DE10007887A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von bedruckten ObjektenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Echtheitsprüfung von mit Sicherheitsdruckfarbe bedruckten Objekten, beispielsweise Banknoten, Sicherheits-, Ausweis- oder Wertdokumente, durch Messung von von einem zu überprüfenden Objekt ausgehendem, insbesondere reflektiertem oder transmittiertem, Licht. DOLLAR A Zur Gewährleistung einer besonders zuverlässigen Echtheitsprüfung ist vorgesehen, das von dem zu überprüfenden Objekt ausgehende Licht in solchen Spektralbereichen zu detektieren, welche außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegen. DOLLAR A Um darüber hinaus eine bedienungsfreundliche und sichere Echtheitsprüfung zu erreichen, ist vorgesehen, das vom Objekt ausgehende Licht an mehreren Stellen des Objekts in mindestens zwei ausgewählten Spektralbereichen zu detektieren und dabei für jeden Spektralbereich jeweils eine Meßreihe zu erzeugen, zwei Meßreihen aneinander anzupassen und anschließend die Echtheitsprüfung durch Vergleich der aneinander angepaßten beiden Meßreihen durchzuführen. DOLLAR A Eine besonders kompakte, bedienungs- und justierfreundliche Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen Objekt und Detektor mindestens eine Blende zur Einstellung der Größe eines auf dem Objekt zu untersuchenden Bereichs vorgesehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Echtheitsprüfung
von bedruckten Objekten, insbesondere von bedrucktem Blattgut, durch
Messung von von einem zu überprüfenden Objekt ausgehendem, insbeson
dere reflektiertem oder transmittiertem, Licht gemäß dem Oberbegriff der
unabhängigen Ansprüche 1 und 4 bzw. 10 und 18.
Zur Erhöhung der Fälschungssicherheit werden Objekte, insbesondere
Banknoten, Sicherheits-, Ausweis- oder Wertdokumente, in bestimmten Flä
chenbereichen mit geeigneten Sicherheitsdruckfarben bedruckt, welche im
sichtbaren Spektralbereich, d. h. im Wellenlägenbereich zwischen etwa
400 nm und etwa 800 nm, einen bestimmten Farbeindruck vermitteln und
zusätzlich in unsichtbaren, z. B. ultravioletten oder infraroten, Spektralberei
chen ein für die jeweilige Sicherheitsdruckfarbe charakteristisches Refle
xions- oder Transmissionsverhalten aufweisen. Wird beispielsweise ein Si
cherheitsdokument mit Hilfe eines Farbkopierers nachgemacht, so läßt sich
prinzipiell zwar der sichtbare Farbeindruck eines bedruckten Flächenbe
reichs reproduzieren. Da handelsübliche Farbpartikel jedoch nicht das für
spezielle Sicherheitsdruckfarben charakteristische spektrale Verhalten in
unsichtbaren Spektralbereichen aufweisen, lassen sich gefälschte Sicher
heitsdokumente im allgemeinen durch eine entsprechende Messung deren
Reflexions- oder Transmissionsverhaltens in unsichtbaren Spektralbereichen
erkennen.
Die Offenlegungsschrift JP 52-11992 beschreibt ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Banknoten. Eine Banknote wird mit
Licht aus einer breitbandigen Lichtquelle bestrahlt. Das von einer Stelle der
Banknote reflektierte oder transmittierte Licht wird mit zwei spektral unter
schiedlich empfindlichen Fotodetektoren im sichtbaren und infraroten Spektralbereich
gemessen. Die Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren wer
den in einem Differenzverstärker verstärkt und in einer nachgeschalteten
Schwellenwert- und Logikschaltung ausgewertet. Liegt die Differenz zwi
schen den beiden Ausgangssignalen innerhalb eines vorgegebenen Wertebe
reichs, so liefert die Logikschaltung ein binäres Signal, welches die Echtheit
bestätigt bzw. eine Fälschung anzeigt. Diese Überprüfung kann an mehreren
Stellen der Banknote wiederholt werden, wobei die Echtheit der Banknote
dann bestätigt wird, wenn an allen oder an den meisten Stellen ein entspre
chendes Signal der Logikschaltung geliefert wird.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der vorgegebene Wertebereich im
Verlauf der Betriebsdauer der Vorrichtung nachgeregelt werden muß, da
sich die Empfindlichkeit oder der Dunkelstrom der beiden Fotodetektoren
aufgrund von Alterungseffekten i. a. jeweils unterschiedlich stark ändert und
somit die Differenz der Signale variiert. Darüber hinaus kann dieses Verfah
ren bei der Echtheitsprüfung insbesondere von stellenweise verschmutzten
Dokumenten oder bei verrauschten Meßsignalen falsche Ergebnisse liefern,
da an jeder zu prüfenden Stelle des Dokuments lediglich eine binäre Aus
wertung der Differenz der beiden Ausgangssignale und damit eine Ja/Nein-
Entscheidung über die Echtheit des zu überprüfenden Dokuments erfolgt.
