EP3900944B1 - Verfahren zum markieren mittels laserpulsen - Google Patents

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EP3900944B1
EP3900944B1 EP21169495.5A EP21169495A EP3900944B1 EP 3900944 B1 EP3900944 B1 EP 3900944B1 EP 21169495 A EP21169495 A EP 21169495A EP 3900944 B1 EP3900944 B1 EP 3900944B1
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EP
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laser
marking
layer
laser beam
pulse sequence
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Ulrich Bielesch
Martin RÖTZER
Thomas Kramer
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Bundesdruckerei GmbH
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Bundesdruckerei GmbH
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    • B42D25/485—Controlling the manufacturing process by electronic processing means

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing a marking, which can also include a contrast and/or surface change through structuring, into a layer of a security document by means of a laser beam generated by a laser generator, wherein the marking has a plurality of pixels in at least a first path connecting the pixels.
  • the invention further relates to a marking device, a security document, the use of a layer for a security document and a computer program.
  • a security document is usually made up of several layers that are preferably bonded together by lamination.
  • the data is incorporated into the material under a preferably transparent cover layer to protect it from manipulation. This can be achieved by laser personalization in the otherwise finished data carrier.
  • Another process involves providing the data carrier with a preferably transparent cover layer after personalization.
  • a valuable or security document can be tampered with by removing the cover layer and, after manipulating the underlying data, applying a new cover layer.
  • Holograms can be used to protect the document from manipulation, as in the documents WO 2017 109 119 A1 , DE 10 2007 042 386 A1 , EP 2 738 624 B1 and EP 1 475 678 B1
  • a special hologram foil is exposed accordingly and applied to the data carrier.
  • Another method for increasing the forgery security of security documents is EP 1 970 211 A1 is to mark narrow side surfaces of the document using a laser to create an optical connection between the layers. If the different layers are separated, the marking on the side surfaces is damaged. Recreating this damaged marking is technically challenging, which makes it difficult to forge the document.
  • a microstructuring of the surface of a security document can be carried out, which makes any manipulation of the cover layer recognizable.
  • DE 10 2018 106 430 A1 a security element for use as a layer for a security document is known, which has a structure that includes structural elements with dimensions of less than 200 micrometers. Furthermore, a method for producing such a security element is known from the document, wherein the structure is produced by means of laser radiation and/or by local foaming and/or by means of high-resolution 3D printing technology.
  • a disadvantage of the known methods for producing microstructures is that the processing time for producing the microstructure is comparatively long.
  • the laser beam is guided to a position on the layer using a deflection device with movable deflection mirrors in known methods, wherein a laser generator generating the laser beam applies a corresponding number of laser pulses to the layer after positioning. The laser beam is then moved to the next position on the layer at which a pixel is to be generated. This method is also called "jump and shoot”.
  • US 10,391,586 B1 discloses a method for marking a workpiece made of aluminum covered by an oxide layer, comprising: irradiating the aluminum through the oxide layer with a plurality of pulse trains of optical pulses, wherein each irradiated location of the workpiece receives at least one pulse train of consecutive optical pulses.
  • WO 2014/106517 A1 discloses a method for producing a security element for security papers, value documents and other data carriers, in which a substrate is provided at least in some regions with a laser-sensitive recording layer which is exposed in a first partial region to a first laser radiation with first laser parameters and in a second partial region to a second laser radiation with different second laser parameters in order to produce a target appearance.
  • WO 2013/017738 A1 discloses a method for creating markings on a web comprising cellulosic fibers and a fluorescent substance, comprising forming a first altered portion of the web by directing a laser beam onto the web to reduce fluorescence of the web at the location of the first altered portion.
  • value and/or security document or security element is used in the description and claims of the present application, this is to be understood as meaning, for example, a passport, identity card, driver's license, access control card or other ID card, vehicle registration document, vehicle registration certificate, visa, check, means of payment, in particular a banknote, a check, bank, credit or cash payment card, customer card, health card, chip card, company ID, proof of entitlement, membership card, gift or shopping voucher, consignment note or other proof of entitlement, tax stamp, postage stamp, ticket, (gaming) token or another document.
  • a security element can also be, for example, a sticker, adhesive label (for example for article security) or the like, which has the marking produced using the method according to the invention and which can be permanently connected to a preliminary product of a value and/or security document or another article, for example with a product to be marked whose authenticity is to be guaranteed, in order to form the value and/or security document or this marked article.
  • This article can, for example, be a specimen from a limited series of similar products, the uniqueness of which is documented by means of a numbering. This numbering can be achieved by individualizing the security element provided with the security feature.
  • the valuable and/or security product can also be a smart card, for example.
  • the valuable and/or security document can be in ID 1, ID 2, ID 3 or any other standardized or non-standardized format, for example in booklet form, as with a passport-like object, or in card form, for example.
  • a valuable and/or security product is generally a laminate made up of several document layers that have been bonded together over a large area using heat and increased pressure to ensure a precise fit. These products should meet the standardized requirements, for example in accordance with ISO 10373, ISO/IEC 7810, ISO 14443.
  • the product layers consist, for example, of a carrier material that is suitable for lamination.
  • the valuable and/or security product and/or the layer can be formed from a polymer selected from a group comprising polycarbonate (PC), in particular bisphenol A polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), their derivatives, such as glycol-modified PET (PETG), polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl butyral (PVB), polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), polyvinylphenol (PVP), polypropylene (PP), polyethylene (PE), thermoplastic Elastomers (TPE), in particular thermoplastic polyurethane (TPU), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) and their derivatives, and/or paper and/or cardboard and/or glass and/or metal and/or ceramic.
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the valuable and/or security product and/or the layer can also be made from several of these materials, preferably from PC or PC/TPU/PC.
  • the polymers can be either filled or unfilled. In the latter case, they are preferably transparent or translucent. If the polymers are filled, they are opaque.
  • the valuable and/or security document is preferably made from 3 to 12, preferably 4 to 10 layers, with at least one of the layers having a marking produced according to the method according to the invention. A laminate formed in this way can then be coated on one or both sides with the protective or topcoat or with a film.
  • the film can in particular be a volume hologram, a film with a surface hologram (for example a cinemagraphic element) or a scratch protection film. Overlay layers formed in this way protect a security feature arranged underneath and/or provide the document with the required abrasion resistance.
  • pattern is used in the description and claims of the present application, this is to be understood as any two-dimensional arrangement of at least one structure or pixel on a layer.
  • a pattern can have any abstract or objective form and can consist, for example, of lines, surfaces, also in any combination, or alternatively of characters, such as alphanumeric characters, or can represent images, for example a photo of the document holder or representations of certain objects. Any other information can also be represented graphically.
  • the object of the present invention is to provide a method which, compared to the prior art, enables a faster and/or simpler introduction of a marking, wherein the marking preferably offers increased security against counterfeiting compared to the prior art.
  • the invention solves the problem in a first aspect with the method defined in claim 1.
  • the invention makes use of the knowledge that necessary acceleration times, which are required for braking and accelerating the deflection mirrors, can be reduced or avoided if the deflection mirrors of the deflection unit are moved continuously. In contrast to the previously described "jump and shoot principle", no or only small inertial forces of the deflection device have to be overcome with a continuous movement of the deflection mirrors, which can significantly increase the processing speed when introducing the marking.
  • the laser beam has to be guided less frequently, preferably only once, over the first path connecting the image points.
  • the method according to the invention can also be used to shorten processing times that are required for guiding the laser beam several times along the first path connecting the image points.
  • the laser beam is guided only once along the first path on the layer connecting the image points by means of the movable deflection mirrors of the deflection device.
  • the laser beam can preferably also be guided several times along the first path.
  • the marking is a security marking.
  • the layer is preferably a layer of a valuable and/or security document.
  • the method is a method for producing a security marking in a layer for a valuable and/or security document.
  • the pattern thus created is preferably an individualized or personalized pattern containing individualized or personalized information.
  • the pattern may match or correspond to an image of the cardholder incorporated in a layer beneath the pattern.
  • a pixel does not necessarily have to be created by adding material, as in the case of conventional printing processes, for example. It can also be provided that a material forming the layer is locally changed or removed, thereby changing an optical impression.
  • the laser generator is the device that generates the laser beam.
  • the terms laser or laser beam refer to the electromagnetic wave generated by the laser generator.
  • a focusing device is arranged between the deflection device and the layer, which focuses the laser beam on and/or in the layer of the material to be processed.
  • the focusing device is particularly preferably a planar field focusing device.
  • the deflection device guides the focal point of the laser beam along the first path.
  • the laser beam when guiding the laser beam along the first path, the laser beam does not have to hit the layer continuously.
  • the laser beam preferably only hits the layer when a laser pulse of the pulse sequence is generated.
  • the continuous movement of the deflection mirrors guides a theoretical point of impact of the laser beam, which is preferably the focus point, along the path onto and/or into the intended layer of the material to be processed.
  • the laser pulses are ultrashort laser pulses.
  • Ultrashort laser pulses preferably have a pulse duration of less than 10 picoseconds (10 ps), in particular less than 1 ps.
  • the ultrashort laser pulses particularly preferably have a pulse duration in a range from 100 femtoseconds (100 fs) to 900 fs, more preferably 100 fs to 800 fs, particularly preferably 200 fs to 600 fs.
  • micro or nano laser structures can be manufactured comparatively easily using ultrashort laser pulses.
  • the use of ultrashort laser pulses enables precise manufacturing of structural elements and/or efficient generation of pixels.
  • ultrashort laser pulses minimize or avoid thermal or mechanical damage to the structural elements during processing. With a suitable choice of processing parameters, almost melt-free and/or carbonization-free processing with high precision is possible.
  • the laser pulses are generated with an oscillator frequency, measured between two consecutive laser pulses of the pulse sequence, which has a value in a range from 100 kHz to 100 MHz.
  • a pulse sequence of several laser pulses in very short succession can also be referred to as a laser burst.
  • an oscillator frequency of the laser pulses of the pulse sequence is constant.
  • the oscillator frequency is varied between several laser pulses.
  • the oscillator frequency describes a time interval between two consecutive laser pulses. The higher the oscillator frequency, the smaller the time interval between the consecutive laser pulses of the pulse sequence.
  • the time interval between two consecutive laser pulses is 10 microseconds (10 ⁇ s) to 10 nanoseconds (10 ns).
  • the impact point at which the focused laser pulses or the focused laser beam strike the relevant layer of the material to be processed is moved along the path by the movable deflection mirrors of the deflection device. Even if the laser beam is moved along the path at a very high speed, the impact point of two consecutive laser pulses of the laser beam only moves slightly further due to the oscillator frequency according to the invention.
  • a time interval between two consecutive laser pulses is an oscillator frequency of 50 MHz only 20 ns, whereby the point of impact moves in a way that is not or hardly perceptible to the human eye. Effects caused by the laser pulses on the layer are perceived as a single pixel of the marking.
  • the preferred oscillator frequency therefore allows a pixel of a marking to be generated by means of several laser pulses, even though the deflection device is continuously moved. It should be understood that with an oscillator frequency value in the preferred range, more than two laser pulses can also be used to generate a pixel, for example 3, 4, 5, or more. Furthermore, a particularly preferred feature effect can be achieved by the continuous movement of the laser beam.
  • the markings generated preferably overlap, whereby a special microstructure and/or microscopic shape of the pixels can be achieved, which then serves as a special security feature.
  • the pixel generated by means of the laser pulses can be oval. This ovality can then be used to verify the authenticity of the document, since it cannot be created using conventional methods such as the "jump and shoot" method.
  • the laser generator has a laser oscillator and a downstream amplifier, whereby the oscillator frequency corresponds to an oscillation frequency of the laser oscillator.
  • the ultra-short laser pulses are generated in the laser oscillator by mode coupling and amplified to the desired power in a downstream amplifier.
  • the laser amplifier can preferably be based on Yb: fiber technology or Yb: InnoSlab technology. The pulses are stretched in time before amplification and compressed again after amplification. Disk laser amplifiers are also used.
  • a scanning speed at which the laser beam is moved along the first path has a value of 10 m/s or greater.
  • the scanning speed is indirectly proportional to a processing time required to produce the marking. Increasing the scanning speed therefore reduces the processing time, which can reduce manufacturing costs for the marking or a layer having the marking.
  • the scanning speed has a value of 10 m/s to 30 m/s. If the laser beam is guided over the layer using a scanning speed of 10 m/s, the point of impact moves approximately 0.2 micrometers (0.2 ⁇ m) along the path in a period between two consecutive laser pulses of 20 ns, which corresponds to an oscillator frequency of 50 MHz.
  • a distance between two impact points of 0.2 ⁇ m is not perceptible to the human eye, so only a single perceptible pixel is generated.
  • more than two laser pulses can be generated at a scanning speed of 10 m/s or greater. For example, pixels with impact point shifts of 1 ⁇ m, which occur at a scanning speed of 10 m/s and an oscillator frequency of 50 MHz with six laser pulses, are still perceived as a single pixel.
  • the total energy of the pulse sequence is distributed essentially evenly across the laser pulses of the pulse sequence.
  • a uniform distribution of the total energy of the pulse sequence across the laser pulses enables particularly simple and cost-effective control of the method.
  • the fluence energy density describes the energy of a laser pulse that hits the surface to be processed.
  • a particularly uniform marking is preferably produced through a high level of reproducibility of the individual laser pulses.
  • an energy of a laser pulse of the pulse sequence has a value of 10 microjoules (10 ⁇ J) or less.
  • the total energy that is introduced into a material forming the layer with the pulse sequence influences the marking effect caused by the pulse sequence. Particularly at high oscillator frequencies, successive laser pulses can achieve a joint effect.
  • a total energy of a pulse sequence of greater than 10 ⁇ J can carbonize a material forming the layer and/or cause a particularly high material removal.
