专利名称：用于借助uv激光在着色的衬底上生成彩色图像的方法和装置以及由此制成的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于改进在衬底上生成防伪的彩色图像的方法，用于实施这种方法的装置以及应用这种方法制成的产品，如尤其是例如用于护照、身份证和其他证件卡等的个人化页面的加密的文件。
背景技术：
目前，呈用于护照或也用于信用卡和类似的塑料卡的证件卡、个人化页面或嵌入件的形式的数据载体必须具有高的防伪性。存在能够在一定范围内确保这种防伪性的多个不同的安全特征以及特殊的印刷法。在此，大的挑战是，不仅要提供非个性化的安全特征，而且尤其要提供在一定程度上与个人化相结合或是个人化的一部分的安全特征。从DE-A-2907004中例如已知的是，证件卡中的图像，但是当然也能够是借助激光束生成的其他可视觉识别的信息，如标记、图案等等。在所述文献中存在在方法过程中生成最终的图像或任意的可见的符号或标记的功能层，所述功能层由热敏层构成。所述功能层在卡的上方在稍后应存在图像或其他可视觉识别的信息的面部段之上延伸。功能层通常情况下以与其他塑料层复合的形式存在，在卡的制造过程中由所述塑料层生成作为层压膜的制成的卡。在这种情况下烧入图像，其中借助激光束的强度来使被照射的部位随之变暗。目前，以这种方式常规地生成黑白图像或灰度图像。这种所谓的激光雕刻的之前已经认识到的优点在于以这种方式制成的卡、尤其是当其由聚碳酸酯构成时的高的防伪性和对光和机械应力的耐抗性。这例如通过EP-A-1574359或EP-A-1008459证明。借助于在聚碳酸酯层压板上激光雕刻而制成的安全性文件满足用于旅游证件的国际规定(ICAO文件.9303部分III卷I)或甚至优于所述国际规定。所述方法的缺点是，这样实现的颜色变化仅允许制造基本上单色的图像。因此，除了从白色到黑色的变色以外还已知从白色到棕色的、从粉红色到黑色的和从黄色到红棕色的颜色变化。由于显而易见的原因，对基于激光的工艺生成高质量彩色图像以及对这样制成的证件卡的需求存在极大兴趣。基于多种颜色的组分，例如不同颜色的发色体、颜料或色素的照射的构想考虑到这种情况。不同颜色的着色组分必须共同得出由多个、典型地至少三个原色构成的色彩空间。由于现实原因，优选原色青色[C]、洋红色[M]和黄色[Y]。然而也可设想其他颜色。此夕卜，原色必须具有允许与彩色激光相互作用的吸收光谱。当然，存在来自RGB系统的颜色，在实践中，借助所述颜色在来自CMY系统的彩色组分和为最大吸收而选择的激光波长之间产生部分不兼容性或不理想的相互作用。与将首先不可见的组分碳化的前述方法相反，所述方法通过将在照射前可见的颜色蜕色，即变亮而显示出着色。在照射前由于彩色组分的可见的混合物，衬底显现出非常暗的、理想情况下为黑色的色调。例如W0-A-0115910说明了这样的方法。尽管本发明具有可能提供的优点、即通过文件持有人的彩色图而进一步提高防伪性，然而在本文献中说明的方法和由此制成的产品在某些情况下仍具有缺点，所述缺点限制所述方法对于某些应用的实用价值。所述缺点一方面在于在卡或数据载体上的待脱色的层中的颜料配方的复杂性。所述缺点仅允许受限制地生成全白或全黑的图像。此外，提供最常应用的彩色组分的吸收光谱，使得在一定程度上产生在着色组分和与所期望的激光波长不同的激光波长之间的不期望的相互作用。当不同颜色的颜料位于由三个波长组合而成的激光束的有效横截面中时，所述效果能够是成问题的。上面提及的在吸收光谱和所激发的激光波长之间的非理想性通过不同的色素特定的激光蜕色的光谱的串扰来表现。由此造成呈彩色噪声和色调的非中性再现的形式的图像质量降低。此外，在实践中，调整和控制多个同时发生的激光束的要求很高，并且在错误实施时会造成色彩和图像缺陷。在W0-A-0136208中说明了这种照射装置的可能的实施形式。通过优化不同的参数，能够将质量降低保持在一定限度内。然而，所述方法由于其在达到所要求的结果方面的复杂性，仅能够困难地被掌控。最终，所述方法在实践中由于至少三个所需要的激光装置被证实为是比较昂贵的，并且不能简单地连同相应的射束导向装置一起构造为紧凑的单元。用于颜色的激光蜕色的上述方法和产品的问题最终在于，在证件卡和类似的物品中的彩色图像的生成并不总能够以被市场接受的质量、以方法的所需要的掌控、以合理的成本以及以所期望的仪器的实施形式实现。US5, 364，829涉及能重新写入的数据载体的领域。在由在相应的温度控制下能够处于透明的状态或者处于变得阴暗进而显现为白色的状态的材料构成的基质层中嵌入颜色颗粒。在此，所述颜色颗粒是能够生成仅一种唯一的颜色的并且相应地由于外部影响不能改变其色彩效果的颗粒。色彩表现在一定程度上经由基质调节，即当基质处于其透明的状态下时，数据载体显现为彩色的，并且当基质处于其不透明的状态下时，数据载体显现为白色的。通过加热头触发用于生成色彩效果的基质特性的改变。W001/36208提出能够为了生成不同的颜色而相应地被激活的隐颜料的使用。
发明内容
