носитель данных и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Способ изготовления носителя данных, содержащего воспринимаемый визуально и/или машиночитаемый идентификатор в виде узоров, букв, цифр или изображений, в котором

обеспечивают наличие носителя данных, содержащего основу носителя данных, и

на основу носителя данных наносят маркировочный слой, отличающийся тем, что

идентификаторы выполняют в маркировочном слое посредством лазерной модификации вещества, имеющего модифицируемые лазером признаки и содержащегося в маркировочном слое, посредством коротких лазерных импульсов;

идентификаторы выполняют с помощью маркирующего лазера с длиной волны, на которой вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, по существу не проявляет поглощения или проявляет только низкое поглощение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в маркировочном слое выполняют идентификаторы, не воспринимаемые в видимом спектральном диапазоне.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в маркировочном слое выполняют идентификаторы воспринимаемые в инфракрасном спектральном диапазоне, предпочтительно в ближней инфракрасной области в диапазоне длин волн от 780 нм до 1000 нм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, представляет собой вещество, поглощающее инфракрасное излучение, в частности, вещество, поглощающее инфракрасное излучение, проявляющее максимальное поглощение в ближней инфракрасной области.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификаторы выполняют с помощью маркирующего лазера с длиной волны, не соответствующей длине волны на которой вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, проявляет максимальное поглощение.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификаторы выполняют с помощью маркирующего лазера инфракрасного спектрального диапазона, предпочтительно с помощью маркирующего лазера с длиной волны около 1,06 мкм.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность коротких лазерных импульсов выбирают меньше характеристического времени рассеяния тепла в маркировочном слое.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификаторы выполняют в маркировочном слое посредством лазерных импульсов с длительностью импульсов менее чем 100 нс, предпочтительно менее чем 50 нс, в частности, предпочтительно менее чем 30 нс.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификаторы выполняют в маркировочном слое посредством лазерных импульсов с длительностью импульсов менее чем 10 нс, в частности, менее чем 1 нс.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве маркировочного слоя наносят смесь, состоящую из прозрачного для лазерного излучения компонента смеси и компонента смеси, предусматривающего возможность модификации посредством излучения лазера.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве маркировочного слоя наносят последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем, по меньшей мере, первый слой является прозрачным для излучения лазера и, по меньшей мере, второй слой предусматривает возможность модификации посредством излучения лазера.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркировочный слой наносят поверх визуально воспринимаемого печатного слоя.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркировочный слой наносят посредством глубокой печати.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что маркировочный слой наносят, в частности, печатают, непрерывным образом.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверх маркировочного слоя наносят по меньшей мере один слой, покрывающий маркировочный слой и являющийся прозрачным для излучения лазера.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что в качестве покрывающего слоя наносят печатный слой, в частности, непрерывный печатный слой или слой, нанесенный посредством глубокой печати.

17. Носитель данных, в частности, ценный документ или ценная бумага, содержащий основу и маркировочный слой, нанесенный на основу, в котором посредством воздействия излучения лазера выполнены воспринимаемые визуально и/или машиночитаемые идентификаторы в виде узоров, букв, цифр или изображений, отличающийся тем, что маркировочный слой содержит по меньшей мере одно прозрачное для лазерного излучения вещество и одно вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, и тем, что вещество имеющее модифицируемые лазером признаки по существу не проявляет поглощения или проявляет только низкое поглощение на длине волны лазера.

18. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что маркировочный слой содержит смесь, состоящую из прозрачного для лазера компонента смеси и компонента смеси, модифицированного посредством излучения лазера.

19. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что маркировочный слой содержит последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем, по меньшей мере, первый слой является прозрачным для излучения лазера и, по меньшей мере, второй слой модифицирован посредством излучения лазера.

20. Носитель данных по п.19, отличающийся тем, что маркировочный слой содержит последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем первый слой, являющийся прозрачным для излучения лазера, расположен над вторым слоем, модифицированным посредством излучения лазера.

21. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что маркировочный слой расположен над визуально воспринимаемым печатным слоем.

22. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что маркировочный слой образован слоем глубокой печати.

23. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что маркировочный слой образован непрерывным печатным слоем.

24. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что над маркировочным слоем расположен по меньшей мере один слой, покрывающий маркировочный слой и являющийся прозрачным для излучения лазера.

25. Носитель данных по п.24, отличающийся тем, что покрывающий слой образован печатным слоем, в частности, непрерывным печатным слоем или слоем, выполненным посредством глубокой печати.

26. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что идентификаторы маркировочного слоя не воспринимаемы в видимом спектральном диапазоне.

27. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что идентификаторы маркировочного слоя воспринимаемы в инфракрасном спектральном диапазоне, предпочтительно при длинах волн в диапазоне от 780 нм до 1000 нм.

28. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что основа выполнена из бумаги, пленки или ламината из бумаги и пленки.

29. Носитель данных по п.17, отличающийся тем, что носитель данных представляет собой элемент защиты, ценный документ в виде листа или основу карты.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к носителю данных, содержащему воспринимаемый визуально и/или машиночитаемый идентификатор в виде узоров, букв, цифр или изображений, и к способу изготовления такого носителя данных.