  • the pulse sequence has a total energy of 10 ⁇ J to 100 ⁇ J, more preferably 10 ⁇ J to 80 ⁇ J, more preferably 10 ⁇ J to 60 ⁇ J, particularly preferably 20 ⁇ J to 40 ⁇ J.
  • a fluence of an incident laser pulse of the pulse sequence has a value that is less than or equal to ten times the value of a threshold fluence of the material forming the layer.
  • the fluence is a measure of the energy input per unit area of the layer.
  • the threshold fluence describes the fluence, i.e. the energy per unit area of the layer, that must be applied by means of the laser pulses in order to remove a material forming the layer.
  • the higher the fluence of incident laser pulses the higher the removal of material per laser pulse.
  • the removal efficiency does not have a linear progression, so that a standardized removal rate, measured as material removed per applied energy, has a maximum.
  • this maximum of the removal efficiency lies essentially in a range of five to ten times the value of the threshold fluence, so that with a fluence of the incident laser pulses in the preferred range, a particularly efficient marking or material removal can be achieved.
  • the fluence preferably has a value in a range of 5 to 10 times the value of the threshold fluence of the material forming the layer.
  • a number of laser pulses in the pulse sequence that is generated to create the respective pixel can be varied.
  • a first pulse sequence can have only two laser pulses, with a second pulse sequence then having three or more laser pulses.
  • the intensity of the laser pulses can also be varied.
  • material removal generated by means of the laser pulses could be increased so that a marking is also more clearly perceptible.
  • a blackening of the material forming the layer, which is caused by the laser pulses can also be stronger if more laser pulses and/or laser pulses of higher intensity are applied.
  • a modulation frequency measured between two consecutive pulse sequences, has a modulation frequency value in a range from 1 kHz to 1 MHz.
  • the modulation frequency and the scanning speed determine a distance between neighboring pixels, measured along the first path. With the same scanning speed, a higher modulation frequency corresponds to a small distance between the pixels, which can increase the security against counterfeiting of the marking.
  • a modulation frequency in the preferred range results in a particularly good combination of security against counterfeiting and processing time.
  • the required processing time can be reduced by increasing the modulation frequency and the scanning speed while keeping the distance between the pixels the same. The distance between consecutive pixels is determined from the quotient of the scanning speed by the modulation frequency.
  • pulse sequences do not necessarily have to be generated strictly with a modulation frequency, but that two consecutive pulse sequences can also be generated with an integer fraction of the modulation frequency. If, for example, an empty point is to be arranged between two consecutive visible pixels, which is not optically visible or does not differ optically from the material forming the layer, the pulse sequences generating the two visible pixels are generated at half the modulation frequency. Furthermore, the time interval between two consecutive pulse sequences can also be completely arbitrary.
  • the laser beam is advanced by a beam advance value in a period between a first laser pulse and a last laser pulse of the pulse sequence. in a range from 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m, particularly preferably around a value of 1 ⁇ m, along the first path.
  • the beam advancement value describes a distance from centers of visible effects caused by the laser pulses.
  • a beam advancement value in the particularly preferred range is not perceptible to the human eye, so that a particularly precise marking is possible.
  • a marking that is produced with a pulse sequence with a beam advancement value in the claimed range can serve as a special security feature.
  • the image points are preferably created by removing material from a material forming the layer, whereby a laser hole with a hole depth is created by removing material.
  • the layer can also comprise a plurality of materials.
  • the image points are then preferably created by uniformly removing material from the materials forming the layer. However, it can also be provided that only a portion of the materials forming the layer are removed and/or that the materials are removed in different quantities.
  • the hole depth along a hole axis is preferably measured perpendicular to a surface of the layer. However, it can also be provided that the hole depth is measured transversely to the first path and parallel to a beam direction of the laser beam.
  • the laser hole is preferably a blind hole. This means that the laser hole preferably does not extend completely through the layer.
  • the material is removed without carbonization.
  • Material is removed without carbonization if a material surrounding the image point is not carbonized. Carbonization describes a blackening of the carbon contained in the material forming the layer. If material is removed without carbonization, it can advantageously be achieved that the marking is only perceptible under certain optical viewing axes. If, for example, the viewing axis is parallel to the depth of a laser hole and the material forming the layer is translucent, the marking cannot be perceived optically or can only be perceived with great difficulty. If, on the other hand, the viewing axis is inclined to the drilling axis, the marking becomes perceptible, whereby a particularly high safety effect of a marking produced in this way can be achieved.
  • the material is removed by sublimation of the material forming the layer.
  • This allows a particularly detailed, precise marking to be achieved.
  • particularly small image points can be created by sublimating the material forming the layer.
  • sublimation is particularly suitable for To avoid carbonization of the material surrounding the image point.
  • Sublimation describes an immediate phase transition of the material from the solid phase to the gaseous phase.
  • the laser bore has a substantially oval cross-section.
  • Laser beams generally have a substantially round cross-section, so that conventional laser bores produced using such laser beams are also substantially round or cylindrical.
  • an oval laser bore can also be shaped like an elongated hole.
  • the oval cross-section of the laser bore is preferably produced by moving the laser beam or the point of impact between successive laser pulses of the pulse sequence.
  • it can also be provided to provide a laser beam with an oval cross-section.
  • the oval cross-section is particularly preferably elliptical.
  • a short semi-axis of the oval cross-section is substantially transverse to the first path of the plurality of pixels.
  • the oval cross-section can be advantageously generated by means of suitable control of the oscillator frequency and the scanning speed.
  • the laser drilling has an aspect ratio, measured as the quotient of the drilling depth and a maximum drilling diameter, in a range from 0.05 to 5.
  • the aspect ratio influences an optical perception caused by the laser drilling.
  • Laser drilling with a high aspect ratio can appear to have more contrast than laser drilling with a low aspect ratio.
  • the drilling depth can have a value of 1 ⁇ m and the drilling diameter can have a value of 20 ⁇ m, so that the laser drilling has an aspect ratio of 0.05.
  • a perceived color intensity of the marking is varied by varying the drilling depth and/or a maximum drilling diameter of the laser drillings.
  • the drilling depth can preferably be varied by means of a number of laser pulses generated to create the image point.
  • a drilling diameter of the laser drilling can preferably be increased by increasing the pulse duration of the laser pulses and/or the energy of the laser pulses.
  • the pixels preferably have a dimension transverse to an incident direction of the laser beam of 200 ⁇ m or smaller, preferably 100 ⁇ m or smaller, particularly preferably 40 ⁇ m or smaller.
  • the structural elements should preferably have larger dimensions than the wavelength of visible light, which is why structural elements with dimensions of greater than 1 ⁇ m can be used, for example.
  • the invention solves the problem mentioned above with the marking device defined in claim 11.
  • the laser generator has a laser oscillator and a downstream amplifier, wherein the laser is designed to provide a pulse train of laser pulses whose oscillator frequency corresponds to an oscillation frequency of the laser oscillator.
  • the deflection device is designed to move the laser beam along a predetermined path at a scanning speed of 10 m/s or more, measured at the focal point of the laser beam or at the point of impact of the laser beam on the layer.
  • the marking device forms a marking system with a layer to be marked.
  • the marking system can also have other components in addition to the marking device and the layer.
  • the invention solves the problem mentioned at the outset by means of the security document defined in claim 13.
  • a layer produced by means of the described method has laser holes with a non-circular cross-section.
  • the invention solves the problem mentioned above by the use defined in claim 14.
  • the invention solves the problem mentioned above with the computer program defined in claim 15.
  • Figure 1 shows a method 1 for introducing a marking 3 into a layer 5 of a security document 65, which is carried out here by a marking device 7.
  • the marking device 7 has a laser generator 9, which is designed to generate a laser beam 11.
  • the laser beam 11 is emitted by the laser generator 9 and strikes a deflection device 13 of the marking device 7, which here has a first movable mirror 15 and a second movable mirror 17.
  • the deflection device 13 is a two-axis deflection device 19, which is designed to direct the laser beam 11 onto the layer 5.
  • a focusing device 21 of the marking device 7, which focuses the laser beam on the layer 5, is also arranged between the deflection device 13 and the layer 5.
  • the laser generator 9, the deflection device 13 and the focusing device 21 are connected to a control unit 27, which is designed to control the components of the marking device 7. Together with the layer 5, the marking device 7 forms a marking system 200.
  • control unit 27 If the control unit 27 now controls the laser generator 9 accordingly, it generates the laser beam 11, which is then directed onto the layer 5 by means of the deflection device 13.
  • the laser beam 11 is focused by the focusing device 21.
  • the control unit 27 controls the mirrors 15, 17 such that the laser beam 11 is guided along a path 29 connecting several image points BP of the marking 3.
  • the marking has a regular grid of image points BP.
  • any other regular and/or irregular pattern of image points BP can also be generated.
  • the deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 are moved continuously, whereby acceleration times required to accelerate and decelerate the first mirror 15 and the second mirror 17 can be minimized or avoided.
  • the control unit 27 controls the laser generator 9 in such a way that it generates a pulse sequence 33 comprising several laser pulses 31.
  • the laser beam 11 is therefore not generated continuously here, but only when an image point BP of the marking 3 is to be created.
  • a theoretical point of impact 34 of the laser beam 11, which is defined by the respective position of the mirrors 15, 17 at a specific time, is, however, continuously guided along the path 29.
  • a first pixel BP1 is generated, for example, by means of the laser pulses 31 when the laser beam 11 is deflected by the deflection device 13 onto the Fig. 1 shown first position P1.
  • the laser beam 11 continues to move when the laser pulses 31 are generated, since the time interval between the laser pulses 31 is very short due to the high oscillator frequency 35, only one image point BP1 is generated that is visually perceptible.
  • sections of the image point BP generated by means of the individual laser pulses 31 of a pulse sequence 33 overlap.
  • a focal point PF of the laser beam 11 is located on a side 23 of the layer 5 facing the focusing device 21.
  • the focal point PF is located in the layer 5 or on a side 25 facing away from the focusing device 21.
  • the focusing device 21 is an F-theta lens 37 or has an F-theta lens 37. It should be understood that the focusing device 21 can preferably also have several lenses and/or objectives.
  • the laser generator 9 has a laser oscillator 39 and an amplifier 41.
  • the laser oscillator 39 generates seed laser pulses 43, the energy of which is then increased by means of the amplifier 41 and these can then be emitted as laser pulses 31.
  • the laser oscillator 39 generates the seed laser pulses 43 with an oscillation frequency 45.
  • a coupling device 47 of the laser generator 9 is designed to decouple seed laser pulses 43 and to guide them to the amplifier 41. It It should be understood that not each of the seed laser pulses 43 is amplified to a laser pulse 31.
  • FIG 2a illustrates the steps of a first conventional method 300, which is designed to produce a marking 3 with a plurality of image points BP.
  • a laser beam 11 is guided by means of a deflection device 13 to a first position P1, at which a first image point BP1 is to be produced (step S1.1).
  • the deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 are stopped (step S1.2), so that the focal point FP of the laser beam 11 remains stationary.
  • a plurality of laser pulses 31 are applied to the layer 5 one after the other (steps S1.3 to S1.5).
  • the deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 are accelerated and the laser beam 11 is moved along a path 29 connecting the pixels to a second position P2 of a second pixel BP2 to be generated (step S1.6).
  • the laser beam 11 is stopped again by braking the deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 (step S1.7).
  • the second pixel BP2 is then generated by applying several laser pulses 31 to the layer 5 (steps S1.8 to S1.10). This procedure is then continued in an analogous manner until all pixels BP of the marking 3 have been generated (step S1.11).
  • the movement of the deflection device 13 is therefore continuously interrupted within the framework of the known method 300, with the many interruptions in the movement increasing the processing time required to generate the marking.
  • FIG. 2b now illustrates a first embodiment of the method 1 according to the invention.
  • the laser beam 11 is guided by the deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 along the path 29 connecting the image points BP, but with a continuous movement.
  • the continuous guidance of the laser beam 11 through the continuously moving deflection mirrors 15, 17 of the deflection device 13 is shown in Figure 2b by means of the continuous arrow 49.
  • the arrow 49 shows, by way of example, the first position P1 of the first image point BP1 to be generated, the second position P2 of the second image point BP2 to be generated and the position Pn of the nth image point BPn of the marking to be generated.
  • the deflection device 13 guides the laser beam 11 along the path 29 at the scanning speed Vs.
  • the scanning speed Vs describes the speed at which the point of impact 34 of the laser beam 11, which is preferably the focus point FP, is moved along the path 29 connecting the image points BP.
  • a first pulse sequence 33.1 is generated by the laser generator 9 in the method according to the invention and applied to the layer 5 (step S2.1).
  • the pulse sequence 33 has a total of six laser pulses 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6.
  • the application of the laser pulses 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 is represented by the sub-steps S2.1.1, S2.1.2, S2.1.3, S2.1.4, S2.1.5, S2.1.6.
  • a pulse sequence 33 is generated whenever the laser beam 11 reaches a position along the path 29 at which a pixel BP is to be generated.
  • a first pulse sequence 33.1 for generating a first pixel BP1, a second pulse sequence 33.2 for generating a second pixel BP2 (step S2.2) and an nth pulse sequence 33.n are shown here (step S2.3).
  • the application of the laser pulses 31.7, 31.8, 31.9, 31.10, 31.11, 31.12 of the second pulse sequence 33.2 is represented in an analogous manner to the first pulse sequence 33.1 by the sub-steps S2.2.1, S2.2.2, S2.2.3, S2.2.4, S2.2.5, S2.2.6.
  • pulse sequences 33.3 to 33.n are emitted to generate third pixels BP3 (not shown) to n-th pixels.
  • the laser pulses 31 of the pulse sequence 33 are generated with a particularly high oscillator frequency 35 of, for example, 50 MHz and applied to the layer 5.
  • a particularly high oscillator frequency 35 of, for example, 50 MHz and applied to the layer 5.
