionierebene, die parallel zur Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments gewählt ist, senkrecht zu der Positionierebene bzw. der Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments bewegbar ist. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Austrittsfläche beispielsweise gemeinsam mit einer Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene bewegt wird, um das austretende Licht lateral auf der Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments zu positionieren, kann eine Änderung des Lichtwegs beispielsweise bei einigen
Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass die Austrittsfläche des
Lichtwellenleiters zusätzlich relativ zu Elementen der Abbildungs- und/oder
Fokussieroptik, beispielsweise einen Umlenkspiegel, in der Positionierebene relativ bewegbar ist. Somit ist zum einen eine Positionierung lateral auf dem Dokument über eine Bewegung der Austrittsfläche gemeinsam mit der Abbildungs- und/oder
Fokussierungsoptik möglich und zusätzlich durch eine Relativbewegung der
Austrittsfläche relativ zu der Abbildungs- und/oder Fokussieroptik in der Positionierebene eine Veränderung der Fokusposition senkrecht zur Oberfläche des Wert- oder
Sicherheitsdokuments möglich.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Fokussieroptik aus einem
piezoelektrischen Material. Durch Anlegen von Spannung kann das Material verformt und somit die Brennweite des Materials eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle in die Lichtleitfaser integriert. Hierdurch werden etwaige Koppelverluste bei der Einkopplung in die Faser reduziert. Somit ist ein kompakter und einfacher Aufbau möglich. Gegenüber
Festkörperlasern, beispielsweise Ti:Saphir-Lasern, benötigen Faserlaser-Systeme keine aufwendige Kühlung und erzielen einen hohen elektro-optischen Wirkungsgrad. Ferner kann über eine parametrische Abstimmung mit derselben Hardware Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt werden. Dieses ist bei Faserlasern effektiv.
Um eine schnellere Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments zu ermöglichen ist bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtführungsvorrichtung mindestens eine weitere bewegliche, vorzugsweise sogar mehrere weitere beweglich gelagerte Lichtleitfasern umfasst. Hierdurch wird es möglich, zeitgleich an mehreren Stellen oder zeitgleich mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen eine Markierung auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument anzubringen oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument einzubringen. Werden unterschiedliche Lichtwellenlängen verwendet, so kann jede Lichtleitfaser mit einer auf die entsprechende Lichtwellenlänge angepasste Fokussieroptik versehen sein. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei Pulsdauern von mehr als 10 ps noch von einer definierten Wellenlänge gesprochen werden kann. Bei Pulslängen, welche kürzer als 10 ps sind, ist die Verbreitung aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation bedeutend. So beträgt die Unschärfe bei einem Puls von 10 ps etwa 0,41 meV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) etwa 0,12 nm entspricht. Bei Pulsdauern von 10 fs beträgt die Unschärfe etwa 0,41 eV, was bei einer Wellenlänge von 620 nm (2 eV) bedeutet, dass die Bandbreite wenigstens 125 nm beträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Austrittsfläche der mindestens einen Lichtleitfaser relativ zu der mindestens einen weiteren Lichtleitfaser oder gegebenenfalls relativ zu den mehreren Austrittsflächen der mehreren Lichtleitfasern in der Positionierebene positionierbar. Besonders bevorzugt sind die mehreren
Lichtleitfasern bzw. deren Austrittsflächen in der Positionierebene individuell angetrieben und relativ zueinander positionierbar. Es versteht sich für den Fachmann, dass hierbei mechanische Restrektionen existieren, da die Lichtleitfasern einander nicht durchdringen können und somit nicht an ein und derselben Position zeitgleich anordenbar sind.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Lichtleitfasern so gewählt, dass bei einer Relativbewegung der Gesamtheit der Lichtleitfasern entlang einer
Raumrichtung das gesamte Wert oder Sicherheitsdokument oder zumindest ein Streifen des Wert- oder Sicherheitsdokuments mit einem zweidimensionalen/dreidimensionalen Muster markiert werden kann. Hierbei können die Lichtleitfasern entlang einer Linie oder einer beliebigen anderen Anordnung relativ zueinander starr angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit der mindestens einen Lichtleitfaser ein optisches Veränderungselement gekoppelt oder in diese integriert ist, über welches das ausgekoppelte Licht hinsichtlich seiner Frequenz und/oder Intensität modifizierbar ist. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Lichtführungsvorrichtung mehrere weitere Lichtleitfasern umfasst. Diese weisen dann vorzugsweise ebenfalls jeweils ein der Faser zugeordnetes optisches Veränderungselement auf.
