VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES SICHERHEITSELEMENTS MIT EINEM LINSENRASTERBILD

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild (70) zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbarer Sollbilder (18A, 18B), deren Motive (22A, 22B) durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische Teilbereiche und demetallisierte Teilbereiche (42A, 42B) einer Motivschicht (40) gebildet sind, wobei bei dem Verfahren
- ein Linsenrasterbild (70) mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen (34) und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht (40) bereitgestellt wird,
- eine Markierungs-Laserquelle (52) zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung bereitgestellt wird,
- die gepulste Laserstrahlung im Strahlengang zwischen der Laserquelle (52) und dem Linsenrasterbild (70) durch einen Strahlformer (60) oder eine schaltbare Maske (82) mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen wird, und
- eine Mehrzahl von Mikrolinsen (34) des Linsenrasters gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt (62) beaufschlagt wird, um gleichzeitig eine Mehrzahl teilmotivförmig demetallisierter Teilbereiche (42, 42B) in der darunterliegenden metallischen Motivschicht (40) zu erzeugen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbarer Sollbilder, wobei die Motive der Sollbilder insbesondere durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische und demetallisierte Teilbereiche einer Motivschicht gebildet sind.

[0002] Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.

[0003] Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigen Effekten, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente werden dabei mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/ oder ein anderes graphisches Motiv zeigen.

[0004] Beispielsweise werden Ausweiskarten, wie etwa Kreditkarten oder Personalausweise seit langem mittels Lasergravur personalisiert. Bei der Personalisierung durch Lasergravur werden die optischen Eigenschaften des Substratmaterials durch geeignete Führung eines Laserstrahls in Gestalt einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert.

[0005] Die Druckschrift EP 0 219 012 A1 beschreibt eine Ausweiskarte mit einer partiellen Linsenrasterstruktur. Durch diese Linsenstruktur werden mit einem Laser unter verschiedenen Winkeln Informationen in die Karte eingeschrieben. Diese Informationen können anschließend auch nur unter diesem Winkel erkannt werden, so dass beim Kippen der Karte die unterschiedlichen Informationen erscheinen.

[0006] Enthält ein Linsenrasterbild eine metallische Motivschicht, so können die dargestellten Motive durch lokale Demetallisierungen der metallischen Motivschicht gebildet sein. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, mit einem Laser durch Demetallisierung ein Design in eine Metallisierung einzubringen. Zum einen kann die Demetallisierung durch direkte Beschriftung erfolgen, indem ein Laserstrahl mittels einer geeigneten Scaneinrichtung über die metallische Motivschicht geführt wird. Derartige Scaneinrichtungen sind allerdings teuer und erreichen in der Regel nicht die in einer industriellen Fertigungslinie benötigten Geschwindigkeiten.

[0007] Eine andere Möglichkeit der Demetallisierung besteht in der Laserbeaufschlagung über eine Maske. Die Maske sollte sich in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess bevorzugt mit der Geschwindigkeit der Papier- oder Folienbahn bewegen. Zudem ist für jedes Design eine eigene Maske nötig, so dass die Maske in der Praxis nicht einfach auf die laufende Bahn gedruckt werden kann. Alternativ muss für jedes Design ein eigener Belichtungsschritt durchgeführt werden, wobei nach der Laserbelichtung aus der entsprechenden Richtung die Belichtungsmaske entfernt werden muss. Durch eine Maske wird außerdem ein Teil der Laserstrahlung ausgeblendet oder absorbiert, so dass nur ein Teil der Laserintensität für die Laserbeschriftung selbst zur Verfügung steht.

[0008] Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, und das insbesondere eine hohe Produktionsgeschwindigkeit bzw. eine hohe Effektivität der Laserdemetallisierung ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0010] Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art

• ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht bereitgestellt,
• wird eine Markierungs-Laserquelle zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung bereitgestellt,
• wird die gepulste Laserstrahlung im Strahlengang zwischen der Laserquelle und dem Linsenrasterbild durch einen Strahlformer oder eine schaltbare Maske mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen, und
• wird eine Mehrzahl von Mikrolinsen des Linsenrasters gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt, um gleichzeitig eine Mehrzahl teilmotivförmig demetallisierter Teilbereiche in der darunterliegenden metallischen Motivschicht zu erzeugen.

[0011] In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird als Strahlformer ein Diffraktives Optisches Element (DOE) oder ein Refraktives Optisches Element (ROE) bereitgestellt. Nach einer ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante wird als schaltbare Maske ein Mikrospiegelaktor (Digital Micromirror Device, DMD) oder ein Flächenlichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM) bereitgestellt.

