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Technisches
Fachgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Verfahren zum Schutz von Artikeln mit einem historischen
oder materiellen Wert oder von Kunstgegenständen vor einer Nachahmung und
kann dazu eingesetzt werden, dass keine gefälschten Gegenstände auf
die Märkte
für Edelmetallgegenstände gelangen.
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Stand der
Technik auf diesem Gebiet vor der vorliegenden Erfindung
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Bei bisher bekannten Verfahren zum
Schutz von hochwertigen Gegenständen
vor einer Nachahmung wurde vorgeschlagen, auf der Oberfläche eines
Gegenstandes eine Kennzeichnung in Form einer Signatur, eines Symbols,
einer Grafik oder anderer Informationen, wie z. B. besondere Werkstoffeigenschaften,
die durch die Anwendung eines speziellen Verfahrens erzielt werden
können,
das nur dem Urheber der Kennzeichnung bekannt ist, aufzubringen.
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Die ersten beiden genannten Verfahren
sind jedoch leicht nachzuahmen und ermöglichen die unberechtigte Verwendung
der Kennzeichnung und die Produktion von gefälschten Gegenständen.
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Das dritte Verfahren beruht dagegen
auf einem höheren
Informationsgehalt und kann bei unterschiedlichen Verfahren zur
Aufbringung einer Kennzeichnung, die aus einem üblichen, aber spezialbehandelten
Werkstoff besteht, zum Einsatz kommen.
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Beispielsweise ist uns das Verfahren
zur Auftragung einer Kennzeichnung auf Gegenstände aus der SU 1757864 A1 (B25H
7/00, 1992) bekannt, mit dem eine zuvor vorbereitete Kennzeichnung
aus einem dielektrischen Werkstoff, das in einem vorgegebenen Bereich
strukturheterogene Elemente enthält, auf
die Oberfläche
eines Gegenstandes aufgebracht wird. Bei den strukturheterogenen
Elementen handelt es sich um Höhlensysteme
(Kavitäten)
aus Kapillaren, die durch die gleichzeitige Einwirkung eines thermischen
Feldes und eines Elektrolytenstrahls im dielektrischen Werkstoff
erzeugt werden. Zur Anbringung der Kennzeichnung auf dem Gegenstand
können
verschiedene Mittel dienen, beispielsweise eine Klebfuge.
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Da ein bestimmter Sektor der in einem
bestimmten Bereich erzeugten heterogenen Elemente weder wiederholt
noch kopiert werden kann, bietet dieses Verfahren zur Anbringung
einer Kennzeichnung auf Gegenständen
ein zuverlässiges
Verfahren zum Schutz vor Nachahmung. Bei der Massenfertigung muss
bei diesem Verfahren jedoch eine große Anzahl von Kennzeichnungen
vorbereitet werden und es wird eine Datenbank zur Produktidentifikation benötigt. Zusammengenommen
führen
die erwähnten
Tatsachen dazu, dass dieses Verfahren sich sehr kompliziert gestaltet
und kostenintensive Ausrüstungen
erforderlich macht. Außerdem
ist eine solche Kennzeichnung leicht zu entfernen und auf einer
. anderen Gegenstand anzubringen, so dass letzterer nicht mehr identifiziert
werden kann. Als weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache
anzusehen, dass bei einer erneuten Bearbeitung eines Gegenstandes
der Kennzeichnungswerkstoff Modifikationen im Werkstoff des markierten
Gegenstandes hervorruft.
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Ein anderes Verfahren zur Aufbringung
einer Kennzeichnung mit einem hochentwickelten Informationsgehalt
besteht aus einem Fotolithografieprozess, bei dem die Oberfläche des
Gegenstandes mit einer Schicht aus Fotoresistmaterial überzogen
und unter einem flexiblen Negativ, das auf die Oberfläche eines
Gegenstandes gelegt wird, belichtet wird. Nach der Belichtung wird
das Fotoresistmaterial weggeätzt,
bis das benötigte
Abbild auf der Oberfläche
erhalten wird (SU 306978 A1, B41 M 1/40, 1971).
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Mit diesem Verfahren kann eine Kennzeichnung
mit einem hochentwickelten Informationsgehalt erhalten werden, die
nur schwer zu kopieren ist. Allerdings ist diese Technologie so
unkompliziert, dass ihre unberechtigte Anwendung keine größeren Schwierigkeiten
bereitet und somit gute Voraussetzungen für die Nachahmung der Kennzeichnung
bietet. Außerdem
ist eine mit dieser Technik erhaltene Kennzeichnung nur auf sehr
unsichere Weise mit dem Werkstoff des Gegenstandes verbunden und lässt sich
recht leicht von dessen Oberfläche
ablösen.
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Ein weiteres Verfahren zur Anbringung
einer Kennzeichnung mit einem hochentwickelten Informationsgehalt
an dem Gegenstand stützt
sich auf die Aufbringung eines holografischen Mikroreliefs, das als
Oberflächenveränderung
auf eine spezielle Weise mit einem Modulationsalgorithmus erzeugt
wird, der nur dem Urheber der Kennzeichnung bekannt ist.
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Die Entwicklung der Technologie zur
Erzeugung eines holografischen Mikroreliefs auf der Oberfläche des
Gegenstandes wurde bisher jedoch durch die Eigenschaften des Werkstoffes – üblicherweise leicht
verformbare Polymere, wie Vinylcarbazolpolymer und Polycarbonate – behindert
(siehe beispielsweise „Optical
Holography", Hrsg.
G. Kolfid, Moskau, „Mir", 1982, S. 465).
Das aus der Aufbringung eines Hologramms auf eine Metalloberfläche bestehende Verfahren
ist nur für
Gegenstände,
die aus Folien bestehen, bekannt, nicht jedoch für massive Gegenstände, wie
Platten, ungemünztes
Gold oder Silber, usw. Dies erklärt,
warum es mit einer herkömmlichen Extrusionstechnik
zur Übertragung
von holografischen Mikroreliefs auf die Oberfläche von Gegenständen aus
Werkstoffen, die härter
als Kunststoff sind, nicht möglich
ist, ein Hologramm mit einer angemessenen Qualität als Kennzeichnung zu erhalten.