Da die von einer Laserlichtquelle erzeugte Lichtenergie in der Regel ausreicht, das Dokument an mehreren Stellen gleichzeitig zu markieren, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Licht der einen Laserlichtquelle in die mindestens eine Lichtleitfaser und die mindestens eine weitere oder gegebenenfalls mehrere weitere Lichtleitfasern eingekoppelt wird. Auch bei einer solchen Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn den einzelnen Lichtleitfasern jeweils ein optisches Veränderungselement zugeordnet ist. Es versteht sich, dass auch Ausführungsformen vorteilhaft sind, die mehrere Laserlichtquellen umfassen, deren Licht jeweils in eine oder mehrere der mehreren weiteren Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Sind mehrere Lichtleitfasern vorhanden, so kann für diese die Fokusposition innerhalb des Wert- oder Sicherheitsdokument entlang einer Normalen zur Oberfläche des Wertoder Sicherheitsdokuments bei einer Ausführungsform individuell eingestellt werden. Hierüber können gezielt Markierungen in unterschiedlichen Ebenen bzw. Schichten, aus denen das Wert- oder Sicherheitsdokument zusammengefügt ist, eingebracht werden. Vorzugsweise ist dies gesteuert möglich.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen Markierungsvorrichtung auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Markierungsvorrichtung für Wert- oder
Sicherheitsdokumente;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung;
Fig. 3 noch eine andere Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Austrittsflächen von
Lichtleitfasern relativ zu einem zu markierenden Wert- und/oder
Sicherheitsdokument;
Fig. 5a, 5b eine Abbildungs- und Fokussieroptik zum Variieren in Fokuslänge;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Strahlprofils im Fokus; und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Wert- oder Sicherheitsdokuments, bei dem Markierungen in unterschiedliche Ebenen eingebracht sind.
In Fig. 1 ist schematisch eine Markiervorrichtung 1 zum permanenten Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 dargestellt. Das Wertdokument 2 ist auf einer
Halterung 3 angeordnet. Dieser kann das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 mittels einer Transportvorrichtung 4 zugeführt und/oder von dieser abgeführt werden. Bei einigen Ausführungen ist es möglich, dass die Transportvorrichtung 4 die Halterung 3 ausbildet. Dem Fachmann sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Transportieren von Wert- oder Sicherheitsdokumenten bekannt. In der Regel wird die Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 durchgeführt, nachdem dieses bis auf die noch anzubringende Markierung fertiggestellt ist. Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Markierung vorzunehmen, bevor das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 vollständig fertiggestellt ist, beispielsweise bevor dieses aus einem Bogen oder einem Streifen vereinzelt ist.
Die Markiervorrichtung 1 umfasst eine Laserlichtquelle 5. Die Laserlichtquelle 5 ist ausgebildet, Laserlicht 6 zu erzeugen. Die Laserlichtquelle 5 ist eine gepulste Lichtquelle. Beispielsweise kann es sich um einen Festkörperlaser, z.B. einen Ti:Saphir-Laser, handeln. Um das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu markieren, muss das Laserlicht 6 gezielt auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2, d.h. auf dessen Oberfläche 7 oder im Innern des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2, positioniert werden. Hierfür ist eine Lichtführungsvorrichtung 8 vorgesehen. Die Lichtführungsvorrichtung 8 umfasst in der hier beschriebenen Ausführungsform eine Lichtleitfaser 9, in die das Laserlicht 6 eingekoppelt wird. Eine Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 wird in einer Positionierebene 1 1 bewegt. Die Positionierebene 1 1 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel zu der Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 ausgebildet. Um die Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewegen bzw. positionieren zu können, ist die Lichtleitfaser 9 mit einer Antriebseinrichtung 12 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 12 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform einen X-Achsenaktor 13, einen Y-Achsenaktor 14 und einen Z-Achsenaktor 15. Diese sind so miteinander verbunden und ausgerichtet, dass der X-Achsenaktor eine Bewegung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 parallel zu einer X-Achse 16, der Y-Achsenaktor 14 parallel zu einer Y-Achse 17 und der Z-Achsenaktor 15 parallel zu einer Z-Achse 18 bewirkt. Hierbei wird angemerkt, dass eine Bewegung parallel zur Z-Achse eine Veränderung der Positionierebene 1 1 bewirkt. Über die
