Verfahren und Vorrichtung zur Laserbeschriftung von Datenträgern, insbesondere Kartenkörper Method and device for laser marking of data carriers, in particular card bodies
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Laserbeschriftung von Datenträgern, insbesondere Kartenkörper, nach dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a method and a device for laser inscription of data carriers, in particular card bodies, according to the preamble of the respective independent patent claim.
In bekannter Weise werden Kartenkörper bzw. Datenträger von Laserbeschriftungsanlagen mit einer Bild- und/oder Textinformation versehen. Die Erzeugung von Graustufenbildern erfolgt üblicherweise durch Punktdichtemodulation bei konstanter Laserleistung oder Laserleistungsmodulation bei konstanter Punktdichte. Bei der Punktdichtemodulation weisen alle Bildpunkte dieselbe Schwärzung auf; die Anzahl der Bildpunkte pro Flächeneinheit bestimmt die Graustufe. Bei der Laserleistungsmodulation werden durch die Modulation der Leistung des Laserstrahls Bildpunkte mit unterschiedlicher Schwärzung und damit Graustufe generiert.Card bodies or data carriers of laser marking systems are provided with image and / or text information in a known manner. Grayscale images are usually generated by point density modulation with constant laser power or laser power modulation with constant point density. With dot density modulation, all pixels have the same blackening; the number of pixels per unit area determines the grayscale. In laser power modulation, the modulation of the power of the laser beam generates pixels with different degrees of blackening and thus gray levels.
Nachteiligerweise zeigen die in herkömmlicher Weise erzeugten Bildpunkte und Beschriftungsflächen keine homogene bzw. gleichmäßige Schwärzung. Vielmehr sind die Bildpunkte und Beschriftungsflächen in der Regel in der Mitte schwärzer als am Rand. Werden solche Bildpunkte oder Beschriftungsflächen unmittelbar aneinandergefügt, so ist schon mit bloßem Auge erkennbar, dass die Bildpunkte oder Beschriftungsflächen "zusammengestückelt" worden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Laserbeschriftung von Datenträgern, insbesondere von Kartenkörpern, das die Herstellung von 5 Beschriftungsflächen und/oder Beschriftungspunkten ermöglicht, deren Fläche weitgehend gleichmäßig geschwärzt und/oder gefärbt ist.Disadvantageously, the pixels and labeling areas produced in a conventional manner do not have a homogeneous or uniform blackening. Rather, the pixels and labeling areas are usually blacker in the middle than at the edge. If such pixels or labeling areas are joined directly, it can be seen with the naked eye that the pixels or labeling areas have been "pieced together". The object of the invention is to provide a method for laser inscription of data carriers, in particular card bodies, which enables the production of 5 inscription surfaces and / or inscription points, the surface of which is largely uniformly blackened and / or colored.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen .0 Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen jeweils gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .This object is achieved in each case by the measures specified in the independent .0 patent claims. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die aus .5 einem herkömmlichen Laser zur Laserbeschriftung vonAn essential aspect of the invention is that of .5 a conventional laser for laser marking of
Datenträgern, wie insbesondere Kartenkörper für Chip- und/oder Ausweiskarten, austretende Laserstrahlung durch ein sogenanntes Homogenisierungsmittel zu modifizieren bzw. zu homogenisieren. Ziel der erfindungsgemäßen Modifizierung bzw. !0 Homogenisierung ist es, einen Laserstrahl zur Beschriftung zu gewinnen, der eine weitgehend homogene bzw. stufenförmige Leistungsdichteverteilung entlang seines Strahlquerschnitts aufweist .Data carriers, such as in particular card bodies for chip and / or identity cards, to modify or homogenize emerging laser radiation by a so-called homogenizing agent. The aim of the modification or homogenization according to the invention is to obtain a laser beam for inscription which has a largely homogeneous or step-like power density distribution along its beam cross section.
15 Erfindungsgemäß wird dies bevorzugt durch die Verwendung einer Glasfaser mit einer Mehrzahl von Ausbreitungsmoden, wie insbesondere eine Multimodeglasfaser, erreicht. Wird der Laserstrahl eines solchen herkömmlichen Lasers durch eine solche Glasfaser geleitet, so zeigt der aus der GlasfaserAccording to the invention, this is preferably achieved by using a glass fiber with a plurality of propagation modes, such as in particular a multimode glass fiber. If the laser beam of such a conventional laser is passed through such a glass fiber, it shows from the glass fiber
50 austretende Laserstrahl gegenüber dem in die Glasfaser eintretenden Laserstrahl eine gleichmäßigere Leistungsdichteverteilung entlang des Querschnitts des Laserstrahls. Bevorzugt wird eine Glasfaser, insbesondere eine Multimodeglasfaser, derart gebogen und/oder tordiert und/oder50 emerging laser beam compared to the laser beam entering the glass fiber a more uniform power density distribution along the cross section of the laser beam. A glass fiber, in particular a multimode glass fiber, is preferably bent and / or twisted and / or
55 schleifenförmig angeordnet, dass die Leistungsdichteverteilung
entlang des Querschnitts des aus der Glasfaser austretenden Laserstrahls eine weitgehend stufenförmige Leistungsdichteverteilung aufweist. Mit anderen Worten, entlang des Querschnitts des Laserstrahls ist dessen Leistungsdichte weitgehend konstant und fällt am Rand weitgehend abrupt ab.55 arranged in a loop that the power density distribution has a largely step-like power density distribution along the cross section of the laser beam emerging from the glass fiber. In other words, the power density is largely constant along the cross section of the laser beam and largely drops abruptly at the edge.
In vorteilhafter Weise lassen sich durch einen erfindungsgemäß erzeugten Laserstrahl mit weitgehend homogener Leistungsdichteverteilung Bildpunkte und/oder Bildflächen auf Datenträgern, wie insbesondere den obengenannten Kartenkörpern, erzeugen, die eine weitgehend homogene bzw. gleichmäßige Schwärzung und/oder Färbung, z. B. eine andere Farbe als schwarz, aufweisen. Durch die nachfolgend näher erläuterten, erfindungsgemäßen Blenden lassen sich einzelne erfindungsgemäß hergestellte Bildpunkte und/oder Bildflächen zu einer Text- und/oder Bildinformation zusammenfügen. Werden die erfindungsgemäß hergestellten Bildpunkte und/oder Bildflächen entsprechend klein gestaltet, so ist mit bloßem Auge nicht erkennbar, dass die Text- und/oder Bildinformation aus mehreren einzelnen erfindungsgemäßen Beschriftungselementen zusammengefügt worden ist.Advantageously, pixels and / or image areas on data carriers, such as, in particular, the above-mentioned card bodies, can be generated by a laser beam generated according to the invention with a largely homogeneous power density distribution, which have a largely homogeneous or uniform blackening and / or coloring, e.g. B. have a different color than black. The diaphragms according to the invention, which are explained in more detail below, allow individual pixels and / or image areas produced according to the invention to be combined to form text and / or image information. If the pixels and / or image areas produced according to the invention are made correspondingly small, it cannot be seen with the naked eye that the text and / or image information has been combined from several individual labeling elements according to the invention.
Das präzise Zusammenfügen der erfindungsgemäßen Beschriftungselemente kann beispielsweise ein Echtheitsmerkmal eines Datenträgers, wie insbesondere eine Chip- und/oder Ausweiskarte oder dergleichen, darstellen. Ferner kann die Anordnung von erfindungsgemäßen Beschriftungselementen, z. B. zwei oder mehr Beschriftungselemente unterschiedlicher Form und/oder Größe, eine nicht ohne weiteres erkennbare Kodierung des Datenträgers darstellen. Diese Anordnung von erfindungsgemäßen Beschriftungselementen kann dann mittels eines Scanners abgetastet und die Kodierung erfaßt und mittels einer geeigneten Software dekodiert werden. Die dekodierte
Information kann dann z . B . mit einer auf dem Datenträger vorgesehenen Klartextinformation verglichen werden.The precise assembly of the labeling elements according to the invention can represent, for example, an authenticity feature of a data carrier, such as in particular a chip and / or identification card or the like. Furthermore, the arrangement of labeling elements according to the invention, for. B. two or more labeling elements of different shape and / or size, represent an easily recognizable coding of the data carrier. This arrangement of labeling elements according to the invention can then be scanned using a scanner and the coding can be detected and decoded using suitable software. The decoded Information can then z. B. can be compared with plain text information provided on the data carrier.
