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Die
Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente,
Chipkarten und dergleichen mit einem maschinenlesbaren Echtheitsmerkmal.
Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend ausgestattetes Wertdokument,
wie eine Banknote, eine Ausweiskarte und dergleichen, eine entsprechend ausgestattete
Chipkarte, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der
Echtheit derartiger Sicherheitselemente, Wertdokumente oder Chipkarten.
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Wertdokumente,
wie etwa Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gutscheine, Schecks,
hochwertige Eintrittskarten, sowie andere fälschungsgefährdete Sicherheitsdokumente,
wie Pässe,
Visa oder sonstige Ausweisdokumente, und viele Arten von Chipkarten
sind zur Absicherung oft mit Sicherheitsmerkmalen ausgestattet,
die eine Überprüfung der
Echtheit des Dokuments oder der Karte erlauben. Als Sicherheitsmerkmal
wird beispielsweise ein eingebetteter Sicherheitsfaden, ein aufgebrachter
Sicherheitsstreifen oder ein selbsttragendes Transferelement, wie
ein Patch oder ein Etikett verwendet, das nach seiner Herstellung
auf das Dokument oder die Karte aufgebracht wird.
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Die
Sicherheitsmerkmale sind oft maschinenlesbar ausgebildet, um eine
automatische Echtheitsprüfung
und gegebenenfalls eine weitergehende sensorische Erfassung und
Bearbeitung der Dokumente und Karten zu ermöglichen. Beispielsweise ist
es im Pass- oder Visumbereich erwünscht, elektronische Schaltungen
wie RFID (Radio Frequency Identification) Transponder auf die Papiersubstrate
aufbringen zu können. Beim
Aufbringen von Chipmodulen auf Papiersubstrate treten jedoch Schwierigkeiten
auf, da diese eine wesentlich geringere Festigkeit als Kunststoffsubstrate
oder Platinen aufweisen. Auch besteht aufgrund der höheren mechanischen
Belastungen, der die integrierten Schaltkreise bei der Herstellung
und Handhabung flexibler Substrate ausgesetzt sind, ein erhöhtes Gefährdungspotential
durch Bruch oder Beschädigung.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sicherheitselement
mit einem robusten und einfach herzustellenden maschinenlesbaren
Echtheitsmerkmal anzugeben. Das Echtheitsmerkmal soll darüber hinaus
eine einfache und zuverlässige
Echtheitsprüfung
gestatten.
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Diese
Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs gelöst.
Ein Wertdokument, eine Chipkarte, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Echtheitsprüfung
solcher Sicherheitselemente, Wertdokumente oder Chipkarten sind
in den nebengeordneten Ansprüchen
angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach
der Erfindung enthält
das Echtheitsmerkmal zumindest einen Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flächenelement,
welches in einem vorbestimmten Frequenzbereich einfallender elektromagnetischer
Strahlung Resonanzeffekte zeigt. Je nach geometrischer Dimensionierung
sind mit solchen periodischen leitfähigen Flächenelementen Tiefpass-, Hochpass-,
Bandpass- oder Bandsperre-Eigenschaften gegenüber den einfallenden elektromagnetischen
Wellen realisierbar.
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Frequenzselektive
Oberflächen
als solche sind seit langem bekannt und haben beispielsweise Anwendung
bei Gebäudekonstruktionen
wie Radarkuppeln gefunden, die für
den Radarfrequenzbereich ungehindert durchgängig sein sollen, bei Fensterabdeckungen
für Mikrowellenherde,
die im Mikrowellenfrequenzbereich eine besonders hohe Dämpfung erreichen
sollen, oder bei Tapeten, die spezielle Frequenzbereiche sperren (z.
B. Bluetooth), benachbarte Frequenzbereiche aber ungehindert passieren
lassen sollen (z. B. Mobilfunktelefon).
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Frequenzselektive
Schichten dienen im Mikro- und Millimeterwellenbereich zur effektiven
Nutzung von Reflektorantennen, als Filter und künstliche Dielektrika, als Spiegel
zur Erhöhung
der Pumpeffektivität
von Lasern sowie als Polarisatoren, Strahlteiler oder Filter und
im optischen Bereich zur Steigerung der Effektivität von Sonnenkollektoren.
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Befinden
sich dabei auf einer nichtleitfähigen
Fläche
leitfähige
Bereiche, spricht man von Patchgeometrien, im umgekehrten Fall von
Aperturgeometrien. Trifft eine elektromagnetische Welle auf ein
frequenzselektives, periodisches leitfähiges Flächenelement, so erzeugt sie
in den leitfähigen
Teilen elektrische Ströme. Dadurch
kann ein Teil der Welle beim Auftreffen auf das Flächenelement
reflektiert werden. Die komplexen Amplituden der reflektierten bzw.
transmittierten Anteile, bezogen auf die Amplitude der einfallenden
Welle, werden als Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten bezeichnet.
Liegen die Wellenlängen
in der gleichen Größenordnung
wie die Abmessungen einer Elementarzelle des Flächenelements, so treten bei
Veränderungen
der Frequenz der einfallenden Welle starke Resonanzen auf. Bei der äußeren Anregung
einer Patchgeometrie durch elektromagnetische Wellen, wird in der
Umgebung einer Resonanzfrequenz praktisch die gesamte Welle reflektiert.
Dagegen wird bei der Aperturgeometrie die einfallende Welle im Resonanzfall
praktisch vollständig
transmittiert.
