DE102016015015A1 - Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbaren Sollbilder, deren Motive durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische und demetallisierte Teilbereiche einer Motivschicht gebildet sind. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren- ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen (34) und einer von dem Linsenraster beabstandet angeordneten metallischen Motivschicht (40) bereitgestellt,- wobei die brechende Wirkung der Mikrolinsen (34) eine Fokusebene definiert und die metallische Motivschicht (40) im Wesentlichen in dieser Fokusebene angeordnet ist,- eine Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche (42) in der metallischen Motivschicht (40) gewählt wird,- eine Markierungs-Laserquelle mit einer Laserwellenlänge λ ausgewählt wird, so dass das Auflösungsvermögen D(λ) der Mikrolinsen des Linsenrasterbilds bei der ausgewählten Laserwellenlänge λ im Wesentlichen der Linienbreite der zu erzeugenden demetallisierten Teilbereiche (42) entspricht, und- die metallische Motivschicht (40) durch die Mikrolinsen (34) hindurch mit Laserstrahlung der Markierungs-Laserquelle beaufschlagt wird, um demetallisierte Teilbereiche (42) in der metallischen Motivschicht zu erzeugen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbaren Sollbilder, deren Motive durch visuell erkennbare, kontrastierende metallische und demetallisierte Teilbereiche einer Motivschicht gebildet sind.
• 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.
• 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.
• So ist es seit langem bekannt, Ausweiskarten, wie etwa Kreditkarten oder Personalausweise mittels Lasergravur zu personalisieren. Bei einer Personalisierung durch Lasergravur werden die optischen Eigenschaften des Substratmaterials der Ausweiskarten durch geeignete Führung eines Laserstrahls in Form einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert.
• Die Druckschrift EP 0 219 012 A1 beschreibt eine Ausweiskarte mit einer partiellen Linsenrasterstruktur, durch die mit einem Laser unter verschiedenen Winkeln gewünschte Informationen in die Karte eingeschrieben werden. Diese Informationen können nachfolgend bei der Betrachtung auch nur unter diesem Winkel erkannt werden, so dass beim Kippen der Karte die unterschiedlichen Informationen erscheinen.
• 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. Die Demetallisierung kann beispielsweise durch direkte Beschriftung erfolgen, indem ein Laserstrahl mittels einer geeigneten Scaneinrichtung über die metallische Motivschicht geführt wird, oder auch durch eine großflächigere Laserbeaufschlagung unter Verwendung eine Maske. In beiden Fällen besteht eine besondere Herausforderung in der Erzeugung demetallisierter Linien einer gewünschten Breite in der Motivschicht.
• Wird die metallische Motivschicht zur Demetallisierung mit einem fein fokussierten Laserstrahl aus verschiedenen Winkeln und somit an unterschiedlichen Stellen in der Fokusebene sukzessiv beaufschlagt, bis jeweils die Teilbereiche mit der gewünschten Linienbreite demetallisiert sind, so ist die Abrasterung der gesamten Fläche des Linsenrasterbilds in der Regel sehr aufwendig und langwierig. Um die Verfahrensdauer abzukürzen, wurde daher vorgeschlagen, die metallische Motivschicht außerhalb der Fokusebene der (Mikro-)Linsen anzuordnen, so dass sich bei der Laserdemetallisation in der Ebene der Motivschicht ein aufgeweitetes Bild der einfallenden Laserstrahlung ergibt. Die Demetallisation kann in diesem Fall deutlich schneller durchgeführt werden, durch die Defokussierung werden allerdings unscharfe Kippbilder mit nicht mehr klar definierten Bildwechseln erzeugt.
• Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet, und das insbesondere bei hoher Produktionsgeschwindigkeit eine Erzeugung von scharf begrenzten demetallisierten Teilbereichen einstellbarer Linienbreite in einem Linsenrästerbild ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• 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,
• - wobei die brechende Wirkung der Mikrolinsen eine Fokusebene definiert und die metallische Motivschicht im Wesentlichen in dieser Fokusebene angeordnet ist,
• - wird eine Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierten Teilbereiche in der metallischen Motivschicht gewählt,
• - wird eine Markierungs-Laserquelle mit einer Laserwellenlänge λ ausgewählt, so dass das Auflösungsvermögen D(λ) der Mikrolinsen des Linsenrasterbilds bei der ausgewählten Laserwellenlänge λ im Wesentlichen der Linienbreite der zu erzeugenden demetallisierten Teilbereiche entspricht, und
• - wird die metallische Motivschicht durch die Mikrolinsen hindurch mit Laserstrahlung der ausgewählten Markierungs-Laserquelle beaufschlagt, um demetallisierte Teilbereiche in der metallischen Motivschicht zu erzeugen.
• Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Linsenrasterbild zur Darstellung von n ≥ 2 Sollbildern ausgelegt, und es wird eine Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche gewählt, die zwischen 0,6*d_ML/n und 1,4*d_ML/n, bevorzugt zwischen 0,8*d_ML/n und 1,2*d_ML/n, besonders vorzugsweise zwischen 0,9*d_ML/n und 1,1*d_ML/n liegt, wobei d_ML der Durchmesser der Mikrolinsen ist. Die Anzahl n von darzustellenden Sollbildern ist dabei insbesondere 2, 3, 4 oder 5.
• Als Mikrolinsen werden dabei im Rahmen dieser Beschreibung Linsen bezeichnet, deren Größe in zumindest einer lateralen Richtung unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges liegt. Die Mikrolinsen können grundsätzlich sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein, bevorzugt ist gegenwärtig allerdings der Einsatz von plankonvexen Zylinderlinsen, so dass bei dem genannten Verfahren mit Vorteil ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von plankonvexen Mikro-Zylinderlinsen bereitgestellt wird. Bei Mikro-Zylinderlinsen bezieht sich der Begriff „Durchmesser“ stets auf die Abmessung senkrecht zur Zylinderachse. Die Länge der Mikro-Zylinderlinsen ist beliebig, sie kann beispielsweise beim Einsatz in Sicherheitsfäden der Gesamtbreite des Fadens entsprechen und mehrere Millimeter betragen.
• Die metallische Motivschicht des Linsenrasterbilds ist erfindungsgemäß im Wesentlichen in der Fokusebene der Mikrolinsen angeordnet, was insbesondere bedeutet, dass der Abstand der metallischen Motivschicht von der Fokusebene weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% der Fokuslänge der Mikrolinsen beträgt.
• Das Auflösungsvermögen D der Mikrolinsen des Linsenrasterbilds wird vorteilhaft durch die Airy-Beziehung D(λ) = 2,44*λ*f/d_ML bestimmt, wobei f die Fokuslänge der Mikrolinsen, λ die Lichtwellenlänge und d_ML der Durchmesser der Mikrolinsen ist. Die Markierungs-Laserquelle wird dann vorteilhaft so ausgewählt, dass das Auflösungsvermögen D(λ) von der Linienbreite der zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche um weniger als 15%, vorzugsweise um weniger als 10% abweicht.
• Mit Vorteil wird als Markierungs-Laserquelle dabei eine leicht verfügbare Laserquelle verwendet, wie etwa ein Nd:YAG-Laser, ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser, ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser oder ein Er:Glas-Laser. Grundsätzlich können natürlich auch andere Laserquellen mit anderen Wellenlängen, wie etwa die für zahlreiche Wellenlängen verfügbaren Diodenlaser verwendet werden, solange sie nur für die Demetallisierung der metallischen Motivschicht geeignet sind. Werden zwei oder mehr verschiedene Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt, so können in einem Sicherheitselement in einfacher Weise unterschiedlich große Linienbreiten verwirklicht werden.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Feinabstimmung die Laserleistung der Markierungs-Laserquelle eingestellt wird, um die Linienbreite der erzeugten demetallisierten Teilbereiche an die gewählte Linienbreite anzupassen.
• Mit Vorteil wird ein Linsenrasterbild bereitgestellt, dessen Linsenraster Mikrolinsen mit einem Linsendurchmesser zwischen 5 µm und 20 µm aufweist und dessen Linsenperiode zwischen 100% und 125% des Linsendurchmessers beträgt.
• Das Linsenraster kann an Luft angrenzen, es kann aber insbesondere auch in eine Einbettungsschicht eingebettet sein, deren Brechungsindex sich vorzugsweise um 0,2 oder mehr von dem Brechungsindex der Mikrolinsen unterscheidet.
• 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.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement in Form eines Fenstersicherheitsfadens, der ein Kippbild mit drei unterschiedlichen Sollbildern enthält,
• 2 schematisch den Aufbau des Fenstersicherheitsfadens der 1 im Querschnitt,
• 3 eine Schemaskizze eines Linsenrasterbilds zur Erläuterung des erfindungsgemäß verwendeten Prinzips, und
• 4 schematisch den Aufbau eines Fenstersicherheitsfadens nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt.
• Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert. 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.
• In den Fensterbereichen 14 zeigt der Sicherheitsfaden 12 ein Kippbild, das dem Betrachter aus drei verschiedenen Betrachtungsrichtungen 30A, 30B, 30C jeweils ein anderes Sollbild 18A, 18B bzw. 18C präsentiert. Die Sollbilder 18A - 18C zeigen dabei jeweils ein Motiv, das aus visuell erkennbaren und kontrastierenden metallischen Motivteilen 20 und demetallisierten Motivteilen 22A, 22B, 22C gebildet ist.
• Konkret zeigt der Fenstersicherheitsfaden 12 des Ausführungsbeispiels bei schräger Betrachtung 30A von oben eine Abfolge von Euro-Symbolen 22A vor einem metallisch glänzenden Hintergrund 20, während bei senkrechter Betrachtung 30B eine Abfolge von Wappenmotiven 22B vor metallisch glänzendem Hintergrund 20 und bei schräger Betrachtung 30C von unten eine Abfolge von Ziffernmotiven 22C in Form der Denomination „10“ vor metallisch glänzendem Hintergrund 20 sichtbar ist. Beim Kippen der Banknote wechselt das Erscheinungsbild des Fenstersicherheitsfadens 12 in den Fensterbereichen 14 je nach Betrachtungsrichtung zwischen den drei Sollbildern 18A, 18B, 18C hin und her.