So kann beispielsweise das Portrait einer Person, die auf dem Datenträger, z. B. eine Ausweiskarte, abgebildet ist mit einer Kodierung versehen sein, die den Namen der Person und/oder andere Daten der Person, wie etwa das Geburtsdatum, repräsentiert . Nach dem Scannen und der Dekodierung kann diese Information dann beispielsweise auf einem Display oder dergleichen angezeigt und mit einer beispielsweise auf dem Datenträger vorhandenen Information verglichen werden. Hierdurch kann überprüft werden, ob das Portrait und die Ausweiskarte zusammengehören.For example, the portrait of a person on the disk, e.g. B. an ID card, is shown with a code that represents the name of the person and / or other data of the person, such as the date of birth. After scanning and decoding, this information can then be shown, for example, on a display or the like and compared with information, for example on the data carrier. This makes it possible to check whether the portrait and the identity card belong together.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen, nicht notwendigerweise maßstäblichen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings, which are not necessarily to scale, the same or equivalent parts being provided with the same reference numerals. It shows:
Fig. 1 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Laserbeschriftungsvorrichtung mit einer Multimodeglasfaser;1 shows the basic principle of a laser marking device according to the invention with a multimode glass fiber;
Fig. 2 die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 bei der der aus der Multimodeglasfaser austretendeFig. 2 shows the embodiment of the invention shown in FIG. 1 in which the emerging from the multimode glass fiber
Laserstrahl über Ablenkeinrichtungen und eine Linse auf die Oberfläche eines Kartenkörpers gelenkt wird;Laser beam is deflected onto the surface of a card body via deflection devices and a lens;
Fig. 3 die Ausführungsform gemäß Fig. 2 bei der zwischen dem Ausgang der Multimodeglasfaser und denFig. 3 shows the embodiment of FIG. 2 in the between the output of the multimode glass fiber and the
Ablenkeinrichtungen eine abbildende Optik vorgesehen ist;Deflection devices an imaging optics is provided;
Fig. 4 den Buchstaben "A" in einer ersten Ausführungsform, der mit der in Fig. 3 dargestellten,
erfindungsgemäßen Laserbeschriftungsvorrichtung unter Verwendung einer ersten Blende auf der Oberfläche des Kartenkörpers erzeugt worden ist;4 shows the letter "A" in a first embodiment, that with the one shown in FIG. 3, laser marking device according to the invention has been generated using a first aperture on the surface of the card body;
5 Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des Buchstabens "A" , der mit der in Fig. 3 dargestellten5 Fig. 5 shows a second embodiment of the letter "A", with that shown in Fig. 3
Laserbeschriftungsvorrichtung unter Verwendung einer zweiten Blende auf der Oberfläche des Kartenkörpers erzeugt worden ist;Laser marking device has been created using a second aperture on the surface of the card body;
LOLO
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform des Buchstabens "A" , der mit einer Laserbeschriftungsvorrichtung gemäß Fig. 3 unter Verwendung einer dritten Blende auf der Oberfläche des Kartenkörpers erzeugt worden ist;FIG. 6 shows a third embodiment of the letter "A", which was produced with a laser marking device according to FIG. 3 using a third aperture on the surface of the card body;
L5L5
Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des Buchstabens "A" der mit der Laserbeschriftungsvorrichtung gemäß Fig. 3 und einer vierten Blende auf dem Kartenkörper erzeugt worden ist;FIG. 7 shows a fourth embodiment of the letter "A" which has been generated with the laser marking device according to FIG. 3 and a fourth aperture on the card body;
>0> 0
Fig. 8 ein Porträt, das mittels der in Fig. 3 dargestellten Laserbeschriftungsvorrichtung und einer fünften Blende auf dem Kartenkörper erzeugt worden ist, wobei sich das Portrait aus Dreiecken und QuadratenFig. 8 is a portrait, which was created by means of the laser marking device shown in Fig. 3 and a fifth aperture on the card body, the portrait consisting of triangles and squares
15 zusammensetzt;15 composes;
Fig. 9. eine Blende mit quadratischer Öffnung, deren Größe einstellbar ist;Fig. 9. an aperture with a square opening, the size of which is adjustable;
50 Fig. 10 eine fünfte Ausführungsform des Buchstabens „A" , der mit der Laserbeschriftungsvorrichtung gemäß Fig. 3 und einer einstellbaren Blende auf dem Kartenkörper erzeugt worden ist;
Fig. 11 eine Draufsicht auf ein erstes grobes Raster mit einer Mehrzahl von gleichmäßig angeordneten relativ großen quadratischen Teilöffnungen, wobei das Raster über den zu beschriftenden Buchstaben „A" gemäß Fig. 10 gelegt ist und in dem detektierte großeFIG. 10 shows a fifth embodiment of the letter “A”, which was produced with the laser marking device according to FIG. 3 and an adjustable diaphragm on the card body; 11 shows a plan view of a first coarse grid with a plurality of uniformly arranged, relatively large, square partial openings, the grid being placed over the letter “A” to be labeled according to FIG. 10 and in the detected large one
Rasterpunkte kreuzweise schraffiert gekennzeichnet sind,Halftone dots are cross-hatched,
Fig. 12 eine Draufsicht auf ein zweites mittleres Raster mit einer Mehrzahl von gleichen mittleren quadratischenFig. 12 is a plan view of a second central grid with a plurality of the same central square
Teilöffnungen, wobei das Raster über den zu beschriftenden Buchstaben „A" gemäß Fig. 10 gelegt ist und in dem detektierte mittlere Rasterpunkte schraffiert gekennzeichnet sind,Partial openings, the grid being placed over the letter “A” to be labeled according to FIG. 10 and in which the detected central grid points are hatched,
Fig. 13 eine Draufsicht auf ein drittes feines Raster mit einer Mehrzahl von relativ kleinen quadratischen Teilöffnungen aufweist, wobei das Raster über den zu beschriftenden Buchstaben „A" gemäß Fig. 10 gelegt ist und in dem detektierte kleine Rasterpunkte schraffiert gekennzeichnet sind,13 shows a plan view of a third fine grid with a plurality of relatively small square partial openings, the grid being placed over the letter “A” to be labeled according to FIG. 10 and in which detected small grid points are hatched,
Fig. 14 eine Darstellung des zu Fig. 10 korrespondierenden Buchstabens „A" , der durch die Summe der gemäß Fig. 11 bis 13 hergestellten Raster erzeugt ist.FIG. 14 shows the letter “A” corresponding to FIG. 10, which is generated by the sum of the rasters produced according to FIGS. 11 to 13.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer erfindungsgemäßenFig. 1 shows the basic principle of an inventive
Laserbeschriftungsvorrichtung 100 in einer erstenLaser marking device 100 in a first
Ausführungsform. Die Laserbeschriftungsvorrichtung 100 weist einen herkömmlichen Laser 101 auf, dessen Laserstrahl 102 über eine Optik 103 in den Eingang einer Multimodeglasfaser 104 eingekoppelt wird. In dem unterhalb des Laserstrahls 102 dargestellten linken Diagramm der Fig. 1 ist die Leistungsdichte des aus dem Laser 101 austretenden Laserstrahls 102 als Funktion des Orts im Strahlquerschnitt
angegeben. Das linke Diagramm zeigt eine gaußförmige Leistungsdichteverteilung im Strahlquerschnitt des Lasers 101, d. h. die Leistungsdichte des Laserstrahls 102 weist in der Mitte des Strahlquerschnitts ihr Maximum auf und flacht zu den Rändern des Strahlquerschnitts hin ab. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines Laser mit gaußförmiger Leistungsdichteverteilung beschränkt. Trifft ein solcher herkömmlicher Laserstrahl ausreichender Leistung auf einen bekannten, für eine Laserbeschriftung geeigneten Kartenkörper so entsteht ein Bildpunkt, der aufgrund der gaußförmigen Leistungsdichteverteilung vom Rand zur Mitte hin eine zunehmende Schwärzung aufweist.Embodiment. The laser marking device 100 has a conventional laser 101, the laser beam 102 of which is coupled into the input of a multimode glass fiber 104 via an optical system 103. In the diagram on the left of FIG. 1, shown below the laser beam 102, the power density of the laser beam 102 emerging from the laser 101 is a function of the location in the beam cross section specified. The diagram on the left shows a Gaussian power density distribution in the beam cross section of the laser 101, ie the power density of the laser beam 102 has its maximum in the middle of the beam cross section and flattens out towards the edges of the beam cross section. However, the invention is not limited to the use of a laser with a Gaussian power density distribution. If such a conventional laser beam of sufficient power strikes a known card body which is suitable for laser inscription, a pixel is formed which, due to the Gaussian power density distribution, has an increasing blackening from the edge to the center.