Die Messung mit zwei Fotodetektoren, von denen jeweils einer im sichtbaren
und einer im infraroten Spektralbereich empfindlich ist, eignet sich überdies
lediglich zur Prüfung von solchen Druckfarben, welche im Übergangsbe
reich zwischen dem sichtbaren und infraroten Spektralbereich einen stufen
artigen Reflexions- oder Transmissionsverlauf und im infraroten Spektralbe
reich einen im wesentlichen konstanten Verlauf aufweisen.
Bei dem in der US 3,491,243 offenbarten Verfahren wird das zu prüfende
bedruckte Blattgut mit weißem Licht beleuchtet und das von einzelnen
Farbbereichen des Blattguts reflektierte oder transmittierte Licht von im
sichtbaren Spektralbereich empfindlichen Zellen detektiert, welche jeweils
aus einem fotoleitenden Element mit einer bestimmten spektralen Empfind
lichkeit und einem davor angeordneten Farbfilter mit einer bestimmten
spektralen Durchlässigkeit bestehen. Als Material für die fotoleitenden Ele
mente wird beispielsweise Cadmiumsulfid (CdS) verwendet, das für Wellen
längen unterhalb etwa 550 nm empfindlich ist. Die Größe des auf dem be
druckten Blattgut zu vermessenden Bereichs kann durch eine auf ein röhren
förmiges Gehäuse aufgesetzte Sammellinse festgelegt werden.
Mit diesem Meßprinzip wird lediglich die Farbe des Blattguts maschinell
erfaßt und überprüft. Dies hat den Nachteil, daß ein nachgemachtes Doku
ment, welches bei einer Sichtprüfung mit dem menschlichen Auge denselben
Farbeindruck zeigt wie ein echtes Dokument, mit Hilfe dieses Meßprinzips
nicht als Fälschung erkannt werden kann.
Darüber hinaus ist die Festlegung der Größe des auf dem Blattgut zu ver
messenden Bereichs durch eine auf das röhrenförmige Gehäuse aufgesetzte
Linse platzaufwendig und steht daher dem Erfordernis nach einem mög
lichst kompakten Aufbau entgegen. Insbesondere ist bei jeder gewünschten
Größenänderung des auf dem Blattgut zu vermessenden Bereichs eine mit
hohem Justageaufwand verbundene Geometrieänderung erforderlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine zuver
lässige und bedienungsfreundliche Echtheitsprüfung erlaubt. Desweiteren
soll eine Vorrichtung angegeben werden, welche eine zuverlässige Echtheitsprüfung
ermöglicht, einen kompakten Aufbau aufweist und einfach zu
bedienen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren und Vorrichtungen gemäß den An
sprüchen 1 und 4 bzw. 10 und 18 gelöst.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren entsprechend Anspruch 1 vorgese
hen, das von mindestens einer Stelle des zu überprüfenden Objekts ausge
hende Licht in Spektralbereichen zu detektieren, welche außerhalb des sicht
baren Spektralbereichs liegen.
Auf diese Weise läßt sich das spektrale Transmissions- oder Reflexionsver
halten des zu überprüfenden bedruckten Objekts in unsichtbaren Spektral
bereichen besonders genau bestimmen. Hierdurch werden die aus dem
Stand der Technik bekannten Verfahren dahingehend verbessert, daß nicht
nur einfache, wie z. B. stufenartige spektrale Verläufe in einem Übergangsbe
reich zwischen dem sichtbaren zu einem unsichtbaren Spektralbereich, son
dern auch jede andere Art spektraler Verläufe in unsichtbaren Spektralberei
chen zuverlässig nachgewiesen werden können. Insbesondere lassen sich auf
diese Weise spezielle fälschungssichere Sicherheitsdruckfarben nachweisen,
welche einen für den jeweiligen Sicherheitsdruckfarbentyp charakteristi
schen spektralen Verlauf in unsichtbaren Spektralbereichen aufweisen. Die
Echtheitsprüfung von mit solchen speziellen Sicherheitsdruckfarben be
druckten Objekten mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
würde dagegen nur unzureichend genaue Ergenisse liefern.
Eine besonders hohe Bedienungsfreundlichkeit sowie Zuverlässigkeit bei der
Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten wird insbesondere dadurch er
reicht, daß für jeden definierten Spektralbereich jeweils eine Meßreihe erzeugt
wird und die Echtheitsprüfung durch Vergleich der erzeugten Meß
reihen erfolgt. In vorteilhafter Weise kann hierbei zusätzlich die bereits oben
beschriebene Anpassung zweier Meßreihen mit anschließender Auswertung
vorgenommen werden.
Ein anderer Aspekt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lösung der
Aufgabenstellung besteht gemäß Anspruch 4 darin, daß die Detektion des
von einem bedruckten Objekt ausgehenden Lichts an mehreren Stellen des
Objekts erfolgt, wobei an jeder Stelle für jeden definierten Spektralbereich
ein Meßwert erzeugt wird. Die Messung erfolgt hierbei sowohl an Stellen,
welche innerhalb eines bestimmten mit Sicherheitsdruckfarbe bedruckten
Flächenbereichs des Objekts liegen, als auch an Stellen, welche außerhalb
dieses Flächenbereichs liegen und i. a. lediglich mit einer Druckfarbe be
druckt sind, welche keinen charakteristischen Verlauf in den definierten
Spektralbereichen aufweist.