Antriebseinrichtung 12 ist es somit möglich, eine Lage eines Fokuspunktes 19 des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' entlang einer Normalen zur Oberfläche 7 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 zu positionieren. Eine Bewegung der
Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewirkt hingegen eine laterale Ausrichtung und Positionierung des aus der Austrittsfläche 10 austretenden Laserlichts 6' bzw. des hiervon gebildeten Fokuspunktes 19. Es sei angemerkt, dass andere Ausführungsformen anders ausgebildete Lichtführungseinrichtungen aufweisen und nutzen können
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 eine Abbildungs- und/oder Fokussieroptik 20 gekoppelt ist. Diese wird mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser mitbewegt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser so ausgestaltet, dass das austretende Laserlicht 6' fokussiert wird und keine oder eine ergänzende Fokussieroptik notwendig ist. Über die an der jeweiligen Position in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebrachte
Energiemenge, welche beispielsweise über eine Pulsintensität bzw. eine Anzahl von an derselben Position eingebrachten Lichtpulsen variiert werden kann, wird die Art der Markierung, beispielsweise eine Schwärzung hinsichtlich einer Graustufe, geregelt. Über die Antriebseinrichtung 12 ist es möglich, eine Markierung vektoriell (jedoch in einzelne Pixel (Markierungspunkte) zerlegt) oder im Raster vorzunehmen.
Ein Abstand 27 der Positionierebene 1 1 von der Oberfläche 7 bzw. dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 muss in vielen Anwendungsfällen bei der Markierung nicht variiert werden. Somit reicht eine Positioniereinrichtung 8 aus, die lediglich einen X-Achsenaktor 13 und einen Y-Achsenaktor 14 umfasst. Es versteht sich für den Fachmann, dass für die Positionierung der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 in der Positionierebene 1 1 auch ein Satz von Aktoren verwendet werden kann, die keine Bewegungen parallel zu den Koordinatenachsen bewirken, jedoch im Zusammenwirken in der Lage sind, die
Austrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 lateral flächig an unterschiedlichen Stellen zu positionieren.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Lichtaustrittsfläche 10 in der
Positionierebene 1 1 nicht in allen Ausführungsformen so positionierbar sein muss, dass sämtliche Stellen auf der Oberfläche des Dokuments mit dem austretenden Laserlicht 6' beleuchtet werden können. Das Laserlicht muss lediglich an jene Positionen auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument positionierbar sein, an welchen Markierungen vorgenommen werden sollen. Ist nur ein begrenzter Bereich des Wert- oder Sicherheitsdokuments für eine Markierung vorgesehen, so reicht auch ein an diesen Bereich angepasster Positionierbereich 26, in dem die Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 positionierbar ist.
Um die Lichtintensität oder auch eine Lichtwellenlänge zu steuern, ist bei einigen
Ausführungsformen ein Veränderungselement in die Lichtleitfaser 9 integriert oder mit dieser gekoppelt. Das Veränderungselement 21 kann beispielsweise als elektro-optischer oder akusto-optischer Modulator bzw. Schalter ausgebildet sein. Somit kann individuell unabhängig von der vom Laser bereitgestellten Pulsenergie die lokal zugeführte
Energiemenge und hierüber beispielsweise eine Schwärzung in Graustufen gesteuert werden.
Die einzelnen Komponenten der Markiervorrichtung werden über eine Steuerung 22 gesteuert, so dass die Markierung automatisiert ausgeführt wird. Der Steuerung 22 werden lediglich Daten zugeführt, die das Muster für die Markierung enthalten, so dass die entsprechenden Bereiche des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 mit einer entsprechenden Laserlichtintensität bestrahlt werden, um die entsprechende Markierung in dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zu bewirken.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Laserlicht 6 als gepulstes Laserlicht mit kurzen Pulsdauern von weniger als 100 ps, vorzugsweise von weniger als 10 ps erzeugt wird. Hierdurch ist eine Ausnutzung von nicht linearen optischen Effekten zum Einbringen der Markierungen auf oder in das Wert- oder
Sicherheitsdokument möglich.
