DE102017211104B3

DE102017211104B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument unter Ausnutzung von zusätzlicher Lichtstrahlung

Info

Publication number: DE102017211104B3
Application number: DE102017211104.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Peters
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: WO2019002562A1; ES2948983T3; EP3646297B1; PT3646297T; FI3646297T3; PL3646297T3; EP3646297A1; FI3646297T5; SI3646297T1; HRP20230621T1; HUE062219T2; LT3646297T

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) in einem Wert- und/oder Sicherheitsdokument (3) umfassend die Schritte: Anregen des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) mittels eines elektrischen Anregungssignals (8); Erfassen einer von dem Sicherheitsmerkmal (2) emittierten Strahlung und Erzeugen eines Ausgangssignals (11); Auswerten des Ausgangssignals (11) und Ableiten einer Verifikationsentscheidung; und Ausgeben der Verifikationsentscheidung; wobei zusätzlich während des Anregens des Sicherheitselements (2) und/oder des Erfassens der emittierten Strahlung das Sicherheitselement (2) mit Lichtstrahlung (31) im UV-Wellenlängenbereich bestrahlt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verifizieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument.
Hintergrund der Erfindung
Im Bereich der Wert- und Sicherheitsdokumente kommen elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmale zum Einsatz. Hierbei werden beispielsweise Druckfarben und Zubereitungen mit elektrolumineszierenden Pigmenten verwendet, welche bei einer Anregung in einem statischen oder dynamischen elektrischen Feld eine Lumineszenz im sichtbaren und/oder nicht-sichtbaren Spektralbereich zeigen.
Derartige Sicherheitsmerkmale sind beispielsweise aus der WO 98/39163 und der WO 2004/108426 A2 bekannt. Die DE 10 2013 205 048 A1 beschreibt eine Vorrichtung und einer Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Sicherheitsdokuments, welches zumindest bei einer Anregungsfrequenz des elektrischen Feldes luminesziert.
Erfolgt eine dynamische Anregung eines solchen elektrolumineszierenden Pigments, beispielsweise mittels eines durch eine harmonische Anregung modulierten elektrischen Feldes, so zeigt das elektrolumineszierende Pigment eine charakteristische Lumineszenzantwort. Nur in den wenigsten Fällen handelt es sich bei einer solchen Lumineszenzantwort jedoch um ein Signal, welches sich allein als eine harmonische Welle beschreiben lässt. Vielmehr haben Analysen der nach dem Beginn einer Anregung ansteigenden Lumineszenzantwort gezeigt, dass eine exponentielle Abhängigkeit des Spitzenwertes der Lumineszenz zur elektrischen Feldkomponente vorliegt (D. Curie, Sur le mäcanisme de l'électroluminescence - II. Applications aux faits expérimentaux, J. Phys. Radium, 1953, 14 (12), pp- 672-686). In der Literatur ist für den Anstieg eine Exponentialfunktion aufgestellt. Die nach dem Abschalten der Anregung abfallende Lumineszenzantwort ist hingegen meist nur qualitativ, beispielsweise als hyperbolisch, beschrieben. In der Regel weist diese sehr starke nichtlineare Verläufe mit Nebenmaxima auf.
Die Auswertung einer solchen Lumineszenzantwort, also der Intensität einer Lumineszenz über die Zeit, findet im Stand der Technik über ein zeitliches Erfassen der Lumineszenz und eine spektrale Zerlegung der Lumineszenzantwort im Frequenzraum statt. Anschließend wird genau die harmonische Komponente ausgewertet, die üblicherweise der exponentiellen Abhängigkeit des Anstieges und des z.B. hyperbolischen Abklingens wegen die Lumineszenzantwort am meisten charakterisiert. Hierdurch entsteht eine bedingte Verknüpfung mit den Eigenschaften der Farbe des verwendeten elektrolumineszierenden Pigments, was dazu ausgenutzt werden kann, um das verwendete elektrolumineszierende Pigment zu identifizieren und auf diese Weise die Echtheit eines mit diesem elektrolumineszierenden Pigment versehenden Sicherheitsmerkmals zu verifizieren.
Die Erkennung der Eigenschaften der Lumineszenzantwort und damit des elektrolumineszierenden Pigments sind hierbei jedoch sehr ungenau, da mehrere Einflussfaktoren die Komponenten des Frequenzspektrums verändern können, ohne die Grundeigenschaft des elektrolumineszierenden Pigments hierbei zu modifizieren. Wenn sich äußere Bedingungen ändern, kann dieses zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Verifizierung des Sicherheitsmerkmals führen. Verifizieren soll hierbei ein Überprüfen der Echtheit eines solchen Sicherheitsmerkmals bedeuten.
Die Reproduzierbarkeit von Messungen an demselben Pigment ist eingeschränkt.
So kann es auch zu einer unsicheren Erkennung von echten gegenüber gefälschten (nicht-echten) elektrolumineszierenden Pigmenten kommen. Bei der Erkennung von echten Pigmenten kann es beispielsweise zu einer Fehlinterpretation kommen, das heißt ein echtes Pigment wird fälschlicherweise als nicht echt klassifiziert („false reject“). Außerdem ist eine Selektivität eingeschränkt, so dass eine Unterscheidung und Erkennung von weiteren in ihren Eigenschaften sehr ähnlichen elektrolumineszierenden Pigmenten mit der herkömmlichen Methode sehr schwierig oder nahezu unmöglich sind.
Ein technisches Problem besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument zu schaffen, bei denen das Überprüfen der Echtheit des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals verbessert ist.
Eine Verbesserung der Verifikation wird zum einen dadurch erreicht, dass der Verifikationsprozess nachrichtentechnisch betrachtet wird. Hierfür wird die Verifikationsmessung zunächst gedanklich in unterschiedliche Abschnitte unterteilt. Zum einen erfolgt bei der Verifikation eine Anregung mit einem elektrischen Feld. Dieses elektrische Feld bewirkt dann eine physikalische Reaktion des zu verifizierenden Sicherheitsmerkmals in Form einer Lumineszenzantwort, d.h. einer Emission von Elektrolumineszenz. Diese wird mit einer Messeinrichtung erfasst, welche ein Ausgangssignal bereitstellt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Lumineszenzantwort des Sicherheitsmerkmals einschließlich der Messapparatur, die die Elektrolumineszenz erfasst und in ein Ausgangssignal wandelt, als eine Signalübertragungsstrecke aufzufassen und durch eine charakteristische Funktion zu modellieren. Diese charakteristische Funktion, die im Wesentlichen von dem oder den Lumineszenzpigmenten sowie gegebenenfalls Substanzen, die zur Verstärkung eines elektrischen Feldes in das Sicherheitsmerkmal mit eingebracht sind, beeinflusst ist, stellt quasi eine Systemantwort auf eine elektrische Anregung des Sicherheitsmerkmals dar. In die charakteristische Funktion werden hierbei sämtliche Einflüsse sowohl des Sicherheitsmerkmals als auch der Messapparatur und Signalwandlung bis zum erzeugten Ausgangssignal zusammengefasst. Die charakteristische Funktion ist somit vorzugsweise eine Systemantwort auf eine beliebige standardisierte Anregung, beispielsweise eine Sprungantwort auf die Anregung. Im praktischen Fall ist anstelle einer Impulsantwort in der Regel die Antwort auf eine Sinuskuppenanregung des verwendeten elektrischen Felds besser aufzunehmen. Eine Sinuskuppe ist eine einzelne Halbwelle eines elektrischen Felds, dessen Feldstärke sich mathematisch beschrieben lässt durch: abs(sin(ωt)) im Intervall von 0 bis T/2, wobei ω die Kreisfrequenz der Sinusschwingung ist, T die Periondenlänge ist und abs() die Betragsfunktion ist.
Eine solche charakteristische Funktion kann aus Messungen und/oder numerischen Simulationen bestimmt werden.