Идентификационные карты, например кредитные карты или персональные идентификационные карты, традиционно снабжают индивидуальным идентификатором, выполненным посредством лазерной гравировки. При маркировке посредством лазерной гравировки при соответствующем ведении лазерного луча оптические свойства материала карты изменяются необратимым образом с получением требующейся маркировки. Например, в публикации DE 3048733 А1 раскрыта идентификационная карта, содержащая нанесенную информацию и имеющая на одной поверхности участки различным образом окрашенных слоев, наложенных друг на друга и, по меньшей мере, частично прерывающихся визуально воспринимаемыми персонализирующими данными.

Кроме идентификационных карт индивидуализирующими метками, выполненными с помощью лазера, например серийным номером, часто снабжают другие ценные документы, для которых имеется риск подделки, например банкноты, акции, облигации, сертификаты, ваучеры, чеки, входные билеты и т.д.

Если слой печатной краски, нанесенный на основу носителя данных, подлежит удалению или модификации при помощи лазера, тогда этот слой печатной краски должен проявлять, по меньшей мере, на своей части, высокие поглощающие свойства на длине волны маркирующего лазера. Чем ниже поглощение, тем выше должна быть величина потребляемой энергии лазера, необходимая для достижения требуемого эффекта. Однако при высокой потребляемой энергии в основе или в других слоях, лежащих выше или ниже подлежащего маркировке слоя печатной краски, обычно возникают нежелательные побочные эффекты.

Если несколько слоев накладывают один на другой и при этом лазерной маркировке подлежит нижний слой, следует предположить, что на облучаемых участках при этом будут также удалены или модифицированы даже не поглощающие слои, напечатанные поверх слоя, поглощающего излучение лазера. Это означает, что при разработке носителя данных для лазерного идентификатора должна быть выделена определенная область, чтобы предотвратить разрушение лазерным идентификатором других печатных компонентов.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание носителя данных указанного выше типа, содержащего выполненный лазером индивидуальный идентификатор, обладающий высокой степенью защиты от подделки. В частности, идентификатор должен занимать малую область на носителе данных и предусматривать возможность простой комбинации с существующими узорами или печатными изображениями. Целью настоящего изобретения также является обеспечение способа изготовления такого носителя данных.

Указанной цели достигают посредством носителя данных и способа его изготовления, имеющих признаки, раскрытые в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах.

Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением для изготовления носителя данных, имеющего визуально и/или машиночитаемый идентификатор в виде узоров, букв, цифр или изображений, обеспечивают наличие носителя данных, имеющего основу, и на основу носителя данных наносят маркировочный слой. Согласно настоящему изобретению, идентификаторы выполняют в маркировочном слое посредством коротких лазерных импульсов. По сравнению с традиционными методами маркировки, такая лазерная маркировка короткими лазерными импульсами имеет ряд преимуществ, которые подробно пояснены ниже.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в маркировочном слое выполняют идентификаторы, которые не воспринимаются в видимом спектральном диапазоне. Более того, предпочтительно идентификаторы воспринимаются только в инфракрасном спектральном диапазоне, в частности в ближней области инфракрасного диапазона при длине волны от 780 нм до 1000 нм. Тогда они представляют собой визуально не воспринимаемые аутентификационные признаки, которые, однако, без всяких проблем могут быть считаны машинами с помощью обычных кремниевых детекторов. В альтернативных вариантах осуществления изобретения могут использоваться идентификаторы, считываемые также в ультрафиолетовом спектральном диапазоне.

Идентификаторы предпочтительно выполняют посредством лазерной модификации в маркировочном слое вещества, имеющего модифицируемые лазером признаки. В предпочтительном варианте реализации вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, представляет собой вещество, поглощающее инфракрасное излучение, в частности вещество, поглощающее инфракрасное излучение и проявляющее максимальные поглощающие свойства в ближней области инфракрасного диапазона.

Идентификаторы предпочтительно выполняют с помощью маркирующего лазера с длиной волны, не соответствующей длине волны, на которой вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, проявляет максимальное поглощение. Для маркировки даже возможно выбрать длину волны, при которой вещество, имеющее модифицируемые лазером признаки, не проявляет по существу никакого поглощения или проявляет только очень низкое поглощение. Это несовпадение маркирующей длины волны и длины волны максимального поглощения обеспечивает существенно большую свободу как для выбора используемых веществ со специальными признаками, так и для выбора используемого маркирующего лазера.

Если, например, используют вещество со специальными признаками, проявляющее максимальное поглощение в ближней инфракрасной области, например при длине волны 850 нм, тогда для выполнения идентификатора может быть использована маркирующая длина волны, существенно удаленная от видимого спектрального диапазона, например 1,06 мкм. Таким образом, может быть значительно снижена угроза нежелательного влияния лазерного воздействия на другие, визуально более заметные, слои печатной краски.