[0012] Sowohl der Strahlformer als auch die schaltbare Maske können in Transmission oder Reflexion arbeiten. Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Strahlformer in Transmission bzw. die schaltbare Maske in Reflexion arbeitet.

[0013] Als Mikrolinsen werden im Rahmen dieser Beschreibung Linsen bezeichnet, deren Größe in zumindest einer lateralen Richtung unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges liegt. Die Mikrolinsen können dabei beispielsweise sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Bevorzugt ist gegenwärtig allerdings der Einsatz von Zylinderlinsen, so dass bei dem Verfahren mit Vorteil ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikro-Zylinderlinsen bereitgestellt wird.

[0014] Die sphärischen oder asphärischen Mikrolinsen haben vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 50 µm, besonders bevorzugt zwischen 15 µm und 20 µm. Die Mikro-Zylinderlinsen haben vorzugsweise eine Breite zwischen 5 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 50 µm, besonders bevorzugt zwischen 15 µm und 20 µm. Die Länge der Mikro-Zylinderlinsen ist beliebig, sie kann beispielsweise beim Einsatz in Sicherheitsfäden der Gesamtbreite des Fadens entsprechen und mehrere Millimeter betragen.

[0015] Mit Vorteil werden bei dem Verfahren zumindest 20, vorzugsweise zumindest 50, insbesondere zumindest 500 Mikrolinsen gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt.

[0016] Die Mikrolinsen werden vorteilhaft mit einem Laserstrahl beaufschlagt, dessen Strahlquerschnitt flächig ausgedehnt ist und der nicht auf einen linienförmigen Oberflächenbereich beschränkt ist. Der Strahlquerschnitt weist dabei insbesondere die Form von Mustern, Zeichen, insbesondere alphanumerischen Zeichen, oder einer Codierung auf.

[0017] Weiter werden die Mikrolinsen des Linsenrasters mit Vorteil für jedes Sollbild unter einem Winkel mit der Laserstrahlung beaufschlagt, der der vorbestimmten Betrachtungsrichtung dieses Sollbilds entspricht. Die Mikrolinsen des Linsenrasters können auch mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit motivförmigem Strahlquerschnitt aus unterschiedlichen Winkeln beaufschlagt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Mikrolinsen des Linsenrasters mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit unterschiedlichen motivförmigen Strahlquerschnitten beaufschlagt werden. Die die zwei oder mehr Laserstrahlen können von unterschiedlichen Markierungslasern oder von demselben Markierungslaser stammen.

[0018] Vorteilhaft werden die Mikrolinsen des Linsenrasters mit gepulster Laserstrahlung einer Pulslänge zwischen 5 ns und 130 ns beaufschlagt. Als Laserquelle hat sich ein Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 µm bis 3 µm, insbesondere ein Nd:YAG-Laser oder Nd:YVO₄-Laser bewährt. Um bestimmte Metalle, wie etwa Gold oder Kupfer, durch Laserbeaufschlagung lokal zu demetallisieren, eignen sich kürzere Wellenlängen, insbesondere im Bereich von 480 nm bis 580 nm, deutlich besser. Diese lassen sich beispielsweise mithilfe frequenzverdoppelter Festkörperlaser erzeugen.

[0019] Die Laserparameter werden mit Vorteil so gewählt, dass die metallische Motivschicht bei der Laserbeaufschlagung durch Abtragung oder Transparentisierung lokal demetallisiert wird. Die Transparentisierung kann beispielsweise durch eine Umwandlung des Metalls der Motivschicht in Metalloxid erfolgen, oder durch ein laserinduziertes Aufschmelzen der Metallschicht, bei dem sich mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennbare, mikroskopisch kleine Metall-Tröpfchen bilden.

[0020] Als Material für die metallische Motivschicht hat sich Aluminium besonders bewährt, es kommen jedoch auch anderes Metalle, wie etwa Kupfer, Gold, Eisen, Chrom, Nickel, Silber, Platin, Palladium, Titan, oder eine Legierung dieser Metalle in Betracht. Neben Metallen und Metall-Legierungen kommen für die metallische Motivschicht außerdem Metallschichten enthaltende Dünnschichtelemente mit Farbkippeffekt in Betracht. Derartige Dünnschichtelemente bestehen typischerweise aus einer Absorberschicht, einer dielektrischen Abstandsschicht und einer metallischen Reflektorschicht. Die Reflektorschicht wird dabei dünn genug ausgeführt, so dass sie durch die Laserstrahlung mit den gewünschten teilmotivförmig demetallisierten Teilbereichen versehen werden kann.