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In der EP-A-0064780 wird ein Verfahren
zur Behandlung eines Edelsteins zur Erzeugung einer Kennzeichnung
auf demselben offenbart, bei dem Fotoresistharz auf dem Stein angebracht
wird, über diesem
Harz ein fotografischer Film mit der gewünschten Kennzeichnung aufgebracht
wird und das Harz durch die Belichtung mit einer Lichtquelle entwickelt
wird. Die belichteten Anteile werden entfernt und der Stein einem
Kathodenbombardement unterzogen, um die ungeschützten Teile des Steins wegzuätzen.
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Beschreibung
der vorliegenden Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf die
Aufgabe, ein Verfahren (Ausführungsbeispiele)
zum Schutz von massiven Gegenständen
aus Edelmetallen (Platten, ungemünztes
Gold oder Silber, usw.) vor einer Nachahmung zu bieten, wobei die
diesbezüglich
angebrachten Kennzeichnungen einen hohen Informationsgehalt besitzen
und nicht von dem Gegenstand abgelöst werden können. Außerdem soll das Kopieren der
Kennzeichnung unmöglich
sein und die Möglichkeit
einer unberechtigten Benutzung der Kennzeichnung soll ausgeschlossen
sein. Außerdem
soll der Werkstoff, aus dem der gekennzeichnete Gegenstand besteht,
bei der erneuten Bearbeitung keine Modifikationen erleiden.
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Die gestellte Aufgabe wird von den
unabhängigen
Ansprüchen
gelöst.
Zum Schutz von Gegenständen
aus Edelmetallen (Platten, ungemünztes Gold
oder Silber, usw.) vor der Nachahmung wird mit Hilfe eines Fotolithographieverfahren
ein bestimmtes Abbild auf der Oberfläche erzeugt, das als Kennzeichnung
dient. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche eines Gegenstandes aus
Gold oder eines beliebigen anderen Gegenstandes aus Edelmetall mit
einer Schicht aus Fotoresistmaterial beschichtet, in der ein negatives
Abbild der Kennzeichnung enthalten ist. Anschließend wird die Stelle, an der
sich die Kennzeichnung befindet, mit Hilfe eines Ionenplasmajet-Kohlenstoftsprühbeschichtungsverfahrens
mit einem Film aus einer amorphen, diamantartigen Substanz beschichtet
und danach die Schicht aus Fotoresistmaterial mit einem organischen
Lösungsmittel weggeätzt.
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Als organisches Lösungsmittel wird die Verwendung
von Dimethylformamid empfohlen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
2 wird zur Lösung
der Aufgabe, Gegenständen
aus Gold oder einem anderen Edelmetall einen Schutz vor Nachahmung
zu bieten, der Vorschlag gemacht, einen Film aus einer amorphen,
diamantartigen Substanz mit Hilfe eines Ionenplasmajet-Kohlenstoffsprühbeschichtungsverfahrens
auf die Oberfläche
des Gegenstandes aufzubringen, dann eine Schicht aus Fotoresistmaterial
aufzubringen und in dieser Schicht ein positives Abbild der Kennzeichnung
einzubringen. Anschließend
wird der nicht von Fotoresistmaterial geschützte amorphe, diamantartige Überzug zusammen
mit einer Schicht des Fotoresistmaterials im Sauerstoffplasma weggeätzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
3 wird zur Lösung
der Aufgabe, Gegenständen
aus Gold oder einem anderen Edelmetall einen Schutz vor Nachahmung
zu bieten, der Vorschlag gemacht, eine Kennzeichnung mit einem Informationsgehalt
so auf die Oberfläche
aufzubringen, dass sie zu einem späteren Zeitpunkt mit dem Auge
erkennbar ist. Erfindungsgemäß wird die
Kennzeichnung auf der Oberfläche
eines Gegenstandes aus Gold oder einem beliebigen anderen Edelmetall
als ein holografisches Mikrorelief mit Makroreliefabschnitten ausgebildet und
zur Erkennung wird die Kennzeichnung in das Wellenfeld einer rekonstruierenden
Welle gebracht.
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Zur Herstellung von Makroreliefabschnitten wird
ein Funkenerosionsvertahrens empfohlen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
4 wird die Aufgabe, Gegenständen
aus Gold oder einem anderen Edelmetall einen Schutz vor Nachahmung
zu bieten, gelöst,
indem ein zusammengesetztes Hologramm als eine Kennzeichnung auf
die Oberfläche
des Gegenstandes aufgebracht wird. Zu diesem Zweck wird das holografische
Mikrorelief des Kennzeichnungsbildes mit einem darin enthaltenen
kodierten latenten Hologramm hergestellt. Zur Erkennung der Kennzeichnung
wird das latente Hologrammbild erkennbar gemacht, indem das zusammengesetzte
Hologramm der Kennzeichnung in das optische Feld der das kodierte
Hologramm rekonstruierenden Welle gebracht wird.
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Das kodierte Hologramm auf dem holografischen
Mikrorelief des Kennzeichnungsbildes kann mit Hilfe von mehreren
Referenzstrahlen gebildet werden, die von Punktquellen ausgehen,
die sich an speziell dafür
vorgesehenen Punkten befinden. In diesem Fall wird die rekonstruierende
Welle zur Erkennung der Kennzeichnung erhalten, indem kohärente Lichtquellen
an denselben Punkten platziert werden, an denen die Referenzstrahlen
platziert waren.