Es hat sich gezeigt, dass es anhand des von der Messapparatur erfassten Ausgangssignals und der charakteristischen Funktion möglich ist festzustellen, ob das Ausgangssignal die für die verwendete Anregung erwartete Antwort des Sicherheitsmerkmals darstellt und somit verifiziert werden, ob ein echtes Sicherheitsmerkmal vorliegt.
Mit dieser Methode ist es möglich, die Anregung variabel zu gestalten, und Messungen auch ohne einen vollständig eingeschwungenen und stabilen Zustand auszuführen. Eine Information kann dann beispielsweise in Form von Symbolen übertragen werden.
Ein Symbol soll im Folgenden eine einzelne Zeicheneinheit zur Übertragung eines Informationsgehaltes bezeichnen. Ein Symbol weist eine bestimmte Symbolform auf. Insbesondere soll ein Symbol hier im Sinne der Nachrichtentechnik verstanden werden, wobei eine Übertragungseinheit zum Übermitteln von Daten Symbole mit einer bekannten Symbolübertragungsrate über einen Übertragungskanal schickt und eine Empfangseinheit diese Symbole erkennt und die übertragenen Daten rekonstruiert.
Bei Kenntnis der charakteristischen Funktion ist es nun möglich, die Anregung beispielsweise über ein Eingangssignal zu steuern, in welchem Informationen in Form von Symbolen gespeichert bzw. kodiert sind. Beim Verifizieren kann nun geprüft werden, ob in dem Ausgangssignal bzw. dem nach der Auswertung erhaltenen Signal Symbole erkannt werden können. Nicht in jedem Fall wird es notwendig sein, die Symbolfolge selbst zu ermitteln. Bereits eine Kenntnis der Symbolform ist ausreichend, um ermitteln zu können, ob eine Symbolfolge in dem ausgewerteten Ausgangssignal enthalten ist. Dieses allein reicht aus, um ein verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis gegenüber den klassischen Messmethoden im Stand der Technik zu erreichen und so die Selektivität bei der Verifikation deutlich zu steigern.
Wünschenswert ist es jedoch, dieses bereits verbesserte Verfahren hinsichtlich der Selektivität noch weiter zu steigern.
Diese technische Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kernidee der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass die Systemantwort eines Lumineszenzpigments bzw. eines Lumineszenzpigmente oder eine Lumineszenzpigmentmischung enthaltenden Sicherheitsmerkmals entscheidend von den Umgebungsbedingungen abhängt, unter denen das Lumineszenzpigment in dem Sicherheitsdokument oder Wertdokument ausgebildet ist. Nähert sich die elektrische Feldstärke der Anregung null, so vermuten die Erfinder, dass eine Reaktion auf das eigene durch Polarisation gebildete Feld stattfindet. Diese Reaktion ist weniger von der äußeren Feldstärke und mehr von der Fähigkeit des Sicherheitselements, bestehend aus einerseits dem Lumineszenzpigment bzw. der Lumineszenzpigmentmischung und andererseits dem umgebenden Material, abhängig, eine eigene Polarisation auszubilden. Die Elektrolumineszenzantwort ist somit entscheidend davon abhängig, welche Polarisationseigenschaften das Sicherheitsmerkmal im konkreten Fall aufweist. Materialien, die zusätzlich zu dem Lumineszenzpigment oder den Lumineszenzpigmenten einer Lumineszenzpigmentmischung in eine Sicherheitselement eingebracht sind, wie beispielsweise Verstärkermaterialien, und eine Elektrolumineszenzantwort des Lumineszenzpigments oder der Lumineszenzpigmente der Lumineszenzpigmentmischung steigern, beeinflussen diese Eigenschaft und somit die Lumineszenzantwort.
Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass ein entscheidender Effekt auf die Elektrolumineszenzantwort auch durch ein Einstrahlen von Lichtstrahlung auf das Sicherheitselement erreicht werden kann und dieser Effekt auch nachgewiesen werden und zur Ausbildung eines verbesserten Sicherheitsmerkmals, d.h. eines schwerer zu fälschenden Sicherheitsmerkmals, und zur Verbesserung der Verifikation über eine verbesserte Unterscheidbarkeit von Sicherheitselementen genutzt werden kann, die ohne Lichteinstrahlung eine gleiche oder ähnliche Lumineszenzantwort auf eine elektrische Anregung zeigen, jedoch bei zusätzlicher Lichtanregung eine voneinander unterscheidbare Lumineszenzantwort zeigen.
Bevorzugte Ausführungsformen
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- und/oder Sicherheitsdokument, umfassend die Schritte: Anregen des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals mittels eines elektrischen Anregungssignals; Erfassen einer von dem Sicherheitsmerkmal emittierten Lumineszenzstrahlung und Erzeugen eines Ausgangssignals; Auswerten des erfassen Ausgangssignals und Ableiten einer Verifikationsentscheidung und Ausgeben der Verifikationsentscheidung, wobei beim Auswerten des Ausgangssignals das Ausgangssignal mittels einer bereitgestellten charakteristischen Funktion transformiert wird und das transformierte Ausgangssignal unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation des Anregungssignals ausgewertet wird, wobei zusätzlich während des Anregens des Sicherheitselements und des Erfassens der emittierten Strahlung das Sicherheitselement zumindest zeitweise mit Lichtstrahlung im UV-Wellenlängenbereich bestrahlt wird.
Eine entsprechende Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- und/oder Sicherheitsdokument umfasst:

eine elektrische Anregungseinrichtung zum Anregen des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals mittels eines ein elektrisches Feld aufweisenden Anregungssignals;
eine Erfassungseinrichtung, welche derartig ausgebildet ist, eine von dem elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmal emittierte Elektrolumineszenz zu erfassen und daraus ein Ausgangssignal zu bilden;
eine Auswerteeinrichtung, welche derartig ausgebildet ist, das Anregungssignal mittels einer bereitgestellten charakteristischen Funktion zu transformieren, das transformierte Ausgangssignal unter Berücksichtigung zumindest einer Anregungssignalinformation des Anregungssignals auszuwerten, daraus eine Verifikationsentscheidung abzuleiten und die abgeleitete Verifikationsentscheidung auszugeben,
wobei eine Lichtquelle so angeordnet ist, dass eine Einstrahlung von Lichtstrahlung im UV-Wellenlängenbereich auf das Sicherheitsmerkmal während der Anregung mit dem elektrischen Feld des Anregungssignals und während des Erfassens der emittierten Elektrolumineszenz zumindest zeitweise ausführbar ist, um die emittierte Elektrolumineszenz zu beeinflussen.

Da sich bei zeitgleicher Einstrahlung der Lichtstrahlung die charakteristische Antwort, die durch das Anregungssignal ausgelöst wird, von der Antwort unterscheidet, die ohne Lichteinstrahlung bewirkt wird, ist eine verbesserte Selektion von Elektrolumineszenzsicherheitsmerkmalen möglich, da die veränderte Antwort ebenfalls ein Charakteristikum des Elektrolumineszenzsicherheitsmerkmals ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Sicherheitselement mit der Lichtstrahlung kontinuierlich während des Anregens und des Erfassens der emittierten Lumineszenzstrahlung bestrahlt. Bereits diese relativ einfache Ausführungsform bietet eine verbesserte Selektivität gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anregungssignal der elektrischen Anregung aus einem vorgegebenen, im Zeitbereich modulierten Eingangssignal abgeleitet wird. Hierdurch wird es möglich, bei der Auswertung zu prüfen, ob das aus dem Ausgangssignal mit Hilfe der charakteristischen Funktion ausgewertete Signal eine Information enthält, die in dem Eingangssignal über dessen zeitliche Modulierung kodiert ist. Hierdurch wird eine verbesserte und zuverlässigere Auswertung möglich.
