DE102013205052A1

DE102013205052A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kontaktlosen Anregung

Info

Publication number: DE102013205052A1
Application number: DE102013205052.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Fischer; Markus Tietke; Lazar Kulikovska; Peer Krüger; Stefan Trölenberg; Olga Kulikovska; Manfred Paeschke
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-25
Also published as: EP2976680B1; WO2014147169A1; TW201443789A; TWI625676B; CN105247417A; CN105247417B; EP2976680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument (2), wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Elektrode (6) umfasst, wobei die mindestens eine Elektrode (6) derart ausgebildet ist, dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode (6) in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung (9) erzeugbaren Felds (9) verändert, sowie ein Verfahren zur kontaktlosen Anregung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument.
Wert- oder Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Banknoten, Personaldokumente, Kreditkarten und dergleichen können sogenannte Sicherheits- oder Echtheitsmerkmale aufweisen, die auf oder im Dokument angebracht sind. Diese Sicherheitsmerkmale können z.B. von außen angeregt und bei oder nach der Anregung analysiert werden. Typische Echtheitsmerkmale sind fluoreszierende Pigmente, die bei Anregung mittels eines speziellen Sensors aufleuchten und hierdurch verifiziert werden können.
Auch ist es bekannt, elektrolumineszierende Pigmente in oder auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument anzuordnen.
Die EP 1 631 461 B1 offenbart ein Wertdokument mit mindestens einem Sicherheitselement, das in einem Markierungsbereich eine auf einem Trägerkörper aufgebrachte, elektrolumineszierende Pigmente umfassende Markierungsschicht umfasst, wobei im Markierungsbereich verteilt eine Mehrzahl jeweils von ihrer Umgebung elektrisch isolierter Feldverdrängungselemente mit einer Dielektrizitätszahl von mehr als 50 angeordnet ist, die einen mittleren Abstand zueinander von etwa 5 μm bis 500 μm zur Bildung von Zwischenräumen für die elektrolumineszierenden Pigmente aufweisen, und die eine makroskopisch aufgeprägte elektrische Feldstärke lokal in den Zwischenräumen erhöhen.
Die DE 10 2008 047 636 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Echtheitsüberprüfung eines Sicherheitsdokuments, das zumindest ein bei einer Anregungsfrequenz in einem Hochspannungs-Wechselfeld elektrolumineszierendes Sicherheitsmerkmal aufweist, mit einer Sensoreinheit, die ein Anregungsmodul, ein Kondensorsystem und eine Detektoreinheit umfasst. Das Sicherheitsdokument wird durch die Sensoreinheit bewegt und das Lumineszenzlicht von dem Kondensorsystem gesammelt und auf die Detektoreinheit gerichtet, welche das Lumineszenzlicht erfasst und spektral auswertet. Hierbei weist das Anregungsmodul eine spaltförmige Öffnung auf, die einen Bewegungspfad des zu überprüfenden Sicherheitsdokuments mit ihren gegenüberliegenden Begrenzungsflächen übergreift.
Zum Anregen von elektrolumineszierenden Pigmenten in einem Wert- oder Sicherheitsdokument ist eine Luftstrecke zu überbrücken, die sich z.B. zwischen einer Elektrode und dem Wert- oder Sicherheitsdokument befindet. Hierbei bildet eine Durchschlagsfestigkeit der Luft einen begrenzenden Faktor für das Anregungsfeld. In bisherigen Bauformen ergab sich für die dort vorliegenden Luftstrecken eine Anregungsfrequenz von 30 kHz und eine maximale Amplitude der Anregungsspannung von 30 kV.
Es ist wünschenswert, Vorrichtungen zur Echtheitsüberprüfung z.B. in dezentrale, kleine Banknotenprüfgeräte oder in Bankautomaten zu integrieren. Hierzu ist es erforderlich, einen Bauraum einer solchen Vorrichtung zu reduzieren.
Existierende Vorrichtungen zur Echtheitsüberprüfung erfüllen diese Anforderungen nicht in genügender Weise.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments zu schaffen, die eine zuverlässige und gezielte Anregung mit einer reduzierten maximalen Amplitude einer Wechselspannung zur Erzeugung ermöglicht.
Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Elektrode einer Vorrichtung zur kontaktlosen Anregung derart auszubilden, dass Feldlinien eines von der Elektrode erzeugten elektrischen Feldes lokal konzentriert werden. Hierdurch kann eine räumlich lokale Erhöhung einer elektrischen Flussdichte erreicht werden, was in vorteilhafter Weise eine verbesserte und zuverlässigere Anregung von elektrolumineszierenden Pigmenten erlaubt.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument. Das elektrolumineszierende Pigment kann in einem Sicherheitselement eines Wert- oder Sicherheitsdokuments enthalten sein. Somit kann die Vorrichtung auch zur kontaktlosen Anregung mindestens eines Sicherheitselements eines Wert- oder Sicherheitsdokuments mit elektrolumineszierenden Pigmenten dienen. Die Vorrichtung kann somit Teil einer Dokumentenprüfvorrichtung sein, mittels der Sicherheitsmerkmale oder -elemente eines Wert- oder Sicherheitsdokuments verifiziert werden können.