Für jeden definierten Spektralbereich ergibt sich eine aus den entsprechen
den Meßwerten bestehende erste und zweite Meßreihe. Das von dem Objekt
ausgehende Licht kann hierbei reflektiertes, insbesondere remittiertes,
und/oder transmittiertes Licht sein. Die eigentliche Echtheitsprüfung erfolgt
nun anhand der ersten und zweiten Meßreihe. Die beiden Meßreihen wer
den hierzu aneinander angepaßt, indem die Meßwerte der ersten Meßeihe in
Werte einer angepaßten Reihe umgerechnet werden. Die Werte der angepaß
ten Reihe haben hierbei die Eigenschaft, daß sie in definierten Bereichen nur
geringfügig von den Werten der zweiten Meßreihe abweichen. Die genann
ten definierten Bereiche werden dadurch festgelegt, daß dort die erste und
zweite Meßreihe im wesentlichen einen gleichen qualitativen Verlauf auf
weisen. Der im wesentlichen gleiche qualitative Verlauf in den definierten
Bereichen resultiert i. a. aus dem spektralen Verhalten des bedruckten Ob
jekts außerhalb des Flächenbereichs.
Nach erfolgter Anpassung der beiden Meßreihen kann durch Vergleich der
angepaßten Reihe mit der zweiten Meßreihe mit hoher Genauigkeit der Flä
chenbereich ermittelt werden, in welchem sich das spektrale Verhalten von
den übrigen Bereichen des bedruckten Objekt unterscheidet, und eine ent
sprechende Auswertung und Echtheitsprüfung durch Vergleich der beiden
angepaßten Meßreihen in diesem Bereich kann erfolgen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Einfluß von zeitlich variie
renden Dunkelströmen, Verstärkungsfaktoren und Empfindlichkeiten der
jeweiligen Fotodetektoren eliminiert. Das in den definierten Spektralberei
chen unterschiedliche Spektralverhalten des Flächenbereichs läßt sich damit
quantitativ analysieren, indem z. B. das Verhältnis oder die Differenz der
beiden angepaßten Reihen gebildet wird. Dies führt einerseits zu einer zu
verlässigen Echtheitsprüfung und gewährleistet andererseits ein hohes Maß
an Bedienungsfreundlichkeit, da eine etwaige Anpassung von Paramatern
zur Auswertung, wie z. B. Schwellenwerte für die Differenz zweier Detek
torsignale, entfallen kann, da durch die Anpassung der beiden Meßreihen
bei jedem zu prüfenden Objekt eine Elimination zeitlich variierender Ein
flüsse vorgenommen wird. Darüber hinaus wird eine Verfälschung des Prü
fungsergebnisses, insbesondere durch lokal begrenzte Verschmutzungen auf
dem bedruckten Objekt, deutlich reduziert, da der Einfluß von Verschmut
zungen durch die Anpassung der Meßreihen, insbesondere unter Einbezie
hung von Meßwerten außerhalb lokal begrenzter Verschmutzungsbereiche,
herausgemittelt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von bedruckten
Objekten gemäß Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß die zur De
tektion des vom Objekt ausgehenden Lichts vorgesehenen Detektionseinhei
ten in definierten Spektralbereichen empfindlich sind, welche außerhalb des
sichtbaren Spektralbereichs liegen. Bei den Detektionseinheiten kann es sich
insbesondere um fotoempfindliche Elemente, wie z. B. Fotodioden, handeln,
welche in den definierten Spektralbereichen empfindlich sind. Optional kann
vor ein oder mehrere fotosensitive Elemente ein Filter angeordnet sein, wel
ches die spektrale Empfindlichkeit der jeweiligen Detektionseinheit zusätz
lich beeinflußt. Insgesamt erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen
besonders kompakten, einfachen und kostengünstigen Aufbau, da auf zu
sätzliche, spektral auflösende optische Elemente, wie z. B. Prismen, Gitter
oder ähnliches, verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht auch
darin, daß bei der Implementierung der einzelnen Komponenten der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung der Aufwand zur Justierung der einzelnen
Komponenten sehr gering ist.
Besonders einfach und kostengünstig läßt sich die erfindungsgemäße Vor
richtung dadurch realisieren, daß die zur Bestrahlung des zu untersuchen
den Objekts vorgesehene Lichtquelle ein breitbandiges Spektrum aufweist,
welches die definierten Spektralbereiche zumindest teilweise einschließt.
