DE102005001443A1

DE102005001443A1 - Sicherheitsmarkierung in einem transparenten Polymer

Info

Publication number: DE102005001443A1
Application number: DE200510001443
Authority: DE
Inventors: Karsten Prof. König; Roman Dr. Le Harzic; Dirk Dr. Sänger
Original assignee: JenLab GmbH
Current assignee: JenLab GmbH
Priority date: 2005-01-10
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Prüfung einer Sicherheitsmarkierung auf einem Gegenstand vorgeschlagen. Die Sicherheitsmarkierung umfaßt eine visuell nicht sichtbare Beugungsstruktur im Inneren eines transparenten Polymers, welches durch Multiphotonen-Absorption unter Verwendung von ultrakurzen Pulsen eines Feotosekundenlasers erzeugt wird. Diese Beugungsstruktur wird im Volumen des Polymers über Brechzahländerungen generiert. Die Ausdehnungen der Brechzahländerung liegen im Submikrometerbereich-Bereich. Zusätzlich können Strukturen über Multiphotonen-Ablationen erzeugt werden. Diese liegen ebenfalls im Submikrometerbereich-Bereich. Das Auslesen der Beugungsstruktur erfolgt über einen leistungsschwachen Laser und kann in Transmission und Reflektion erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Sicherheitsmarkierung, welche zu Sicherheitszwecken mit einem Gegenstand verbunden ist.

Verschiedene Güter des täglichen Lebens sind mit Sicherheitselementen ausgestattet, welche charakteristische Sicherheitsmarkierungen enthalten und damit zur Unterscheidung der Güter von nachgeahmten oder veränderten Gütern dienen. Dazu zählen beispielsweise alle Arten von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Kreditkarten, Fahrkarten und Einrittsskarten, um nur einige zu nennen, Sicherheitsbedarf besteht auch im Zusammenhang mit hochwertigen Produkten, wie Cds, Büchern und dergleichen, die entweder selbst oder auf ihren Verpackungen Sicherheitsetiketten, – aufdrucke oder – anhänger tragen.

Zur Sicherung und Identifikation sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden.

Es ist z.B. allgemein bekannt eine Sicherheitsmarkierung mit Hologrammen auszustatten, die in Reflektion oder Transmission unter z.B. Weißlicht das gespeicherte Bild wiedergeben. Das Überprüfen des Bildes mit einem Referenzbild kann hierbei als Echtheitskriterium gelten.

So wird in der deutschen Patentschrift 19809503 A1 die Herstellung eines individuellen Hologramms beschrieben, das zum Sichern von Dokumenten verwendet wird. Das dort beschriebene Aufnahmeverfahren für die Herstellung eines individuellen Hologramms erfordert komplizierte Beleuchtungsschritte und ist sehr aufwendig. Das hergestellte Hologramm wird über das Kontaktverfahren hergestellt und ist somit nicht kratzfest.

Ein anderes Verfahren zum Abspeichern von holographischer Information, wird in der deutschen Patentanmeldung 10039370 A1 beschrieben. Hierbei wird holographische Information direkt über einen Laserlithographen mit cw-Lasern in einen mit einer Absorberschicht beschichtete Polymerfolie geschrieben. Die Beugungsstruktur befindet sich hierbei an der Oberfläche des Polymerfilms, da die Brechzahländerung über die Erwärmung der Oberfläche des Polymers erfolgt. Der Nachteil dieser Methode ist, daß die Beugungssstruktur an der Oberfläche des Polymers und somit nicht kratzfest ist. Darüber hinaus liegt die Beugungssstruktur im Mikrometerbereich. Wünschenswerter wäre es die Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers und im Subμm-Bereich zu erzeugen und hierbei auf den Absorber verzichten zu können.

Gelöst wird die Erzeugung einer visuell nicht sichtbaren Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers durch die Verwendung der Multi-Photonenabsorption mit Femtosekunden-Lasersystemen im Nahen-Infaroten oder sichtbaren Spektralbereich.

Der zu schützende Gegenstand enthält diese Sicherheitsmarkierung zur Überprüfung der Echtheit des Produkts. Die im Inneren des Polymers vorhandene Beugungsstruktur wird hierbei durch einen leistungsschwachen Laser ausgelesen.

Gemäß des Patentanspruches wird zur Erzeugung der Beugungsstruktur die Multi-Photonenabsorption des Materials verwendet. Da das verwendete Material wie z.B.

Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyester (PET) transparent ist für Strahlung von nahen infraroten und sichtbaren Laserlicht, ist es möglich den Fokus der Anregung der Multi-photonen-Absorption im Inneren des Materials zu erzeugen. Durch diese Multi-Photonen-Absorption wird das Polymer lokal verdichtet und Brechzahländerungen von 10^–3 werden im Inneren des Materials induziert. Zusätzlich können auch Multiphotonen-Ablationen erzeugt werden. Die zur Anregung von zwei und mehr Photonen notwendigen Photonenflußdichten größer als 10²⁴ Photonen cm^–2 s^–1 wird durch die beugungsbegrenzte Fokussierung eines Femtosekunden-Laserstrahls im nahen Infraroten bzw. sichtbaren Spektralbereich mit Objektiven der numerischen Apertur größer als oder gleich eins erreicht.