Несовпадение маркирующей длины волны с длиной волны, на которой наблюдается максимум поглощения, возможно реализовать путем предпочтительного использования для маркировки коротких лазерных импульсов, которые, как это ни удивительно, могут модифицировать вещество со специальными признаками даже далеко за пределами его максимума поглощения. Возможно даже, а в некоторых вариантах реализации предпочтительно, чтобы вещество со специальными признаками не проявляло на маркирующей длине волны по существу никакого поглощения или проявляло только очень низкое поглощение. Каким образом короткие лазерные импульсы осуществляют модификацию на маркирующей длине волны, несмотря на низкое или даже нулевое поглощение, проявляемое веществом со специальными признаками, в настоящее время неясно. Не вдаваясь в конкретные объяснения, предположим, что модификация происходит благодаря возникающим при лазерном излучении большой интенсивности нелинейным эффектам, что будет пояснено более подробно ниже.

Идентификаторы предпочтительно выполняют в маркировочном слое с помощью маркирующего лазера инфракрасного спектрального диапазона, в частности, предпочтительно маркирующего лазера с длиной волны около 1,06 мкм. В данном случае, например, могут быть использованы алюмоиттриевые лазеры с неодимовым легированием (Nd:YAG лазеры), лазеры на ванадате иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO лазеры), лазеры на неодимовом стекле (Nd - стекло лазеры), лазеры на иттербиевом стекле (Yb - стекло лазеры) и им подобные.

Длительность коротких лазерных импульсов предпочтительно выбирают менее характеристического времени рассеяния тепла в маркировочном слое. Это характеристическое время рассеяния тепла может быть оценено с помощью уравнения рассеяния тепла T/ t=D ²T/ х², где Т обозначает температуру, D - постоянную рассеяния тепла маркировочного слоя, а х - пространственную координату. Согласно этому характеристическое время порядка r²/D связано с поперечным потоком тепла на характеристическое расстояние r. Если длительность лазерных импульсов короче, чем это характеристическое время , тогда тепло, образующееся в результате поглощения, может распространиться в маркировочном слое за время действия лазерного импульса только в пределах характеристического расстояния.

В предпочтительном варианте реализации способа идентификаторы выполняют в маркировочном слое при помощи лазерных импульсов с длительностью импульсов менее чем 100 нc, предпочтительно менее чем 50 нc, в частности, предпочтительно менее чем 30 нc. Аналогичным образом могут быть использованы импульсы с длительностью менее чем 10 нc или даже менее чем 1 нc.

Кроме длительности импульсов маркирующего лазера также важны частота повторения импульсов и средняя выходная мощность лазера. Для выполнения сложных маркировок с высокой скоростью изготовления требуется высокая частота повторения импульсов (>20 кГц, предпочтительно >30 кГц), высокая средняя выходная мощность (по меньшей мере несколько Вт, предпочтительно несколько десятков Вт) и короткая длительность отдельных импульсов. Эти в некоторой степени противоположные требования могут быть удовлетворены одновременно при тщательном выборе и оптимизации используемых маркирующих лазеров.

В других вариантах настоящего изобретения использовано так называемое явление «первого пикового значения». «Первое пиковое значение» обозначает пиковое значение мощности лазера в начале излучения.

В лазерной среде, при соответствующей подаче энергии ("накачке"), реализуется инверсия населенности энергетического уровня; т.е. более высокие энергетические состояния более населены, чем более низкие энергетические состояния. Во время излучения стимулируется понижение этого энергетического уровня, и энергия излучается в форме лазерного света (LASER - аббревиатура от Light Amplification by S timulated Emission of Radiation - усиление света с помощью стимулированного излучения).

Твердотельные лазеры работают таким образом, что свет накачки постоянно включен и излучение лазера освобождается посредством открывания затвора или переключением добротности резонатора. До этого нарастает высокая инверсия населенности, которая, как только открывается затвор или переключается добротность, немедленно спадает, что приводит к высокому пиковому значению мощности (первое пиковое значение). После этого, последующее излучение в импульсном или непрерывном режиме происходит при более низком установившемся уровне мощности, поскольку времени между двумя импульсами никогда не достаточно для нарастания такой полной инверсии населенности, как вначале. Чем больше промежуток между отдельными импульсами или чем ниже частота импульсов, тем меньше разница между первым и последующими импульсами.

В общем случае, это первое пиковое значение также заметно на лазерных маркировках посредством более сильной маркировки, более сильного эффекта или эффекта расхождения в начале маркировочного вектора. Таким образом, оно может быть определено, например при маркировке на металлизированной фольге, по более крупной точке в начале идентификатора или, при маркировке на цветном слое, на котором удален цвет, по более темному пятну на бумаге, которое также может быть ощутимым на ощупь.

По меньшей мере, фрагменты идентификатора согласно настоящему изобретению могут быть выделены посредством «первого пикового значения» и служить в качестве признака подлинности выполненного лазером идентификатора. В зависимости от дизайна модифицированного таким образом идентификатора, изменение также может быть не заметно для невооруженного глаза, но быть заметным только с помощью увеличительного стекла или обрабатывающего изображение датчика, что позволяет реализовать более высокую степень защиты.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения в качестве маркировочного слоя наносят смесь, состоящую из прозрачного для лазера компонента смеси и компонента смеси, который может быть модифицирован посредством излучения лазера. В альтернативном варианте в качестве маркировочного слоя могут также наносить последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем, по меньшей мере, первый слой является прозрачным для излучения лазера и, по меньшей мере, второй слой может быть модифицирован посредством излучения лазера.