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Das
vorgeschlagene Echtheitsmerkmal nutzt die besonderen Eigenschaften
periodischer leitfähiger Flächenelemente
vorteilhaft für
die Echtheitsprüfung
von Sicherheitselementen, Wertdokumenten oder Chipkarten aus. Die
resonierenden Flächenelemente
können
an einem beliebigen Ort des Sicherheitselements, Wertdokuments oder
der Chipkarte angebracht werden, eine Kopplung mit anderen Strukturen
kann vorteilhaft sein, ist aber nicht erforderlich. Darüber hinaus
können
die vorgeschlagenen Flächenelemente
durch bekannte, großvolumige
Herstellungsverfahren wie Demetallisierung durch Waschfarben, Ätzlösungen oder
Lasereinwirkung hergestellt werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist das periodische leitfähige Flächenelement
so ausgebildet, dass es für
einfallende elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen
3 GHz und 3 THz, vorzugsweise zwischen 30 GHz und 1000 GHz Resonanzeffekte
zeigt. Diese Frequenzen bedingen kleinräumige Strukturen der Flächenelemente
und sind daher besonders gut für
Anwendungen im Sicherheitsbereich geeignet.
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Das
Echtheitsmerkmal kann auch mehrere Bereiche mit periodischen leitfähigen Flächenelementen enthalten,
welche in verschiedenen vorbestimmten Frequenzbereichen Resonanzeffekte
aufweisen. Dadurch können
aufwendige und damit schwer zu täuschende
Echtheitsprüfungen
realisiert werden oder es können vorbestimmte
Kenngrößen der
Dokumente oder Karten in der Lage der Resonanzfrequenzen codiert
werden.
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In
einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das periodische
leitfähige
Flächenelement
im Wesentlichen die gesamte Fläche
des Sicherheitselements abdeckt. Die Durchführung der Echtheitsprüfung gestaltet
sich dann besonders einfach, da weder eine Suche noch eine Kenntnis
der Lage des Echtheitsmerkmals erforderlich ist.
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Das
periodische leitfähige
Flächenelement
ist vorzugsweise durch eine periodische Gitterstruktur mit einer
sich wiederholenden Elementarstruktur gebildet, wobei die Gitterstruktur
insbesondere eine 2-, 3-, 4- oder 6-zählige Symmetrie aufweist. Die
Elementarstrukturen können
sowohl leitfähig
miteinander verbunden sein, als auch elektrisch voneinander isoliert
auf einem gemeinsamen Träger
vorliegen.
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In
einer vorteilhaften Erfindungsvariante ist das periodische leitfähige Flächenelement
durch leitfähige Gebiete
auf einer nichtleitfähigen
Trägerfläche gebildet
und bildet eine sogenannte Patchgeometrie. Alternativ kann das periodische
leitfähige
Flächenelement
durch eine leitfähige
Fläche
mit nichtleitfähigen
Aussparungen gebildet sein (Aperturgeometrie).
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Das
periodische leitfähige
Flächenelement
kann beispielsweise durch eine auf ein Substrat aufgedampfte und
strukturierte Metallschicht oder durch eine aufgedruckte Schicht
aus einer leitfähigen
Druckfarbe oder Paste gebildet sein.
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Im
einfachsten Fall ist vorgesehen, dass das periodische leitfähige Flächenelement
einfallende elektromagnetische Strahlung lediglich einer vorbe stimmten
Frequenz ω resonant
transmittiert oder reflektiert. Um eine komplexere Echtheitsprüfung zu
realisieren oder weitere Kenngrößen, wie
etwa die Denomination einer Banknote in dem Flächenelement zu codieren, kann
das periodische leitfähige
Flächenelement
auch einfallende elektromagnetische Strahlung bei einer Mehrzahl
vorbestimmter Frequenzen ω1, ω2 ... ωN resonant transmittieren oder reflektieren.
Die Lage einer oder mehrerer dieser Resonanzfrequenzen kann beispielsweise
zur typenspezifischen Individualisierung der mit den Echtheitsmerkmalen
ausgestatteten Dokumente oder Karten verwendet werden.
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Das
periodische leitfähige
Flächenelement
ist vorteilhaft mit einem weiteren leitfähigen, insbesondere metallisierten
Sicherheitsmerkmal kombiniert, das unter anderem der Tarnung des
periodischen leitfähigen Flächenelements
dient. Das Flächenelement
ist in diesem Fall zweckmäßig durch
eine dielektrische Schicht von dem weiteren leitfähigen Sicherheitsmerkmal
getrennt. Auch nicht-leitfähige,
opake Schichten können
zur Tarnung des Flächenelements
verwendet werden.
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Selbstverständlich kann
das erfindungsgemäße periodische
leitfähige
Flächenelement
mit beliebigen weiteren Sicherheitsmerkmalen kombiniert werden,
die die Überprüfbarkeit
des periodischen leitfähigen
Flächenelements
nicht beeinträchtigen.
Bei den weiteren Sicherheitsmerkmalen kann es sich beispielsweise
um visuell prüfbare
Sicherheitsmerkmale, wie zum Beispiel insbesondere flüssigkristalline,
beugungsoptische oder andere optische variable Sicherheitsmerkmale,
handeln. Auch maschinell prüfbare
Sicherheitsmerkmale, wie magnetische oder leitfähige Sicherheitsmerkmale, können vorgesehen
sein.
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Um
das Auffinden des Echtheitsmerkmals bei der vorgesehenen Echtheitsprüfung zu
erleichtern, kann das periodische leitfähige Flächenelement mit einem optisch
leicht auffindbaren Gestaltungsmerkmal des Sicherheitselements,
wie etwa einem Negativschriftzug, kombiniert sein. Eine sogenannte
Negativschrift zeichnet sich dabei durch eine bei Betrachtung im
Durchlicht opak erscheinende Schicht mit Aussparungen aus, die im
Durchlicht zur Umgebung stark kontrastieren. In Zusammenhang mit
der Negativschrift, insbesondere bei einem Sicherheitselement, wird
auf die
EP 0 330 733
B1 verwiesen.