  • a total period of 100 ns elapses between the generation of the first laser pulse 31.1 and the generation of the sixth laser pulse 31.6, which results in a pulse sequence duration 36 of the first pulse sequence 33.1 of 100 ns.
  • the generation of the pulse sequence 33 takes place parallel to the arrow 49 or during the movement of the laser beam 11 through the deflection device 13. As indicated by the curly brackets in Figure 2b , the time period required to generate one of the pulse sequences 33 is much shorter than the total time required to generate the marking 3.
  • the generation of an image point BP can therefore be illustrated as a point on the arrow 49 representing the guidance of the laser beam 11 along the path 29.
  • a period of time that elapses between the generation of two consecutive pulse sequences 33 is longer than the pulse sequence duration 36 for generating all laser pulses 31 of a Pulse sequence 33.
  • the time period between successive pulse sequences 33 is determined by the modulation frequency 55.
  • the modulation frequency 55 has a value of 10 kHz, so that there is a time interval of 100 ⁇ s between the first pulse sequence 33.1 and the second pulse sequence 33.2.
  • a time interval between successive pulse sequences 33 therefore corresponds to a thousand times the pulse sequence duration 36 for generating the laser pulses 31 of a single pulse sequence 33.
  • the oscillator frequency preferably has a value in a range from 40 MHz to 50 MHz and the modulation frequency has a value of up to 2 MHz, particularly preferably 1.5 MHz to 2 MHz.
  • the laser pulses 31 are ultra-short laser pulses 32 with a pulse duration 81 of less than 10 ps ( Figure 7 ). Due to the ultra-short pulse duration of the ultra-short laser pulses 32, the laser beam 11 is only imperceptibly moved along the path 29 during an ultra-short laser pulse 32.
  • the oscillator frequency 35 is also so high that the movement of the point of impact 34 of the laser beam 11 along the path 29 between two consecutive pulses 31.1, 31.2 is only very slight.
  • Figure 2c clarifies that image points BP of the marking 3 can be arranged irregularly relative to one another.
  • the scanning speed Vc with which the laser beam 11 is guided by the deflection device 13 along the path 29, is constant. Possible positions P1 to Pn for generating image points then have a regular distance from one another.
  • the scanning speed Vc has a value of 10 m/s, so that two consecutive positions P1, P2 have a spatial distance of 1 mm along the path 29 at a modulation frequency 55 of, for example, 10 kHz.
  • a pulse sequence 33 is generated whenever the laser beam 11 reaches a position P.
  • a pulse sequence 33 is not generated at each of the positions P.
  • a pulse sequence 33 is not generated at each of the positions P.
  • FIG 2c only at the first position P1, at the second position P2, at a fifth position P5 and at a seventh position P7 a respective pulse sequence 33.1, 33.2, 33.5, 33.7 is generated.
  • the pulse sequences 33.1, 33.2, 33.5, 33.7 generated pixels BP1, BP2, BP5, BP7 of the marking 3 are shown parallel to the arrow 49.
  • the pulse sequences 33 can therefore preferably also be generated with an integer fraction of the modulation frequency 55.
  • Generating the pulse sequences 33 with an integer multiple of the interval 56 or an integer fraction of the modulation frequency 55 enables a particularly simple process.
  • two consecutive pulse sequences 33 are spaced apart from one another as desired. In this way, for example, markings 3 with particularly individual patterns can be generated.
  • Figure 3 illustrates a marking 3 which is produced by removing material from a material 57 forming the layer 5.
  • the material removal is effected by sublimation of the material 57 forming the layer 5, whereby a material 59 surrounding the pixel BP is free of carbonization. Polymer molecules contained in the surrounding material 59 are not carbonized.
  • a first laser pulse 31.1 of the pulse sequence 33 strikes the material 57 of the layer 5, creating a laser hole 61.
  • the laser hole 61 extends substantially uniformly around the point of impact 34.1 of the first laser pulse, which is arranged at the tip of the arrow illustrating the first laser pulse 31.1.
  • a second laser pulse 31.2 of the pulse sequence 33 hits the material 57.
  • a further part of the material 57 of the layer 5 is sublimated and thus removed, whereby a drilling depth T1 of the laser drilling 61 increases.
  • the laser beam 11 was moved slightly further along the path 29, so that a second impact point 34.2 of the second laser pulse 31.2 is slightly shifted along the path 29 to the first impact point 34.1 of the first laser pulse 31.1.
  • the path 29, which connects the image points BP, runs to the right.
  • material removal is also carried out by means of the further laser pulses 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 ( Fig. 3c to Fig. 3f ), whereby the respective impact points 34.3, 34.4, 34.5, 34.6 are offset from each other.
  • the drilling depth T1 of the laser drilling 61 increases with each incident laser pulse 31.
  • the creation of the laser hole 61 is completed.
  • the aspect ratio of the finished laser hole 61 is determined from a quotient T1/D of the hole depth T1 and a maximum diameter D of the laser hole 61.
  • Figure 4 illustrates the method for producing the laser hole 61 in a view parallel to the hole depth T1.
  • the first laser pulse 31.1 hits the layer 5 at the first impact point 34.1 and vaporizes the material 57 forming the layer 5.
  • the approximately circular laser hole 61 is thereby produced.
  • the second laser pulse 31.2 is then produced and hits the layer 5 at the second impact point 34.2, whereby the hole depth T1 increases.
  • the movement of the impact point 34 can be seen particularly well.
  • FIGS. 4c to 4e illustrate the changing shape of the laser bore 61 due to the impact of the further laser pulses 31.3, 31.4, 31.5 at the impact points 34.3, 34.4, 34.5.
  • Figure 4f shows the cross-section of the laser bore 61 after the material 57 of the layer 5 has been removed by the impact of the sixth laser pulse 31.6 of the pulse sequence 33.
  • the laser hole 61 is thus in Figure 4f finished and has an oval cross-section, which here corresponds to the shape of an elongated hole.
  • a short semi-axis 63 of the laser bore 61 is transverse to the path 29 due to the displacement of the point of impact 34.
  • a shape of the oval cross-section of the laser bore 61 is influenced by a scanning speed Vs, with which the laser beam 11 is guided by the deflection device 13 along the path 29, the oscillator frequency 35 and the pulse sequence duration 36 of the laser pulses 31 of a pulse sequence 33.
  • a marking 3 with laser bores 61, which were produced using the method 1 according to the invention, is therefore particularly forgery-proof.
  • the oscillator frequency 35, the pulse sequence duration 36 of the laser pulses 31 and the scanning speed Vc are selected such that the laser bore 61 has a substantially round cross-section.
  • the laser bore 61 can also have an elliptical cross-section.
  • a cross-sectional shape of the laser bore 61 can be varied by varying a beam cross-section of the laser beam 11.
  • FIG. 5 A section of a document body of a security document 65 is shown, by way of example and not to scale.
  • the security document 65 has a front side 67 and a back side 69.
  • the security document 65 is made up of several Layers 71 and comprises a preferably transparent cover layer 73, which here is layer 5 (see Fig. 1 ). At least one of the layers 71 and/or 73 can be designed as a film.
  • the layers are connected to one another by lamination to form a document body.
  • Under the cover layer 73 is the information characteristic of the security document 65, preferably personalized or individualized, such as a personal or individual text element and/or graphic representation and/or image, for example a portrait.
  • a marking 3 is arranged on the front side 67 of the security document 65, which is essentially not visible when viewed perpendicular to the front side 67 and thus the information underneath remains clearly visible.
  • One or more further layers can also be applied to protect the marking 3.
  • the marking 3 When viewed at a gloss angle, i.e. at a flat angle, the marking 3 is visible as a matte surface.
  • the marking 3 is introduced so as to fit precisely with an underlying image element 77.
  • the marking 3 corresponds to the underlying information, preferably the image element 77.
  • the marking 3 is therefore preferably an individual or personalized marking 3 and bears or encodes individual or personalized information that corresponds to the information of the underlying layer. Manipulation of the surface or replacement of the cover layer 73 would thus be easily recognizable.
  • the marking 3 does not have to be arranged above, in particular congruently above, the image element 77, but can also be introduced at another location on the security document 65.
  • the layer 5 provided with the marking 3 can also be attached to the back 69 of the security document 65.
  • Figure 6 shows a section of a layer 5 provided with a marking 3.
  • the marking 3 has a pattern of pixels BP, which are designed as laser holes 61.
  • the method 1 further optionally comprises one of the steps: filling the laser holes with a material that differs from the material forming the layer 5 and/or covering the marking 3 by means of a layer, a foil and/or a film.
  • the laser holes 61 can be covered by means of a lacquer layer.
  • Figure 7 illustrates an intensity of a pulse sequence 33 with three ultra-short laser pulses 32, which are applied to the layer 5 in the method 1 according to the invention for producing a marking 3, in comparison to a standard pulse 79, as can be used in a conventional method 300.
  • the abscissa of the coordinate system shown describes a time axis ZA, while the ordinate represents a value of the intensity I.
  • An intensity IKP of the ultrashort laser pulses 32.1, 32.2, 32.3 corresponds in this embodiment to approximately one third of the intensity IS of the standard pulse 79.
  • a sum of the intensities IKP of the ultrashort pulses 32 that are applied to the layer 5 during the pulse sequence 33 corresponds to the intensity IS of a standard pulse 79.
  • a pulse duration 81 of the ultrashort laser pulses 32 and the standard pulse 79 as well as the modulation frequency 55 are also identical in this embodiment.

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Description

    Gegenstand der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Markierung, welche auch eine Kontrast-, und/oder Oberflächenveränderung durch Strukturierung beinhalten kann, mittels eines von einem Lasergenerator erzeugten Laserstrahls, in eine Schicht eines Sicherheitsdokuments, wobei die Markierung eine Mehrzahl an Bildpunkten in wenigstens einer ersten die Bildpunkte verbindenden Bahn aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Markierungsvorrichtung, ein Sicherheitsdokument, die Verwendung einer Schicht für ein Sicherheitsdokument sowie ein Computerprogramm.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Zur Steigerung der Fälschungssicherheit von Sicherheitsdokumenten, insbesondere auch Wertdokumenten, werden unterschiedliche Merkmale und Verfahren verwendet, die eine Nachbildung oder Verfremdung erschweren oder verhindern. Dabei setzt sich ein Sicherheitsdokument üblicherweise aus mehreren Schichten zusammen, die vorzugsweise durch Laminieren bzw. Lamination miteinander verbunden werden. Die Daten werden zum Schutz vor Manipulation unter einer vorzugsweise transparenten Deckschicht innerhalb des Materials eingebracht. Dies kann durch Laserpersonalisierung in den ansonsten fertigen Datenträger bewerkstelligt werden. Ein weiteres Verfahren sieht vor, den Datenträger nach der Personalisierung mit einer vorzugsweise transparenten Deckschicht zu versehen.
  • Ein Wert- oder Sicherheitsdokument lässt sich verfremden, indem die Deckschicht entfernt wird und, nach Manipulation der darunterliegenden Daten, eine neue Deckschicht aufgebracht wird. Zur Sicherung des Dokumentes vor Manipulation können Hologramme verwendet werden, wie unter anderem in den Dokumenten WO 2017 109 119 A1 , DE 10 2007 042 386 A1 , EP 2 738 624 B1 und EP 1 475 678 B1 beschrieben ist. Dazu wird eine spezielle Hologrammfolie entsprechend belichtet und auf den Datenträger aufgebracht. Ein weiteres Verfahren zum Steigern der Fälschungssicherheit von Sicherheitsdokumenten besteht gemäß EP 1 970 211 A1 darin, schmale Seitenflächen des Dokuments mittels eines Lasers zu beschriften, um eine optische Verbindung zwischen den Schichten herzustellen. Werden die verschiedenen Schichten getrennt, wird die auf den Seitenflächen angebrachte Markierung beschädigt. Diese beschädigte Markierung nachzubilden ist technisch anspruchsvoll, wodurch ein Fälschen des Dokuments erschwert wird.
  • Weiterhin kann eine Mikrostrukturierung der Oberfläche eines Sicherheitsdokumentes vorgenommen werden, welche eine Manipulation der Deckschicht erkennbar macht. Aus DE 10 2018 106 430 A1 ist ein Sicherheitselement zur Verwendung als Schicht für ein Sicherheitsdokument bekannt, das eine Struktur aufweist, die Strukturelemente mit Abmessungen von weniger als 200 Mikrometern umfasst. Ferner ist aus dem Dokument ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sicherheitselements bekannt, wobei die Struktur mittels Laserstrahlung und/oder durch lokale Aufschäumungen und/oder mittels hochauflösender 3D Drucktechnologie erzeugt wird. Nachteilig an den bekannten Verfahren zum Herstellen von Mikrostrukturierungen ist jedoch, dass eine Bearbeitungszeit zum Herstellen der Mikrostrukturierung vergleichsweise groß ist. Beim Erzeugen einer großflächigen Mikrostrukturierung mit möglichst kleinen Strukturelementen oder Bildpunkten ist es oft notwendig mehrere Laserpulse auf eine Stelle der Schicht aufzubringen, wodurch die Bearbeitungszeit zusätzlich signifikant erhöht wird. Zum Erzeugen kleiner Bildpunkte wird der Laserstrahl bei bekannten Verfahren mittels einer Ablenkeinrichtung mit beweglichen Ablenkspiegeln auf eine Position der Schicht geführt, wobei ein den Laserstrahl erzeugender Lasergenerator nach dem Positionieren die Schicht mit einer entsprechenden Anzahl an Laserpulsen beaufschlagt. Anschließend wird der Laserstahl an die nächste Position der Schicht, an der ein Bildpunkt erzeugt werden soll, bewegt. Dieses Verfahren wird auch als "Jump and Shoot" bezeichnet.