Zur Erzeugung eines Bildpunkts und/oder einer Bildfläche auf einem geeigneten Datenträger, wie insbesondere einTo generate an image point and / or an image area on a suitable data carrier, such as in particular a
Kartenkörper, der bzw. die eine weitgehend homogene bzw. gleichmäßige Schwärzung und/oder Färbung aufweist, ist erfindungsgemäß die Multimodeglasfaser 104 vorgesehen.The card body, which has a largely homogeneous or uniform blackening and / or coloring, is provided according to the invention in the multimode glass fiber 104.
Die Multimodeglasfaser 104 wird bevorzugt derart mit einem mechanischen Streß beaufschlagt, indem sie beispielsweise schleifenförmig angeordnet und/oder tordiert und/oder gebogen wird, dass der aus der Multimodeglasfaser 104 austretende Laserstrahl 105 eine Leistungsdichteverteilung im Strahlquerschnitt aufweist, die weitgehend stufenförmig ist, wie in dem rechten Diagramm der Fig. 1 dargestellt. Das rechte Diagramm zeigt ebenso wie das linke Diagramm die Leistungsdichte des betreffenden Laserstrahls als Funktion des Orts im Laserquerschnitt . Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Multimodeglasfaser 104 wird bevorzugt einThe multimode glass fiber 104 is preferably subjected to a mechanical stress such that it is arranged in a loop and / or twisted and / or bent, for example, such that the laser beam 105 emerging from the multimode glass fiber 104 has a power density distribution in the beam cross section that is largely step-like, as in that right diagram of Fig. 1 shown. The diagram on the right, like the diagram on the left, shows the power density of the laser beam in question as a function of the location in the laser cross section. By using the multimode glass fiber 104 according to the invention, a is preferred
Laserstrahl 105 erzeugt, dessen Leistungsdichte idealerweise entlang seines Strahlquerschnitts weitgehend konstant ist und am Rand abrupt auf Null abfällt (stufenförmiger Leistungsdichteverlauf) . Trifft ein solcher erfindungsgemäß erzeugter Laserstrahl auf die Oberfläche eines geeigneten
Datenträgers, wie insbesondere ein bekannter, geeigneter Kartenkörper, auf, so erzeugt dieser einen Bildpunkt bzw. eine Bildfläche, der bzw. die eine weitgehend homogene bzw. gleichmäßige Schwärzung und/oder Färbung aufweist.Laser beam 105 is generated, the power density of which is ideally largely constant along its beam cross section and abruptly drops to zero at the edge (step-shaped power density curve). If such a laser beam generated according to the invention strikes the surface of a suitable one Data carrier, such as in particular a known, suitable card body, it generates a pixel or an image surface which has a largely homogeneous or uniform blackening and / or coloring.
55
Die Optik 103 weist eine oder mehrere optische Linsen auf . Da die optische Multimodeglasfaser 104 die Ausbreitung verschiedener Moden zuläßt, kann im Idealfall eine gleichmäßige Verteilung der optischen Leistung des Lasers aufThe optics 103 have one or more optical lenses. Since the multimode optical fiber 104 allows different modes to propagate, ideally a uniform distribution of the optical power of the laser can occur
.0 alle Moden erreicht werden, wie im rechten Diagramm der Fig . 1 dargestellt . Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der optischen Leistung auf die verschiedenen Moden der Glasfaser zu erreichen, wird - wie bereits detailliert ausgeführt - vorgeschlagen, die Multimodeglasfaser einem mechanischen.0 all modes are reached, as in the diagram on the right of Fig. 1 shown. In order to achieve the most uniform possible distribution of the optical power to the different modes of the glass fiber, it is proposed, as already explained in detail, that the multimode glass fiber be a mechanical one
.5 Streß, z . B . durch Biegung und/oder Torsion, auszusetzen . Bevorzugt wird die Multimodeglasfaser in ein oder mehreren Schleifen angeordnet, die einen geeigneten Biegeradius aufweisen ..5 stress, e.g. B. by bending and / or torsion. The multimode glass fiber is preferably arranged in one or more loops which have a suitable bending radius.
! 0 Bevorzugt handelt es sich bei der Multimodeglasfaser um eine Stuf enindexglasf aser . Eine Stuf enindexglasf aser gemäß der Erfindung weist quer zur Längsachse bzw. Ausbreitungsrichtung einen Brechungsindex auf , der im Faserkern sprunghaft gegenüber der umgebenden Glasfaser erhöht ist .! 0 The multimode glass fiber is preferably a step index glass fiber. A step index glass fiber according to the invention has a refractive index transversely to the longitudinal axis or direction of propagation, which is abruptly increased in the fiber core compared to the surrounding glass fiber.
!5! 5
Fig . 2 zeigt eine Laserbeschriftungsvorrichtung, die gegenüber der in Fig . 1 dargestellten Aus führungs form um eine Ablenkeinrichtung 201 , insbesondere ein sogenannter x- Scannerspiegel , und eine Ablenkeinrichtung 202 , insbesondereFig. FIG. 2 shows a laser marking device which is compared to that in FIG. 1 shown embodiment around a deflection device 201, in particular a so-called x scanner mirror, and a deflection device 202, in particular
> 0 ein sogenannter y-Scannerspiegel , sowie ein Obj ektiv 203 ergänzt worden ist . Das Obj ektiv 203 weist eine oder mehrere optische Linsen auf .> 0 a so-called y-scanner mirror, and an objective 203 has been added. Objective 203 has one or more optical lenses.
