DE69426142T2

DE69426142T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Banknotenauthentifizierung

Info

Publication number: DE69426142T2
Application number: DE69426142T
Authority: DE
Inventors: Frederick J. Jeffers
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: US5418458A; JPH07168903A; JP3659990B2; DE69426142D1; EP0640841B1; EP0640841A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Erfassen magnetischer Felder und insbesondere das Erfassen von und/oder die Prüfung der magnetischen Felder von Banknoten, wie beispielsweise aus US-A-4 587 412 bekannt. Banknoten werden teilweise mit einer magnetischen Farbe gedruckt, die jede Banknote mit einer erfassbaren Magnetschicht versieht.
Das Magnetfeld-Erfassungssystem zum Erfassen und Prüfen der Banknoten arbeitet mit einem in Fig. 1 gezeigten 5-Kopf-Verfahren. Eine Banknote 11 wird in eine durch den Pfeil in Fig. 1 bezeichnete Richtung transportiert. Die Banknote 11 trifft zunächst auf einen Hochfrequenz-Löschkopf 15. Der Hochfrequenz-Löschkopf 15 entmagnetisiert die magnetische Farbe auf der Banknote. Als nächstes tritt die Banknote 11 über einen Nichtsättigungs-Aufzeichnungskopf 16, wo die Banknote 11 mit einem Magnetfeld beaufschlagt wird, das die Farbe auf ca. 80% Sättigung magnetisiert. Als nächstes tritt die Banknote 11 über einen Nichtsättigungs-Lesekopf 17, wobei der Nichtsättigungs-Lesekopf 17 einen Restmagnetismus erfasst, der aus der Beaufschlagung mit dem Nichtsättigungs-Magnetfeld resultiert. Die Banknote 11 tritt dann über einen Sättigungs-Aufzeichnungskopf 18, der ein Feld bereitstellt, das die Magnetschicht bis auf Sättigung magnetisiert. Abschließend tritt die Banknote 11 über einen Sättigungs-Lesekopf 19, der den Sättigungs-Restmagnetismus aus der Beaufschlagung mit dem Sättigungs-Magnetfeld erfasst. Der Betrieb des Prüfverfahrens nach dem Stand der Technik lässt sich durch Bezug auf Fig. 2 erläutern. Fig. 2 zeigt eine Kurve der Magnetisierung des Materials in Bezug auf das Magnetfeld, was üblicherweise als Hysteresekurve bezeichnet wird. Die Banknote 11 wird zunächst mit einem Löschfeld beaufschlagt, wodurch der Magnetschicht die durch Punkt 21 aus Fig. 2 bezeichneten magnetischen Eigenschaften verliehen werden. Wenn die Banknote 11 mit einem Nichtsättigungs-Magnetfeld (80%) beaufschlagt wird, weist die Magnetschicht die dem Punkt 22 der Hysteresekurve 20 zugeordneten Eigenschaften auf. Wenn die Banknote 11 aus der Nähe des Nichtsättigungs-Magnetfeldkopfes bewegt wird, nehmen die magnetischen Eigenschaften (Restmagnetismus) die durch Punkt 23 definierten Eigenschaften an. Der durch Punkt 23 definierte Restmagnetismus wird durch den Nichtsättigungs-Magnetfeldlesekopf 17 gemessen. Die Banknote 11 wird dann einem Sättigungs-Magnetfeld unterworfen, wobei das Feld der Magnetschicht durch Punkt 24 aus Fig. 2 dargestellt wird. Nach Entnahme aus dem Sättigungs-Magnetfeld-Aufzeichnungskopf 18 wird der Restmagnetismus an Punkt 25 durch den Sättigungs-Magnetfeldlesekopf 19 gemessen. Die Messungen des Restmagnetismus an Punkt 23 und Punkt 25 werden zur Authentifizierung der Banknote 11 herangezogen.
Die zuvor beschriebene herkömmliche Magnetfarben-Erfassungsvorrichtung erfordert einen Löschkopf. Ein herkömmlicher Löschkopf umfasst einen Schlitzmagnetkern mit vielen Drahtwicklungen. Der Draht überträgt ein hochfrequentes Wechselstromfeld. Wenn die Banknote in Nähe des Magnetkernspaltes kommt, wird sie mit einem großen Magnetfeld mit wechselnder Polarität beaufschlagt. Das Magnetfeld, dem die Banknote ausgesetzt ist, geht nach Null, wenn die Banknote von dem Spalt wegbewegt wird. Das große Feld mit wechselnder Polarität löscht die gesamte Magnetisierung, die möglicherweise in der Banknote vorhanden ist. Als Ergebnis der Beaufschlagung des großen Magnetfeldes mit wechselnder Polarität nimmt die Schicht die an Punkt 21 aus Fig. 2 gezeigten Eigenschaften an.
In bestimmten zum Abtasten von Banknoten verwendeten Vorrichtungen ist beim Abstand der Banknote zum Löschkopf eine Toleranz von ± 1 mm vorgesehen, und die Banknoten werden mit 10 mls abgetastet. Um das bestehende Magnetfeld wirksam zu löschen, muss das Wechselstrommagnetfeld sehr groß sein und mit einer hohen Frequenz moduliert werden. Dieses große Hochfrequenzfeld erzeugt in den Leseköpfen 17 und 19 aus Fig. 1 ein erhebliches Rauschsignal. Das Rauschen bewirkt eine Verminderung des Signal-Rauschabstandes.