Zum Kodieren des Eingangssignals kann beispielsweise ein Rechteckpuls als Symbolform verwendet werden, das mit einem sinusförmigen Träger multipliziert wird. Ebenfalls möglich ist eine Halbwelle einer Sinusfunktion. Das Eingangssignal kann also auch nur aus der Symbolform bestehen.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Eingangssignalinformation eine Symbolform ist, welche zum Kodieren einer Information im Eingangssignal verwendet wird. Die Kenntnis der Symbolform erlaubt dann eine Demodulation des transformierten Ausgangssignals und eine Rekonstruktion der kodierten Information.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtstrahlung zur Bestrahlung des Sicherheitsmerkmals während des Anregens und des Erfassens der emittierten Lumineszenzstrahlung gemäß einem Intensitätsmuster intensitätsmoduliert wird. Die Intensitätsmodulation kann in einer einfachen Form ein Ein- und Ausschalten der Lichtstrahlung sein. In anderen Ausführungsformen kann jedoch auch die Intensität des eingestrahlten Lichts zwischen null und einem Maximalwert beliebig oder stufenweise für bestimmte Zeitabschnitte variiert werden. Die Variation kann hierbei unstetig, d.h. stufenweise, oder stetig oder in einer Kombination aus stetigen und stufenartigen Modulationsänderungen bestehen. In der Regel wird die Modulation jedoch über eine Sinuskuppenanregung oder ein mit der Anregung übertragenes Symbol konstant gehalten und für unterschiedliche zeitlich nacheinander ausgeführte Sinuskuppenanregungen oder Symbole moduliert. Das heißt, die Parameter werden für einzelne Sinuskuppenanregungen oder Symbole verändert und somit eine Modulation ausgeführt. Die unterschiedlichen Systemantworten bei unterschiedlichen Strahlungsintensitäten ermöglichen es, die Selektivität zwischen unterschiedlichen Pigmenten weiter zu steigern.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht somit vor, dass eine Steuereinrichtung die Einstrahlung der Lichtstrahlung gemäß einem vorgegebenen Intensitätsmuster steuert.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die zur Auswertung verwendete charakteristische Funktion angepasst an das jeweils verwendete Intensitätsmuster gewählt und zur Auswertung verwendet wird. Eine entsprechende Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinrichtung zusätzlich mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist, sodass die zur Auswertung des Ausgangssignals verwendete charakteristische Funktion jeweils an die Lichteinstrahlung angepasst ist.
Das Auswerten des erfassten Ausgangssignals umfasst vorzugsweise ein Transformieren mit der mindestens einen charakteristischen Funktion, wobei die charakteristische Funktion eine Standardantwort eines echten zu verifizierenden Pigments oder Sicherheitsmerkmals jeweils einschließlich der Messanordnung auf eine standardisierte elektrische Anregung beschreibt. Bei dieser standardisierten Anregung handelt es sich vorzugsweise um eine Sinuskuppenanregung. Der Begriff Sinuskuppe wird verwendet, da das Ergebnis der Lumineszenzstrahlung unabhängig von der konkreten Polarität des elektrischen Feldes, d.h. dessen Vorzeichen, ist. Die charakteristische Funktion für ein Sicherheitsmerkmal oder ein Lumineszenzpigment im unbestrahlten Zustand, in dem das Sicherheitsmerkmal oder das Lumineszenzpigment nicht mit Lichtstrahlung bestrahlt werden, ist von der charakteristischen Funktion desselben Sicherheitsmerkmals oder Lumineszenzpigments im bestrahlten Zustand verschieden, in dem das Sicherheitsmerkmal oder das Lumineszenzpigment mit Lichtstrahlung bestrahlt werden.
Das transformierte Ausgangssignal wird vorzugsweise demoduliert, um festzustellen, ob das ausgewertete Signal einer echten Sicherheitselementantwort auf die entsprechende Anregung entspricht.
Wichtig ist anzumerken, dass die mit dem oder den übertragenden Symbolen kodierte Information nicht notwendigerweise ermittelt und ausgewertet werden muss. In einigen Ausführungsformen reicht es, eine Kenntnis der Symbolform zu nutzen, um festzustellen, dass die Symbolübertragung durch das vermessene Pigment der Übertragung durch ein echtes Referenzpigment entspricht.
Beispielsweise kann über eine Bestimmung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses im transformierten Ausgangssignal dann eine Verifikationsentscheidung abgeleitet werden. So wird das Sicherheitsmerkmal beispielsweise für echt befunden, wenn ein bestimmter Schwellwert des Signal-zu-Rauschverhältnisses erreicht oder überschritten ist.
Ein weiteres alternatives Verfahren zur Demodulation ist beispielsweise die Verwendung eines „Integrate and Dump“-Filters. Hierbei wird ein diskretes Anregungssignal oder Eingangssignal für eine bestimmte Anzahl von Abtastwerten bzw. für ein vorgegebenes Zeitfenster für jeden Schritt kumulativ aufsummiert („Integrate“). Nach Ablauf der bestimmten Anzahl von Abtastwerten wird die Summe wieder auf Null gesetzt („Dump“) und erneut mit dem kumulativen Aufsummieren begonnen. Anschließend kann beispielsweise mittels einer Schwellwerterkennung die in der Anregung kodierte Information zurückgewonnen werden. Dieses Verfahren kann in der Regel verwendet werden, wenn eine Symbolform der Anregung eine einfache Rechteckpulsform aufweist.
Ein weiteres alternatives Verfahren nutzt ein Kalman-Filter, das zu jedem Zeitpunkt des abgetasteten Lumineszenzsignals die Systemantwort ermittelt und dann trotz Rauschen die Systemantwort ermittelt. Vorzugsweise wird ein sogenanntes Extended Kalman-Filter genutzt, d.h. ein nicht lineares Kalman-Filter. Hier ist es sehr wichtig, die oben genannte Messkette vollständig zu erfassen, da die tatsächliche Eingangsfunktion des Kalman-Filters, das Anregungssignal des Lumineszenzstoffes ist. Nur bei korrekter Kenntnis des Anregungssignals ist die Systemantwort zu erfassen.
Es kann daher vorgesehen sein, das durch das Eingangssignal vorgegebene tatsächliche Anregungssignal mittels einer Probe zu vermessen. Mit einer solchen Probe, die möglichst unter den Umgebungsbedingungen misst, unter denen die Lumineszenzpigmente in einem echten Sicherheitsdokument integriert sind, kann eine sogenannte Feedback-Schaltung realisiert werden, die das Eingangssignal oder das elektrische Anregungssignal anpasst, so dass die tatsächliche Anregung der gewünschten Anregung (einer gewünschten Symbolform oder dem gewünschten Symbol des Eingangssignals) entspricht.
Der Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass kleine Nichtlinearitäten aufgrund der Integration und zeitlich längeren Erfassung, insbesondere beim Einsatz des Kalman-Filters, die Auswertung kaum beeinflussen und spektrale Verschiebungen im Frequenzbereich des Ausgangssignals im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr zu einem großen Fehler beim Auswerten und Verifizieren führen. Ferner muss auch der Gleichanteil des Ausgangssignals nicht gesondert betrachtet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Phasenlage nicht mehr notwendigerweise erkannt werden muss (ein sogenanntes phase recovery ist nicht notwendig) und das maximal mögliche Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht wird.
Insbesondere ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der lumineszierende Effekt des Sicherheitsmerkmals als für kurze Zeit lineares zeitinvariantes System (engl. linear time-invariant, LTI) modelliert wird. Das heißt, es wird in erster Näherung angenommen, dass das Verhalten des elektrolumineszierenden Effekts sowohl die Eigenschaft der Linearität aufweist als auch unabhängig von zeitlichen Verschiebungen ist. Dies vereinfacht die Transformationsgleichungen und ermöglicht somit eine besonders effiziente Weiterverarbeitung des Ausgangssignals.
