DE102016011180A1

DE102016011180A1 - Wertdokument mit Sicherheitsmarkierung und Verfahren zur Identifikation der Sicherheitsmarkierung

Info

Publication number: DE102016011180A1
Application number: DE102016011180.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rauscher; Wolfgang Deckenbach
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-15
Also published as: KR102265444B1; PT3512713T; ES2843602T3; EP3512713B1; EP3512713A1; CN109863037A; US10766294B2; HUE053301T2; RU2712380C1; PL3512713T3; WO2018050283A1; KR20190039291A; US20190358990A1; CN109863037B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wertdokument mit einer Sicherheitsmarkierung in Form von mindestens zwei lumineszierenden Substanzen, die in einem definierten relativen Mengenanteil vorliegen und durch einen Anregungspuls gemeinsam anregbar sind. Die Zeitverläufe der Intensitäten sind verschieden und mindestens eine lumineszierende Substanz weist einen nicht-monoexponentiellen Zeitverlauf auf. Bei einem Verfahren zum Identifizieren der Sicherheitsmarkierung wird der Zeitverlauf der Gesamtintensität detektiert und eine Linearkombination der Formelangepasst, wobei Ii(t) Zeitverläufe der Intensitäten der lumineszierenden Substanzen sind. Die Sicherheitsmarkierung wird auf Basis der Linearkoeffizienten ci identifiziert.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Herstellung und Überprüfung von Wertdokumenten und betrifft ein Wertdokument mit einer Sicherheitsmarkierung sowie ein Verfahren zur Identifikation derselben.
Wertdokumente werden in aller Regel durch eine spezielle Kennzeichnung gegen eine unerwünschte und häufig gesetzwidrige Vervielfältigung geschützt. Es ist seit langem bekannt, Wertdokumente zu diesem Zweck mit lumineszierenden Substanzen zu versehen, die ein spezifisches Emissionsverhalten aufweisen.
So beschreibt die Druckschrift WO 916009 A1 die Echtheitsverifikation eines Wertdokuments über eine Bestimmung der Lumineszenz-Abklingzeit einer Sicherheitsmarkierung. Dabei wird die Sicherheitsmarkierung gepulst angeregt und die Zeit nach Ende des Anregungspulses bestimmt, welche verstreicht bis eine vordefinierte Lumineszenzintensität erreicht wird.
Ein weiteres Verfahren zur Echtheitsverifikation eines Wertdokuments über eine Bestimmung der Lumineszenz-Abklingzeit einer Sicherheitsmarkierung wird in der Druckschrift WO 0188846A1 offenbart. Bei diesem Verfahren wird zu mehreren Zeitpunkten nach Ausschalten eines Anregungspulses die Lumineszenzintensität gemessen, um die Abklingkurve zu bestimmen und diese mit einer Sollkurve zu vergleichen.
Die Druckschrift US 7762468 B2 zeigt ein Authentisierungsverfahren, bei dem eine Kombination von zwei Lumineszenzstoffen mit unterschiedlichen Abklingzeiten verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird der zweite, langsamer abklingende Lumineszenzstoff erst dann erfasst, wenn die Lumineszenz des ersten Lumineszenzstoffs bereits abgeklungen ist.
Auch der Druckschrift DE 102006047851 A1 kann die Auswertung einer Sicherheitsmarkierung mit Lumineszenzstoffen mit unterschiedlichem Abklingverhalten und überlappenden Emissionsspektren entnommen werden. Bei diesem Verfahren wird der zeitliche Verlauf der Lumineszenzintensitäten gemessen und die Form der Kurve zur Authentifikation geprüft bzw. mit Sollwerten verglichen.
Die Druckschrift US 9046486 B2 offenbart eine Sicherheitsmarkierung und ein Verfahren zur Identifikation derselben basierend auf Kombinationen von quasi-resonanten Lumineszenzstoffen mit einem unterschiedlichen exponentiellen Abklingverhalten. Mit Hilfe einer nicht-linearen Anpassung werden sowohl die Amplituden als auch die Abklingzeiten bestimmt. Das beschriebene Verfahren eignet sich nicht für Markierstoffe mit stark nicht-exponentiellem Abklingverhalten, wodurch sich die Anzahl der verfügbaren Markierstoffe limitiert. Auch erweist sich die Analyse mittels nicht-linearer Anpassung als zeitintensiv und fehleranfällig gegenüber Rauschen, so dass die Geschwindigkeit und Qualität der Auswertung gering ist.
Mit den im Stand der Technik bekannten Lumineszenzstoffen und Auswerteverfahren kann zwar eine befriedigende Lösung zur fälschungssicheren Kennzeichnung von Wertdokumenten erreicht werden, jedoch ist es insbesondere bei Lumineszenzstoffen mit nicht-exponentiellem Abklingverhalten nachteilig, dass die kombinatorische Vielfalt der zur Verfügung stehenden Lumineszenzstoffe begrenzt ist. Dies bedingt eine eingeschränkte Variabilität der Kennzeichnung, wodurch sich unter anderem eine Verminderung der Fälschungssicherheit ergeben kann. Werden Lumineszenzstoffe mit komplexem Zeitverhalten als Basisstoffe zur Codierung von Mischungen mit unterschiedlichem Abklingverhalten verwendet, so sind die bisher bekannten Auswerteverfahren, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift US 9046486B2 bekannt sind, ungeeignet um derartige Sicherheitsmerkmale in zeitkritischen Situationen, wie beispielsweise auf schnell laufenden Banknotenbearbeitungsmaschinen, sicher zu bewerten.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine zuverlässige, sichere und schnelle Identifikation der Kennzeichnung eines Wertdokuments mit Lumineszenzstoffen mit komplexem Zeitverhalten zu ermöglichen. Zudem soll die Verwendung einer Vielzahl verschiedener lumineszierender Substanzen mit nicht-exponentiellem Zeitverhalten möglich sein.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Wertdokument mit einer Sicherheitsmarkierung sowie ein Verfahren zur Identifikation derselben mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Wertdokument mit einer Sicherheitsmarkierung (Kennzeichnung) gezeigt. Unter den Begriff ”Wertdokument” sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliche, gegen eine unerwünschte bzw. rechtswidrige Vervielfältigung zu schützende Gegenstände zu verstehen, beispielsweise Banknoten, Schecks, Aktien, Wertmarken, Ausweise, Kreditkarten und Passe sowie Etiketten, Siegel, Verpackungen oder andere Gegenstände für die Wertsicherung. Die Sicherheitsmarkierung des erfindungsgemäßen Wertdokuments kann mindestens einer wahlfrei definierbaren (binären) Eigenschaft des Wertdokuments zugeordnet werden, wobei die Eigenschaft bei Identifikation (Vorliegen der Sicherheitsmarkierung) gegeben und bei Nicht-Identifikation (Fehlen der Sicherheitsmarkierung) nicht gegeben ist. Beispielsweise kann die Sicherheitsmarkierung als Echtheitsmarkierung bzw. Echtheitsmerkmal der Eigenschaft ”Echtheit” zugeordnet sein, um Wertdokumente entweder als echt oder gefälscht zu erkennen. Denkbar ist auch, dass Wertdokumente durch die Sicherheitsmarkierung beispielsweise einer bestimmten Klasse oder Gruppe zugeordnet werden, wie etwa dem Notenwert oder Herstellungsland von Banknoten.