[0021] Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.

[0022] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement in Form eines Fenstersicherheitsfadens, der ein Kippbild mit zwei unterschiedlichen Sollbildern enthält,

Fig. 2

schematisch den Aufbau des Fenstersicherheitsfadens der Fig.1 im Querschnitt,

Fig. 3

schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4

in (a) bis (e) jeweils schematische Aufsichten auf einen Ausschnitt der Linsenrasterfolie der Fig. 3 bzw. der metallischen Motivschicht in verschiedenen Stadien der Laserbeschriftung, und

Fig. 5

schematisch eine weitere Bearbeitungsvorrichtung zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0023] Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert. Figur 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement in Form eines Fenstersicherheitsfadens 12 versehen ist. Der Fenstersicherheitsfaden 12 tritt in Fensterbereichen 14 an der Oberfläche der Banknote 10 hervor, während er in den dazwischen liegenden Stegbereichen 16 im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist.

[0024] In den Fensterbereichen 14 zeigt der Sicherheitsfaden 12 ein Kippbild, das dem Betrachter aus zwei verschiedenen Betrachtungsrichtungen 30A, 30B jeweils ein anderes Sollbild 18A bzw. 18B präsentiert. Die Sollbilder 18A, 18B zeigen dabei jeweils ein Motiv, das aus visuell erkennbaren und kontrastierenden metallischen Motivteilen 20 und demetallisierten Motivteilen 22A, 22B gebildet ist. Konkret zeigt der Fenstersicherheitsfadens 12 im Ausführungsbeispiel bei senkrechter Betrachtung 30A eine Abfolge von Wappenmotiven 22A vor einem metallisch glänzenden Hintergrund 20, während bei schräger Betrachtung 30B eine Abfolge von Ziffernmotiven 22B in Form der Denomination "10" vor dem metallisch glänzenden Hintergrund 20 zu sehen ist ("negative" Motivdarstellung). Beim Kippen der Banknote wechselt das Erscheinungsbild des Fenstersicherheitsfadens 12 in den Fensterbereichen 14 zwischen den beiden Sollbildern 18A, 18B hin und her. In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung können alternativ auch die Motivteile 20 demetallisiert und die Motivteile 22A, 22B metallisch ausgebildet sein ("positive" Motivdarstellung). Im Ausführungsbeispiel würde der Fenstersicherheitsfaden 12 dann bei senkrechter Betrachtung 30A eine Abfolge von metallisch glänzenden Wappenmotiven 22A, bei schräger Betrachtung 30B eine Abfolge von metallisch glänzenden Ziffernmotiven 22B jeweils vor einem kontrastierenden Hintergrund 20 zeigen.

[0025] Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des Fenstersicherheitsfadens 12 der Fig.1 im Querschnitt. Der Fenstersicherheitsfaden 12 weist einen Träger 32 in Form einer transparenten Kunststofffolie, beispielsweise einer PET-Folie auf. Die Oberseite des Trägers 32 ist mit einem Linsenraster in Form einer Mehrzahl paralleler Zylinderlinsen 34 versehen, deren Breite b im Ausführungsbeispiel b = 20 µm beträgt. Auf der Unterseite des Trägers 32 ist eine UV-Lackschicht 36 angeordnet, auf der eine Motivschicht 40 aus Aluminium ausgebildet ist, die im Raster der Zylinderlinsen 34 beabstandete, demetallisierte Teilbereiche 42A, 42B aufweist.

[0026] Der Träger 32, die UV-Lackschicht 36 und die Zylinderlinsen 34 sind im Ausführungsbeispiel so aufeinander abgestimmt, dass sich die Motivschicht 40 in der Fokusebene der Zylinderlinsen 34 befindet.

[0027] Bei Betrachtung des Fenstersicherheitsfadens 12 aus der senkrechten Betrachtungsrichtung 30A sind wegen der fokussierenden Wirkung der Zylinderlinsen 34 jeweils nur die demetallisierten Teilbereiche 42A und der umgebende metallische Hintergrund der metallischen Motivschicht 40 sichtbar, während bei Betrachtung aus der schrägen Betrachtungsrichtung 30B jeweils nur die demetallisierte Teilbereiche 42B und der diese Teilbereiche umgebende metallische Hintergrund sichtbar sind. Da die demetallisierten Teilbereiche 42A, 42B, wie nachfolgend genauer beschrieben, mittels Laserstrahlung mit motivförmigem Strahlquerschnitt aus den Richtungen 30A, 30B in die Motivschicht 40 eingebracht wurden, setzen sich diese Teilbereiche mit ihrem metallischen Hintergrund bei der Betrachtung aus den Betrachtungsrichtungen 30A, 30B wieder zu der gewünschten Abfolge von Motiven 18A, 18B zusammen.