Insbesondere ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass beim Auswerten zum Ableiten der Verifikationsentscheidung in der Auswerteeinrichtung eine Korrelation des transformierten Ausgangssignals mit zumindest einem Teil des Eingangssignals oder Anregungssignals durchgeführt wird, wobei das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal für echt befunden wird, wenn eine Korrelationsfunktion zu einem vorgegebenen Zeitpunkt oder in einem vorgegebenen Zeitbereich einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet. Es wird somit eine Kreuzkorrelation des transformierten Ausgangssignals mit zumindest einem Teil des Eingangssignals oder Anregungssignal durchgeführt. Dieser Teil des Eingangssignals oder Anregungssignals kann insbesondere eine in dem Eingangssignal oder Anregungssignal verwendete Symbolform sein.
Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Schwellwert für mehrere vorgegebene Zeitpunkte oder mehrere vorgegebene Zeitbereiche überschritten sein muss, damit das Sicherheitsmerkmal für echt befunden wird. Ist der vorgegebene Schwellwert oder sind die vorgegebenen Schwellwerte hingegen nicht überschritten, wird das Sicherheitsmerkmal für nicht echt befunden.
Die charakteristische Funktion kann insbesondere aus einem Referenzsicherheitsmerkmal, welches als echt bekannt ist, abgeleitet sein. Deshalb ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die charakteristische Funktion mittels einer Kalibrierungsmessung bestimmt wird, wobei ein elektrolumineszierendes Referenzsicherheitsmerkmal angeregt wird und dessen Lumineszenz als Referenzausgangssignal erfasst und auswertet wird. Um die charakteristische Funktion abzuleiten wird somit eine Kalibrierungsmessung durchgeführt, welche (wie das Verifikationsverfahren selber) ein Anregen des Referenzsicherheitsmerkmals durch ein vorgegebenes Eingangssignal oder Anregungssignal mittels eines elektrischen Feldes durch eine Anregungseinrichtung, ein Erfassen einer von dem Referenzsicherheitsmerkmal emittierten Lumineszenz und ein Wandeln der erfassten Lumineszenz in ein Referenzausgangssignal durch eine Erfassungseinrichtung umfasst. Aus dem Referenzausgangssignal und dem vorgegebenen Eingangssignal oder Anregungssignal wird dann die charakteristische Funktion abgeleitet.
Insbesondere ist hierzu in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die charakteristische Funktion die Inverse einer Übertragungsfunktion des elektrolumineszierenden Referenzsicherheitsmerkmals ist, wobei der elektrolumineszierende Effekt des Sicherheitsmerkmals und des Referenzsicherheitsmerkmals als lineares zeitinvariantes System aufgefasst wird.
In der Regel kann die Inverse der Übertragungsfunktionen nicht analytisch bestimmt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass die Inverse der Übertragungsfunktion mittels numerischer Verfahren berechnet wird. Dies kann beispielsweise mittels der Matlab-Funktion „fmincon()“ (z.B. in Matlab® Version 2016a, einer Software der Firma The MathWorks, Inc. in Natick, Massachusetts, USA) durchgeführt werden.
Die charakteristische Funktion ist jeweils für eine bestimmte Lichteinstrahlung zu ermitteln. Sollen zur Verifikation unterschiedliche Lichteinstrahlungen verwendet werden, so ist für jede der zu verwendenden Lichteinstrahlungen eine charakteristische Funktion zu ermitteln.
Beim Durchführen des Verfahrens kann es vorkommen, dass die experimentellen Bedingungen, die die elektrische Anregung der Elektrolumineszenz betreffen, beispielsweise mechanische oder elektrostatische Bedingungen, an oder in der Vorrichtung über die Zeit nicht konstant sind und somit von Messung zu Messung variieren. Ebenfalls kann eine nicht-optimale oder zwischen einzelnen Messungen abweichende Bedienung durch einen Benutzer zu einer Varianz der Bedingungen an der Vorrichtung führen. Es hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, wenn Änderungen der Bedingungen an oder in der Vorrichtung beim Auswerten berücksichtigt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass das Transformieren des Ausgangssignals eine Entfaltung mit einer Anpassungsfunktion umfasst. Die Anpassungsfunktion bildet die Einflüsse der Vorrichtung und die Bedingungen während einer Messung (Anregen und Erfassen der Elektrolumineszenz) ab. Insbesondere können diese Bedingungen beispielsweise eine für die Anregung der Elektrolumineszenz verwendete tatsächlich anliegende Spannung oder ein tatsächlicher Abstand der Elektroden der Anregungseinrichtung sein. Ausgenommen hiervon sind Veränderungen bei der Lichteinstrahlung. Diese können durch die Anregungsfunktion nicht ausgeglichen werden, da diese nicht die elektrische Anregung und die Antwort des Sicherheitsmerkmals dynamisch anpassen. Vielmehr bewirken Veränderungen der Lichteinstrahlung eine grundsätzliche Veränderung der charakteristischen Funktion des Sicherheitsmerkmals.
In manchen Situationen handelt es sich hierbei insbesondere um parametrierbare Abweichungen, welche schätzbar und/oder messbar sind. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anpassungsfunktion auf Grundlage von messbaren Parametern von einer Schätzeinrichtung geschätzt wird. So kann beispielsweise eine tatsächlich an Elektroden (Kondensatorplatten) der Anregungseinrichtung vorliegende elektrische Spannung bestimmt werden. Ein tatsächlich vorliegender Abstand der Elektroden der Anregungseinrichtung kann ebenfalls durch geeignete Mittel bestimmt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine durch Vibration der Vorrichtung hervorgerufene Oberwelle der Anregung, welche durch eine der Vibration folgende Veränderung des Plattenabstands in dem elektrischen Feld hervorgerufen wird, berücksichtigt werden. Aus den messbaren oder bestimmbaren Parametern wird dann die Anpassungsfunktion von der Schätzeinrichtung geschätzt, beispielsweise indem eine durch eine Vibration hervorgerufene Oberwelle im elektrischen Feld geschätzt wird. Ferner kann auch ein mechanischer Plattenabstand bei verschiedenen gleichartigen Vorrichtungen unterschiedlich sein und die vorliegende elektrische Spannung kann von der Nominalspannung abweichen, so dass für jede Vorrichtung die Anpassungsfunktion individuell bestimmt oder geschätzt werden muss.
Auch eine Temperatur und allgemeine Umgebungsbedingungen können beim Schätzen berücksichtigt werden.
Das Eingangssignal oder Anregungssignal beziehen sich jeweils auf die elektrische Anregung. Die Lichteinstrahlung ist hiervon getrennt zu betrachten.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Entfaltung mittels eines Kalman-Filters vorgenommen wird. Hierbei kann beispielsweise eine sogenannte Verstärkermatrix berechnet werden.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das vorgegebene Eingangssignal oder Anregungssignal auf Grundlage eines anderen in, an oder auf dem Sicherheitsdokument ausgebildeten Sicherheitsmerkmal bereitgestellt oder ausgewählt wird. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass vor einem Verifizieren gemäß des beschriebenen Verfahrens ein anderes Sicherheitsmerkmal überprüft wird und auf Grundlage des Überprüfungsergebnisses des anderen Sicherheitsmerkmals oder einer in dem anderen Sicherheitsmerkmal ausgebildeten Information eine Auswahl des vorbestimmten Eingangssignals oder Anregungssignals getroffen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Sicherheit des Sicherheitsmerkmals weiter erhöht werden kann, indem eine Verschränkung und/oder Plausibilisierung des Sicherheitsmerkmals mit dem anderen Sicherheitsmerkmal stattfindet. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass auf Grundlage des anderen in, an oder auf dem Sicherheitsdokument ausgebildeten Sicherheitsmerkmals eine charakteristische Funktion für das Transformieren ausgewählt wird.