Hierzu eignen sich beispielsweise Glühlampen. Hierdurch kann auf den Ein
satz verschiedener einzelner Lichtquellen, wie z. B. Leuchtdioden unter
schiedlicher spektraler Emission, verzichtet werden.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich
tung sieht vor, daß die Detektionseinheiten nebeneinander angeordnete fo
tosensitive Elemente aufweisen. Die fotosensitiven Elemente können hierbei
z. B. auf einem gemeinsamen Träger, so angeordnet sein, daß die Ränder der
fotosensitiven Elemente aneinandergrenzen. Bei dem Träger kann es sich
beispielsweise um ein Keramiksubstrat handeln. Ein Vorteil dieser dicht ne
beneinander angeordneten fotosensitiven Elemente besteht darin, daß et
waige, durch unterschiedliche Positionen der Elemente bedingte, Parallaxen
fehler sehr gering gehalten werden, d. h., daß beide fotosensitiven Elemente
etwa denselben Ausschnitt aus dem zu überprüfenden Objekt sehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht,
daß Parallaxenfehler praktisch vollständig vermieden werden können, in
dem die fotosensitiven Elemente hintereinander angeordnet werden. Die Art
und Reihenfolge der Elemente ist hierbei so zu wählen, daß jedes fotosensi
tive Element durchlässig ist für das mit dem jeweils dahinterliegenden foto
sensitiven Elementen zu detektierende Licht. Bei einem Detektor mit bei
spielsweise zwei im infraroten Spektralbereich empfindlichen Elementen auf
Halbleiterbasis wird hierzu ein erstes Element vor ein zweites Element ange
ordnet, wobei das Halbleitermaterial des ersten Elementes so zu wählen ist,
daß dessen Absorptionskante bei kleineren Wellenlängen liegt als dies bei
dem Halbleitermaterial des zweiten, dahinterliegenden Elementes der Fall
ist.
Ein weiterer Aspekt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lösung der
Aufgabenstellung besteht gemäß Anspruch 18 darin, zwischen Objekt und
Detektor mindestens eine Blende zur Einstellung der Größe eines auf dem
Objekt zu vermessenden Bereichs vorzusehen, aus welchem das vom Objekt
ausgehende Licht vom Detektor detektiert wird. Auf diese Weise wird eine
besonders kompakte und kostengünstige Vorrichtung realisiert, bei welcher
durch die Öffnung der Blende sowie deren Abstand zum Objekt bzw. Detek
tor die Größe des zu vermessenden Bereichs gezielt und einfach definiert
werden kann. Abstände und Art der Blende sind hierbei bevorzugterweise
so zu wählen, daß der auf dem Objekt zu vermessende Bereich groß ist ge
genüber Unebenheiten auf dem Objekt, wie beispielsweise Knitterfalten, je
doch klein ist gegenüber Flächenbereichen auf dem Objekt, innerhalb derer
ein charakteristisches Spektralverhalten nachgewiesen werden soll.
Die Erfindung wird nun anhand von in Figuren dargestellten Beispielen nä
her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 den schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 unterschiedliche definierte Spektralbereiche;
Fig. 4 zwei in unterschiedlichen Spektralbereichen erzeugte Meßreihen;
Fig. 5 die beiden Meßreihen aus Fig. 4 nach erfolgter erfindungsgemäßer
Anpassung und
Fig. 6 die aus den angepaßten Meßreihen aus Fig. 5 ermittelte Differenz.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrich
tung. Das zu überprüfende bedruckte Objekt 10 wird mit Licht aus den bei
den Lichtquellen 12 bestrahlt. Bevorzugterweise werden hierzu. Lichtquellen
12 verwendet, welche ein breitbandiges Spektrum aufweisen, das neben An
teilen im sichtbaren Spektralbereich auch Anteile in nicht sichtbaren Spek
tralbereichen, wie z. B. UV- und/oder Infrarot-Licht, enthält. Das von den
Lichtquellen 12 ausgehende Licht wird von dem zu überprüfenden Objekt 10
zumindest teilweise reflektiert und von einer Fokussiereinrichtung 16 in die
Ebene einer Blende 15 abgebildet, wobei das durch die Blendenöffnung ge
hende Licht auf den Detektor 13 trifft. Als Fokussiereinrichtung 16 werden
bevorzugterweise selbstfokussierende Linsen eingesetzt. Bei selbstfokussie
renden Linsen handelt es sich um zylinderförmige optische Elemente aus
einem Material, welches einen von der optischen Achse des Zylinders zu
dessen Mantel hin abnehmenden Brechungsindex aufweist. Durch die Ver
wendung einer solchen Linse wird eine vom Abstand Objekt-Detektor unab
hängige und justierfreie 1 : 1-Abbildung des zu vermessenden Bereichs auf
die Detektionseinheit erreicht.
Zur gezielten Festlegung der Größe eines auf dem Objekt 10 zu vermessen
den Bereichs für einen Meßvorgang wird in dem Strahlengang eine Blende
15 angeordnet, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Lochblende aus
gebildet ist.