В обоих вариантах сам маркировочный слой могут наносить поверх визуально воспринимаемого печатного слоя. Маркировочный слой могут наносить, в частности, печатать, посредством глубокой печати или также непрерывным образом. Если маркировочный слой выполнен глубокой печатью, он предпочтительно содержит, дополнительно к веществу со специальными признаками, печатную краску для защиты при травлении. Во всех вариантах реализации, маркировочный слой может содержать, дополнительно к веществу со специальными признаками, дополнительные цветовые и/или защитные пигменты, например, пигменты с оптически переменным цветом или магнитные пигменты.

Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения поверх маркировочного слоя наносят по меньшей мере один слой, который покрывает маркировочный слой и является прозрачным для излучения лазера. В качестве покрывающего слоя может быть использован, в частности, печатный слой, в частности, непрерывный печатный слой или слой глубокой печати.

Настоящее изобретение также включает носитель данных, в частности, ценный документ или ценную бумагу, имеющий основу и маркировочный слой, нанесенный на основу, в котором в результате воздействия излучения лазера выполнены визуально и/или машиночитаемые идентификаторы в форме узоров, букв, цифр, графических кодов (например, штриховых кодов, матричных кодов) или изображений. Согласно настоящему изобретению, маркировочный слой носителя данных содержит по меньшей мере одно прозрачное для лазерного излучения вещество и одно вещество со специальными признаками, которое может быть модифицировано лазером и которое не проявляет по существу никакого поглощения или проявляет только низкое поглощение на длине волны лазера. В частности, максимум поглощения вещество со специальными признаками, которое может быть модифицировано лазером, проявляет предпочтительно за пределами длины волны лазера, как пояснено выше.

В данном случае маркировочный слой может содержать смесь, состоящую из прозрачного для лазера компонента смеси и компонента смеси, модифицированного посредством излучения лазера, или он может содержать последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем, по меньшей мере, первый слой является прозрачным для излучения лазера и, по меньшей мере, второй слой модифицирован посредством излучения лазера.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, изобретение содержит носитель данных указанного выше типа, в котором маркировочный слой содержит последовательность слоев, состоящую из двух или более слоев, причем первый слой, который является прозрачным для излучения лазера, расположен над вторым слоем, модифицированным посредством излучения лазера.

В приведенных вариантах реализации маркировочный слой носителя данных может быть расположен над визуально воспринимаемым печатным слоем. Маркировочный слой может быть сам образован слоем глубокой печати или непрерывным печатным слоем. Поверх маркировочного слоя может быть расположен по меньшей мере один слой, который покрывает маркировочный слой и является прозрачным для излучения лазера, причем этот покрывающий слой образован, например, печатным слоем, в частности непрерывным печатным слоем или слоем глубокой печати.

Идентификаторы маркировочного слоя предпочтительно не воспринимаются в видимом спектральном диапазоне, а скорее являются машиночитаемыми только в ультрафиолетовом спектральном диапазоне или предпочтительно в инфракрасном спектральном диапазоне, в частности, при длинах волн в диапазоне от 780 нм до 1000 нм.

Основа носителя данных может быть выполнена из бумаги, пленки или ламината из бумаги и пленки. Сам по себе носитель данных представляет собой, например, элемент защиты, ценный документ в виде листа или основу карты для идентификационной карты, кредитной карты или подобных им.

Дополнительные примеры вариантов реализации и преимущества настоящего изобретения будут пояснены ниже со ссылками на чертежи, на которых для облегчения понимания масштабы и пропорции не соблюдены.

На чертежах:

на фиг.1 схематически показана маркированная банкнота согласно примеру реализации настоящего изобретения;

на фиг.2 показано поперечное сечение банкноты, показанной на фиг.1 по линии II-II на участке нанесенного идентификатора;

на фиг.3 схематически показан спектр отражения вещества со специальными признаками, поглощающего инфракрасное излучение, до лазерного воздействия (сплошная линия) и после лазерного воздействия (пунктирная линия), и

на фиг.4-8 показаны поперечные сечения носителя данных, аналогичные сечению, показанному фиг.2, согласно другим примерам реализации настоящего изобретения.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на примере банкноты сначала со ссылками на фиг.1 и 2. На фиг.1 представлено схематическое изображение банкноты 10, снабженной идентификатором 12, который является машиночитаемым только в инфракрасном спектральном диапазоне. Такой индикатор может представлять собой, например, двухмерный матричный код, подобный изображенному на чертеже. На фиг.2 показано поперечное сечение банкноты 10, показанной на фиг.1 вдоль линии II-II на участке идентификатора 12.