Der aus der Multimodeglasfaser 104 austretende , divergente 55 Lichtstrahl wird über die Ablenkeinrichtung 201 , die
Ablenkeinrichtung 202 und das Objektiv 203 auf einen Datenträger, wie insbesondere ein geeigneter Kartenkörper 204, gelenkt. Die optischen Weglängen sind bevorzugt so dimensioniert, dass die optische Leistung am Multimodeglasfaserende auf die Oberfläche des Kartenkörpers 204 abgebildet wird. Bevorzugt werden die Ablenkeinrichtungen 201 und 202, beispielsweise x- und y-Scannerspiegel, möglichst dicht hinter der Glasfaser angebracht, um die gesamte optische Leistung des divergenten Strahlengangs zu übertragen. Hat der optisch übertragende Kern der Multimodeglasfaser beispielsweise einen Durchmesser von 100 μm und soll die Schwärzung und/oder Färbung auf dem Kartenkörper 204 ebenfalls einen Durchmesser von 100 μm besitzen, dann ist entsprechend dem optischen Abbildungsgesetz die optische Weglänge zwischen dem Ende der Multimodeglasfaser 104 und des Objektivs 203 gleich dem Abstand zwischen Objektiv 203 und der Oberfläche des Kartenkörpers 204 zu wählen.The divergent 55 light beam emerging from the multimode glass fiber 104 is transmitted via the deflection device 201 Deflection device 202 and lens 203 are directed onto a data carrier, such as, in particular, a suitable card body 204. The optical path lengths are preferably dimensioned such that the optical power at the multimode glass fiber end is imaged on the surface of the card body 204. The deflection devices 201 and 202, for example x and y scanner mirrors, are preferably mounted as close as possible behind the glass fiber in order to transmit the entire optical power of the divergent beam path. If the optically transmitting core of the multimode glass fiber has a diameter of 100 μm, for example, and if the blackening and / or coloring on the card body 204 should also have a diameter of 100 μm, then the optical path length between the end of the multimode glass fiber 104 and that is in accordance with the optical imaging law Lens 203 to be selected equal to the distance between lens 203 and the surface of the card body 204.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestelltenThe embodiment of the invention shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 2
Ausführungsform der Erfindung darin, dass zwischen dem Ende der Multimodeglasfaser 104 und der Ablenkeinrichtung 201 eine Optik 301 und eine Blende bzw. Blenden-Vorrichtung 302 im Strahlengang vorgesehen ist. Die Optik 301 dient dazu, die zur Verfügung stehende Lichtleistung weitestgehend durch die das optische System begrenzende Apertur zu bringen. Bei der Blenden-Vorrichtung 302 kann es sich um eine Anordnung aus ein oder mehreren Blenden, wie nachfolgend näher beschrieben, handel .Embodiment of the invention in that between the end of the multimode glass fiber 104 and the deflection device 201 there is an optical system 301 and a diaphragm or diaphragm device 302 in the beam path. The optics 301 serve to bring the available light output as far as possible through the aperture delimiting the optical system. The aperture device 302 can be an arrangement of one or more apertures, as described in more detail below.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Laserbeschriftungsvorrichtung 300 wird die Öffnung einer Blende der Blenden-Vorrichtung 302 auf die Oberfläche des Kartenkörpers 204 abgebildet. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer Laserbeschriftungsvorrichtung 200 kann bei der
Laserbeschriftungsvorrichtung 300 durch die Verwendung einer Blende sowohl die Form als auch die Größe der Öffnung bzw. des Querschnitts der Blende frei definiert werden. Im Unterschied hierzu weist eine Glasfaser bzw. das Ende einer Glasfaser3, the opening of a diaphragm of the diaphragm device 302 is imaged on the surface of the card body 204. In contrast to the embodiment of a laser marking device 200 shown in FIG Laser marking device 300 by using an aperture both the shape and the size of the opening or the cross section of the aperture can be freely defined. In contrast to this, a glass fiber or the end of a glass fiber has
5 einen definierten, in der Regel einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt auf. Bei Verwendung einer entsprechenden Blende lassen sich also auch andere geometrische Formen auf einem Kartenkörper abbilden bzw. erzeugen.5 a defined, usually a circular or elliptical cross-section. If a corresponding screen is used, other geometric shapes can also be reproduced or generated on a card body.
.0.0
Die Komponenten der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 sind derart angeordnet, dass die Optik 301 die gesamte Querschnittsfläche am Ende der optischen Faser 104 auf die Ablenkeinrichtungen 201 und 202 bzw. die ScannerspiegelThe components of the laser marking device 300 are arranged such that the optics 301 spread the entire cross-sectional area at the end of the optical fiber 104 onto the deflection devices 201 and 202 or the scanner mirrors
L5 abbildet. Die Öffnung der Blende 302 wird über die Objektiv 203 auf den Kartenkörper 204 abgebildet. Die Optik 301 ist derart dimensioniert, dass die Blende 302 vollständig und weitgehend homogen ausgeleuchtet wird. In diesem Fall entsteht ein Abbild der Öffnung der Blende 302 auf dem KartenkörperL5 depicts. The opening of the diaphragm 302 is imaged on the card body 204 via the lens 203. The optics 301 are dimensioned such that the aperture 302 is completely and largely homogeneously illuminated. In this case, an image of the opening of the aperture 302 is formed on the card body
10 204. Dies ist dann der Fall, wenn das Verhältnis von10 204. This is the case if the ratio of
Blendenöffnung und Bildgröße auf dem Kartenkörper gleich dem Verhältnis des Abstands zwischen Blende und Objektiv 203 bzw. des Abstands zwischen dem Objektiv 203 und dem Kartenkörper ist .Aperture opening and image size on the card body is equal to the ratio of the distance between the aperture and lens 203 or the distance between the lens 203 and the card body.
.5.5
Wird die Öffnung der Blende 302 beispielsweise quadratisch ausgeführt, läßt sich durch dichtes Aneinanderfügenvon Bildpunkten 401 eine scharf begrenzte, gleichmäßig bzw. homogen geschwärzte und/oder gefärbte Fläche, wie in Fig. 4 amIf, for example, the aperture of the diaphragm 302 is made square, a sharply delimited, uniformly or homogeneously blackened and / or colored surface, as in FIG
50 Beispiel des Buchstabens "A" dargestellt, mittels der50 Example of the letter "A" shown using the
Laserbeschriftungsvorrichtung 300 auf dem Kartenkörper 204 erzeugen. Wird die Öffnung der Blende 302 beispielsweise wabenförmig bzw. sechseckig ausgeführt, so läßt sich ebenfalls durch dichtes Aneinanderfügen der von Bildpunkten 501 eineGenerate laser marking device 300 on the card body 204. If the opening of the diaphragm 302 is, for example, honeycomb-shaped or hexagonal, it is also possible to close one of the pixels 501 by closely joining them together
55 scharf begrenzte, gleichmäßig bzw. homogen geschwärzte
und/oder gefärbte Fläche, wie in Fig. 5 ebenfalls am Beispiel des Buchstabens "A" dargestellt, mittels der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 auf dem Kartenkörper 204 herstellen.55 sharply delineated, evenly or homogeneously blackened and / or colored surface, as also illustrated in FIG. 5 using the example of the letter "A", by means of the laser marking device 300 on the card body 204.
55
Der in den Figuren 4 und 5 dargestellte Buchstabe "A" wurde aus gleich großen Quadraten 4.01 bzw. sechseckigen Waben 501 sukzessive durch entsprechende Laserbestrahlung zusammengesetzt. Dadurch erscheinen die schräg verlaufendenThe letter "A" shown in FIGS. 4 and 5 was successively composed of squares 4.01 or hexagonal honeycombs 501 of the same size by corresponding laser irradiation. This causes the sloping ones to appear
.0 Außenkanten des Buchstabens "A" stufenförmig. Dieser Effekt kann durch eine Verkleinerung der geometrischen Formen vermindert werden. Dies hat allerdings zur Folge, dass sich die Anzahl der zu beschriftenden bzw. zu erzeugenden Punkte erhöht und sich demzufolge die Dauer der Beschriftung durch.0 step edges of the letter "A". This effect can be reduced by reducing the geometric shapes. However, this has the consequence that the number of points to be labeled or generated increases and consequently the duration of the labeling increases
.5 den Laser 101 entsprechend verlängert..5 extends the laser 101 accordingly.
Um dem entgegenzuwirken kann eine Blende bzw. Blenden- Vorrichtung 302 verwendet werden, deren Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist. Bei Verwendung einer solchen BlendeTo counteract this, an aperture or aperture device 302 can be used, the opening cross section of which can be variably adjusted. When using such an aperture
!0 bzw. Blenden-Vorrichtung lassen sich sowohl große Bildpunkte bzw. Flächen 601 als auch demgegenüber kleine Bildpunkte bzw. Flächen 602, wie in Fig. 6 wiederum am Beispiel des Buchstabens "A" dargestellt, zu dem Buchstaben "A" zusammenfügen. Während der Buchstabe "A" der Figuren 4 und 5! 0 or aperture device, both large pixels or areas 601 and, in contrast, small pixels or areas 602, as shown in FIG. 6 again using the example of the letter "A", can be combined to form the letter "A". While the letter "A" of Figures 4 and 5
15 aus 105 Beschriftungspunkten besteht, ist der Buchstabe "A" der Fig. 6 aus einer Gesamtzahl von 50 großen und kleinen Beschriftungspunkten auf der Oberfläche des Kartenkörpers mittels der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 unter Verwendung einer entsprechenden Blenden-Vorrichtung 302 erzeugt worden.15 consists of 105 marking points, the letter "A" of FIG. 6 was generated from a total of 50 large and small marking points on the surface of the card body by means of the laser marking device 300 using a corresponding aperture device 302.