Der Detektor 13 besteht im gezeigten Beispiel aus zwei hintereinander ange
ordneten Detektionseinheiten 14, welche jeweils in unterschiedlichen Spek
tralbereichen empfindlich sind. Die Detektionseinheiten 14 enthalten hierbei
jeweils ein fotoempfindliches Element, wobei das näher am Objekt 10 lie
gende fotoempfindliche Element für diejenigen Spektralbereiche durchlässig
ist, in denen das dahinter liegende Element empfindlich ist. Die von den fo
toempfindlichen Elementen erzeugten Ausgangssignale gehen in eine Aus
werteeinheit 20 und werden dort zur Echtheitsprüfung des Objekts 10 wei
terverarbeitet. Optional kann das zu überprüfende Objekt 10 auf einer - hier
nur stark schematisiert dargestellten - Transporteinrichtung 11 an der ge
samten Sensorvorrichtung vorbeitransportiert werden. So kann das Objekt
10 beispielsweise mit einer bestimmten Transportgeschwindigkeit befördert
werden, wobei mit dem Detektor 13 in bestimmten Zeitabständen eine Messung
des von dem Objekt 10 reflektierten Lichts vorgenommen wird. Auf
diese Weise wird das Objekt 10 in Form einer Spur nebeneinander liegender
oder ggf. überlappender einzelner Ortsbereiche einzelner Messungen abge
tastet. Durch eine entsprechende Speicherung der bei der Messung an einer
Stelle jeweils für die beiden definierten Spektralbereiche ermittelten Meß
werte erhält man schließlich für jedes der beiden fotoempfindlichen Elemen
te eine Meßreihe, welche das Reflexionsverhalten des Objekts 10 abhängig
vom jeweiligen Ort der Messung widerspiegelt.
Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gegenüber dem in Fig. 1 erläuterten
Beispiel sind die Detektionseinheiten 14 des Detektors 13 in bezug auf das zu
vermessende Objekt 10 nicht hintereinander, sondern nebeneinander ange
ordnet. In der in Fig. 2 gewählten Darstellung hat man sich die nebeneinan
der angeordneten Detektionseinheiten 14 senkrecht zur Zeichenebene ange
ordnet zu denken. Die zur Begrenzung des auf dem Objekt 10 zu vermes
senden Bereichs vorgesehene Blende 15 ist in diesem Beispiel vorzugsweise
eine Spaltblende, deren Spalt ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
Durch die Wahl eines ausreichend langen Blendenspaltes im Verhältnis zur
Ausdehnung der beiden nebeneinander angeordneten Detektionseinheiten
14 können etwaige auftretende Parallaxenfehler sehr geringgehalten werden.
Bei einer ausreichend großen Spaltlänge wirken sich darüber hinaus Fehler
quellen bei der Messung sowie in dem bedruckten Objekt selbst geringer
aus. Solche Fehlerquellen sind z. B. unterschiedliche Lagen verschiedener zu
überprüfender Objekte relativ zur Meßvorrichtung, herstellungsbedingte
unterschiedliche Lagen von zu vermessenden bedruckten Bereichen auf dem
Objekt sowie Abweichungen im Schnitt, d. h. in Form und/oder Größe, der
bedruckten Objekte. Durch eine entsprechende Wahl der Lage der Blende 15
zwischen Detektor 13 und Objekt 10 wird ebenfalls die Größe des zu vermessenden
Bereichs auf dem Objekt 10 festgelegt. Im dargestellten Beispiel
ist die Blende 15 näher am Detektor 13 als am Objekt 10, prinzipiell stellt je
doch auch der umgekehrte Fall eine bevorzugte Ausführungsform der Er
findung dar.
Vor die Detektionseinheiten 14 ist in diesem Beispiel ein Filter 17 angeord
net, das nur in den relevanten Spektralbereichen durchlässig ist. So kann für
Messungen mit im infraroten Spektralbereich empfindlichen Fotoelementen
ein handelsübliches Filter verwendet werden, um den Einfluß von entspre
chend kurzwelligerem Licht zu eliminieren. Im übrigen gelten für dieses
Ausführungsbeispiel die Erläuterungen zu Fig. 1.
Um eine besonders zuverlässige Echtheitsprüfung von mit Sicherheitsdruck
farben bedruckten Objekten zu erreichen, können für die Detektionseinhei
ten 14 in den dargestellten Beispielen jeweils fotoempfindliche Elemente ein
gesetzt werden, die jeweils in nicht sichtbaren Spektralbereichen, z. B. im in
fraroten oder ultravioletten Bereich, empfindlich sind. Auf diese Weise wird
eine sehr genaue und sichere Bestimmung des dem Auge verborgenen spek
tralen Verhaltens des zu untersuchenden Objekts 10 erreicht.
Fig. 3 zeigt Beispiele für definierte Spektralbereiche, in welchen das von dem
zu überprüfenden Objekt 10 ausgehende Licht detektiert wird. In diesem
qualitativen Schema sind die einzelnen Spaktralbereiche über der Wellen
länge λ auf einer nichtlinearen Skala aufgetragen. Erfindungsgemäß liegen
die Spektralbereiche außerhalb des sichtbaren (VIS) Spektralbereichs. Im
dargestellten Fall liegen zwei der definierten Spektralbereiche UV1 und UV2
im Ultravioletten, während die anderen Spektralbereiche IR1, IR2 und IR3 im
Infraroten liegen. Wie das Beispiel zeigt, können die definierten Spektralbe
reiche (UV1, UV2, IR1, IR2, IR3) eine unterschiedliche spektrale Breite aufweisen.