Als Sicherheitsdokument wird jedes Dokument bezeichnet, das eine physikalische Entität ist, die gegen ein unautorisiertes Herstellen und/oder Verfälschen durch Sicherheitsmerkmale geschützt sind. Sicherheitsmerkmale sind solche Merkmale, die ein Verfälschen und/oder Duplizieren gegenüber einem einfachen Kopieren zumindest erschweren. Physikalische Entitäten, die ein Sicherheitsmerkmal umfassen oder ausbilden, werden als Sicherheitselemente bezeichnet. Ein Sicherheitsdokument kann mehrere Sicherheitsmerkmale und/oder Sicherheitselemente umfassen. Im Sinne der hier festgelegten Definition stellt ein Sicherheitsdokument auch immer ein Sicherheitselement dar. Beispiele für Sicherheitsdokumente, welche auch Wertdokumente umfassen, die einen Wert repräsentieren, umfassen beispielsweise Reisepässe, Personalausweise, Führerscheine, Identitätskarten, Zutrittskontrollausweise, Krankenkassenkarten, Banknoten, Postwertzeichen, Bankkarten, Kreditkarten, Smartcards, Tickets und Etiketten.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Elektrode. Hierbei ist es möglich, dass die Vorrichtung genau eine Elektrode umfasst. Die Elektrode dient zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, welches nachfolgend auch als Anregungsfeld bezeichnet wird. Dieses wird erzeugt, wenn eine Wechselspannung an die Elektrode angelegt wird. Die an die Elektrode angelegte Wechselspannung wird nachfolgend als Anregungsspannung bezeichnet. Die Anregungsspannung kann von einer Wechselspannungsquelle erzeugt werden. Auch ist es möglich, dass die Anregungsspannung eine Ausgangsspannung eines Transformators ist, wobei eine Eingangsspannung des Transformators von einer Wechselspannungsquelle erzeugt wird. Die Wechselspannungsquelle kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle und einen Wechselrichter umfassen, wobei die Wechselspannung eine Ausgangsspannung des Wechselrichters ist.
Wird also die Anregungsspannung an die Elektrode angelegt, so wird ein elektrisches Feld erzeugt, dessen Feldlinien sich von der Elektrode weg erstrecken.
Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Elektrode derart ausgebildet, dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung erzeugbaren elektrischen Felds verändert. Insbesondere erhöht sich eine elektrische Flussdichte und bildet zumindest ein Maximum aus.
Die vorbestimmte Abstrahlrichtung kann eine Richtung bezeichnen, die von der Elektrode hin zum Wert- oder Sicherheitsdokument gerichtet ist. Insbesondere kann die Abstrahlrichtung der Elektrode senkrecht zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments orientiert sein. Auch kann die Abstrahlrichtung parallel zu einer zentralen Längsachse der Elektrode und von einem freien Ende der Elektrode weg orientiert sein.
Dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung erzeugbaren elektrisches Felds verändert, bedeutet, dass sich in einer Querschnittsebene, die senkrecht zu der vorbestimmten Abstrahlrichtung der Elektrode orientiert ist, die Flussdichte verändert. Insbesondere kann in der Querschnittsebene mindestens ein räumlicher Bereich mit einer höheren Flussdichte als in benachbarten Bereichen vorhanden sein.
Beispielsweise kann sich die Flussdichte entlang einer zur Abstrahlrichtung senkrechten Richtung verändern. Hierbei kann sich die Flussdichte in der Querschnittsebene kontinuierlich, also nicht sprungartig, ändern. Beispielsweise kann sich die Flussdichte linear oder exponentiell verändern, insbesondere erhöhen oder verringern.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise mindestens ein Bereich mit einer erhöhten elektrischen Flussdichte durch eine bauliche Ausbildung der Elektrode erzeugt. Insbesondere kann somit eine Feldbündelung erfolgen, durch die eine räumliche Konzentration des elektrischen Feldes erreicht wird. Hierdurch kann eine zuverlässige Anregung von mindestens einem elektrolumineszierenden Pigment erreicht werden, da eine verbesserte Anregung auch durch eine Konzentration des Anregungsfelds ermöglicht wird.
Weiter wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass eine Amplitude der Anregungsspannung reduziert werden kann. Da sowohl höhere Flussdichten als auch höhere Amplituden eine verbesserte oder stärkere Anregung des elektrolumineszierenden Pigments bewirken, kann die Amplitude aufgrund des mindestens einen Bereichs mit einer hohen Flussdichte erniedrigt werden, wobei eine Stärke der Anregung zumindest konstant bleibt.
Die Reduktion der Amplitude des Anregungsfelds wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass nachteilige Effekte hoher Amplituden, wie beispielsweise eine Plasmabildung in einem Luftspalt, ein Spannungsdurchschlag, ein unerwünschtes Abstrahlverhalten eines Feldes mit hoher Feldstärke, eine elektromagnetische Störung weiterer elektronischer Bauelemente sowie ein hoher Energieverbrauch, vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform verändert sich in einem vorbestimmten Bereich einer Querschnittsebene, die senkrecht zu einer vorbestimmten Abstrahlrichtung der Elektrode orientiert ist, eine elektrische Flussdichte des Anregungsfeldes. Der vorbestimmte Bereich wird hierbei von dem gesamten oder einem vorbestimmten Anteil des von der Elektrode erzeugten elektrischen Feldes, also des Anregungsfeldes, durchsetzt. Hierdurch wird eine Größe des Bereiches in der Querschnittsebene beschrieben. Der vorbestimmte Anteil kann beispielsweise durch einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise 95 %, 90 % oder 85 % definiert sein.