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Das kodierte Hologramm auf dem holografischen
Mikrorelief des Kennzeichnungsbildes kann aber auch in Form eines
synthetischen Multiplexhologramms gebildet werden, das aus einem
Komplex von Hologrammen von jedem Symbol des latenten Hologramms
besteht. In diesem Fall erhält
man jedes einzelne Hologramm von Symbolen des latenten Hologramms,
das die Kennzeichnung darstellt, indem Mikroreliefhöhen in denjenigen
Mikroabschnitten entfernt werden, die in dem Aggregat ein negatives
Abbild einer 2-D-Fouriertransformation
eines latenten Hologrammsymbols herstellen.
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Das kodierte Hologramm kann verschleiert werden,
indem ein anderes Multiplexhologramm, das aus den Hologrammen von
mehreren Abbildern besteht, auf das kodierte Hologramm aufgetragen
wird. Zur Erkennung des latenten Hologramms ist es in diesem Fall
erforderlich, eine zuvor vorbereitete Amplituden-Phasen-Kodemaske mit Transmissionsstellen
für Strahlen
des latenten Hologramms zu verwenden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
5 wird zur Lösung
der Aufgabe, Gegenständen
aus Gold oder einem anderen Edelmetall einen Schutz vor Nachahmung
zu bieten, der Vorschlag gemacht, auf der Oberfläche des Gegenstandes eine holografische
Mikroreliefkennzeichnung zu konstruieren, die mit einem Film aus
einer amorphen, diamantartigen Substanz beschichtet ist. Zur Erkennung der
Kennzeichnung wird deren Hologramm in das Wellenfeld einer rekonstruierenden
Welle gebracht. Beim Auftragen des Filmüberzugs wird dessen Dicke auf
den Mikroreliefhöhen
größer als
in den Tiefen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
6 wird die Aufgabe, Gegenständen
aus Gold oder einem anderen Edelmetall einen Schutz vor Nachahmung
zu bieten, gelöst,
indem die Kennzeichnung in Form eines zusammengesetzten Multiplexhologramms
auf die Oberfläche
des Gegenstandes aufgebracht wird, wobei die Mikroreliefs der Komponenten
des Multiplexhologramms jeweils um einen kleineren Abstand als die
Wellenlänge
der rekonstruierenden Welle gegeneinander verschoben sind. Einige
Teile des zusammengesetzten Hologramms sind mit einem transparenten
Film aus einem dielektrischen Material überzogen, so dass bei der Erkennung
der Kennzeichnung mit einer rekonstruierenden Welle die Verschiebung
der Komponenten des Kennzeichnungsabbildes ausgeglichen wird.
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Die oben genannten Eigenschaften
stellen eine Gruppe von Erfindungen dar und haben gemeinsam, dass
sie dem gleichen Konzept des Erfinders folgen und sämtliche
Erfindungen in dieser Gruppe besitzen dieselbe Eigenschaft und Zielsetzung.
Zusammengenommen lösen
die technischen Ergebnisse aller Erfindungen aus dieser Gruppe die
gestellte Aufgabe. Außerdem
sind bei der Erwägung
aller besonderen Aggregate von technischen Ergebnissen der einzelnen
Erfindungen Übereinstimmungen
bei den technischen Ergebnissen festzustellen, was bei einer Erfindung,
die in einigen Ausführungsbeispielen
vorgestellt wird, eine unerlässliche
Bedingung darstellt.
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Jeder der oben vorgestellten Eigenschaften der
verschiedenen Ausführungsbeispiele
des vorgeschlagenen Verfahrens ist nötig, um ein oder ein anderes
technisches Ergebnis zu erhalten, und zusammengenommen bieten sie
eine Lösung
für die
gestellte Aufgabe.
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Die ersten beiden Ausführungsbeispiele,
bei denen das Verfahren der Fotolithographie zur Anwendung kommt,
werden unter der Voraussetzung umgesetzt, dass die erforderliche
Filmüberzugsdicke von
zwei verschiedenen kontinuierlichen Prozessen die Aufbringung eines
Kennzeichnungsabbildes auf dem Gegenstand erlaubt, die in einem
breiten Spektrum von Filmüberzugsdicken
liegt. Ausführungsbeispiel
2 gewährleistet
eine angemessene Haftung des Kennzeichnungswerkstoffes an einem
aus Edelmetall bestehenden Gegenstand und reduziert somit das Risiko
einer Zerstörung
der Kennzeichnung und gewährleistet
eine zuverlässige
Erkennung des gekennzeichneten Gegenstandes.
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Mit Hilfe der Fotolithografie können sehr
genaue Abbilder auf verschiedenen Werkstoffen erzeugt werden, wobei
die Größe der Elemente
bis zu weniger als ein Mikrometer betragen kann, da bei diesem Verfahren
Masken mit einem hohen Auflösungsvermögen verwendet
werden, und auch die Bildschärfe
des Kennzeichnungsabbildes auf dem Gegenstand wird beträchtlich
erhöht
und somit die Nachahmung behindert.
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Ein weiterer Faktor mit einem Einfluss
auf die Zuverlässigkeit
der Produkterkennung ist der Filmüberzug aus einer amorphen,
diamantartigen Substanz, die sich durch einen hohen Brechungsindex auszeichnet,
wodurch das Risiko einer Verwechselung bei der Erkennung des Musters
geringer wird. Außerdem
besitzt der genannte Überzug
die besten Haftungseigenschaften auf dem Werkstoff, aus dem der
Gegenstand besteht, ohne dass eine Diffusion des Filmüberzugsmaterials
in den Werkstoff des Gegenstandes hinein auftreten würde, die
zu dessen Kontamination und möglicherweise
zum Auswaschen der Kennzeichnung führen könnte. Außerdem wird es durch die Verwendung
eines Filmüberzugs
in Kombination mit der Möglichkeit,
ein Kennzeichnungsabbild mit einer hohen Auflösung zu bilden, möglich, die
aus einem zusammengesetzten grafischen Abbild bestehende Kennzeichnung auf
der Oberfläche
des Gegenstandes in einem Farbenspektrum mit einem Interferenzeffekt
zu konstruieren, der als weiterer Hemmfaktor die Nachahmung der
Kennzeichnung behindert.