Teile der Vorrichtung können auch einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
Allgemein bleibt festzustellen, dass eine Herausforderung bei der Analyse von Lumineszenzsignalen darin besteht, dass einerseits für eine ausreichende Leistung der Lumineszenzsignale eine harmonische oder wiederholt gepulste Anregung sehr vorteilhaft sind, andererseits die Impuls-, Sprung-, oder Sinuskuppenantwort zeitlich deutlich länger dauert als ein Anregungszyklus. Somit entsteht im Lumineszenzsignal in der Sprache der Nachrichtentechnik eine sogenannte Intersymbolinterferenz, die das Lumineszenzsignal deutlich unterschiedlich zu einer Impulsantwort eines Symbols aussehen lässt. Die charakteristische tatsächliche Entropie des Pigments, insbesondere bei Vergleichsmessungen und Vergleichen mit anderen Pigmenten oder der Literatur muss aber wieder auf eine Standardantwort oder Standardreaktion auf eine Anregung zurückzuführen sein, wie die Impuls- oder Sprungantwort oder Sinuskuppenantwort. Auch die zusätzliche Lichteinstrahlung ändert an der grundsätzlichen Schwierigkeit, der sogenannten Intersymbolinterferenz nichts. Auch wenn die Impuls-, Sprung-, oder Sinuskuppenantwort auf eine elektrische Anregung bei Lichteinstrahlung verändert ist. Ausgehend von dieser Überlegung wurde die hier beschriebene Lösung aufgefunden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument unter Verwendung einer Anpassungsfunktion;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument;
4 ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Kalibrierungsmessung;
5 ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals 2 in einem Wert- oder Sicherheitsdokument 3 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Anregungseinrichtung 4, eine Erfassungseinrichtung 5 und eine Auswerteeinrichtung 6.
Das Wert- oder Sicherheitsdokument 3 ist zwischen zwei Elektroden 7 der Anregungseinrichtung 4 positioniert. Das sich auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 3 befindende elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal 2 wird mittels eines elektrischen Feldes durch ein vorgegebenes Anregungssignal 8 zur Lumineszenz 9 angeregt. Das vorgegebene Anregungssignal 8 wird beispielsweise von einer Modulationseinrichtung 10 an den Elektroden 7 bereitgestellt. Die Modulation wird beispielsweise durch ein vorgegebenes Eingangssignal 27 festgelegt.
Die von dem angeregten elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmal 2 emittierte Elektrolumineszenz 9 wird von der Erfassungseinrichtung 5 erfasst. Die Erfassungseinrichtung 5 kann beispielsweise ein Spektrometer mit einer nachgeschalteten CCD-Zeile sein, welche ein zeitaufgelöstes Erfassen für einen entsprechenden Teil des elektromagnetischen Spektrums erlaubt. Ebenfalls möglich ist es, die Elektrolumineszenz 9 mittels einer Photodiode zeitaufgelöst zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 5 leitet aus der erfassten Elektrolumineszenz 9 ein Ausgangssignal 11 ab und leitet dieses an die Auswerteeinrichtung 6 weiter. Ferner kann auch ein anderer zeitaufgelöst messender Detektor verwendet werden.
Insbesondere kann nach dem Erfassen eine Analog-Digital-Wandlung vorgesehen sein, so dass das Ausgangssignal 11 in digitaler Form bereitgestellt werden kann, beispielsweise als Datenstrom oder Datensatz.
Die Auswerteeinrichtung 6 transformiert das Ausgangssignal 11 in einem Transformationsmodul 13 mittels einer charakteristischen Funktion 12. Eine solche Transformation kann insbesondere eine Entfaltung des Ausgangssignals 11 mit der charakteristischen Funktion 12 sein.
Das transformierte Ausgangssignal 14 wird an ein Demodulatormodul 15 weitergeleitet und dort demoduliert. Hierbei wird eine Eingangssignalinformation 16 des Anregungssignals 8 oder des Eingangssignals 27 berücksichtigt. Eine solche Eingangssignalinformation ist beispielsweise eine Symbolform von Symbolen, welche zur Erzeugung des Eingangssignals 8 verwendet werden. Die Demodulation kann beispielsweise unter Verwendung eines Optimalfilters (Matched filter), welcher auf die Symbolform abgestimmt ist, durchgeführt werden.
Anschließend wird in einem Verifizierungsmodul 17 eine Verifikationsentscheidung 18 abgeleitet, welche dann ausgegeben wird. Die Verifikationsentscheidung kann beispielsweise anhand eines vorgegebenen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses getroffen werden. Überschreitet das Signal-zu-Rausch-Verhältnis einen bestimmten Schwellwert, so wird das Sicherheitsmerkmal 2 für echt befunden, ist der Schwellwert hingegen nicht überschritten, so wird das Sicherheitsmerkmal 2 für nicht echt befunden.
Um die Selektivität des Verifikationsverfahrens zu steigern, d.h. unterschiedliche Sicherheitsmerkmale mit verschiedenen Elektrolumineszenzpigmenten oder Elktrolumineszenzpigmentmischungen, sowie zusätzlich mögliche Parameter der Umgebungsbedingungen eines Sicherheitsmerkmals wie zugefügte Verstärkermittel unterscheiden zu können, weist die beschriebene Vorrichtung 1 zusätzlich eine Lichtquelle 30 auf, mit der zeitgleich zur elektrischen Anregung und dem Erfassen der Elektrolumineszenz Lichtstrahlung 31 auf das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal 2 eingestrahlt wird. Die Lichtquelle ist so beschaffen, dass die Lichtstrahlung 31 Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ist. Dies bedeutet, dass die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts im Bereich zwischen 100 nm und etwa 380 nm liegt. Dieser Wellenlängenbereich ist für den Menschen nicht erfassbar und liegt jenseits des wahrnehmbaren Spektrums und schließt sich somit auf der hochenergetischen Seite an das sichtbare Spektrum des Lichts an.
Durch die Lichteinstrahlung 31 mit Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich wird das Elektroluminseszenzpigmentmaterial oder die unmittelbare Umgebung der Elektrolumineszenzpigmente ähnlich wie bei einer Polarisierung verändert, sodass sich die Antwort des Elektrolumineszenzpigments oder der Elektrolumineszenzpigmente auf die elektrische Anregung ändert. Die Auswertung wird somit mit einer charakteristischen Funktion 12 vorgenommen, die an die vorgenommene Lichteinstrahlung 31 und das zu verifizierende Sicherheitsmerkmal angepasst ist.
Eine möglicherweise auftretende Photolumineszenz verändert nur das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Messung oder Auswertung, ist jedoch nicht ursächlich für die in der Regel grundlegende Veränderung der charakteristischen Funktion des Sicherheitselements. Die Photolumineszenz ist während der dynamischen Änderung des Anregungssignals aufgrund der kontinuierlichen Lichteinstrahlung konstant und nicht von der elektrischen Anregung abhängig.
Bei einer einfachen Ausführungsform findet die Lichteinstrahlung 31 kontinuierlich während des Anregens der Elektrolumineszenz 9 und des Erfassens der Elektrolumineszenz 9 statt. In diesem Fall wird für die Auswertung nur die charakteristische Funktion benötigt, die mit dem entsprechenden elektrolumineszierenden Pigment bzw. der Pigmentmischung des Sicherheitsmerkmals 2 und der entsprechenden Lichteinstrahlung 31 korrespondiert.
Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Lichteinstrahlung 31 gemäß einem Intensitätsmuster vorgenommen wird. Um die Lichteinstrahlung zu steuern, ist daher eine Steuereinrichtung 35 vorgesehen. Diese steuert die Intensität der Lichtquelle und hierüber der Lichteinstrahlung 31. Im einfachen Fall wird beispielsweise die Lichtquelle im zeitlichen Verlauf ein- und ausgeschaltet. Um die durch die Lichteinstrahlung 31 bewirkte Änderung der Systemantwort des Sicherheitsmerkmals 2 auf die elektrische Anregung des Anregungssignals 8 zu berücksichtigen, ist die Steuereinrichtung 35 mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden, sodass diese angepasst an die Lichteinstrahlung 31 die entsprechend angepasste charakteristische Funktion für die Auswertung heranziehen kann.