Die Änderung der Flussdichte erfolgt hierbei also in dem von dem Anregungsfeld oder einem vorbestimmten Anteil davon durchsetzten Bereich der Querschnittsebene. Somit ist in diesem Bereich insbesondere keine konstante Flussdichte, wie z.B. bei einem Plattenkondensator, vorhanden.
Es ist auch möglich, dass der vorbestimmte Bereich gleich dem oder kleiner als ein Bereich ist, der durch eine Umrandung der in die Querschnittsebene projizierten Elektrode umfasst ist. Wird ein Außendurchmesser, insbesondere ein maximaler Außendurchmesser, der vorgeschlagenen Elektrode in die Querschnittsebene projiziert, so kann der Bereich also durch die den maximalen Außendurchmesser bildenden Umrandung umfasst sein.
Insbesondere kann die sich ändernde Flussdichte in dem vorbestimmten Bereich genau ein Maximum aufweisen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass durch die Elektrode in der Abstrahlrichtung eine lokale, räumliche Konzentration von Feldlinien erzeugt wird, wodurch, wie vorhergehend bereits beschrieben, eine Zuverlässigkeit der Anregung des mindestens einen elektrolumineszierenden Pigments erhöht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist in mindesten einem Teilbereich des vorbestimmten Bereiches der Querschnittsebene die elektrische Flussdichte höher als in weiteren Teilbereichen des vorbestimmten Bereichs. Beispielsweise kann die elektrische Flussdichte höher als 1 × 10^–7 C/m² sein. Wie vorhergehend erläutert, ist es möglich, dass genau in einem Teilbereich des vorbestimmten Bereichs der Querschnittsebene die elektrische Flussdichte höher ist als in allen verbleibenden Teilbereichen. Somit wird genau ein Bereich mit einer hohen Flussdichte erzeugt. Dies ermöglicht eine gezielte und zuverlässige Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments durch die wie vorgeschlagen ausgebildete Elektrode.
In einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich die mindestens eine Elektrode hin zu einem abstrahlseitigen Ende. Das abstrahlseitige Ende der Elektrode bezeichnet hierbei ein Ende, von dem das Anregungsfeld, insbesondere dessen Feldlinien, von der Elektrode hin ausgestrahlt werden, insbesondere hin zu dem mindestens einen Wert- oder Sicherheitsdokument. Insbesondere kann das abstrahlseitige Ende ein freies Ende der Elektrode sein.
Die Verjüngung bezeichnet hierbei z.B. eine Verringerung eines Durchmessers, wobei der Durchmesser beispielsweise senkrecht zu einer zentralen Längsachse gemessen werden kann. Wie vorhergehend erläutert, kann die zentrale Längsachse hierbei parallel oder gleich der vorbestimmten Abstrahlrichtung sein.
Durch die Verjüngung ergibt sich, insbesondere mit zunehmender Verjüngung, eine Erhöhung der Flussdichte des in Abstrahlrichtung abgestrahlten Anregungsfelds, da die Verjüngung eine Feldbündelung bewirkt.
Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach zu realisierende bauliche Ausbildung der mindestens einen Elektrode.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Elektrode einen kegelförmigen Abschnitt auf. Alternativ kann die Elektrode einen konusförmigen Abschnitt aufweisen.
Hierbei sind die vorgeschlagenen Abschnitte derart ausgebildet, dass sich die Elektrode hin zum abstrahlseitigen Ende verjüngt.
Die vorhergehend beschriebenen Formen der Abschnitte ermöglichen hierbei in vorteilhafter Weise die gewünschte Feldbündelung, wobei gleichzeitig eine einfache bauliche Ausbildung der Elektrode ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Elektrode als Draht ausgebildet. Der Draht kann beispielsweise aus einem leitfähigen Material ausgebildet sein. So kann der Draht beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Gold, vorzugsweise jedoch aus Kohlefaser, ausgebildet sein.
Der Draht kann einen vorbestimmten maximalen Durchmesser aufweisen. Der maximale Durchmesser kann beispielsweise 1 mm betragen. Bevorzugt werden Durchmesser von bis zu 0,1 mm. Bei größeren Durchmessern ist ein sich verjüngendes freies Drahtende, insbesondere ein spitzes Drahtende, vorteilhaft.
Durch die drahtförmige Ausbildung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Feldbündelung und eine besonders leichte Herstellbarkeit der Elektrode.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Elektroden auf, wobei jede der Elektroden derart ausgebildet ist, dass sich die elektrische Flussdichte des von einer Elektrode in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung erzeugbaren Feldes sich verändert. Somit umfasst die Vorrichtung mehrere Elektroden, die gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen ausgebildet ist. Hierbei können alle Elektroden eine gemeinsame Abstrahlrichtung aufweisen.