• 2 zeigt schematisch den Aufbau des Fenstersicherheitsfadens 12 der 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 plankonvexer Zylinderlinsen 34 versehen, die einen Krümmungsradius R = 4 µm und einen Linsendurchmesser d_ML = 7 µm aufweisen und in einem Linsenraster mit einer Linsenperiode von L = 8 µm angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der 2 grenzt das Linsenraster an Luft, so dass die Zylinderlinsen mit n_Linse = 1,5 und n_Luft = 1 eine Fokuslänge von f = 3R = 12 µm aufweisen.
• Auf der Unterseite des Trägers 32 ist eine Motivschicht 40 aus Aluminium ausgebildet, die im Raster der Zylinderlinsen 34 beabstandete, demetallisierte Teilbereiche 42 aufweist. Der Träger 32, die Zylinderlinsen 34 und die Motivschicht 40 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich die Motivschicht 40 in der Fokusebene der Zylinderlinsen 34 befindet.
• Zur Illustration zeigt 2 einen Ausschnitt des Linsenrasterbilds, in dem die Motivschicht 40 nur in den bei senkrechter Betrachtung 30B sichtbaren Bereichen 44B demetallisierte Teilbereiche 42 enthält. Die bei Betrachtung schräg von oben (Betrachtungsrichtung 30A) bzw. schräg von unten (Betrachtungsrichtung 30C) sichtbaren Bereiche 44A und 44C weisen im gezeigten Ausschnitt keine Demetallisierungen auf, so dass der Betrachter aus diesen Richtungen jeweils auf Metallbereiche der Motivschicht 40 blickt. Obwohl die einzelnen demetallisierten Teilbereiche 42 schmale, im Raster der Zylinderlinsen angeordnete Streifen darstellen, setzen sie sich bei der Betrachtung aus den verschiedenen Betrachtungsrichtungen aufgrund der fokussierenden Wirkung der Zylinderlinsen 34 zu der gewünschten Abfolge von Motiven 18A - 18C zusammen.
• Wegen der geringen Abmessungen der Zylinderlinsen 34 wirkt bei der Rekonstruktion der Motive 18A - 18C jeweils eine große Zahl von metallischen bzw. demetallisierten Teilbereichen zusammen. Beispielsweise sind bei einer Höhe der demetallisierten Motivteile 22A - 22C von 2 mm und einer Linsenperiode der Zylinderlinsen von L = 8 µm die demetallisierten Teilbereiche 42, die an der Rekonstruktion Motive „Euro-Symbol“, „Wappen“ und „Ziffernfolge 10“ teilnehmen, über eine Fläche der Motivschicht 40 verteilt, die von 2 mm/8 µm = 250 Zylinderlinsen überdeckt wird.
• Wie in 2 ebenfalls dargestellt, enthält der Fenstersicherheitsfaden 12 typischerweise weitere Schichten, wie etwa eine vollflächige Farbschicht 45, die eine Farbgebung der demetallisierten Motivteile 22A - 22C 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.
• Bei der Gestaltung des Motivbilds eines Linsenrasterbilds für die Darstellung von drei Sollbildern hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Linienbreite D_real der demetallisierten Teilbereiche 42 im Wesentlichen ein Drittel des Durchmessers d_ML der Mikrolinsen 34 beträgt. Analog liegt die vorteilhafte Linienbreite der demetallisierten Teilbereiche bei einem Linsenrasterbild für die Darstellung von zwei Sollbildern im Wesentlichen bei der Hälfte des Mikrolinsendurchmessers, und allgemein bei einer Anzahl n an darzustellenden Sollbildern im Wesentlichen bei einem n-tel des Durchmessers d_ML der Mikrolinsen. Auf diese Weise wird einerseits die verfügbare Fläche der Motivschicht optimal ausgenutzt und andererseits beim Kippen des Linsenrasterbilds ein klar definiertes Umspringen zwischen den verschiedenen Sollbildern erreicht.
• Um diese vorteilhafte Linienbreite zu erreichen, wird herkömmlich die Motivschicht 40 beispielsweise mit einem fein fokussierten Laserstrahl unter verschiedenen Winkeln abgerastert, bis Teilbereiche 42 der gewünschten Breite demetallisiert sind, oder die Motivschicht wird zur Steigerung der Prozessgeschwindigkeit außerhalb der Fokusebene der Mikrolinsen 34 angeordnet, so dass sich bei der Laserdemetallisation in der Ebene der Motivschicht ein aufgeweitetes und damit breiteres Bild der einfallenden Laserstrahlung ergibt. Beide Varianten haben allerdings Nachteile bezüglich der Prozessdauer oder der Qualität der erzeugten Sollbilder, wie weiter oben bereits erläutert.
• Zur Abhilfe nutzt die erfindungsgemäße Lösung das wellenlängenabhängige Auflösungsvermögen des durch die Mikrolinsen gebildeten optischen Systems, um durch eine gezielte Auswahl der Wellenlänge der für die Demetallisierung verwendeten Laserstrahlung ohne Defokussierung eine gewünschte Linienbreite zu erhalten.
• Zur genaueren Erläuterung des verwendeten Prinzips wird mit Bezug auf 3 sogar ein paralleler Lichtstrahl 50 von den Mikrolinsen 34 aufgrund von Beugungseffekten nicht auf einen Punkt bzw. im Fall von Zylinderlinsen auf eine unendlich schmale Linie abgebildet, sondern erzeugt ein Beugungsscheibchen bzw. eine langgestreckte Beugungslinie 52 mit einem Durchmesser $$\text{D}\left(\mathrm{\lambda }\right)=\mathrm{2,44}*\mathrm{\lambda }*\text{f}/{\text{d}}_{\text{ML}}$$