Aufgrund des großen Hochfrequenzstroms, der durch die Wicklung des Löschkopfes fließt, kann eine inakzeptable Energie durch den Löschkopf in Form übermäßiger Erwärmung abgestrahlt werden.
Es besteht daher Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren, welche den Löschmagneten in dem Magnetfarben-Erfassungssystem für Banknoten entbehrlich machen.
Die vorliegende Erfindung löst eines oder mehrere der zuvor genannten Probleme. Zusammenfassend gesagt umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung zum Erfassen der Magnetfarbe in Banknoten in der Folge, in der die Vorrichtung in Wirkbeziehung zu der Banknote steht, einen Sättigungs-Aufzeichnungskopf, einen Sättigungs-Lesekopf, einen Nichtsättigungs-Aufzeichnungskopf und einen Nichtsättigungs-Lesekopf. Durch richtige Wahl der auf die Banknote einwirkenden Felder kann dieses Verfahren Informationen liefern, die den Informationen äquivalent sind, die nach dem Stand der Technik geliefert werden, ohne jedoch einen Löschkopf zu benötigen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines dem Stand der Technik entsprechenden Magnetfeld-Erfassungssystems zur Banknotenprüfung,
Fig. 2 das dem Stand der Technik entsprechende Verfahren zum Messen von Parametern einer Schicht eines magnetischen Materials,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Magnetfeld-Erfassungssystems,
Fig. 4 das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen von Parametern einer Schicht eines magnetischen Materials, und
Fig. 5 ein detailliertes Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Erfassungssystems.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird das Erfassungssystem zum Erfassen der Magnetfarbe in einer Banknote gezeigt. Das Erfassungssystem umfasst einen Sättigungs- Aufzeichnungskopf 31, der das erste Element des Erfassungssystems zur Interaktion mit der Banknote 11 darstellt. Das zweite Element des Erfassungssystems zur Interaktion mit der Banknote 11 ist ein Sättigungs-Lesekopf 32. Anschließend erfolgt die Interaktion mit einem Nichtsättigungs-Aufzeichnungskopf 33 und zuletzt erfolgt die Interaktion zwischen dem Erfassungssystem und der Banknote 11 über einen Nichtsättigungs-Lesekopf 34.
Wie zuvor erwähnt, hat das dem Stand der Technik entsprechende Verfahren zum Bestimmen der magnetischen Eigenschaften einer Magnetschicht die Aufgabe, das magnetische Moment der Banknote zu löschen und die Banknote mit einem Magnetfeld mit 80% Sättigung zu beaufschlagen. Nach Beaufschlagung mit diesem 80%igen Feld wird das magnetische Moment gemessen. Erfindungsgemäß lassen sich äquivalente Informationen erzeugen, indem man die Banknote mit einem Sättigungsfeld beaufschlagt und dann die Schicht mit einem Magnetfeld mit entgegengesetzter Polarität beaufschlagt, was der Beaufschlagung der gelöschten Schicht mit einem Magnetfeld mit einer Sättigung von 80% entspricht. Grundlage dieses erfindungsgemäßen Vorgangs ist, dass für geringe Magnetpartikelkonzentrationen, wie die in einer Banknote vorhandenen, die Feldverteilungen für das Magnetisieren und das Entmagnetisieren der Partikel gleich sind. Das Gleiche wird durch folgende Wohlfarth-Gleichung ausgedrückt:
-Md(H) = 2Mr(H) - Mrs (1)
wobei Mr(H) das Restmoment beginnend bei null ist, Md(H) ist der entmagnetisierende Restmoment beginnend von -Mrs, und Mrs ist der Sättigungsrest der Partikelanordnung. Gleichung 1 lässt sich folgendermaßen schreiben:
Mr(H) = 1/2 (Mrs - Md(H)] (2)
oder
Mr/Mrs = 1/2 (1 - Md/Mm) (3)