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Das
Sicherheitselement stellt insbesondere einen Sicherheitsfaden, ein
Sicherheitsband, einen Sicherheitsstreifen, einen Patch oder ein
Transferelement zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument
oder dergleichen dar.
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Die
Erfindung umfasst auch ein Wertdokument, wie eine Banknote, eine
Ausweiskarte oder dergleichen, welches bei einer ersten Erfindungsalternative
mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet
ist.
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Bei
einer zweiten Erfindungsalternative ist das Substrat des Wertdokuments
direkt in zumindest einem Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flächenelement
der oben beschriebenen Art versehen. Das periodische leitfähige Flächenelement
kann dabei auf eine Oberfläche
des Wertdokumentsubstrats aufgebracht, insbesondere aufgedruckt
sein. Es kann dabei nur einen Teilbereich des Substrats einnehmen
oder im Wesentlichen die gesamte Fläche des Wertdokuments abdecken.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das periodische leitfähige
Flächenelement
in das Volumen des Wertdokumentsubstrats eingebracht. Dies kann
beispielsweise bei der Papierherstellung am Rundsieb durch Beimischen
kleiner Flächenelementstrukturen
zu der Papiermasse erfolgen.
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In
allen Gestaltungen kann das periodische leitfähige Flächenelement zur Tarnung unterhalb
einer weiteren leitfähigen,
insbesondere metallisierten Schicht des aufgebrachten Sicherheitselements
oder des Wertdokuments selbst angeordnet sein. Auch eine opake Deckschicht
des aufgebrachten Sicherheitselements oder des Wertdokuments kann
der Tarnung des Flächenelements
dienen.
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Die
Lage einer oder mehrerer Resonanzstellen des periodischen leitfähigen Flächenelements
repräsentiert
mit Vorteil eine Kenngröße des Wertdokuments,
wie die Denomination einer Banknote. Über eine Lagebestimmung der
Resonanzfrequenz(en) kann die codierte Kenngröße ausgelesen werden.
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Die
Erfindung enthält
weiter eine Chipkarte, die in einer Erfindungsalternative mit einem
Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet ist.
Eine Kernfolie oder eine andere Teilfolie der Chipkarte kann auch
direkt in zumindest einem Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flächenelement
der oben beschriebenen Art versehen werden.
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Das
Flächenelement
kann auf eine Oberfläche
der Kernfolie oder der anderen Teilfolie aufgebracht, insbesondere
aufgedruckt sein, und beispielsweise im Wesentlichen die gesamte
Fläche
der Chipkarte abdecken. Das periodische leitfähige Flächenelement kann auch in das
Volumen der Folie eingebracht sein.
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In
allen Chipkartengestaltungen kann das periodische leitfähige Flächenelement
zur Tarnung unterhalb einer weiteren leitfähigen, insbesondere metallisierten
Schicht angeordnet sein. Ebenfalls der Tarnung kann eine opake Deckschicht
des aufgebrachten Sicherheitselements oder der Chipkarte dienen,
die das periodische leitfähige
Flächenelement
visuell verbirgt.
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Die
Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Prüfung der Echtheit eines Prüfobjekts
der oben beschriebenen Art (Sicherheitselement, Wertdokument oder
Chipkarte) bereit, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- – Beaufschlagen
des maschinenlesbaren Echtheitsmerkmals mit elektromagnetischer
Strahlung bei wenigstens zwei Frequenzen aus dem vorbestimmten Frequenzbereich,
- – Bestimmen
der Intensität
der transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung
bei den Beaufschlagungsfrequenzen, und
- – Bewerten
der Echtheit des Prüfobjekts
auf Grundlage der bestimmten Intensitäten.
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Die
Bewertung der Echtheit wird dabei vorzugsweise durch einen Vergleich
des bestimmten Intensitätsunterschieds
mit einem erwarteten Intensitätsunterschied
durchgeführt.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird aus den bestimmten Intensitäten bei
den wenigstens zwei Frequenzen zusätzlich eine Kenngröße des Prüfobjekts
ermittelt, beispielsweise die Denomination einer Banknote. Bevorzugt
wird dabei aus den Intensitäten
die Lage einer oder mehrerer Resonanzfrequenzen bestimmt und aus
dieser Lage die Kenngröße des Prüfobjekts
ermittelt.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
des geschilderten Verfahrens umfasst
- – einen
Frequenzgenerator zur wahlweisen Erzeugung von wenigstens zwei Frequenzen
aus dem vorbestimmten Frequenzbereich,
- – eine
von dem Frequenzgenerator angesteuerte Sendeantenne zur Abstrahlung
von elektromagnetischer Strahlung der ausgewählten Frequenz,
- – eine
Empfangsantenne zur Aufnahme der von dem Prüfobjekt transmittierten oder
reflektierten elektromagnetischen Strahlung, und
- – eine
Auswerteeinheit zur Auswertung der bei den verschiedenen Frequenzen
aufgenommenen Strahlungsintensitäten.