  

  wobei λ die Lichtwellenlänge, d_ML den Durchmesser der Mikrolinsen und f die Fokuslänge der Mikrolinsen darstellt. Die Größe D wird auch als Auflösungsvermögen bezeichnet, da zwei Punkte von einem optischen System gerade noch trennbar sind, wenn ihre Beugungsscheibchen (bzw. Beugungslinien bei Zylinderlinsen) einander zur Hälfte überdecken. Das beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen des optischen Systems der Mikrolinsen 34 führt somit selbst bei optimaler Fokussierung der einfallenden Laserstrahlung zu einer bestimmten, von der Laserwellenlänge abhängigen Ausdehnung des Fokusbereichs.
• Während das begrenzte Auflösungsvermögen herkömmlich meist als Einschränkung und nachteilig angesehen wird, setzt die vorliegende Erfindung die wellenlängenabhängige Größe des Beugungsflecks gezielt ein, um in der Fokusebene und damit bei maximaler Bildschärfe in einfacher Weise Demetallisierungen einer gewünschten Linienbreite zu erzeugen.
• Konkret soll beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel der 2 die zunächst noch vollflächige metallische Motivschicht 40 des Linsenrasterbilds mit demetallisierten Teilbereichen versehen werden, um die Sollbilder 18A - 18C zu erzeugen. Da unter jeder Mikrolinse 34 drei Bildbereiche 44A - 44C liegen sollen, wird als Ziel-Linienbreite für die demetallisierte Teilbereiche 42 $${\text{D}}_{\text{ziel}}={\text{d}}_{\text{ML}}/3=\mathrm{2,3}\mathrm{\mu }\text{m}$$