Zur Verifikation kann somit bei einigen Ausführungsformen sowohl das Elektrolumineszenzverhalten ohne Lichteinstrahlung als auch mit vorgegebener Lichteinstrahlung 31 berücksichtigt werden. Dieses steigert die Selektivität des Verfahrens deutlich.
Es kann vorgesehen sein, dass vor einer Überprüfung des Wert- oder Sicherheitsdokuments 3 eine charakteristische Funktion 12 oder entsprechend die charakteristischen Funktionen 12 für unterschiedliche Licht ein Strahlungen zu einem Sicherheitsmerkmal 2 ausgewählt werden müssen. Hierbei ist es sowohl möglich, dass die Auswahl manuell durch einen Bediener getroffen wird, als auch, dass die Auswahl automatisch anhand anderer Kriterien getroffen wird, beispielsweise weil der Typ des Wert- oder Sicherheitsdokuments 3 bekannt ist und zu diesem Typ eine korrespondierende charakteristische Funktion 12 oder entsprechend charakteristische Funktionen gehören. Andererseits ist es auch möglich, nacheinander mehrere unterschiedliche charakteristische Funktionen 12 für verschiedene Sicherheitsmerkmale der Lumineszenzpigmente mit und ohne Lichteinstrahlung beim Verifizieren des Sicherheitsmerkmals 2 zu verwenden. So lassen sich sowohl ein Typ von Sicherheitsmerkmal 2 bzw. ein Typ von Wert- oder Sicherheitsdokument 3, beispielsweise Banknoten unterschiedlicher Denomination, identifizieren als auch deren Echtheit feststellen. In der Regel werden die charakteristischen Funktionen, die mit einem Sicherheitsmerkmal korrespondieren und für unterschiedliche Lichteinstrahlungen die Normantwort auf eine standardisierte elektrische Anregung darstellen, zu einer Gruppe von charakteristischen Funktionen zusammengefasst. Soll ein Sicherheitsdokument 3 auf das Vorhandensein von 3 verschiedenen ausgebildeten Sicherheitsmerkmalen untersucht werden, werden somit 3 Gruppen von charakteristischen Funktionen ausgewählt und für eine Verifikation herangezogen.
Mit einem Signal, in dem die Verifikationsentscheidung kodiert ist, können andere Einrichtungen, z.B. eine Sortiermaschine oder Zugangssperren, wie Schlösser, Schranken, Sicherheitsschleusen etc., angesteuert werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 entspricht dabei der in der 1 gezeigten Vorrichtung 1, wobei gleiche Bezugszeichen auch gleiche Merkmale bezeichnen. Zusätzlich weist die Auswerteeinrichtung 6 in dieser Ausführungsform ein Entfaltungsmodul 20 auf, welches das transformierte Ausgangssignal 14 mittels einer Anpassungsfunktion 21 entfaltet. Diese Anpassungsfunktion 21 kann beispielsweise aus messbaren oder bestimmbaren Parametern 22 von einer Schätzeinrichtung 23 geschätzt und bereitgestellt werden. Die Anpassungsfunktion 21 bildet hierbei die konkreten Bedingungen ab, unter denen die Lumineszenz angeregt und erfasst wird. Diese Bedingungen können von Messung zu Messung unterschiedlich sein und können sowohl von einem aktuellen Zustand (z.B. Temperatur, Vibration etc.) der Vorrichtung 1 als auch von einer Varianz in der Bedienung durch unterschiedliche oder denselben Bediener abhängen. Die Anpassungsfunktion kann somit zur Berücksichtigung einer auftretenden Verzerrung und/oder Entzerrung verwendet werden. Nach dem Entfalten mittels der Anpassungsfunktion 21 wird das entfaltete transformierte Ausgangssignal 24 an das Demodulationsmodul 15 weitergeleitet und, wie bereits oben (siehe 1) beschrieben, ausgewertet.
In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument gezeigt. Das Verfahren wird beispielsweise von einem Bediener, einer automatischen Einrichtung oder einem bereitgestellten Startsignal gestartet. Nach dem Start 100 des Verfahrens wird das Wert- oder Sicherheitsdokument mit dem elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmal zwischen die Elektroden der Vorrichtung gelegt (siehe schematische Darstellung in 1).
In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal dann mittels eines elektrischen Feldes durch eine Anregungseinrichtung angeregt. Hierbei wird das elektrische Feld durch ein vorgegebenes Eingangssignal moduliert. Durch die Anregung wird das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal in einen angeregten Zustand versetzt. Beim Relaxieren aus diesem angeregten Zustand emittiert das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal elektromagnetische Strahlung (Lumineszenz).
Im nächsten Verfahrensschritt 102 wird die emittierte Lumineszenz zeitaufgelöst von einer Erfassungseinrichtung erfasst. Die Erfassungseinrichtung kann beispielsweise einen Photodetektor mit einem oder ohne einen davor geschalteten Monochromator aufweisen. Ebenfalls kann auch eine Photodiode oder ein Charged Coupled Devide (CCD) als lichtempfindliches Element verwendet werden.
Zeitgleich zur elektrischen Anregung 101 und dem Erfassen der Elektrolumineszenz wird Lichtstrahlung im UV-Wellenlängenbereich auf das Sicherheitsmerkmal gestrahlt 110. Die erfasste Lumineszenz wird anschließend in der Erfassungseinrichtung in ein Ausgangssignal gewandelt 103. Insbesondere kann hierbei eine Analog/Digital-Wandlung vorgesehen sein, so dass nach der Wandlung ein digitales Signal in Form eines Datenstromes oder Datensatzes als Ausgangssignal zur Verfügung steht.
Bei einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ausgangssignal in einem zusätzlichen Verfahrensschritt 104 gefiltert wird. Hier kann beispielsweise ein Tiefpass oder ein Bandpass dafür sorgen, dass ein Rauschanteil reduziert wird oder nicht relevante Frequenzbereiche entfernt werden, um beispielsweise zusätzlich einen numerischen Rechenaufwand zu reduzieren. Das Filtern ist hierbei ferner sowohl vor wie auch nach einer A/D-Wandlung möglich. Ein Filter ist dann entsprechend analog oder digital ausgebildet.
Das Ausgangssignal wird im Verfahrensschritt 105 mittels einer charakteristischen Funktion transformiert. Die charakteristische Funktion ist insbesondere eine Inverse der Übertragungsfunktion eines Referenzsicherheitsmerkmals, von dem bekannt ist, dass es echt ist, wobei die charakteristische Funktion an die Lichteinstrahlung angepasst ist. Die Übertragungsfunktion bzw. die Inverse der Übertragungsfunktion ist zuvor mittels einer Kalibrierungsmessung und numerischer Verfahren bestimmt worden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Transformieren des Ausgangssignals numerisch mittels entsprechender Rechenoperationen erfolgt, beispielsweise durch Ausführen eines entsprechenden Programmcodes auf einem hierfür ausgebildeten Mikrocontroller oder Mikroprozessor. Auch sämtliche nachfolgende Verfahrensschritte, bei denen das Ausgangssignal weiterverarbeitet wird, können insbesondere numerisch durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Transformieren des Ausgangssignals ein Entfalten des Ausgangssignals bzw. des mit der charakteristischen Funktion transformierten Ausgangssignals mit einer Anpassungsfunktion umfasst. Idealerweise wird die Anpassungsfunktion hierbei aus messbaren Parametern der Vorrichtung bestimmt bzw. berechnet. Diese messbaren Parameter können beispielsweise eine Temperatur, eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden der Anregungseinrichtung oder ein Abstand der Elektroden der Anregungseinrichtung sein. Durch Entfaltung mit der Anpassungsfunktion können äußere Einflüsse, welche durch die Messbedingungen an, in der Nähe von oder in der Vorrichtung hervorgerufen werden, in dem Ausgangssignal beseitigt oder zumindest vermindert werden.