50 Bei gleichbleibender Kontur des Buchstabens ist durch die Verwendung von sowohl einfachen, als auch um das vierfache vergrößerten Beschriftungspunkten, wie in Fig. 6 dargestellt, die Anzahl der notwendigen Beschriftungspunkte um etwa die Hälfte gesenkt worden. Damit verringert sich die Zeit für die
Beschriftung bzw. die Erzeugung eines solchen Buchstabens etwa auf die Hälfte.50 With the contour of the letter remaining the same, the number of required labeling points has been reduced by approximately half by using both simple and four times enlarged labeling points, as shown in FIG. 6. This reduces the time for the Inscription or the generation of such a letter about half.
Nach einem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 10 bis 14 ist 5 eine Rastereinrichtung 10 vorgesehen, mittels derer zielgerichtet unterschiedlich große Beschriftungspunkte herstellbar sind. Das mittels der Rastereinrichtung 10 bewirkte Rasterverfahren ermöglicht eine Reduzierung der Druckzeit. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 6 L0 werden in Abhängigkeit von der Form des zu beschriftenden Zeichens die Anzahl der Beschriftungspunkte minimiert.According to an exemplary embodiment according to FIGS. 10 to 14, a raster device 10 is provided, by means of which marking points of different sizes can be produced in a targeted manner. The raster process effected by means of the raster device 10 enables a reduction in the printing time. In contrast to the embodiment according to FIG. 6 L0, the number of labeling points is minimized depending on the shape of the character to be labeled.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rastereinrichtung 10 als eine Quadratrastereinrichtung mit einer Vielzahl von L5 quadratischen Teilöffnungen ausgebildet. Alternativ können die Teilöffnungen eine andere geometrische Form aufweisen, beispielsweise linienförmig, punktförmig etc. ausgebildet sein.In the present exemplary embodiment, the grid device 10 is designed as a square grid device with a plurality of L5 square partial openings. Alternatively, the partial openings can have a different geometric shape, for example be linear, point-shaped, etc.
.0 Das erfindungsgemäße Rasterverfahren ermöglicht die.0 The screening method according to the invention enables
Beschriftung von Beschriftungszeichen, wie beispielsweise des Buchstabens „A" , mit einer minimalen Anzahl von Beschriftungspunkten. Es ist vorzugsweise bei einem solchen Druckverfahren einsetzbar, in dem das Drucken der einzelnenInscription of inscription characters, such as the letter "A", with a minimal number of inscription points. It can preferably be used in such a printing process in which the printing of the individual
.5 Beschriftungspunkte unabhängig von der Dimensionierung derselben eine konstante Zeit erfordert. Die Anwendung des Rasterverfahrens ermöglicht somit eine Minimierung der Beschriftungszeit ..5 labeling points require a constant time regardless of their dimensioning. The use of the grid method thus enables the labeling time to be minimized.
50 Die Beschriftung von Beschriftungszeichen, wie beispielsweise eines stilisierten Buchstabens „A" gemäß Fig. 10, erfolgt in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird mittels der Rastereinrichtung 10 eine Abtastung des Buchstabens unter Anwendung eines ersten groben Raster 11, eines zweitenThe labeling of lettering characters, such as a stylized letter “A” according to FIG. 10, takes place in two steps. In a first step, scanning of the letter is carried out by means of the raster device 10 using a first coarse grid 11, a second
55 mittleren Rasters 12 und eines dritten feinen Rasters 13
vorgenommen. Als Ergebnis entsteht ein aus unterschiedlich großen Beschriftungspunkten zusammen gesetztes resultierendes Rasterbild 14 des Buchstabens „A" gemäß Fig. 14, das als Schwarz-/Weiß-Zeichenvorlage (Bitmap) in einer nicht dargestellten Speicher-Steuereinheit abgespeichert werden kann. In einem zweiten Schritt kann dann die Beschriftung des Buchstabens „A" , wie in Fig. 10 dargestellt, erfolgen, wobei jeweils durch das Rasterverfahren vorgegebene Beschriftungspunkte unterschiedlicher Größe erzeugt werden.55 middle grid 12 and a third fine grid 13 performed. The result is a resulting raster image 14 of the letter “A”, composed of differently sized lettering points, according to FIG. 14, which can be stored as a black and white character template (bitmap) in a memory control unit (not shown). In a second step, then the lettering of the letter "A", as shown in FIG. 10, is carried out, with lettering points of different sizes being generated by the raster process.
Zur Erzeugung des Rasterbildes 14 wird in einem ersten Schritt ein erstes Raster 11 bzw. eine erste Schablone 15 mit einer Mehrzahl von relativ großen quadratischen Teilöffnungen 16 gleicher Dimension über das Beschriftungszeichen 17 gelegt. Deckt sich eine Teilöffnung 16 der Maske 15 vollständig mit einem Teilbereich des in Fig. 10 dargestellten Quellbildes des Beschriftungszeichen 17, werden entsprechende erste große Beschriftungspunkte 19 generiert und in einem ersten Teilbild 20 abgespeichert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei große Beschriftungspunkte 19 detektiert worden, die zur Unterscheidung schraffiert dargestellt sind.To generate the raster image 14, a first raster 11 or a first template 15 with a plurality of relatively large square partial openings 16 of the same dimension are placed over the inscription 17 in a first step. If a partial opening 16 of the mask 15 completely coincides with a partial area of the source image of the inscription symbol 17 shown in FIG. 10, corresponding first large inscription points 19 are generated and stored in a first partial image 20. In the present exemplary embodiment, two large labeling points 19 have been detected, which are shown hatched for differentiation.
In einem zweiten Schritt zur Bildung des resultierenden Rasterbildes 14 wird eine zweites Raster 12 bzw. eine zweite Schablone 21 mit einer Mehrzahl von mittleren quadratischen Teilöffnungen 22 gleicher Dimension über das infolge des ersten Rastervorgangs modifizierte Quellbild 17 gelegt. Bei diesem modifizierten Quellbild sind die durch die erste Schablone 15 erfassten Bereiche 19 des Beschriftungszeichens 17 ausgespart, weil diese Bereiche des Zeichens 17 bereits für das zu bildende Rasterbild reserviert sind. Durch Detektion der von den Teilöffnungen 22 erfassten Bereich des Quellbildes 17 lässt sich ein zweites Quellbild 23 generieren mit einer Mehrzahl von mittleren Beschrif ungspunkten 24.
In einem dritten und letzten Schritt erfolgt eine Abtastung des nunmehr modifizierten Quellbildes mittels eines dritten Rasters 13 bzw. einer dritten Schablone 25 mit einer Mehrzahl von kleinen Teilöffnungen 26. Die Teilöffnungen 26 sind derart klein gewählt, dass eine ausreichend große Auflösung des Quellbildes 17 gewährleistet ist. Nach Vergleich mit dem modifizierten Quellbild 17 wird somit eine drittes Teilbild 27 gebildet mit einer Mehrzahl von kleinen Beschriftungspunkten 28. Die Genauigkeit der Wiedergabe des Quellbildes 17 bzw. der Beschriftung des Quellbildes 17 wird durch die Größe der kleinen Teilöffnungen 26 bestimmt. Zur Vereinfachung des Abtastverfahrens bilden die Kantenlängen der anderen Teilöffnungen 16, 22 der Schablonen 15 bzw. 21 ein ganzzahliges Vielfaches der Kantenlänge der kleinen Teilöffnung 26 der dritten Schablone 25.In a second step to form the resulting raster image 14, a second raster 12 or a second template 21 with a plurality of central square partial openings 22 of the same dimension is placed over the source image 17 modified as a result of the first raster process. In this modified source image, the areas 19 of the inscription character 17 captured by the first template 15 are left out because these areas of the character 17 are already reserved for the raster image to be formed. By detecting the area of the source image 17 captured by the partial openings 22, a second source image 23 can be generated with a plurality of middle labeling points 24. In a third and final step, the now modified source image is scanned by means of a third raster 13 or a third template 25 with a plurality of small partial openings 26. The partial openings 26 are chosen to be small enough to ensure a sufficiently large resolution of the source image 17 , After comparison with the modified source image 17, a third partial image 27 is thus formed with a plurality of small labeling points 28. The accuracy of the reproduction of the source image 17 or the labeling of the source image 17 is determined by the size of the small partial openings 26. To simplify the scanning process, the edge lengths of the other partial openings 16, 22 of the templates 15 and 21 form an integral multiple of the edge length of the small partial opening 26 of the third template 25.