Erfindungsgemäß ist die Sicherheitsmarkierung in Form von mindestens zwei lumineszierenden Substanzen (im Weiteren auch als Lumineszenzstoffe bezeichnet) ausgebildet. Die Lumineszenzstoffe können auf verschiedenste Art und Weise in das Wertdokument ein- oder am Wertdokument angebracht werden. So können die Lumineszenzstoffe beispielsweise einer Papier- oder Kunststoffmasse zum Herstellen des Wertdokuments oder einer Druckfarbe zum Bedrucken des Wertdokuments zugemischt werden. Denkbar ist auch, die Lumineszenzstoffe als beispielsweise unsichtbare Beschichtung auf dem Wertdokument vorzusehen. Die Lumineszenzstoffe können auch auf oder in einem beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Trägermaterial vorgesehen sein, das in eine Papier- oder Kunststoffmasse zum Herstellen des Wertdokuments eingebettet ist. Das Trägermaterial kann beispielsweise in Form eines Sicherheits- oder Kennfadens, einer Melierfaser oder Planchette ausgebildet sein. Das Trägermaterial kann auch, beispielsweise in Form einer Plakette, an dem Wertdokument angebracht sein, beispielsweise um eine Produktsicherungsmaßnahme vorzunehmen. Grundsätzlich ist jede beliebige Formgebung des Trägermaterials möglich.
Die mindestens zwei Lumineszenzstoffe der Sicherheitsmarkierung sind durch einen (selben) Anregungspuls (z. B. Lichtblitz) gemeinsam anregbar. Wesentlich hierbei ist, dass die Zeitverläufe der Intensitäten der durch den Anregungspuls angeregten, emittierten Strahlungen der Lumineszenzstoffe voneinander verschieden sind, wobei mindestens ein Lumineszenzstoff einen nicht-monoexponentiellen Zeitverlauf der Intensität der emittierten Strahlung aufweist.
In der Sicherheitsmarkierung sind die mindestens zwei Lumineszenzstoffe in einem definierbaren bzw. definierten Mengenverhältnis in Kombination (vorzugsweise in Form einer Mischung) enthalten. Dies bedeutet, dass jeder Lumineszenzstoff in einem definierbaren bzw. definierten, relativen Mengenanteil, bezogen auf die Gesamtmenge der Lumineszenzstoffe, in der Sicherheitsmarkierung vorhanden ist. Die Sicherheitsmarkierung kann somit anhand des Mengenverhältnisses (Mischungsverhältnis) der lumineszierenden Substanzen in eindeutiger Weise identifiziert werden.
Abhängig von seinem relativen Mengenanteil trägt jeder Lumineszenzstoff mit der Intensität seiner emittierten Lumineszenzstrahlung zur Gesamtintensität der zeitgleich emittierten Strahlungen der angeregten Lumineszenzstoffe der Sicherheitsmarkierung bei. Der Begriff ”Gesamtintensität” bezieht sich hier und im Weiteren auf eine summarische Intensität, der durch einen (selben) Anregungspuls angeregten und zu einem selben Zeitpunkt erfassten Lumineszenzstrahlungen der in Kombination in der Sicherheitsmarkierung enthaltenen Lumineszenzstoffe.
Die Sicherheitsmarkierung ist so ausgebildet, dass für eine Identifikation der Sicherheitsmarkierung das Mengenverhältnis (Mischungsverhältnis) der lumineszierenden Substanzen durch eine Analyse des Zeitverlaufs der Gesamtintensität der (durch einen Anregungspuls angeregten) emittierten Lumineszenzstrahlungen auf Basis der Zeitverläufe der Intensitäten der (bei demselben Anregungspuls angeregten) Lumineszenzstrahlungen der Lumineszenzstoffe ermittelbar ist.
Die Verwendung mindestens eines Lumineszenzstoffs mit einem nicht-monoexponentiellen Zeitverlauf der Intensität der emittierten Strahlung hat den besonderen Vorteil, dass eine große Vielzahl an prinzipiell geeigneten Stoffen zur Verfügung steht und durch die spezifische Auswahl eine verbesserte Fälschungssicherheit erreicht werden kann. Zudem kann ein relativ großer Unterschied im Ankling- und/oder Abklingverhalten der Lumineszenzstoffe erreicht werden, was eine zuverlässige und sichere Identifikation der Sicherheitsmarkierung erlaubt. Wird das Anregungslicht mit einer (Anti-)Stokes verschobenen Wellenlänge auf Grund intrinsischer Umwandlungsprozesse reemittiert, so ist eine klare Trennung der Anregungs- und Emissionsstrahlung durch geeignete Filtertechniken leicht möglich.
Besonders vorteilhaft sind die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen so gewählt, dass die Intensität der emittierten Strahlung einer jeden lumineszierenden Substanz in einem Bereich von 5% bis 95%, vorzugsweise 10% bis 90%, und besonders bevorzugt 15% bis 85%, der Gesamtintensität der lumineszierenden Substanzen liegt. Hierdurch ist eine besonders genaue Analyse des Zeitverlaufs der Gesamtintensität der Sicherheitsmarkierung auf Basis der Zeitverläufe der Intensitäten der von den jeweiligen lumineszierenden Substanzen emittierten Lumineszenzstrahlungen möglich, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Identifikation des Sicherheitsmerkmals beiträgt.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen jeweils so gewählt, dass die Abklingzeit, d. h. insbesondere die Zeit zwischen dem Ende des Anregungspulses und dem Erreichen einer Intensität von 1/e der Intensität am Ende des Anregungspulses, in einem Bereich von 100 ns bis 100 ms, vorzugsweise 10 μs bis 5 ms, liegt. Dies ist vorteilhaft für eine genaue Analyse des Zeitverlaufs der Gesamtintensität der emittierten Lumineszenzstrahlungen der lumineszierenden Substanzen auf Basis der Zeitverläufe der Intensitäten der von den jeweiligen lumineszierenden Substanzen emittierten Lumineszenzstrahlungen, was zu einer weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der Identifikation des Sicherheitsmerkmals beiträgt.
Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, weisen die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen überlappende, insbesondere identische, Anregungsspektren auf, was eine gezielte und relativ starke Anregung der lumineszierenden Substanzen durch einen vergleichsweise schmalbandigen Anregungspuls (Lichtblitz) ermöglicht. Besonders bevorzugt weisen die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen überlappende Emissionsspektren auf, wodurch die Fälschungssicherheit des Sicherheitsmerkmals aufgrund einer deutlich erschwerten Analyse der emittierten Strahlung in vorteilhafter Weise weiter verbessert ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wertdokuments sind die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen so ausgebildet, dass die Zeitverläufe der Intensitäten der emittierten Strahlungen über einen Bray-Curtis-Abstand von größer als 0,10, vorzugsweise größer als 0,20, und besonders bevorzugt größer als 0,25 verfügen. Der Bray-Curtis-Abstand von zwei Vektoren (v₁, ..., v_n) und (w₁, ..., w_n) ist hierbei definiert als
Auch durch diese Maßnahme kann die Genauigkeit der Analyse des Zeitverlaufs der Gesamtintensität der emittierten Lumineszenzstrahlungen der Lumineszenzstoffe der Sicherheitsmarkierung auf Basis der Zeitverläufe der Intensitäten der von den Lumineszenzstoffen emittierten Lumineszenzstrahlungen erhöht werden, was zu einer noch weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der Identifikation des Sicherheitsmerkmals beiträgt.