In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass in einer Querschnittsebene, die senkrecht zu allen Abstrahlrichtungen orientiert ist, mehrere Bereiche mit maximaler elektrischer Flussdichte auftreten. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Anregung eines elektrolumineszierenden Pigments erleichtert, wenn eine genaue Lage des elektrolumineszierenden Pigments z.B. in einem Wert- oder Sicherheitsdokument nicht bekannt ist. Insbesondere erzeugt die vorgeschlagene Vorrichtung ein resultierendes Anregungsfeld mit mehreren Bereichen maximaler Flussdichte. Wird das derart erzeugte Anregungsfeld z.B. auf ein Wert- oder Sicherheitsdokument mit mindestens einem elektrolumineszierenden Pigment beaufschlagt, so erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens ein elektrolumineszierendes Pigment in einem Bereich mit hoher oder maximaler Flussdichte angeordnet ist. Selbstverständlich können durch eine solche Elektrode auch mehrere, insbesondere eine Vielzahl, von elektrolumineszierenden Pigmenten angeregt werden. Z.B. können elektrolumineszierende Pigmente mit einer Größe im Nanometerbereich stochastisch verteilt in einem Sicherheitselement vorliegen. Durch eine Elektrode mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 100µm können dann beispielsweise elektrolumineszierende Pigmente in einem Anregungsbereich mit einem Durchmesser von 1 mm angeregt werden. Ein großer Vorteil bei der Verwendung mehrerer Elektroden ist, dass sich der Anregungsbereich und damit die leuchtende Fläche vergrößert.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand einer Elektrode zu einer benachbarten Elektrode kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Maximalabstand. Der Abstand kann hierbei senkrecht zur Abstrahlrichtung gemessen werden. Insbesondere können sich somit alle Elektroden parallel zueinander erstrecken, wobei z.B. zentrale Längsachsen der Elektroden parallel zueinander orientiert sind.
Der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden bestimmt hierbei auch den Abstand von Bereichen mit hoher Flussdichte in dem resultierenden Anregungsfeld. Durch Wahl des Abstandes kann also eine räumliche Verteilung von Bereichen mit hoher oder maximaler Flussdichte wie gewünscht realisiert werden.
Der vorbestimmte Maximalabstand kann beispielsweise 5 mm betragen.
Es ist möglich, dass die Elektroden kammartig angeordnet sind. Hierbei bilden die einzelnen Elektroden Zähne einer Kammstruktur. Auch können die Elektroden matrixartig angeordnet sein. Hierbei bilden die einzelnen Elektroden Zeilen und Spalten einer Matrix. Bei der matrixartigen Anordnung sind ein Abstand und eine Richtung zu der mindestens einen benachbarten Elektrode in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung konstant.
Auch ist es möglich, dass die Elektroden büschelartig oder bündelartig angeordnet sind. Hierbei kann eine Verteilung der Elektroden in der vorhergehend erläuterten Querschnittsebene kein definiertes, sondern ein zufälliges Muster aufweisen. In einem zufälligen Muster können beispielsweise ein Abstand und eine Richtung zur benachbarten Elektrode variieren.
Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Elektroden in der Querschnittsebene ergibt sich in vorteilhafter Weise auch eine gleichmäßige Verteilung von Bereichen mit hoher oder maximaler Flussdichte. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn elektrolumineszierende Pigmente in einem Sicherheitsdokument z.B. ebenfalls mit möglichst gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Bei einer büschel- oder bündelartigen Anordnung der Elektroden ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch eine räumliche Verteilung von Bereichen des Anregungsfeldes mit hoher oder maximaler Flussdichte zufällig ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn z.B. in einem Wert- oder Sicherheitsdokument elektrolumineszierende Pigmente zufällig angeordnet sind. Eine zufällige Verteilung der Pigmente ergibt sich beispielsweise, wenn diese, wie üblich, entweder einer Druckfarbe zugegeben werden oder bei der Substratherstellung in diesem zufällig verteilt werden.
Weiter können die Elektroden derart angeordnet sein, dass die Elektroden einen Bereich umfassen oder umgeben, wobei in diesem Bereich ein optischer Sensor und/oder optische Elemente zur Strahlführung angeordnet sind. Beispielsweise können die Elektroden einen Bereich umfassen, wobei in diesem Bereich ein als optischer Erfassungskanal dienender Kanal angeordnet ist. In dem Kanal kann/können beispielsweise der optische Sensor und/oder weitere optische Elemente angeordnet sein.
Der Bereich kann beispielsweise ein von einer Verbindungslinie der Elektroden umschlossener Bereich sein. Der Bereich kann hierbei eine vorbestimmte Größe aufweisen. Somit können die Elektroden um Mittel zur optischen Erfassung herum angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Elektroden elektrisch gemeinsam kontaktiert. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Anregungsspannung an mehrere Elektroden gleichzeitig angelegt werden, wodurch auch die von den einzelnen Elektroden erzeugten Anregungsfelder eine gleiche Phasenlage aufweisen.
Gleichzeitig reduziert sich in vorteilhafter Weise ein benötigter Bauraum und vereinfacht sich die elektrische Kontaktierung der einzelnen Elektroden.
Insgesamt ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung, dass z.B. ein Dokumentenprüfgerät zur Verifikation eines Wert- oder Sicherheitsdokuments mit mindestens einem elektrolumineszierenden Pigment mit einem möglichst geringen Bauraum ausgebildet werden kann.