Das Volumen für die Anregung der Photonen liegt hierbei im Femtoliterbereich und erlaubt somit das Schreiben von Brechzahländerungen im Subμm-Bereich. Über die xy-Auslenkung des Probenhalters mit dem zu beschreibenen Polymer ist die Erzeugung einer Beugungsstruktur im Inneren des Polymers möglich. Dieser Schreibvorgang dauert nur wenige Sekunden.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert werden.
1 zeigt einen Aufbau einer Femtosekundenlaserapperatur 1 mit Objektiven zur Fokussierung der Laserstrahlung 2,3, um Beugungstrukturen im Inneren eines transparenten Polymers 4,5,6,7 zu erzeugen.
In 2 ist die Oberfläche des Materials 5 dargestellt, wobei die erzeugte Beugungsstruktur im Inneren des Poylmers für das menschliche Auge unsichtbar ist.
In 3 ist die Seitenansicht der Struktur dargestellt, wobei die Beugungsstruktur 7 im Inneren des Materials 6 erzeugt wurde. Das Polymer ist auf der Rückseite mit einer reflektierenden Schicht 8,9 beschichtet.
4 zeigt die Möglichkeit die Beugungsstruktur 7 über eine leistungsschwachen Laser 11 in Reflektion 12 auszulesen.
In 1 wird der Laserstrahl von einem gepulsten Ytterbium Laser 1 erzeugt, wobei der Laserstrahl eine Wellenlänge von 1040 nm aufweist. Die Pulsenergie beträgt etwa 15 μJ. Es können auch Energien unter 1 μJ gewählt werden. Die Pulsdauer beträgt 300 fs und die Pulswiederholfrequenz 10 kHz. Dieser Laserstrahl wird in ein Mikroskop 2 eingekoppelt, wobei der Laserstrahl mit einem 40× Objektiv, mit einer numerischen Apertur von 1.3, stark fokussiert wird, so daß über Multiphotonenprozesse eine Strukturierung 7 im Inneren des Polymers 6 möglich wird. Die Polymerfolie ist mit einer reflektierenden Schicht 8 beschichtet. Der Schreibvorgang dauert nur wenige Sekunden.
In 3 ist das Resultat einer solchen Strukturierung dargestellt. Der Abstand der Beugungsstruktur 7 von der Oberfläche beträgt 50 μm. Im Beispiel wurde ein Liniengitter mit 40 Linien im Inneren des Polymers Polyvinylchlorid (PVC) 6 erzeugt. Die Linienbreite beträgt 500 nm. Der Abstand der Linien beträgt 2 μm. Die Brechzahländerungen liegen bei 10^–3. Abhängig von der Pulsenenergie, die zwischen 1 und 2μJ variiert wurde, und der Scangeschwindigkeit von 2 mm/s und 256 mm/s können auch andere Linienbreiten realisiert werden. Die Schrittweite des xy-Scans beträgt 100 nm. Da die Beugungsstruktur im Inneren des Polymers erzeugt wird, kann sie nicht leicht entfernt werden und ist somit dem Angriff von Fälschern nicht ausgesetzt. Darüber hinaus ist das Polymer kratzfest, eventuell mit einer zusätzlichen Kratzfestbeschichtung, und die Beugungsstruktur wird durch Scheuern nicht zerstört. Die Folie kann auf der Rückseite noch mit einer Klebeschicht 10 beschichtet werden, so daß ein Etikett entsteht. Andere Beugungsstrukturen können ebenfalls in das Polymer geschrieben werden. Hierzu zählen Daten und Bilder. Weiterhin können auch andere Polymere wie Polycarbonat (PC) oder Polyester (PET) als Schreibmaterial verwendet werden. Unter Verwendung der Multi-Photonen-Absorption des Materials ist es nicht notwendig einen zusätzlichen Absorber zu verwenden, um die nötige Absorption zur Erwärmung des Materials zu erhalten, vielmehr wird diese Erwärmung durch die Absorption von zwei und mehr Photonen durch das Polymer erreicht. Das Material bleibt transparent.
Die so erzeugte Beugungsstruktur kann, wie in 4 schematisch dargestellt, mit einer leistungsschwachen Laserdiode bzw. einem He-Ne-Laser 11 über das Beugungsbild ausgelesen werden. Dieses Auslesen kann aufgrund der Beschichtung des Polymers 8 in Reflektion 12 erfolgen Die ausgelesenen Daten können mit Referenzdaten bzw. -bildern verglichen werden. Die Daten können mit einer CCD-Kamera aufgenommen werden.

Claims

Verfahren zur Prüfung einer Sicherheitsmarkierung, welche mit einem Gegenstand zu Sicherheitszwecken verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Multiphotonen-Absorption unter Verwendung von ultrakurzen Pulsen eines Femtosekundenlasers eine Beugungsstruktur im Inneren eines Polymers erzeugt wird und diese Beugungsstruktur mit einem Laser ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beugungsstruktur durch Brechzahländerungen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beugungsstruktur durch Multiphotonenablationen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei das ausgelesene Beugungsbild mit einem Referenzbild verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei das ausgelesene Beugungsbild mit Referenzdaten verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei das verwendete Polymer Polyvinylchlorid (PVC), Polyester (PET) oder Polycarbonat (PC) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die erzeugte Beugungsstruktur im Submikrometer-Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei ein Laser im nahen Infraroten bzw. sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise ein Ytterbium-Laser, zum Erzeugen der Beugungsstruktur verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei ein kostengünstiger Laser wie eine Laserdiode oder eine He-Ne-Laser zum Auslesen der Beugungsstruktur verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, wobei die Beugungsstruktur ein Gitter im Submikrometer-Bereich darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, wobei dem Polymer kein Absorber zur Erhöhung der Absorption im Infraroten und Sichtbaren Spektralbereich zugefügt werden muß.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, wobei das Polymer transparent im nahen Infraroten und/oder sichtbaren Spektralbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, wobei das Polymer auf der Rückseite mit einer Reflektionsschicht beschichtet ist, so daß die Beugungsstruktur in Reflektion ausgelesen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, wobei zum Auslesen des Beugungsbildes eine CCD-Kamera verwendet wird.