Das transformierte Ausgangssignal wird im nächsten Verfahrensschritt 107 ausgewertet. Insbesondere erfolgt dabei eine Demodulation. Hierbei wird auch eine Eingangssignalinformation berücksichtigt. Eine solche Eingangssignalinformation kann beispielsweise eine bei der Kodierung des Eingangssignals verwendete Symbolform sein. Das Auswerten kann zusätzlich ein weiteres Filtern umfassen, beispielsweise mittels eines Optimalfilters (Matched Filter), welches auf das Eingangssignal bzw. die in dem Eingangssignal verwendete Symbolform abgestimmt ist.
Beim Auswerten können gängige Verfahren der Demodulation zum Einsatz kommen, beispielsweise eine Kreuzkorrelation, „Integrate and Dump“ oder „Sample and Hold“ etc.
Beim „Integrate and Dump“-Filter wird ein diskretes Eingangssignal für eine bestimmte Anzahl von Abtastwerten bzw. für ein vorgegebenes Zeitfenster für jeden Schritt kumulativ aufsummiert („Integrate“). Nach Ablauf der bestimmten Anzahl von Samples wird die Summe wieder auf Null gesetzt („Dump“) und erneut mit dem kumulativen Aufsummieren begonnen. Anschließend kann beispielsweise mittels einer Schwellwerterkennung die in der Anregung kodierte Information zurückgewonnen werden.
Andere Ausführungsformen sehen die Verwendung eines Kalman-Filters vor.
In einem Verfahrensschritt 108 wird aus dem demodulierten Ausgangssignal eine Verifikationsentscheidung abgeleitet. Hierbei kann beispielsweise ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis bestimmt und ausgewertet werden, wobei das Signal-zu-Rauschverhältnis einen bestimmten Schwellwert überschreiten muss, damit das zu verifizierende Sicherheitsmerkmal für echt befunden wird.
Ferner kann das demodulierte Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen werden. Hierbei können Korrelationen mit dem Eingangssignal oder einem Teil des Eingangssignals durchgeführt werden, wobei das Korrelationsergebnis (Korrelationsfaktor) einen bestimmten Schwellwert überschreiten muss, damit das Sicherheitsmerkmal für echt befunden wird.
Wird die Lichteinstrahlung nicht kontinuierlich während des Anregens und Erfassens der Lumineszenzstrahlung vorgenommen, sondern eine Variation der eingestrahlten Lichtintensität beispielsweise gemäß einem Intensitätsmuster im zeitlichen Verlauf vorgenommen, so werden die Verfahrensschritte 101 bis 108, einschließlich des Verfahrensschritts 110, sofern eine Lichteinstrahlung stattfindet, mehrfach, d.h. für jede gewählte Intensität, ausgeführt. Aus der Mehrzahl der so ausgeführten Auswertungen wird dann die Verifikationsentscheidung getroffen, die dann beispielsweise zur Steuerung einer Einrichtung 109 verwendet wird.
Die abgeleitete Verifikationsentscheidung wird anschließend als analoges oder digitales Signal ausgegeben, beispielsweise an einer hierfür ausgebildeten Schnittstelle oder an einer hierfür ausgebildeten Anzeigeeinrichtung. Ein auf Grundlage der abgeleiteten Verifikationsentscheidung erzeugtes Signal kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine weitere Einrichtung zu steuern, beispielsweise eine Sortiermaschine oder Zugangssperren, wie Schlösser, Schranken, Sicherheitsschleusen etc. 109.
Anschließend ist das Verfahren beendet 111.
In Weiterbildungen des Verfahrens kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die zu verwendende charakteristische Funktion ausgewählt werden muss bzw. die charakteristischen Funktionen ausgewählt werden müssen, wenn die Lichteinstrahlung variiert wird. Die Auswahl kann hierbei sowohl manuell als auch automatisch erfolgen, beispielsweise auf Grundlage eines Typs des Sicherheitsmerkmals bzw. des Wert- oder Sicherheitsdokuments. Je nach Typ des Sicherheitsmerkmals wird dann eine zugehörige charakteristische Funktion bzw. werden zugehörige charakteristische Funktionen verwendet. Die verschiedenen charakteristischen Funktionen für unterschiedliche Sicherheitsmerkmale können hierbei beispielsweise in einem Speicher hinterlegt sein und bei Bedarf aus diesem abgerufen und bereitgestellt werden.
In 4 ist ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Kalibrierungsmessung 40 gezeigt. Bei der Kalibrierungsmessung 40 wird ein Referenzsicherheitsmerkmal 42 mittels eines bekannten Eingangssignals 41 angeregt. Von dem Referenzsicherheitsmerkmal 42 ist bekannt, dass es echt ist. Seine Übertragungsfunktion 43 ist hingegen nicht bekannt, es wird jedoch angenommen, dass das elektrolumineszierende Pigment des Referenzsicherheitsmerkmals 42 sich als ein linear zeitinvariantes System (engl. linear time invariant, LTI) verhält und beschreiben lässt. Somit wird die Übertragungsfunktion 43 des Referenzsicherheitsmerkmals 42 ebenfalls als linear angenommen.
Hierbei wird für jede Lichteinstrahlung 31, welche sowohl durch die Wellenlänge als auch die Intensität charakterisiert ist, eine eigene charakteristische Funktion ermittelt. Die Lichteinstrahlung stellt somit quasi einen Parameter für die charakteristische Funktion dar. Zu einem Sicherheitsmerkmal bzw. einem Lumineszenzpigment oder einer Lumineszenzpigmentmischung erhält man somit eine Schar von charakteristischen Funktionen, deren Scharparameter die jeweilige Lichteinstrahlung bzw. deren Parametrisierung ist.
Die von dem Referenzsicherheitsmerkmal 42 emittierte Lumineszenz wird erfasst und in ein digitales Referenzausgangssignal 44 gewandelt.
Aus dem bekannten Eingangssignal 41 der Anregung und dem bekannten (gemessenen) Referenzausgangssignal 44 kann die Übertragungsfunktion 43 numerisch berechnet werden. Aus der berechneten Übertragungsfunktion 43 kann anschließend die Inverse 45 der Übertragungsfunktion 43 berechnet werden, welche nachfolgend im Verfahren zum Verifizieren als charakteristische Funktion 12 beim Transformieren verwendet wird. Das numerische Berechnen kann beispielsweise mittels der Matlab-Funktion „fmincon()“ (z.B. in Matlab® Version 2016a, einer Software der Firma The MathWorks, Inc. in Natick, Massachusetts, USA) durchgeführt werden. Die Berechnung der charakteristischen Funktion 12 für das Referenzsicherheitsmerkmal 42 kann zusätzlich unter Berücksichtigung einer Anpassungsfunktion 21 erfolgen, welche auf Grundlage von messbaren Parametern der Vorrichtung und/oder der Umgebung der Vorrichtung geschätzt wird. Eine Information über die Lichtstrahlung 31 ist für die Identifizierung der charakteristischen Funktion, d.h. als Parameter, der die mit der charakteristischen Funktion korrespondierende Lichtstrahlung 31 angibt, verwendbar.
5 zeigt ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verifizieren 50 eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals 2 in einem Wert- oder Sicherheitsdokument. Nach dem Anregen mit einem bekannten Eingangssignal 51 wird die von dem elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmal 2 emittierte Lumineszenz erfasst und in ein Ausgangssignal 54 gewandelt. Ferner wird auf Grundlage von messbaren Parametern eine Anpassungsfunktion 21 für die Vorrichtung geschätzt.