  • Da Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Ausweisdokumente, oftmals in sehr großen Stückzahlen hergestellt werden, geht bereits ein geringfügiger Anstieg der Bearbeitungszeit mit hohen Herstellungskosten einher.
  • US 10,391,586 B1 offenbart ein Verfahren zum Markieren eines Werkstücks aus Aluminium, das von einer Oxidschicht bedeckt ist, aufweisend: Bestrahlen des Aluminiums durch die Oxidschicht mit mehreren Pulsfolgen von optischen Pulsen, wobei jeder bestrahlte Ort des Werkstücks zumindest eine Pulsfolge aufeinanderfolgender optischer Pulse empfängt.
  • WO 2014/106517 A1 offenbart Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und andere Datenträger, bei dem ein Substrat zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen wird, die in einem ersten Teilbereich mit einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern beaufschlagt wird und in einem zweiten Teilbereich mit einer zweiten Laserstrahlung mit unterschiedlichen zweiten Laserparametern beaufschlagt wird, um ein Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen.
  • WO 2013/017738 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von Markierungen auf einer Bahn, die Zellulosefasern und eine fluoreszierende Substanz aufweist, umfassend das Bilden eines ersten veränderten Abschnitts der Bahn durch Richten eines Laserstrahls auf die Bahn, um die Fluoreszenz der Bahn an der Stelle des ersten veränderten Abschnitts zu reduzieren.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Soweit in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung der Begriff Wert- und/oder Sicherheitsdokument oder Sicherheitselement, verwendet wird, ist darunter beispielsweise ein Reisepass, Personalausweis, Führerschein, ein Zugangskontrollausweis oder eine andere ID-Karte, ein Fahrzeugschein, Fahrzeugbrief, Visum, Scheck, Zahlungsmittel, insbesondere eine Banknote, eine Scheck-, Bank-, Kredit- oder Barzahlungskarte, Kundenkarte, Gesundheitskarte, Chipkarte, ein Firmenausweis, Berechtigungsnachweis, Mitgliedsausweis, Geschenk- oder Einkaufsgutschein, Frachtbrief oder ein sonstiger Berechtigungsnachweis, Steuerzeichen, Postwertzeichen, Ticket, (Spiel-) Jeton oder ein anderes Dokument zu verstehen. Ein Sicherheitselement kann auch beispielsweise ein Aufkleber, Haftetikett (beispielsweise zur Artikelsicherung) oder dergleichen sein, das die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Markierung aufweist und das mit einem Vorprodukt eines Wert- und/oder Sicherheitsdokuments oder eines anderen Artikels, beispielsweise mit einem zu markierenden Produkt, dessen Echtheit zu garantieren ist, unlösbar verbunden werden kann, um das Wert- und/oder Sicherheitsdokument oder diesen markierten Artikel zu bilden. Dieser Artikel kann beispielsweise ein Exemplar aus einer limitierten Serie gleichartiger Produkte sein, dessen Einzigartigkeit mittels einer Nummerierung dokumentiert wird. Diese Nummerierung kann durch die Individualisierung des mit dem Sicherheitsmerkmal versehenen Sicherheitselements realisiert werden. Das Wert- und/oder Sicherheitsprodukt kann beispielsweise auch eine Smartcard sein. Das Wert und/ oder Sicherheitsdokument kann im ID 1-, ID 2-, ID 3- oder in irgendeinem anderen normierten oder nicht normierten Format vorliegen, beispielsweise in Heftform, wie bei einem passähnlichen Gegenstand, oder beispielsweise in Kartenform. Ein Wert- und/oder Sicherheitsprodukt ist im Allgemeinen ein Laminat aus mehreren Dokumentenlagen, die passgenau unter Wärmeeinwirkung und unter erhöhtem Druck flächig miteinander verbunden worden sind. Diese Produkte sollen den normierten Anforderungen genügen, beispielsweise gemäß ISO 10373, ISO/IEC 7810, ISO 14443. Die Produktlagen bestehen beispielsweise aus einem Trägermaterial, das sich für eine Lamination eignet.
  • Das Wert- und/oder Sicherheitsprodukt und/oder die Schicht kann aus einem Polymer gebildet sein, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfassend Polycarbonat (PC), insbesondere Bisphenol A-Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET), deren Derivate, wie Glykol-modifiziertes PET (PETG), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyvinylphenol (PVP), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), thermoplastische Elastomere (TPE), insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) sowie deren Derivate, und/oder Papier und/oder Pappe und/oder Glas und/oder Metall und/oder Keramik. Außerdem kann das Wert- und/oder Sicherheitsprodukt und/oder die Schicht auch aus mehreren dieser Materialien, bevorzugt aus PC oder PC/TPU/PC, hergestellt sein. Die Polymere können entweder gefüllt oder ungefüllt vorliegen. Im letzteren Falle sind sie vorzugsweise transparent oder transluzent. Falls die Polymere gefüllt sind, sind sie opak. Bevorzugt wird das Wert- und/oder Sicherheitsdokument aus 3 bis 12, vorzugsweise 4 bis 10 Schichten, hergestellt, wobei zumindest eine der Schichten einem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Markierung aufweist. Ein solcherart gebildetes Laminat kann abschließend ein- oder beidseitig mit dem Schutz- oder Decklack oder mit einer Folie überzogen werden. Die Folie kann insbesondere ein Volumenhologramm, eine Folie mit einem Oberflächenhologramm (beispielsweise ein kinegraphisches Element) oder eine Kratzschutzfolie sein. Derart gebildete Overlaylagen schützen ein darunter angeordnetes Sicherheitsmerkmal und/oder verleihen dem Dokument die erforderliche Abriebfestigkeit.
  • Soweit in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung der Begriff, Muster genannt wird, ist darunter eine beliebige zweidimensionale Anordnung mindestens einer Struktur oder eines Bildpunkts auf einer Schicht zu verstehen. Ein Muster kann jede abstrakte oder gegenständliche Form aufweisen und beispielsweise aus Linien, Flächen, auch in beliebiger Zusammenstellung, oder alternativ aus Zeichen, wie alphanumerischen Zeichen, bestehen oder Bilder wiedergeben, beispielsweise das Foto des Dokumenteninhabers oder Darstellungen von bestimmten Objekten. Es können auch beliebige andere Informationen grafisch dargestellt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik eine schnelleres und/oder einfacheres Einbringen einer Markierung ermöglicht, wobei die Markierung vorzugsweise eine gegenüber dem Stand der Technik gesteigerte Fälschungssicherheit bietet.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe in einem ersten Aspekt mit dem in Anspruch 1 definierten Verfahren.
  • Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass notwendige Beschleunigungszeiten, die zum Abbremsen und Beschleunigen der Ablenkspiegel benötigt werden, reduziert oder vermieden werden können, wenn die Ablenkspiegel der Ablenkeinheit kontinuierlich bewegt werden. So müssen bei einer kontinuierlichen Bewegung der Ablenkspiegel, im Gegensatz zum vorbeschriebenen "Jump and Shoot Prinzip", keine oder nur geringe Trägheitskräfte der Ablenkeinrichtung überwunden werden, wodurch eine Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Einbringen der Markierung deutlich erhöht werden kann. Durch das Erzeugen einer Pulsfolge von zwei oder mehr Laserpulsen wird erreicht, dass der Laserstrahl weniger häufig, vorzugsweise nur einmal, über die die Bildpunkte verbindende erste Bahn geführt werden muss. Somit können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Bearbeitungszeiten verkürzt werden, die für ein mehrmaliges Führen des Laserstrahls entlang der die Bildpunkte verbindenden ersten Bahn benötigt werden. Vorzugsweise wird der Laserstrahl mittels der bewegbaren Ablenkspiegel der Ablenkeinrichtung nur ein einziges Mal entlang der die Bildpunkte verbindenden ersten Bahn auf der Schicht geführt. Der Laserstrahl kann vorzugsweise aber auch mehrmals entlang der ersten Bahn geführt werden. Vorzugsweise ist die Markierung eine Sicherheitsmarkierung. Ferner bevorzugt ist die Schicht eine Schicht eines Wert- und/oder Sicherheitsdokuments. Besonders bevorzugt ist das Verfahren ein Verfahren zum Erzeugen einer Sicherheitsmarkierung in einer Schicht für ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument.
  • Das so erzeugte Muster ist vorzugsweise in individualisiertes oder personalisiertes Muster, das eine individualisierte oder personalisierte Information enthält. Beispielswiese kann das Muster mit einem Bild des Karteninhabers übereinstimmen oder korrespondieren, das in einer unter dem Muster liegenden Schicht eingebracht ist.
  • Es soll verstanden werden, dass ein Bildpunkt nicht zwingend durch Hinzufügen von Material, wie beispielsweise im Falle herkömmlicher Druckverfahren, erzeugt werden muss. Es kann ebenso vorgesehen sein, dass ein die Schicht bildendes Material lokal verändert oder entfernt wird, wodurch sich ein optischer Eindruck verändert. Der Lasergenerator ist dabei diejenige Vorrichtung, welche den Laserstrahl erzeugt. Die Begriffe Laser oder Laserstrahl bezeichnen die elektromagnetische Welle, welche von dem Lasergenerator erzeugt werden. Vorzugsweise ist zwischen der Ablenkeinrichtung und der Schicht eine Fokussiereinrichtung angeordnet, welche den Laserstrahl auf und/oder in die Schicht des zu bearbeitenden Materials fokussiert. Besonders bevorzugt ist die Fokussiereinrichtung eine Planfeld-Fokussiereinrichtung. Bevorzugt führt die Ablenkeinrichtung den Fokuspunkt des Laserstrahls entlang der ersten Bahn.
  • Es soll verstanden werden, dass beim Führen des Laserstrahls entlang der ersten Bahn auch der Laserstrahl nicht kontinuierlich auf die Schicht auftreffen muss. So trifft der Laserstrahl vorzugsweise nur dann auf die Schicht, wenn ein Laserpuls der Pulsfolge erzeugt wird. Die kontinuierliche Bewegung der Ablenkspiegel führt dann einen theoretischen Auftreffpunkt des Laserstrahls, der vorzugsweise der Fokuspunkt ist, entlang der Bahn auf und/oder in die dafür vorgesehene Schicht des zu bearbeitenden Materials.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Laserpulse ultrakurze Laserpulse. Ultrakurze Laserpulse haben vorzugsweise eine Pulsdauer von weniger als 10 Pikosekunden (10 ps), insbesondere weniger als 1 ps. Besonders bevorzugt weisen die ultrakurzen Laserpulse eine Pulsdauer in einem Bereich von 100 Femtosekunden (100 fs) bis 900 fs, weiterhin bevorzugt 100 fs bis 800 fs, besonders bevorzugt 200 fs bis 600 fs, auf. Insbesondere Mikro- oder Nano-Laserstrukturen lassen sich mit ultrakurzen Laserpulsen vergleichsweise einfach fertigen. Die Anwendung ultrakurzer Laserpulse ermöglicht ein präzises Fertigen von Strukturelementen und/oder ein effizientes Erzeugen von Bildpunkten. Insbesondere werden durch ultrakurze Laserpulse thermische oder mechanische Schäden der Strukturelemente während der Bearbeitung minimiert oder vermieden. Es ist bei geeigneter Wahl der Bearbeitungsparameter eine nahezu schmelzfreie und/oder karbonisierungsfreie Bearbeitung mit hoher Präzision möglich.
  • Vorzugsweise werden die Laserpulse mit einer Oszillatorfrequenz, gemessen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen der Pulsfolge, erzeugt, die einen Wert in einem Bereich von 100 kHz bis 100 MHz aufweist. Eine Pulsfolge mehrerer sehr kurz aufeinanderfolgender Laserpulse kann auch als Laserburst bezeichnet werden. Vorzugsweise ist eine Oszillatorfrequenz der Laserpulse der Pulsfolge konstant. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Oszillatorfrequenz zwischen mehreren Laserpulsen variiert wird. Die Oszillatorfrequenz beschreibt einen zeitlichen Abstand, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen. Je höher die Oszillatorfrequenz ist, desto geringer ist ein zeitlicher Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Laserpulsen der Pulsfolge. Für einen Bereich der Oszillatorfrequenz von 100 kHz bis 100 MHz ergibt sich ein zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Laserpulse von 10 Mikrosekunden (10 µs) bis 10 Nanosekunden (10 ns). Durch die beweglichen Ablenkspiegel der Ablenkeinrichtung wird der Auftreffpunkt, an dem die fokussierten Laserpulse bzw. der fokussierte Laserstrahl auf und/oder in die betreffende Schicht des zu bearbeitenden Materials treffen, entlang der Bahn bewegt. Auch wenn der Laserstrahl mit einer sehr hohen Geschwindigkeit entlang der Bahn bewegt wird, bewegt sich der Auftreffpunkt zweier aufeinanderfolgender Laserpulse des Laserstrahls aufgrund der erfindungsgemäßen Oszillatorfrequenz nur geringfügig weiter. Beispielsweise beträgt ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen bei einer Oszillatorfrequenz von 50 MHz nur 20 ns, wobei sich der Auftreffpunkt für das menschliche Auge nicht oder kaum wahrnehmbar weiterbewegt. Durch die Laserpulse an der Schicht hervorgerufenen Effekte werden als ein einziger Bildpunkt der Markierung wahrgenommen. Durch die bevorzugte Oszillatorfrequenz kann also ein Bildpunkt einer Markierung mittels mehrerer Laserpulse erzeugt werden, obwohl die Ablenkeinrichtung kontinuierlich bewegt wird. Es soll verstanden werden, dass bei einem Wert der Oszillatorfrequenz in dem bevorzugten Bereich auch mehr als zwei Laserpulse zum Erzeugen eines Bildpunktes verwendet werden können, beispielsweise 3, 4, 5, oder mehr. Ferner kann durch die kontinuierliche Bewegung des Laserstrahls eine besonders bevorzugte Merkmalswirkung erreicht werden. Wird der Laserstrahl bewegt, überlappen sich die erzeugten Markierungen vorzugsweise, wodurch eine spezielle Mikrostruktur und/oder mikroskopische Form der Bildpunkte erreicht werden kann, welche dann als besonderes Sicherheitsmerkmal dient. Beispielsweise kann der mittels der Laserpulse erzeugte Bildpunkt oval sein. Diese Ovalität kann dann wiederum genutzt werden, um die Echtheit des Dokuments zu prüfen, da sie sich bei herkömmlichen Verfahren, wie dem "Jump and Shoot" Verfahren nicht erzeugen lassen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Lasergenerator einen Laseroszillator und einen nachgeschalteten Verstärker auf, wobei die Oszillatorfrequenz mit einer Schwingfrequenz des Laseroszillators übereinstimmt. Hierdurch kann eine besonders einfache Steuerung des Lasergenerators erreicht werden. Die ultrakurzen Laserpulse werden im Laseroszillator durch Modenkopplung erzeugt und in einem nachfolgenden Verstärker auf die gewünschte Leitung verstärkt. Der Laserverstärker kann vorzugsweise auf Yb: Fasertechnologie oder Yb: InnoSlab Technologie beruhen. Dabei werden die Pulse vor der Verstärkung zeitlich gestreckt und nach der Verstärkung wieder zeitlich komprimiert. Es kommen auch Scheiben-Laserverstärker zum Einsatz.