Weiter ergibt sich vorteilhafterweise, dass ein Schaltungsaufwand für die vorgeschlagene Vorrichtung minimiert werden kann, insbesondere wenn mehrere Elektroden gemeinsam elektrisch kontaktiert sind. Die vorgeschlagenen Elektrodenformen ermöglichen in vorteilhafter Weise, dass nur ein geringer Bauraum für die Elektroden benötigt wird. Durch die vorhergehend beschriebene Möglichkeit, eine Amplitude der Anregungsspannung zu verringern, ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass weniger weitere Störeffekte auftreten. Somit kann eine elektromechanische Verträglichkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung verbessert werden. Auch kann ein Energieverbrauch bei der Erzeugung des Anregungsfeldes verringert werden.
Somit wird auch ein Dokumentenprüfgerät beschrieben, welches die vorhergehend erläuterte Vorrichtung umfasst. Das Dokumentenprüfgerät kann beispielsweise als batteriebetriebenes, portables Handgerät ausgebildet sein oder Teil eines solchen Handgerätes sein. Beispielsweise kann das Dokumentenprüfgerät stiftförmig ausgebildet sein, wobei die Elektrode an einem sich verjüngenden Abschnitt des Stiftes angeordnet ist. Mit einem solchen Stift kann in vorteilhafter Weise eine einfache Verifikation eines Wert- oder Sicherheitsdokuments durchgeführt werden, indem ein Benutzer den Stift manuell relativ zum dem Wert- oder Sicherheitsdokument ausrichtet.
Das Dokumentenprüfgerät kann hierbei noch weitere Bestandteile umfassen, beispielsweise die vorhergehend erläuterte Wechselspannungsquelle und Transformator.
Alternativ kann die Vorrichtung in ein z.B. ortsfest angeordnetes Dokumentenprüfgerät integriert werden, um z.B. ein Wert- oder Sicherheitsdokument auf ein Sicherheitsmerkmal maschinenlesbar zu überprüfen.
Insbesondere in der zweiten Alternative kann das Dokumentenprüfgerät beispielsweise eine optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung der von dem mindestens einen elektrolumineszierenden Pigment emittierten Strahlung umfassen. Diese Erfassungseinrichtung kann eine Bilderfassungseinrichtung, z.B. eine CCD-Kamera, ein Lichtsensor, z.B. eine Fotodiode, oder andere Komponenten zur spektralen Erfassung des emittierten Lichts sein. Auch kann das Prüfgerät weitere optische Elemente, z.B. Linsen oder Spiegel, zur Umlenkung und/oder Bündelung der emittierten Strahlung umfassen.
In das Dokumentprüfgerät kann ein Wert- oder Sicherheitsdokument beispielsweise derart einbringbar sein, dass die vorhergehend erläuterte Abstrahlrichtung senkrecht zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments orientiert ist.
Auch kann die mindestens eine Elektrode derart relativ zum Wert- oder Sicherheitsdokument angeordnet werden, dass ein Abstand zwischen der Elektrode und einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments maximal 20 mm, bevorzugt maximal 5 mm, beträgt. Der minimale Abstand kann 0 mm betragen, so dass Elektrode und Dokument sich berühren. Vorzugsweise beträgt der Abstand jedoch wenigstens 0,5 mm, insbesondere wenn die Elektrode nicht gegen mechanischen Verschleiß geschützt ist.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument. Hierbei wird eine elektrische Wechselspannung an mindestens eine Elektrode angelegt. Die an die Elektrode angelegte elektrische Wechselspannung kann auch als Anregungsspannung bezeichnet werden. Die mindestens eine Elektrode ist derart ausgebildet, dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung erzeugten Feldes verändert. Das elektrische Feld bildet hierbei das Anregungsfeld. Die Elektrode ist somit gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.
Weiter kann die Elektrode derart ausgerichtet werden, dass die Abstrahlrichtung auf das Wert- oder Sicherheitsdokument gerichtet ist, insbesondere senkrecht zu einer Oberfläche des Wert- oder Sicherheitsdokuments gerichtet ist.
Weiter kann die elektrische Wechselspannung derart erzeugt werden, dass eine Amplitude der Anregungsspannung in einem Bereich von 100 V bis 5 kV liegt. Auch kann eine Frequenz der Anregungsspannung eingestellt werden. Eine Frequenz kann insbesondere in einem Bereich von 30 kHz bis 20 MHz liegen. Bevorzugt liegt die Anregungsfrequenz in einem Bereich von 70 kHz bis 100 kHz.