相应地，本发明基于的目的是，为尤其是例如卡式数据载体寻找生成图像的激光方法，使得允许以所要求的质量生成彩色的图像、符号、文字、图案等等。此外，本发明基于的目的是，根据所述方法借助满足所述方法的投资成本、运行成本、紧凑性和稳固性的所要求的标准的仪器或系统来实现彩色图像。同时，方法和借助所述方法制成的产品的复杂性确保了高度的防伪性。本发明以对于技术人员而言意外的方式提供用于所述目的和其他目的的解决方案，并且延伸到新的方法、借助所述新的方法生成的产品以及为了实施所需要的装置或系统。根据本发明，所述目的如下实现，即代替例如在开始提及的W0-A-0115910中所说明的应用具有不同频率的激光进行原色的光谱分离，应用利用唯一的照射频率进行空间分解的方法。在此，在第一步骤中确定每个颜料颗粒的位置，并且随后将所述颜色颗粒通过具有唯一波长的、优选具有蓝光或紫外光的高能的波长的激光束以位置特定的方式褪色或激活。令人意外的是，在卡式数据载体的图像区上的所有彩色组分或颜料颗粒关于其颜色和位置的微观分析、所述数据的后续的存储以及具有唯一的照射频率的激光束的相应控制允许例如在塑料层压板上或具有相应地置入其中或其上的颜料颗粒的另一衬底上制造高质量的彩色图像(或相应的彩色符号、文字、图案等等)。更概括地来说，本发明涉及一种用于在具有布置在衬底上的、在激光的作用下失去色彩效果的(或更概括地来说——并且也能够如下理解:在激光的作用下改变色彩效果的——其中所述改变能够是色彩效果的消除、色彩效果的产生或者但是也能够是色彩效果的改变))颜料颗粒的衬底上生成带有不同颜色的标记、图案、符号和/或图像的方法，其中，具有至少两个或至少三个不同的色彩效果的不同的颜料颗粒布置在衬底上或布置在衬底中。所述方法的特征在于下述方法步骤，其中，其它方法步骤能够接在所述方法步骤之前或之后:a生成色彩表，在所述色彩表中包含各个颜料颗粒或各个颜料颗粒簇的各个色彩效果(或者能由此生成的或能改变的色彩效果)作为所述颜料颗粒或所述颜料颗粒簇的在所述衬底上或所述衬底中的位置坐标的函数；b借助激光在唯一频率下基于色彩表进行空间分解的照射，所述照射仅改变各个颜料颗粒或各个颜料颗粒簇的色彩效果(包括的可能性有:消除色彩效果、产生色彩效果以及变换色彩效果)，以用于产生合成的色彩效果。在能够在这样的方法的范围中使用的颜料颗粒方面参考例如在W0-A-0115910和WO-A-0136208中说明的系统。在此，多种颜色的标记、图案、符号和/或图像理解为不仅具有黑色和白色以及位于其间的灰色调，而且具有其他颜色、例如由C、Y、M构成的颜色，其中在后一种情况下应各个颜料颗粒提供用于所述三种原色中的每个。因此，本发明由下述元素的组合构成:-在用作为用于安全性文件的前体的数据载体上的彩色组分的空间(几何结构)分离。在此，彩色组分的几何结构分离优选满足下述基本要求:每个面积元件仅被一种彩色组分占据，并且在两种彩色组分之间存在最小间距，也就是说，优选尽可能避免颜料颗粒或颜料颗粒簇的重叠或直接彼此邻接。-装置和方法，所述方法能够在数据载体上找到作为微观统一的实体的、例如单独的颜料或簇的特定的彩色组分，并且能够通过所述彩色组分的位置坐标及其颜色(或待触发的颜色)来表示特征。所述装置能够实现通过系统地移动或扫描将所有彩色组分的总数绘制在稍后的图像的整个面上。替选但也可能的是，通过平面照射和平面的但是空间分解的和颜色分解的探测方法来替代上述信息。-激光装置，其射束出射光学系统基于已知的位置坐标精确地移动彩色组分，并且能够根据所要求的色彩强度以所期望的程度对所述彩色组分进行蜕色(或激活)，以及用于借助所述方法对激光装置实施蜕色过程的方法。-激光光学系统的用于空间定位的可编程控制器和射束的功率控制装置，由此在被颜料颗粒(彩色组分)覆盖的整个面上有针对性地照射每个单独的组分，使得产生图像。本发明的元素满足对于工作速度、经济性、操作耗费和可靠性的要求，以便在满足工业要求的情况下借助于本发明生成图像。所提出的方法的第一优选的实施形式的特征在于，步骤a和b在同一装置中实施并且在所述两个步骤之间不进行衬底的操纵和移动。实际上，色彩表的确定是一个步骤，在所述步骤中已加工的衬底的准确定位对于随后通过激光进行的加工的成功或失败来说是决定性的。相应地优选的是，尤其为了避免在步骤a和b之间的校准，在同一装置中、必要时使用同一扫描装置(例如线性位移单元)来将两个步骤a和b作为整体实施。所提出的方法的另一优选的实施形式的特征在于，位置固定地定位用于生成色彩表的装置和激光光学系统，并且衬底借助线性位移单元相对于上述两个装置运动。在轻型衬底或不能用通常的可移动的激光束导向装置(镜式电流计，Galvospiegel)来扫过衬底的图像区的衬底的情况下，所述变型方案是尤其推荐的。根据本发明，对于在特定的时间段中的蜕色过程而言，仅各一种彩色组分位于激光的束锥或聚焦圈中，其中在同一时间段中所有其他的彩色组分位于激光的阴影中。在用作为图像的基础的面区域内的彩色组分的分布能够通过借助印刷法(例如凹版印刷、凸版印刷、柔版印刷等等)施加来实现。印刷既允许彩色组分的统计学的分布，也允许呈直线、圆或例如是曲线雕纹的复杂图形的分布。因此，彩色组分的分布的微观观察和对比作为额外益处能够实现分布图案的在真实性检查意义上的验证。还可能的是，施加或印刷呈微型文字、数列和类似信息的形式的彩色组分，以便以这种方式在图像中安放隐藏的附加信息，例如文件持有人的个人化信息或文件的序列号。