  • Vorzugsweise weist eine Scangeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl entlang der ersten Bahn bewegt wird, einen Wert von 10 m/s oder größer auf. Die Scangeschwindigkeit ist dabei indirekt proportional zu einer Bearbeitungszeit, die zum Erzeugen der Markierung benötigt wird. Ein Erhöhen der Scangeschwindigkeit bewirkt also ein Reduzieren der Bearbeitungszeit, wodurch Herstellkosten für die Markierung bzw. eine die Markierung aufweisende Schicht reduziert werden können. Vorzugsweise weist die Scangeschwindigkeit einen Wert von 10 m/s bis 30 m/s auf. Wird der Laserstrahl mittels einer Scangeschwindigkeit von 10 m/s über die Schicht geführt, bewegt sich der Auftreffpunkt in einem Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen von 20 ns, der einer Oszillatorfrequenz von 50 MHz entspricht, etwa 0,2 Mikrometer (0,2 µm) entlang der Bahn. Ein Abstand zwischen zwei Auftreffpunkten von 0,2 µm ist für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar, sodass nur ein einzelner wahrnehmbarer Bildpunkt erzeugt wird. Es können jedoch auch mehr als zwei Laserpulse bei einer Scangeschwindigkeit von 10 m/s oder größer erzeugt werden. So werden beispielsweise auch Bildpunkte mit Verschiebungen des Auftreffpunktes von 1 µm, die bei einer Scangeschwindigkeit von 10 m/s und einer Oszillatorfrequenz 50 MHz mit sechs Laserpulsen auftreten, noch als ein einzelner Bildpunkt wahrgenommen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist eine Gesamtenergie der Pulsfolge im Wesentlichen gleichmäßig auf die Laserpulse der Pulsfolge verteilt. Eine gleichmäßige Verteilung der Gesamtenergie der Pulsfolge auf die Laserpulse ermöglicht dabei eine besonders einfache und kostengünstige Steuerung des Verfahrens. Dabei beschreibt die Fluenz (Energiedichte) die Energie eines Laserpulses, welche auf die zu bearbeitende Fläche trifft. Durch eine hohe Reproduzierbarkeit der einzelnen Laserpulse wird bevorzugt eine besonders gleichmäßige Markierung erzeugt.
  • Vorzugsweise weist eine Energie eines Laserpulses der Pulsfolge einen Wert von 10 Mikrojoule (10 µJ) oder weniger auf. Die Gesamtenergie, welche mit der Pulsfolge in ein die Schicht bildendes Material eingebracht wird, beeinflusst den durch die Pulsfolge hervorgerufenen Markierungseffekt. Besonders bei hohen Oszillatorfrequenzen können aufeinanderfolgende Laserpulse eine gemeinsame Wirkung erzielen. So kann eine Gesamtenergie einer Pulsfolge von größer 10 µJ beispielsweise ein die Schicht bildendes Material karbonisieren und/oder einen besonders hohen Materialabtrag hervorrufen. Vorzugsweise weist die Pulsfolge eine Gesamtenergie von 10 µJ bis 100 µJ, weiter bevorzugt 10 µJ bis 80 µJ, weiter bevorzugt 10 µJ bis 60 µJ, besonders bevorzugt 20 µJ bis 40 µJ auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist eine Fluenz eines auftreffenden Laserpulses der Pulsfolge einen Wert auf, der kleiner oder gleich einem zehnfachen Wert einer Schwellfluenz des die Schicht bildenden Materials ist. Die Fluenz ist dabei ein Maß für den Energieeintrag pro Flächeneinheit der Schicht. Die Schwellfluenz beschreibt diejenige Fluenz, das heißt diejenige Energie pro Flächeneinheit der Schicht, die mittels der Laserpulse aufgebracht werden muss, um ein die Schicht bildendes Material abzutragen. Je höher die Fluenz auftreffender Laserpulse ist, desto höher ist auch ein Abtrag des Materials pro Laserpuls. Die Abtragseffizienz weist jedoch keinen linearen Verlauf auf, sodass eine normierte Abtragsrate, gemessen als abgetragenes Material pro aufgebrachter Energie, ein Maximum aufweist. Es hat sich gezeigt, dass dieses Maximum der Abtragseffizienz im Wesentlichen in einem Bereich des fünffachen bis zehnfachen Werts der Schwellfluenz liegt, sodass mit einer Fluenz der auftreffenden Laserpulse im bevorzugten Bereich eine besonders effiziente Markierung bzw. Materialabtrag erreicht werden kann. Vorzugsweise weist die Fluenz einen Wert in einem Bereich vom 5 bis 10-fachen des Werts der Schwellfluenz des die Schicht bildenden Materials auf.
  • Vorzugsweise kann eine Anzahl der Laserpulse der Pulsfolge, die zum Erzeugen des jeweiligen Bildpunktes erzeugt wird, variiert werden. So kann eine erste Pulsfolge beispielsweise nur zwei Laserpulse aufweisen, wobei eine zweite Pulsfolge dann drei oder mehr Laserpulse aufweist. Mittels Variation der Anzahl der Laserpulse kann vorzugsweise eine wahrgenommene Stärke der erzeugten Markierung variiert werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Intensität der Laserpulse variiert werden. Beispielsweise könnte ein mittels der Laserpulse erzeugter Materialabtrag erhöht werden, sodass auch eine Markierung deutlicher wahrnehmbar ist. Ferner kann auch eine Schwärzung des die Schicht bildenden Materials, die durch die Laserpulse hervorgerufen wird, stärker sein, wenn mehr Laserpulse und/oder Laserpulse höherer Intensität aufgebracht werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist eine Modulationsfrequenz, gemessen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsfolgen einen Modulationsfrequenzwert in einem Bereich von 1 kHz bis 1 MHz auf. Die Modulationsfrequenz und die Scangeschwindigkeit bestimmen dabei einen Abstand benachbarter Bildpunkte, gemessen entlang der ersten Bahn. Bei gleicher Scangeschwindigkeit entspricht eine höhere Modulationsfrequenz einem geringen Abstand der Bildpunkte, wodurch die Fälschungssicherheit der Markierung erhöht werden kann. Eine Modulationsfrequenz im bevorzugten Bereich, bedingt dabei eine besonders gute Kombination aus Fälschungssicherheit und Bearbeitungszeit. Ferner kann durch Erhöhen der Modulationsfrequenz und der Scangeschwindigkeit bei gleichbleibendem Abstand der Bildpunkte die benötigte Bearbeitungszeit reduziert werden. Der Abstand aufeinanderfolgender Bildpunkte bestimmt sich aus dem Quotient der Scangeschwindigkeit durch die Modulationsfrequenz. Es soll verstanden werden, dass Pulsfolgen nicht zwangsweise streng mit einer Modulationsfrequenz erzeugt werden müssen, sondern dass zwei aufeinanderfolgende Pulsfolgen auch mit einem ganzzahligen Bruchteil der Modulationsfrequenz erzeugt werden können. Soll beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden sichtbaren Bildpunkten ein Leerpunkt angeordnet sein, der optisch nicht sichtbar ist bzw. sich optisch nicht von dem die Schicht bildenden Material unterscheidet, so werden die die beiden sichtbaren Bildpunkte erzeugenden Pulsfolgen mit der halben Modulationsfrequenz erzeugt. Ferner kann ein zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgenden Pulsfolgen auch vollkommen beliebig sein.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Laserstrahl in einem Zeitraum zwischen einem ersten Laserpuls und einem letzten Laserpuls der Pulsfolge um einen Strahlfortschrittswert in einem Bereich von 0,01 µm bis 100 µm, besonders bevorzugt um einen Wert von 1 µm, entlang der ersten Bahn bewegt. Der Strahlfortschrittswert beschreibt einen Abstand von Zentren von durch die Laserpulse hervorgerufenen sichtbaren Effekten. Ein Strahlfortschrittswert in dem besonders bevorzugten Bereich ist dabei durch das menschliche Auge nicht wahrnehmbar, sodass eine besonders exakte Markierung ermöglicht wird. Ferner kann eine Markierung, die mit einer Pulsfolge mit einem Strahlfortschrittswert im beanspruchten Bereich erzeugt wird, als besonderes Sicherheitsmerkmal dienen.
  • Vorzugsweise erfolgt das Erzeugen der Bildpunkte durch Materialabtrag eines die Schicht bildenden Materials, wobei durch Materialabtrag eine Laserbohrung mit einer Bohrungstiefe erzeugt wird. Dabei kann die Schicht auch mehrere Materialen aufweisen. Vorzugsweise erfolgt das Erzeugen der Bildpunkte dann durch gleichmäßigen Materialabtrag der die Schicht bildenden Materialien. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur ein Teil der die Schicht bildenden Materialien abgetragen wird und/oder dass die Materialien in verschiedener Menge abgetragen werden. Die Bohrungstiefe entlang einer Bohrungsachse wird vorzugsweise senkrecht zu einer Oberfläche der Schicht gemessen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bohrungstiefe quer zur ersten Bahn und parallel zu einer Strahlrichtung des Laserstrahls gemessen wird. Vorzugsweise ist die Laserbohrung ein Sackloch. Das heißt die Laserbohrung erstreckt sich vorzugsweise nicht vollständig durch die Schicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Materialabtrag karbonisierungslos. Ein Materialabtrag ist karbonisierungslos, wenn ein den Bildpunkt umgebendes Material nicht karbonisiert wird. Karbonisieren beschreibt dabei ein Schwärzen von in dem die Schicht bildenden Material enthaltenem Kohlenstoff. Wird ein Materialabtrag karbonisierungslos erzeugt, kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Markierung nur unter bestimmten optischen Blickachsen wahrnehmbar ist. Wenn beispielsweise die Blickachse parallel zur Bohrungstiefe einer Laserbohrung und das die Schicht bildende Material transluzent ist, so kann die Markierung optisch nicht oder nur sehr schwer wahrgenommen werden. Ist die Blickachse hingegen zur Bohrungsachse geneigt, so wird die Markierung wahrnehmbar, wodurch eine besonders große Sicherheitswirkung einer derart Erzeugten Markierung erreicht werden kann.
  • Bevorzugt erfolgt der Materialabtrag durch Sublimation des die Schicht bildenden Materials. Hierdurch kann eine besonders detailgenaue, exakte Markierung erreicht werden. Beispielsweise können mittels Sublimation des die Schicht bildenden Materials besonders kleine Bildpunkte erzeugt werden. Weiterhin eignet sich Sublimation besonders, um ein Karbonisieren des den Bildpunkt umgebenden Materials zu vermeiden. Sublimation beschreibt dabei einen unmittelbaren Phasenübergang des Materials von der festen Phase in die gasförmige Phase.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Laserbohrung einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt auf. Laserstrahlen weisen in der Regel einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf, sodass auch mittels solcher Laserstrahlen erzeugte herkömmliche Laserbohrungen im Wesentlichen rund bzw. zylindrisch sind. Vorzugsweise kann eine ovale Laserbohrung auch wie ein Langloch geformt sein. Bevorzugt wird der ovale Querschnitt der Laserbohrung mittels Bewegen des Laserstrahls beziehungsweise des Auftreffpunkts zwischen aufeinanderfolgenden Laserpulsen der Pulsfolge erzeugt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, einen Laserstrahl mit einem ovalen Querschnitt vorzusehen. Zum Erzeugen einer Laserbohrung mit ovalem Querschnitt müssen mehrere Prozessparameter gezielt gesteuert und aufeinander abgestimmt werden. Hierdurch steigt eine Komplexität beim Durchführen des Verfahrens und eine Fälschungssicherheit wird erhöht. Besonders bevorzugt ist der ovale Querschnitt elliptisch.
  • Vorzugsweise ist eine kurze Halbachse des ovalen Querschnitts im Wesentlichen quer zur ersten Bahn der Mehrzahl an Bildpunkten. Hierdurch kann der ovale Querschnitt in vorteilhafter Weise mittels geeigneter Steuerung der Oszillatorfrequenz und der Scangeschwindigkeit erzeugt werden.