Die Anregungsspannung kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Anregungsspannung eine Rechteckspannung, eine Dreieckspannung, eine trapezförmige Spannung, bevorzugt jedoch eine sinusförmige Spannung sein.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigmentes,
2a einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode,
2b einen Querschnitt durch eine weitere Elektrode,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode und eines Wert- oder Sicherheitsdokuments,
4 eine schematische Darstellung einer büschelartigen Elektrodenanordnung und eines Wert- oder Sicherheitsdokuments,
5 eine Draufsicht auf die in 4 dargestellte büschelartige Elektrodenanordnung,
6 eine Draufsicht auf eine weitere Elektrodenanordnung und
7 eine schematische Darstellung der in 6 dargestellten Elektrodenanordnung und eines Wert- oder Sicherheitsdokuments.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigmentes (nicht dargestellt) in einem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 (siehe z.B. 3) dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Gleichspannungsquelle 3, beispielsweise eine Batterie. Die Gleichspannungsquelle 3 ist mit einem Wechselrichter 4 elektrisch verbunden, den die Vorrichtung 1 ebenfalls umfasst. Mittels des Wechselrichters 4 ist eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle 3 in eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Anregungsfrequenz wandelbar. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 4 mit einem Transformator 5 elektrisch verbunden. Der Transformator 5 wandelt die von dem Wechselrichter 4 erzeugte Wechselspannung in eine Anregungsspannung um, die eine gewünschte Amplitude aufweist. Ausgangsseitig ist der Transformator 5 mit einer schematisch dargestellten Elektrode 6 verbunden, wobei die vom Transformator 5 erzeugte Anregungsspannung an der Elektrode 6 anliegt. Die Elektrode 6 erzeugt hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert, ein Anregungsfeld 7.
Somit kann ein elektrisches Anregungsfeld mittels eines Resonanzschwingkreises erzeugt werden, wobei eine Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises höher als bisher übliche Anregungsfrequenzen von bis zu 30 kHz gewählt werden kann. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, eine Spannungsamplitude der Anregungsspannung zu reduzieren.
Hierdurch wiederum kann ein Bauraum von Elementen des Resonanzschwingkreises reduziert werden. Der Resonanzschwingkreis kann z.B. zumindest aus einer Sekundärinduktivität des Transformators und einer Kapazität der Elektrode bestehen. In bisher üblichen Vorrichtungen zur Dokumentenprüfung wurden Anregungsfrequenzen von 30 kHz und Anregungsspannungen mit einer Amplitude von bis zu 30 kV verwendet.
Die hohe Anregungsfrequenz bedingt in vorteilhafter Weise eine hohe Änderungsgeschwindigkeit einer Feldumkehr des elektrischen Anregungsfeldes (dU/dt). Da die Emissionsanregung von elektrolumineszierenden Pigmenten auch abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Anregungsfeldes ist, kann somit die Amplitude der Anregungsspannung reduziert werden. Durch die Verringerung der Amplitude der Anregungsspannung wird auch die im Resonanzschwingkreis zu speichernde Energie, also die zu speichernde magnetische oder elektrische Energie, reduziert. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, einen Bauraum z.B. des Transformators, zu verkleinern. Beispielsweise kann der für einen Ferritkern des Transformators, der zur Speicherung der magnetischen Energie dient, benötigte Bauraum bei einer niedrigeren Energie verringert werden. Gleichzeitig bewirkt die Verringerung der maximalen Spannung der Anregungsspannung einen verringerten Isolationsbedarf z.B. von Windungen des Transformators. Auch dies führt wiederum zu Verringerung von Bauraumanforderungen. Des Weiteren wird hierdurch eine unerwünschte Erwärmung des Systems vermieden oder begrenzt.
Weiter ergibt sich vorteilhaft, dass sich bei Reduktion der Amplitude der Anregungsspannung auch eine verbesserte Betriebssicherheit des Transformators ergibt. Dieser speichert z.B. für einen menschlichen Benutzer, bei verringerter Amplitude der Anregungsspannung weniger Energie, die dem Nutzer z.B. bei Berührung gefährlich werden könnte.
Die Anregungsspannung kann eine Amplitude von maximal 6 kV aufweisen. Das Anregungsfeld 7 (siehe z.B. 2a) dient hierbei zur Anregung von elektrolumineszierenden Pigmenten in dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2.
In 2a ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode 6 dargestellt. Die Elektrode 6 weißt eine zentrale Längsachse 8 auf. Weiter dargestellt ist eine Abstrahlrichtung 9 der Elektrode 6. Diese ist parallel zur zentralen Längsachse 8 orientiert. Die Elektrode 6 verjüngt sich hin zu einem abstrahlseitigen Ende 10. Hierbei weist die Elektrode 6 einen kegelförmigen Abschnitt 11 an dem abstrahlseitigen Ende 10 auf. Weiter ist in 2a ein Verlauf von Feldlinien des Anregungsfelds 7 dargestellt, die sich von der Elektrode 6 weg erstrecken. In einer Querschnittsebene 12, die senkrecht zu der Abstrahlrichtung 9 orientiert ist, ändert sich eine elektrische Flussdichte des Anregungsfeldes 7. Insbesondere ändert sich die elektrische Flussdichte in einem vorbestimmten Bereich 13, wobei der vorbestimmte Bereich von dem gesamten von der Elektrode 6 erzeugten elektrischen Anregungsfeld 7 durchsetzt wird. Hierbei ist dargestellt, dass die Flussdichte von Rändern des Bereichs 13 hin zu einem Punkt, in welchem die zentrale Längsachse 8 die Querschnittsebene 12 schneidet, zunimmt. Somit weist die räumliche Verteilung der elektrischen Flussdichte des Anregungsfeldes 7 genau einen Bereich mit maximaler Flussdichte auf.
