DE60121814T3

DE60121814T3 - "sicherheits-, identifikations- und verifikationssystem"

Info

Publication number: DE60121814T3
Application number: DE60121814T
Authority: DE
Inventors: Andrew Farrall; Keith Barfoot
Original assignee: ALPHAFOX SYSTEMS Ltd
Current assignee: Alphafox Systems Ltd Honiton Devon Gb
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: GB0031016D0; EP1354304B1; US7353994B2; GB2374831B; DE60121814T2; WO2002050790A1; GB2374831A; AU2002228148A1; EP1354304A1; US20040112962A1; GB0130406D0; EP1354304B2; ATE334458T1; DE60121814D1; EP1354304B8

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Sicherheitssysteme, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Methode zum Betreiben eines Sicherheitssystems vorzustellen, bei dem Gegenstände mit einer fälschungssicheren, eindeutigen und unverwechselbaren Kennzeichnung markiert werden, die auf eine breite Palette insbesondere von hochwertigen oder sicherheitskritischen Produkten aufgebracht und die für Sicherheits-, Identifizierungs- und Verifikationszwecke, einschließlich der Wiedererkennung bei Diebstahl, verwendet werden kann.
In der britischen Patentschrift Nr. 2 324 065 wird eine Methode zum Betreiben eines Sicherheitssystems beschrieben, die aus folgenden Schritten besteht: Herstellen mehrerer Etiketten, die jeweils eine lichtdurchlässige Matrix und mehrere zufällig verteilte Partikel enthalten, einen Leser, der bewirkt, dass Licht einer oder mehrerer Wellenlängen auf ein Etikett trifft, Mittel zum Interpretieren des reflektierten Lichts bzw. des Lichts, das von den Partikeln gebrochen und/oder gebeugt wird, um so Bilder der Partikel zu produzieren und das Etikett an den Leser zu bringen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Methode zum Betreiben eines Sicherheitssystems vorzustellen, das eine Verbesserung der in der britischen Patentschrift Nr. 2 324 065 beschriebenen Methode darstellt.
Eine andere Form eines Sicherheitssystems ist in der britischen Patentschrift Nr. 2 304 077 beschrieben worden, und es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Methode zum Herstellen und Betreiben eines Sicherheitssystems vorzustellen, das eine Verbesserung der in der britischen Patentschrift Nr. 2 304 077 beschriebenen ist.
In der Patentschrift US 5974150 wird ein Authentifizierungssystem offenbart, das ein Medium umfasst, das eine Vielzahl von Elementen aufweist, die in einem unregelmäßigen Muster angeordnet sind. Eine verschlüsselte Nachricht betreffend der Anordnung der Elemente ist auf dem Medium aufgezeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend der beschriebenen Erfindung, wird eine Methode zum Herstellen und Betreiben eines Sicherheitssystems vorgestellt, wie in den anhängenden Ansprüchen offenbart.
Die Matrix wird vorzugsweise durch ein optisch transparentes Medium gebildet, bei dem die Partikel gemischt werden, wenn sich das Medium in einem flüssigen. Zustand befindet, und das nach Aufbringen des die Partikel enthaltenen Mediums auf ein Substrat aushärtet oder aushärten gelassen wird. Das Substrat kann Fotopapier sein. Die Matrix und/oder die Partikel können in dem ”etikettierten” Objekt innewohnend sein.
Der Leser kann aus mehreren Lichtquellen bestehen, die wiederum aus beugenden optischen Elementen bestehen, die so angeordnet sind, dass das Etikett unter verschiedenen Winkeln und/oder mit Licht verschiedener Wellenlängen und einer Vielzahl von Detektoren beleuchtet wird.
Die Koordinaten können zum Beispiel durch die Verwendung eines Dual- oder Strichcodes zur Speicherung der verschlüsselten Information bezüglich der Koordinaten verschlüsselt sein. Es können Mittel zur Manipulation der Koordinateninformation vorhanden sein.
Das System kann die Verwendung von Mitteln zur Auswahl des erforderlichen Sicherheitsniveaus beinhalten.
Die Erfindung beinhaltet die Schaffung von unverwechselbaren, dreidimensionalen optischen Unterschriften durch Beugung und – optional – Reflektion bzw. Refraktion von Licht durch zufällig angeordnete und willkürlich ausgerichtete Partikel, wie Kristalle oder andere komplexe optische dreidimensionale Materialien. Der zu kennzeichnende bzw. vor Fälschungen zu schützende Gegenstand ist somit mit einer einmaligen optischen Markierung geschützt, entweder schon während der Herstellung (z. B. bei Kreditkarten) oder danach (z. B. bei Kunstwerken). Diese Markierung bzw. dieses Etikett enthält viele (typischerweise 10 bis 100, manchmal aber auch wesentlich mehr) lichtbeugende, spiegelnde und/oder brechende Partikel, die in ein schützendes optisch transparentes Medium eingebunden sind.
Wenn mehrere Markierer beleuchtet und gelesen werden, liefert jeder Markierer ein einmaliges optisches Bild, da das dreidimensionale Partikellayout in jedem Markierer unterschiedlich ist (wie unterschiedlich diese sein können, ist aus den statistischen Betrachtungen unten ersichtlich) und eine starke Intensität haben und farblich anders sein kann als das Grundmaterial (z. B. der Rest einer Kreditkarte). Dieses Bild ist dann optisch maschinenlesbar und kann sowohl optisch als auch elektronisch manipuliert werden, um Bildinformationen zu speichern. Das Bild wird typischerweise nochmals gelesen, wenn man die Echtheit eines Artikels überprüfen möchte, und mit der Bildinformation, die zu dem Artikel selbst gespeichert ist, verglichen.
Wenn Licht auf einen Bereich des Etiketts eines Objekts fällt, wie z. B. eine Kreditkarte, dann kann es gebeugt und reflektiert und/oder gebrochen werden – oder auch nicht – je nachdem, ob das Licht auf ein Partikel trifft. Wenn allerdings die Verteilung und Ausrichtung dieser Partikel dreidimensional zufällig ist (was durch die Partikel festgelegt wird, wenn diese innerhalb der Produktion in Plast oder Tinte oder einen anderen Träger eingerührt werden), dann ist das Muster des gebeugten/reflektierten/gebrochenen Lichtes unverwechselbar. Dieses Muster wird dann als Ausgangspunkt dafür verwendet, um die für die jeweilige Karte einzigartige Unterschritt zu erzeugen.
Sobald ein Objekt mit dem Etikett markiert ist, kann dessen Identität mit einem optischen Gerät und elektronischen Mitteln gelesen werden, um dessen Echtheit innerhalb einer Klasse von Objekten (z. B. die Originalartikel eines Hersteller als Waren, die mit dem Warenzeichen und den eindeutigen Merkmalen eines bestimmten Herstellers versehen sind – neudeutsch: ”gebranded” – d. Ü.) zu verifizieren und das spezifische Objekt (z. B. einen spezifischen Gegenstand aus einer Klasse von Objekten oder einen besonderen Gegenstand, wie z. B. ein ganz bestimmtes Kunstwerk) zu identifizieren.
Die Methode der Erfindung beinhaltet nicht die Verwendung von Hologrammen (die über eine Klasse von Objekten hinaus identisch sind), sondern mehrere Stücke von z. B. holografischem Material in einem zufälligen Muster, das der Person oder dem System, das die Überprüfung durchführt, vorher nicht bekannt sein darf.
Die vorliegende Erfindung stellt eine radikale Abweichung von der Norm dar, weil sie nicht einfach auf die Anwesenheit von lichtbeugenden und – optional – lichtreflektierenden und -brechenden Partikeln an bestimmten Stellen reagiert, sondern auch auf die Ausrichtung jedes einzelnen Partikels, d. h. sie ist mehrdimensional (> 2D). Jemand, der versucht, einen Gegenstand, der durch den beschriebenen Prozess geschützt ist, zu duplizieren, wird also unweigerlich mit dem Problem des Duplizierens eines Lichtmusters konfrontiert, das durch viele kleine Fragmente erzeugt worden ist, die über den ganzen Gegenstand weitestgehend zufällig verteilt und wechselweise angeordnet sind.
Merkmale, die das System von anderen Markierungstechnologien unterscheiden, sind folgende:

a) Die Partikel sind klein, und die optischen Muster extrem komplex, wodurch dieses System einer physischen Rekonstruktion gegenüber sehr unanfällig ist. Die Chancen eines zufälligen Treffers sind von der Größenordnung her geringer, als bei der DNA eine zufällige Übereinstimmung zu finden oder jede Woche Im Lotto zu gewinnen.
b) Das Profil, das durch das auf das Etikett fallende gebeugte, gebrochene bzw. gespiegelte Licht erzeugt wird, ist einzigartig und aufgrund seines dreidimensionalen Charakters nicht kopierfähig.
c) Die Markierer können auf eine extrem große Anzahl von Substraten und Oberflächen aufgebracht werden.
d) Das System kann optische und elektronische Manipulation eines Markierers mit Datenkompression und -verschlüsselung kombinieren, wodurch es möglich ist, solche Gegenstände zu schützen, wie Fahrkarten, Eintrittskarten oder Flugtickets, CD-ROMs, Motorenteile, Pässe, Personal- oder Dienstausweise, Banknoten, Schuldscheine und viele andere Anwendungen.