Die lumineszierenden Substanzen der Sicherheitsmarkierung des erfindungsgemäßen Wertdokuments können grundsätzlich frei gewählt werden, solange gewährleistet ist, dass sie durch einen Anregungspuls gemeinsam anregbar sind und die Zeitverläufe der emittierten Strahlungen der lumineszierenden Substanzen voneinander verschieden sind, wobei mindestens eine lumineszierende Substanz einen nicht-monoexponentiellen Zeitverlauf der Intensität der emittierten Strahlung aufweist. Die Anregung und Emission der lumineszierenden Substanzen kann im UV, VIS- und/oder IR-Bereich erfolgen. Beispielsweise können lumineszierende Substanzen eingesetzt werden, die im UV-Bereich angeregt werden und im UV-Bereich oder sichtbaren Spektralbereich emittieren. Weiterhin ist es möglich, lumineszierende Substanzen zu verwenden, die im sichtbaren Spektralbereich angeregt werden und im sichtbaren Spektralbereich oder IR-Bereich emittieren. Des Weiteren können lumineszierende Substanzen eingesetzt werden, die im IR-Bereich angeregt werden und im IR-Bereich emittieren oder im sichtbaren Bereich emittieren (Up-Converter).
Erfindungsgemäß vorteilhaft sind lumineszierende Substanzen, die ein besonders stark nicht-monoexponentielles Abklingverhalten nach der Anregung zeigen. Besonders bevorzugt sind lumineszierende Substanzen, die jeweils ein Wirtsgitter umfassen, das mit mindestens einem Dotierstoff, gewählt aus den Seltenerdmetallen und Übergangsmetallen (bzw. deren Ionen), dotiert sind.
Geeignete anorganische Wirtsgitter sind beispielsweise Oxide, Borate, Gallate, Phosphate, Granate, Perovskite, Sulfide, Oxysulfide, Apatite, Vanadate, Wolframate, Gläser, Tantalate, Niobate, Halogenide, Oxyhalogenide, insbesondere Fluoride, Silikate oder Aluminate.
Als Wirtsgitter können insbesondere Wirtsgitter, wie YAG, ZnS, YGG, YAM, YAP, AlPO₅, Zeolite, Zn₂SiO₄, YVO₄, CaSiO_3i KMgF₃, Y₂O₂S, La₂O₂S, Ba₂P₂O₇, Gd₂O₂S, NaYW₂O₆, SrMoO₄, MgF₂, MgO, CaF₂, Y₃Ga₅O₁₂, KY(WO₄)₂, SrAl₁₂O₁₉, ZBLAN, LiYF₄, YPO₄, GdBO₃, BaSi₂O₅ oder SrBeO₇ verwendet werden.
Geeignete Dotterstoffe sind beispielsweise die Seltenen Erden La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, bzw. Bi, Pb, Ni, Sn, Sb, W, Ti, Ag, Cu, Zn, Ti, Mn, Cr und V (bzw. deren Ionen).
Eine konkrete Auswahl geeigneter Wirtsgitter/Dotterion-Kombinationen ist beispielsweise in der Druckschrift EP 1632908 A1 beschrieben, auf deren Inhalt diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird.
Lumineszierende Substanzen mit einem stark nicht-monoexponentiellen Zeitverhalten der Intensität der emittierten Strahlung lassen sich durch unterschiedliche Mechanismen realisieren. So können insbesondere bei Lumineszenzstoffen mit komplizierten, ggf. mehrstufigen, Energietransferprozessen zwischen unterschiedlichen Dotterionen, insbesondere Seltenerd-Dotierionen, intrinsisch mehrfache Zeitkonstanten im Ankling- als auch im Abklingverhalten auftreten. Derartige Energietransferprozesse sind beispielsweise für die Dotierionenkombinationen Yb/Er, Nd/Yb, Yb/Tm, Cr/Tm, Tm/Ho, Er/Tm, Er/Ho, Yb/Ho, Cr/Ho, Fe/Tm, Mn/Tm, Cr/Er, Fe/Er, Cr/Nd, Cr/Nd, Cr/Yb, insbesondere in Kombination mit weiteren Dotierionen, bekannt. Erfindungsgemäß ist die Verwendung solcher Dotierionenkombinationen bevorzugt. Das genaue Zeitverhalten dieser Stoffe hängt dabei empfindlich sowohl vom verwendeten Wirtsgitter (durch Feinaufspaltung der Lage der beteiligten Energiezustände) als auch von den jeweiligen Dotierionenkonzentrationen ab. Ursache hierfür ist eine relative Änderung der Kopplungsraten im Vergleich zu konkurrierenden Verlustprozessen, wie z. B. eine nichtstrahlende Rekombination der beteiligten Ionen.
Insbesondere Lumineszenzstoffe mit komplexen intrinsischen Energietransferprozessen können Intensitätsverläufe mit stark nicht-monoexponentiellem Zeitverhalten zeigen, wobei die Lumineszenzintensität nach Beendigung der Anregungsphase noch weiter ansteigen kann. Die Kombination derartiger Stoffe zusammen mit klassischen Stoffen, die nach Anregung ein zeitlich monoton abfallendes Verhalten zeigen, erlaubt ein gezieltes Einstellen des Zeitverhaltens der Gesamtintensität der Lumineszenzstoffe. Dieses kann neben abfallenden Emissionsabschnitten auch Anstiege, Plateaus, lokale Maxima und/oder Minima aufweisen. Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn die Sicherheitsmarkierung eine Kombination aus mindestens einem Lumineszenzstoff mit nicht-monoexponentiellem Zeitverhalten und mindestens einem Lumineszenzstoff mit monoexponentiellem Zeitverhalten der Intensität der emittierten Lumineszenzstrahlung aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Sicherheitsmarkierung eine Kombination aus mindestens zwei Lumineszenzstoffen mit jeweils unterschiedlichem, nicht-monoexponentiellen Zeitverhalten der Intensität der emittierten Lumineszenzstrahlung aufweisen.
Weiterhin gibt es Lumineszenzstoffe, bei denen mehrere verschiedene Übergänge eines Dotterions, die zwar energetisch sehr ähnlich sind, aber unterschiedliche Lebensdauern aufweisen, zur Emission in einem schmalen Wellenlängenbereich beitragen. Auch diese Lumineszenzstoffe zeigen oft nicht-monoexponentielles Zeitverhalten. Beispiele dafür sind Pr und Er.
Weiterhin können Lumineszenzstoffe durch zufällig auftretende oder gezielt bei der Herstellung erzeugte Inhomogenitäten, z. B. eine inhomogen Korngrößenverteilung oder eine inhomogen Verteilung der Dotterstoffe, nicht-monoexponentielles Verhalten aufweisen. Dieses kann beispielsweise dann auftreten, wenn Körner mit schnellerem Zeitverhalten, d. h. schnellerer Abklingzeit und/oder schnellerer Anklingzeit, sowie Körner mit langsamerem Zeitverhalten, d. h. langsamerer Abklingzeit und/oder langsamerer Anklingzeit, entstehen. Deren unterschiedliche Eigenschaften werden bei der relevanten, makroskopischen Messung gemittelt, bei der im Allgemeinen relativ viele einzelne Körner gleichzeitig angeregt und gemessen werden. Dadurch überlagern sich die einzelnen Zeitstrukturen der Emissionen der einzelnen Körner derart, dass sich insgesamt ein nicht-monoexponentielles Zeitverhalten ergeben kann.