[0028] Wegen der geringen Abmessungen der Zylinderlinsen 34 wirkt bei der Rekonstruktion der Motive 18A, 18B eine große Zahl von demetallisierten Teilbereichen 42A, 42B zusammen. Beispielsweise sind bei einer Höhe der demetallisierten Motivteile 22A, 22B von etwa 2 mm und eine Breite der Zylinderlinsen von b = 20 µm die demetallisierten Teilbereiche 42A, 42B, die an der Rekonstruktion der Motive 22A/20 (Wappen) bzw. 22B/20 (Ziffernfolge "10") teilnehmen, über eine Fläche der Motivschicht 40 verteilt, die von 2 mm/20 µm = 100 Zylinderlinsen überdeckt wird.

[0029] Wie in Fig. 2 ebenfalls dargestellt, enthält der Fenstersicherheitsfaden 12 typischerweise weitere Schichten, wie etwa eine vollflächige Farbschicht 44, die eine Farbgebung der demetallisierten Motivteile 22A, 22B erlaubt, eine Deckweißschicht 46 und eine Heißsiegellackschicht 48. Diese oder andere Funktionsschichten sind für die vorliegende Erfindung jedoch nicht wesentlich und werden daher nicht näher beschrieben.

[0030] Die Laserdemetallisierung metallischer Schichten ist an sich zwar bekannt, direkte Laserbeschriftungsverfahren sind jedoch sehr zeitaufwendig und für eine Produktion in größerem Maßstab daher in der Regel nicht geeignet. Um eine hohe Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, wird im Rahmen der Erfindung die Laserstrahlung einer gepulsten Laserquelle durch einen Strahlformer oder eine schaltbare Maske mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen und eine Mehrzahl von Zylinderlinsen 34 des Linsenrasters wird gleichzeitig mit dem motivförmigen Laserstrahl beaufschlagt, so dass mit einem einzigen Laserpuls eine Mehrzahl teilmotivförmiger demetallisierter Teilbereiche 42A, 42B in der metallischen Motivschicht 40 erzeugt wird.

[0031] Figur 3 zeigt zur Illustration des Verfahrens eine Bearbeitungsvorrichtung 50 mit einem Markierungslaser 52, beispielsweise einem gepulsten Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 µm und einer Pulsdauer zwischen 5 ns und 130 ns. Die zu bearbeitende Linsenrasterfolie 70 ist in einer Bearbeitungsebene 72 angeordnet und bewegt sich mit hoher Bahngeschwindigkeit von beispielsweise 80 m/min in Laufrichtung 74.

[0032] Die Linsenrasterfolie 70 stellt eine noch ungeschnittene und zunächst noch nicht demetallisierte Vorform der in Figuren 1 und 2 gezeigten Sicherheitsfäden dar. Die Linsenrasterfolie 70 weist ein Linsenraster aus einer Mehrzahl von Zylinderlinsen 34 und eine beabstandet angeordnete metallische Motivschicht 40 auf. Die Linsenrasterfolie enthält eine Mehrzahl von Einzelnutzen, die nach der Demetallisierung in geeigneter Weise zu Endlosmaterial geschnitten oder zu Einzelnutzen vereinzelt werden.

[0033] Der Strahlquerschnitt des Laserstrahls 54 weist zunächst eine in der Regel gaußförmige oder Top-Hat-förmige Ausgangs-Intensitätsverteilung 56 auf, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt. Der Laserstrahl 54 kann gegebenenfalls durch mindestens zwei Linsen 58 auf den für die spätere Bearbeitung erforderlichen Strahlquerschnitt aufgeweitet werden. Der aufgeweitete Laserstrahl durchläuft dann einen speziell auf den zu erzeugenden Demetallisationsbereich 22A bzw. 22B ausgelegten Strahlformer 60, der im Ausführungsbeispiel durch ein Diffraktives Optisches Element (DOE) gebildet ist. Das Diffraktive Optische Element verteilt die Laserenergie im Strahlquerschnitt des Laserstrahls so um, dass die Ziel-Intensitätsverteilung 62 des Strahlquerschnitts in der Bearbeitungsebene 72 gerade die Form und Größe des einzuschreibenden Wappenmotivs 22A bzw. der einzuschreibenden Ziffernfolge "10" (Bezugszeichen 22B) aufweist.