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Für eine Transmissionsmessung
sind Sende- und Empfangsantenne dabei mit Vorteil auf gegenüberliegenden
Seiten des Prüfobjekts
angeordnet. Für
eine Messung der reflektierten Strahlung sind Sende- und Empfangsantenne
dagegen vorteilhaft auf derselben Seite des Prüfobjekts angeordnet.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Sende- und die Empfangsantenne durch dieselbe Antennenstruktur
gebildet, und die gesendeten und empfangenen Hochfrequenzsignale
werden durch eine richtungsabhängige
Trenneinrichtung, wie einen Richtkoppler oder einen Zirkulator getrennt.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei
deren Darstellung auf eine maßstabs-
und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit
zu erhöhen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Banknote mit einem eingebetteten
Sicherheitsfaden und einem aufgeklebten Transferelement, jeweils
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 in (b) eine Elementarzelle eines periodischen
leitfähigen
Flächenelements
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und in (a) die Intensität I der von dem Flächenelement
transmittierten Strahlung als Funktion der Frequenz ω der einfallenden
Strahlung,
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3 eine Darstellung wie in 2 für die in
(b) gezeigte Elementarzelle,
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4 in (a) bis (d) verschiedene periodische
leitfähige
Flächenelemente
nach weiteren Ausführungsbeispielen
der Erfindung,
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5 den
Aufbau eines Sicherheitsfadens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
im Querschnitt,
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6 bis 8 den
Aufbau weiterer erfindungsgemäßer Sicherheitselemente
im Querschnitt,
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9 ein
Blockschaltbild einer für
Transmissionsmessungen ausgelegten erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
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10 ein
Blockschaltbild einer für
Reflexionsmessungen ausgelegten erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
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11 eine
Banknote mit in das Volumen des Banknotensubstrats eingebrachten
periodischen leitfähigen
Flächenelementen
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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12 eine
Banknote mit einem auf das Banknotensubstrat aufgedruckten periodischen
leitfähigen Flächenelement
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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13 den
Aufbau einer Chipkarte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
im Querschnitt.
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Die
Erfindung wird nun zunächst
am Beispiel einer Banknote näher
erläutert. 1 zeigt
dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit
zwei Sicherheitselementen 12 bzw. 16, die jeweils
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gebildet sind. Das erste Sicherheitselement stellt
einen Sicherheitsfaden 12 dar, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an
der Oberfläche
der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischenliegenden
Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist. Das
zweite Sicherheitselement ist durch ein aufgeklebtes Transferelement 16 beliebiger
Form gebildet.
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Die
Sicherheitselemente 12 und 16 enthalten als Echtheitsmerkmal
jeweils ein periodisches leitfähiges Flächenelement,
dessen Abmessungen für
Resonanzeffekte bei Frequenzen von einigen hundert GHz dimensioniert
sind. Die Elementarzelle 20 eines ersten Ausführungsbeispiels
eines periodischen leitfähigen
Flächenelements
ist in 2(b) dargestellt. Das vollständige Flächenelement
wird durch eine periodische Wiederholung der Elementarzelle 20 in
zwei Dimensionen gebildet.
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Bei
Beaufschlagung des Flächenelements
mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Frequenzen ergibt
sich für
die transmittierte Strahlung die in 2(a) lediglich
schematisch dargestellte Intensitätskurve 22, die eine
resonante Transmission bei einer Frequenz ω1 und
eine maximale Dämpfung
bei einer höheren
Frequenz ω2 zeigt.
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Wird
das Sicherheitselement mit dem periodischen leitfähigen Flächenelement
der 2(b) mit elektromagnetischer Strahlung
der Frequenzen ω1 bzw. ω2 beaufschlagt und die jeweils transmittierte
Strahlungsintensität
gemessen, so lässt
sich durch die unterschiedliche Dämpfung bei den beiden Frequenzen
das Vorhandensein (oder Nichtvorhandensein) des periodischen leitfähigen Flächenelements
leicht nachweisen.
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3 zeigt ein Flächenelement mit einer komplexeren
Elementarzelle 30, bei dem der Verlauf 32 der transmittierten
Signalintensität
zwei Maxima bei verschiedenen Frequenzen ω1 und ω3, und entsprechende Stellen maximaler Dämpfung bei
den Frequenzen ω2 und ω4 zeigt. Solche Elementarzellen können neben
der Echtheitsprüfung
zur Kodierung vorbestimmter Kenngrößen der Sicherheitselemente
oder der damit versehenen Wertdokumente dienen.
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Beispielsweise
können
die Elementarzellen 30 bei einer Banknotenserie so ausgebildet
sein, dass sie eine einheitliche erste Resonanzfrequenz ω1, aber unterschiedliche zweite Resonanzfrequenzen ω3 aufweisen. Die Resonanz bei der einheitlichen
ersten Frequenz ω1 kann dann zur Echtheitsprüfung der
Banknoten verwendet werden, während
die Lage der zweiten Resonanzfrequenz ω3 die
Denomination der zu prüfenden Banknote
angibt.
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Die
Frequenzen, bei denen die beschriebenen Resonanzen auftreten, sind
durch die Abmessung der Elementarzellen und, in geringerem Maß, durch
die Form der Elementarstrukturen der periodischen leitfähigen Flächenelemente
gegeben. Als Richtwert entspricht die Abmessung einer Elementarzelle
des Flächenelements
der halben Wellenlänge λ/2 der elektromagnetischen
Welle, bei derjenigen Frequenz, bei der die Filtereigenschaften
des E lements wirksam sind. Für
die Verwendung in Sicherheitselementen, wie Sicherheitsstreifen,
Sicherheitsfäden,
Hologrammfolien und dergleichen sind besonders Elementarstrukturen
im Millimeter- oder Submillimeterbereich interessant, was zu hohen
Frequenzen im Bereich von mehreren hundert GHz oder sogar oberhalb
von einem THz führt
(siehe Tabelle 1). Für
die genaue Lage der Resonanzfrequenzen muss neben den Abmessungen
auch die Form der Elementarstrukturen berücksichtigt werden.