In 2b ist eine weitere Elektrode 14 in einem Querschnitt dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist eine Querschnittsebene 12, die senkrecht zu einer zentralen Abstrahlrichtung 9 der Elektrode 14 orientiert ist. Weiter dargestellt ist der Bereich 13, der von dem gesamten von der Elektrode erzeugten Anregungsfeld durchsetzt wird. Im Gegensatz zu 2a nimmt jedoch die elektrische Flussdichte nicht hin zu dem Punkt, in welchem eine zentrale Längsachse 8 der Elektrode 14 die Querschnittsebene 12 schneidet, zu. Hierdurch wird nicht die gewünschte lokale räumliche Konzentration von Feldlinien erreicht, die eine zuverlässige Anregung von elektrolumineszierenden Pigmenten ermöglicht.
In 3 ist eine schematische Darstellung einer Elektrode 6 und eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 dargestellt. Hierbei ist die Elektrode 6 derart relativ zu dem Wert- oder Sicherheitsdokument 2 angeordnet, dass eine Abstrahlrichtung 9 eines von der Elektrode 6 erzeugten Anregungsfeldes 7 senkrecht zu einer Oberfläche 15 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 orientiert ist. Auf der Oberfläche 15 ist ein Sicherheitselement 16 angeordnet, welches elektrolumineszierende Pigmente (nicht dargestellt) umfasst. Diese können durch das elektrische Anregungsfeld 7 derart angeregt werden, dass sie eine Lumineszenzstrahlung 17 emittieren. Durch die körperliche Ausbildung der Elektrode 6 ergibt sich im Bereich des Sicherheitselements 16 ein Bereich mit einer hohen elektrischen Flussdichte des Anregungsfeldes 7. Ist in diesem Bereich ein elektrolumineszierendes Pigment angeordnet, so kann dieses elektrolumineszierende Pigment auch dann angeregt werden, wenn vergleichsweise niedrigere Anregungsspannungen, beispielsweise mit Amplituden zwischen 100 V und 5 kV verwendet werden.
In 4 ist eine schematische Anordnung eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 mit einem Sicherheitselement 16, welches auf einer Oberfläche 15 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 angeordnet ist, und einer Elektrodenanordnung 18 dargestellt. Die Elektrodenanordnung 18 umfasst mehrere Elektroden 6, deren Abstrahlrichtungen 9 parallel zueinander sind. Jede der Elektroden 6 erzeugt ein nicht dargestelltes Anregungsfeld 7 (siehe z.B. 2a), welches entsprechend den zu 2a getätigten Erläuterungen ausgebildet ist. Alle Elektroden 6 sind gemeinsam elektrisch kontaktiert, wobei in 4 ein Transformator 5 dargestellt ist, dessen Ausgangsspannung, also die Anregungsspannung, gleichzeitig an alle Elektroden 6 angelegt wird.
In 5 ist eine Draufsicht auf die in 4 dargestellte Elektrodenanordnung 18 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass die einzelnen Elektroden 6 büschel- oder bündelartig angeordnet sind. Hierbei variieren ein Abstand und eine Richtung zu einer jeweils am nächsten benachbarten Elektrode 6 zwischen den einzelnen Elektroden 6. Somit ergibt sich eine zufällige räumliche Anordnung der Elektroden 6, welche auch eine zufällige räumliche Verteilung von Bereichen mit hoher oder maximaler Flussdichte des Anregungsfeldes 7 bewirkt.
Durch die in 5 dargestellte Elektrodenanordnung erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Anregungsfläche und somit auch eine Lichtemissionsfläche des Sicherheitselements 16 (siehe z.B. 4). Um einen Verschleiß zu minimieren, kann eine Elektrode 6 oder alle Elektroden 6 der Elektrodenanordnung 18 in einem Kunststoffmaterial, insbesondere in einem hochspannungsfesten und gut isolierenden Kunststoffmaterial, vergossen werden, beispielsweise in einem UV-härtenden Epoxid-Verguss, einem 2k Epoxid-Verguss, einem Silikon-Verguss, einem thermoplastischem Polyurethan(TPU)-Verguss, einem Spritzgusspolymermaterial-Verguss, vergossen werden. Dies vermeidet in vorteilhafter Weise eine Entstehung einer Koronabildung an Spitzen der Elektroden 6, wobei gleichzeitig ein Verschleiß minimiert wird.
In 6 ist eine Draufsicht auf eine weitere vorteilhafte Elektrodenanordnung 18 dargestellt. Hierbei sind Elektroden 6 der Elektrodenanordnung 18 derart angeordnet, dass die Elektroden 6 einen Bereich 19 umfassen, wobei in diesem Bereich 19 eine Ausnehmung 20 angeordnet ist. Der Bereich 19 kann beispielsweise ein von einer Verbindungslinie 22 der Elektroden 6 umschlossener Bereich 19 sein. Die Verbindungslinie 22 der Elektroden 6 kann hierbei z.B. kreisförmig sein. Somit sind die Elektroden 6 auf einer Kreislinie mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet, wobei der Kreis einen vorbestimmten Radius aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Anordnung vorstellbar, beispielsweise auf einer rechteckförmigen Verbindungslinie.
Die Ausnehmung 20 oder Öffnung kann z.B. als Sacklochbohrung oder als durchgehende, also zweiseitig geöffnete, Bohrung ausgebildet sein. Die Ausnehmung 20 kann zylinderförmig sein. Beispielsweise können eine Symmetrieachse der Verbindungslinie 22 und der zylinderförmigen Ausnehmung 20 fluchten.