Как видно на фиг.1 и 2, основа 14 банкноты имеет маркировочный слой 16 и печатный слой 18, который является прозрачным для излучения маркирующего лазера. Маркировочный слой 16 содержит вещество, со специальными признаками поглощающее инфракрасное излучение, проявляющее максимальное поглощение при длине волны около 850 нм. На участках 20 лазерной модификации поглощающая способность вещества со специальными признаками при 850 нм значительно снижена, так что нанесенный идентификатор 12 может быть легко считан с помощью обычных кремниевых датчиков обработки изображения. В видимом спектральном диапазоне, напротив, участки 20 лазерной модификации и немодифицированные участки кажутся по существу идентичными по цвету и по яркости, так что идентификатор 12 невооруженным глазом визуально не воспринимается.

Отличительный признак настоящего изобретения заключается в том, что лазерную модификацию вещества со специальными признаками производят при помощи коротких лазерных импульсов и при длине волны, отличной от длины волны его максимального поглощения. Например, в примере реализации идентификатор 12 выполняют в слое 16 со специальными признаками при длине волны около 1,06 мкм и посредством лазерных импульсов с длительностью импульсов от 6 нс до 30 нc.

На фиг.3 схематично представлен спектр отражения вещества со специальными признаками, поглощающего инфракрасное излучение, до и после лазерного воздействия с помощью маркирующего лазера, согласно настоящему изобретению. В данном случае, отражательная способность, выраженная в условных единицах, показана в каждом случае в спектральном диапазоне от 400 нм до 1200 нм. Спектр отражения вещества со специальными признаками до лазерного воздействия или за пределами участков воздействия изображен сплошной линией 30. Как видно на фиг.3, на этих участках вещество со специальными признаками имеет явный максимум поглощения при длине волны около 850 нм, который отображается на изображенном спектре отражения в виде минимума отражательной способности R, указанного стрелкой 32.

Лазерное воздействие осуществляют при помощи коротких импульсов с длиной волны 1,064 мкм, указанной стрелкой 34. Очевидно, что указанная длина волны находится за пределами максимума поглощения вещества со специальными признаками. Отражательная способность R маркировочного слоя 16, содержащего вещество со специальными признаками, при этой длине волны составляет уже около 95%. Несмотря на низкую поглощающую способность, в результате лазерного воздействия поглощающая и отражательная способность вещества со специальными признаками значительно изменяются при максимуме поглощения на 850 нм. Спектр отражения вещества со специальными признаками после лазерного воздействия показан на фиг.3 пунктирной линией 36.

Как видно на фиг.3, участки 20 модификации и немодифицированные участки можно легко отличить друг от друга по их различной отражательной способности в ближней инфракрасной области, например при длине волны 850 нм. Различия в видимом спектральном диапазоне, напротив, малы и, более того, в примере реализации, показанном на фиг.1 и 2, скрыты напечатанным сверху слоем 18.

Изобретение имеет ряд преимуществ. Например, выбор веществ со специальными признаками, которые могут быть модифицированы лазером, больше не ограничивается веществами, проявляющими высокую поглощающую способность на длине волны лазера. Также, в связи с короткими импульсами, при лазерном воздействии на структуру слоев и на основу происходит только небольшое термическое воздействие. Кроме того, длина волны маркирующего лазера может быть выбрана так, что на другие элементы структуры слоев воздействие излучения лазера не оказывается.

Например, при большей удаленности длины волны маркирующего лазера 1,06 мкм от видимого спектрального диапазона, может быть обеспечено, что на слои печатной краски, которые должны быть оставлены без изменений, лазерное воздействие влиять не будет. Риск такого влияния значительно возрастает при использовании маркирующего лазера, соответствующего максимуму поглощения вещества со специальными признаками (850 нм), что связано с большей близостью к визуально воспринимаемому спектральному диапазону.

В контексте настоящего изобретения, короткими импульсами считаются импульсы, длительность которых меньше, чем характеристическое время рассеяния тепла в маркировочном слое, как было более подробно описано выше.

Точный механизм того, как короткие лазерные импульсы производят описанные модификации спектра отражения за пределами длины волны лазера, не известен. Не вдаваясь в конкретные объяснения, предположим, что здесь играют существенную роль нелинейные эффекты, которые возникают в связи с высокой интенсивностью лазерного излучения с короткими импульсами. Этими нелинейными эффектами могут быть, например, двухфотонные процессы, или образование свободных электронов на начальной стадии лазерного импульса, связанное с последующим повышенным поглощением ионизированной поверхностью слоя.

Под действием коротких лазерных импульсов вещество со специальными признаками может быть удалено или разрушено или, в связи с выделяющейся энергией, например, также могут изменяться его химические связи, что и приводит к наблюдаемым изменениям в отражательных свойствах.

Хорошие результаты были достигнуты при использовании маркирующих лазеров с длинами волн около 1,06 мкм, например, алюмоиттриевых лазеров с неодимовым легированием (Nd:YAG лазеров), лазеров на ванадате иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO лазеров), лазеров на иттербиевом стекле (Yb - стекло лазеров) и им подобных, причем предпочтительно длительности лазерных импульсов были всегда ниже 100 нc. В частности, хорошие результаты были достигнуты при длительности лазерных импульсов порядка от 6 нс до 30 нс, но также могут быть использованы более короткие длительности импульсов порядка единиц наносекунд или даже порядка пикосекунд или фемтосекунд. В данном случае, длительность импульсов обычно определяют как ширину импульса при интенсивности, составляющей половину от максимальной.