Der Fachmann kann durch einfache Messung der zeitabhängigen Lumineszenz eines Lumineszenzstoffs feststellen, ob dieser ein monoexponentielles Zeitverhalten aufweist oder nicht. Hierbei wird der zeitliche Verlauf der Intensität in der Abklingphase gemessen und eine Exponentialkurve an die Abklingkurve angepasst. Als Maß für die Güte der Anpassung kann beispielsweise das Bestimmtheitsmaß R² verwendet werden, wobei die Abklingkurve beispielsweis als ”nicht-exponentiell” bewertet wird, falls R² ≤ 0.98 gilt. Bei der Messung sollte das Signal-Rausch-Verhältnis zu Beginn der Abklingkurve mindestens 50 betragen, damit nicht durch Zufall bei einer monoexponentiellen Abklingkurve ein Fit mit Fitgüte R² ≤ 0.98 erhalten wird.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Verfahren zum Identifizieren (d. h. Erkennen des Vorliegen oder Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung eines wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Wertdokuments. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Schritt i)
Gemeinsames Anregen der lumineszierenden Substanzen der Sicherheitsmarkierung mit einem (selben) Anregungspuls.
Schritt ii)
Detektieren des Zeitverlaufs einer Gesamtintensität der durch den Anregungspuls angeregten, zeitgleich emittierten Strahlungen der lumineszierenden Substanzen.
Schritt iii)
Anpassen einer Linearkombination I(t) gemäß der nachfolgenden Formel
an den Zeitverlauf der Gesamtintensität der emittierten Strahlungen, wobei I_i(t) definierbare bzw. definierte Zeitverläufe der Intensitäten der jeweils von den lumineszierenden Substanzen (durch den denselben Anregungspuls angeregten) emittierten Lumineszenzstrahlungen und c_i anzupassende Linearkoeffizienten sind. Der Laufindex i bezieht sich auf die lumineszierenden Substanzen, n gibt die Zahl der lumineszierenden Substanzen und t die Zeit an. Die Zeitverläufe I_i(t) der Intensitäten der Lumineszenzstoffe können für jeden Lumineszenzstoff durch Anregen mit dem gleichen Anregungspuls und Detektieren der Lumineszenzstrahlung (vorab) bestimmt werden.
Zur Anpassung der Linearkombination I(t) an den Zeitverlauf der Gesamtintensität I(t) werden die Linearkoeffizienten c_i ermittelt (lineare Approximation). Die Linearkoeffizienten c_i geben jeweils den relativen Anteil eines Zeitverlaufs I_i(t) einer einzelnen lumineszierenden Substanz an der Linearkombination I(t) an. Aus den Linearkoeffizienten c_i kann der relative Mengenanteil einer jeden lumineszierenden Substanz, bezogen auf die Gesamtmenge der lumineszierenden Substanzen, in der Sicherheitsmarkierung und somit das Mengenverhältnis (z. B. Mischungsverhältnis) der lumineszierenden Substanzen in der Sicherheitsmarkierung ermittelt werden.
Schritt iv)
Identifizieren (d. h. Erkennen des Vorliegen oder Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung auf Basis der Linearkoeffizienten c_i.
Die Anpassung der Linearkombination I(t), bestehend aus einer mit den Linearkoeffizienten c_i gewichteten Summe der vorbekannten Zeitverläufe I_i(t), an die Gesamtintensität I(t) der zeitgleich emittierten Lumineszenzstrahlungen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders einfache, zuverlässige und sehr schnelle Bestimmung des Mengenverhältnis (z. B. Mischungsverhältnis) der lumineszierenden Substanzen in der Sicherheitsmarkierung, wodurch eine sichere Identifizierung der Sicherheitsmarkierung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt iii) die Linearkoeffizienten c_i derart bestimmt, dass absolute Abweichungen der Linearkombination I(t) von Datenpunkten des detektierten Zeitverlaufs der Gesamtintensität minimiert sind. Vorzugsweise werden die Linearkoeffizienten c_i durch die Methode der kleinsten Quadrate so bestimmt, dass die Summe der quadratischen Abweichungen der Linearkombination I(t) von Datenpunkten der detektierten Gesamtintensität minimiert sind. Dem Fachmann auf dem Gebiet der statistischen Auswertung von Datenmengen ist die Methode der kleinsten Quadrate geläufig, so dass sich hier eine weitere Erläuterung erübrigt. Lediglich ergänzend wird darauf hingewiesen, dass es sich hierbei um eine statistische Standard-Methode handelt, um eine Ausgleichskurve an einen Datensatz mit möglichst geringer Abweichung der Datenpunkte von der Ausgleichskurve zu ermitteln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Schritt iv) die folgenden Teilschritte:
Teilschritt iv-1)
Für n – 1 Linearkoeffizienten c_i: Ermitteln einer Verhältniszahl M_i für jeden Linearkoeffizienten c_i, die sich aus dem Verhältnis des Linearkoeffizienten c_i zu mindestens einem weiteren Linearkoeffizienten c_i ergibt (z. B. c₁/c₂).
Vorteilhaft wird die Verhältniszahl M; durch das Verhältnis des Linearkoeffizienten c_i zur Summe wenigstens eines, vorzugsweise aller, Linearkoeffizienten c_i bestimmt (z. B. c₁/(c₁ + c₂)). Für den n-ten Linearkoeffizienten ergibt sich die Verhältniszahl M_n aus M_n = 1 – (M₁ + ... + M_n-1), d. h. der Differenz zwischen der Zahl 1 und der Summe der übrigen Verhältniszahlen M_i. Die Verhältniszahlen Mi geben das Mengenverhältnis (z. B. Mischungsverhältnis) der lumineszierenden Substanzen in der Sicherheitsmarkierung an.
Teilschritt iv-2)
Für jede Verhältniszahl M_i: Prüfen, ob die Verhältniszahl M_i innerhalb eines zugehörigen, definierbaren bzw. definierten Wertebereichs W_i liegt, welcher vorteilhaft einem Streubereich um dem vorbekannten relativen Mengenanteil der lumineszierenden Substanz in der Sicherheitsmarkierung entspricht.
Teilschritt iv-3)
Für jede Verhältniszahl M_i: Zuordnen des Attributs ”Verhältniszahl akzeptiert”, falls die Verhältniszahl M_i innerhalb des zugehörigen Wertebereichs W_i liegt, oder des Attributs ”Verhältniszahl nicht akzeptiert”, falls die Verhältniszahl M_i außerhalb des zugehörigen Wertebereichs W_i liegt.
Teilschritt iv-4)
Identifizieren (d. h. Erkennen des Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung, falls allen Verhältniszahlen M_i das Attribut ”Verhältniszahl akzeptiert” zugeordnet wurde, oder Nicht-Identifizieren (d. h. Erkennen des Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung, falls mindestens einer Verhältniszahl M_i das Attribut ”Verhältniszahl nicht akzeptiert” zugeordnet wurde.