Das beschriebene Raster- bzw. Abtastverfahren erfolgt elektronisch mittels eines Rasterprogramms, mittels dessen Schablonen 15, 21, 25 nacheinander in Deckung zu dem Quellbild 17 gebracht und die entsprechenden Teilbilder 20, 23, 27 detektiert werden.The described raster or scanning method is carried out electronically by means of a raster program, by means of which stencils 15, 21, 25 are successively brought into alignment with the source image 17 and the corresponding partial images 20, 23, 27 are detected.
Die Abtastung des Quellbildes 17 erfolgt Zeilen- bzw. spaltenweise. Dabei werden die entsprechenden Teilbilder 20, 23, 27 mit den entsprechenden Rasterpunkten 19, 24, 28 erzeugt, wobei gleichzeitig die durch die Rasterpunkte 19, 24 erfassten Bereiche des Quellbildes 17 für den nächsten Abtastvorgang entfernt werden. Damit ist sichergestellt, dass mit der nächstfolgenden Schablone 21, 25 nicht Bereiche des Quellbildes 17 erfasst werden, die bereits schon von der vorhergehenden Schablone 15, 21 erfasst worden sind.The source image 17 is scanned line by line or column by column. The corresponding partial images 20, 23, 27 are generated with the corresponding raster points 19, 24, 28, the regions of the source image 17 captured by the raster points 19, 24 being removed for the next scanning process. This ensures that the next template 21, 25 does not capture areas of the source image 17 that have already been captured by the previous template 15, 21.
Bei der Abtastung mittels der softwaretechnisch generierten Schablone 15, 21, 25 wird der zeilenweise geführte Abtastpunkt
jeweils um die Kantenlänge der für die jeweilige Maske 15, 21, 25 maßgeblichen Teilöffnung 16, 22, 2 weiterbewegt. Hierdurch kann insbesondere bei den relativ großen Rasteröffnungen 16 die Rechenzeit verringert werden.When scanning using the software-generated template 15, 21, 25, the line-by-line scanning point becomes each moved further by the edge length of the partial opening 16, 22, 2 relevant for the respective mask 15, 21, 25. As a result, the computing time can be reduced, in particular in the case of the relatively large grid openings 16.
Als Ergebnis dieser Abtastung bzw. des Rasterverfahrens wird das Rasterbild 14 in einer Beschriftungszeichendatenbank abgespeichert. Zur Beschriftung eines entsprechend abgespeicherten Zeichens kann ein Rasterscanverfahren eingesetzt werden, bei dem nacheinander die unterschiedlich großen Beschriftungspunkte 19, 24, 28 auf die Kartenoberfläche aufgetragen werden. Dabei wird der Laserstrahl zeilenweise entsprechend des vorgegebenen Rasterbildes geführt.As a result of this scanning or the raster process, the raster image 14 is stored in a label database. A raster scanning method can be used to label a correspondingly stored character, in which the differently large labeling points 19, 24, 28 are applied to the card surface. The laser beam is guided line by line according to the specified raster image.
Alternativ kann die Abtastung mittels des Rasterverfahrens auch während des eigentlichen Beschriftungsvorganges erfolgen, wobei nach Erkennung der optimierten Zusammensetzung der unterschiedlich großen Rasterpunkte 19, 24, 28 die Beschriftung mittels der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 erfolgt. Die Besonderheit des erfindungsgemäßenAlternatively, the scanning by means of the raster process can also take place during the actual labeling process, the labeling being carried out by means of the laser labeling device 300 after the optimized composition of the differently sized screen dots 19, 24, 28 has been identified. The peculiarity of the invention
Rasterverfahrens besteht darin, dass durch Anwenden von unterschiedlichen Rastern bzw. Schablonen auf das zu beschriftende Zeichen Beschriftungspunkte unterschiedlicher Größe erkannt werden können, was zu einer Zeitoptimierung des anschließenden Beschriftungsvorganges führt. DasRaster method consists in that by applying different rasters or stencils to the character to be labeled, labeling points of different sizes can be recognized, which leads to a time optimization of the subsequent labeling process. The
Rasterprogramm generiert somit mehrere Schablonen, die über das in elektronischer Form vorliegende Quellbild 17 gelegt werden. Deckt sich eine Rasteröffnung bzw. ein Raster 19, 24, 28 vollständig mit einem Teilbereich des Quellbildes 17 wird dieser Rasterpunkt 19, 24, 28 abgespeichert und dient imThe raster program thus generates a number of templates which are placed over the source image 17, which is in electronic form. If a raster opening or a raster 19, 24, 28 completely coincides with a partial area of the source image 17, this raster point 19, 24, 28 is stored and used in the
Koordinatensystem als örtliche und größenmäßige Grundlage für den später zu beschriftenden Beschriftungspunkt des Buchstabens „A" .
Eine weiterkonkrete Ausführungsform einer Blendenvorrichtung 302 ist in Fig. 9 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Blende, die aus Segmenten 901 und 902 zusammengesetzt ist. Diese Segmente können aufeinander zu und voneinander weg 5 bewegt werden, d.h. gegenläufige Bewegungen 903 ausführen.Coordinate system as the local and size-based basis for the lettering point of the letter "A" to be labeled later. A further specific embodiment of a diaphragm device 302 is shown in FIG. 9. This is an aperture that is composed of segments 901 and 902. These segments can be moved towards and away from each other 5, ie execute opposite movements 903.
Somit erhält man abhängig von der Position der beiden Segmente 901 und 902 eine quadratische Apertur mit unterschiedlicher Größe. Eine solche Blende hat den Vorteil, dass die Größe eines Beschriftungspunktes beliebig zwischen der minimalen und L0 der maximalen Apertur einstellbar ist.Depending on the position of the two segments 901 and 902, a square aperture of different sizes is thus obtained. Such an aperture has the advantage that the size of a labeling point can be set anywhere between the minimum and L0 of the maximum aperture.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die in ihrem Querschnitt variable Blende durch einen in DE 44 29 110 C2 näher beschriebenen Drehkörper realisiert, der durch L5 einen sogenannten Galvoscanner verstellt wird. An derIn an alternative embodiment of the invention, the diaphragm, which is variable in cross section, is realized by a rotating body described in more detail in DE 44 29 110 C2, which is adjusted by L5, a so-called galvo scanner. At the
Verwendung eines Galvoscanners ist von Vorteil, dass dieser schnell und präzise positionierbar ist.Using a galvo scanner is advantageous because it can be positioned quickly and precisely.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die inIn a further embodiment of the invention, the in
20 ihrem Querschnitt variable Blende durch eine20 its cross-section variable aperture through a
Revolvervorrichtung realisiert. Die Revolvervorrichtung nimmt Blenden mit unterschiedlich großen Öffnungen auf . Durch schnelles Drehen der Revolvervorrichtung während der Belichtungspausen bzw. zwischen den Laserpulsen des Lasers 101 25 wird die richtige Blende in den Abbildungsstrahlengang gebracht .Revolver device realized. The turret device accommodates panels with openings of different sizes. The correct aperture is brought into the imaging beam path by quickly rotating the turret device during the exposure pauses or between the laser pulses of the laser 101 25.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine in ihrem Querschnitt variable Blende durch Blenden mitIn another embodiment of the invention, a diaphragm which is variable in its cross section is provided with diaphragms
30 unterschiedlich großen Öffnungen realisiert, die auf einem gemeinsamen Schlitten bzw. auf einer linear verschiebbaren Halterung montiert sind. Wesentlich für die verschiebbare Halterung ist lediglich, dass sich die in den Strahlengang gebrachten Blenden zwischen zwei aufeinanderfolgenden 35 Laserpulsen beliebig wechseln lassen. Falls ein so schneller
Wechsel zwischen den Blenden nicht möglich sein sollte, kann zuerst die erste Blendenöffnung, also beispielsweise die größte Apertur, und anschließend die zweite Blendenöffnung, also beispielsweise die kleinste Apertur, zum Laserbeschriften verwendet werden.30 different sized openings realized, which are mounted on a common slide or on a linearly movable bracket. It is only essential for the displaceable holder that the diaphragms brought into the beam path can be changed as desired between two successive 35 laser pulses. If one is faster If it should not be possible to change between the diaphragms, the first diaphragm opening, for example the largest aperture, and then the second diaphragm opening, for example the smallest aperture, can be used for laser marking.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die in ihrem Querschnitt variable Blende durch ein sogenanntes Digital Mirror Device (DMD) realisiert. Ein solches Digital Mirror Device ist aus der Patentschrift US 4,441,761 bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert .In another embodiment of the invention, the diaphragm, which is variable in its cross section, is realized by a so-called digital mirror device (DMD). Such a digital mirror device is known from US Pat. No. 4,441,761 and is therefore not explained in more detail here.