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Bei der erneuten Bearbeitung, beispielsweise
beim Umschmelzen von Edelmetallgegenständen, verbrennt der Filmüberzug vollständig, so
dass es zu keiner Vermischung des Kennzeichnungswerkstoffes mit
dem Werkstoff des Hauptgegenstandes kommt und dessen chemische Zusammensetzung unverändert bleibt.
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Bei den vier anderen Ausführungsbeispielen, die
Gegenständen
aus Edelmetallen einen Schutz vor einer Nachahmung bieten, wird
ein Verfahren zur Aufbringung eines holografischen Mikroreliefs
verwendet. Nachfolgend wird die Bedeutung der kennzeichnenden Eigenschaften
der einzelnen Ausführungsbeispiele
vorgestellt.
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Bei Ausführungsbeispiel 3 ermöglicht eine Kombination
von Mikro- und Makrorelief die Rekonstruktion des Kennzeichnungsabbildes
im Streulicht und verhindert die unberechtigte Reproduktion der Kennzeichnung
auf der Oberfläche
des Gegenstandes mit Hilfe der Galvanoplastik.
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Bei Ausführungsbeispiel 4 wird durch
die Verwendung eines latenten Hologramms, das ein kodiertes Hologramm
auf dem holografischen Mikrorelief des Kennzeichnungsabbildes darstellt,
nicht nur die unberechtigte Reproduktion der Kennzeichnung verhindert,
sondern auch die Erkennung der Kennzeichnung ohne Zuhilfenahme von
Spezialgeräten.
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Die Ausführungsbeispiele 5 und 6, bei
denen der Vorschlag gemacht wird, einen Filmüberzug aus einer amorphen,
diamantartigen Substanz auf das holografische Relief der Kennzeichnung
aufzubringen, erschweren nicht nur die unberechtigte Reproduktion
der Kennzeichnung wie die vorhergehenden Ausführungsbeispiele, sondern verhindern
zudem die unberechtigte Reproduktion der Kennzeichnung mit Hilfe
der Galvanoplastik und schützen
die Kennzeichnung vor einer Beschädigung. Außerdem werden in Ausführungsform
5 besondere Bildschärfeeigenschaften
erhalten.
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Die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele zum
Schutz von Gegenständen
aus Edelmetallen vor der Nachahmung können nur mit anerkannten Mitteln umgesetzt
werden, so dass die vorgelegte Erfindung die Patentanforderungen
in Hinblick auf das Kriterium der „industriellen Anwendbarkeit" erfüllt. Die
Methode zur Herstellung eines holografischen Mikroreliefs auf der
Oberfläche
des Metallgegenstandes (Platte, ungemünztes Gold oder Silber, usw.)
wird in den Materialien dieser Anmeldung beschrieben.
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Dem Antragsteller sind keine Verfahren
zum Schutz von Gegenständen
aus Edelmetallen vor der Nachahmung bekannt, bei denen Verfahren
der Fotolithografie oder Holografie verwendet werden, obwohl die
genannten Verfahren in anderen Tätigkeitsbereichen
häufig
verwendet werden. Folglich entspricht die Erfindung den Patentanforderungen
in Hinblick auf die Kriterien „Neuheit" und „erfinderische Tätigkeit".
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der Zeichnungen erläutert,
wobei:
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1 die
Erkennung der Kennzeichnung mit Hilfe von mehreren rekonstruierenden
Lichtquellen darstellt;
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2 ein
Moduldiagramm des Fourierabbilds des Quadrats darstellt; 3 ein holografisches Mikrorelief
des Quadrats darstellt;
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4 die
Erkennung der Kennzeichnung mit Hilfe einer Amplituden-Phasen-Kodemaske darstellt.
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Daten zum
Beleg der Ausführbarkeit
der Erfindung
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Nach einer Beschreibung der Ausführungsbeispiele 1 und 2 der
Erfindung, bei denen das Verfahren der Fotolithografie verwendet
wird, folgt die Beschreibung der anderen vier Ausführungsbeispiele,
bei denen ein Verfahrens zur Bildung eines holografischen Mikroreliefs
auf der Oberfläche
von Edelmetallen verwendet wird.
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Bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen
für die
Auftragung der Kennzeichnung stellte die Dicke des Filmüberzugs
den Hauptparameter dar, da sie die Farbe der Kennzeichnung vorbestimmt
(aufgrund der Interferenzeigenschaften des Überzugs) und die Abfolge der
Verfahrensschritte bei der Umsetzung aller Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen
Verfahrens bestimmt.
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Bei einer Überzugsdicke von bis zu 0,3 × 10–12 m
wird die Kennzeichnung auf die folgende Weise aufgebracht.
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Zunächst wird ein vorläufiges negatives
Abbild der Kennzeichnung als eine Reliefschicht aus Fotoresistmaterial
auf der Oberfläche
des zum Beispiel aus Gold mit einer Reinheit von 99,9% bestehenden
Gegenstandes mit Hilfe der Fotolithografie erzeugt, wobei die belichteten
Teile dem Kennzeichnungsabbild entsprechen.
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Anschließend wird ein amorpher, diamantartiger Überzug auf
die Oberfläche
des Fotoresistmaterials aufgetragen, beispielsweise mit Hilfe des
Verfahrens der Ionenplasmajet-Kohlenstoffsprühbeschichtung. Dieser besondere Überzug auf
denjenigen Abschnitten der Oberfläche des Gegenstandes, die den
belichteten Abschnitten des Fotoresistmaterials entsprechen, ergibt
ein Kennzeichnungsbild. Im genannten Bereich von Überzugsdicken
ist die Höhe der
nicht belichteten Abschnitte des Fotoresistmaterials größer als
ihre Dicke.
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Nach dem Auftragen des Überzugs
wird ein vorläufiges
Kennzeichnungsabbild gebildet. Zu diesem Zweck wird die Schicht
aus Fotoresistmaterial von der Oberfläche des Gegenstandes entfernt,
zum Beispiel durch chemisches Ätzen.