  • Bevorzugt weist die Laserbohrung ein Aspektverhältnis, gemessen als Quotient aus der Bohrungstiefe und einem maximalen Bohrungsdurchmesser, in einem Bereich von 0,05 bis 5 auf. Das Aspektverhältnis beeinflusst eine optische Wahrnehmung, die durch die Laserbohrung hervorgerufen wird. So können Laserbohrungen mit einem hohen Aspektverhältnis kontrastreicher erscheinen als Laserbohrungen mit einem geringen Aspektverhältnis. Beispielsweise kann die Bohrungstiefe einen Wert von 1 µm und der Bohrungsdurchmesser einen Wert von 20 µm aufweisen, sodass die Laserbohrung ein Aspektverhältnis von 0,05 hat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine wahrgenommene Farbintensität der Markierung mittels Variation der Bohrungstiefe und/oder eines maximalen Bohrungsdurchmessers der Laserbohrungen variiert. Vorzugsweise kann die Bohrungstiefe mittels einer Anzahl der zum Erzeugen des Bildpunktes erzeugten Laserpulse variiert werden. Ferner kann vorzugsweise ein Bohrungsdurchmesser der Laserbohrung gesteigert werden, indem die Pulsdauer der Laserpulse und/oder die Energie der Laserpulse erhöht wird.
  • Bevorzugt weisen die Bildpunkte eine Abmessung quer zu einer Einstrahlrichtung des Laserstrahls von 200 µm oder kleiner, bevorzugt 100 µm oder kleiner, besonders bevorzugt 40 µm oder kleiner auf. Je kleiner die Abmessungen sind, desto schwieriger ist es, das Sicherheitselement zu fälschen oder zu manipulieren. Andererseits sollen die Strukturelemente bevorzugt größere Abmessungen als die Wellenlänge von sichtbarem Licht haben, weshalb beispielsweise Strukturelemente mit Abmessungen von größer als 1 µm eingesetzt werden können.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe mit der in Anspruch 11 definierten Markierungsvorrichtung.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Lasergenerator einen Laseroszillator und einen nachgeschalteten Verstärker auf, wobei der Laser dazu ausgebildet ist, eine Pulsfolge von Laserpulsen bereitzustellen, deren Oszillatorfrequenz einer Schwingfrequenz des Laseroszillators entspricht.
  • Vorzugsweise ist die Ablenkeinrichtung dazu ausgebildet, den Laserstrahl mit einer Scangeschwindigkeit von 10 m/s oder mehr, gemessen im Fokuspunkt des Laserstrahls oder im Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Schicht, entlang einer vorbestimmten Bahn zu bewegen.
  • Bevorzugt bildet die Markierungsvorrichtung mit einer zu markierenden Schicht ein Markierungssystem. Es soll dabei verstanden werden, dass das Markierungssystem neben der Markierungsvorrichtung und der Schicht auch weitere Komponenten aufweisen kann.
  • Es soll verstanden werden, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und die Markierungsvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für weitere Ausgestaltungen des Markierungssystems und deren Vorteile auch und vollumfänglich auf die obige Beschreibung zum ersten Aspekt der Erfindung verwiesen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe mittels dem in Anspruch 13 definierten Sicherheitsdokument. Vorzugsweise weist eine mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellte Schicht Laserbohrungen mit einem unrunden Querschnitt auf.
  • In einem vierten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe durch die in Anspruch 14 definierte Verwendung.
  • Gemäß einem fünften Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe mit dem in Anspruch 15 definierten Computerprogramm.
  • Es soll verstanden werden, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die Markierungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, das Sicherheitsdokument nach dem dritten Aspekt der Erfindung, die Verwendung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung und das Computerprogramm nach dem fünften Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für weitere Ausgestaltungen des Sicherheitsdokuments, der Verwendung und des Computerprogramms und deren Vorteile auch und vollumfänglich auf die obige Beschreibung zum ersten und zweiten Aspekt der Erfindung verwiesen.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, soweit sie in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale, soweit sie in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Markierungssystems, das eine Markierungsvorrichtung sowie eine Schicht aufweist und das erfindungsgemäße Verfahren ausführt;
    Figur 2a
    eine schematische Darstellung der Schritte eines ersten herkömmlichen Verfahrens zum Erzeugen einer Markierung;
    Figur 2b
    eine schematische Darstellung der Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer Markierung;
    Figur 2c
    eine schematische Darstellung, die das Erzeugen mehrerer Bildpunkte einer Markierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert;
    Figur 3
    das Erzeugen eines Bildpunktes einer Markierung in einer schematischen Darstellung, wobei der Bildpunkt durch Materialabtrag eines die Schicht bildenden Materials mittels Laserpulse erzeugt wird;
    Figur 4
    eine schematische Draufsicht auf eine Schicht, in der eine Laserbohrung erzeugt wird;
    Figur 5
    ein Sicherheitsdokument in einer teilweise geschnittenen und perspektivischen Ansicht;
    Figur 6
    einen Ausschnitt einer eine Markierung aufweisenden Schicht in einer perspektivischen Ansicht; und
    Figur 7
    einen Vergleich einer mittels eines Standardimpulses auf die Schicht aufgebrachten Intensität zu einer mittels einer Pulsfolge aufgebrachten Intensität.
  • Figur 1 zeigt ein Verfahren 1 zum Einbringen einer Markierung 3 in eine Schicht 5 eines Sicherheitsdokuments 65, das hier von einer Markierungsvorrichtung 7 durchgeführt wird. Die Markierungsvorrichtung 7 weist einen Lasergenerator 9 auf, der dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl 11 zu erzeugen. Der Laserstrahl 11 wird von dem Lasergenerator 9 abgegeben und trifft auf eine Ablenkeinrichtung 13 der Markierungsvorrichtung 7, die hier einen ersten bewegbaren Spiegel 15 und einen zweiten bewegbaren Spiegel 17 aufweist. Die Ablenkeinrichtung 13 ist eine zweiachsige Ablenkeinrichtung 19, die dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl 11 auf die Schicht 5 zu lenken. Zwischen der Ablenkeinrichtung 13 und der Schicht 5 ist ferner eine Fokussiereinrichtung 21 der Markierungsvorrichtung 7 angeordnet, die den Laserstrahl auf der Schicht 5 fokussiert. Der Lasergenerator 9, die Ablenkeinrichtung 13 und die Fokussiereinrichtung 21 sind mit einer Steuereinheit 27 verbunden, die zum Steuern der Komponenten der Markierungsvorrichtung 7 ausgebildet ist. Zusammen mit der Schicht 5 bildet die Markierungsvorrichtung 7 dabei ein Markierungssystem 200.
  • Steuert nun die Steuereinheit 27 den Lasergenerator 9 entsprechend an, erzeugt dieser den Laserstrahl 11, der dann mittels der Ablenkeinrichtung 13 auf die Schicht 5 gelenkt wird. Dabei wird der Laserstrahl 11 durch die Fokussiereinrichtung 21 fokussiert. Durch Drehen der Spiegel 15, 17 (verdeutlicht durch Pfeile 27) kann der Laserstrahl 11 auf der Schicht 5 bewegt werden, wobei eine Drehung des ersten Spiegels 15 den Laserstrahl 11 parallel zu einer Y-Achse Y bewegt und eine Drehung des zweiten Spiegels 17 den Laserstrahl 11 parallel zu einerX-Achse X bewegt. Dabei steuert die Steuereinheit 27 die Spiegel 15, 17 derart an, dass der Laserstrahl 11 entlang einer mehrere Bildpunkte BP der Markierung 3 verbindenden Bahn 29 geführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Markierung ein regelmäßiges Raster von Bildpunkten BP auf. Es können jedoch auch beliebige andere regelmäßige und/oder unregelmäßige Muster von Bildpunkten BP erzeugt werden.
  • Beim Erzeugen der Markierung 3 werden die Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 kontinuierlich bewegt, wodurch Beschleunigungszeiten, die zum Beschleunigen und Abbremsen des ersten Spiegels 15 und des zweiten Spiegels 17 benötigt werden, minimiert oder vermieden werden können. Immer dann, wenn der Laserstrahl 11 dabei über einem zu erzeugenden Bildpunkt BP der Markierung 3 positioniert ist, steuert die Steuereinheit 27 den Lasergenerator 9 derart an, dass dieser eine mehrere Laserpulse 31 aufweisende Pulsfolge 33 erzeugt. Der Laserstrahl 11 wird hier also nicht durchgängig erzeugt, sondern nur dann, wenn ein Bildpunkt BP der Markierung 3 erzeugt werden soll. Ein theoretischer Auftreffpunkt 34 des Laserstrahls 11, der durch die jeweilige Position der Spiegel 15, 17 zu einem bestimmten Zeitpunkt definiert ist, wird jedoch kontinuierlich entlang der Bahn 29 geführt.
  • Ein erster Bildpunkt BP1 wird beispielsweise mittels der Laserpulse 31 erzeugt, wenn der Laserstrahl 11 durch die Ablenkeinrichtung 13 auf die in Fig. 1 dargestellte erste Position P1 geführt ist. Zwar bewegt sich der Laserstrahl 11 auch beim Erzeugen der Laserpulse 31 weiter, da aufgrund der hohen Oszillatorfrequenz 35 der zeitliche Abstand zwischen den Laserpulsen 31 jedoch sehr kurz ist, wird optisch wahrnehmbar nur ein Bildpunkt BP1 erzeugt. Vorzugsweise überlappen mittels der einzelnen Laserpulse 31 einer Pulsfolge 33 erzeugte Abschnitte des Bildpunktes BP.
  • Vorzugsweise liegt ein Fokuspunkt PF des Laserstrahls 11 auf einer der Fokussiereinrichtung 21 zugewandten Seite 23 der Schicht 5. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Fokuspunkt PF in der Schicht 5 oder auf einer der Fokussiereinrichtung 21 abgewandten Seite 25 liegt. Vorzugsweise ist die Fokussiereinrichtung 21 ein F-Theta-Objektiv 37 oder weist ein F-Theta-Objektiv 37 auf. Es soll verstanden werden, dass die Fokussiereinrichtung 21 vorzugsweise auch mehrere Linsen und/oder Objektive aufweisen kann.
  • Der Lasergenerator 9 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Laseroszillator 39 und einen Verstärker 41 auf. Der Laseroszillator 39 erzeugt Seedlaserpulse 43, wobei deren Energie dann mittels des Verstärkers 41 erhöht wird und diese dann als Laserpulse 31 abgegeben werden können. Dabei erzeugt der Laseroszillator 39 die Seedlaserpulse 43 mit einer Oszillationsfrequenz 45. Eine Koppelvorrichtung 47 des Lasergenerators 9 ist dazu ausgebildet Seedlaserpulse 43 auszukoppeln und zum Verstärker 41 zu leiten. Es soll verstanden werden, dass nicht jeder der Seedlaserpulse 43 zu einem Laserpuls 31 verstärkt wird.
  • Figur 2a illustriert die Schritte ein erstes herkömmliches Verfahrens 300, das zum Erzeugen einer Markierung 3 mit mehreren Bildpunkten BP ausgebildet ist. Gemäß diesem ersten Verfahren wird ein Laserstrahl 11 mittels einer Ablenkeinrichtung 13 zu einer ersten Position P1, an der ein erster Bildpunkt BP1 erzeugt werden soll, geführt (Schritt S1.1). Sobald der Laserstrahl 11 die gewünschte Position P1 erreicht, werden die Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 gestoppt (Schritt S1.2), sodass der Fokuspunkt FP des Laserstrahls 11 stillsteht. Anschließend werden zum Erzeugen des ersten Bildpunkts BP1 nacheinander mehrere Laserpulse 31 auf die Schicht 5 aufgebracht (Schritte S1.3 bis S1.5). Nachdem der erste Bildpunkt BP1 vollständig erzeugt wurde, werden die Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 beschleunigt und der Laserstrahl 11 entlang einer die Bildpunkte verbindendend Bahn 29 zu einer zweiten Position P2 eines zweiten zu erzeugenden Bildpunktes BP2 bewegt (Schritt S1.6). Dort wird der Laserstrahl 11 durch Abbremsen der Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 erneut gestoppt (Schritt S1.7). Daraufhin wird der zweite Bildpunkt BP2 durch Aufbringen mehrerer Laserpulse 31 auf die Schicht 5 erzeugt (Schritte S1.8 bis S1.10). Dieses Vorgehen wird anschließend in analoger Weise fortgeführt, bis sämtliche Bildpunkte BP der Markierung 3 erzeugt worden sind (Schritt S1.11). Die Bewegung der Ablenkeinrichtung 13 wird also im Rahmen des bekannten Verfahrens 300 fortlaufend unterbrochen, wobei die vielen Unterbrechungen der Bewegung eine benötigte Bearbeitungsdauer zum Erzeugen der Markierung erhöht.
  • Figur 2b verdeutlich nun ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1. Auch hier wird der Laserstrahl 11 von den Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 entlang der die Bildpunkte BP verbindenden Bahn 29 geführt, jedoch mit einer kontinuierlichen Bewegung. Das kontinuierliche Führen des Laserstrahls 11 durch die kontinuierlich bewegten Ablenkspiegel 15, 17 der Ablenkeinrichtung 13 wird in Figur 2b mittels des durchgängigen Pfeils 49 verdeutlicht. Auf dem Pfeil 49 sind beispielhaft die erste Position P1 des ersten zu erzeugenden Bildpunkts BP1, die zweite Position P2 des zweiten zu erzeugenden Bildpunkts BP2 und die Position Pn des n-ten zu erzeugenden Bildpunkts BPn der Markierung dargestellt. Die Ablenkeinrichtung 13 führt den Laserstrahl 11 dabei mit der Scangeschwindigkeit Vs entlang der Bahn 29. Die Scangeschwindigkeit Vs beschreibt als diejenige Geschwindigkeit, mit der der Auftreffpunkt 34 des Laserstrahls 11, der vorzugsweise der Fokuspunkt FP ist, entlang der die Bildpunkte BP verbindenden Bahn 29 bewegt wird.