Die technischen Daten für ein Etikett bzw. einen Markierer werden durch die Bewertung einer jeden Anwendung auf dem Markt geregelt, da der Bereich der möglichen Optionen (z. B. werden durch das geforderte Sicherheitsniveau und den angestrebten Verkaufspreis der Grad der KomplexitäUdie Fälschungssicherheit festgelegt oder der Schmelzpunkt des Gegenstandes bestimmt die maximale Temperatur eventuell angeschlossener Prozesse usw.) durch die Natur des zu markierenden Gegenstandes bestimmt wird. Die technische Herangehensweise ist bei den optischen Eigenschaften der Partikel zu prüfen, also Kristalle und andere Materialien, die für die Gestaltung des Identifizierungssystems geeignet erscheinen, und es ist zu untersuchen, wie diese durch verschiedene Methoden, die Etiketten zu befestigen oder einzubinden bzw. zu integrieren, beeinflusst werden. Diese Arbeit bestimmt dann die Prozesse, die erforderlich sind, um die Produkte bei geringer oder mittlerer Geschwindigkeit (z. B. bei Durchlasskontrollkarten) mit einem Etikett zu kennzeichnen und anzugeben, ob ein kostengünstiges Maschinenlesesystem entwickelt werden kann. Dieser Leser muss so beschaffen sein, dass er Lichtreflexions bzw. Lichtrefraktionsmuster erkennen und diese mit einer lokalen Datenbank (zum Beispiel für den Zweck der Einlass- oder Durchgangskontrolle) zu vergleichen oder – bei Anwendungen mit Fernbetrieb – die auf dem Objekt selbst gespeicherten Bilddaten zu nutzen. Die Daten können dabei komprimiert oder verschlüsselt sein oder beides.
Die Methode der vorliegenden Erfindung beinhaltet damit folgendes:

1. Die Verwendung von optischen Partikeln, die nach Art, Struktur, Merkmalen, Form, Größe, Farbe usw. ausgewählt sind.
2. Die Verwendung einer Rezeptur, die die Partikel der gewählten Konzentration innerhalb eines Mediums beinhaltet, das in der Lage ist, die Anforderungen zu erfüllen, die an Fälschungssicherheit gestellt werden, das druckfähig ist oder in bestimmten Prozessen verwendet werden kann, um als ”Sicherheitsetikett” zu fungieren.
3. Eine Methode zur Befestigung oder Einbindung des Etiketts in den Produktionsprozess zur Herstellung des Gegenstandes, wobei diese Befestigung oder Einbindung so beschaffen sein muss, das daran keine Manipulationen durchgeführt werden können bzw. – wenn dies der Fall ist – eventuelle Manipulationen erkennbar sind.
4. Ein Leser und Lichtquelle(n), der in der Lage ist, die ”Unterschrift” z. B. einer Kreditkarte zu digitalisieren und diese in entsprechender Form mit einem Referenzbild zu vergleichen.

Die Probleme, das Etikett zu befestigen, hängen eindeutig mit der Rezeptur zusammen und sind je nach der konkreten Anwendung verschieden. Es können aber -selbst dann, wenn. ein Etikett entfernt werden könnte, zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen (wie z. B. eine Verschlüsselung) vorgesehen werden, um eine mögliche Fälschung zu verhindern. Wenn in dem System eine Verschlüsselung/Entschlüsselung integriert ist, dann:

1. wird der Austausch 'echt' gegen 'falsch' nur dann möglich, wenn das Etikett und seine verschlüsselte Seriennummer in intaktem Zustand auf einen anderen Gegenstand übernommen werden können.
2. Wenn das Etikett und seine verschlüsselte Seriennummer getrennt aufgebracht werden (also unter Verwendung verschiedener Technologien), dann hat es jemand, der eine Fälschung begehen will, schon schwerer, weil er dann mit dem Problem konfrontiert wird, nicht nur ein, sondern zwei Etiketten an eine andere Stelle zu bringen.
3. Durch die Verschlüsselung mit einem Dualcode (ein Verfahren, das verwendet wird, um Bankcomputer und die Nachrichtenübermittlung im militärischen Bereich zu schützen) wird es dem Fälscher unmöglich gemacht, ein gefälschtes Etikett herzustellen, das mit der verschlüsselten Originalnummer übereinstimmt. Bei dem Prozess der Verschlüsselung zum Generieren der Seriennummer wird ein vertraulicher Schlüssel verwendet, der nur dem Hersteller bekannt ist. Ver- und Entschlüsselung sind irreversible Prozesse, so dass es dem Fälscher unmöglich ist, diesen vertraulichen Schlüssel zu entschlüsseln, selbst dann, wenn er die Originalseriennummer hat und über den übereinstimmenden ”öffentlichen” Schlüssel verfügt, mit dem die Seriennummer zurück in die originale elektronische Unterschrift gewandelt werden kann.

Das System verfügt über bis zu acht oder mehr ”Zufälligkeitsgrade”, die ein Fälscher treffen müsste, um eine genaue Kopie herstellen zu können. Diese Zufälligkeitsgrade sind wie folgt:

(1)–(3): die dreidimensionale Lage eines beliebigen Partikels innerhalb der Struktur bzw. des Gefüges des Etiketts;
(4)–(6): die Freiheit, jedes beliebige Partikel in den drei Ebenen beliebig anzuordnen;
(7): die Größe, Farbe und andere Merkmale eines beliebigen Partikels;
(8): die Zusammensetzung jedes beliebigen Partikels – ein wesentlicher Faktor, wenn in dem Etikett mehr als eine Art von Partikeln verwendet werden.

Die Chancen, zufällig zwei Partikel zu ”erwischen” mit Merkmalen, dass deren Ausrichtung in mindestens zwei unterschiedlichen Ebenen übereinstimmt, wird als extrem gering eingeschätzt.
Somit sind die Unterschriften nicht durch den Menschen festgelegt, sondern basieren auf zufälliger Verteilung während der Herstellung von beispielsweise natürlich auftretenden Mineralien oder holografischen Materialien usw. in einer Matrix – einem System, das bis zu acht oder sogar mehr Freiheitsgrade bietet. Andere Systeme sind auf von Menschen festgelegten Verfahren gestützt, die durch Verwendung derselben Technologie dupliziert werden können. Die Methode der Verteilung der Partikel folgt absolut dem Prinzip der Zufälligkeit, und bei Versuchen, derart spezifisch gekennzeichnete Produkte zu duplizieren, müssten so viele Unbekannte berücksichtigt werden, dass dies schier unmöglich (oder zumindest unökonomisch) wäre.
Der wesentlichste Aspekt, für die optischen Partikel metallisierte Folie – manchmal auch als holografisches Material bezeichnet – zu verwenden, ist, dass die Farbe nicht notwendigerweise dem Material innewohnend ist, sondern durch die Brechung des Lichts entsteht, wodurch ein Regenbogeneffekt entsteht, wobei spezifische Farben nur bei speziellen Kombinationen der Geometrie 'Lichtquelle – Partikel – Detektor' zu sehen sind. Somit müssten also die Tiefe, der Winkel, die Ausrichtung des Musters auf den Partikeln – all dies müsste für jedes Partikel dupliziert werden, um ein Etikett zu fälschen.
Die Folge der Arbeitsgänge kann entweder so sein, wie nachfolgend angegeben, oder es können auch andere Bedienverfahren und -technologien verwendet werden:

– Es ist zu entscheiden, welcher Bereich des Artikels aus praktischen Gründen und aus Gründen der Sicherheit für das Etikett am günstigsten ist.
– Das Sicherheitsniveau wird durch die Anzahl zugelassener falscher Versuche und nicht zugelassener Fehlversuche bestimmt.
– Es wird ein Kompromiss geschaffen zwischen Sicherheitsniveau, Lesegeschwindigkeit und Kosten für die entsprechende Losung. Zum Beispiel wird bei Anwendungen, bei denen das Sicherheitsniveau nicht so hoch zu sein braucht, wie bei Eintrittskarten für Sportveranstaltungen, damit der Zugang zu einer Sportstätte nicht unnötig verzögert wird, ein höherer Anteil an Fehlversuchen zugelassen und eine geringere Anzahl an abgelehnten Fehlversuchen. Bei Anwendungen, bei denen hohe Sicherheit erforderlich ist, wie bei Einlasskontrollen zu militärischen Objekten oder bei der Kontrolle von Flugzeugteilen, müsste mehr Zeit vorhanden sein, damit nicht so viele Fehlversuchen möglich gemacht werden.
– Die lichtreflektierenden bzw. lichtbrechenden Partikel werden aus beliebigen Arten von Partikeln ausgewählt (z. B. geologische Kristalle, holografische Folie oder dergleichen) und aus verschiedenen Eigenschaftsmerkmalen (Größe, Merkmale, Farbe usw.) kombiniert.
– Die Partikel werden in einem Lösungsansatz gemischt, wie Kleber oder einem anderen Substrat, damit auf diese Weise eine zufällige Mischung entsteht.
– Die Mischung wird entweder direkt aufgebracht oder über ein Medium oder auf andere Weise in den Herstellungsprozess so zufällig wie praktisch möglich eingebunden. So könnte die Mischung für das Etikett zum Beispiel Teil des Klebers sein, der auf ein Kunstwerk aufgebracht wird, oder die Mischung könnte in eine der Laminatschichten bei der Herstellung einer Kreditkarte eingebracht werden.
– Die Kristalle bzw. entsprechend anderen Partikel können physisch durch eine Reihe von Mitteln wie unten beschrieben geschützt werden.
– Um das System zu ”aktivieren”, wird der Bereich mit dem Etikett an den Leser gehalten, durch eine oder mehrere Lichtquellen beleuchtet, und in dem Leser wird dann ein gepixeltes Bild der beleuchteten Partikel aufgezeichnet.
– Die Art und Auflösung dieses Systems zur Aufzeichnung werden auf jede konkrete Anwendung passend zugeschnitten und können aus einer Reihe optischer und elektronischer Aufzeichnungsgeräte bestehen. Der gegenwärtige Aufbau beinhaltet die Verwendung einer CCD-Webcam.
– Das Bild wird (entweder zeitweilig oder dauerhaft) auf einem PC oder einem anderen Gerät zur Bearbeitung (das entweder ein Einzelgerät sein kann, das nicht in ein Netzwerk eingebunden ist, ein in ein Netzwerk eingebundenes Gerät oder ein portables Gerät) gespeichert und kann zusätzlich,
– wenn gewünscht. auch noch auf einem Gerät mit einem Festspeicher, wie einem Film, gespeichert werden, oder es kann auch noch gedruckt werden und dergleichen mehr.
– Bei dem entstehenden Bild handelt es sich um eine Pixelmatrix (x, y) mit unterschiedlicher Stärke (z. B. Grautönen), unterschiedlichen Farben und Helligkeiten.
– Bei einer Schwarz-Weiß-Version wird eine Helligkeitsschwelle gesetzt, damit so ein Großteil des Hintergrundlichtes aus dem Substrat ausgeblendet wird, um so eine Differenzierung von dem Licht der reflektierenden Partikel zu erreichen, d. h. über dieser Schwelle ist digital ”1” und darunter null.
– Ausgehend von einer festen Position (typischerweise links oben, kann aber auch von irgendeiner anderen Stelle der Netzkoordinaten gemacht werden), wird die x- und y-Position der ersten 'n' beleuchteten Pixel aufgezeichnet. [Es ist auch möglich, die 'n' hellsten Punkte aufzuzeichnen oder einfach bloß einen Teilbereich des Gesamtbildes, dessen Koordinaten verschlüsselt werden könnten, um einen zusätzlichen Grad an Sicherheit zu erreichen. An den Stellen, an denen die Bilder der Partikel größer sind als durch die Pixelauflösung zugelassen, kann eine Schwerpunktposition und ein Bereich örtlicher Konzentration oder andere Merkmale aufgezeichnet werden.]
– Diese Koordinaten können dann verschlüsselt werden, und die verschlüsselte Koordinateninformation (und nur diese!) wird auf dem jeweiligen Gerät bzw. auf dem Etikett selbst gespeichert.
– Wenn das Etikett in einem Bereich verwendet werden soll, wo es darum geht, einen echten Artikel aus einer Klasse von Artikeln herauszufiltern (z. B. ein Originalmarkenkleidungsstück, wobei der in Frage kommende Artikel aber noch nicht identifiziert ist) oder wo ein ganz bestimmter Artikel (z. B. ein ganz bestimmtes Kunstwerk o. ä.) identifiziert werden soll, dann wird das Etikett an den Leser gebracht, das Bild aufgezeichnet, und die verschlüsselten Koordinaten des Originalbildes (d. h. des echten Bildes) werden entschlüsselt, und die Software sucht anschließend nach den beleuchteten Pixeln an den Stellen, an denen diese sein sollten (d. h. also nach dem Grad einer eventuellen Übereinstimmung). Außerdem sucht die Software nach zu stark beleuchteten Pixeln (was dann Bereiche fehlender Übereinstimmung wären, um den Fall einer Fälschung auszuschließen, wo die gesamte Fläche des Etiketts beleuchtet wäre, da 100% mit Partikeln gedeckt wären.
– Der Grad der Übereinstimmung (bzw. fehlender Übereinstimmung, und möglicherweise eine einfache Zählung der Anzahl beleuchteter Pixel bzw. der Lichtenergie in jedem konkreten Fall) zwischen den verschlüsselten Koordinaten und den Koordinaten, die in dem an dem Bild, das an dem Punkt der Verwendung/der Überprüfung aufgezeichnet worden ist, übereinstimmen, entscheiden darüber, ob das zu überprüfende Objekt die Prüfung besteht oder nicht. Bei Anwendungen, bei denen nur ein geringes Sicherheitsniveau erforderlich ist (z. B. bei Sportveranstaltungen), könnte dieser Grad der Übereinstimmung relativ gering sein (d. h. 10%), während er hingegen bei Anwendungen mit einem hohen Sicherheitsniveau wesentlich höher wäre (d. h. 80%). Dies hängt mit der oben bereits besprochenen Schwelle der Entscheidung zusammen, wie viel Fehlversuche zugelassen bzw. abgelehnt werden. Maßnahmen zur Berücksichtigung solcher Erscheinungen, wenn sich das Etikett verformt hat, Toleranzen zwischen den einzelnen Lesegeräten usw. können durch eine Vielzahl wohlbekannter Verfahren erreicht werden, einschließlich der Verwendung optischer Referenzmarkierer. Übereinstimmungen zu einem bestimmten Prozentsatz (sog. ”fuzzy matches”) usw. Die erwähnten Berücksichtigungsmaßnahmen können zum Beispiel in solchen Fällen geschaffen werden, in denen die fehlende Übereinstimmung zwischen den Bildern einem Trend folgt (wo also zum Beispiel zur Abbildung des aktuellen Bildes auf das gespeicherte eine lineare Transformation verwendet werden könnte). Alternativ könnten Übereinstimmungen dort zugelassen werden, wo die Pixel des aktuellen Bildes sich innerhalb einer festen Anzahl von Pixeln des Originals befinden. Analog könnte eine ”intelligente” Software verwendet werden, um Kratzer usw. zu korrigieren. Die Auswahl der beleuchteten Pixel könnte nach dem n-ten hellsten Fleck oder nach dem ersten n-ten Fleck, der nach einem festen Punkt gezählt wird, erfolgen, oder dgl. mehr. In gleicher Weise ist es möglich, eine Art Standardisierung für das Lichtniveau und die Farbe einzuführen durch Messung der Reflexion usw. von einem festen Punkt. Diese Standardisierung könnte dazu beitragen, die Toleranzen zwischen den einzelnen Lesegeräten, insbesondere die Toleranzen der Lichtquelle, auszugleichen, um mit der Zeit dadurch einem Qualitätsverlust des Etiketts entgegenzuwirken (so wird ja z. B. eine Kreditkarte in der Brieftasche mit der Zeit etwas schmuddelig). Dabei ist zu vermerken, dass dieser Übereinstimmungsprozess lediglich beweist, dass das Etikett echt ist, aber keinen Nachweis darüber erbringt, um was für ein Etikett es sich handelt – es sei denn, es wird ein Bezug zu einer zentralen Datenbank hergestellt – was in bestimmten Anwendungen der Fall sein kann, aber nicht in der Masse. Die Verwendung variabler Ausgabegeräte kann noch verbessert werden, indem zwischen die Karte, das Etikett o. dgl. und den bzw. die Detektoren Filter zwischengeschaltet werden. Dies würde bedeuten, dass Reflektionen von der Karte, dem Etikett o. dgl. mit geringer Intensität möglicherweise durch einen einfachen optischen Filter hindurch gelangen könnten und daher eventuell ein Auslösen des bzw. der Detektoren bewirken könnten.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine lichtempfindliche Emulsion auf Fotopapier eine Beschichtung (beliebiger Art) von trägen reflektierenden Kristalle enthalten, und es wird auf diese Weise ein Etikett gebildet, so dass ein Foto, das unter Verwendung des Fotopapiers aufgenommen wird, die ihm eigene unverwechselbare Identität hat.