Далее со ссылками на фиг.4-8 описаны другие варианты реализации настоящего изобретения для различных маркировочных слоев и различных структур слоев.

Простейшая структура 40 слоев, которая может быть использована согласно настоящему изобретению, изображена на фиг.4. Здесь, на основу 42, которая может быть, например, бумагой банкноты, пленкой, основой карты или ламинатом из бумаги и пленки, нанесен, предпочтительно напечатан, маркировочный слой 44. Маркировочный слой 44 содержит вещество со специальными признаками, которое может быть модифицировано лазером и которое, при воздействии на участок 46 маркировочного слоя посредством коротких лазерных импульсов, изменяет локально свои свойства поглощения или отражения. Тогда изменения на участке 46 могут быть воспринимаемы визуально и/или считаны машинным способом. Помимо уже указанных поглощающих инфракрасное излучение веществ со специальными признаками конечно также могут быть использованы вещества со специальными признаками, имеющие индуцированные лазером модификации в визуально воспринимаемом или ультрафиолетовом спектральном диапазоне.

Другой пример реализации настоящего изобретения показан на фиг.5. Структура 50 слоев, изображенная здесь, содержит основу 52, печатный слой 54, маркировочный слой 56 и опциональный защитный слой 58. Печатный слой 54 может быть, например, слоем офсетной или косвенной печати, который не реагирует на лазерное излучение. Согласно указанному примеру реализации, маркировочный слой 56 состоит из смеси печатной краски 60 для защиты при травлении и соответствующего вещества 62 со специальными признаками, например вещества, поглощающего инфракрасное излучение, которое может быть модифицировано лазером (фиг.3).

При воздействии с помощью импульсного излучения инфракрасного лазера на участки 64 маркировочного слоя 56, напечатанного глубокой печатью, в данном примере реализации - лазера на иттербиевом стекловолокне (Yb - стекловолокно лазер) с диодной накачкой с длиной волны , равной 1,06 мкм, длительностью импульсов между 20 и 30 нс, частотой импульсов 30 кГц или более и средней выходной мощностью от 10 до 20 ВТ, вещество 62 со специальными признаками под действием единичного лазерного импульса уже достаточно изменяет свои свойства поглощения, что в дальнейшем позволяет осуществлять машинное считывание выполненного идентификатора.

Поскольку, таким образом, для каждого записанного бита информации требуется только единичный лазерный импульс, могут быть достигнуты очень высокие скорости маркировки, например, такие, которые требуются для изготовления сложных идентификаторов, например криптографически закодированных матричных кодов при скорости печати банкнот, соответствующей современным линиям (10 000 листов/час).

При высокой доли содержания в печатном слое темной печатной краски 54 нанесенный идентификатор может стать слабо визуально заметным вследствие поверхностных изменений маркировочного слоя 56. Однако это можно предотвратить, если снабдить маркировочный слой защитным слоем 58, который будет придавать всей поверхности однородный глянцевый вид. Более того, посредством такого защитного слоя, идентификатор будет хорошо защищен от загрязнения, что обеспечит возможность машинного считывания в течение длительного времени.

Другая возможность защиты от того, чтобы нанесенный идентификатор в связи с поверхностными изменениями становился слабо визуально заметным, заключается в кратковременном нагревании последовательности слоев после лазерного воздействия, при этом связующий материал маркировочного слоя будет размягчаться на поверхности, легко расплываться и компенсировать возможные поверхностные изменения.

Маркировочный слой может также быть расположен ниже других покрывающих печатных слоев, как изображено на последовательности 70 слоев на фиг.6. Здесь, на основу 72 нанесено посредством печати вещество со специальными признаками в виде сплошного участка 74, который выбран достаточно большим для размещения лазерного идентификатора. Тогда выполненный таким образом маркировочный слой 74 покрывается сверху печатным слоем посредством по меньшей мере одного способа печати, например способом косвенной печати, и с использованием печатной краски, которая не реагирует на излучение маркирующего лазера (номер позиции 76). После этого в результате лазерного воздействия способность вещества со специальными признаками поглощать инфракрасное излучение изменяется на фрагменте 78 участка маркировочного слоя 74, не влияя на напечатанный сверху слой 76, лежащий выше его. Напечатанный сверху слой 76 также обеспечивает, что идентификатор не будет визуально воспринимаем даже при любых незначительных поверхностных изменениях в маркировочном слое 74.

Напечатанный сверху слой 76 может содержать, например, гильоширные узоры. Также, поверх напечатанного сверху слоя 76 могут быть нанесены один или несколько последующих слоев, например, в виде портрета, нанесенного глубокой печатью. Сплошной маркировочный слой 74 может также содержать, дополнительно к веществу со специальными признаками, дополнительные цветовые и/или защитные пигменты, например пигменты с оптически переменным цветом или магнитные пигменты.