Eine unterschiedliche spektrale Breite ist dann von Vorteil, wenn z. B. in
Spektralbereichen detektiert werden soll, in denen das vom Objekt 10 ausge
hende Licht unterschiedlich breite Absorptionsverläufe, insbesondere Ab
sorptionsbanden, aufweist. Prinzipiell ist es auch möglich, daß sich die defi
nierten Spektralbereiche (UV1, UV2, IR1, IR2, IR3) teilweise überlappen. Die
Messung des von dem zu überprüfenden Objekt 10 ausgehenden Lichts in
wenigstens zwei dieser definierten Spektralbereiche (UV1, UV2, IR1, IR2, IR3)
erfolgt über die einzelnen Detektionseinheiten 14 des Detektors 13, welche in
den entsprechenden definierten Spektralbereichen (UV1, UV2, IR1, IR2, IR3)
empfindlich sind. Beispielsweise kann die spektrale Empfindlichkeit einer
gewählten Detektionseinheit 14 im entsprechenden Spektralbereich
(UV1, UV2, IR1, IR2, IR3) ein Maximum aufweisen oder im wesentlichen in
nerhalb des entsprechenden Spektralbereichs (UV1, UV2, IR1, IR2, IR3) liegen.
Die Breite eines definierten Spektralbereichs, in welchem Licht detektiert
werden soll, kann hierbei im wesentlichen der Breite der spektralen Emp
findlichkeit der Detektionseinheit 14 entsprechen. Eine Auswahl einzelner
definierter Spektralbereiche, in denen das vom Objekt 10 ausgehende Licht
detektiert werden soll, erfolgt je nach Art des spektralen Verhaltens der zu
überprüfenden Sicherheitsdruckfarbe. So können z. B. zwei Spektralbereiche
im Ultravioletten (UV1 und UV2) oder Infraroten (IR2 und IR3) oder aber
auch jeweils ein Spektralbereich im Ultravioletten (UV1) und Infraroten (IR2)
ausgewählt werden.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in welchem zwei Meßreihen I1 und I2 dargestellt
sind, welche in zwei unterschiedlichen definierten Spektralbereichen, bei
spielsweise mit einer der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen,
ermittelt wurden. Die Meßwerte der beiden Meßreihen I1 und I2 sind in Ab
hängigkeit ihres Ortes X, an dem sie auf dem Objekt detektiert wurden, dar
gestellt. Wie in dem Diagramm zu erkennen ist, weisen die beiden dargestellten
Meßreihen I1 und I2 Bereiche B auf, in welchen die beiden Meßreihen
einen im wesentlichen gleichen qualitativen Verlauf aufweisen. Demgegen
über weichen die Meßreihen I1 und I2 im Bereich A deutlich qualitativ von
einander ab. Erfindungsgemäß werden die beiden Meßreihen I1 und I2 an
einander angepaßt, indem die Meßreihe I1 in der Weise umgerechnet wird,
daß sich deren neu berechnete Werte in den Bereichen B nur noch geringfü
gig von den Werten der zweiten Meßreihe I2 unterscheiden.
Bevorzugterweise erfolgt die Umrechnung der Meßwerte der ersten Meßrei
he I1 in die Werte der angepaßten Reihe I'1 durch eine lineare Transformati
on, welche durch Multiplikation der Werte der ersten Meßreihe I1 mit einem
ersten Parameter a1 und anschließende Addition eines zweiten Parameters a2
vorgenommen wird:
I'1 = a1I1 + a2.
Mit dieser Transformation werden einerseits durch den ersten Parameter a1
unterschiedliche Verstärkungsfaktoren oder Empfindlichkeiten und anderer
seits durch den zweiten Parameter a2 Offsetfehler, beispielsweise in Form
unterschiedlicher Dunkelströme in den Detektoreinheiten, berücksichtigt.
Darüber hinaus ist die lineare Transformation eine rechentechnisch einfach
zu realisierende Umrechnung.
Vorzugsweise werden die beiden Parameter a1 und a2 aus den Meßwerten
der Meßreihen I1 und I2 an Stellen eines lokalen Minimums I1j bzw. I2j und
eines benachbarten lokalen Maximums I1k bzw. I2k im definierten Bereich B
ermittelt. Diese rechentechnisch einfach umzusetzende Methode erlaubt eine
besonders einfache und schnelle Bestimmung der zur Anpassung der beiden
Meßreihen I1 und I2 erforderlichen Parameter a1 und a2. In das Diagramm
der Fig. 4 sind beispielhaft Stellen lokaler Minima I1j und I2j sowie benach
barter Maxima I1k und I2k der beiden Meßreihen I1 und I2 eingezeichnet. Die
beiden zur Anpassung über eine lineare Transformation der ersten Meßreihe
I1 erforderlichen Parameter a1 und a2 errechnen sich hierbei wie folgt:
a1 = (I2k - I2j)/(I1k - I1j)
a2 = <I2< - a1 <I1<.
Bei den Größen <I1< und <I2< handelt es sich um den Mittelwert der jeweili
gen Meßreihe I1 bzw. I2.
Alternativ können die beiden Parameter a1 und a2 auch durch ein sogenann
tes Least-Square-Fit-Verfahren ermittelt werden. Hierbei werden in einem
numerischen Verfahren diejenigen Parameter a1 und a2 ermittelt, für welche
die Summe aus dem Quadrat der Differenzen der Meßwerte der angepaßten
Meßreihen minimal wird:
Σ (I2 - I'1)2 = minimal, wobei I'1 = a1I1 + a2.