Trifft der kohärente Laserstrahl eines herkömmlichen Lasers 101 zur Laserbeschriftung eines Datenträgers bzw. Kartenkörpers 204 auf ein DMD auf, so tritt Beugung an dessen Mikrospiegeln mit Abmessungen im μm-Bereich auf. Durch Beugung entstehen mehrere Beugungsmaxima neben dem Beugungsmaximum der nullten Ordnung. Für eine Laserbeschriftung müßten die Beugungsmaxima höherer Ordnung herausgefiltert werden. Demzufolge wäre jedoch nur ein Teil der von dem Laser 101 abgegebenen Laserleistung nutzbar. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Multimodeglasfaser 104 wird die Kohärenz bzw. die definierte Phasen-/Zeitbeziehung des Laserstrahls aufgehoben und nachteilige Beugung tritt an dem DMD, der in einer Ausführungsform der Erfindung als Blende 302 dient, nicht auf .If the coherent laser beam from a conventional laser 101 for laser marking a data carrier or card body 204 strikes a DMD, diffraction occurs at its micromirrors with dimensions in the μm range. Diffraction creates several diffraction maxima in addition to the zero order diffraction maximum. For laser marking, the higher order diffraction maxima would have to be filtered out. As a result, however, only part of the laser power output by the laser 101 would be usable. By using a multimode glass fiber 104 according to the invention, the coherence or the defined phase / time relationship of the laser beam is eliminated and disadvantageous diffraction does not occur at the DMD, which serves as a diaphragm 302 in one embodiment of the invention.
Die Verwendung eines DMD als variable Blende 302 in der in Fig. 3 dargestellten Laserbeschriftungsvorrichtung 300 erlaubt die sukzessive Herstellung des in der Fig. 7 dargestellten Buchstabens "A" 700 anhand von kacheiförmig angeordneten Bildpunkten bzw. Flächen, von denen beispielhaft die Bildpunkte 701 bis 707 unter dem Buchstaben "A" in höherer Auflösung dargestellt sind. Vergleicht man die Figuren 6 und 7 , so fällt auf, dass sich mittels eines DMD ein schärfer
konturierter und dennoch aus einzelnen Bildpunkten zusammengesetzter Buchstabe herstellen läßt.The use of a DMD as a variable diaphragm 302 in the laser marking device 300 shown in FIG. 3 permits the successive production of the letter "A" 700 shown in FIG. 7 on the basis of pixels or areas arranged in a tiled shape, of which the pixels 701 to 707 are exemplary are shown under the letter "A" in higher resolution. Comparing FIGS. 6 and 7, it is noticeable that a DMD increases the sharpness can produce a contoured letter that is nevertheless composed of individual pixels.
Ferner läßt sich erfindungsgemäß ein DMD als Intensitätsmodulator der Laserleistung eines herkömmlichen Lasers 101 verwenden. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn sich dessen Laserleistung nicht von Puls zu Puls verändern läßt . Bei der Verwendung eines DMD als Intensitätsmodulator wird eine entsprechende Anzahl der Mikrospiegel so eingestellt, dass sie die Leistung aus dem Abbildungsstrahlengang auskoppelt. Ist beispielsweise nur jeder zweite DMD-Spiegel aktiviert, so ist die Laserleistung eines auf dem zu beschriftenden Datenträger abgebildeten Bildpunkts um 50 Prozent reduziert. Faßt man beispielsweise acht Mikrospiegel auf einem DMD zu einem Pixel bzw. Bildpunkt zusammen, so lassen sich auf diese Weise 256 Graustufen erzeugen. Da das DMD-Bauelement über deutlich mehr Spiegel verfügt, aktuelle Ausführungsformen weisen beispielsweise 1024 x 768 Spiegel auf, lassen sich die zuvor beschriebenen Eigenschaften nutzen.Furthermore, according to the invention, a DMD can be used as an intensity modulator of the laser power of a conventional laser 101. This can be particularly useful if its laser power cannot be changed from pulse to pulse. When using a DMD as an intensity modulator, a corresponding number of micromirrors is set so that it couples the power out of the imaging beam path. For example, if only every second DMD mirror is activated, the laser power of a pixel depicted on the data carrier to be labeled is reduced by 50 percent. If, for example, eight micromirrors on a DMD are combined to form a pixel or pixel, 256 gray levels can be generated in this way. Since the DMD component has significantly more mirrors, current embodiments have 1024 x 768 mirrors, for example, the properties described above can be used.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird anstelle eines in Reflexion betriebenen DMDs ein LCD-Bauelement in Transmission als Blende 302 verwendet. Die einzeln elektrisch ansteuerbaren Elemente bestimmen die Form des Objekts, z. B. ein Buchstabe, der auf den Datenträger abgebildet und über einen herkömmlichen Laser 101 und eine erfindungsgemäße Laserbeschriftungsvorrichtung 300 auf den Datenträger bzw. Kartenkörper 204 durch Schwärzung und/oder Färbung der betreffenden Stelle der Oberfläche des Kartenkörpers erzeugt wird. Anstelle eines in Transmission betriebenen LCD- Bauelements läßt sich erfindungsgemäß auch ein rückseitig verspiegeltes LCD-Bauelement in Reflexion betreiben und als Blende verwenden.