Durch das Verwenden der Lichtleiterfaser 9 zum Führen des Laserlicht 6' auf oder in das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 kann eine Weglänge 27 zwischen der
Lichtführungsvorrichtung 8 und dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 gering gehalten werden. Diese kann im Bereich vom Kontakt bis zu wenigen cm, bevorzugt 0,2 bis 10 mm, gewählt werden. Hierdurch ist es möglich die Strahlführung stark divergent auszubilden und scharf zu fokussieren. Sowohl quer zur Strahlrichtung
(Ausbreitungsrichtung) als auch Längs der Strahlrichtung kann somit eine sehr enge Fokussierung erreicht werden. Bei geeignet gewählter Intensität und geeignet gewähltem Strahlprofil wird eine nicht lineare Wechselwirkung nur in einem„Kernbereich" des Strahls des Laserlichts im Fokus erreicht. Hierdurch wird eine gegenüber der geometrischen Lichtfokussierung noch engere Lichtfokussierung erreicht. Hierdurch kann sowohl lateral (quer zur
Einstrahlungsrichtung des Laserlichts 6' als auch longitudinal, das heißt in
Ausbreitungsrichtung des Laserlichts 6' eine verbesserte Auflösung beim Markieren erreicht werden. Beispielsweise kann Mikroschrift mit einer Zeichengröße im Bereich von einigen Mikrometern realisiert werden.
In Fig. 6 ist ein sogenanntes Strahlprofil 61 im Fokus schematisch gezeigt. Aufgetragen ist eine Lichtintensität I gegen die Position r quer zur Ausbreitungsrichtung (z-Richtung in Fig. 1 ) dargestellt, (r wird beispielsweise parallel zur x-Achse gemäß Fig. 1 gewählt.) Angenommen wird hier, dass ein Strahlprofil 61 des Laserlichts 6' (nach Fig. 1 ) im Fokus 19 (nach Fig. 1 ) ein Gaußprofil aufweist. Da nichtlineare Wechselwirkungen von dem Quadrat I2 62 der Intensität I des Laserlichts abhängig sind, das heißt eine sogenannte I2- Abhängigkeit zeigen, findet bei geeignet gewählter Pulsintensität die nichtlineare
Wechselwirkung nur im Kernbereich 63 des Stahlprofils statt, in dem das Quadrat I2 62 der Intensität I des Strahlprofils 61 einen Schwellenwert 64 überschreitet. Hierdurch wird die Fokusausdehnung der Markierung durch eine Ausdehnung 65 des Kernbereichs 63 festgelegt und nicht durch die Ausdehnung 66 des Fokus 19 des Laserlichts 6', die der Ausdehnung des Strahlprofils 61 entspricht.
Durch die Möglichkeit auch eine sehr gute Fokussierung entlang der Ausbreitungsrichtung (z-Richtung in Fig. 1 ) des Laserlichts 6' zu erreichen, ist es über eine Variation der Fokusposition, beispielsweise über eine Variation des Abstands 27 zwischen der
Austrittsfläche 10 des Lichtleitfaser 9 und dem Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 bzw. dessen Oberfläche 7, möglich, hochaufgelöste Markierungen auch in unterschiedliche Ebenen zu markieren. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Ebenen parallel zur Oberfläche 7 orientiert sind. Es ist beispielsweise bei kartenförmigen Wert- oder
Sicherheitsdokumenten, die eine Ausdehnung von 500 μηι bis 1000 μηι senkrecht zur Oberfläche 7 aufweisen, möglich, mehrere voneinander getrennte Markierungen 71 ', 71 " im Register entlang einer Flächennormalen 72 zu der Oberfläche 7 zu markieren. Ebenso können die Markierungen 71 in den unterschiedlichen Ebenen 73-79, jedoch lateral versetzt bezogen auf die Oberfläche 7 des Wert- oder Dokuments 2 in diesem angeordnet sein, wie dieses in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Die senkrecht übereinander angeordneten voneinander getrennt ausgebildeten Markierungen 71 ', 71 " können durch dieselbe Oberfläche 7 markiert werden und beispielsweise oberhalb der opaken Ebene 77 angeordnet sein.
Neben einer Markierung durch Herbeiführen von Verfärbungen in dem Wert- oder Sicherheitsdokument können auch andere Materialveränderungen herbeigeführt werden, die beispielsweise eine Streuung oder Beugung von Licht im Ultravioletten und/oder Sichtbaren und/oder Infraroten Wellenlängenbereich bewirkt.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Markiervorrichtung 1 schematisch dargestellt. Technisch gleich wirkende Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass die Lichtführungsvorrichtung 8 bei dieser Ausführungsform zwei
Lichtleitfasern 9, 9' umfasst. Diese sind entsprechend jeweils mit einer Antriebseinrichtung 8 bzw. 8' gekoppelt, die analog zu der Antriebseinrichtung 8 nach Fig. 1 ausgebildet sind. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Wert- oder Sicherheitsdokument 2 zeitgleich oder quasi zeitgleich an mehreren Stellen markiert werden kann.