换言之，另一优选的实施形式的特征在于，颜料颗粒布置在层中、优选在唯一的层中，在衬底上和/或在衬底中，其中所述衬底本身也能够是复合层，并且所述颜料颗粒基本上作为位置坐标的函数随机分布。在这方面，本发明原则上明显区别于现有技术的其他方法。这与下述解决方案相反，在所述解决方案中必须例如以固定地预先给定的、典型地规则图案将色素在一定程度上根据其着色分类地涂覆，从而随后在知道所述规则的布置的情况下(例如彼此并排的矩形，其分别用不同的颜色以多行和多列的形式“填充”)能够触发色素。在此所提出的程序中，在未处理的衬底的制造方法中颜色或提供所述颜色的颜料的分布同样没有预先给定，并且所述衬底能够以非常简单的工艺制造。首先，在第一加工步骤中，以在一定程度上的进行准备的方式确定颜色分布或触发颜色的颜料颗粒的分布，并且然后在第二方法步骤中相应地进行加工。然后因此，在例如通过借助点阵点的受控制的、能复制的定位的精确的印刷法将颜料固定地、系统化地布置时，所需要的方法典型地造成，控制装置允许准确地根据所述预先给定的图案进行激光照射，并且照射的图案在对版中与打印图像保持一致。此外，分布的这种随机性和应用随机分布来用于生成符号/图像/标记等等能够用作为进一步的安全等级。如果将例如生成图像的颜料颗粒的随机的布置存储在数据库中，那么个性化信息(图像)与指纹(生成图像的颜料颗粒的随机分布)相结合，这能够实现非常高的、基本上不能复制的安全等级。在检查时，能够将相应的数据载体与在数据库中的相应信息进行对比，并且能够明确地确定可信度。所提出的方法的另一优选的实施形式的特征在于，不同的颜料颗粒布置并且基本上以微观图案规则地布置在层中、优选在唯一的层中，在衬底上和/或在衬底中，其中，微观图案能够是直线的或波浪线的、基本图案或微型文字的布置。这种微观图案例如能够是特殊字符(例如面额等等)，并且因为其同样是几乎不能复制的，所以能够用作为附加的、仅能借助放大机构验证的安全特征。另一优选的实施形式在于，将根据a和/或b的方法并行地进行，即将衬底分部段地在图像面上的多个位置上同时进行加工。
良好地印刷的或通过激光照射生成的图像的质量允许例如通过清晰度印象(d=0.1D 至 d=0.00ID,优选 d=0.05D 至 d=0.005D 的 36 射束的西门子星(Siemensstern)中的能视觉识别的直径比)、颜色动态变化的宽度或能视觉识别的不同色调或灰色调的数量(5Bit至16Bit，优选6Bit至8Bit)、颜色的中和度(色样)和分辨率(150dpi至1000dpi，优选300dpi至500dpi)来评估。在印刷分辨率例如是500dpi时，必须在所获得的像素尺寸为大约50 μ m的直径的面上结合所有彩色组分。为了实际的实施，根据印刷图案，着色组分的或发色体的尺寸达到最高16 μ m至25 μ m的直径。在考虑到各个发色体的最小的空间分离的情况下，需要5 μ m至12 μ m、优选8 μ m至12 μ m的尺寸。在这种尺寸级别中的颗粒尺寸能够通过已知的方法形成。相应地，所提出的方法的另一优选的实施形式的特征在于，各个颜料颗粒具有在5 μ m-15 μ m的范围中的平均直径、优选在8 μ m-12 μ m的范围中的平均直径，并且所述颜料颗粒基本上全部布置在衬底上或衬底中，优选各个地横向分离。在此，颗粒能够布置在一个或多个平面中。这尤其优选以下述方式实现:在两个颜料颗粒之间的平均横向间距大于颜料颗粒的平均直径，或者大于颜料颗粒的一半的平均直径。此外优选的是，激光束的射束直径(在此，射束直径假定为Ι/e2的水平，也就是说大约为13.5%)在步骤b中不大于颜料颗粒的平均直径的两倍。优选地，激光束的射束直径在步骤b中位于5 μ m-20 μ m的范围中、优选位于8 μ m-15 μ m的范围中、尤其优选位于8 μ m-12 μ m的范围中。根据本发明，这种尺寸的发色体应通过射束导向装置接近，以至于激光光学系统能够占据在发色体前的精确的位置或镜式电流计能够将激光束精确地转向到发色体上。此夕卜，激光束的射束直径应在发色体的位置上设置为，使得不会发生与相邻发色体的相互作用。为此，在本发明的实施方案中，激光束以适合的方式聚焦。焦点能够受衍射限制地不低于一定的尺寸，然而在实践中例如能够容易地设置到例如具有发色体的直径的尺寸的直径的面上。标准科学文献示出，聚焦到〈Ιμπι是可能的。为蜕色所要求的单色的激光束具有适合于有效的蜕色过程的波长，优选为在UV范围中的波长。适合的波长例如生成Nd:YV04激光的三倍频率的1064nm的振荡。US6002695说明了这样的激光系统。这种激光的功率应位于0.2W-0.5W的范围中，并且单独的颜料颗粒应在这种功率下在0.0lns至IOns的时间段内被照射，以便确保充分的蜕色。激光光学系统在发色体上方的定位能够借助精确的线性位移单元实现，如其例如由德国欧丁市(Eutin)的海因里希.沃尔夫(Heinrich Wolf)所提供。在通过激光照射使发色体变亮前需要的是，将所有发色体作为整体绘制在用发色体占据的面上。根据本发明，这例如在步骤a中借助分析式扫描方法实施。在此，各个发色体的位置确定和颜色确定例如经由检测在白光激发时单独的发色体的吸收或散射光谱中的特征点来实现。