Fig. 8 zeigt ein Porträt, dass erfindungsgemäß aus Dreiecken und Quadraten zusammengesetzt und mittels der in Fig. 3 dargestellten Laserbeschriftungsvorrichtung 300 bei Verwendung einer entsprechenden Blenden-Vorrichtung 302 auf dem Kartenkörper 204 erzeugt worden ist. Eine solche Blenden- Vorrichtung 302 kann beispielsweise durch eine Revolvervorrichtung, einen Schlitten oder eine linear verschiebbare Halterung realisiert werden, in dem zwei oder mehr Blenden mit vorbestimmter Öffnung, beim vorliegenden Beispiel eine erste Blende mit quadratischer Öffnung und eine zweite Blende mit dreieckförmiger Öffnung, hierauf montiert sind. Diese Blenden werden dann abwechselnd beim sukzessiven Schreiben des Porträts auf dem Kartenkörper 204 in den Strahlengang der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 gebracht. Falls der Flächeninhalt der beiden unterschiedlichen Grundelemente des Porträts identisch ist, ist deren Grauwerteindruck (bei gleicher Laserleistung) ebenfalls identisch. Im Unterschied zu dem in Fig. 8 vergrößert dargestellten Porträt lassen sich die einzelnen Bildpunkte bevorzugt mit bloßem Auge nicht auflösen. Anstelle einer regelmäßigen Anordnung aus Quadraten und Dreiecken kann auch eine unregelmäßige Anordnung aus solchen oder anderen geometrischen Formen verwendet werden, die eine in dem Porträt vorgesehene kodierte Information darstellt. Beispielsweise kann einem Quadrat der binäre Wert "0" und einem Dreieck der binäre Wert "1" zugeordnet sein. Beispielsweise ließe sich dann durch zeilenweises Abtasten eine Ziffernfolge aus Nullen und Einsen gewinnen, durch eine geeignete Software entschlüsseln und mit einer gespeicherten oder auf dem Datenträger vorgesehenen Information vergleichen; insbesondere zur Überprüfung der Echtheit des Datenträgers .In a further embodiment of the invention, an LCD component in transmission is used as an aperture 302 instead of a DMD operated in reflection. The individually electrically controllable elements determine the shape of the object, for. B. a letter that is mapped to the data carrier and generated by a conventional laser 101 and a laser marking device 300 according to the invention on the data carrier or card body 204 by blackening and / or coloring the relevant point on the surface of the card body. Instead of an LCD component operated in transmission, an LCD component mirrored on the rear side can also be operated in reflection and used as an aperture. FIG. 8 shows a portrait that, according to the invention, was composed of triangles and squares and was generated on the card body 204 by means of the laser inscription device 300 shown in FIG. 3 using a corresponding aperture device 302. Such a diaphragm device 302 can be realized, for example, by a turret device, a slide or a linearly displaceable holder, in which two or more diaphragms with a predetermined opening, in the present example a first diaphragm with a square opening and a second diaphragm with a triangular opening, thereon are mounted. These diaphragms are then alternately brought into the beam path of the laser marking device 300 when the portrait is successively written on the card body 204. If the area of the two different basic elements of the portrait is identical, their gray value impression (with the same laser power) is also identical. In contrast to the portrait shown enlarged in FIG. 8, the individual pixels can preferably not be resolved with the naked eye. Instead of a regular arrangement of squares and triangles, it is also possible to use an irregular arrangement of such or other geometric shapes which represents encoded information provided in the portrait. For example, the binary value "0" can be assigned to a square and the binary value "1" to a triangle. For example, a digit sequence of zeros and ones could then be obtained by line-by-line scanning, decrypted using suitable software and compared with information stored or provided on the data carrier; in particular to check the authenticity of the data carrier.
Das beschriebene Verfahren ist allerdings nicht auf die Speicherung von binärer Information beschränkt . Vielmehr lassen sich durch die Verwendung von mehr als zwei
verschiedenartigen Blenden auch Informationen im 3er-, 4er-, 5er- usw. Zahlensystem darstellen.However, the described method is not limited to the storage of binary information. Rather, by using more than two various types of apertures also represent information in the 3, 4, 5, etc. number system.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) wird in der erfindungsgemäßenIn a further embodiment of the invention (not shown) in the invention
Laserbeschriftungsvorrichtung 300 eine Blende 302 verwendet, die eine Öffnung mit einer komplizierteren geometrischen Form aufweist. Unter einer komplizierteren geometrischen Form soll eine Form verstanden werden, deren Umriß weniger regelmäßig als ein Quadrat oder Sechseck ist. Mit einer solchen komplizierteren geometrischen Form läßt sich zwar in der Regel keine gleichmäßige homogene Fläche auf einem Kartenkörper 204 erzeugen, aber die entsprechende geometrischen Form kann beispielsweise ein Logo, ein Wappen oder dergleichen darstellen. In diesem Fall haben die durch den Laser 101 der Laserbeschriftungsvorrichtung 300 erzeugten Bildpunkte ebenfalls die Form der komplizierteren geometrischen Form. Sind die Bildpunkte so klein, dass sie mit dem bloßen Auge nicht auflösbar sind, dann ist die erfindungsgemäße Beschriftung nicht ohne weiteres von der Beschriftung mit einem herkömmlichen Laserbeschriftungssystem zu unterscheiden. Erst durch die vergrößerte Betrachtung, z. B. mit einer Lupe, lassen sich die einzelnen Bildpunkte auflösen. Das erfindungsgemäße Verfahren der Beschriftung durch die Erzeugung einer Vielzahl von komplizierteren bzw. komplexeren geometrischen Figuren läßt sich sowohl für die Herstellung von alphanumerischen Zeichen als auch für die Herstellung von Halbtonbildern, wie zum Beispiel Porträts, verwenden. Eine solche komplexe Blende kann z. B. durch eine Maske realisiert werden, die beispielsweise mit einem photolithographischen Verfahren herstellbar ist.Laser marking device 300 uses an aperture 302 that has an opening with a more complicated geometric shape. A more complex geometrical shape is to be understood as a shape whose outline is less regular than a square or hexagon. With such a more complicated geometric shape, it is generally not possible to produce a uniform, homogeneous surface on a card body 204, but the corresponding geometric shape can represent, for example, a logo, a coat of arms or the like. In this case, the pixels generated by the laser 101 of the laser marking device 300 also have the shape of the more complicated geometric shape. If the pixels are so small that they cannot be resolved with the naked eye, then the labeling according to the invention cannot easily be distinguished from the labeling using a conventional laser labeling system. Only through the enlarged view, e.g. B. with a magnifying glass, the individual pixels can be resolved. The method of labeling according to the invention by generating a large number of more complicated or complex geometric figures can be used both for the production of alphanumeric characters and for the production of halftone images, such as portraits. Such a complex aperture can e.g. B. can be realized by a mask that can be produced for example with a photolithographic process.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine Laserbeschriftung zur Erzeugung von Schwarz/Weiß- und/oder Grauwert/Halbton-Elementen auf Datenträgern bzw. Kartenkörpern
beschränkt ist. Vielmehr läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für eine farbige Laserbeschriftung verwenden.
It goes without saying that the invention does not apply to laser marking for producing black / white and / or gray value / halftone elements on data carriers or card bodies is limited. Rather, the method according to the invention can also be used for colored laser marking.
Bezugszeichenliste :Reference symbol list:
100 Laserbeschriftungsvorrichtung (Grundprinzip)100 laser marking device (basic principle)
101 herkömmlicher Laser zur Laserbeschriftung von Kartenkörpern101 conventional laser for laser marking card bodies
102 Laserstrahl102 laser beam
103 abbildende Optik103 imaging optics
104 schleifenförmige Multimodeglasfaser104 loop-shaped multimode glass fiber
105 Laserstrahl105 laser beam
200 Laserbeschriftungsvorrichtung 201 Ablenkeinrichtung 202 Ablenkeinrichtung200 laser marking device 201 deflection device 202 deflection device
203 Objektiv 204 Kartenkörper203 lens 204 card body
300 Laserbeschriftungsvorrichtung 301 Optik300 laser marking device 301 optics
302 Blende bzw. Blenden-Vorrichtung302 aperture or aperture device
400 Buchstabe "A"400 letter "A"
401 Grundelement bzw. Fläche401 basic element or surface
500 Buchstabe "A" 501 Grundelement bzw. Fläche500 letter "A" 501 basic element or surface
600 Buchstabe "A"600 letter "A"
601 Bildpunkt bzw. Fläche601 pixel or area
602 Bildpunkt bzw. Fläche602 pixel or area
700 Buchstabe "A"700 letter "A"
701 Bildpunkt701 pixels
702 Bildpunkt702 pixels
703 Bildpunkt 704 Bildpunkt
705 Bildpunkt703 pixels 704 pixels 705 pixels
706 Bildpunkt706 pixels
707 Bildpunkt707 pixels
800 Porträt800 portrait
801 Grundelement bzw. Kodierungselement801 basic element or coding element
802 Grundelement bzw. Kodierungselement802 basic element or coding element
900 Ausführungsform der Blendenvorrichtung 302 901 Segment900 embodiment of the aperture device 302 901 segment
902 Segment902 segment
903 gegenläufige Bewegungen der Segmente
903 opposite movements of the segments