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Tabelle
1 gibt den Zusammenhang zwischen der relevanten Frequenz in GHz
und einer charakteristischen Strukturgröße in mm an.
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4 zeigt in (a) bis (d) weitere konkrete
Ausgestaltungen erfindungsgemäßer, periodischer
leitfähiger
Flächenelemente 42, 44, 46 und 48.
Wie bereits anhand dieser wenigen Ausführungsbeispiele zu erkennen,
kann eine Vielzahl von zusammenhängenden
oder nicht-zusammenhängenden
Ele mentarstrukturen 43, 45, 47 bzw. 49 zum
Aufbau periodischer leitfähiger
Flächenelemente
beispielsweise mit 3-zähliger
(etwa 4(a)), 4-zähliger (etwa 4(b) und
(c)) oder 6-zähliger
Symmetrie (etwa 4(d)) verwendet werden.
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Das
periodische leitfähige
Flächenelement 48 der 4(d) ist mit 6-zähliger Symmetrie in Form einer regelmäßigen Wabenstruktur
aus sechseckigen Elementarstrukturen 49 aufgebaut. Das
Flächenelement
ist durch die Angabe der Abmessung a der Elementarstrukturen 49,
der Breite t der leitfähigen
Bereiche und den Abstand d der Elementarstrukturen bestimmt. Konkret
kann beispielsweise a = 1,15 mm, t = 144 μm und d = 110 μm gewählt sein,
alternativ auch beispielsweise a = 1,15 cm, t = 1,44 mm und d =
1,10 mm.
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5 zeigt
den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitsfadens 50 im
Querschnitt. Auf einer Trägerfolie 52,
im Ausführungsbeispiel
einer PET-Folie,
ist ein periodisches leitfähiges
Flächenelement 54 aufgebracht,
wobei die Abfolge leitfähiger
und nicht-leitfähiger
Teilbereiche des Flächenelements
in der Figur der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt ist.
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Das
metallische Flächenelement 54 kann
auf die Trägerfolie 52 beispielsweise
mit Supersilber oder einer leitfähigen
Paste, die metallische Pigmente enthält, aufgedruckt sein. Auch
transparente Farben, wie etwa Pedot oder ähnliche, zumeist organisch
leitfähige
Materialien kommen in Frage. Alternativ kann das Flächenelement 54 durch
Aufdampfen einer Metallschicht und eine anschließende partielle Demetallisierung,
beispielsweise mit Hilfe eines Wasch- oder eines Ätzverfahrens,
oder durch Laserabtragung erzeugt werden.
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Auf
dem periodischen leitfähigen
Flächenelement 54 ist
im Ausführungsbeispiel
eine opake Deckschicht 56 angeordnet, so dass das Flächenelement 54 bei
seitenrichtiger Einbringung des Sicherheitsfadens 50 in
eine Banknote visuell nicht mehr erkennbar ist. Die opake Deckschicht 56 kann
selbst ein Sicherheitsmerkmal, insbesondere ein visuell prüfbares Sicherheitselement
wie beispielsweise einen optisch variablen Effekt, wie ein Hologramm,
eine flüssigkristalline
Schichtanordnung oder einen Farbkippeffekt, oder ein Negativschriftzeichen
in einer metallisierten Schicht enthalten. Eine flüssigkristalline
Schicht kann dabei insbesondere mit einem schwarzen Untergrunddruck
kombiniert sein. Ebenso kann die opake Deckschicht 56 ein
maschinell prüfbares,
z.B. magnetisches oder elektrisch/thermisch leitfähiges, Sicherheitsmerkmal
enthalten. Umfasst die Deckschicht 56 eine Metallschicht,
so ist diese zweckmäßig durch
eine Dielektrikumsschicht von dem periodischen leitfähigen Flächenelement
getrennt.
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Obwohl
in der schematischen Darstellung der 5 nicht
gezeigt, werden Sicherheitsfäden
typischerweise kaschiert. Dies gilt sowohl für normale Fäden als auch für Hologrammfäden. Erfindungsgemäß kann das periodische
leitfähige
Flächenelement
dabei sowohl auf die Basisfolie als auch auf die Kaschierfolie aufgebracht
werden. In beiden Fällen
kommt die Aufbringung durch Aufdrucken oder durch Metallisierung
und nachfolgende Demetallisierung in Betracht.
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Bei
dem Hologrammsicherheitsfaden 60 der 6 wird
auf eine Basisfolie 62 ein UV-Prägelack 64 aufgedruckt
und geprägt.
In einem folgenden Arbeitsgang kann auch eine Waschfarbe auf den
inzwischen gehärteten
Prägelack 64 aufgedruckt
werden. Wird das periodische leitfähige Flächenelement 66 aufgedruckt, so
kann in einer Variante zunächst
das Flächenelement 66 auf
die Basisfolie 62 gedruckt und danach der Prägelack 64 auf
das Flächenelement 66 aufgedruckt
werden. Alternativ wird das Flächenelement 66,
wie in der 6 gezeigt, erst nach dem Prägelack 64 auf
die Folie 62 gedruckt. Dies hat den Vorteil, dass die Strahlungshärtung, wie
sie für
UV-vernetzbare Prägelacke
erforderlich ist, nicht die Qualität des Flächenelements 66 beeinflusst.
Ohne Beschränkung
sind aber ebenso Prägelacke
denkbar, die nicht UV-vernetzt werden müssen.