Nach Gleichung 3, wenn Mr(H)/Mrs = 0,8, ist Md(H)/Mrs = -0,6. Die Beaufschlagung mit einem Feld, das groß genug ist, um Md/Mm = -60% zu erzeugen, ist äquivalent zu Mr/Mrs 80%.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Magnetkopfanordnung lässt sich unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutern. Der Sättigungsfeld-Magnetkopf bewirkt, dass die Magnetisierung M in der Magnetschicht einen Punkt 41 auf der Hysteresekurve 40 erreicht. Wenn die Banknote aus der Nähe des Sättigungs-Magnetkopfes genommen wird, entspricht das von dem Sättigungsmagnetfeld-Lesekopf gemessene Sättigungs-Restfeld dem Punkt 42. Die Banknote wird in die Nähe des Nichtsättigungs- Aufzeichnungskopfes gebracht, wo das Feld in der Magnetschicht und die Magnetisierung dem Punkt 43 auf der Hysteresekurve 40 entsprechen. Wenn die Banknote aus der Nähe des Nichtsättigungs-Aufzeichnungskopfes bewegt wird, misst der Nichtsättigungs-Lesekopf das Restmoment an Punkt 44. Dieses Restmoment steht in der in Gleichung 3 zuvor beschriebenen Weise in Beziehung zum Restmoment des dem Stand der Technik entsprechenden Verfahrens. Das durch den Sättigungs- Lesekopf 32 aus Fig. 3 gemessene magnetische Moment Mrs und das durch den Nichtsättigungs-Lesekopf 34 aus Fig. 3 gemessene entmagnetisierende magnetische Moment weisen eine entgegengesetzte Polarität auf, d. h. um 180º phasenverschoben, wenn die Banknote echt ist. Wenn eine gefälschte Banknote geprüft wird und die Banknote eine hohe Koerzitivkraft hat, d. h. sie ist gegen Entmagnetisierung resistent, ist das Moment der gefälschten Banknote auf 60% der Sättigung reduzierbar, ohne dass jedoch die Polarität wechselt. Die Signalwiedergabeelektronik lässt sich so auslegen, dass die Phase des nicht gesättigten Signals sowie dessen Größe erfasst wird. Auf diese Weise können gefälschte Banknoten mit hoher Koerzitivkraft erkannt und beseitigt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wird die Konfiguration für das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Magnetkopfanordnung gezeigt. Ein erster kombinierter Kopf 50 umfasst die Elemente 51 zum Erzeugen des Sättigungs-Magnetfeldes, einen Sensor 52 im Spalt der Elemente 51 zum Erfassen des Sättigungs-Magnetfeldes und einen Sättigungs-Lesekopf 53 zum Erfassen des in der Magnetschicht durch die Elemente 51 erzeugten Restmoments. Die Elemente 51 umfassen einen Permanentmagneten 51A zwischen Magnetjochs aus weichem Material. Ein zweiter kombinierter Kopf 55 umfasst Elemente 56 zum Erzeugen eines nicht sättigenden Magnetfeldes in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Feldes des ersten kombinierten Kopfes, einen Sensor 57, der in dem Spalt der das Feld erzeugenden Elemente 56 angeordnet ist, und ein Sensor 58 zum Erfassen des Restmoments der Magnetschicht, das aus der Interaktion des ersten kombinierten Kopfes 50 und des zweiten kombinierten Kopfes 55 resultiert. Die Elemente 56 umfassen einen Permanentmagneten 56A zwischen Magnetjochs aus weichem Material. Die zusätzlichen "feldinternen" Detektoren 52 und 57 aus Fig. 5 messen die Magnetisierung der Banknote an Punkt 41 und 43 aus Fig. 4 und liefern zusätzliche Informationen zur Unterstützung bei der Authentifizierung.
Die Detektoren 52 und 57 arbeiten nach dem Prinzip der magnetischen Widerstandsänderung. Dünnfilme aus 81/19 NiFe sind in den Spalten der Strukturen 51 und 56 derart angeordnet, dass die Filmebene senkrecht zu dem großen Magnetfeld an diesen Punkten verläuft. Weil die Ebene der Schicht senkrecht zu dem großen Feld verläuft, wird dieses Feld nicht erfasst, und die Sensoren können mit einem hervorragenden Signal-Rauschabstand auf das sehr kleine Magnetfeld ansprechen, das aus den Banknoten abstrahlt. Die übrigen Sensoren 53 und 58 aus Fig. 5 arbeiten in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls nach dem Prinzip der magnetischen Widerstandsänderung.
Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschränkt, sondern kann innerhalb des Geltungsbereichs Änderungen und Abwandlungen unterzogen werden. Viele Änderungen sind zudem zur Anpassung auf eine bestimmte Situation und auf ein bestimmtes Material durchführbar, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl als Beispiel die Prüfung von Banknoten herangezogen wurde, ist diese Technik selbstverständlich auf jede Magnetschicht anwendbar.
Bestimmte Aspekte der Erfindung sind daher nicht auf spezielle Einzelheiten der dargestellten Beispiele beschränkt, so dass anzunehmen ist, dass Fachleute weitere Änderungen und Anwendungen vornehmen werden. Die Ansprüche gelten daher auch für alle derartigen Änderungen und Anwendungen, soweit diese gemäß der anhängenden Ansprüche in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Claims