Als Ätzmittel
können
verschiedene organische Lösungsmittel
verwendet werden, z. B. Dimethylformamid.
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Da die Dicke des Filmüberzugs
geringer ist als dessen Höhe
dringt das Ätzmittel
in dessen nicht belichteten Abschnitte ein und zersetzt sie durch
das Entfernen des Fotoresistmaterials von der Oberfläche des
Gegenstandes. Da der auf die nicht belichteten Abschnitte des Fotoresistmaterials
aufgebrachte Filmüberzug
mit der Oberfläche
des Gegenstandes nicht in Berührung
steht, ist er leicht zusammen mit dem Fotoresistmaterial zu entfernen.
Anschließend bleibt
das durch den auf der Oberfläche
des Gegenstandes zurückgebliebenen
Filmüberzug
gebildete endgültige
Abbild der Kennzeichnung zurück.
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Falls die Dicke des Filmüberzugs
von einer vergleichbaren Größe wie die
Höhe der
Fotoresistschicht ist, kann das Ätzmittel
bei der Bildung des vorläufigen
Kennzeichnungsabbildes nicht in die nicht belichtete Schicht des
Fotoresistmaterials eindringen und da es nicht zur Zersetzung und
zur Entfernung des Fotoresistmaterials zusammen mit dem aufgebrachten
Filmüberzug
kommt, wird das endgültige
Kennzeichnungsabbild nicht gebildet.
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Aus diesem Grund wird bei Filmüberzugsdicken über 0,3 × 10–12 m
die Kennzeichnung wie folgt aufgebracht.
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Zunächst wird die amorphe, diamantartige Substanz
mit Hilfe des Verfahrens der Ionenplasmajet-Kohlenstoffsprühbeschichtung
auf die für
die Kennzeichnung vorgesehene Stelle auf der Oberfläche des
Gegenstandes aufgebracht und anschließend wird ein vorläufiges positives
Abbild der Kennzeichnung als eine Reliefschicht aus Fotoresistmaterial
erhalten, wobei die nicht belichteten Abschnitte dem Kennzeichnungsabbild
entsprechen. Danach wird das vorläufige Abbild der Kennzeichnung
mit Sauerstoffplasma als Ätzmittel
weggeätzt,
so dass der nicht von Fotoresistmaterial geschützte Überzug durch das Ätzmittel
von der Oberfläche
entfernt wird.
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Dem Sauerstoffplasma ausgesetzte,
unbelichtete Abschnitte des Fotoresistmaterials werden ebenfalls
zersetzt und von der Oberfläche
des Überzugs
entfernt.
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Folglich wird von dem Überzug ein
endgültiges
Abbild der Kennzeichnung hergestellt, das den nicht belichteten
Abschnitten des Fotoresistmaterials entspricht.
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Das Kenzeichnungsabbild stellt ein
Bild dar, das von der Maske zur Oberfläche des Gegenstandes übertragen
werden kann und dessen Farben von der Dicke des Kennzeichnungswerkstoffes
und einem Interferenzeffekt vorbestimmt ist.
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Das Zerstörungsrisiko für die Kennzeichnung
wird auf diese Weise möglichst
gering gehalten, da der Kennzeichnungswerkstoff (diamantartiger Kohlenstoffüberzug)
eine starke Haftung an dem Werkstoff des Gegenstandes zeigt. In
diesem Fall besteht kein Risiko einer Übertragung der Kennzeichnung
von einem Gegenstand zu einem anderen. Da der auf die nicht belichteten
Abschnitte des Fotoresistmaterials aufgebrachte Filmüberzug mit der
Oberfläche
des Gegenstandes nicht in direkter Berührung steht, wird er leicht
zusammen mit dem Fotoresistmaterial entfernt. Anschließend bleibt
das durch den Filmüberzug
gebildete endgültige
Abbild der Kennzeichnung auf der Oberfläche des Gegenstandes zurück.
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Falls die Dicke des Filmüberzugs
von einer vergleichbaren Größe wie die
Höhe der
Fotoresistschicht ist, kann das Ätzmittel
bei der Bildung des vorläufigen
Kennzeichnungsabbildes nicht in die nicht belichtete Schicht des
Fotoresistmaterials eindringen und da es nicht zur Zersetzung und
zur Entfernung des Fotoresistmaterials zusammen mit dem aufgebrachten
Filmüberzug
kommt, wird das endgültige
Kennzeichnungsabbild nicht gebildet.
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Aus diesem Grund wird bei Filmüberzugsdicken über 0,3 × 10–12 m
die Kennzeichnung wie folgt aufgebracht.
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Zunächst wird die amorphe, diamantartige Substanz
mit Hilfe des Verfahrens der Ionenplasmajet-Kohlenstoffsprühbeschichtung
auf die für
die Kennzeichnung vorgesehene Stelle auf der Oberfläche des
Gegenstandes aufgebracht und anschließend wird ein vorläufiges positives
Abbild der Kennzeichnung als eine Reliefschicht aus Fotoresistmaterial
erhalten, wobei die nicht belichteten Abschnitte dem Kennzeichnungsabbild
entsprechen. Danach wird das vorläufige Abbild der Kennzeichnung
mit Sauerstoffplasma als Ätzmittel
weggeätzt,
so dass der nicht von Fotoresistmaterial geschützte Überzug durch das Ätzmittel
von der Oberfläche
entfernt wird.
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Dem Sauerstoffplasma ausgesetzte,
unbelichtete Abschnitte des Fotoresistmaterials werden ebenfalls
zersetzt und von der Oberfläche
des Überzugs
entfernt.
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Folglich wird von dem Überzug ein
endgültiges
Abbild der Kennzeichnung hergestellt, das den nicht belichteten
Abschnitten des Fotoresistmaterials entspricht.