Durch ein solches Verfahren könnte die Fälschung von Fotos in offiziellen Dokumenten, wie Pässen, verhindert werden. Dieses Verfahren könnte auch verwendet werden, um hochwertige Dokumente, die in limitierter Auflage gedruckt werden, wie Kunstdrucke oder andere Dinge, die das Zielobjekt von Fälschern werden könnten, zu authentifizieren.
Die Verwendung eines in der oben beschriebenen Weise hergestellten Etiketts, das über den Rand, wo das Foto endet und das dazugehörige Dokument beginnt, geht, würde bedeuten, dass das Foto und das dazugehörige Dokument nicht voneinander getrennt werden könnten, ohne dass das Etikett beschädigt wird, wodurch beim Scannen ein falsches Ergebnis entstehen würde. Damit würde verhindert werden, dass in ein echtes Dokument ein falsches Foto eingeklebt wird.
Ein solches in ein Foto integriertes und auf die oben beschriebene Weise hergestelltes Etikett kann zusammen mit einem separaten Etikett auf einem entsprechend dazugehörigen Dokument dafür verwendet werden, um ein ”virtuelles” Etikett zu erzeugen. Jedes Etikett kann in ein numerisches Format gewandelt werden, und ein Etikett wird dann verwendet, um ein oder mehrere mathematische Operationen auf einem anderen Etikett durchzuführen, um ein oder mehrere Rechenergebnisse zu erhalten. Die Anfertigung eines Etiketts für ein falsches Passfoto zum Beispiel wäre dann schier unmöglich, weil dieses falsche Passfoto dann auch noch diese zusätzliche Forderung erfüllen müsste, eine oder mehrere bestimmte Zahlen zu generieren.
Ein ähnliches System könnte in anderen Situationen verwendet werden, wo Paare von Gegenständen als zusammengehörig authentifiziert werden sollen. So ein System könnte zum Beispiel eingesetzt werden, um abzusichern, dass ein Flugzeugteil genau der Zeichnung entspricht.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zufällig verteilten Partikeln dergestalt, dass sie verschiedene optische Eigenschaften haben, wenn sie Magnetfeldern unterschiedlicher Intensität ausgesetzt werden. Wenn also demzufolge Etiketten hergestellt werden, bei denen solche Partikeln verwendet werden, dann müssen die Lesegeräte, die zur Interpretation der Muster auf den Etiketten genutzt werden, über Mittel verfügen, mit denen die Etiketten einem Magnetfeld ausgesetzt werden können und – wenn gewünscht – auch noch über Mittel, mit denen die Stärke des wirkenden Magnetfeldes variiert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
zeigt tatsächlich aufgenommene Bilder für glimmerhaltige Roteisensteinkristalle vor und nach der Nachbearbeitung des Bildes, die erreicht wurde, indem der Kontrast der hellen Stellen gegenüber dem Hintergrund erhöht wurde, indem alle Stellen, dessen Lichtstärke unterhalb einer bestimmten festgelegten Schwelle war, auf Null gesetzt wurde. Hierbei ist zu bemerken, dass die Ähnlichkeiten zwischen den in Punkte aufgelösten Bildern in Bild 1 und Bild 2 (dasselbe Etikett zweimal gelesen) und den Unterschieden bei Bild 3 (von einem anderen Etikett) selbst ohne die Anwendung von rechnerischen Methoden des Bildvergleichs absolut offensichtlich sind.
zeigt zwei extreme Fälle, bei denen die Partikel von einer Größe sind, dass das von ihnen ausgesandte Licht generell kleiner ist als die Pixelauflösung ( ) und wo die Partikel von einer Größe sind, dass das von ihnen ausgesandte Licht bedeutend größer ist als die Pixelauflösung ( ). Bei dem ersten Fall sind die Positionen der beleuchteten Pixel zufällig. In dem letzten Fall allerdings sind die zusammenhängenden beleuchteten Bereiche nicht zufällig (wenngleich auch die generelle Positionierung der Teilchen zufällig ist), und die Software kann dazu verwendet werden, um die Formen zu erkennen (als einen weiteren Freiheitsgrad bei der Erhöhung der Komplexität und somit der Fälschungssicherheit des Etiketts) und um fehlende Pixel aufgrund von Toleranzen bei den Lesegeräten oder aufgrund von Beschädigungen des Etiketts (z. B. Kratzer) zu ”reparieren”. Die Positionen dieser Eigenschaften, die über die Größe eines Pixels hinausgehen, können durch eine Vielfalt von Mitteln festgelegt werden, wie zum Beispiel über den Schwerpunkt der Partikel, die erste Kante ab einer bestimmten Richtung usw., und deren Bereiche können entsprechend aufgezeichnet werden.
zeigt den Fall, wo die Bildinformation zu einem Teilbereich (oder Teilbereichen) gespeichert und der Ort des entsprechenden Teilbereiches verschlüsselt wird. Somit weiß der potenzielle Fälscher des Etiketts nicht, welchen Teilbereich eines möglicherweise sehr komplexen Bildes er fälschen soll, und man muss nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Bildinformation speichern (so z. B. in einigen Fällen nur eine lineare Matrix). Dies hat bedeutende Vorteile sowohl für die Sicherheit als auch für die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Außerdem ergäbe sich somit auch eine Möglichkeit, die Fläche mit dem Etikett selbst versteckt zu gestalten in der Form, dass entweder die Fläche mit dem Etikett zu klein für das Auge ist oder in einem optisch sehr komplexen Hintergrund versteckt wird. Bei einigen Anwendungen könnten in die gesamte Oberfläche (oder die verborgene Schicht) eines Materials optische Partikel gewissermaßen ”eingesät” werden, wobei nur ein oder mehrere Teilbereiche als Etikett dienen. Ein Beispiel dafür wäre die Stelle, wo während der Herstellung die Partikel in das Material einer oder mehrerer transparenter Schichten einer Kreditkarte eingebracht werden.
Um Bilder, die durch die Toleranzen zwischen den verschiedenen Lesegeräten oder durch Verformungen in dem Bereich, wo sich auf einer Kreditkarte das Etikett befindet usw. (die dadurch entstanden sind, dass die Kreditkarte in der Brieftasche o. dgl. gebogen wird), verzerrt dargestellt werden, wieder richtig auszurichten, können optische Bezugspunkte verwendet werden. Dabei sind verschiedene Strukturen denkbar, wie z. B. in Form eines Dreiecks angeordnete Flecken, ein rechteckiger Rand rund um den Bereich, in dem sich das Etikett befindet, und dergleichen mehr.
ist ein Systemüberblick der wesentlichen Bausteine der erfindungsgemäßen Methode in Anwendung auf ein flaches Objekt, das mit einem Etikett versehen wurde. Gezeigt sind hier der optische Bereich des Etiketts, der Etikettenträger (ein etikettiertes Objekt oder ein Etikett, das befestigt wird), der Etikettenleser (der als automatisches Verifizierungssystem fungieren kann), und ein Schlitz oder anderer Mechanismus, mit Hilfe dessen der Etikettenträger an den Leser gebracht wird. Die Größe des Bereichs, in dem sich das Etikett befindet, kann zwischen einigen Mikrometern und einigen Zentimetern variieren.
zeigt ein Schema für ein System zum Testen der erfindungsgemäßen Methode in Anwendung in Zusammenhang mit einer ”etikettierten” Kreditkarte. Gezeigt sind hier das Lesergehäuse, das einen großen Teil des Umgebungslichts schluckt, ein Schlitz bzw. anderer Mechanismus, um die Karte in den Leser zu bringen, ein Mittel zum Halten der Karte in einer reproduzierbaren Position (wobei die aufgrund von dabei auftretenden Toleranzen mit den zu beschriebenen Methoden überwunden werden können), eine oder mehrere Lichtquellen (wobei der Typ keine Rolle spielt – selbst Leuchtstofflampen können verwendet werden), eine Sichtabdeckung, um zu verhindern, dass direktes Licht aus der Lichtquelle in den Detektor, das Objektiv, die Spiegel, die Prismen oder die Polarisierer gelangt (was von Lichtquelle zu Lichtquelle innerhalb des Lesers unterschiedlich sein kann), und andere optische Geräte zum Formen und zur Auswahl der Wellenlänge usw. des Lichtstrahls auf zweidimensionale Weise mit Pixelzahlen zwischen dem 10 × 10fachen bis zum 100 × 100fachen, wie bei einer CCD-Web-Kamera, oder auf eindimensionale Weise, sowie ein Computer bzw. anderes Be- und Verarbeitungsgerät zum Be- bzw. Verarbeiten und Speichern der Bilddaten.