Durch die Teilschritte iv-1) bis iv-4) ist in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Identifikation der Sicherheitsmarkierung auf Basis der Linearkoeffizienten c_i möglich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses einen weiteren Schritt v) auf, der. die folgenden Teilschritte umfasst:
Teilschritt v-1)
Ermitteln einer die Güte der Anpassung der Linearkombination I(t) an den Zeitverlauf der Gesamtintensität kennzeichnenden Maßzahl G. Vorzugsweise wird als Maßzahl G das Bestimmtheitsmaß R² verwendet. Dem Fachmann auf dem Gebiet der statistischen Auswertung von Datenmengen ist das Bestimmtheitsmaß R² geläufig, so dass sich hier eine weitere Erläuterung erübrigt. Lediglich ergänzend wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Bestimmtheitsmaß R² um eine statistische Standard-Methode handelt, mit der die Qualität einer linearen Approximation ermittelt werden kann.
Teilschritt v-2)
Vergleichen der Maßzahl G mit einem definierbaren bzw. definierten Schwellwert. Wird als Maßzahl G das Bestimmtheitsmaß R² verwendet, so wird ein unterer Schwellwert von vorzugsweise 0,9, besonders bevorzugt 0,95 verwendet, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit bei der Identifikation der Sicherheitsmarkierung erreichbar ist.
Teilschritt v-3)
Zuordnen des Attributs ”Maßzahl akzeptiert” zur Maßzahl G, falls die Maßzahl G größer als der Schwellwert ist, oder des Attributs ”Maßzahl nicht akzeptiert”, falls die Maßzahl G kleiner oder gleich dem Schwellwert ist,
Teilschritt v-4)
Identifizieren (d. h. Erkennen des Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung, falls die Maßzahl G mit dem Attribut ”Maßzahl akzeptiert” bewertet wurde, oder Nicht-Identifizieren (d. h. Erkennen des Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung, falls die Maßzahl G mit dem Attribut ”Maßzahl nicht akzeptiert” bewertet wurde.
Für den Fall, dass in Schritt iv) die Teilschritte iv-1) bis iv-4) durchgeführt werden, gilt für Teilschritt v-4):
Identifizieren der Sicherheitsmarkierung, falls alle Verhältniszahlen M_i mit dem Attribut ”Verhältniszahl akzeptiert” bewertet wurden und zudem die Maßzahl G mit dem Attribut ”Maßzahl akzeptiert” bewertet wurde, oder Nicht-Identifizieren (d. h. Erkennen des Nicht-Vorliegen) der Sicherheitsmarkierung, falls mindestens eine Verhältniszahl M_i mit den Attribut ”Verhältniszahl nicht akzeptiert” bewertet wurde und/oder die Maßzahl G mit dem Attribut ”Maßzahl nicht akzeptiert” bewertet wurde.
Durch Schritt v), insbesondere in Verbindung mit den Teilschritten iv-1) bis iv-4), kann in besonders vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit der Identifikation der Sicherheitsmarkierung noch weiter verbessert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem sich an das Abschalten des Anregungspulses unmittelbar anschließenden ersten Zeitraum mehr Datenpunkte zum Detektieren zum Detektieren der Gesamtintensität erfasst als in einem sich an den ersten Zeitraum unmittelbar anschließenden zweiten Zeitraum, wobei der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum gleich lang sind. Diese Maßnahme ermöglicht in vorteilhafter Weise eine hohe Zuverlässigkeit der Identifikation der Sicherheitsmarkierung bei begrenzten Speicherressourcen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen:
1 Zeitverläufe der Lumineszenzintensitäten zweier Lumineszenzstoffe A, B mit einem verschiedenen, nicht-monoexponentiellen Emissionsverhalten;
2 einen Zeitverlauf der Gesamtintensität der lumineszierenden Strahlungen einer Kombination der beiden Lumineszenzstoffe A, B von 1, mit Anpassungskurve;
3 Zeitverläufe der Lumineszenzintensitäten von drei Lumineszenzstoffen A, B, C mit einem verschiedenen, teilweise nicht-monoexponentiellen Emissionsverhalten;
4 einen Zeitverlauf der Gesamtintensität der lumineszierenden Strahlungen einer Kombination der Lumineszenzstoffe A, B, C von 3, mit Anpassungskurve;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Mischungstupels (a, b) mit Streubereich für die Mischung aus drei Lumineszenzstoffen von 4;
6 obere Abbildung: simulierter Zeitverlauf der Lumineszenzintensität einer Kombination von Lumineszenzstoffen mit definiertem Rauschanteil während der Abklingphase; untere Abbildung: Abhängigkeit des relativen Mischungsanteils von der Größe des Rauschanteils;
7 Zeitverlauf der Gesamtintensität der emittierten Strahlung einer Mischung zweier Lumineszenzstoffe mit einem unterschiedlichen, monoexponentiellen Emissionsverhalten zur Veranschaulichung eines Fälschungsversuchs, mit Anpassungskurve;
8 ein Wertdokument mit einem Kennfaden, der eine Sicherheitsmarkierung aufweist.
Ausführliche Beschreibung der Abbildungen
Sei zunächst 1 betrachtet, worin beispielhaft die gemessenen Zeitverläufe der Intensitäten der emittierten Lumineszenzstrahlungen von zwei verschiedenen Lumineszenzstoffen A, B veranschaulicht sind. Die Intensität I ist gegen die Zeit t (in beliebigen Zeit- und Intensitätseinheiten) aufgetragen. Die gemessenen Datenpunkte sind jeweils durch eine durchgezogene Datenlinie miteinander verbunden.
Die Lumineszenzstrahlungen der beiden Lumineszenzstoffe A, B werden durch einen einzigen bzw. selben Anregungspuls (Lichtblitz) gemeinsam angeregt. Der Anregungspuls wird zum Zeitpunkt t = 0 eingeschaltet und zum Zeitpunkt t = t_p ausgeschaltet. Die Zeitdauer und Intensität des Anregungspulses sind durch die gestrichelte Linien veranschaulicht. Vorzugsweise liegt die Dauer des Lichtblitzes im Bereich von 10 μs bis 10 ms und beträgt beispielsweises 40 μs.
Die Zeitverläufe der Intensitäten beider Lumineszenzstoffe A, B weisen jeweils eine Anklingphase, in der die Intensität von Null bis zu einem Maximalwert ansteigt, sowie eine Abklingphase, in der die Intensität vom Maximalwert an abfällt, auf. Erkennbar erreicht die Intensität des Lumineszenzstoffs A zum Zeitpunkt t = t_p einen Maximalwert, so dass die Anklingphase endet, wenn der Anregungspuls ausgeschaltet wird. Anders der Lumineszenzstoff B, dessen Intensität erst nach Abschalten des Anregungspulses einen Maximalwert erreicht. Die Zeitverläufe der Intensitäten der beiden Lumineszenzstoffe unterscheiden sich stark voneinander, wobei beide Lumineszenzstoffe ein nicht-monoexponentielles Emissionsverhalten zeigen. Die Zeitverläufe der Intensitäten der beiden Lumineszenzstoffe haben einen Bray-Curtis-Abstand von 0,25, welcher ein geringes und damit bevorzugtes Korrelationsverhalten der beiden Emissionsverläufe widerspiegelt.