Dieses Verfahren hat den Vorteil einer besonders hohen Genauigkeit in der
Anpassung der beiden Meßreihen, da die Bestimmung der für die Anpas
sung erforderlichen Parameter a1 und a2 über alle oder zumindest einen be
stimmten Teilbereich der Werte der beiden Reihen erfolgt.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ermittlung der beiden Parame
ter a1 und a2 in zwei Durchläufen erfolgt. In einem ersten Durchlauf wird
eine Anpassung der Meßreihen zunächst über alle Meßwerte der beiden
Meßreihen I1 und I2 vorgenommen. Die angepaßten Meßreihen I'1 und I2
werden anschließend miteinander verglichen wobei der Meßwertbereich A
ermittelt wird, welcher sich im wesentlichen mit dem Flächenbereich des
bedruckten Objekts deckt und in welchem die angepaßten Meßreihen I'1 und
I2 voneinander abweichen. Um den Unterschied des spektralen Reflexions-
oder Transmissionsverhalten des bedruckten Objekts in diesem Meßwertbe
reich A besonders genau sowohl qualitativ als auch quantitativ analysieren
zu können, wird anschließend in einem zweiten Durchlauf eine erneute An
passung der Meßreihen I1 und I2 vorgenommen. Die Bestimmung der Para
meter a1 und a2 in diesem zweiten Durchlauf erfolgt jedoch lediglich unter
Einbeziehung derjenigen Meßwerte, welche außerhalb des bestimmten
Meßwertbereichs A liegen, d. h. über die in den Bereichen B liegenden Meß
werte.
Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt eine aus der Meßreihe I1 umge
rechnete angepaßte Reihe I'1 sowie die zweite Meßreihe I2. Wie deutlich zu
erkennen ist, weichen nun die beiden Reihen in den Bereichen B nur gering
fügig voneinander ab. Demgegenüber tritt in dem Bereich A die Abwei
chung der beiden angepaßten Meßreihen I'1 und I2 deutlich hervor. Der in
dem Bereich A deutlich abweichende Verlauf der beiden angepaßten Meß
reihen I'1 und I2 kann nun quantitativ ausgewertet werden.
Eine quantitative Auswertung kann beispielsweise durch Bildung der Diffe
renz zwischen den beiden angepaßten Meßreihen I2-I'1 erfolgen. Das Er
gebnis einer solchen Differenzbildung ist in Fig. 6 dargestellt. Die Höhe der
Differenz zwischen den beiden angepaßten Meßreihen im Bereich A kann
nun zur Echtheitsprüfung als Maß für ein im Bereich A abweichendes spek
trales Verhalten des zu untersuchenden bedruckten Objekts herangezogen
werden.
Claims (22)
1. Verfahren zur Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten durch Messung
von von einem zu überprüfenden Objekt (10) ausgehendem Licht in minde
stens zwei definierten Spektralbereichen, wobei
- - das zu überprüfende Objekt (10) mit Licht bestrahlt wird, welches ein Spektrum mit Anteilen in den definierten Spektralbereichen aufweist,
- - von mindestens einer Stelle des zu überprüfenden Objekts (10) ausgehen des Licht in den definierten Spektralbereichen detektiert wird und
- - die Echtheitsprüfung anhand des in einem ersten Spektralbereich detek tierten Lichts mit dem in einem zweiten Spektralbereich detektierten Licht erfolgt,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Detektion des von dem Objekt (10) ausgehenden Lichts an mehreren Stellen des Objektes (10) erfolgt, so daß für jeden definierten Spektralbe reich eine Meßreihe (I1, I2) aus einzelnen Meßwerten erzeugt wird, und
- - die Echtheitsprüfung anhand der Meßreihen (I1, I2) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- - eine erste (I1) und eine zweite (I2) Meßreihe aneinander angepaßt werden, indem aus den Meßwerten der ersten Meßreihe (I1) Werte einer angepaß ten Reihe (I'1) ermittelt werden, welche in Bereichen (B), in denen beide Meßreihen (I1, I2) im wesentlichen einen gleichen qualitativen Verlauf aufweisen, nur geringfügig von den Wertender zweiten Meßreihe (I2) abweichen, und
- - die Echtheitsprüfung durch Vergleich der aneinander angepaßten Meß reihen (I'1, I2) erfolgt.