适合的焦点直径位于大约发色体的直径的六分之一。白光射束借助于上述线性位移单元来扫描被发色体覆盖的面，并且因此能够通过将散射光或透射光会聚的方式将在所述面上的所有发色体单独激发并且使其相应地能被探测到。具有所要求的焦点的白光射束优选通过纤维光学系统获得，所述纤维光学系统例如能够由单独的纤维、但是也能够由一束例如具有10 μ m至15 μ m的单个纤维直径的单体形式的纤维构成。在所激发的白光射束的焦点中的发色体通过反射的或透射的光的特性来表现，所述反射的或透射的光既能够确定发色体的位置也能够确定发色体的颜色。根据所使用的原色和颜料，发色体的光谱分析通常需要至少三个特征值，所述特征值通过逻辑比较算法得出用于发色体的原色的值。特征值例如能够由具有适宜地选择的色彩过滤器的三个光电二极管同步检测。以这种方式检测到所有彩色组分的位置，并且因此在一定程度上作为映射表存储在数据库中。在激光蜕色的下一步骤中，色彩表用于激光光学系统或已蜕色的激光束的二维导航。相应地，所提出的方法的另一优选的实施形式的特征在于，为了实施步骤a，优选使用具有人造的或自然的白光光源和/或探测单元(例如光电二极管)的线性位移单元，利用反射光来扫描衬底的上侧或者在应用透射光的情况下扫描衬底的底侧，其中白光优选作为位置坐标的函数被射入，并且将反射回的或透射的光作为位置坐标的函数进行光谱分析，其方式优选为:仅在至少两个、优选在至少三个能够实现对布置在衬底中的不同的颜料颗粒进行区分的、离散的频率上，优选使用光电二极管来确定信号，并且其方式为:将各个颜料颗粒或颜料颗粒簇的位置和相应的色彩效果记录在作为数据元组的构成色彩表的数据矩阵中。光谱分析的变形方案也能够在于，代替白光，用不同颜色的光以限定时间的方式快速连续地实施的多个照射。换言之，颜料颗粒的颜色也能够借助例如呈红色、绿色和蓝色的不同频率范围的一系列的闪光来确定。在实践中，扫描原版的所述方法应用在一些平板扫描仪中。为了分析光，在这种情况下能够，但是不必强制地，将光谱的评估限制于光电二极管。另一优选的实施形式的特征在于，为了实施步骤b，优选使用上面设置有激光源的线性位移单元通过基于色彩表将激光源对准到各个颜料颗粒或颜料颗粒簇上的方式来扫描衬底的面，以便将这些颜料颗粒或颜料颗粒簇的色彩效果各个地破坏或激活。在此，优选能够将相同的线性位移单元用于步骤a和b，如这已经在上文中所阐述的。在数据处理单元中能够基于在步骤a中确定的用于标记、图案、符号和/或图像的色彩表在步骤b中生成用于激光或多个激光的加工协议，其中所述加工协议获得下述信息:所述信息应通过激光有针对性地局部影响各个颜料颗粒的色彩效果，尤其应通过激光消除(蜕色)所述各个颜料颗粒的色彩效果，所述各个颜料颗粒作为位置坐标的函数以生成用于标记、图案、符号和/或图像的特定的宏观色彩效果。因此提出下述方法，所述方法在微观平面上检测具有不同的颜色的最小颗粒，所述最小颗粒的颜色和位置登记并且存储在图像区上并且经受随后的选择性处理。由分析式扫描的或发色体绘制的以及借助激光束将发色体变亮的子方法构成的方法的主要应用在于在衬底上、例如塑料卡上形成图像，优选是安全性文件中的肖像，例如在ID卡(身份证卡)上或在护照的个人化页面上的图像。图像的尺寸和用于塑料载体的其他规格在ICAO文件9303，第3部分中描述。此外，根据本发明数字化地制成的、由例如是发色体、颜料、色素等等的彩色组分构成的卡还能够在应用安全性文件的范围中用于所述安全性文件的验证。为了检查分布图案，例如是扫描仪或数字显微镜的商用标准的仪器是足够的。还可能的是，为了验证，除了常用的印刷机放大镜、数字显微镜和其他仪器以外，能够使用便携式电子仪器，例如移动电话和其光学拍摄装置。为了使这更加简单，能够设有特殊的、能够在便携式仪器或移动电话上运行的程序(app)，所述程序自动地将这种拍摄与关于数据载体的、存储在数据库里的信息经由移动电话连接、无线连接或例如通过国际互联网的远程连接进行比较，并且能够相应地又经由移动电话输出关于可信度的结论。借助这些仪器在本地生成的、例如呈JPG文件形式的数字图像，通过与文件的存储在中央数据库中的发色体映射表的比较来给出关于文件真实性的消息。相应的应用程序既能够安装在便携式仪器上也能够安装在中央服务器上。所述证据当然能够用于个性化的文件。此外，本发明涉及一种具有根据如上述的方法生成的标记、图案、符号和/或图像的数据载体。根据这种数据载体的第一优选的实施形式，所述数据载体的特征在于，其基于具有随机布置的颜料颗粒的衬底制成，并且为了提高安全性在数据载体上和/或在数据库中存储随机的布置以及其用于生成标记、图案、符号和/或图像的应用。优选地，这样的数据载体是身份证卡、信用卡、护照、使用者证件或名牌。此外，本发明涉及一种用于实施如上所述的方法的装置，其特征尤其在于，所述装置具有:用于固定或至少位置固定地定位衬底的机构；用于确定衬底的色彩表的第一单元；以及第二单元，所述第二单元用于借助激光在唯一频率上基于色彩表(14)进行空间分解的照射，所述照射仅改变各个颜料颗粒或各个颜料颗粒簇的色彩效果，以用于生成合成的色彩效果。第一和第二单元能够利用相同的线性位移单元。因此典型地，所述装置附加地具有至少一个数据处理单元以及至少一个能通过所述数据处理单元以二维的方式操控的线性位移单元，所述线性位移单元承载第一和/或第