Die Laserlichtquelle 5 ist bei dieser Ausführungsform als Faserlaser 23 mit einem Seed- Laser 24 und einem Verstärkerring 25 schematisch dargestellt. Es versteht sich für den Fachmann, dass auch eine andere Laserlichtquelle zusammen mit dieser
Ausführungsform eingesetzt werden kann. Ebenso kann ein Faserlaser 23 als
Laserlichtquelle 5 in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet werden.
Das aus der Laserlichtquelle 5 austretende Licht 6 wird entweder über einen Strahlteiler (nicht dargestellt) geteilt und in die Lichtleitfaser 9, 9' simultan eingekoppelt oder über einen elektro-optischen oder elektro-akustischen Schalter alternierend in die
Lichtleitfasern 9, 9' eingekoppelt. Da die mechanische Bewegungsgeschwindigkeit der Austrittsflächen 10, 10' über die Antriebseinrichtungen 8, 8' in der Regel begrenzt sind, kann bei geeignet gewählter Repetitionsrate des Laserlichts 6, 6' selbst bei maximaler Bewegungsgeschwindigkeit der Austrittsflächen 10, 10' eine Markierung des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 erfolgen, auch wenn jeder zweiter Laserpuls in die jeweils andere Lichtleitfaser 9, 9' eingekoppelt wird. In diesem Fall wird das Markieren immer noch als zeitgleich bzw. quasi zeitgleich angesehen. In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Markiervorrichtung 1 schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Laserlichtquellen 5, 5' vorgesehen. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, an unterschiedlichen Stellen mit
unterschiedlichen Repetitionsraten, Wellenlängen usw. Markierungen auf oder in das Wert- oder Sicherdokument 2 einzubringen.
In Fig. 4 sind schematisch die Austrittsflächen 10 einer weiteren Ausführungsform einer Markiervorrichtung schematisch dargestellt, bei der eine Vielzahl von Lichtleitfasern 9 miteinander gekoppelt über eine Antriebseinrichtung gemeinsam relativ zu dem Wertoder Sicherheitsdokument 2 bewegbar sind. Bei einer solchen Ausführungsform können auch großflächige Markierungen in kurzer Zeit bewerkstelligt werden. Auch bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise jede der Lichtleitfaser 9 mit einem
Veränderungselement (nicht dargestellt) gekoppelt, so dass über jede Lichtleitfaser 9 die jeweils eingekoppelte Laserlichtintensität und/oder Laserfrequenz steuerbar ist.
Gegenüber einer Verwendung von Festkörperlasern, wie beispielsweise Ti:Saphir-Lasern, sind mit einem Faserlasersystem höhere elektro-optische Wirkungsgrade zu erreichen. Somit kann die benötigte Energie deutlich gesenkt werden. Der gesamte Aufbau kann sehr viel kompakter ausgeführt werden, so dass ein Einpassen in eine Fertigungsstraße oder Anlage deutlich einfacher ist. Da Faserlasersysteme darüber hinaus einen geringeren Wartungsaufwand und Installationsaufwand erforderlich machen, können Lasermarkierungssysteme auch dezentral aufgestellt werden.
In Fig. 5a und 5b ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine Fokuspositionierung, d.h. eine Positionierung des Fokuspunktes parallel zur Z-Achse, analog zu der Geometrie nach Fig. 1 beschrieben ist. Die Ausführungsform umfasst eine Abbildung- und
Fokussieroptik 20 Diese umfasst eine Fokussierlinse 31 und einen Ablenkspiegel 32. Zusätzlich ist ein Fokussieraktor 33 vorgesehen. Über diesen kann eine Relativbewegung zwischen dem Ablenkspiegel 32 und der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 9 bewirkt werden. Hierüber verändert sich die Fokusposition entlang der Z-Achse. Insgesamt wird die Abbildungs- und Fokussiereinrichtung 20 gemeinsam mit der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser in der Positionierebene 1 1 , welche mit der XY-Ebene zusammenfällt, bewegt werden, um das Laserlicht 6' auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument lateral zu positionieren. Zusätzlich wird über den Fokussieraktor 33 ebenfalls eine Bewegung der Lichtaustrittsfläche 10 in der Positionierebene 1 1 bewirkt, die jedoch lediglich den Abstand zum Umlenkspiegel 32 und hierüber die Fokusposition senkrecht zur Positionierebene verändert.