2 zeigt den gemessenen Zeitverlauf der Gesamtintensität der zeitgleich emittierten Strahlungen einer Mischung der beiden Lumineszenzstoffe A, B im I-t-Diagramm. Die Kombination der beiden Lumineszenzstoffe A, B kann als Sicherheitsmarkierung für ein Wertdokument eingesetzt werden. Weiterhin dargestellt sind der Anregungspuls zum gemeinsamen Anregen der beiden Lumineszenzstoffe A, B (welcher gleich ist zum Anregungspuls in 1) sowie eine mit durchgezogener Linie eingezeichnete Anpassungskurve. In der Mischung der Lumineszenzstoffe liegt der Lumineszenzstoff A mit einem Mischungsanteil von 30% und der Lumineszenzstoff B mit einem Mischungsanteil von 70% vor, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Lumineszenzstoffe A, B. Das (vorbekannte) Mischungsverhältnis der Lumineszenzstoffe A, B beträgt somit 30%/70%. Die Anklingphase der Gesamtintensität der emittierten Strahlungen dauert bis nach t = t_p an; ein Maximalwert der Gesamtintensität wird erst nach Ausschalten des Anregungspulses erreicht.
Die Messungen der Gesamtintensität finden zu definierten Zeitpunkten statt. Die Messungen können zu äquidistanten Zeitpunkten, jedoch auch nicht-äquidistant Zeitpunkten, erfolgen, wobei letzteres den Vorzug bietet, dass beispielweise bei begrenzten Speicherressourcen im Nachweissensor, eine reduzierte Datenmenge gewählt werden kann, ohne die Anpassungsgüte signifikant zu verschlechtern. Dafür werden vorzugsweise in Zeitabschnitten, in denen sich die Intensitätsverläufe der Basisstoffe stark unterscheiden mehr Messpunkte genommen, wohingegen während der Abklingphase lange nach der Anregung, wenn die Lumineszenz schon weit abgeklungen ist, weniger Messpunkte genommen werden.
Der gemessene Zeitverlauf der Gesamtintensität I(t) wird durch Anpassen einer Linearkombination der allgemeinen Formel I(t) = Σ n / i=1c_i·I_i(t) (A) ausgewertet.
Die zur linearen Anpassung verwendete Formel (A) ist eine Linearkombination aus (gesampelten) Basisvektoren I_i(t). Der Laufindex i kennzeichnet die Lumineszenzstoffe. Im vorliegenden Fall beträgt n = 2, also i = 1 und i = 2, entsprechend der beiden Lumineszenzstoffe A, B. Die Basisvektoren I_i(t) sind definierbare bzw. definierte (vorbekannte) Zeitverläufe der verwendeten Lumineszenzstoffe und ergeben sich vorzugsweise aus vorab ermittelten zeitlichen Intensitätsmessungen der verwendeten Lumineszenzstoffe. Die Basisvektoren I_i(t) sind jeweils mit den zugehörigen Linearkoeffizienten c_i zu wichten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Basisvektoren I_i(t) den vorbekannten Zeitverläufen I_A(t), I_B(t) der beiden Lumineszenzstoffe A, B, wie sie in 1 gezeigt sind.
Eine Anpassung der Linearkombination I(t) an die Datenpunkte der gemessenen Gesamtintensität erfordert eine Bestimmung der Linearkoeffizienten c_i, was vorliegend mit dem Verfahren der kleinsten Quadrate (Least-Square-Fit-Verfahren) erfolgt. Die Linearkoeffizienten c_i können hierdurch in effizienter Weise mit einer guten Anpassung der Ausgleichskurve ermittelt werden. Aus den Linearkoeffizienten c_i ergeben sich die relativen Mischungsanteile der eingesetzten Lumineszenzstoffe in der Sicherheitsmarkierung, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Lumineszenzstoffen. Die Auswertung ergibt einen Mischungsanteil von 28,8% für den Lumineszenzstoff A und einen Mischungsanteil von 71,2% für den Lumineszenzstoff B, entsprechend einem Mischungsverhältnis A/B = 28,8%/71,2%.
Für eine Identifikation der Sicherheitsmarkierung werden die ermittelten Linearkoeffizienten c_i als 2-Tupel (c₁, c₂) zusammengefasst und in einen skalierungsunabhängigen Wert, einer Verhältniszahl M_i, umgerechnet. Die Verhältniszahl M₁ ergibt sich aus den Linearkoeffizienten c₁, c₂ wie folgt: M₁ = c₁/(c₁ + c₂). Demnach wird für den ersten Linearkoeffizienten c₁ das Verhältnis zur Summe der beiden Linearkoeffizienten c₁ und c₂ gebildet. Für den zweiten Linearkoeffizienten c₂ ergibt sich die zugehörige Verhältniszahl M₂ aus M₂ = 1 – M₁. Anschließend wird für die Verhältniszahl M₁ oder M₂ geprüft, ob die Verhältniszahl innerhalb eines zugehörigen, definierbaren bzw. definierten (vorbestimmten) Wertebereichs W₁ bzw. W₂ liegt. Die Wertebereiche W₁, W₂ geben jeweils einen Streubereich um die vorbekannten Mischungsanteile der Lumineszenzstoffe A, B in der Sicherheitsmarkierung an. Dann erfolgt für die geprüfte Verhältniszahl M₁ oder M₂ eine Zuordnung des Attributs ”Verhältniszahl akzeptiert”, falls die Verhältniszahl innerhalb des zugehörigen Wertebereichs liegt, oder des Attributs ”Verhältniszahl nicht akzeptiert”, falls die Verhältniszahl außerhalb des zugehörigen Wertebereichs liegt. Im vorliegenden Fall liegen die Verhältniszahlen M₁, M₂ innerhalb der zugehörigen Wertebereiche W₁, W₂, d. h. im Rahmen der Streuung wurden die richtigen, d. h. vorbekannten Mischungsanteile der beiden Lumineszenzstoffe A, B, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Lumineszenzstoffe A, B, bzw. das vorbekannte Mischungsverhältnis A/B ermittelt.
Weiterhin wird die Güte der Anpassung der Linearkombination I(t) an den Zeitverlauf der Gesamtintensität der beiden lumineszierenden Substanzen A, B ermittelt. Zu diesem Zweck wird das Bestimmtheitsmaß R² verwendet, wobei es bevorzugt ist, wenn das Bestimmtheitsmaß R² oberhalb des Schwellwerts 0,9, vorzugsweise oberhalb des Schwellwerts 0,95, liegt. Im vorliegenden Fall ergibt sich ein Bestimmtheitsmaß R² = 0,977.
Die Sicherheitsmarkierung ist somit eindeutig identifiziert (d. h. liegt vor), da den Verhältniszahlen M₁, M₂ das Attribut ”Verhältniszahl akzeptiert” zugeordnet wurde und die Güte der Anpassung oberhalb des gewünschten Schwellwerts liegt. Durch die Notwendigkeit des Vorliegen beider Bedingungen (Attribut Verhältniszahl, Güte der Anpassung) kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Identifikation der Sicherheitsmarkierung erreicht werden.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 erläutert und ansonsten wird auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen. Demnach wird eine Sicherheitsmarkierung mit drei kombinierten Lumineszenzstoffen A, B, C betrachtet, die durch einen selben Anregungspuls gemeinsam angeregt werden. Die Lumineszenzstoffe A, B entsprechen jenen von 1, der Lumineszenzstoff C kommt ergänzend hinzu. Wie im I-t-Diagramm von 3 erkennbar, unterscheiden sich die Zeitverläufe der Intensitäten der emittierten Lumineszenzstrahlungen stark voneinander, wobei der Lumineszenzstoff C, im Unterschied zu den Lumineszenzstoffen A, B, ein monoexponentielles Emissionsverhalten zeigt. Die gemessenen Datenpunkte sind jeweils durch durchgezogene Datenlinien miteinander verbunden.