  • Sobald der Laserstrahl 11 die erste Position P1 des ersten Bildpunkts BP1 erreicht, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem Lasergenerator 9 eine erste Pulsfolge 33.1 erzeugt und auf die Schicht 5 aufgebracht (Schritt S2.1). Hier weist die Pulsfolge 33 insgesamt sechs Laserpulse 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 auf. Das Aufbringen der Laserpulse 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 wird durch die Teilschritte S2.1.1, S2.1.2, S2.1.3, S2.1.4, S2.1.5, S2.1.6 repräsentiert. Um mehrere Bildpunkte BP der Markierung 3 zu erzeugen, wird immer dann, wenn der Laserstrahl 11 eine Position entlang der Bahn 29 erreicht, an der ein Bildpunkt BP erzeugt werden soll, eine Pulsfolge 33 erzeugt. Beispielhaft sind hier eine erste Pulsfolge 33.1 zum Erzeugen eines ersten Bildpunktes BP1, eine zweite Pulsfolge 33.2 zum Erzeugen eines zweiten Bildpunktes BP2 (Schritt S2.2) und eine n-te Pulsfolge 33.n gezeigt (Schritt S2.3). Das Aufbringen der Laserpulse 31.7, 31.8, 31.9, 31.10, 31.11, 31.12 der zweiten Pulsfolge 33.2 ist in analoger Weise zur ersten Pulsfolge 33.1 mit durch die Teilschritte S2.2.1, S2.2.2, S2.2.3, S2.2.4, S2.2.5, S2.2.6 repräsentiert. Es soll verstanden werden, dass zum Erzeugen dritter Bildpunkte BP3 (nicht dargestellt) bis n-ter Bildpunkte jeweils Pulsfolgen 33.3 bis 33.n abgegeben werden. Nach einem einmaligen Führen des Laserstrahls 11 entlang der die Bildpunkte BP verbindenden Bahn 29 ist die Markierung 3 vollständig erzeugt, wobei ein zum Erzeugen der Markierung 3 benötigter Zeitbedarf gegenüber dem herkömmlichen Verfahren 300 erheblich reduziert werden kann.
  • Die Laserpulse 31 der Pulsfolge 33 werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer besonders hohen Oszillatorfrequenz 35 von beispielsweise 50 MHz erzeugt und auf die Schicht 5 aufgebracht. Somit liegt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen 31.1, 31.2 der Pulsfolge 33 ein Zeitraum von 20 ns. Zwischen einem Erzeugen des ersten Laserpulses 31.1 und einem Erzeugen des sechsten Laserpulses 31.6 verstreicht in diesem Beispiel insgesamt ein Zeitraum von 100 ns, woraus sich eine Pulsfolgedauer 36 der ersten Pulsfolge 33.1 von 100 ns ergibt.
  • Das Erzeugen der Pulsfolge 33 erfolgt parallel zu dem Pfeil 49 beziehungsweise während der Bewegung des Laserstrahls 11 durch die Ablenkeinrichtung 13. Wie mittels der geschweiften Klammern in Figur 2b verdeutlicht wird, ist der Zeitraum, der zum Erzeugen einer der Pulsfolgen 33 benötigt wird, sehr viel geringer, als ein gesamter Zeitbedarf zum Erzeugen der Markierung 3. Das Erzeugen eines Bildpunktes BP kann daher illustrierend als Punkt auf dem das Führen des Laserstrahls 11 entlang der Bahn 29 darstellenden Pfeils 49 verdeutlicht werden.
  • Ein Zeitraum, der zwischen dem Erzeugen zweier aufeinanderfolgender Pulsfolgen 33 verstreicht, ist größer als die Pulsfolgedauer 36 zum Erzeugen sämtlicher Laserpulse 31 einer Pulsfolge 33. Der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Pulsfolgen 33 wird durch die Modulationsfrequenz 55 bestimmt. Hier weist die Modulationsfrequenz 55 einen Wert von 10 kHz auf, sodass zwischen der ersten Pulsfolge 33.1 und der zweiten Pulsfolge 33.2 ein zeitlicher Abstand von 100 µs liegt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht ein zeitlicher Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Pulsfolgen 33 also dem tausendfachen der Pulsfolgedauer 36 zum Erzeugen der Laserpulse 31 einer einzelnen Pulsfolge 33. Vorzugsweise weist die Oszillatorfrequenz einen Wert in einem Bereich von 40 MHz bis 50 MHz und die Modulationsfrequenz einen Wert von bis zu 2 MHz, besonders bevorzugt 1,5 MHz bis 2 MHz auf.
  • Die Laserpulse 31 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel ultrakurze Laserpulse 32 mit einer Pulsdauer 81 von kleiner 10 ps (Figur 7). Aufgrund der ultrakurzen Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse 32 wird der Laserstrahl 11 während eines ultrakurzen Laserpulses 32 nur unmerklich entlang der Bahn 29 bewegt. Auch die Oszillatorfrequenz 35 ist so hoch, dass eine Bewegung des Auftreffpunktes 34 des Laserstrahls 11 entlang der Bahn 29 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen 31.1, 31.2 nur sehr gering ist. Daher treffen beispielsweise sämtliche Laserpulse 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 der ersten Pulsfolge 33.1 an der im Wesentlichen identischen ersten Position P1 entlang der Bahn 29 auf die Schicht 5 auf, und wirken zum Erzeugen des ersten Bildpunkt BP1 der Markierung 3 zusammen. Es soll verstanden werden, dass aufgrund des kontinuierlichen Führens des Laserstrahls 11 mittels der Ablenkeinrichtung 13 jeweilige Auftreffpunkte 34.1, 34.2, 34.3, 34.4, 34.5, 34.6 der einzelnen Laserpulse 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 der ersten Pulsfolge 33.1 geringfügig zueinander versetzt sind und dennoch zum Erzeugen des ersten Bildpunktes BP1 zusammenwirken.
  • Figur 2c verdeutlicht, dass Bildpunkte BP der Markierung 3 unregelmäßig zueinander angeordnet sein können. Vorzugsweise ist die Scangeschwindigkeit Vc, mit der der Laserstrahl 11 von der Ablenkeinrichtung 13 entlang der Bahn 29 geführt wird, konstant. Mögliche Positionen P1 bis Pn zum Erzeugen von Bildpunkten weisen dann einen regelmäßigen Abstand zueinander auf. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Scangeschwindigkeit Vc einen Wert von 10 m/s, sodass zwei aufeinanderfolgende Positionen P1, P2 bei einer Modulationsfrequenz 55 von beispielsweise 10 kHz einen räumlichen Abstand von 1 mm entlang der Bahn 29 aufweisen. Zum Erzeugen eines regelmäßigen Musters von Bildpunkten BP wird immer dann, wenn der Laserstrahl 11 eine Position P erreicht, eine Pulsfolge 33 erzeugt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nicht an jeder der Positionen P eine Pulsfolge 33 erzeugt wird. So wird in Figur 2c nur an der ersten Position P1, an der zweiten Position P2, an einer fünften Position P5 und an einer siebten Position P7 eine jeweilige Pulsfolge 33.1, 33.2, 33.5, 33.7 erzeugt. Die mittels der Pulsfolgen 33.1, 33.2, 33.5, 33.7 erzeugten Bildpunkte BP1, BP2, BP5, BP7 der Markierung 3 sind parallel zum Pfeil 49 dargestellt.
  • Die Pulsfolgen 33 können also vorzugsweise auch mit einem ganzzahligen Bruchteil der Modulationsfrequenz 55 erzeugt werden. In diesem Ausführungsbeispiel liegt zwischen der ersten Pulsfolge 33.1 und der zweiten Pulsfolge 33.2 ein Intervall 56 der Modulationsfrequenz 55. Zwischen der zweiten Pulsfolge 33.2 und der fünften Pulsfolge 33.5 liegen hingegen drei Intervalle 56 und zwischen der fünften Pulsfolge 33.5 und der siebten Pulsfolge 33.7 zwei Intervalle 56 der Modulationsfrequenz 55. Das Erzeugen der Pulsfolgen 33 mit einem ganzzahligen Vielfachen des Intervalls 56 bzw. einem ganzzahligen Bruchteil der Modulationsfrequenz 55 ermöglicht dabei eine besonders einfache Verfahrensführung. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwei aufeinanderfolgende Pulsfolgen 33 beliebig zueinander beabstandet sind. Somit können beispielsweise Markierungen 3 mit besonders individuellen Mustern erzeugt werden.
  • Figur 3 verdeutlicht eine Markierung 3, die mittels Materialabtrag eines die Schicht 5 bildenden Materials 57 erzeugt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Materialabtrag mittels Sublimation des die Schicht 5 bildenden Materials 57 bewirkt, wobei ein den Bildpunkt BP umgebendes Material 59 karbonisierungsfrei ist. Im umgebenden Material 59 enthaltene Polymermoleküle werden dabei nicht verkohlt. In Figur 3a trifft ein erster Laserpuls 31.1 der Pulsfolge 33 auf das Material 57 der Schicht 5, wobei eine Laserbohrung 61 erzeugt wird. Die Laserbohrung 61 erstreckt sich im Wesentlichen gleichmäßig um den Auftreffpunkt 34.1 des ersten Laserpulses, der an der Spitze des den ersten Laserpulses 31.1 illustrierenden Pfeils angeordnet ist.
  • In Figur 3b trifft ein zweiter Laserpuls 31.2 der Pulsfolge 33 auf das Material 57. Dabei wird ein weiterer Teil des Materials 57 der Schicht 5 sublimiert und somit entfernt, wobei eine Bohrungstiefe T1 der Laserbohrung 61 zunimmt. Zwischen dem ersten Laserpuls 31.1 und dem zweiten Laserpuls 31.2 wurde der Laserstrahl 11 geringfügig entlang der Bahn 29 weiterbewegt, sodass ein zweiter Auftreffpunkt 34.2 des zweiten Laserpulses 31.2 geringfügig entlang der Bahn 29 zum ersten Auftreffpunkt 34.1 des ersten Laserpulses 31.1 verschoben ist. In Figur 3 verläuft die Bahn 29, die die Bildpunkte BP verbindet also nach rechts.
  • In analoger Weise erfolgt auch mittels der weiteren Laserpulse 31.3, 31.4, 31.5, 31.6 ein Materialabtrag (Fig. 3c bis Fig. 3f), wobei die jeweiligen Auftreffpunkte 34.3, 34.4, 34.5, 34.6 zueinander versetztsind. Die Bohrungstiefe T1 der Laserbohrung 61 nimmt mit jedem auftreffenden Laserpuls 31 zu. Nachdem der sechste Laserpuls 31.6 auf die Schicht 5 aufgebracht wurde, ist das Erzeugen der Laserbohrung 61 abgeschlossen. Das Aspektverhältnis der fertigen Laserbohrung 61 bestimmt sich aus einem Quotient T1/D der Bohrungstiefe T1 und eines maximalen Durchmessers D der Laserbohrung 61.
  • Aufgrund der Bewegung des Laserstrahls 11 entlang der Bahn 29, weist die Laserbohrung zudem das in Figur 3 dargestellte gestufte Profil auf. Das abgestufte Profil ist jedoch je nach Ausprägung kaum oder nicht wahrnehmbar. Figur 4 verdeutlicht dabei das Verfahren zum Erzeugen der Laserbohrung 61 in einer parallel zur Bohrungstiefe T1 gerichteten Ansicht. Der erste Laserpuls 31.1 trifft im ersten Auftreffpunkt 34.1 auf die Schicht 5 und verdampft das die Schicht 5 bildende Material 57. Dabei wird die etwa kreisförmige Laserbohrung 61 erzeugt. Anschließend wird der zweite Laserpuls 31.2 erzeugt und trifft im zweiten Auftreffpunkt 34.2 auf die Schicht 5, wobei die Bohrungstiefe T1 zunimmt. In der dargestellten Ansicht ist das Bewegen des Auftreffpunktes 34 besonders gut zu erkennen. Die Figuren 4c bis 4e illustrieren die sich verändernde Form der Laserbohrung 61 durch das Auftreffen der weiteren Laserpulse 31.3, 31.4, 31.5 an den Auftreffpunkten 34.3, 34.4, 34.5. Figur 4f zeigt den Querschnitt der Laserbohrung 61, nachdem auch durch Auftreffen des sechsten Laserpulses 31.6 der Pulsfolge 33 das Material 57 der Schicht 5 abgetragen wurde.
  • Die Laserbohrung 61 ist somit in Figur 4f fertiggestellt und weist einen ovalen Querschnitt auf, der hier der Form eines Langlochs entspricht. Eine kurze Halbachse 63 der Laserbohrung 61 ist aufgrund der Verschiebung des Auftreffpunktes 34 quer zur Bahn 29. Eine Gestalt des ovalen Querschnitts der Laserbohrung 61 wird dabei von einer Scangeschwindigkeit Vs, mit der der Laserstrahl 11 von der Ablenkeinrichtung 13 entlang der Bahn 29 geführt wird, der Oszillatorfrequenz 35 und der Pulsfolgedauer 36 der Laserpulse 31 einer Pulsfolge 33 beeinflusst. Eine Markierung 3 mit Laserbohrungen 61, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 erzeugt wurden, ist daher besonders fälschungssicher. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Oszillatorfrequenz 35, die Pulsfolgedauer 36 der Laserpulse 31 und die Scangeschwindigkeit Vc derart gewählt sind, dass die Laserbohrung 61 einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist. Ferner kann die Laserbohrung 61 auch einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise kann eine Querschnittsform der Laserbohrung 61 durch Variation eines Strahlquerschnitts des Laserstrahls 11 variiert werden.