1. Magnetkopfanordnung zum Erfassen der magnetischen Eigenschaften einer Magnetschicht, mit

- einem ersten Aufzeichnungskopf (31) als erstem Element der Erfassungsanordnung, der in der Magnetschicht ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, welches eine Stärke aufweist, die ausreicht, die Magnetschicht in einer ersten Richtung zu sättigen;

- einem ersten Lesekopf (32), der in geringem Abstand nach dem ersten Aufzeichnungskopf angeordnet ist und die Phase und Stärke der durch den ersten Aufzeichnungskopf erzeugten Remanenzmagnetisierung in der Schicht erfasst;

- einem zweiten Aufzeichnungskopf (33), der in geringem Abstand nach dem ersten Lesekopf angeordnet ist und in der Magnetschicht ein Magnetfeld erzeugt, das gegenüber dem vom ersten Aufzeichnungskopf erzeugten, magnetischen Gleichfeld in entgegengesetzter Richtung wirkt, wobei die Stärke des durch den zweiten Aufzeichnungskopf erzeugten Magnetfelds geringer ist, so dass die durch den ersten Aufzeichnungskopf aufgebrachte Magnetisierung umgepolt und teilweise gelöscht wird; und

- einem zweiten Lesekopf (34), der in geringem Abstand vom zweiten Aufzeichnungskopf angeordnet ist und die Phase und Stärke einer Remanenzmagnetisierung erfasst, die nach Passieren des zweiten Aufzeichnungskopfes in der Magnetschicht verbleibt.

2. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufzeichnungskopf eine Vorrichtung zum Erfassen der Phase und Amplitude eines Signals aufweist, welches von der Magnetschicht während deren Beaufschlagung mit dem Magnetfeld erzeugt wird.

3. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufzeichnungskopf durch ein magnetoresistives Magnetfeld-Sensorelement gebildet ist.

4. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Permanentmagneten im rückwärtigen Bereich eines aus weichem, magnetischem Material hergestellten Joches eine für die Erzeugung eines magnetischen Aufzeichnungsfeldes erforderliche magnetomotorische Kraft bereitgestellt ist.

5. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Lesekopf einen magnetoresistiven Magnetfeldsensor aufweist.

6. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aufzeichnungskopf in der Lage ist, die Polarität umzukehren und die Magnetisierung der Magnetschicht teilweise zu löschen, und die Phase und Stärke des durch die Magnetisierung in der Magnetschicht erzeugten Feldes zu erfassen.

7. Magnetkopfanordnung zum Erfassen der magnetischen Eigenschaften einer Magnetschicht, mit

- einem ersten, magnetischen Aufzeichnungskopf (50) als erstem Element der Erfassungsanordnung, der in der Magnetschicht ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, welches ausgewählt wird, die Magnetschicht in einer ersten Richtung zu sättigen;

- einem zweiten Aufzeichnungskopf (55), der in geringem Abstand vom ersten Aufzeichnungskopf angeordnet ist und in der Magnetschicht ein Magnetfeld erzeugt, das gegenüber dem vom ersten Aufzeichnungskopf erzeugten Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung wirkt, wobei das durch den zweiten Aufzeichnungskopf erzeugte Magnetfeld eine Amplitude aufweist, die ausreicht, die Polarität umzukehren und die durch den ersten Aufzeichnungskopf aufgebrachte Magnetisierung teilweise zu löschen oder umzukehren;

- wobei sowohl der erste als auch der zweite Aufzeichnungskopf in der Lage ist, die Phase und Stärke der auf der Magnetschicht aufgebrachten Magnetisierung gleichzeitig zu erfassen.

8. Magnetkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschicht der auf einer Banknote aufgebrachte magnetische Farbstoff ist.

9. Verfahren zum Messen der magnetischen Eigenschaften einer Schicht aus magnetischem Material, mit folgenden Schritten:

- erstes Sättigen der Magnetmaterialschicht in einer ersten Richtung mit einem magnetischen Sättigungsfeld;

- Messen der Sättigungsremanenz der Schicht nach Entfernen des magnetischen Sättigungsfeldes;

- Anwenden eines Nichtsättigungsmagnetfeldes mit einem vorbestimmten Wert und einer dem magnetischen Sättigungsfeld entgegengesetzten Richtung; und

- Messen der Stärke und Polarität einer Nichtsättigungsremanenz der Magnetschicht nach Entfernen des Nichtsättigungsmagnetfeldes.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt:

- Vergleichen der Stärke und Phase des Sättigungsremanenzwertes mit der Stärke und Phase des Nichtsättigungsremanenzwertes.