Das Ausgangssignal 54 wird anschließend mit der in der Kalibrierung (siehe 4) bestimmten charakteristischen Funktion 12 transformiert. Der in Klammern gesetzte Ausdruck (hv) drückt aus, dass die charakteristische Funktion angepasst an die während der Anregung und Erfassung erfolgte Lichteinstrahlung 31 angepasst ist. Die Transformation kann beispielsweise eine Entfaltung 25, 26 des Ausgangssignals 54 umfassen. Dabei wird das Ausgangssignal 54 beispielsweise mit der Übertragungsfunktion 43 des Referenzsicherheitsmerkmals entfaltet. Ebenfalls kann das Transformieren zusätzlich eine Entfaltung 26 des Ausgangssignals 54 mit der geschätzten Anpassungsfunktion 21 umfassen.
Das transformierte Ausgangssignal wird anschließend ausgewertet. Dies kann insbesondere eine Demodulation mit gängigen Verfahren umfassen, so dass ein demoduliertes Signal 55 zur weiteren Auswertung zur Verfügung steht. Dabei wird insbesondere auch eine Eingangssignalinformation, beispielsweise eine Symbolform der zur Kodierung verwendeten Symbole, berücksichtigt.
Aus dem demodulierten Signal 55 wird eine Verifikationsentscheidung 18 abgeleitet, beispielsweise durch Auswerten eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, eines Korrelationsfaktors oder eines Wertes des demodulierten Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt. Überschreiten diese einen vorgegebenen Schwellwert, so ist das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal 2 echt, wird der Schwellwert hingegen nicht überschritten, wird das elektrolumineszierende Sicherheitsmerkmal 2 für nicht echt befunden.
Wird die Lichteinstrahlung variiert, so werden quasi Verifikationsschritte für unterschiedliche Lichteinstrahlungen ausgeführt. Dies erhöht deutlich die Selektivität der ausgeführten Verifizierung. Dann wird aus den einzelnen Entscheidungen echt oder nicht echt eine Gesamtentscheidung getroffen. Als echt wird das Sicherheitsmerkmal 2 beispielsweise angesehen, wenn für die verschiedenen Lichteinstrahlungen jeweils eine vorgegeben Anzahl von Antworten, beispielsweise alle, echt ergeben haben.
Wenn es für Fälscher möglich ist, das Lumineszenzlicht während der Verifikation zu erfassen und auszuwerten, so ist es vorteilhaft, wenn eine Verfahren zu Verifikation verwendet wird, bei dem die Modulation der Lichteinstrahlung nicht bei jedem verifizierten Sicherheitsmerkmal identisch ist. Für den Fälscher wird es deutlich erschwert, das Sicherheitsmerkmal in seiner Eigenschaft zu analysieren und gegebenenfalls als Fälschung nachzubilden. Ein durch die Lichteinstrahlung bewirkter Effekt und die Unterscheidung verschiedener ähnlicher Sicherheitsmerkmale oder Lumineszenzpigmente lässt sich im mit dem Verifikationsverfahren dennoch erreichen, da dieses bei der Auswertung der Antwort auf eine Sinuskuppenanregung oder einer Symbolantwort jeweils die Information über die aktuelle mit dem erfassten und ausgewerteten Lumineszenzsignal korrespondierende Lichteinstrahlungsvariation berücksichtigt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: elektrolumineszierendes Sicherheitsmerkmal
3: Wert- oder Sicherheitsdokument
4: Anregungseinrichtung
5: Erfassungseinrichtung
6: Auswerteeinrichtung
7: Elektrode
8: Anregungssignal
9: Lumineszenz
10: Modulationseinrichtung
11: Ausgangssignal
12: charakteristische Funktion
13: Transformationsmodul
14: transformiertes Ausgangssignal
15: Demodulatormodul
16: Eingangssignalinformation
17: Verifizierungsmodul
18: Verifikationsentscheidung
20: Entfaltungsmodul
21: Anpassungsfunktion
22: messbare Parameter
23: Schätzeinrichtung
24: entfaltetes transformiertes Ausgangssignal
25: Entfaltung
26: Entfaltung
27: Eingangssignal
30: Lichtquelle
31: Lichtstrahlung
35: Steuereinrichtung
40: Kalibrierungsmessung
41: bekanntes Eingangssignal
42: Referenzsicherheitsmerkmal
43: Übertragungsfunktion
43': Übertragungsfunktion mit Lichteinstrahlung
44: Referenzausgangssignal
45: Inverse der Übertragungsfunktion
46: Beleuchter
50: Verifizieren
51: bekanntes Eingangssignal
54: bekanntes Ausgangssignal
55: demoduliertes Signal
100-111: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) in einem Wert- und/oder Sicherheitsdokument (3) umfassend die Schritte: Anregen des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) mittels eines elektrischen Anregungssignals (8); Erfassen einer von dem Sicherheitsmerkmal (2) emittierten Strahlung und Erzeugen eines Ausgangssignals (11); Auswerten des Ausgangssignals (11) und Ableiten einer Verifikationsentscheidung; und Ausgeben der Verifikationsentscheidung; wobei beim Auswerten des Ausgangssignals (11) das Ausgangssignal (11) mittels einer bereitgestellten charakteristischen Funktion (12) transformiert wird und das transformierte Ausgangssignal (14) unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation (16) des Anregungssignals (8) ausgewertet wird, wobei zusätzlich während des Anregens des Sicherheitselements (2) und/oder des Erfassens der emittierten Strahlung das Sicherheitselement (2) mit Lichtstrahlung (31) im UV-Wellenlängenbereich bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (2) mit der Lichtstrahlung (31) kontinuierlich während des Anregens und des Erfassens der emittierten Strahlung bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungssignal (8) ein vorgegebenes, im Zeitbereich moduliertes Eingangssignal (27) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des Ausgangssignals (11) ein Transformieren mit mindestens einer charakteristischen Funktion (12) umfasst, wobei die charakteristische Funktion (12) eine Systemantwort eines echten zu verifizierenden Sicherheitsmerkmals oder vorgegeben bestrahlten Sicherheitsmerkmals jeweils einschließlich der Messanordnung auf eine standardisierte Anregung beschreibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlung (31) zur Bestrahlung des Sicherheitsmerkmals (2) während des Anregens und des Erfassens der emittierten Strahlung gemäß einem Intensitätsmuster intensitätsmoduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Auswertung verwendete charakteristische Funktion (12) angepasst an das jeweils verwendete Intensitätsmuster ausgewählt und zur Auswertung verwendet wird.
Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) in einem Wert- oder Sicherheitsdokument (3), umfassend: eine elektrische Anregungseinrichtung (4) zum Anregen des elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals (2) mittels eines ein elektrischen Feld aufweisendes Anregungssignals, eine Erfassungseinrichtung (5), welche derartig ausgebildet ist, eine von dem elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmal (2) emittierte Lumineszenz (9) zu erfassen und daraus ein Ausgangssignal (11) zu bilden, eine Auswerteeinrichtung (6), welche derartig ausgebildet ist, das Ausgangssignal (11) mittels einer bereitgestellten charakteristischen Funktion (12) zu transformieren, das transformierte Ausgangssignal (14) unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation (16) des Anregungssignals (8) auszuwerten, daraus eine Verifikationsentscheidung (18) abzuleiten und die abgeleitete Verifikationsentscheidung (18) auszugeben, wobei eine Lichtquelle (30) so angeordnet ist, dass eine Einstrahlung von Lichtstrahlung (31) im UV-Wellenlängenbereich auf das Sicherheitsmerkmal (2) während der Anregung mit dem elektrischen Feld und während des Erfassens der emittierten Elektrolumineszenz zumindest zeitweise ausführbar ist, um die emittierte Lumineszenz (9) zu beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereirichtung die Einstrahlung der Lichtstrahlung (31) gemäß einem vorgegebenen Intensitätsmuster steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (35) zusätzlich mit der Auswerteeinrichtung (6) gekoppelt ist, so dass die zur Auswertung des Ausgangssignals (11) jeweils eine an die Lichteinstrahlung (31) angepasste charakteristische Funktion (12) verwendet wird.