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Nach
dem Aufbringen von Prägelack
und Flächenelement
wird die Folie mit einer strukturierten Metallschicht 68 versehen.
Dazu kann beispielsweise ein Waschverfahren verwendet werden, bei
dem der Prägelack 64 mit
einer Druckfarbe mit hohem Pigmentanteil mit dem gewünschten
Muster bedruckt wird. Die Druckfarbe bildet aufgrund des hohen Pigmentanteils
nach dem Trocknen einen porigen, erhabenen Farbauftrag, den die
nachfolgend aufgebrachte Metallisierung nur teilweise abdeckt. Der
Farbauftrag und die unmittelbar darüber liegende Metallschicht
können
dann durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden,
wodurch in der Metallschicht Aussparungen 70 in Form der
ursprünglich
bedruckten Bereiche erzeugt werden.
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Durch
die erreichbaren scharfen Konturen kann durch Aufdrucken eines Schriftzugs
beispielsweise eine gut lesbare Negativschrift in die Metallschicht 68 eingebracht
werden. Der Hologrammsicherheitsfaden 60 wird in der Regel
weitere Schichten, etwa eine abdeckende Schutzschicht aufweisen, die
jedoch für
die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und daher in der Figur
nicht dargestellt sind.
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Statt
des Waschverfahrens kann selbstverständlich auch ein Ätzverfahren
zur Demetallisierung eingesetzt werden, oder die zu demetallisierenden
Bereiche werden mit Hilfe eines Lasers entfernt.
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Unabhängig von
der Herstellung der Metallschicht kann das periodische leitfähige Flächenelement
erfindungsgemäß durch
entsprechenden Druck oder durch Laser auf der Metallisierung hergestellt
werden.
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In
der besonders vorteilhaften Variante der 7 bildet
ein partiell demetallisierter Teilbereich 74 der strukturierten
Metallschicht 72 das periodische leitfähige Flächenelement. Dieser Teilbereich 74 kann
sehr klein sein, und beispielsweise Abmessungen im Bereich einiger
zehn oder hundert μm
haben. Die oben angegebenen Verfahren zur Demetallisierung weisen
Liniengenauigkeiten bis herab zu 40 μm und im Falle der Laserdemetallisierung
sogar noch geringere Abweichungen auf.
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Insbesondere
bei sehr kleinen periodischen leitfähigen Flächenelementen sind diese mit
Vorteil in ein offensichtliches Design des Sicherheitselements integriert,
so dass die Verifikation am Point of Sale (POS) leichter erfolgen
kann, da nicht lange nach dem Ort der Einbringung gesucht werden
muss.
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Neben
der Herstellung durch Metallisierung und Demetallisierung ist auch
denkbar, das periodische leitfähige
Flächenelement
mittels leitfähiger
Farben transparent oder opak unter dem UV-Prägelack direkt auf die Basisfolie
aufzudrucken.
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8 zeigt
ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement 80 in
Form eines Transferelements zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier
oder Wertdokument. Das Sicherheitselement 80 umfasst eine
Trägerfolie 82, auf
die eine opake Schicht 84, insbesondere eine Metallschicht
aufgebracht ist, die selbst ein Sicherheitsmerkmal aufweisen kann.
Auf diese opake Schicht 84 ist das periodische leitfähige Flächenelement 86 nach
einem der oben beschriebenen Verfahren aufgebracht. Ist die opake
Schicht 84 durch eine Metallschicht gebildet, so ist das
Flächenelement 86 zweckmäßig durch
eine dielektrische Schicht von dieser isoliert. Schließlich weist das
Transferelement 80 noch eine Klebeschicht 88 auf,
die beim Übertrag
auf das Sicherheitspapier oder Wertdokument mittels Druck oder Wärme in den
zu übertragenden
Bereichen aktiviert wird, um das Flächenelement 86, die
opake Schicht 84 und die Trägerfolie 82 auf dem
Sicherheitspapier oder Wertdokument zu befestigen. Anschließend kann
die Trägerfolie 82 abgezogen
werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das periodische leitfähige
Flächenelement 86 durch
die opake Schicht 84 der direkten Wahrnehmung eines Betrachters
entzogen.
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Das
Transferelement 80 kann ebenso wie die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele
mit einer Beugungsstruktur versehen werden. In diesem Fall wird
auf die Trägerfolie
eine UV-Prägelackschicht
aufgedruckt und geprägt.
Nach dem Applizieren auf das Velinpapier, das in der Regel mit einem
Primer versehen wird, wird die Trägerfolie abgezogen, so dass
die UV-Lack-Schicht
auf der vom Papier abgewandten Seite liegt. Da in diesem Fall, wie
auch im Fall des oben beschriebenen Sicherheitsfadens, in der Regel
eine Metallisierung vorliegt, sind die periodischen leitfähigen Flächenelemente
in Transmission zweckmäßig nur
dort zu realisieren, wo transparente Bereiche in der Metallisierung
vorliegen, also beispielsweise in Bereichen mit Negativschrift.
Periodische leitfähige
Flächenelemente
in Reflexion sind jedoch beliebig platzierbar, wenn auch gegebenenfalls
der Einfluss der umliegenden metallischen Bereiche in Betracht gezogen
werden muss.
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Bei
einem im Transferverfahren aufgebrachten Sicherheitselement kann
man die periodischen leitfähigen
Flächenelemente
durch Drucken nur dann zwischen Trägerfolie und UV-Lack aufbringen,
wenn die Zwischenschichthaftung zwischen dem UV-Lack und den periodischen
leitfähigen
Flächenelementen
ausreichend groß für den Release
der Folie ist. Ansonsten sind dieselben Aufbauten möglich, wie
oben in Zusammenhang mit Sicherheitsfäden beschrieben.