二单元。此外，本发明基于下述观点，将各个颜料绘制在色彩表中，然后将所述各个的并且也在其变色特性方面有所不同的颜料各个地用激光以唯一的频率来操控。其他实施形式在从属权利要求中说明。
接下来，借助于
本发明的优选的实施形式，所述附图仅用于阐述并且不理解为受限制的。附图中示出:图1示出在衬底上的可能的颜料分布的示意图，其中在a)中示出统计学的分布，在b)中示出直线形分布，在c)中示出呈曲折形形状的分布，在d)中示出圆形地重复分布，在e)中示出呈微型文字形式的分布；图2在a)中示出将面划分为具有相应的颜料颗粒的面积元件的示意图,在b)中示出颜料颗粒的通过激光的操控以及在c)中示出激光束在焦点的平面中的衍射引起的变窄;图3示出根据放大程度的不同的外观，其中在a)中示出用裸眼观察到的外观以及在b)中示出用放大机构观察到的外观；图4示出生成图像的不同的步骤，其中在a)中示出确定颜料颗粒的位置和类型的步骤，并且在b)中示出通过激光对颜料颗粒产生的局部影响；图5按顺序地示出所提出的方法的各个步骤；以及图6示出示例的身份证卡；图7示出印有彩条的衬底在用激光束处理前的显微镜拍摄(a)和另一用唯一波长的激光照射的衬底的非显微镜拍摄(b )。
具体实施例方式图1示出被颜料I占据的图像面2。根据图1a的变型方案示出颜料的随机的、也就是说基本上统计学的分布3，而根据图1b至图1d的其他变型方案示出颜料颗粒的直线形
4、曲折形5或圆形6的布置。最后，图1e演示具有微型文字7的统计学的分布的重叠。颜料分布的所有这些变型方案能够用印刷法示出，并且能够用作为用于实施所提出的方法的原材料。图2a是图像面的抽象且示意的示图，在此情况下所述图像面由25个某种程度在理论上设想的面积元件22构成，所述面积元件分别仅包含一个颜料颗粒。在所述示例中，所述颜料颗粒具有呈统计学的分布形式的三个原色青色[C]20、洋红色[M]21和黄色[Y] 19，但是在每个面积元件中分别仅具有一个相应的颜料颗粒。图2b示出具有特定的射束直径24的激光束23的剖面。在经过聚焦元件25之后，所述激光束被聚焦到允许完全地照射颜料颗粒I的直径上，并且其焦点直径足够小到能够分别使仅一个颜料颗粒I变亮，但是基本上完全在整个有效横截面的上方照射所述颜料颗粒。图2c示出在经过聚焦元件25时的衍射之后，激光束23在焦平面中变窄为最小直径27。图3a和3b图解示出在根据本发明的方法在图像面2上制成的图像8的宏观观察或效果(图3a)和允许借助放大装置9看到的颜料结构的微观观察(图3b)之间的区别。以有针对性的方式控制的颜料分布的微观观察准确地允许验证所述颜料分布，因为所述分布与图像的本来的个性化信息相结合，所以在协同作用中将颜料分布的指纹效果与个性化信息相结合，以至于造成安全标准的显著提高。在实践中，所述颜料分布也能够是能用印刷机放大镜评定的特殊的光栅。特殊的光栅与随机的背景分布的组合也是可能的，以至于能够在不参考数据库的情况下验证特殊的光栅，并且能够经由在数据库中查询相应的识别信息来验证随机的背景分布。因此，既能够以简单的验证方法(特殊的光栅)也能够以高等级安全性的验证方法(查询数据库中的随机分布)检查微观结构。附4a和图4b示出本发明的两个重要的方法步骤a和b，所述两个方法步骤包括利用反射光借助于白色光源11和光子接收器12对颜料的位置和光谱进行分析，所述白色光源和光子接收器能够借助双向线性位移单元10精确到微米地定位在样品或图像区的上方(图4a，步骤a)，以及借助耦合输出激光束23的UV激光系统17，使得根据由依照图4a的设备得到的数据使所述激光束能够精确到点地射到每个单独的颜料(图4b，步骤b)。替选于白色光源和光子接收器以及激光光学系统的在这里示出的运动，衬底也能够借助于双向位移单元运动。所述替选方案未在图4a/4b中示出。此外，在光子接收器12的示图中要提到的是，光子接收器的结构被简化地示出。在此未示出的是:探测器在白光激发的情况下由多个颜色特定的部件构成，所述部件例如能够由多个设有不同颜色的过滤器的光电二极管构成；或者探测器例如也能够是具有接在上游的多色过滤器(例如拜尔过滤器)的CMOS传感器或(XD传感器,其中在Foveon CMOS传感器的情况下能够放弃色彩过滤器。此外,在图4a中激发的光源11的示图中未示出的是:在以时间顺序借助呈不同颜色的光激发的情况下，借助多种不同颜色的、窄带的光源产生激发光，因此激发的光源由多个部件构成。此夕卜，在激光束聚焦时在图4b中确定，激光束的直径24通过聚焦元件25明显比在图4b中图解示出的更强地准直到最小直径27，因此示图是不合乎比例的。同样地，没有单独地示出激光束在从激光共振器中稱合输出之后的扩宽，而是是UV激光系统17的部分。在图5中示出根据本发明的方法的整个工作流程。重要的步骤是每个单独的颜料颗粒的位置的和颜色的检测13、色彩表的生成14、将这样得到的数据的作为色彩表存储在数据库中15、提供用于激光控制装置的数据或操控协议16，所述激光控制装置又控制借助UV激光系统选择性地进行激光蜕色的过程17。此外，数据库中的色彩表用作为用于安全性文件经由其图像数据的稍后的认证的信号。根据图6a和6b的示图解释用于将肖像生成在卡式数据载体26上的这种技术的可能的应用。此外，根据本发明制成的肖像还包含附加的数据，所述附加的数据基于通过印刷颜料而实现的在图像区2中的颜料分布存储。所述数据例如能够是文件持有人的个人化数据(如在图6b中所示出)，所述个人化数据用于识别文件持有人或例如也能够用于例如通过序列号或相关于颗粒在特定区域中的统计学的分布的信息等来认证文件的可能性。根据图7a的图像示出借助高分辨率的方法印刷的衬底的显微镜拍摄，颜色黄色