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Das Kenzeichnungsabbild stellt ein
Bild dar, das von der Maske zur Oberfläche des Gegenstandes übertragen
werden kann und dessen Farben von der Dicke des Kennzeichnungswerkstoffes
und einem Interferenzeffekt vorbestimmt ist.
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Das Zerstörungsrisiko für die Kennzeichnung
wird auf diese Weise möglichst
gering gehalten, da der Kennzeichnungswerkstoff (diamantartiger Kohlenstoffüberzug)
eine starke Haftung an dem Werkstoff des Gegenstandes zeigt. In
diesem Fall besteht kein Risiko einer Übertragung der Kennzeichnung
von einem Gegenstand zu einem anderen.
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Die unberechtigte Produktion der
Kennzeichnung auf der Oberfläche
des Gegenstandes, das heißt
die Nachahmung der Kennzeichnung, ist wegen der großen Menge
und der Kompliziertheit der zur reproduzierenden Informationen praktisch
unmöglich.
Auch das direkte Abkopieren der Kennzeichnung von der Oberfläche des
Gegenstandes mit Hilfe des Verfahrens der Galvanoplastik ist unmöglich, während es
gleichzeitig mit Hilfe von anerkannten optischen und elektromagnetischen
Mitteln problemlos möglich
ist, die typischen Eigenschaften der in der Kennzeichnung enthaltenen
Informationen zu definieren, um die Authentizität der Kennzeichnung feststellen
zu können
und eine Unterscheidung zwischen verschiedenen markierten Gegenständen zu ermöglichen.
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Folglich bieten beide vorgestellten
Ausführungsbeispiele
eine zuverlässige
Kennzeichnung von Gegenständen,
einen Schutz vor Nachahmung und eine sehr zuverlässige Definition der Zugehörigkeit eines
Gegenstandes zu einem bestimmten Typ. Zusammengenommen beweisen
die aufgeführten
Tatsachen, dass die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele einen zuverlässigen Schutz
vor Nachahmung für
Gegenstände
aus Edelmetallen bieten.
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Gemein ist den folgenden vier Ausführungsbeispiele
die Herstellung eines holografischen Mikroreliefs der Kennzeichnung
auf der Oberfläche
eines Edelmetallgegenstandes. Bei Belichtung mit der rekonstruierenden
Lichtwelle
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Text fehlt
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Kennzeichnung.
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Ein holografisches Mikrorelief der
Kennzeichnung auf der Oberfläche
eines Gegenstandes aus Gold oder einem beliebigen anderen Edelmetall kann
mit einem Extrusionsverfahren unter Zuhilfenahme einer Matrix gebildet
werden, deren Funktionsfläche
als eine Stahlplatte ausgeführt
wird, die das benötigte
holografische Mikrorelief auf ihrer Oberfläche trägt. Zur Aufbringung des holografischen Mikroreliefs
auf der Stahloberfläche
der Matrix wird wie folgt vorgegangen.
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Mit Hilfe des Verfahrens der zentrifugalen Abtrennung
wird eine Stahlplatte mit Fotoresistmaterial bis zu einer Dicke
von 1–2 × 10–12 m
beschichtet. Anschließend
wird unter Verwendung des Verfahrens der Argonionenstrahlätzung das
Fotoresistmaterial bis zu einer Dicke von 0,5–1,0 × 10–12 m
gleichmäßig weggeätzt. Weiterhin
wird mit Hilfe der üblicherweise zur
Aufzeichnung von Bildholografien dienenden Gerätschaften in der Fotoresistschicht
ein Mikrorelief mit einer charakteristischen Dicke von 0,1–0,8 × 10–12 m konstruiert.
Das so erhaltene Mikrorelief ist ein Ergebnis der Detektion des
Interferenzprozesses zwischen den gebeugten Objekt- und den Referenzwellen
in der Schicht aus Fotoresistmaterial, wobei die Wellen die Kennzeichnung
beleuchten. Anschließend
wird der nicht von Fotoresistmaterial geschützte Stahl einer Ionenstrahlätzung (Argon-Vakuumätzung) unterzogen.
Der Besprühungsgrad
der Fotoresistmaske wird durch die funktionelle Oberflächentemperatur
geregelt. Nach dem Abschluss des Ätzvorgangs und der Entfernung
des restlichen Fotoresistmaterials nimmt die Oberfläche der
Stahlplatte die Gestalt des holografischen Reliefs an, das durch Höhen und
Tiefen im Material der Platte gebildet wird.
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Es ist ebenfalls möglich, das
holografische Relief auf der metallischen Münzgold- oder -silberoberfläche ohne die Verwendung eines
Extrusionsverfahrens zu bilden. Zu diesem Zweck wird an der vorgesehenen
Kennzeichnungsstelle auf der Oberfläche eines Gegenstandes der
bereits für
die Herstellung eines holografischen Reliefs auf der Funktionsseite einer
Matrix beschriebene Ablauf von Verfahrensschritten durchgeführt.
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Die beiden oben beschriebenen Verfahren zur
Herstellung eines holografischen Reliefs auf der Metalloberfläche werden
bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
3 bis 6 zur Anwendung gebracht.
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Bei Ausführungsbeispiel 3 werden bei
der Herstellung des holografischen Reliefs der Kennzeichnung auf
der Oberfläche
des Gegenstandes im ursprünglichen
Mikrorelief Makroreliefabschnitte konstruiert, deren Dicke die typischen
Tiefen des ursprünglichen
Mikroreliefs beträchtlich übersteigt (mehr
als 1000-fach). Dieses Verfahren kann mit anerkannten Verfahren,
z. B. mit einer Funkenerosions-Räummaschine,
durchgeführt
werden. Falls die Kennzeichnung mittels maschineller Extrusion auf die
Oberfläche
aus ungemünztem
Gold oder Silber übertragen
wird, können
die beiden Reliefarten gleichzeitig in der Kennzeichnung angebracht
werden.