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In
analoger Weise können
die periodischen leitfähigen
Flächenelemente
in Form eines Patches vor oder nach dem Bedrucken des Papiersubstrats
im Transferverfahren aufgebracht werden. Die Herstellungsverfahren
sind dabei identisch zu den oben genannten.
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Zur
Prüfung
der Echtheit eines Sicherheitselements, eines Wertdokuments oder
einer Chipkarte mit einem erfindungsgemäßen periodischen leitfähigen Flächenelement
kann eine der nachfolgend mit Bezug auf die 9 und 10 beschriebenen
Prüfvorrichtungen
zum Einsatz kommen.
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Die
für Transmissionsmessungen
ausgelegte Prüfvorrichtung 100 der 9 besteht
dabei aus einem Sende-Empfangsteil 110 und einem Antennenteil 130.
Das Sende-Empfangsteil 110 enthält einen Frequenzgenerator 112,
der wenigstens zwei Frequenzen Ω1 und Ω2 erzeugen kann, sowie einen in der Figur
nicht dargestellten Umschalter, mit dem jeweils eine der wenigstens
zwei Frequenzen ausgewählt
und an die nachfolgenden Schaltungselemente weitergeleitet werden
kann. Weiter enthält
das Sende-Empfangsteil 110 einen Ausgangsverstärker 114 zur
Verstärkung
des ausgewählten
und weitergeleiteten Hochfrequenzsignals des Frequenzgenerators 112,
eine Empfangsschaltung 116, eine Steuerschaltung 118 und
eine Anzeigeeinrichtung 120.
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Der
Antennenteil 130 umfasst eine von dem Ausgangsverstärker 114 angesteuerte
Sendeantenne 132, eine Empfangsantenne 134, sowie
Antennenzuleitungen 136 und 138, die aus einem
Hohlleiter, aber auch aus einem (Semi-Rigid-) Koaxialkabel gebildet sein können. Als
Antenne 132, 134 wird beispielsweise eine Hornantenne
eingesetzt.
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Um
ein Prüfobjekt,
beispielsweise eine Banknote 10 auf Echtheit zu prüfen, wird
es so zwischen die Sende- und Empfangsantenne eingebracht, dass
das periodische leitfähige
Flächenelement
des Echtheitsmerkmals mit der von der Sendeantenne abgegebenen Strahlung 140 beaufschlagt
wird.
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Die
Prüfvorrichtung 100 erzeugt
mittels des Frequenzgenerators 112 nacheinander mindestens
zwei Frequenzen in einem Frequenzbereich, bei dem die Filtereigenschaften
des auf das Prüfobjekt
aufgebrachten Flächenelements
wirksam sind, im Ausführungsbeispiel
die Frequenzen Ω1 und Ω2. Das jeweilige Oszillatorsignal wird von
dem Verstärker 114 verstärkt, über die
Zuleitung 136 zur Sendeantenne 132 geführt und
abgestrahlt.
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Der
durch die Banknote 10 transmittierte Strahlungsanteil 142 wird
von der Empfangsantenne 134 aufgenommen und über die
Zuleitung 138 der Empfangsschaltung 116 zugeführt, die
im Wesentlichen zur Messung der Intensität des empfangenen Signals 142 bei
der ausgewählten
Frequenz dient.
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Bei
den erfindungsgemäßen, periodischen
leitfähigen
Flächenelementen
tritt bei mindestens einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise
der Frequenz ω1 der 2(a) eine
besonders hohe Dämpfung
und bei mindestens einer anderen vorbestimmten Frequenz, beispielsweise
der Frequenz ω2 der 2(a),
eine besonders niedrige Dämpfung
auf. Entsprechen die Frequenzen Ω1 und Ω2 des Frequenzgenerators 112 den
Frequenzen ω1 und ω2 der zu prüfenden Banknote, so ergibt
sich bei den beiden unterschiedlichen Frequenzen eine gut messbare,
unterschiedliche Dämpfung,
die anhand der Intensität
der empfangenen Signale leicht identifiziert werden kann.
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Liegt
der gemessene Dämpfungsunterschied
der Banknote 10 im Rahmen der erwarteten Messwerte, so
wird die Banknote als echt bewertet und ein entsprechender Hinweis über die
Anzeigeeinrichtung 120 an den Benutzer ausgegeben.
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In
der in 10 dargestellten, zweiten Ausführungsform,
wird die Echtheitsprüfung
durch Messung der hochfrequenten elektrischen Reflexionseigenschaften
eines erfindungsgemäßen Echtheitsmerkmals durchgeführt. Die
Prüfvorrichtung 200 der 10 besteht
ebenfalls aus einem Sende-Empfangsteil 210 und einem
Antennenteil 230.
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Der
Antennenteil 230 enthält
eine gemeinsame Sende-/Empfangsantenne 232, die sowohl
das vom Frequenzgenerator 112 erzeugte Ausgangssignal 240 abstrahlt,
als auch die von dem Prüfobjekt 10 reflektierte Strahlung 242 aufnimmt.
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Zur
Trennung der einlaufenden und auslaufenden Hochfrequenzsignale enthält das Sende-Empfangsteil 210 in
dieser Ausführungsform
neben den bereits bei 9 beschriebenen Elementen zusätzlich einen Richtkoppler 212,
mit dem das Ausgangssignal des Verstärkers 114 der Antenne 232 zugeführt wird,
und das reflektierte, von der Antenne 232 zurücklaufende
Signal der Empfangsschaltung 116 zugeführt wird. An Stelle des Richtkopplers
kann auch eine andere Vorrichtung zur richtungsabhängigen Trennung
von HF-Signalen zum
Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Zirkulator.