  

  gewählt. Die oben angegeben Beziehung (1) für den Durchmesser D des Beugungsflecks 52 kann nach der Wellenlänge aufgelöst und der gewünschte Wert der Linienbreite D_ziel für den Durchmesser des Beugungsflecks 52 eingesetzt werden, um so eine ideale Ziel-Laserwellenlänge zu erhalten: $${\mathrm{\lambda }}_{\text{ziel}}=\mathrm{0,41}*{\text{D}}_{\text{ziel}}*{\text{d}}_{\text{ML}}/\text{f}$$

  
• Mit einer Ziel-Linienbreite von D_ziel = 2,3 µm, dem Linsendurchmesser d_ML = 7 µm und der Brennweite der Mikrolinsen f = 12 µm ergibt sich mit Beziehung (2) eine Ziel-Laserwellenlänge von λ_ziel = 550 nm.
• Als leicht verfügbare Markierungs-Laserquelle wird daher für die Demetallisierung ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von λ = 532 nm gewählt. Der Durchmesser des Beugungsscheibchens beträgt bei dieser Wellenlänge nach Beziehung (1) D= 2,2 µm und entspricht damit mit einer Abweichung von nur etwa 4% im Wesentlichen der gewünschten Ziel-Linienbreite D_ziel = 2,3 µm.
• Bei der Demetallisation kann weiter berücksichtigt werden, dass sich für die demetallisierte Linienbreite D_real in der Praxis nicht stets genau der nach Beziehung (1) berechnete Wert für D ergibt, sondern dass die tatsächlich erzielte Linienbreite zusätzlich leicht von der verwendeten Laserleistung abhängt. Maßgeblich für die Demetallisierung ist nämlich insbesondere derjenige Bereich des fokussierten Laserstrahls, in dem die Laserintensität die für die Demetallisierung der metallischen Motivschicht erforderliche Schwelle überschreitet. Da die Laserintensität am Rand des Beugungsflecks sehr stark abfällt, kann durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Laserintensität nur eine kleine, in der Praxis aber zur Feinabstimmung geeignete Variation der tatsächlichen Linienbreite D_real erreicht werden.
• Neben der durch das wellenlängenabhängige Auflösungsvermögen erzielten Anpassung der Linienbreite kann auch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex n des Linsenmaterials eingesetzt werden, um eine weitere Variation und insbesondere eine Vergrößerung der Linienbreite zu erzielen. So variiert mit dem in Allgemeinen in Abhängigkeit von der Wellenlänge variierenden Brechungsindex n des Linsenmaterials auch die Fokuslänge f der verwendeten Mikrolinsen abhängig von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung.
• Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Demetallisation derart, dass die metallische Motivschicht bei einer gewünschten Betrachtung des Sicherheitselements im sichtbaren Spektralbereich im Wesentlichen in der Fokusebene der Mikrolinsen liegt. Werden die Mikrolinsen beispielsweise mit einem IR-Laser (also z.B. einem Nd:YAG-Laser mit λ = 1064 nm) beaufschlagt, so kann sich je nach verwendetem Material der Mikrolinsen eine zusätzliche Verbreiterung der Linien dadurch ergeben, dass die Fokuslänge bei 1064 nm bereits deutlich von der Fokuslänge im sichtbaren Spektralbereich abweicht. Es liegen bei der Beaufschlagung der metallischen Motivschicht mit Laserstrahlung somit ähnliche Bedingungen vor wie bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren, bei welchem die Motivschicht gezielt außerhalb der Fokusebene der Mikrolinsen angeordnet wird. Anders als bei diesem bekannten Verfahren liegt eine Anordnung „außerhalb der Fokusebene“ bei der vorliegenden Erfindung jedoch nur bei der zur Demetallisation verwendeten Wellenlänge vor.
• Nach der Auswahl der Markierungs-Laserquelle und der Festlegung der für die Demetallisation einzusetzenden Laserintensität (und gegebenenfalls des Brechungsindex des Linsenmaterials) wird die metallische Motivschicht 40 durch die Mikrolinsen 34 hindurch aus drei Bestrahlungsrichtungen 30A, 30B, 30C in Form der Motive 18A-18C mit Laserstrahlung beaufschlagt, um die gewünschten demetallisierte Teilbereiche 42 in der metallischen Motivschicht 40 zu erzeugen.
• Sollen bei dem Linsenrasterbild der 2 Demetallisierungen mit anderen Linienbreiten in der metallischen Motivschicht 40 erzeugt werden, so können als leicht verfügbare Laserquellen beispielsweise auch ein Nd:YAG-Laser mit λ = 1064 nm und einer Fokusbreite von D = 4,4 µm, ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser mit λ = 355 nm und einer Fokusbreite von D = 1,5 µm, oder auch ein Er:Glas-Laser mit λ = 1540 nm und einer Fokusbreite von D = 6,4 µm eingesetzt werden. Durch den Einsatz zweier oder mehr verschiedener Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge können in einem Sicherheitselement auch in einfacher Weise unterschiedlich große Linienbreiten verwendet werden.
• In einem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel soll das in 4 gezeigte Linsenrasterbild 60 mit zwei Sollbildern versehen werden, die bei Betrachtung schräg von oben (Betrachtungsrichtung 30A) bzw. schräg von unten (Betrachtungsrichtung 30C) sichtbar werden.
• Die Oberseite des Trägers 62 ist mit einem Linsenraster in Form einer Mehrzahl paralleler plankonvexer Zylinderlinsen 64 versehen, die einen Krümmungsradius R = 4 µm und einen Linsendurchmesser d_ML = 7 µm aufweisen und mit einer Linsenperiode von L = 8 µm angeordnet sind. Das Linsenmaterial der Zylinderlinsen 64 weist im Ausführungsbeispiel einen Brechungsindex n_Linse = 1,6 auf, der Brechungsindex der Trägerfolie 62 beträgt n_Folie = 1,64. Zudem sind die Zylinderlinsen 64 in eine Einbettungsschicht 66 mit einem Brechungsindex n_Einbettung = 1,33 eingebettet.
• Auf der Unterseite des Trägers sind wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2 eine metallische Motivschicht 40, eine vollflächige Farbschicht 45, eine Deckweißschicht 46 und eine Heißsiegellackschicht 48 angeordnet.
• Da unter jeder Mikrolinse zwei Bildbereiche Platz finden sollen, wird als Ziel-Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierten Teilbereiche 42 im vorliegenden Ausführungsbeispiel $${\text{D}}_{\text{ziel}}={\text{d}}_{\text{ML}}/2=\mathrm{3,5}\mathrm{\mu }\text{m}$$