[0034] Der in seiner Querschnittsintensität umverteilte Laserstrahl 54 wird, gegebenenfalls durch weitere optische Elemente wie beispielsweise einen oder mehrere Umlenkspiegel 64, Scannerspiegel (nicht gezeigt) und Linsen 66, auf einen gewünschten Bereich der Linsenrasterfolie 70 derart gelenkt, dass sich in der Ebene der Motivschicht 40, die insbesondere in der Fokusebene der Zylinderlinsen 34 liegen kann, die korrekte Abbildung des einzuschreibenden Motivs ergibt.

[0035] Der Laserstrahl mit seinem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt dabei gleichzeitig eine Vielzahl von Zylinderlinsen 34, so dass das gewünschte Motiv (Wappen bzw. Ziffernfolge "10" bei negativer Motivdarstellung bzw. Hintergrund bei positiver Motivdarstellung) jeweils mit nur einem einzigen Laserpuls in die metallische Motivschicht 40 eingeschrieben werden kann. Wegen der kurzen Pulsdauer, innerhalb der sich die Linsenrasterfolie 70 nur um wenige zehn Nanometer weiterbewegt, muss bei der Belichtung kein Ausgleich für die Bahngeschwindigkeit der Linsenrasterfolie 70 vorgenommen werden.

[0036] Die verschiedenen Motive 22A, 22B werden auf der Linsenrasterfolie 70 rasterförmig in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei die Positionen der einzelnen Motive 22A, 22B auf der Linsenrasterfolie 70 und die Winkel, unter dem die Motive 22A, 22B eingebracht werden, in an sich bekannter Weise mittels der nicht dargestellten Scaneinrichtung gewählt werden können.

[0037] Die Form des Strahlquerschnitts des Laserstrahls zwischen dem Strahlformer 60 und der Bearbeitungsebene 72 ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung. Der Strahlformer 60 muss lediglich so ausgebildet sein, dass sich in der Bearbeitungsebene 72 unter Berücksichtigung des Strahlwegs zwischen Strahlformer 60 und Bearbeitungsebene 72 dort die gewünschte Ziel-Intensitätsverteilung 62 ergibt.

[0038] Um das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Kippbild zu erzeugen, muss das Wappenmotiv 22A unter senkrechtem Laserstrahleinfall mit einem ersten Strahlformer 60 eingeschrieben werden, welcher in der Bearbeitungsebene 72 eine Ziel-Intensitätsverteilung 62 in Form und Größe des einzuschreibenden Wappenmotivs 22A erzeugt, und muss die Ziffernfolge 22B unter schrägem Laserstrahleinfall mit einem zweiten Strahlformer 60 erzeugt werden, welcher in der Bearbeitungsebene 72 eine Ziel-Intensitätsverteilung 62 in Form und Größe der Ziffernfolge "10" erzeugt (Fig. 3). Dies kann beispielsweise in zwei Maschinendurchgängen geschehen oder mit einer Bearbeitungsvorrichtung, die zwei Lasermodule bzw. Optikmodule enthält. Es ist auch möglich, die Strahlung einer Laserquelle geeignet aufzuteilen und für die beiden Beschriftungsvorgänge zu verwenden. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, den ersten bzw. zweiten Strahlformer 60 beispielsweise derart auszubilden, dass dieser anstelle des Wappenmotivs 22A bzw. der Zifferfolge "10" in der Bearbeitungsebene 72 eine Ziel-Intensitätsverteilung 62 in Form und Größe des jeweils einzuschreibenden, den Umriss des Wappenmotivs 22A bzw. der Ziffernfolge "10" bildenden Hintergrunds 20 erzeugt, um dadurch eine "positive" Motivdarstellung zu verwirklichen.