Если маркировочный слой нанесен, как на фиг.5, способом глубокой печати, тогда, вследствие структурной ширины глубокой печати, поглощающая способность вещества со специальными свойствами обычно не постоянна на всем участке, что может затруднить машинное считывание нанесенного идентификатора. Для устранения этого недостатка помимо печатного слоя глубокой печати может быть нанесен с помощью вещества со специальными признаками сплошной печатный слой, как изображено в примере реализации на фиг.7.

Последовательность слоев 80, изображенная здесь, помимо уже описанных применительно к фиг.5 слоев, содержит дополнительный слой 82, нанесенный посредством способа фоновой печати, который аналогичным образом содержит вещество 62 со специальными признаками. Поскольку печатный слой 54 является прозрачным для излучения маркирующего лазера, в результате лазерного воздействия вещество 62 со специальными признаками претерпевает модификацию как в маркировочном слое 56, так и в дополнительном сплошном печатном слое 82. Посредством дополнительного слоя 82 внешний вид нанесенного идентификатора становится однородным и повышается надежность машинного считывания. Понятно, что дополнительный слой 82 помимо вещества со специальными признаками может также содержать дополнительные цветовые и/или защитные пигменты.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения в последовательности слоев скомбинированы различные маркировочные слои. Для иллюстрации на фиг.8 представлена последовательность 90 слоев, содержащая первый маркировочный слой 92, покрывающий напечатанный сверху слой 94 и второй маркировочный слой 96. Два маркировочных слоя 92, 96 содержат различные вещества со специальными признаками, каждое из которых может быть модифицировано под воздействием лазерных импульсов с различными длинами.

Например, вещество со специальными признаками первого маркировочного слоя 92 может быть выбрано так, что оно реагирует на лазерное излучение даже при более длительных импульсах, например, около 50 нc, в то время как для модификации вещества со специальными признаками второго маркировочного слоя 96 необходимы более короткие лазерные импульсы, например, около 10 нc.

В такой последовательности 90 слоев на первом шаге посредством более долгих лазерных импульсов (50 нc) могут быть выполнены идентификаторы 93 в маркировочном слое 92. На этом шаге второй маркировочный слой 96 не изменяется, поскольку интенсивность при более долгих импульсах не достаточна для модификации его вещества со специальными признаками. Затем на втором шаге выполняют в маркировочном слое 96 второй идентификатор 97 посредством более коротких импульсов (10 нc). На этом шаге первый маркировочный слой 92 может аналогичным образом быть изменен или остаться без изменений.

Идентификаторы 93 и 97, один или оба, могут остаться невидимыми в видимом спектральном диапазоне. Например, идентификатор 93 верхнего маркировочного слоя 92 может быть воспринимаем в видимом спектральном диапазоне, в то время как скрытый идентификатор 97 нижележащего маркировочного слоя 96 может быть считан только машинным способом в ближней инфракрасной области. Также возможно противоположное расположение первого и второго маркировочных слоев, так что верхний маркировочный слой претерпевает модификацию под действием коротких, а нижний маркировочный слой под действием более длинных лазерных импульсов. Лазерные импульсы различной длины могут часто быть получены без особых усилий посредством одной и той же лазерной системы, поскольку во многих лазерных системах увеличение частоты повторения импульсов вызывает увеличение длительности импульсов.

Наблюдение нанесенных идентификаторов может происходить с помощью камеры, например с помощью ПЗС (CCD) или КМОП (CMOS) детектора. Соответствующие фильтры (длинноволновые, коротковолновые, полосовые, в частности узкополосные интерференционные фильтры) могут значительно повышать контрастность между модифицированными лазером и немодифицированными участками. Также, воспринимаемое необработанное изображение до анализа может дополнительно улучшать последовательная обработка изображения.

Для повышения надежности считываемых данных также могут быть использованы различные алгоритмы коррекции ошибок, известные специалистам в данной области техники, в которых, например, посредством преднамеренного введения избыточности, могут быть исправлены последующие потенциальные ошибки считывания.

Для того чтобы можно было различать различные вещества со специальными признаками, отражательная способность вещества со специальными признаками может также быть проанализирована на более чем одной длине волны. Как видно на фиг.3, разница коэффициентов отражения модифицированных и немодифицированных участков на промежутке между 400 нм и 1000 нм меняет знак несколько раз. Длины волн, при которых происходят эти изменения, или соотношение между коэффициентами отражения для определенных, заранее заданных, длин волн являются характерными для используемого в каждом случае вещества со специальными признаками. Если используют детекторы, содержащие вещества, отличные от кремния, например детекторы на основе индий-галлий арсенида (InGaAs детекторы), можно проводить анализ отражательной способности на длинах волн более 1000 нм.

Для реализации надежного маркирования банкноты может быть использована, например, следующая процедура:

сначала, при изготовлении банкноты считывают или вычисляют с помощью камеры и электронной обработки изображения нумерацию банкноты на листе. Дополнительно, считывают или вычисляют серийный код, который визуально не воспринимается и который различен для каждого бланка листа банкноты. Также возможно, что для каждого листа, поступающего на изготавливающее устройство, считывают только одну нумерацию и один серийный код, и на основании считанных величин вычисляют величины для остальных бланков листа. В другом варианте управляющее устройство нумеровальной машины передает нумерации на вычислительную систему лазерного идентификатора, и с помощью камеры воспринимают и считывают только серийный код.