  

  gewählt. Für die Berechnung der Ziel-Laserwellenlänge mit Hilfe der oben angegebenen Beziehung (2) wird noch die Fokuslänge der Mikrolinsen 64 benötigt, die sich im vorliegenden, eingebetteten Fall zu $$\text{f}={\text{n}}_{\text{Folie}}/\left({\text{n}}_{\text{Linse}}{\text{-n}}_{\text{Einbettung}}\right)*\text{R}=\mathrm{24,3}\mathrm{\mu }\text{m}$$

  

  ergibt. Mithilfe von Beziehung (2) ergibt sich aus diesen Angaben eine Ziel-Laserwellenlänge von λ_ziel = 410 nm.
• Für die Demetallisierung wird in diesem Fall als leicht verfügbare Markierungs-Laserquelle ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von λ = 355 nm gewählt. Da der Durchmesser des Beugungsscheibchens bei dieser Wellenlänge nach Beziehung (1) einen etwas geringeren Durchmesser (D = 3,1 µm) hat als die Ziel-Linienbreite (Abweichung 11%), wird die Markierungs-Laserquelle bei der Demetallisation mit hoher Laserintensität betrieben, um die demetallisierte Linienbreite D_real noch etwas zu vergrößern und an die Ziel-Linienbreite anzunähern.
• Sollen bei dem Linsenrasterbild der 4 Demetallisierungen mit anderen Linienbreiten in der metallischen Motivschicht erzeugt werden, so können als leicht verfügbare Laserquellen beispielsweise auch ein Nd:YAG-Laser mit λ = 1064 nm und einer Fokusbreite von D = 9,0 µm, ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser mit λ = 532 nm und einer Fokusbreite von D = 4,7 µm oder ein Er:Glas-Laser mit λ = 1540 nm und einer Fokusbreite von D = 13,0 µm eingesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