(19)、青色(20)和洋红色(21)以条形形状被印刷到衬底上。颜色的分布以微观尺度示出归因于印刷法的不足的明显的、不规则的扭曲。图7b示出由黄色、青色和洋红色的颜料构成的彩色颜料混合物的借助355nm2W的激光(自由射束、不聚焦地)生成的蜕色的宏观示图。条的厚度为大约500 μ m。颜料无关于其着色地被蜕色，与可见光范围相反，在355nm时不再进行光谱的选择。A:传统印刷法的改进:借助于已知的印刷法(平版印刷、凹版印刷等等)来以如下方式印刷打印原版，使得在打印原版上存在如表面观察的规则的、通过制造工艺限定的彩色的印刷图案。所述印刷图案具有颜色混合所需的所有颜色部分。在如在图7a中的条形示出的颜色(19)、(20)和(21)的图案中，分辨率为500dpi的色条占据小于10 μ m的宽度并且微观地具有归因于印刷法缺陷的不规则的形状。这种精确的3色印刷的技术上的实施方式是根据目前的现有技术有缺陷的。尤其是，所述技术上的实施方式不允许在整个图像区域中在完全不重叠的颜色部分且具有无间隙的面填充的情况下工作。相反，由于印刷法的技术上的不足，依然留有显示为重叠或未印刷的区域的小的错位(越位)。此外，在机器制造时将由于翘曲略微凸起的印刷区域从原版分离时，不均匀地印刷实际印刷的区域。图7a示出借助高分辨率的印刷法以压入的方式制成的印有条的区域的在微观尺度上可见的不规则形状。由于这种原因，有利地应用数字地检测印刷的客观的、统计学分布的误差率的方法，其中借助于探测器检查布置，随后存储所述布置并且在稍后的曝光中注意所述布置。为此，有利地使用具有
2μ m的机械重复精度的χ-y线性位移单元(例如由欧丁市的Heinrich Wolf公司所制造)，以便将已印刷的衬底借助所述χ-y线性位移单元相应地移动一个显微镜视野范围。以这种方式，检测到整个印刷区域。显微镜在其镜筒上具有数字相机。有利地，图像比为大约1:3，因为现代的数字相机的像素尺寸能够在3 μ m和更低的范围中实现(例如Point Grey公司的产品)。通过这个图像比例可靠地分辨出在可见光范围中的2μπι的偏差，而不达到衍射极限。在线性位移单元借助于相应的计算机控制经过整个印刷区域之后，在存储器中存在具有2μπι的分辨率的实际的、有缺陷的印刷图的复制图。因此，分辨率的检测大致高于印刷分辨率的25倍(500dpi对应于大致50 μ m/像素)。用于印刷的色素能够借助于激光烧蚀或蜕色。在第二步骤中，将色素用适当地选择的焦点尺寸有针对性地烧蚀或蜕色。借助有利地也能够用于蜕色的355nm的波长，能够获得低于2 μ m的焦点直径，以至于焦点尺寸能够匹配于实际期望的分辨率。以这种方式，通过将高度准确的检测与激光的精确的工作相结合，得到用传统印刷法至今未实现的分辨率和色彩保真度，印刷法本身不必为此以任何方式改变。光学感应的蜕色工艺也能够以这种方式在层压板内实施，只要承受印刷的层被透明层覆盖。所述应用可能性尤其在例如为个人文件或驾驶证的安全性文件空白处的个人化时是有利的。在图7b中示出不同颜色的用具有355nm波长的UV激光蜕色的颜料的示图。B:在传统印刷法中的防伪安全性的显著提高:在此主要根据实施形式A工作。应用所述方法，以便将例如安全性文件个人化，并且开启用于大幅提高防伪安全性的附加的可能性。因此，在这个应用示例中不再如在上文中将颜色区域的准确检测仅用于改进印刷法的技术缺陷。实际上不需要在将空白处个人化之前识别出条或图案的布置。颜色的布置也能够在随机的图案中从空白处到空白处交替地进行，因为这能够由相应的控制单元识别出。因此，只有当用激光曝光之前强制性地应用根据a.的方法时，才能够印刷空白处，因为否则可能会造成错误颜色表示。因此，空白处不能用于伪造，只要伪造者不同样应用根据方法a的微观分析。此外，伪造品也能够被未受训练的观察者肉眼立即识别出的特殊的可能性在于例如在个人证件中，色彩表案的伪统计学的混合例如在通常情况下肖像的额头所处的区域中改变其规律性，使得变换错误颜色表示并且例如当没注意到色彩表案的准确的微观位置时，以彩色可读的形式清楚地显示出词“伪