  • In Fig. 5 ist, beispielhaft und nicht maßstäblich, ein Ausschnitt eines Dokumentenkörpers eines Sicherheitsdokuments 65 dargestellt. Das Sicherheitsdokument 65 weist eine Vorderseite 67 und eine Rückseite 69 auf. Das Sicherheitsdokument 65 ist aus mehreren Schichten 71 aufgebaut und umfasst eine vorzugsweise transparente Deckschicht 73, die hier die Schicht 5 (siehe Fig. 1) ist. Mindestens eine der Schichten 71 und/oder 73 kann als Folie ausgestaltet sein. Die Schichten sind miteinander durch Lamination zu einem Dokumentenkörper verbunden. Unter der Deckschicht 73 befindet sich die für das Sicherheitsdokument 65 charakteristische, vorzugsweise personalisierte oder individualisierte, Information, wie zum Beispiel ein personenbezogenes oder individuelles Textelement und/oder graphische Darstellung und/oder Bild, zum Beispiel ein Portrait.
  • Auf der Vorderseite 67 des Sicherheitsdokuments 65 ist eine Markierung 3 angeordnet, welche bei Betrachtung senkrecht zur Vorderseite 67 im Wesentlichen nicht sichtbar ist und somit die darunterliegende Information gut erkennbar bleibt. Allgemein kann die Markierung 3, wenn diese vor dem Aufbringen der Deckschicht 73 auf den Folienstapel gebildet wird, auch auf der bezüglich des Folienstapels innenliegenden Oberfläche der Deckschicht 73 angeordnet sein. Auch können eine oder mehrere weitere Schichten zum Schutz der Markierung 3 aufgebracht sein.
  • Bei Betrachtung unter einem Glanzwinkel, d.h. unter einem flachen Winkel wird die Markierung 3 als mattierte Fläche sichtbar. Vorzugsweise ist die Markierung 3 passgenau zu einem darunterliegenden Bildelement 77 eingebracht. Vorzugsweise korrespondiert die Markierung 3 mit der darunterliegenden Information, vorzugsweise dem Bildelement 77. Die Markierung 3 ist also vorzugsweise eine individuelle oder personalisierte Markierung 3 und trägt oder kodiert eine individuelle oder personalisierte Information, die mit der Information der darunterliegenden Schicht korrespondiert. Eine Manipulation der Oberfläche oder ein Austausch der Deckschicht 73 wäre dadurch gut erkennbar. Die Markierung 3 muss nicht über, insbesondere deckungsgleich über, dem Bildelement 77 angeordnet sein, sondern kann auch an einer anderen Stelle des Sicherheitsdokumentes 65 eingebracht werden. Zum Beispiel kann die mit der Markierung 3 versehene Schicht 5 auch auf der Rückseite 69 des Sicherheitsdokuments 65 angebracht sein.
  • Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer mit einer Markierung 3 versehenen Schicht 5. Die Markierung 3 hat ein Muster von Bildpunkten BP, die als Laserbohrungen 61 ausgeführt sind. Vorzugsweise umfasst das Verfahren 1 ferner optional einen der Schritte: Füllen der Laserbohrungen mit einem Material, das sich von dem die Schicht 5 bildenden Material unterscheidet und/oder Abdecken der Markierung 3 mittels einer Schicht, einer Folie und/oder einem Film. Beispielsweise können die Laserbohrungen 61 mittels einer Lackschicht abgedeckt werden.
  • Figur 7 verdeutlicht eine Intensität einer Pulsfolge 33 mit drei ultrakurzen Laserpulsen 32, die im erfindungsgemäßen Verfahren 1 zum Erzeugen einer Markierung 3 auf die Schicht 5 aufgebracht werden, im Vergleich zu einem Standardpuls 79, wie dieser in einem herkömmlichen Verfahren 300 eingesetzt werden kann. Die Abszisse des dargestellten Koordinatensystems beschreibt eine Zeitachse ZA, während die Ordinate einen Wert der Intensität I repräsentiert.
  • Eine Intensität IKP der ultrakurzen Laserpulse 32.1, 32.2, 32.3 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel etwa einem Drittel der Intensität IS des Standardpulses 79. Somit stimmt eine Summe der Intensitäten IKP der ultrakurzen Pulse 32, die während der Pulsfolge 33 auf die Schicht 5 aufgebracht wird, mit der Intensität IS eines Standardpulses 79 überein. Auch eine Pulsdauer 81 der ultrakurzen Laserpulse 32 und des Standardpulses 79 sowie die Modulationsfrequenz 55 sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch. Durch die Verteilung der Intensität I auf mehrere ultrakurze Laserpulse 32 ist eine Abtragseffizienz der Pulsfolge 33 größer als eine Abtragseffizienz des Standardpulses IS. Das heißt mittels der Pulsfolge 33 kann mehr Material 57 aus der Schicht 5 entfernt werden als mit dem Standardpuls IS, wodurch ein gesamter Energiebedarf zum Erzeugen der Markierung 3 reduziert werden kann.
    • Bezugszeichenliste
  • Verfahren 1
    Markierung 3
    Schicht 5
    Markierungsvorrichtung 7
    Lasergenerator 9
    Laserstrahl 11
    Ablenkeinrichtung 13
    Erster Spiegel 15
    Zweiter Spiegel 17
    Zweiachsige Ablenkeinrichtung 19
    Fokussiereinrichtung 21
    Fokussiereinrichtungzugewandte Seite 23
    Fokussiereinrichtungabgewandte Seite 25
    Steuereinheit 27
    Bahn 29
    Laserpuls 31, 31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5, 31.6, 31.7, 31.8, 31.9, 31.10, 31.11, 31.12
    Ultrakurzer Laserpuls 32
    Pulsfolge 33, 33.1, 33.2
    Auftreffpunkt 34, 34.1, 34.2, 34.3, 34.5
    Oszillatorfrequenz 35
    Pulsfolgedauer 36
    F-Theta-Objektiv 37
    Laseroszillator 39
    Verstärker 41
    Seedlaserpuls 43
    Oszillationsfrequenz 45
    Koppelvorrichtung 47
    Pfeil 49
    Modulationsfrequenz 55
    Intervall der Modulationsfrequenz 56
    Die Schicht bildendes Material 57
    Umgebendes Material 59
    Laserbohrung 61
    Kurze Halbachse 63
    Sicherheitsdokument 65
    Vorderseite 67
    Rückseite 69
    Schichten 71
    Transparente Deckschicht 73
    Bildelement 77
    Standardpuls 79
    Pulsdauer 81
    Markierungssystem 200
    herkömmliche Verfahren 300
    Bildpunkte BP, BP1, BP2, BP5, BP7, BPn
    Maximaler Durchmesser D
    Fokuspunkt FP
    Intensität I
    Intensität ultrakurzer Laserpulse IKP
    Intensität Standardpuls IS
    Positionen der Bildpunkte P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, Pn
    Schritte S#
    Tiefe der Laserbohrung T1
    Scangeschwindigkeit Vs
    Zeitachse ZA

Claims (15)

  1. Verfahren (1) zum Einbringen einer Markierung (3) mittels eines von einem Lasergenerator (9) erzeugten Laserstrahls (11), in eine Schicht (5) eines Sicherheitsdokuments (65), wobei
    die Markierung (3) eine Mehrzahl an Bildpunkten (BP) in wenigstens einer ersten die Bildpunkte (BP) verbindenden Bahn (29) aufweist,
    der Laserstrahl (11) mittels zumindest einem bewegbaren Ablenkspiegel (15, 17) einer Ablenkeinrichtung (13) entlang der die Bildpunkte (BP) verbindenden ersten Bahn (29) auf der Schicht (5) geführt wird,
    wobei eine Bewegung des Laserstrahls (11) durch die Ablenkeinrichtung (13) kontinuierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
    zum Erzeugen eines der Bildpunkte (BP) der Markierung (3) während der kontinuierlichen Bewegung durch die Ablenkeinrichtung (13) eine Pulsfolge (33) von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Laserpulsen (31) des Laserstrahls (11) erzeugt wird.
  2. Verfahren (1) nach Anspruch 1, wobei die Laserpulse (31) ultrakurze Laserpulse (32) sind, wobei die Laserpulse (31) vorzugsweise mit einer Oszillatorfrequenz (35), gemessen zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen (31) der Pulsfolge (33), erzeugt werden, die einen Wert in einem Bereich von 100 kHz bis 100 MHz aufweist.
  3. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Scangeschwindigkeit (Vs), mit der der Laserstrahl (11) entlang der ersten Bahn (29) bewegt wird, einen Wert von 10 m/s oder größer aufweist.
  4. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Gesamtenergie der Pulsfolge (33) im Wesentlichen gleichmäßig auf die Laserpulse (31) der Pulsfolge (33) verteilt ist, wobei eine Energie eines Laserpulses (31) der Pulsfolge (33) vorzugsweise einen Wert von 10 µJ oder kleiner aufweist.
  5. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Fluenz eines auftreffenden Laserpulses (31) der Pulsfolge (33) einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich einem zehnfachen Wert einer Schwellfluenz des die Schicht (5) bildenden Materials (57) ist.
  6. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der Laserpulse (31) der Pulsfolge (33), die zum Erzeugen des jeweiligen Bildpunktes (BP) erzeugt wird, variiert wird.
  7. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (11) in einem Zeitraum zwischen einem ersten Laserpuls (31.1) und einem letzten Laserpuls (31.n) der Pulsfolge (33) um einen Strahlfortschrittswert in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm, besonders bevorzugt um einen Wert von 1 µm, entlang der ersten Bahn (29) bewegt wird.
  8. Verfahren (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der Bildpunkte (BP) durch Materialabtrag eines die Schicht (5) bildenden Materials (57) erfolgt, wobei durch Materialabtrag eine Laserbohrung (61) mit einer Bohrungstiefe (T1) erzeugt wird, wobei der Materialabtrag vorzugsweise karbonisierungslos und/oder durch Sublimation des die Schicht (5) bildenden Materials (57) erfolgt.
  9. Verfahren (1) nach Anspruch 8, wobei die Laserbohrung (61) einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt aufweist, wobei eine kurze Halbachse (63) des ovalen Querschnitts vorzugsweise im Wesentlichen quer zur ersten Bahn (29) der Mehrzahl an Bildpunkten (BP) ist.
  10. Verfahren (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Laserbohrung (61) ein Aspektverhältnis (T1/D), gemessen als Quotient aus der Bohrungstiefe (T1) und einem maximalen Bohrungsdurchmesser (D), in einem Bereich von 0,05 bis 5 aufweist.
  11. Markierungsvorrichtung (7) zum Einbringen einer eine Mehrzahl an Bildpunkten (BP) aufweisenden Markierung (3) in eine Schicht (5) eines Sicherheitsdokuments (65), aufweisend
    einen Lasergenerator (9), der zum Erzeugen eines Laserstrahls (11) ausgebildet ist, eine Ablenkeinrichtung (13) mit zumindest einem bewegbaren Ablenkspiegel (15, 17) zum Führen des Laserstrahls (11) auf der Schicht (5), und
    eine Steuereinheit (27), die zum Steuern der Ablenkeinrichtung (13) und des Lasergenerators (9) ausgebildet ist,
    wobei die Steuereinheit (27) dazu ausgebildet ist, die Ablenkeinrichtung (13) derart zu steuern, dass der zumindest eine bewegbare Ablenkspiegel (15, 17) der Ablenkeinrichtung (13) zum Führen des Laserstrahls (11) entlang einer die Bildpunkte (BP) verbindenden ersten Bahn (29) eine kontinuierliche Bewegung ausführt, und den Lasergenerator (9) derart zu steuern, dass der Lasergenerator (9) zum Erzeugen eines Bildpunkts (BP) der Markierung (3) während der Bewegung des zumindest einen Ablenkspiegels (15, 17) eine Pulsfolge (33) von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Laserpulsen (31) des Laserstrahls (11) auf die Schicht (5) aufbringt.
  12. Markierungsvorrichtung (7) nach Anspruch 11, wobei der Lasergenerator (9) einen Laseroszillator (39) und einen nachgeschalteten Verstärker (41) aufweist, und wobei der Lasergenerator (9) dazu ausgebildet ist, eine Pulsfolge (33) von Laserpulsen (31) bereitzustellen, deren Oszillatorfrequenz (35) einer Schwingfrequenz des Laseroszillators (39) entspricht.
  13. Sicherheitsdokument (65), aufweisend
    eine Schicht (5) mit einer Markierung (3), die eine Mehrzahl an Bildpunkten (BP) aufweist, herstellbar durch ein Verfahren (1) mit den Schritten:
    Führen eines Laserstrahls (11) mittels zumindest einem bewegbaren Ablenkspiegel (15, 17) einer Ablenkeinrichtung (13) entlang einer die Bildpunkte (BP) verbindenden ersten Bahn (29) auf der Schicht (5), wobei eine Bewegung des Laserstrahls (11) durch die Ablenkeinrichtung (13) kontinuierlich erfolgt, und
    Erzeugen einer Pulsfolge (33) von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Laserpulsen (31) des Laserstrahls (11) während der kontinuierlichen Bewegung der Ablenkeinrichtung (13) zum Erzeugen eines der Bildpunkte (BP) der Markierung (3).
  14. Verwendung einer Schicht (5) mit einer Markierung (3), die eine Mehrzahl an Bildpunkten (BP) aufweist, herstellbar durch ein Verfahren (1) mit den Schritten:
    Führen eines Laserstrahls (11) mittels zumindest einem bewegbaren Ablenkspiegel (15, 17) einer Ablenkeinrichtung (13) entlang einer die Bildpunkte (BP) verbindenden ersten Bahn (29) auf der Schicht (5), wobei eine Bewegung des Laserstrahls (11) durch die Ablenkeinrichtung (13) kontinuierlich erfolgt, und
    Erzeugen einer Pulsfolge (33) von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Laserpulsen (31) des Laserstrahls (11) während der kontinuierlichen Bewegung der Ablenkeinrichtung (13) zum Erzeugen eines der Bildpunkte (BP) der Markierung (3) in einem Sicherheitsdokument (65).
  15. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Markierungsvorrichtung (7) gemäß Anspruch 11 oder 12, das in den Ansprüchen 1 bis 10 definierte Verfahren (1) ausführt, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit ausgeführt wird.
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