4. Verfahren zur Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten durch Messung
von von einem zu überprüfenden Objekt (10) ausgehendem Licht in minde
stens zwei definierten Spektralbereichen, wobei
- - das zu überprüfende Objekt (10) mit Licht bestrahlt wird, welches ein Spektrum mit Anteilen in den definierten Spektralbereichen aufweist,
- - das von dem zu überprüfenden Objekt (10) ausgehende Licht in den de finierten Spektralbereichen detektiert wird und
- - die Echtheitsprüfung anhand des in den definierten Spektralbereichen detektierten Lichts erfolgt,
- - die Detektion des von dem Objekt (10) ausgehenden Lichts an mehreren Stellen des Objekts (10) erfolgt, so daß für jeden definierten Spektralbe reich jeweils eine Meßreihe (I1, I2) aus einzelnen Meßwerten erzeugt wird,
- - eine erste (I1) und zweite (I2)Meßreihe aneinander angepaßt werden, in dem aus den Meßwerten der ersten Meßreihe (I1) Werte einer angepaßten Reihe (I'1) ermittelt werden, welche in mindestens einem Bereich (B), in welchem beide Meßreihen (I1, I2) im wesentlichen einen gleichen qualita tiven Verlauf aufweisen, nur geringfügig von den Werten der zweiten Meßreihe (I2) abweichen, und
- - die Echtheitsprüfung durch Vergleich der aneinander angepaßten Meß reihen (I'1, I2) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Umrechnung der Meßwerte der ersten Meßreihe (I1) in die Werte der angepaßten Reihe (I'1) durch eine lineare Transformation erfolgt und
- - die lineare Transformation durch Multiplikation der Meßwerte der ersten Meßreihe (I1) mit einem ersten Parameter (a1) und anschließende Addition eines zweiten Parameters (a2) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pa
rameter (a1, a2) aus den Meßwerten der beiden Meßreihen (I1, I2) an den
Stellen jeweils eines lokalen Minimums (I1j, I2j) und jeweils eines lokalen
Maximums (I1k, I2k) in den definierten Bereichen ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Pa
rameter (a1, a2) ermittelt werden, für welche die Summe aus dem Quadrat
der Differenzen der Werte der angepaßten Meßreihen (I'1, I2) minimal wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung
der beiden Parameter (a1, a2) in zwei Durchläufen erfolgt, wobei
- - in einem ersten Durchlauf eine Anpassung der Meßreihen (I1, I2) durch Bestimmung der beiden Parameter (a1, a2) aus allen Meßwerten der bei den Meßreihen (I1, I2) erfolgt,
- - durch anschließenden Vergleich der angepaßten Reihen (I'1, I2) miteinan der ein Meßwertbereich (A) ermittelt wird, in welchem die angepaßten Reihen (I'1, I2) voneinander abweichen, und
- - in einem zweiten Durchlauf eine erneute Anpassung der Meßreihen (I1, I2) durch erneute Bestimmung der beiden Parameter (a1, a2) erfolgt, wobei die Bestimmung der beiden Parameter (a1, a2) lediglich aus außerhalb des bestimmten Meßwertbereichs (A) liegenden Werten der beiden Meßreihen (I1, I2) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleich der aneinander angepaßten Reihen (I'1, I2) durch Subtrak
tion der beiden Reihen (I'1, I2) voneinander erfolgt.
10. Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten durch Mes
sung von von einem zu überprüfenden Objekt (10) ausgehendem Licht in
mindestens zwei definierten Spektralbereichen mit
- - mindestens einer Lichtquelle (12) zur Bestrahlung des Objektes (10) mit Licht, welches Anteile in den definierten Spektralbereichen aufweist, und
- - mindestens einem Detektor (13) zur Detektion des von dem Objekt (10) ausgehenden Lichts, wobei der Detektor (13) Detektionseinheiten (14) aufweist, welche jeweils in einem der definierten Spektralbereiche emp findlich sind,
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht
quelle (12) ein breitbandiges Spektrum aufweist, welches die definierten
Spektralbereiche zumindest teilweise einschließt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens eine optische Einrichtung zwischen Objekt (10)
und Detektor (13) zur Fokussierung des vom Objekt (10) ausgehenden und
vom Detektor (13) zu detektierenden Lichts angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch
Einrichtung eine selbstfokussierende Linse (16) enthält.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen Objekt (10) und Detektor (13) mindestens eine Blende (15)
zur Einstellung der Größe eines auf dem Objekt (10) zu vermessenden Bereichs
vorgesehen ist, aus welchem das vom Objekt (10) ausgehende Licht
vom Detektor (10) detektiert wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß die Detektionseinheiten (14) des Detektors (13) nebeneinander an
geordnete photosensitive Elemente aufweisen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß die Detektionseinheiten (14) des Detektors (13) hintereinander an
geordnete photosensitive Elemente aufweisen, wobei jedes photosensitive
Element durchlässig ist für das mit den jeweils dahinter liegenden photo
sensitiven Elementen zu detektierende Licht.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeich
net, daß vor mindestens einem der photosensitiven Elemente der Detekti
onseinheiten (14) mindestens ein optisches Filter (17) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von bedruckten Objekten durch Mes
sung von von einem zu überprüfenden Objekt (10) ausgehendem Licht in
mindestens zwei definierten Spektralbereichen mit
- - mindestens einer Lichtquelle (12) zur Bestrahlung des Objektes (10) mit Licht, welches Anteile in den definierten Spektralbereichen aufweist, und
- - mindestens einem Detektor (13) zur Detektion des vom Objekt (10) ausge henden Lichts,
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende
(15) eine runde Blendenöffnung aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende
(15) eine rechteckige, insbesondere spaltförmige, Blendenöffnung aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeich
net, daß zusätzlich mindestens eine Abbildungsoptik zwischen Objekt (10)
und Detektor (13) zur Fokussierung des vom Objekt (10) ausgehenden und
vom Detektor (13) zu detektierenden Lichts vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbil
dungsoptik mindestens eine selbstfokussierende Linse (16) umfaßt.
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