[0039] Zur weiteren Erläuterung zeigt Fig. 4 in (a) bis (e) jeweils schematische Aufsichten auf einen Ausschnitt der Linsenrasterfolie 70 bzw. der metallischen Motivschicht 40 in verschiedenen Stadien der Laserbeschriftung. Mit Bezug zunächst auf die Figuren 4(a) und (b) ist jeweils ein Ausschnitt der Linsenrasterfolie 70 mit einer Mehrzahl von Zylinderlinsen 34 in Aufsicht gezeigt, wobei zusätzlich der Querschnitt 62 des Laserstrahls 54 in der Bearbeitungsebene 72 eingezeichnet ist, und zwar in Fig. 4(a) in Form des Wappens (Bezugszeichen 22A in Fig. 1) und in Fig. 4(b) in Form der Ziffernfolge "10" (Bezugszeichen 22B in Fig. 1). Wie in den Figuren dargestellt, überdeckt die Fläche des Strahlquerschnitts 62 jeweils eine große Anzahl an Zylinderlinsen 34. Beispielsweise erfasst der Strahlquerschnitt 62 bei einer Höhe der Motive 22A, 22B von 2 mm und einer Breite der Zylinderlinsen von b = 20 µm gleichzeitig jeweils 100 Zylinderlinsen.

[0040] Durch die fokussierende Wirkung der Zylinderlinsen 34 wird die Laserstrahlung auf die unter dem Linsenraster liegende Aluminium-Motivschicht 40 fokussiert und führt dort zu einer lokalen Demetallisation. Der Begriff "Demetallisation" umfasst dabei sowohl eine lokale Abtragung als auch eine Transparentisierung der Aluminiumschicht. Eine Transparentisierung kann beispielsweise durch eine laserinduzierte Umwandlung von Aluminium in Aluminiumoxid erfolgen, oder durch ein laserinduziertes Aufschmelzen der Aluminiumschicht, bei dem sich mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennbare, mikroskopisch kleine Tröpfchen bilden.

[0041] Im Ergebnis wird durch die Laserbeaufschlagung mit einem einzigen Laserpuls gleichzeitig eine große Zahl von demetallisierten Teilbereichen 42A, 42B in der Aluminium-Motivschicht 40 erzeugt. Figuren 4(c) und (d) zeigen zur Illustration jeweils eine Aufsicht nur auf die Motivschicht 40 nach einer Laserbeaufschlagung mit einem Laserstrahl mit wappenförmigem Strahlquerschnitt (Fig. 4(c)) bzw. nach einer Laserbeaufschlagung mit einem Laserstrahl mit ziffernförmigem Strahlquerschnitt (Fig. 4(d)). Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, können durch die Strahlformung in Motivform gleichzeitig viele, auch unregelmäßig geformte Teilbereiche 42A, 42B demetallisiert, und so eine erhebliche Beschleunigung des Herstellungsverfahrens erreicht werden. Die Teilbereiche 42A, 42B weisen jeweils die Form eines Teils der Motive 22A, 22B auf und werden daher im Rahmen dieser Beschreibung als teilmotivförmige Teilbereiche bezeichnet.

[0042] Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass eine der Figuren 4(c), 4(d) der besseren Erkennbarkeit wegen einen fiktiven Zwischenschritt bei der Herstellung des Fenstersicherheitsfadens 12 zeigt. Wird nämlich die Linsenrasterfolie 70 zunächst mit dem wappenförmigen Strahlquerschnitt 62 beaufschlagt, so weist die Motivschicht 40 bei der Beaufschlagung mit dem ziffernförmigem Strahlquerschnitt 62 bereits die demetallisierten Teilbereiche 42A auf. Umgekehrt weist die Motivschicht 40 bereits demetallisierte Teilbereiche 42B auf, falls die Linsenrasterfolie 70 zuerst mit dem ziffernförmigem Strahlquerschnitt 62 beaufschlagt wird. Da die Teilbereiche 42A und 42B unter unterschiedlichen Beaufschlagungsrichtungen eingebracht werden, sind sie in der Ebene der Motivschicht 40 gegeneinander versetzt, wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt. Die Teilbereiche 42A und 42B können auch überlappend ausgelegt werden. Im Ausführungsbeispiel entspricht die Breite der demetalliserten Teilbereiche 42A, 42 B daher idealerweise der halben Breite der Zylinderlinsen 34 oder ist geringfügig größer als diese. So lässt sich erreichen, dass beim Kippen des Fenster ein direkter Übergang von einem Motiv in das andere erfolgen kann.