In der Mischung der Lumineszenzstoffe betragen die Mischungsanteile der Lumineszenzstoffe A, B, C, in dieser Reihenfolge, 20%, 50%, 30%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Lumineszenzstoffen. Das Mischungsverhältnis A/B/C beträgt also 20%/50%/30%. Das kombinierte Intensitätsverhalten wurde mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von ca. 20 gemessen. Die Messdaten sind in 4 dargestellt. Im Anschluss hieran wird die oben genannte Linearkombination der allgemeinen Formel A mit drei Basisvektoren I_A(t), I_B(t), I_C(t), wie sie in 3 gezeigt sind, angepasst, wobei die Linearkoeffizienten c₁, c₂ c₃ durch das Verfahren der kleinsten Quadrate bestimmt werden. Man erkennt eine gute Anpassung der Anpassungskurve an die Datenpunkte trotz des visuell deutlich erkennbaren Rauschanteils. Die Auswertung ergibt relative Mischungsanteile den Lumineszenzstoffe A, B, C, in dieser Reihenfolge, von 18.8%, 50.7%, 30,5%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Lumineszenzstoffen. Für eine Identifikation der Sicherheitsmarkierung werden die ermittelten Linearkoeffizienten c₁, c₂, c₃ als 3-Tupel (c₁, c₂, c₃) zusammengefasst und in die skalierungsunabhängigen Verhältniszahlen M₁ = c₁/(c₁ + c₂ + c₃), M₂ = c₂/(c₁ + c₂ + c₃) umgerechnet. Für den dritten Linearkoeffizienten c₃ ergibt sich die zugehörige Verhältniszahl M₃ aus M₃ = 1 – (M₁ + M₂). Anschließend wird für zwei Verhältniszahlen M₁, M₂ geprüft, ob die Verhältniszahlen innerhalb eines zugehörigen, definierbaren bzw. definierten (vorbestimmten) Wertebereichs W₁, W₂ liegt, entsprechend Streubereichen der vorbekannten Mischungsanteile, d. h. es wird der Abstand des Mischungstupels (c₁/(c₁ + c₂ + c₃), c₂/(c₁ + c₂ + c₃)) zu den Referenzkoordinaten, gebildet aus der ursprünglichen Mischungszusammensetzung, ermittelt.
Für eine einfache Prüfung der Lage des gemessenen Mischungstupels in Bezug auf das vorbekannte Mischungstupel wird in einer a-b-Ebene ein beispielsweise elliptisch geformter Toleranzbereich definiert (siehe 5). Dieser kann bedingt durch die Form des zeitlichen Intensitätsverhaltens in verschiedene Richtungen unterschiedlich ausgedehnt ausfallen. In 5 ist das gemessene Mischungstupel durch den ausgefüllten Kreis, der Sollwert (vorbekannte Mischungstupel) durch den leeren Kreis dargestellt.
Dann erfolgt für zwei Verhältniszahlen M₁, M₂ eine Zuordnung des Attributs ”Verhältniszahl akzeptiert”, falls die Verhältniszahl innerhalb des zugehörigen Wertebereichs liegt, oder des Attributs ”Verhältniszahl nicht akzeptiert”, falls die Verhältniszahl außerhalb des zugehörigen Wertebereichs liegt.
Im vorliegenden Fall liegen die beiden Verhältniszahlen M₁, M₂ innerhalb zugehöriger Wertebereiche W₁, W₂, wobei im Rahmen der Streuung die richtigen, d. h. vorbekannten, relativen Mischungsanteile der beiden Lumineszenzstoffe A, B, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Lumineszenzstoffe A, B, C ermittelt wurden.
Weiterhin wurde das Bestimmtheitsmaß R² ermittelt, was im vorliegenden Fall R² = 0.9989 beträgt, wobei sich zeigte, dass es deutlich oberhalb der bevorzugten Schwellwerte liegt.
Im Ergebnis kann festgestellt werden, dass die Sicherheitsmarkierung die vorbekannte Zusammensetzung aufweist, womit die Sicherheitsmarkierung identifiziert wurde.
Es wird nun Bezug auf 6, obere Abbildung, genommen. Um die Rauschempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu untersuchen, wurden bei einer Abklingkurve einer Mischung aus zwei Lumineszenzstoffen mit monoexponentiellem Abklingverhalten unterschiedlich normalverteilte Rauschanteile zu den Messpunkten addiert. Es erfolgte eine Auswertung mit einem linearen Anpassungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung und einem im Stand der Technik bekannten nicht-linearen Anpassungsverfahren. In 6, untere Abbildung, ist die Auswertung in einem Diagramm veranschaulicht, in dem der relative Mischungsanteil eines Lumineszenzstoffs gegen das Rauschlevel aufgetragen ist. Erkennbar zeigt sich bei der erfindungsgemäßen Bestimmung des relativen Mischungsanteils eine geringere Rauschanfälligkeit im Vergleich zu dem im Stand der Technik bekannten Verfahren. Erkennbar besteht für das nicht-lineare Verfahren im betrachteten Intervall des Rauschlevels ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Streubreite des ermittelten Mischungsanteils und dem Rauschlevel. Die lineare Anpassungsmethode hingegen zeigt sich stabil mit einer Streubreite von 0,05 (absolut) des Mischungsanteils. Diese Ergebnisse legen nahe, dass schon bei geringen Rauschanteilen nicht-lineare Anpassungsverfahren nicht mehr zuverlässige Ergebnisse liefern, während die erfindungsgemäße lineare Anpassungsmethode im betrachteten Intensitätsintervall hinreichend zuverlässig funktioniert.
7 zeigt das Zeitverhalten eines monoexponentiell abklingenden Lumineszenzstoffs, der beispielsweise für einen Fälschungsangriff verwendet werden könnte. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelte Anpassungskurve ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Nimmt man an, dass die Sicherheitsmarkierung die beiden Lumineszenzstoffe A, B enthält, dann ergeben sich die Mischungsanteile 61.2% und 37.8% sowie eine Anpassungsgüte von R² = 0.793. Wegen der weit unterhalb des Schwellwerts von bevorzugt 0,9 liegenden Anpassungsgüte wird die Sicherheitsmarkierung nicht identifiziert.
8 zeigt ein beispielsweise in Form einer Banknote ausgebildetes Wertdokument 1, das einen Kennfaden 2 mit einer Sicherheitsmarkierung 3 aufweist. Die Sicherheitsmarkierung 3 kann wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein.
Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, bietet die Erfindung große Vorteile gegenüber den im Stand der Technik bekannten Auswerteverfahren mit nicht-linearer Anpassung, in denen neben den Amplituden der zeitlichen Intensitätsspektren auch die Abklingzeiten als Modellparameter verwendet werden. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren mit vorgegebenem Zeitverhalten (insbesondere Abklingkurven) für die in Kombination eingesetzten Lumineszenzstoffe eine viel schnellere und stabilere Auswertung (d. h. schnelleres Konvergenzverhalten der Anpassungsroutine) für sowohl saubere als auch mit Rauschen behaftete Intensitätsmessungen erhalten werden. Eine quantitative Auswertung ergibt eine um ca. 3 Größenordnungen verringerte Rechenzeit im Vergleich zur im Stand der Technik bekannten nicht-linearen Anpassung, was die Effizienzsteigerung hinsichtlich der Auswertungsgeschwindigkeit verdeutlicht. In zeitkritischen Anwendungsfällen ist ein schnelles Auswerteverfahren essentiell, beispielsweise für die Analyse auf schnelllaufenden Banknotenbearbeitungsmaschinen mit bis zu 12 m/s bewegten Banknoten, da diese im Wesentlichen die Bearbeitungsgeschwindigkeit bestimmen.
Bezugszeichenliste

1: Wertdokument
2: Kennfaden
3: Sicherheitsmarkierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 916009 A1 [0003]
WO 0188846 A1 [0004]
US 7762468 B2 [0005]
DE 102006047851 A1 [0006]
US 9046486 B2 [0007, 0008]
EP 1632908 A1 [0028]

Claims

Wertdokument mit einer Sicherheitsmarkierung in Form von mindestens zwei lumineszierenden Substanzen, wobei – die lumineszierenden Substanzen jeweils in einem definierten relativen Mengenanteil, bezogen auf die Gesamtmenge der lumineszierenden Substanzen, vorliegen, – die lumineszierenden Substanzen durch einen Anregungspuls gemeinsam anregbar sind, – die Zeitverläufe der Intensitäten der emittierten Strahlungen der lumineszierenden Substanzen voneinander verschieden sind, und – mindestens eine lumineszierende Substanz einen nicht-monoexponentiellen Zeitverlauf der Intensität der emittierten Strahlung aufweist.
Wertdokument nach Anspruch 1, bei welchem die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen überlappende, insbesondere identische, Anregungsspektren aufweisen.
Wertdokument nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen überlappende Emissionsspektren aufweisen.
Wertdokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Sicherheitsmarkierung lumineszierende Substanzen aufweist, deren Zeitverläufe der Intensitäten der emittierten Strahlungen über einen Bray-Curtis-Abstand von größer als 0,10, vorzugsweise größer als 0,20, und besonders bevorzugt größer als 0,25 verfügen.
Wertdokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen jeweils eine Intensität der emittierten Strahlung aufweisen, die im Bereich von 5% bis 95%, vorzugsweise im Bereich von 10% bis 90%, und besonders bevorzugt im Bereich von 15% bis 85%, der Gesamtintensität der emittierten Strahlungen der lumineszierenden Substanzen liegt.
Wertdokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die mindestens zwei lumineszierenden Substanzen jeweils eine Abklingzeit im Bereich von 100 ns bis 100 ms, vorzugsweise im Bereich von 10 μs bis 5 ms, aufweisen.
Wertdokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, bei welchem mindestens eine lumineszierende Substanz ein mit mindestens einem Seltenerdmetall und/oder mindestens einem Übergangsmetall dotiertes Wirtsgitter umfasst.
Verfahren zum Identifizieren der Sicherheitsmarkierung eines Wertdokuments nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches die folgenden Schritte umfasst: i) Gemeinsames Anregen der lumineszierenden Substanzen mit einem Anregungspuls, ii) Detektieren des Zeitverlaufs einer Gesamtintensität der emittierten Strahlungen der lumineszierenden Substanzen, iii) Anpassen einer Linearkombination I(t) der Formel
an den Zeitverlauf die Gesamtintensität der emittierten Strahlungen, wobei I_i(t) Zeitverläufe der Intensitäten der von den lumineszierenden Substanzen emittierten Strahlungen und c_i Linearkoeffizienten sind, wobei sich der Index i auf die lumineszierenden Substanzen bezieht und n die Zahl der lumineszierenden Substanzen angibt, wobei die Linearkoeffizienten c_i ermittelt werden, iv) Identifizieren der Sicherheitsmarkierung auf Basis der Linearkoeffizienten c_i.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem in Schritt iii) die Linearkoeffizienten c_i derart bestimmt werden, dass absolute Abweichungen der Linearkombination I(t) von Datenpunkten des Zeitverlaufs der detektierten Gesamtintensität minimiert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Linearkoeffizienten c_i durch die Methode der kleinsten Quadrate so bestimmt werden, dass die Summe der quadratischen Abweichungen der Linearkombination I(t) von Datenpunkten des Zeitverlaufs der detektierten Gesamtintensität der emittierten Strahlungen minimiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem Schritt iv) die folgenden Teilschritte umfasst: iv-1) für n-1 Linearkoeffizienten c_i: jeweils Ermitteln einer Verhältniszahl M_i für jeden Linearkoeffizienten c_i, die sich aus dem Verhältnis des Linearkoeffizienten c_i zu mindestens einem weiteren Linearkoeffizienten c_i oder zu einer Summe von c_i und mindestens einem weiteren Linearkoeffizienten c_i ergibt, iv-2) Für jede Verhältniszahl M_i: Prüfen, ob die Verhältniszahl M_i innerhalb eines zugehörigen, definierbaren bzw. definierten Wertebereichs W_i liegt, iv-3) Für jede Verhältniszahl M_i: Zuordnen des Attributs ”Verhältniszahl akzeptiert”, falls die Verhältniszahl M_i innerhalb des zugehörigen Wertebereichs W_i liegt, oder des Attributs ”Verhältniszahl nicht akzeptiert”, falls die Verhältniszahl M_i außerhalb des zugehörigen Wertebereichs W_i liegt, iv-4) Identifizieren der Sicherheitsmarkierung, falls allen Verhältniszahlen M_i das Attribut ”Verhältniszahl akzeptiert” zugeordnet wurde.
Verfahren nach 11, bei welchem in Schritt iv-1) die Verhältniszahl M_i durch das Verhältnis des zugehörigen Linearkoeffizienten c_i zu der Summe aller Linearkoeffizienten c_i ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, welches einen weiteren Schritt v) aufweist, der die folgenden Teilschritte umfasst: v-1) Ermitteln einer die Güte der Anpassung der Linearkombination I(t) an den Zeitverlauf der Gesamtintensität der lumineszierenden Substanzen kennzeichnenden Maßzahl G, v-2) Vergleichen der Maßzahl G mit einem Schwellwert, v-3) Zuordnen des Attributs ”Maßzahl akzeptiert” zur Maßzahl G, falls die Maßzahl G größer als der Schwellwert ist, oder des Attributs ”Maßzahl nicht akzeptiert”, falls die Maßzahl G kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, v-4) Identifizieren der Sicherheitsmarkierung, falls die Maßzahl G mit dem Attribut ”Maßzahl akzeptiert” bewertet wurde.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die Maßzahl G das Bestimmtheitsmaß R² ist, wobei der Schwellwert 0,9, vorzugsweise 0,95, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei welchem in Schritt ii) in einem sich an das Abschalten des Anregungspulses unmittelbar anschließenden ersten Zeitraum mehr Datenpunkte zum Detektieren der Gesamtintensität erfasst werden als in einem sich an den ersten Zeitraum unmittelbar anschließenden zweiten Zeitraum, wobei der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum gleich lang sind.