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Zur
Durchführung
der Echtheitsprüfung
mit der Prüfvorrichtung 200 werden
nacheinander mindestens zwei Frequenzen Ω1 und Ω2 in dem relevanten Frequenzbereich erzeugt,
das Prüfobjekt 10 mit
elektromagnetischer Strahlung dieser Frequenzen beaufschlagt, die
Intensität
der reflektierten Strahlung gemessen und die Echtheit des Prüfobjekts
anhand des gemessenen Dämpfungsunterschieds
bei den beiden Frequenzen Ω1 und Ω2 bewertet.
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In
einer weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsform,
sind die Ausführungsformen
der 9 und 10 in einer Prüfvorrichtung
kombiniert, so dass je nach den Eigenschaften des vorliegenden Prüfobjekts
zwischen Reflexions- und Transmissions-Messung umgeschaltet werden
kann.
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Neben
der Echtheitsprüfung
kann mit den beschriebenen Prüfvorrichtungen
bei entsprechender Auslegung der Banknoten 10 auch die
Denomination der Noten bestimmt werden. Beispielsweise können die
periodischen leitfähigen
Flächenelemente
der Banknoten zwei oder mehr Resonanzstellen aufweisen, wie etwa in 3 gezeigt. Die erste Resonanzfrequenz ω1 kann dabei für die ganze Banknotenserie
einheitlich gewählt werden,
so dass diese Resonanzfrequenz zur Echtheitsprüfung der Banknoten verwendet
werden kann.
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Die
Lage der zweiten Resonanzfrequenzen ω3 wird
je nach der Denomination der Banknote unterschiedlich gewählt. Durch
eine Messung der Dämpfung
bei einer Mehrzahl entsprechend ausgewählter Frequenzen, gegebenenfalls
auch kontinuierlich über
einen gewissen Frequenzbereich, kann die Lage der zweiten Resonanzfrequenzen ω3 bestimmt und aus dieser Lage die Denomination
der zu prüfenden
Banknote ermittelt werden. Es versteht sich, dass auch mehr als
zwei Resonanzfrequenzen verwendet werden können, um andere oder weitere
Codierungen in die Banknote zu integrieren. Beispielsweise können für eine Banknotenserie
drei Resonanzfrequenzen ω1, ω2, und ω3 festgelegt werden, wobei das Vorliegen
oder Nichtvorliegen einer Resonanz bei der jeweiligen Resonanzfrequenz
als „1" bzw. „0" in einem 3-Bit-Binärcode interpretiert wird.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Wertdokumente
bzw. Chipkarten werden nunmehr mit Bezug auf die 11 bis 13 erläutert.
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Neben
den oben beschriebenen Möglichkeiten,
Wertdokumente mit separat hergestellten Sicherheitselementen zu
versehen, können
die erfindungsgemäßen periodischen
leitfähigen
Flächenelemente
auch direkt ins Volumen von Wertdokumentsubstraten eingebracht werden.
Mit Bezug auf die in 11 dargestellte Banknote 300 werden
dazu bei der Papierherstellung periodische leitfähige Flächenelemente als kleine Drahtgeflechte 302 in
die Papiermasse eingebracht. Dies geschieht beispielsweise für Sicherheitspapiere,
die mit einem Wasserzeichen versehen werden, durch redundantes Einbringen
der Drahtgeflechte am Rundsieb. Die Redundanz stellt sicher, dass
in jeder Banknote 300 mindestens eine derartige Struktur 302 vorhanden
ist.
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Es
können
auch kleine Folienstücke,
auf denen die periodischen leitfähigen
Flächenelemente
aufgebracht wurden, in die Papiermasse eingebracht werden. Ein Trägermaterial
ist insbesondere dann notwendig, wenn die Elementarstrukturen der
Flächenelemente
nicht zusammenhängend
sind. Besonders bevorzugt ist dabei, für verschiedene Denominationen
verschiedene Flächenelemente
einzubringen, so dass die Banknoten später durch die beschriebenen
Prüfvorrichtungen
und -verfahren als echt identifiziert werden können.
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12 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Banknote 310, bei der das periodische leitfähige Flächenelement 312 mittels
leitfähiger
Farbe direkt auf das Banknotenpapier aufgedruckt ist. Dabei kann
nur ein Teilbereich der Banknote oder, wie in 12 gezeigt,
im Wesentlichen die gesamte Fläche
der Banknote mit dem Flächenelement 312 bedruckt
sein. Da die leitfähigen
Farben in der Regel nicht transparent sind, werden sie vorzugsweise
im Untergrund im Offsetdruck oder Siebdruck mit aufgedruckt. Das
aufgedruckte Flächenelement
kann dann im Stahldruck durch opake Druckfarben kaschiert werden.
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13 zeigt
einen Querschnitt durch eine Chipkarte 320 mit einer Kernfolie 322,
die zwischen zwei Deckfolien 324 eingebettet ist. Die Kernfolie 322 ist
mit einem periodischen leitfähigen
Flächenelement 326 einer
der oben beschriebenen Arten versehen. Für die Herstellung des periodischen
leitfähigen
Flächenelements 326 kommen
insbesondere alle für
die Erzeugung von Antennen kontaktloser Chipkarten bekannten Herstellungsverfahren,
wie etwa Siebdruck oder Ätzverfahren
in Betracht.