Bezugszeichenliste
1 Markiervorrichtung
2 Wert- oder Sicherheitsdokument
3 Halterung
4 Transportvorrichtung
5 Laserlichtquelle
6, 6' Laserlicht
7 Oberfläche
8, 8' Lichtführungsvorrichtung
9, 9' Lichtleitfaser
10, 10' Austrittsfläche
1 1 Positionierebene
12, 12' Antriebseinrichtung
13, 13' X-Achsenaktor
14, 14' Y-Achsenaktor
15, 15' Z-Achsenaktor
16 X-Achse
17 Y-Achse
18 Z-Achse
19 Fokuspunkt
20 Abbildungs- und/oder Fokussieroptik
21 Veränderungselement
22 Steuerung
23 Faserlaser
24 Seed-Laser
25 Verstärkerring
26 Positionierbereich
27 Abstand
31 Linse
32 Umlenkspiegel
33 Fokussieraktor
61 Strahlprofil
62 Quadrat der Intensität (I2)
63 Kernbereich Schwellenwert
Ausdehnung des Kernbereichs Ausdehnung des Fokus Markierungen
Flächennormale
Ebenen

Claims

Patentansprüche
1 . Markierungsvorrichtung (1 ) für Wert- oder Sicherheitsdokumente umfassend
mindestens eine Laserlichtquelle (5),
eine Lichtführungsvorrichtung, die mit der Laserlichtquelle gekoppelt ist, so dass Laserlicht (6) der Laserlichtquelle auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) gesteuert positionierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laserlichtquelle (5) eine Kurzpulslaserquelle ist, die Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps erzeugt.
2. Markierungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (5) einen Faserlaser (23) umfasst.
3. Markierungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungsvorrichtung (8) eine relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) beweglich gelagerte Lichtleitfaser (9) umfasst, die mit mindestens einer
Antriebseinrichtung (12) so gekoppelt ist, dass das Laserlicht (6') über eine
Bewegung einer Austrittsfläche (10) der Lichtleitfaser (9) in einer Positionierebene (1 1 ) lateral auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) positionierbar ist.
4. Markierungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (10) der mindestens einen Lichtleitfaser (9) relativ zu dem der Oberfläche (17) des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) so bewegbar ist, dass eine Fokusposition (19) des Laserlichts (6') im Innern des Wert- oder
Sicherheitsdokuments (2) variierbar ist.
5. Verfahren zum dauerhaften Markieren eines Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) umfassend die Schritte:
Erzeugen von Laserlicht (6) und
Führen des Laserlichts (6) mittels einer Lichtführungsvorrichtung (8), sodass aus der aus der Lichtführungsvorrichtung austretendes Laserlicht (6') auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) positioniert wird und
das Wert- oder Sicherheitsdokument (2) lokal markiert wird, und dadurch gekennzeichnet, dass Laserlicht (6) in Form von Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht (6)
mittels einer Lichtleitfaser (9) geführt wird und eine Positionierung des Laserlichts (6') auf dem zu markierenden Wert- oder Sicherheitsdokument (2) über ein
Bewegung einer Austrittsfläche (10) der Lichtleitfaser (9) relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht (6) mittels eines Faserlasers (23) erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fokusposition (19) des Laserlichts (6') im Innern des Wert- oder
Sicherheitsdokuments (2) variierbar wird, um in dem Wert- oder
Sicherheitsdokument (2) Markierungen im Register in unterschiedlichen Ebenen (72-78) zu erzeugen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (71 ) über einen nichtlinearen optischen Effekt in dem Wert- oder Sicherheitsdokument (2) ausgelöst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei voneinander getrennt ausgebildete Markierungen (71 ) senkrecht zur Oberfläche (7) des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) übereinander durch dieselbe Oberfläche (7) in das Wert- oder Sicherheitsdokument (2) markiert werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
Markierungen (71 ) als beugende und/oder streuende Strukturen ins Innere des Wort- oder Sicherheitsdokuments (2) eingebracht sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Laserlichts (6) eine lokale Modifizierung des Brechungsindexes eines Materials des Wert- oder Sicherheitsdokuments (2) bewirkt wird, um die beugende und/oder streuende Struktur einzubringen.
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