Ein Chipkartenleser zum Anlegen und Lesen von auf der Karte gespeicherten Informationen. Weiterhin ist eine Stromversorgung dargestellt. Wenn die gespeicherte Bildinformation in sichtbarer Form vorliegt, wie z. B. als Strichcode, dann kann der Detektor für das Etikett auch den Strichcode lesen. Durch das Aneinanderreihen mehrerer Lichtquellen unter verschiedenen Einfallswinkeln wird der 3D-Charakter des optischen Etiketts noch gesteigert (wodurch die Schwierigkeit, eine 2D-Fälschung zu produzieren, auf ein Niveau gehoben wird, wo eine Fälschung praktisch nicht mehr möglich ist). Je kleiner der Winkel ist, in dem das Partikel am Detektor beleuchtet wird, desto empfindlicher ist das System gegenüber eventuellen Fehlausrichtungen. Dadurch wird es schwerer, das Etikett zu fälschen, wobei allerdings auch die Anforderungen an die Toleranzen von Karte und Lesegerät höher werden. Ein dabei gemachter Kompromiss wird dann immer von dem erforderlichen Sicherheitsniveau, den Folgen von abgewiesenen Fehlversuchen und den Kosten abhängig sein.
zeigt eine Bedienoberfläche zum Durchführen von Tests. Mit den Schaltflächen kann man Bilder erfassen und nachbearbeiten, sowie Flecken finden und so ausrichten, dass sie als Bezugsreflektoren genutzt werden können. Die Bilder können gespeichert werden, und die x-y-Achsen jedes beleuchteten Pixels können ausgelesen werden. Anschließend kann ein Vergleich mit anderen Bildern stattfinden.
zeigt Spiegelungen und Brechungen von Kristallen auf der Oberfläche der Fläche eines Etiketts. Das Muster des erkannten Lichts ist abhängig von der Position, der Form und der dreidimensionalen Ausrichtung der Partikel.
zeigt Reflektionen und Brechungen von Partikeln einer metallisierten Folie, d. h. holografische Partikel auf der Oberfläche des Bereichs eines Etiketts. Das Muster des erkannten Lichts ist abhängig von der Position, der Form und der dreidimensionalen Ausrichtung der Partikeln.
ist eine schematische Darstellung, die eine der Wege und Möglichkeiten zeigt, wie Farbvariationen mit holografischen Materialien und dgl. gewonnen werden können. Ein Teil des Lichtes, das auf die transparente Folie fällt, wird vom oberen Teil der Oberfläche in einem Winkel ϑ₁ reflektiert. Andere Teile des Lichts werden gebrochen, und das Licht gelangt mit einer Brechzahl n und einer Dicke d durch die Folie, bis es den unteren Teil der Oberfläche erreicht, wo auch wieder ein Teil des Lichts reflektiert wird. Da das Licht durch die obere Schnittstelle hindurch gelangt, wird es wieder gebrochen. In einigen Fällen nimmt das Licht in derselben Richtung (ϑ₁) wie das Licht, das nur am oberen Teil der Oberfläche reflektiert wurde, wieder ab. Allerdings kann das Licht, das am unteren Teil der Oberfläche reflektiert wurde, im Vergleich zu dem Licht, das vom oberen Teil der Oberfläche reflektiert wurde, aufgrund der Tatsache, dass es durch die Folie hindurchgegangen ist sowie aufgrund der Reflexion am unteren Teil der Oberfläche eine unterschiedliche Phase haben. Das Ausmaß dieses Phasenunterschiedes hängt von der Dicke und der Brechzahl der Folie ab, von dem Winkel, in dem das Licht auf die Oberfläche der Folie trifft, und von der Farbe des Lichtes. Wenn für eine bestimmte Farbe die beiden reflektierten Strahlen an dem Punkt, an dem sie von der Oberfläche wieder zurückgeworfen werden, einander phasengleich sind, dann summieren sie sich, und es entsteht eine helle Reflexion, die als konstruktive Interferenz bekannt ist. Wenn die Strahlen nicht phasengleich sind, dann heben sie sich weitestgehend gegenseitig auf, und aufgrund der destruktiven Interferenz wird nur die Farbe schwach reflektiert. Somit lässt sich abhängig von der Dicke und der Zusammensetzung der Schichten, abhängig von den Abmessungen und den Abständen zwischen den Rasteraussparungen in der transparenten Folie (wodurch wiederum unterschiedliche Weglängen und andere Geometrien entstehen), von der Wellenlängenzusammensetzung des lichtes, abhängig von der Geometrie 'Lichtquelle – Partikel – Detektor', der Ausrichtung des Partikels und dem Effekt beliebiger optischer Komponenten, die an einer beliebigen Stellen auf dem Weg, den das Licht nimmt, platziert werden, eine sehr geometriespezifische Intensität und Farbe für das an jeder Pixelposition delektierte Licht erzeugen. Aufgrund dieser Komplexität wird es extrem schwer sein, solch ein Muster zu duplizieren und damit zu fälschen. Außerdem produziert ein Stapel derartiger Folien, die durch Luftschichten voneinander getrennt sind, kräftige, schillernde Farben, wenn man unter Verwendung von weißem Licht in die Reflexion blickt. Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann eine solche Kombination verwendet werden. Die Komplexität der Effekte kann noch weiter verbessert werden durch die Verwendung mehrerer Schichten (periodischer, zickzackförmiger und anderer Variationen), von. polarisiertem Licht, Lichtquellen mit mehreren Wellenlängen und dergleichen mehr.
Die Partikel können innerhalb einer Schicht eingebettet werden, über der wiederum Deckschichten sind, von denen jede verschiedene Abmessungen und verschiedene optische Eigenschaften haben kann. Hierbei ist zu bemerken, dass – damit der holografische Farbeffekt der Geometrie, der nur über einen sehr kleinen Bereich wirkt, auch wirklich funktioniert, die Deckschichten – wenn überhaupt – nur sehr wenig Licht durchlassen dürfen. Einen wesentlichen Einfluss darauf hat zum Beispiel, wenn für die Deckschicht anstelle von konventionellem Band Klebeband (”Scotch Magic^TM”) verwendet wird.
zeigt die Verwendung eines Etiketts auf einer Kreditkarte, einer Eintrittskarte, einem Dokument oder einem anderen flachen Gegenstand. Es gibt den Etikettenbereich, einen Bereich zum Speichern der Bildinformation (z. B. über die Chipkartentechnologie, Strichcode usw.) und möglicherweise auch anderer nützlicher Informationen, die mit dem Zweck des jeweiligen Gegenstandes in Zusammenhang stehen (wie z. B. die ID des Besitzers etc.), wobei auf dem größten Teil der Oberfläche andere Informationen und Bilder zu finden sind, die normalerweise mit dem Gegenstand in Zusammenhang stehen (wie z. B. Kreditkarteninformationen oder bei Eintrittskarten die Nummer des Sitzplatzes und das Datum oder bei Dokumenten schriftliche Informationen usw.). Außerdem ist ein Querschnitt durch den Etikettenbereich der Karte gezeigt. Der Bereich, der als Etikett zu lesen ist, kann durch leserbedingten Verschleiß und Abnutzung, wie Kratzer usw., geschützt werden, indem um diesen Bereich herum ein erhöhter Grat angelegt wird. Dies kann während des Stanzen geschehen, wenn die Informationen auf die Karten ”gedruckt” werden, oder auch durch einen anderen Mechanismus.
zeigt eine Anwendung der Erfindung für Objekte, die nicht flach sind, wie z. B. Reifen, Flugzeugteile, Etiketten auf Designerjeans, Parfümflaschen usw. Wenn zum Beispiel das Etikett aus einem Substrat besteht, das aus einem Material geformt ist oder besteht, das von einem Magneten angezogen werden kann, dann kann ein Magnetfeld angewandt werden, um das Etikett in eine Position zu bringen, in der es für den Leser zugänglich ist.
zeigt den Prozessablauf für die Anwendung für ein Etikett auf einer Kreditkarte oder einem anderen flachen Gegenstand. Ausgelöst wird der Prozess, indem die etikettierte Karte in den Leser gebracht wird, woraufhin das Bild aufgezeichnet und digitalisiert, verschlüsselt und in dem Speicher auf dem Gegenstand selbst gespeichert wird (per Chipkartentechnologie, Strichcode usw.). Wenn anschließend die Karte gelesen wird, zum Beispiel dann, wenn eine Authentifizierung erforderlich ist, z. B. wenn der Leser in einem Geldautomaten oder in einem Drehkreuz am Einlass von Sportstätten verwendet wird, dann wird das Bild erneut aufgezeichnet und digitalisiert, die verschlüsselte Information nochmals abgerufen und entschlüsselt, und die beiden Bilder werden miteinander verglichen, in Beziehung zueinander gesetzt usw. Abhängig von der jeweiligen Anwendung und dem geforderten Grad der Sicherheit sowie eventuellen Folgen von abgelehnten Fehlversuchen hängt die Entscheidung, ob die entsprechende Person passieren kann oder nicht, von dem jeweiligen Grad der Übereinstimmung ab.
Die Partikel, die hierfür verwendet werden können, sind folgende:

– Roteisensteinkristalle, MIOX SG 9713 (geologische Kristalle)
– Alphajuwelen 015HEX (Lieferant: Ronald Britton & Co. und hergestellt von Meadowbrook Inventions, Inc. USA (holografisch hergestelltes Material), wobei sich die Erfindung weder auf diese Hersteller noch auf die genannten Arten von Teilchen beschränkt.

Roteisenstein liegt in natürlicher Form in Fe₂O₃ vor. Das bisher verwendete Material wird in Österreich gewannen.
13 zeigt optische und elektronische Mikrobilder des Materials MIOX. Die Partikel sind von der Größe her kleiner als 100 μm und sehr unregelmäßig geformt. Die Mikrobilder liefern eine Vorstellung davon, wie komplex eine Fälschung eines Etiketts sein müsste, das aus diesem Material besteht. Da der Schmelzpunkt des Materials über 1.000°C liegt, kann es in einem breiten Spektrum von Umgebungen verwendet werden und ist sehr stabil. Es handelt sich bei diesem Material um ein sehr bedeutsames Sperrpigment, das in Deckschichten zum Schutz von Baustahl vor Korrosion verwendet wird.
”Holografische” Materialien sind zum Beispiel Alphajuwelen, Polyesterjuwelen, Lazer-Juwelen usw. sowie diverse künstlich hergestellte Materialien mit transparenten und reflektierenden Schichten (mit und ohne die Eigenschaften, die in den Schichten produziert werden) und die so beschaffen sind, dass die Intensität und Farbe des detektierten Lichts stark von der Geometrie abhängt.
Ein Beispiel für ein solches Material besteht aus holografischen oder farbigen, präzisionsgeschnittenen Folien aus einem Material, das in Partikeln mit einem Durchmesser von ca. 0,2 mm geschnittenen ist. Typischerweise liegen metallisierte Folien als geschnittene oder mikrohohlgeprägte Stücke vor, über denen ggf. nochmals transparente Deckschichten liegen können. Das Material hat einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 177°C und 190°C (vgl.: bei MIOX liegt dieser bei über 1.000°C), wohingegen aber die praktischen Betriebstemperaturen wahrscheinlich weit darunter liegen. Eine reflektierende Schicht wird in mehrere Muster geschnitten, und darüber wird eine transparente Deckschicht gelegt. Im Ergebnis sind die Bilder, Farben usw. entsprechend dem Beleuchtungs- und Betrachtungswinkel unterschiedlich. Es werden dann Stücken des Materials, die kleiner sind als 1 mm, in verschiedenen Ausrichtungen und an verschiedenen Stellen in bzw. auf das Etikett aufgelegt.
Es ist auch möglich, Muster in eine zweite mikrogeprägte Oberfläche zu integrieren, um so abzusichern, dass eine glatte Oberfläche entsteht, die mit konventionellen Druck- und Abstanzsystemen, einschließlich dem Temperaturtyp, kompatibel sind. zeigt Beispiele für optische Übertragungskurven als Funktion der Wellenlänge. Die Hersteller geben an, dass die holografischen Muster über einen fotografischen Prozess geschaffen werden, wohingegen die Beugungsmuster mechanisch unter Verwendung eines Diamantenfühlers hergestellt werden. Bei beiden Prozessen entstehen helle und deutliche Bilder, während holografische Bilder allerdings dazu tendieren, sich unter bestimmten Winkeln visuell aufzulösen. Diese Eigenschaft ist aber sehr nützlich, da das erkannte Muster anhängig vom Winkel der Teilchen im Etikett verschieden ist. Diese Eigenschaft macht eine Fälschung noch schwerer (d. h. das Material kann zwar ziemlich leicht dupliziert werden, aber sobald es an verschiedenen Stellen, in verschiedenen Tiefen, in verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlichen Ausrichtungen innerhalb des Etiketts geschnitten und verteilt wird, dann wird es extrem schwierig, solche Etiketten zu duplizieren, und in großen Stückzahlen gleich gar nicht.). Die Effekte, die die Teilchen beim Erkennen durch die Lichtquelle produzieren, hängen von folgenden Faktoren ab:

a) von der Geometrie 'Lichtquelle(n) – Partikel – Detektor(en)';
b) von der Struktur der Partikel (der in den Schichten produzierten Muster, den Dicken und der Verschiedenheit der Dicken über die Schichten, von den Schichtarten einschließlich der Luftschichten, von der Reflexionsfähigkeit der Schichten und Schnittstellen);
c) von der Farbe der Lichtquelle und der Schichten, und
d) vom Mischen der Arten und der Farben der Partikel usw.

Generell lässt sich sagen: Je dicker die optisch transparente Schicht ist, desto enger sind die Winkel, unter denen die Effekte produziert werden. Der Winkel, die Wellenlänge, die Phase und die Amplitude des einfallenden Lichtes spielen eine wesentliche Rolle, insbesondere hinsichtlich der destruktiven Interferenz. Hierbei ist zu vermerken, dass – damit der holografische Effekt am besten funktioniert – die Schichten wenn überhaupt – nur sehr wenig Licht durchlassen dürfen, wobei dieser Effekt wiederum bei einigen Anwendungen in einigen Bereichen einer Karte oder in einigen Bereichen des Etiketts absichtlich eingebracht werden kann, damit zusätzliche Komplexität zum Schutz vor Fälschung erreicht wird.
Als ein weiteres Beispiel kann die Lichtquelle ausgewählte Wellenlängen übertragen, so dass nur eine Untermenge von Wellenlängen erkannt wird, welche wiederum von der Geometrie der Lichtquelle auf einen holografischen Juwel zur Anordnung des Detektors abhängt. Wenn also nur rotes Licht verwendet wird, wird nur rotes Licht erkannt, und dafür ist ein Schwarz-Weiß-Detektor geeignet. Ähnliche Effekte können mit Farbfiltern erreicht werden, die vor der bzw. den Lichtquellen und vor dem bzw. den Detektoren angeordnet werden, d. h. es können verschiedene Filter vor jeder Lichtquelle angeordnet werden, wobei diese wiederum der Reihe nach aktiviert werden. Wenn auch die Verwendung einer Farb-CCD-Kamera sicher bessere Ergebnisse bringt (z. B. beim Aufzeichnen der Farben, was die Rot-, Grün- und Blauanteile betrifft), so hat wiederum die Verwendung einer Schwarzweißkamera sicher Kosten- und andere Vorteile.
Außerdem ist anzumerken, dass die CCD-Kamera bzw. ein entsprechendes anderes Aufzeichnungsgerät eine lineare Matrix sein kann, die verwendet wird, um vertikale und/oder horizontale Linien, Diagonalen usw. zu scannen, deren Positionen versteckt (also z. B. verschlüsselt) sein können. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn nur ein Teilbereich aufgezeichnet wird.
Das holografische Material kann durch ”Aufzeichnen” eines optischen Interferenzmusters geschaffen werden, das an der Schnittstelle der beiden kohärenten optischen Strahlen gebildet wird. Die somit beobachteten Effekte können aufgrund der Struktur des Materials das Ergebnis von Spiegelung. Brechung und Beugung sein. Außer den besagten holografischen Effekten kann es auch noch zu Beugungseffekten kommen, die durch komplizierte Matrizen sich gegenseitig verriegelnder geometrischer Prismenmuster erreicht werden. Die Verwendung von polarisiertem Licht und polarisierenden Filtern könnte ebenfalls dazu beitragen, die Komplexität zu erhöhen und das optische Signal, das direkt von den Partikeln kommt, um ein ”optisches Rauschen” als Hintergrund zu produzieren, zu verbessern. Fluoreszierende und schillernde Materialien sowie dichroitisches Glas kann ebenfalls verwendet werden, wie auch fotochemische Lichtquellen, wie Zinksulfidphosphor als Partikel oder als Teil der Partikel. Auf diese Weise könnte die Notwendigkeit für eine Lichtquelle im Leser entfallen.
Potenzielle Märkte gibt es viele, diese sind vielfältig und international. Beispiele sind:

1. fälschungssichere Banknoten und Kreditkarten;
2. Einlasskontrollsysteme, einschließlich Eintrittskartenkontrollsysteme mit mehreren Ebenen;
3. Zugangskontrolle für portable Computer, Computerterminals und brisante Anlagen;
4. Kontrolle militärischer Kommunikationssysteme zur Standardver- und -entschlüsselung;
5. Produktion/Verifikation fälschungssicherer amtlicher Dokumente, wie Visa, Fahrerlaubnisse und Pässe;
6. Identifizierung/Schutz brisanter Handeisdokumente, wie Verträge;
7. Schutz vor der Fälschung von Produkten, wie Mikrochips für Computer, Ersatzteile für Flugzeuge, Medikamente, und Konsumgüter, wie CDs und Uhren;
8. Identifizierung wertvoller Gegenstände, wie Produktionsanlagen, Autos, Fahrräder, usw., so dass diese nach einem Diebstahl nicht legal weiterverkauft werden können.

Behörden, Unternehmen usw. sind davon betroffen, wenn Dokumente nach außen gelangen bzw. deren Inhalt nach außen dringt. Die Anwendung dieser Erfindung wird zwar das illegale Kopieren von Dokumenten nicht verhindern können, aber zumindest ermöglichen, diese individuell zu identifizieren und protokollieren und es auch ermöglichen, nicht rechtmäßig angefertigte Kopien bis zur Quelle zurückzuverfolgen.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass ein Gerät geschaffen werden kann, das ungefähr so groß ist wie ein Tischdrucker. Das Papier wird über zwei Rollen zugeführt, wobei von der einen Rolle die volle Breite genutzt wird (und diese somit auch die Zugkraft liefert) und die in einzelne Segmente aufgeteilt ist. Diese in verschiedene Segmente aufgeteilte Rolle wird mit einer für Markierungsstifte verwendeten Tinte behandelt, wobei diese Tinte aber wiederum noch Fragmente der optischen Partikel enthält. Dadurch soll ein Satz vertikaler ”Tigerstreifen” auf das Papier übertragen werden, die glitzern und das Dokument sofort als brisant identifizieren.
Nachdem das Dokument durch die Rollen gelaufen ist, wird es auf einen flachen Glasschirm gelegt, seine Etikettenidentität wird gelesen und decodiert, und diese mit einem einfachen Druckkopf auf den Rand gedruckt. Das Dokument kann auch auf herkömmliche Weise gescannt werden, und in einem Computerarchiv kann es dann als Schwarzweißdokument gespeichert werden.
Wenn dann von dem Quelldokument eine Fotokopie angefertigt werden würde (auch dann, wenn eine Farbkopie gemacht werde würde), würde die Kopie weder funkeln noch glitzern und somit sofort als Fälschung erkannt werden können.
Außerdem wären die optischen Partikelelemente auf der Kopie sofort als eine Ansammlung schwarzer Punkte zu sehen – ein Effekt, der vor allem dann wichtig ist, wenn derjenige, der die illegale Kopie herstellt, dadurch die Registrierungsnummer des Quelldokuments verdeckt. Das Muster der schwarzen Punkte wäre dann bei jedem Originaldokument einmalig, so dass diese ”Fingerabdrücke” dann entweder durch einen Vergleich der illegalen Kopie mit dem Original oder durch Vergleich mit der Schwarzweißkopie im Archiv bis zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden könnten.
Die beschriebene Maschine könnte außerdem dafür verwendet werden, um zu überprüfen, ob ein Dokument ein echtes Original ist oder gefälscht. Dazu wird das Dokument über einen zweiten Satz Rollen dem Scanner zugeführt, gescannt, und das in verschlüsselter Form ausgegebene Dokument wird mit der auf dem Rand gedruckten Nummer verglichen. Wenn diese Ausgabe und die auf dem Dokument aufgedruckte Nummer übereinstimmen, dann ist es echt – andernfalls gefälscht.
Weitere Merkmale der Erfindung sind folgende:

a) Mittel zur Lieferung weiterer Informationen auf dem Gerät selbst. Auf diese Weise können dort (verschlüsselte) Bild bezogene Informationen für das Etikett und zusätzliche Informationen, wie z. B. in einer Bankkarte etc., gespeichert werden.
b) Die Anordnung kann dergestalt sein, dass nur eine Untermenge der Bildinformationen gespeichert wird, wobei diese Untermenge zufällig ausgewählt wird und deren Position zusammen mit der Untermengenbildinformation gespeichert wird.
c) Außerdem können mehrere Regionen mit Etikettbereichen vorhanden sein, wobei diese Bereiche wiederum versteckt sein können (bzw. nicht sofort erkennbar oder sichtbar) und deren Positionen zum Lesen ausgewählt werden, damit sie als verschlüsselte Information gespeichert werden.
d) Zum Speichern der verschlüsselten Information des von dem Partikel aufgezeichneten Lichtmusters kann ein Strichcode verwendet werden.
e) Zum Speichern der verschlüsselten Information des von den Partikeln gewonnenen Lichtmusters kann ein Speicherchip verwendet werden. Der Begriff ”Speicherchip” ist einschließlich entsprechender Speichergeräte zu verstehen, wie magnetische oder bioelektronische Geräte.
f) Die Deckschicht bzw. das Medium für die Mischung kann dergestalt sein, dass es kaputtgeht, wenn man daran herumhantiert; auf diese Weise wird ein Schutz gegen ein Manipulieren oder Herumhantieren am Etikett erreicht, so dass dieses nicht auf ein anderes Objekt übertragen werden kann.
g) Die Partikel können dergestalt sein, dass sie die Wellenlängen von Licht für das menschliche Auge nicht sichtbar reflektieren.
h) Die Partikel können von der Größe her kleiner sein als die Auflösung von Fotokopierpapier.
i) Das Etikett kann inhärenter Teil des Artikels sein, auf dem es aufgebracht wird, Es kann also auf dem Objekt, das zu identifizieren ist, befestigt (also z. B. aufgeklebt werden) oder mit ihm in anderer Weise verbunden werden (z. B. über ein Siegel, einen Anhänger, wie er für Gepäckstücke verwendet wird usw.). Wenn das Etikett auf- bzw. angeklebt wird etc., so kann dies auf solche Weise erfolgen, dass das Etikett durch eine Manipulation derart beschädigt wird, dass es nicht mehr verwendet werden kann. Das Etikett kann also eine Eigenschaft sein, die bereits dem Objekt eigen ist, wie also z. B. eine körnige oder faserige Struktur des Objekts. Bei metallischen Objekten, wie z. B. Maschinenteilen, wäre es möglich, einen Bereich der Oberfläche so abzuschleifen, dass die darunter liegende kristalline Struktur zum Vorschein kommt. Diese Oberfläche kann – wenn sie entsprechend geschützt wird – als Etikett fungieren, wobei dessen Eigenschaften dann genauso einzigartig und unverwechselbar sind wie die jeweilige Komponente bzw. das jeweilige Bauteil.
j) Gruppen der Partikel können an mehreren Stellen angeordnet werden.
k) Die Partikel können von einer spezifischen Form sein oder aus mehreren verschiedenen Formen gleichzeitig bestehen oder aber auch von unregelmäßiger Form sein. Eine derartige Verwendung von Formen kann zum Zweck der Mustererkennung genutzt werden (zum Beispiel indem einander dicht nebeneinander liegende, beleuchtete Regionen nicht als zufällig behandelt werden), um auf diese Weise das Informationsniveau und somit das Sicherheitsniveau zu erhöhen.
l) Die Partikel können eine spezifische Größe haben oder in gemischten Größen vorliegen. Sie können auch in Form eines dreidimensionalen Musters angeordnet werden. Das kann dadurch erreicht werden, indem eher große Anhäufungen von Partikeln verwendet werden als mehrere einzeln verstreute Partikel. Dies kann in der Druckindustrie von Bedeutung sein, wo die Partikeln außerhalb spezifischer Größenbereiche liegen undabhängig vom Medium – leicht verklumpen können.
m) Die Partikel können eine spezifische Farbe haben oder von unterschiedlicher Farbe. Die Farbe kann entweder den Partikeln innewohnend sein oder auf die optischen Effekte, wie den ”holografischen” Effekt, zurückzuführen sein.
n) Zum Filtern der Lichtquelle oder des reflektierten Lichts können ein oder mehrere optische Filter vorgesehen werden. Diese Filter können dazu dienen, nur selektiv einen Teil des Wellenlängenspektrums zu übertragen. Die Filter könnten entweder irgendwo innerhalb der zu beleuchtenden Strecke angeordnet werden, innerhalb des Etiketts selbst, oder auch entlang des Erkennungsweges. Das Licht könnte polarisiert werden, um somit das Signalverhältnis (das Licht von den Partikeln) zum Hintergrund (Licht vom Trägermaterial) zu verbessern. Als ein weiteres Beispiel ergibt polarisiertes Licht, wenn es durch eine kristalline Folie scheint, unterschiedliche Farbmuster, wenn polarisierende Filter, die über und unter die kristalline Folie gesetzt werden, zueinander gedreht werden. Wenn also das Etikett eine Grundschicht hätte, die aus reflektierendem Material besteht und mit Licht aus einem polarisierenden Filter beleuchtet werden würde, dann würden durch das Rotieren eines zweiten polarisierenden Filters, der zwischen dem Etikett und dem Sensor des Lesers angeordnet wäre, unterschiedliche Farben entstehen, da sich der Filtrationswinkel ständig ändert.
o) Es könnte ein Etikettenleser verwendet werden, bei dem die Ergebnisse des Scannens mit Licht der Wellenlänge ”A” (bzw. von der Position ”A”) dafür verwendet werden, um die Ergebnisse des Scans mit dem Licht der Wellenlänge ”B” (bzw. von Position ”B”) mathematisch zu manipulieren; das Produkt daraus (also ”A” + ”B”) könnte dann dafür verwendet werden, um das Ergebnis, wenn Licht der Wellenlänge ”C” (bzw. von Position ”C”) verwendet wird, zu manipulieren, usw.
p) Auf dem Etikett könnte sich ein zufälliges Muster befinden, das sich innerhalb eines regelmäßigen Musters befindet, oder es könnte ein regelmäßiges Muster enthalten, das sich innerhalb eines zufälligen Musters befindet.
q) Die in dem Etikett verwendeten Partikel können entweder ein Gemisch von reflektierenden Partikeln und Partikeln aus der Filtration der Wellenlängen, wobei eine Vorauswahl der beiden Partikelarten nach ihren Eigenschaften getroffen wird, dass diese einander komplementär sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen und Betreiben eines Sicherheitssystems, mit den folgenden Schritten: Herstellen mehrerer Etiketten, die jeweils eine lichtdurchlässige Matrix und mehrere zufällig verteilte Partikel enthalten, Bereitstellen eines Lesers mit Mitteln zum Bewirken, dass Licht einer oder mehrerer Wellenlängen auf ein Etikett auftrifft, und Mitteln zum Detektieren, Aufzeichnen und Interpretieren des Lichts, das von den Partikeln reflektiert und/oder gebrochen und/oder gebeugt wird, um so Bilder der Partikel zu produzieren, und Bringen des Etiketts an den Leser, wobei Informationen bezüglich den Bildern eines Teils oder aller der Partikel eines bestimmten Etiketts verschlüsselt und in oder auf dem Etikett oder in oder auf einem Objekt, an dem das Etikett angebracht ist, gespeichert werden und die verschlüsselten Bildinformationen, wenn Authentifizierung erforderlich ist, abgerufen und entschlüsselt und mit den durch den Leser erhaltenen Bildinformationen verglichen werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus metallisierter Kunststofffolie bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Matrix durch ein optisch transparentes Medium gebildet wird, mit dem die Partikel gemischt werden, wenn sich das Medium in einem flüssigen Zustand befindet, und das nach Aufbringen des die Partikel enthaltenden Mediums auf ein Substrat aushärtet oder aushärten gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Substrat Fotopapier ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Matrix und/oder die Partikel in dem ”etikettierten” Objekt innewohnend sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere Lichtquellen zur Beleuchtung des Etiketts verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Lichtquellen beugende optische Elemente umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Benutzung einer Strichcode- und/oder Chipkartentechnologie zum Speichern und/oder Manipulieren verschlüsselter und/oder nicht verschlüsselter Informationen bezüglich der Koordinaten auf oder in dem etikettierten Objekt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Benutzung von Mitteln zum Auswählen des erforderlichen Sicherheitsniveaus.