10

Banknote

12

Fenstersicherheitsfaden

14

Fensterbereiche

16

Stegbereiche

18A, 18B, 18C

Sollbilder

20

metallische Motivteile

22A, 22B, 22C

demetallisierte Motivteile

30A, 30B, 30C

Betrachtungsrichtungen

32

Träger

34

Zylinderlinsen

40

Motivschicht

42

demetallisierte Teilbereiche

44A, 44B, 44C

sichtbare Bereiche

45

vollflächige Farbschicht

46

Deckweißschicht

48

Heißsiegellackschicht

50

paralleler Lichtstrahl

52

Beugungsscheibchen

60

Linsenrasterbild

62

Träger

64

Zylinderlinsen

66

Einbettungsschicht

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 0219012 A1 [0005]

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einem Linsenrasterbild zur Darstellung eines oder mehrerer, nur aus vorbestimmten Betrachtungsrichtungen sichtbaren 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, - wobei die brechende Wirkung der Mikrolinsen eine Fokusebene definiert und die metallische Motivschicht im Wesentlichen in dieser Fokusebene angeordnet ist, - eine Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche in der metallischen Motivschicht gewählt wird, - eine Markierungs-Laserquelle mit einer Laserwellenlänge λ ausgewählt wird, so dass das Auflösungsvermögen D(λ) der Mikrolinsen des Linsenrasterbilds bei der ausgewählten Laserwellenlänge λ im Wesentlichen der Linienbreite der zu erzeugenden demetallisierten Teilbereiche entspricht, und - die metallische Motivschicht durch die Mikrolinsen hindurch mit Laserstrahlung der ausgewählten Markierungs-Laserquelle beaufschlagt wird, um demetallisierte Teilbereiche in der metallischen Motivschicht zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenrasterbild zur Darstellung von n ≥ 2 Sollbildern ausgelegt wird, und eine Linienbreite für die zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche gewählt wird, die zwischen 0,6*d_ML/n und 1,4*d_ML/n, bevorzugt zwischen 0,8*d_ML/n und 1,2*d_ML/n, besonders vorzugsweise zwischen 0,9*d_ML/n und 1,1*d_ML/n liegt, wobei d_ML der Durchmesser der Mikrolinsen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenrasterbild mit einem Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikro-Zylinderlinsen bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenrasterbild bereitgestellt wird, dessen metallische Motivschicht von der Fokusebene in einem Abstand angeordnet ist, der weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% der Fokuslänge der Mikrolinsen beträgt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflösungsvermögen D(λ) der Mikrolinsen des Linsenrasterbilds durch die Beziehung D(λ) = 2,44*λ*f/d_ML bestimmt wird, wobei f die Fokuslänge der Mikrolinsen und d_ML der Durchmesser der Mikrolinsen ist, und die Markierungs-Laserquelle so ausgewählt wird, dass D von der Linienbreite der zu erzeugenden demetallisierte Teilbereiche um weniger als 15%, vorzugsweise um weniger als 10% abweicht.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Markierungs-Laserquelle ein Nd:YAG-Laser, ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser, ein frequenzverdreifachter Nd:YAG-Laser oder ein Er:Glas-Laser verwendet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinabstimmung die Laserleistung der Markierungs-Laserquelle eingestellt wird, um die Linienbreite der erzeugten demetallisierten Teilbereiche an die gewählte Linienbreite anzupassen.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenrasterbild bereitgestellt wird, dessen Linsenraster Mikrolinsen mit einem Linsendurchmesser zwischen 5 µm und 20 µm aufweist und dessen Linsenperiode zwischen 100% und 125% des Linsendurchmessers beträgt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenrasterbild bereitgestellt wird, dessen Linsenraster in eine Einbettungsschicht eingebettet ist, deren Brechungsindex sich vorzugsweise um 0,2 oder mehr von dem Brechungsindex der Mikrolinsen unterscheidet.

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