Die Ausnehmung 20 kann als optischer Erfassungskanal dienen oder einen optischen Erfassungskanal ausbilden, wobei durch die Ausnehmung 20 Strahlung, z.B. von einem angeregten elektrolumineszierenden Pigment emittierte Strahlung, zu einer optischen Erfassungseinrichtung 21 (siehe 7) oder hin zu einem Auge eines Nutzers gelangen kann.
Somit ergibt sich, dass die Elektroden 6 um den optischen Erfassungskanal angeordnet sind. Hierdurch wird ermöglicht, dass sowohl die Anregung als auch die Detektion des emittierten Lichtes von nur einer gemeinsamen Seite, z.B. des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2, erfolgen kann.
In 7 ist eine schematische Darstellung der in 6 dargestellten Elektrodenanordnung 18 und eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass die Elektrodenanordnung 18 oder ein Gehäuse der Elektrodenanordnung 18 hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei in einem Mantelabschnitt 23 die Elektroden 6 angeordnet, beispielsweise vergossen, sind. Auf einer Bodenfläche 24 des Innenvolumens des Hohlzylinders, welche die Aussparung 20 ausbildet, ist ein optischer Sensor 21 angeordnet.
Ein Sicherheitselement 16 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2, welches nicht dargestellte elektrolumineszierende Pigmente beinhaltet, wird mit einem Anregungsfeld 7 (siehe z.B. 2a) beaufschlagt, wobei eine eine Abstrahlrichtung 9 des von der Elektrode 6 erzeugten Anregungsfeldes 7 senkrecht zu einer Oberfläche 15 des Wert- oder Sicherheitsdokuments 2 orientiert ist. Die von den elektrolumineszierenden Pigmenten emittierte Lumineszenzstrahlung gelangt durch die Aussparung 20 in den Erfassungsbereich des optischen Sensors 21. Selbstverständlich ist es möglich, dass in der als optischer Erfassungskanal dienenden Aussparung 20 optische Elemente, beispielsweise zur Strahlführung oder -bündelung, beispielsweise eine Linse, angeordnet sind. Der optische Sensor 21 kann beispielsweise eine Fotodiode mit nachgeschaltetem Verstärker sein. Durch die dargestellte Ausführungsform ergibt sich in vorteilhafter Weise eine baulich sehr kompakte Ausbildung eines Dokumentenprüfgeräts, insbesondere eines portablen Dokumentenprüfgeräts.
Der in 1 dargestellte Wechselrichter 4 kann beispielsweise als Oszillatorschaltung ausgeführt sein, welche z.B. eine Operationsverstärkerschaltung und zwei FET als Gegentaktendstufe umfasst. Der Transformator 5 kann beispielsweise Transformatorspulen umfassen, die auf einen Ferritkern gewickelt sind. Die Elektrode 6 kann beispielsweise nur an eine Leitung der in 1 dargestellten Schaltung, z.B. eine Windung einer Spule des Transformators 5, angeschlossen werden. Vorzugsweise wird die in 1 dargestellte Schaltung mit Anregungsfrequenzen des Anregungsfeldes 7 (siehe z.B. 2a) betrieben, die größer als hörbare Frequenzen sind, beispielsweise Frequenzen zwischen 30 kHz bis 20 MHz, bevorzugt in einem Bereich von 70 kHz bis 100 kHz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1631461 B1 [0004]
DE 102008047636 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument (2), wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Elektrode (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (6) derart ausgebildet ist, dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode (6) in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung (9) erzeugten Feldes (9) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem vorbestimmten Bereich (13) einer Querschnittsebene (12), die senkrecht zu der vorbestimmten Abstrahlrichtung (9) der Elektrode (6) orientiert ist, eine elektrische Flussdichte verändert, wobei der vorbestimmte Bereich (13) von dem gesamten oder einem vorbestimmten Anteil des von der Elektrode (6) erzeugten elektrischen Feldes (7) durchsetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Teilbereich des vorbestimmten Bereichs (13) der Querschnittsebene (12) die elektrische Flussdichte höher ist als in weiteren Teilbereichen des vorbestimmten Bereichs (13).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (6) sich hin zu einem abstrahlseitigen Ende verjüngt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) einen kegel- oder konusförmigen Abschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode als Draht ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Elektroden (6) aufweist, wobei jede der Elektroden (6) derart ausgebildet ist, dass sich die elektrische Flussdichte des von einer Elektrode (6) in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung (9) erzeugbaren Feldes (7) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand einer Elektrode (6) zu einer benachbarten Elektrode (6) kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Maximalabstand ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektroden (6) elektrisch gemeinsam kontaktiert sind.
Verfahren zur kontaktlosen Anregung mindestens eines elektrolumineszierenden Pigments, insbesondere in einem Wert- oder Sicherheitsdokument (2), wobei eine elektrische Wechselspannung an mindestens eine Elektrode (6) angelegt wird, wobei die mindestens eine Elektrode (6) derart ausgebildet ist, dass sich eine elektrische Flussdichte des von der Elektrode (6) in einer vorbestimmten Abstrahlrichtung (9) erzeugten elektrischen Feldes (7) verändert.