Затем на основании нумерации банкноты и установленного серийного кода посредством секретного ключа и соответствующего кодировочного алгоритма, например алгоритма кодирования методом Ривеста, Шамира и Адлемана РША (RSA), Алгоритма Цифровой Подписи АЦП (DSA), алгоритма эллиптических кривых или подобных им, вычисляют подпись, конвертированную в двухмерный код, и наносят идентификатор в маркировочном слое описанным выше образом. Согласно современному уровню криптографии для того, чтобы иметь достаточную степень защиты, надпись может содержать, например, 40 или более информативных байтов.

Для дальнейшего повышения степени защиты от подделки в подпись могут вносить также статистические данные отдельной банкноты, например допуски высечки, позиционные допуски между различными способами печати, дисперсию пестрых волокон и подобные им.

Более простой и легче считываемый быстро движущимися обрабатывающими банкноты машинами код может содержать, например, только до 10 информативных байтов и быть нанесен в маркировочном слое без сложного кодирования. Здесь, в виде визуально не воспринимаемого кода может быть записан, например, полностью или частично серийный номер банкноты, а также другие логистические данные.

Другие варианты использования идентификатора согласно настоящему изобретению заключаются в его применении для интеллектуального инфракрасного точного цветоделения. В общем случае, при инфракрасном цветоделении, выполненном, например, посредством глубокой печати, печатают узор с помощью двух печатных красок, которые являются идентичными в видимом спектральном диапазоне и которые различаются в инфракрасном спектре, так что узор воспринимается только в виде изображений в инфракрасном диапазоне. Традиционно цветоделения выполняют с помощью перекрывающихся цветных трафаретов, так что форма и информация при цветоделении может иметь только лишь довольно приблизительный характер. К тому же, для выполнения традиционного цветоделения требуются два устройства для печатных красок, что ограничивает количество цветных печатных красок, используемых в дизайне.

С помощью описанной выше лазерной модификации теперь в инфракрасном диапазоне возможно выполнять информационный элемент очень тонкой структуры, который при наблюдении в инфракрасном спектральном диапазоне, например, при 850 нм, становится визуально заметным в виде осветления. Например, могут быть выполнены графические изображения и узоры, оптические коды, символы, и т.д. Для нанесения могут быть использованы как векторный, так и пиксельный/растровый способы. Способ предпочтительно применяют на участках, которые были предварительно напечатаны глубокой печатью, причем печатная краска для глубокой печати содержит в качестве добавки вещество со специальными признаками, поглощающее инфракрасное излучение. Однако для предварительной печати участка цветоделения также возможно использовать всевозможные другие способы печати, например способ синхронной печати, косвенной рельефной печати, трафаретной печати, офсетной печати, металлографской печати и подобные им.

В данном случае, для создания заметных тонких узоров цветоделения предпочтительно использовать плотный узор предварительной печати или даже сплошной участок (фоновый отпечаток). Но также существует возможность изображения тонких деталей цветоделения на выгравированном портрете. Кроме того, в качестве носителя маркировочного слоя может служить окно на банкноте, металлическая полоска или нанесенная пленка. Таким образом, в окне банкноты может быть выполнен, например, код, считываемый с обеих сторон.

Особое преимущество такого способа лазерного цветоделения заключается в том, что дополнительное устройство для печатной краски становится доступным для использования для любой окрашенной печатной краски, и в том, что в результате использования специального вещества, поглощающего инфракрасное излучение, также возможно реализовать цветоделение для светлых тонов. Другим преимуществом является нанесение различных надписей на идентичных банкнотах, что позволяет разделить их при последующей сортировке.

В случае использования изобретения для паспортов, с помощью описанной процедуры может быть выполнено скрытое изображение владельца в инфракрасном диапазоне - копия изображения в паспорте, которая визуально воспринимается только в инфракрасном диапазоне. Конечно, также возможно комбинировать классическое цветоделение и лазерное точное цветоделение.

Другое применение лазерной маркировки заключается в защите продуктов от подделки. Различные характеристики продукта, например номер изделия, серийный номер, дата изготовления, место изготовления и подобные им, могут быть закодированы в виде надписи и включены в визуально- и/или машиночитаемый идентификатор. При этом данные также могут быть связаны со статистическими характеристиками продукта. Идентификатор может быть нанесен на этикетку, упаковку или, в отдельных случаях, также на сам продукт.

При использовании изобретения для входных билетов на входном билете могут быть записаны закодированные основные данные, например, название мероприятия, место проведения мероприятия, дата, время, стоимость, номер места, имя владельца и подобные им.

Настоящее изобретение предпочтительно также относится к автоматически выдаваемым и принимаемым ценным купонам, например, к таким, которые все больше используются в универсальных магазинах. Например, в выдающей машине на стоимости купона может быть нанесен идентификатор описанного типа, содержащий данные, например стоимость купона, номер купона, дату выдачи, название выдавший отдел, и подобные им. После проверки идентификатора, прием поддельных или фальшивых купонов тогда может быть отклонен соответствующей принимающей машиной.