OC:特殊的印刷法的改进:根据文献W0-A- 0115910可能的是，由黄色、青色和洋红色的颜料构成的颜料混合物的色彩效果选择性地如下生成，即将所述色彩效果用激光的与颜料颜色互补的波长照射进而蜕色。因此，对于完全的曝光而言需要红色、绿色和蓝色的激光。在所述方法中，在激光束的同时对应于所期望的像素尺寸的焦点内，即对于500dpi的分辨率大约为50μπι，总是存在不同着色的多个颜料颗粒，因为所述颜料颗粒明显更小。但是，总是仅将吸收相应地应用的波长的激光辐射的颜料准确地蜕色。因此，黄色的颜料吸收蓝色的波长并且由此蜕色。剩余的、保留着色的青色和洋红色颜料在反射光下观察时以相减的形式混合成蓝光。因此，蓝光的照射生成蓝色的色调。当红色的和绿色的激光辐射射到相同的颜料混合物上时，在所述红色的和绿色的激光辐射处产生同样的结果。在所述实施形式中，颜料的颗粒尺寸位于ΙΟμπι的范围中。因此，所述颜料具有与在实施形式A和B中的条相同的尺寸等级。相应地，所述颜料能够以如在那里所说明的相同的方式借助微观扫描方法在其位置上以2 μ m的精度准确地探测。所述颜料的直径也适于将所述颜料用具有大约10 μ m的焦点的UV激光束进行寻址，因为能够购买到所谓的具有2 μ m的位置精度的机械线性位移单元(Heinrich Wolf公司，欧丁市)。图7b中可见，所有3种颜料用仅一种在UV范围中的波长(典型地355nm)蜕色。因此，所述实施形式开启了用仅一个激光来替代用3个激光工作的可能性，因为现在颜料的各个颜色组成部分不再通过光的波长，而是通过位置进行寻址。因此，通过到仅一个波长的过渡，实现了技术系统的显著成本降低。同时，与实施形式B的组合能够导致，不仅已知而且也持久地存储所有颜料颗粒的位置。附加地，这允许具有极高的防错安全性的真实性检查，因为对颜料颗粒的分布进行再调整几乎是不可能的。防错安全性高到使得在日常使用中例如在边境检查时应当足以仅将图像的小的部段例如用低成本的USB显微镜拍照并且能够由中央服务器来进行第一真实性检查。只有在怀疑的情况下才参考整个图像。附图标记列表I颜料颗粒2衬底、图像面3具有颜料颗粒的统计学分布的区域4具有颜料颗粒的规则分布的区域，直线形5具有颜料颗粒的规则分布的区域，曲折形6具有颜料颗粒的规则分布的区域，圆形的布置7具有颜料颗粒的规则分布的区域，微型文字8图像、符号、字符9放大装置，放大镜10x/y线性位移单元11白色光源12光传感器、光子接收器
13作为彩色元素的、作为位置坐标的函数的颜料颗粒的检测，14将数据作为色彩表存储15存储在数据库中16激光控制17激光蜕色17UV激光系统19具有原色黄色的颜料颗粒的面积元件(yellow)20具有原色青色的颜料颗粒的面积元件21具有原色洋红色的颜料颗粒的面积元件22面积元件23激光束2423的射束直径25聚焦元件，例如透镜、光栅26卡式数据载体27激光束在焦平面中的直径
权利要求
1.用于在衬底(2)上生成多色的标记、图案、符号和/或图像(8)的方法，所述衬底具有布置于其上的、在激光(23)的作用下失去或改变色彩效果的颜料颗粒(1)，其中，具有至少两个或至少三个不同的色彩效果的不同的颜料颗粒(I)布置在所述衬底(2 )上或所述衬底(2)中，所述方法具有下述方法步骤: a生成色彩表(14)，在所述色彩表中包含各个颜料颗粒(I)或各个颜料颗粒簇的各个色彩效果作为所述颜料颗粒或所述颜料颗粒簇的在所述衬底(2)上或所述衬底(2)中的位置坐标的函数； b借助激光(23)在唯一频率下基于色彩表(14)进行空间分解的照射，所述照射仅改变各个颜料颗粒(I)或各个颜料颗粒簇的色彩效果，以用于产生合成的色彩效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a和b在相同的装置中实施并且在所述步骤a和b之间不进行所述衬底(2)的操纵或移动。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述不同的颜料颗粒(I)布置在层中，优选在唯一的层中，在所述衬底(2 )上和/或所述衬底(2 )中，并且作为所述位置坐标的函数基本上随机地分布。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述不同的颜料颗粒(I)布置、并且基本上以微观图案规则地布置在层中，优选在唯一的层中，在所述衬底(2 )上和/或所述衬底(2)中，其中所述微观的图案能够布置为直线或波浪线、基本图案或微型文字。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，各个所述颜料颗粒(I)具有在5 μ m-15 μ m的范围中的、优选在8 μ m-12 μ m的范围中的平均直径，并且各个所述颜料颗粒优选以各个地横向分离的方式基本上布置在所述衬底上或所述衬底中，尤其优选以在两个颜料颗粒(I)之间的印刷层平面中的平均间距的标准投影等于或大于所述颜料颗粒的平均直径的方式布置，其中优选地，在所述步骤b中所述激光束的射束直径不再如所述颜料颗粒(I)的平均直径的两倍那么大，其中尤其优选的是在所述步骤b中所述激光束的射束直径位于5 μ m-20 μ m的范围中、优选位于8 μ m-15 μ m的范围中、尤其优选位于8 μ m-12 μ m的范围中。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了实施所述步骤a优选使用具有临近地设置的白色光源和/或探测单元的线性位移单元(10)扫描所述衬底的表面，其中，将白光或不同颜色的一系列闪光优选作为所述位置坐标的函数射入并且将反射回的或透射的光作为所述位置坐标的函数进行光谱分析，其方式优选为:仅在至少两个、优选在至少三个能实现对布置在所述衬底中的不同的所述颜料颗粒(I)进行区分的离散的频率上优选使用光电二极管来确定信号；并且其方式为将各个颜料颗粒(I)的或颜料颗粒(I)的簇的位置和色彩效果记录在构成所述色彩表(14)的数据矩阵中。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了实施所述步骤b优选使用具有临近设置的激光源的线性位移单元(10)扫描所述衬底的面，其方式为:基于所述色彩表(14)将所述激光源定向到各个颜料颗粒(I)上或颜料颗粒簇上，以便对各个所述颜料颗粒或所述颜料颗粒簇的色彩效果各个地进行破坏或激活。