[0043] Insgesamt werden in die Motivschicht 40 durch die zweifache Laserbeaufschlagung die demetallisierten Teilbereiche 42A und 42B eingebracht, so dass das in Fig. 4(e) schematisch dargestellte Erscheinungsbild entsteht. In Zusammenwirkung mit dem in der Figur nicht gezeigten, über der Motivschicht 40 angeordneten Raster der Zylinderlinsen 34 rekonstruieren die Teilbereiche 42A bei senkrechter Betrachtung das demetallisierte Wappenmotiv 22A vor metallischem Hintergrund. Bei schräger Betrachtung rekonstruieren die Teilbereiche 42B die demetallisierte Ziffernfolge "10" ebenfalls vor metallischen Hintergrund (Fig. 1). Das konkrete Erscheinungsbild der demetallisierten Motive 22A, 22B kann durch einen geeignete Wahl der Farbschicht 44 (Fig. 2) nach Wunsch eingestellt werden.

[0044] Es versteht sich, dass auch eine Einbelichtung eines Motivs unter mehreren Beaufschlagungswinkeln möglich ist. So können etwa Motive, die über einen großen Winkelbereich sichtbar sein sollen, unter mehreren aufeinanderfolgenden Winkeln einbelichtet werden. Auch können mehr als zwei Sollbilder vorgesehen sein, beispielsweise um ein Bewegungs- oder Pumpbild beim Kippen des Sicherheitselements zu verwirklichen.

[0045] Anstatt durch ein Diffraktives Optisches Element (DOE) kann der Strahlformer 60 auch durch ein Refraktives Optisches Element (ROE) gebildet sein. Der in Fig. 3 beispielhaft gezeigte Strahlformer 60 arbeitet in Transmission, es ist aber auch möglich, einen in Reflexion arbeitenden Strahlformer, insbesondere in Form eines reflektiven Diffraktiven Optischen Elements oder eines reflektiven Refraktiven Optischen Elements einzusetzen.

[0046] In Abwandlung der Bearbeitungsvorrichtung der Fig. 3 zeigt Fig. 5 eine weitere Bearbeitungsvorrichtung 80, bei der anstelle eines Strahlformers 60 eine schaltbare Maske 82 zur Erzeugung des motivförmigen Strahlquerschnitts eingesetzt wird. Wie bei der Ausgestaltung der Fig. 3 weist der Laserstrahl 54 des gepulsten Markierungslasers 52 zunächst eine Gauß- oder Top-Hat-förmige Ausgangs-Intensitätsverteilung 56 auf. Nach der Aufweitung des Laserstrahls durch die Linsen 58 fällt der aufgeweitete Laserstrahl auf die schaltbare Maske 82, die im Ausführungsbeispiel durch einen Mikrospiegelaktor (Digital Micromirror Device, DMD) gebildet ist. Derartige Mikrospiegelaktoren bestehen aus einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Einzelspiegel, die jeweils durch eine elektronisch verkippbare Spiegelfläche mit einer Kantenlänge von einigen oder einigen zehn Mikrometern gebildet sind. Je nach der lokalen Stellung der Spiegelflächen wird die Laserstrahlung weitergeleitet (Strahlanteil 84) oder zu einem Absorber 88 hin abgelenkt (Strahlanteil 86), der die nicht benötigte Laserenergie aufnimmt.

[0047] Der verbleibende, mit einer motivförmigen Querschnittsintensität versehene Strahlanteil 84 wird dann wie bei der Ausgestaltung der Fig. 3 durch weitere optische Elemente, wie etwa Umlenkspiegel 64, Scannerspiegel (nicht gezeigt) und Linsen 66 auf einen gewünschten Bereich der Linsenrasterfolie 70 gelenkt und abgebildet, wo der Laserstrahl mit der gewünschten Ziel-Intensitätsverteilung 62 die Zylinderlinsen 34 und durch diese die metallische Motivschicht 40 beaufschlagt.

[0048] Die Verwendung einer schaltbaren Maske 82 hat den besonderen Vorteil, dass verschiedene Strahlquerschnitte 62 mit derselben Maske 82 erzeugt werden können. Die Spiegelflächen eines Mikrospiegelaktors können innerhalb weniger Mikrosekunden in eine neue Stellung gebracht werden und erlauben daher verschiedene Sollbilder eines Linsenrasterbilds trotz schnell laufender Bahn nacheinander einzubelichten. Nachteilig ist allerdings, dass der nicht benötigte Teil der Laserstrahlung 86 im Absorber 88 deponiert werden muss, so dass eine stärkere Laserquelle als für die eigentliche Belichtung benötigt verwendet werden muss.