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Durch die Makrostruktur innerhalb
des Mikroreliefs der Kennzeichnung wird es möglich, die Position der Kennzeichnung
(Kennzeichnungsstelle) auf der Oberfläche des Gegenstandes mit jedem
beliebigen Licht oder unter jedem beliebigen Blickwinkel zu ermitteln.
Die Erkennung des gesamten Kennzeichnungsabbildes ist jedoch nur
in einem begrenzten Bereich von Blickwinkeln möglich, der für die Bildrekonstruktion
auf der Grundlage der holografischen Aufzeichnung charakteristisch
ist. Am wirksamsten werden die in der Kennzeichnung enthaltenen
Informationen rekonstruiert, wenn die Kennzeichnung kohärentem Laserlicht
ausgesetzt wird.
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Die Nachahmung der Kennzeichnung
durch ein galvanoplastisches Verfahren, das häufig zum Kopieren von Hologrammen
verwendet wird, wird durch die Unvergleichbarkeit der Größen des
Mikro- und des Makroreliefs behindert, die es unmöglich macht,
eine genaue Kopie einer Kombination aus einer holografischen Aufzeichnung
und dem makroskopischen Relief auf der Oberfläche von Edelmetallen mit Hilfe
einer speziell präparierten
Matrix zu erhalten. Grundlegend für diese Schwierigkeiten ist
die Tatsache, dass die erwähnte
Unvergleichbarkeit der beiden Reliefarten eine gleichmäßige Druckverteilung
auf der Kennzeichnungsoberfläche
verhindert, so dass es an der Verbindungsstelle zwischen den kombinierten
Reliefelementen und der funktionellen Matrixoberfläche zu einer
beträchtlichen
Verringerung des von der Matrix ausgeübten Drucks kommt.
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Bei Ausführungsbeispiel 4 wird die Kennzeichnung
in Form eines zusammengesetzten Hologramms ausgeführt. Zu
diesem Zweck wird zunächst mit
Hilfe eines der bereits beschriebenen Verfahren zur Auftragung eines
holografischen Mikroreliefs auf einer Metalloberfläche das
holografische Mikrorelief des Kennzeichnungsabbildes gebildet. Nach
der oder gleichzeitig mit der Reliefbildung wird ein kodiertes Hologramm
eines latenten Abbildes konstruiert. Um ein unverzerrtes Bild zu
erhalten, sollten die rekonstruierende Welle und die Referenzwelle
identisch sein. (Siehe beispielsweise „Optical Holography", Hrsg. G. Kolfid,
Moskau, „Mir", 1982, S. 146).
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Erhalten lässt sich ein solches kodiertes
Hologramm mit Hilfe von mehreren Referenzstrahlen von Punktquellen,
die sich an einer bestimmten vorgesehenen Stelle befinden oder als
ein synthetisches Multiplexhologramm, das aus einer Kombination
von Hologrammen jedes einzelnen Symbols des latenten Hologramms
besteht (dito, S. 206). Ein synthetisches Hologramm ist ein Hologramm
eines Pseudo-Objektes, da es mit Hilfe von anerkannten mathematischen Verfahren
und einem Computer ohne ein Objekt konstruiert werden kann (dito,
S. 225). Ein Fourier-Hologramm
kann als synthetisches Hologramm verwendet werden, da hierbei ein
Objektabbild mit Hilfe einer Hologramm-Fouriertransformation gebildet
werden kann (dito, S. 179).
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Wird ein kodiertes Hologramm mit
Hilfe von mehreren Referenzstrahlen von Punktquellen, die sich an
einer bestimmten vorgesehenen Stelle befinden, erhalten, dann wird
das latente Hologramm bei der Bildung des holografischen Mikroreliefs
des Kennzeichnungsabbildes konstruiert.
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Zur Erkennung der Kennzeichnung wird
deren Hologramm mit einem latenten Abbild in das optische Feld der
rekonstruierenden Welle gebracht. Dieses Wellenfeld wird von der
gleichen Anzahl an punktkohärenten
Lichtquellen 1 und 2 gebildet, die sich an derselben
Stelle befinden, wie die Referenzstrahlen in der holografischen
Aufzeichnungsphase des latenten Hologramms (1). Daher kann das latente Hologramm 3 in
einem sehr kleinen visuellen Feld erkennbar gemacht werden, der
nur vom Hersteller der Kennzeichnung erreicht werden kann, und daher
kann dieses Hologramm von Unberechtigten nicht betrachtet werden.
Beim Versuch einer Rekonstruktion des latenten Hologramms mit nur
einem Strahl aus kohärentem
Licht wird lediglich ein verschwommener Punkt erkennbar, der keine
verwertbaren Informationen enthält.
Folglich stellt die genaue Position der Punktquellen für die rekonstruierende
Welle den Schlüssel
zu dem Kode des latenten Hologramms dar.
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Wird das kodierte Hologramm als ein
synthetisches Fourier-Hologramm erhalten, dann wird das latente
Hologramm auf der Grundlage von holografischen Mikroreliefstrahlen
oder als ein Fourier-Hologramm gebildet und, wie bei zwei früheren Ausführungsbeispielen
ist es mit dem Multiplexhologramm nicht möglich, das Originalabbild zu
sehen. Die von Hologrammen, die ein Multiplexhologramm darstellen,
ausgehenden Streustrahlen stellen ein Hindernis bei der Erkennung
des latenten Hologramms dar. Zur Überwindung dieses Hindernisses
und um das Kennzeichnungsbild erkennbar zu machen, werden die genannten
Strahlen von einer Amplituden-Phasen-Kodemaske mit Durchlassöffnungen
für latente Hologrammstrahlen
abgeschnitten. Diese Maske wird in der Phase der holografischen
Mikroreliefbildung konstruiert und mit Hilfe von bestimmten Computermethoden
(dito, S. 141) kann die Stelle derjenigen Abschnitte von Höhen und
Tiefen im kodierten Hologrammmikrorelief definiert werden, die im
Wellenfeld der rekonstruierenden Welle des latenten Hologramms eine
notwendige Richtung der gestreuten Strahlen bilden, und die Verteilung
dieser Strahlen in der Maskenebene, wo sie Durchlassöftnungen
bilden, kann ermittelt werden. Bei der Betrachtung des Mikroreliefs
durch die Maske 4, die sich in einem bestimmten Abstand
von der Kennzeichnung S befindet, werden die Lichtstrahlen, die
den Tarnhologrammen entsprechen (siehe 3) durch nicht-transparente Abschnitte
der Maske aufgenommen, so dass Betrachter 6 nun ein scharfes
Bild wahrnimmt, das bis dahin getarnt war.