8.根据上述权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，为了实施所述步骤b，所述激光光学系统是位置固定的，并且所述衬底借助于线性位移单元(10)运动为，使得所述激光源基于所述色彩表(14)扫过所述衬底，并且在此所述激光束射到各个所述颜料颗粒(I)上或颜料颗粒簇上，以便对各个所述颜料颗粒或所述颜料颗粒簇的色彩效果各个地进行破坏。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在数据处理单元中基于在步骤a中确定的所述色彩表(14)为所述标记、图案、符号和/或图像(8)在所述步骤b中生成用于激光或多个激光的加工协议，其中所述加工协议获得下述信息，所述信息应通过所述激光对各个颜料颗粒的色彩效果有针对性地局部地进行影响，尤其应通过所述激光消除其色彩效果，各个所述颜料颗粒作为所述位置坐标的函数以生成用于所述标记、图案、符号和/或图像(8)的特定的宏观色彩效果。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中应用的所述激光是UV激光。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在用于控制激光系统(17)的所述色彩表(14)的有错误的或缺失 的评估的情况下在数据载体上显现出可读的标识，所述标识指明伪造或将所述图像标记为有缺陷的。
12.根据上述权利要求之一所述的方法生成的具有标记、图案、符号和/或图像(8)的数据载体。
13.根据权利要求12所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体基于具有所述颜料颗粒(I)的随机布置方式的衬底(2)而制成，并且在所述数据载体上和/或在数据库中存储所述随机的布置方式以及其应用，以用于生成所述标记、图案、符号和/或图像以便提高安全性。
14.根据权利要求12至13之一所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体是薄膜、转印薄膜或层压板。
15.根据权利要求11至14之一所述的数据载体，所述数据载体在根据权利要求1至10之一所述的有缺陷的制造之后具有是伪造指示或指出图像错误的可读的标识。
16.根据权利要求10至15之一所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体是身份证卡、信用卡、护照、使用者证件或名牌。
17.用于实施根据权利要求1-9之一所述的方法的装置，其特征在于，所述装置具有:用于固定衬底的机构；用于确定所述衬底的所述色彩表(14)的第一单元(10-12);以及第二单元(17)，所述第二单元用于借助激光(23)在唯一频率上基于所述色彩表(14)进行空间分解的照射，所述照射仅改变各个颜料颗粒(I)或各个颜料颗粒簇的色彩效果，以用于生成合成的色彩效果。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述装置具有数据处理单元以及至少一个能够通过所述数据处理单元以二维的方式操控的线性位移单元(10)，所述线性位移单元承载所述第一单元和/或所述第二单元。
全文摘要
本发明说明一种用于在衬底(2)上生成标记、图案、符号和/或图像(8)的方法，所述衬底具有布置于其上的、在激光(23)的作用下失去色彩效果的颜料颗粒(1)，其中，具有至少三个不同色彩效果的不同的颜料颗粒(1)布置在衬底(2)上或衬底(2)中。本发明的特征在于下述方法步骤(a)生成色彩表(14)，在所述色彩表中包含各个颜料颗粒(1)或各个颜料颗粒簇的各个色彩效果作为所述颜料颗粒或所述颜料颗粒簇的在所述衬底(2)上或所述衬底(2)中的位置坐标的函数；(b)借助激光(23)在唯一频率下基于色彩表(14)进行空间分解的照射，所述照射仅改变各个颜料颗粒(1)或各个颜料颗粒簇的色彩效果，以用于产生合成的色彩效果。此外，本发明涉及一种应用这种方法制成的衬底，尤其是安全性文件以及用于实施这种方法的装置。
文档编号B41M5/34GK103201118SQ201180053916
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年11月8日
发明者赖纳·戈尔道, 克劳斯·舍费尔 申请人:尤尼卡技术股份有限公司