[0049] Anstelle von Mikrospiegelaktoren können auch Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulator, SLM) als schaltbare Maske verwendet werden, welche die Laserintensität auch im Strahl umverteilen können, und daher die Vorteile einer schaltbaren Maske (Flexibilität, Möglichkeit, mehrere Designs mit einer Maske zu erzeugen) mit den Vorteilen eines Strahlformers (Verwendung der gesamten Energie des Laserstrahls) verbinden. In diesem Fall kann auf den in Fig. 5 dargestellten Absorber verzichtet werden und die vom Markierungslaser 52 gelieferte Laserenergie kann praktisch vollständig zur Demetallisierung verwendet werden. Flächenlichtmodulatoren können in Reflexion wie in Transmission arbeiten, wobei in Reflexion arbeitende Modulatoren derzeit bevorzugt sind, da sie eine höhere Energiedichte vertragen.

[0050] Grundsätzlich kann eine in Transmission arbeitende schaltbare Maske auch durch ein LCD-Display gebildet sein, bei dem die zu maskierenden Bereiche dunkel geschaltet sind.

Bezugszeichenliste

[0051] 

10

Banknote

12

Fenstersicherheitsfaden

14

Fensterbereiche

16

Stegbereiche

18A, 18B

Sollbilder

20

metallische Motivteile

22A, 22B

demetallisierte Motivteile

30A, 30B

Betrachtungsrichtungen

32

Träger

34

Zylinderlinsen

36

UV-Lackschicht

40

Motivschicht

42A, 42B

demetallisierte Teilbereiche

50

Bearbeitungsvorrichtung

52

Markierungslaser

54

Laserstrahl

56

Ausgangs-Intensitätsverteilung

58

Linsen

60

Strahlformer

62

Ziel-Intensitätsverteilung

64

Umlenkspiegel

66

Linsen

70

Linsenrasterfolie

72

Bearbeitungsebene

80

Bearbeitungsvorrichtung

82

schaltbare Maske

84, 86

Strahlanteile

88

Absorber

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbarer Sollbilder, deren Motive durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische und demetallisierte Teilbereiche einer Motivschicht gebildet sind, wobei bei dem Verfahren

- ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht bereitgestellt wird,

- eine Markierungs-Laserquelle zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung bereitgestellt wird,

- die gepulste Laserstrahlung im Strahlengang zwischen der Laserquelle und dem Linsenrasterbild durch einen Strahlformer oder eine schaltbare Maske mit einem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen wird, und

- eine Mehrzahl von Mikrolinsen des Linsenrasters gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt wird, um gleichzeitig eine Mehrzahl teilmotivförmig demetallisierter Teilbereiche in der darunterliegenden metallischen Motivschicht zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlformer ein Diffraktives Optisches Element (DOE) oder ein Refraktives Optisches Element (ROE) bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als schaltbare Maske ein Mikrospiegelaktor (DMD) oder ein Flächenlichtmodulator (SLM) bereitgestellt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlformer in Transmission bzw. die schaltbare Maske in Reflexion arbeitet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Laserstrahlung durch eine als Strahlformer arbeitende schaltbare Maske mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt versehen wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikro-Zylinderlinsen bereitgestellt wird.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 20, vorzugsweise zumindest 50, insbesondere zumindest 500 Mikrolinsen gleichzeitig mit dem Laserstrahl mit dem motivförmigen Strahlquerschnitt beaufschlagt werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen mit einem Laserstrahl beaufschlagt werden, dessen Strahlquerschnitt flächig ausgedehnt ist, und insbesondere die Form von Mustern, Zeichen, insbesondere alphanumerischen Zeichen, oder einer Codierung aufweist.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen des Linsenrasters für jedes Sollbild unter einem Winkel mit der Laserstrahlung beaufschlagt werden, der der vorbestimmten Betrachtungsrichtung dieses Sollbilds entspricht.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen des Linsenrasters mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit motivförmigem Strahlquerschnitt aus unterschiedlichen Winkeln beaufschlagt werden.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen des Linsenrasters mit zwei oder mehr Laserstrahlen mit unterschiedlichen motivförmigen Strahlquerschnitten beaufschlagt werden.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen des Linsenrasters mit gepulster Laserstrahlung einer Pulslänge zwischen 5 ns und 130 ns beaufschlagt werden.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen des Linsenrasters mit einem Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 µm bis 3 µm, insbesondere einem Nd:YAG-Laser oder einem Nd:YVO₄-Laser beaufschlagt werden.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter so gewählt werden, dass die metallische Motivschicht bei der Laserbeaufschlagung durch Abtragung oder Transparentisierung lokal demetallisiert wird.

Zeichnung