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Bei Ausführungsbeispiel 4 des vorgeschlagenen
Verfahrens wird ein Überzug
aus einer amorphen diamantartigen Substanz mit einer geringeren Dicke
als ein Hologramm auf das auf der Oberfläche des Gegenstandes aus einem
Edelmetall gebildete holografische Mikrorelief aufgetragen.
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Dieser Überzug kann beispielsweise
mit Hilfe des Verfahrens der Ionenplasmajet-Kohlenstoffsprühbeschichtung gebildet werden.
Der auf diese Weise erhaltene diamantartige Überzug bietet nicht nur einen
sehr dünnen Überzug auf
dem Hologramm und bewahrt nicht nur die unveränderte holografische Mikroreliefstruktur,
sondern schützt
durch seine guten Hafteigenschaften auf Edelmetallen und seine chemische
Stabilität
das holografische Mikrorelief der Kennzeichnung vor einer Beschädigung und
verhindert die Nachahmung mit Hilfe der Galvanoplastik. Zusammengenommen
machen es die beschriebenen Faktoren praktisch unmöglich, das
Mikrorelief auf illegale Weise zu kopieren ohne das holografische
Mikrorelief wesentlich zu zersprengen und somit das rekonstruierte
Abbild deutlich zu verzerren. Die Auftragung des diamantartigen
Films auf das Mikrorelief erfolgt, wenn die Dicke des Films auf
den höchsten
Stellen größer ist
als die Dicke des Films in den Tiefen, wobei die effektive Dicke
in den Tiefen ansteigt, da der Brechungsindex des diamantartigen Films
2,0–2,4
beträgt,
so dass die Helligkeit des Kennzeichnungsbildes eingestellt werden
kann.
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Bei Ausführungsbeispiel 6 wird das holografische
Mikrorelief auf der Oberfläche
des Gegenstandes als ein zusammengesetztes Multiplexhologramm gebildet,
wobei die Mikroreliefs der Komponenten gegeneinander um einen Abstand
verschoben sind, der kürzer
als die Wellenlänge
der rekonstruierenden Welle ist. Teile des zusammengesetzten Hologramms
werden mit einem transparenten Film aus einem dielektrischen Werkstoff
beschichtet, so dass bei der visuellen Erkennbarmachung der Kennzeichnung
in der rekonstruierenden Welle die Verschiebung der Komponenten
des Kennzeichnungsabbildes ausgeglichen wird.
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Besteht ein Multiplexhologramm beispielsweise
aus zwei Hologrammen, von denen jedes einem der beiden Teile des
Abbildes des Kennzeichnungsbildes entspricht, und die Verschiebung
beträgt λ/4, wobei λ die Wellenlänge einer
das Abbild rekonstruierenden Lichtwelle darstellt, dann besteht
eine Phasenverschiebung von n im Bogenmaß zwischen den Lichtstrahlen,
die von den beiden Teilen kommend in das Auge des Betrachters gelangen
oder auf einen Bildschirm eines Aufzeichnungsgeräts fallen. In dem Punkt, in
dem die von den beiden Teilen kommenden Strahlen sich überlagern,
löschen
sich die Strahlen aufgrund des Interferenzprozesses gegenseitig
aus und im Abbild wird eine dunkle Linie erkennbar. Wird ein Teil
des Mikroreliefs, der einem Teil des Abbildes entspricht, mit einem
transparenten Film aus einem dielektrischen Werkstoff mit dem Brechungsindex
n und der Dicke d, die durch die Formel d(n – 1) = λ/4 gegeben sind, beschichtet,
dann werden bei der Beleuchtung der Kennzeichnung mit einer Welle
der Wellenlänge λ beide Teile
des Abbildes gleichmäßig beleuchtet
und es entsteht keine dunkle Linie im Abbild.
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Bei einem Versuch, das Relief direkt
zu kopieren, ist es nötig,
den Schutzfilm zu entfernen und daher wird mit der kopierten Kennzeichnung
das Abbild mit einer dunklen Linie rekonstruiert und somit auf die
unberechtigte Nachahmung hingewiesen. Die Art des dielektrischen
Werkstoffes (der erwähnte amorphe,
diamantartige Überzug
kann zu diesem Zweck verwendet werden) und die Dicke des Films, der
einen Teil des Reliefs beschichtet und aus diesem dielektrischen
Werkstoff besteht, bieten dem Hersteller den Schlüssel, der
von Charge zu Charge geändert
werden kann und es praktisch unmöglich und
wirtschaftlich unsinnig macht, einen Versuch zur Nachahmung einer
Kennzeichnung dieser Art zu unternehmen.
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Folglich führen die in diesem Schriftstück vorgelegten
Tatsachen den Nachweis, dass die vorgeschlagenen sechs Ausführungsbeispiele
tatsächlich
eine zuverlässige
Kennzeichnung eines Gegenstandes möglich machen sowie die Erkennung
des Ursprungs des Gegenstandes, die für einen zuverlässigen Schutz
von Edelmetallgegenständen
notwendig ist.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise
für sehr
feines Münzgold
verwendet werden, das von Banken auf dem Rentenmarkt angeboten wird
und bei denen eine angemessene Kennzeichnung eine zuverlässige Gewährleistung
für den
Ursprung des Gegenstandes bieten soll.