WO2019002562A1 - Verfahren und vorrichtung zum verifizieren eines elektrolumineszierenden sicherheitsmerkmals in einem wert- oder sicherheitsdokument unter ausnutzung von zusätzlicher lichtstrahlung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verifizieren eines elektrolumineszierenden sicherheitsmerkmals in einem wert- oder sicherheitsdokument unter ausnutzung von zusätzlicher lichtstrahlung Download PDF

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security feature
excitation
security
electroluminescent
output signal
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Florian Peters
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    • G07D7/202—Testing patterns thereon using pattern matching
    • G07D7/205—Matching spectral properties

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for verifying an electroluminescent security feature in a value or security document.
  • electroluminescent security features are used.
  • printing inks and preparations with electroluminescent pigments are used, which exhibit a luminescence in the visible and / or non-visible spectral range when excited in a static or dynamic electric field.
  • electroluminescent pigment exhibits a characteristic
  • Luminescence Although only in very few cases is such a luminescence response a signal that can be described as a harmonic wave alone. Rather, analyzes of the luminescence response increasing after the start of an excitation have shown that there is an exponential dependence of the peak value of the luminescence on the electric field component (D. Curie, Sur levente de l'electroluminescence - II. Applications aux kanns experimentaux, J. Phys , 1953, 14 (12), pp- 672-686). In the literature, an exponential function is set up for the increase. By contrast, the luminescence response decaying after switching off the excitation is usually described only qualitatively, for example as hyperbolic. As a rule, this has very strong nonlinear courses with secondary maxima.
  • electroluminescent pigment which can be exploited to identify the electroluminescent pigment used and in this way the authenticity of a provided with this electroluminescent pigment
  • electroluminescent pigment in this case are very inaccurate, since several influencing factors can change the components of the frequency spectrum, without modifying the basic property of the electroluminescent pigment in this case. When external conditions change, this can lead to significant difficulties in verifying the security feature. Verifying should mean checking the authenticity of such a security feature.
  • true pigments may lead to a misinterpretation, ie a true pigment is erroneously classified as not true (“false reject").
  • Verification process is considered telecommunications.
  • the Verification measurement initially divided mentally into different sections.
  • an excitation with an electric field takes place. This electric field then causes a physical reaction of the to be verified
  • Security feature in the form of a luminescent response, i. an emission of electroluminescence. This is detected with a measuring device, which a
  • Output signal provides. It has proved to be advantageous to regard the luminescence response of the security feature including the measuring apparatus, which detects the electroluminescence and converts it into an output signal, as a signal transmission path and to model it by a characteristic function.
  • characteristic function essentially of the one or the other
  • Luminescence pigments and, where appropriate, substances which are introduced into the security feature for amplifying an electric field are quasi a system response to an electrical excitation of the security feature. In this case, all influences of the security feature are incorporated into the characteristic function
  • the characteristic function is thus preferably a system response to any standardized excitation, for example a step response to the excitation.
  • the response to a sinusoidal excitation of the electric field used is generally better absorbed.
  • a sine wave is a single half-wave of an electric field whose field strength can be mathematically described by:
  • Such a characteristic function can be determined from measurements and / or numerical simulations.
  • a symbol is intended to designate a single character unit for transmitting an information content.
  • a symbol has a certain symbol shape.
  • a symbol is to be understood here in the sense of communication technology, wherein a transmission unit for transmitting data sends symbols with a known symbol transmission rate over a transmission channel and a receiving unit recognizes these symbols and reconstructs the transmitted data.
  • Patent claim 1 and a device with the features of claim 7 solved.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention is based on the knowledge of the inventors that the system response of a luminescent pigment or a luminescent pigments or a
  • Lumineszenzpigmentmischung containing security feature depends crucially on the ambient conditions, under which the luminescence in the Security document or document of value is formed.
  • the electroluminescent response is thus decisively dependent on which
  • Polarization features the security feature in the specific case.
  • Materials incorporated in a security element such as reinforcing materials, in addition to the luminescent pigment or luminescent pigments of a luminescent pigment mixture, and an electroluminescent response of
  • Electroluminescent response can also be achieved by irradiation of light radiation on the security element and this effect can also be detected and to form an improved security feature, i. a security feature that is harder to forge, and that can be used to improve the verification of improved distinctness of security elements that exhibit an equal or similar luminescent response to electrical stimulation without light irradiation, but one another with additional light excitation
  • a method for verifying an electroluminescent security feature in a value and / or security document comprising the steps:
  • the security element is at least temporarily irradiated with light radiation in the UV wavelength range.
  • Security feature in a security and / or security document includes:
  • an electrical excitation device for exciting the electroluminescent security feature by means of an excitation signal having an electric field
  • a detection device which is formed such, one of the
  • an evaluation device which is designed to transform the excitation signal by means of a provided characteristic function, to evaluate the transformed output signal taking into account at least one excitation signal information of the excitation signal, to derive therefrom a verification decision and to output the derived verification decision,
  • Electroluminescent security features possible because the altered response is also a characteristic of the electroluminescent security feature.
  • the security element with the light radiation is continuously emitted during the excitation and the detection of the emitted
  • the excitation signal of the electrical excitation is derived from a predetermined, modulated in the time domain input signal. This will make it possible at the
  • the input signal information is a symbol form which is used to encode information in the input signal.
  • Knowledge of the symbol shape then allows demodulation of the transformed output signal and reconstruction of the encoded information.
  • Irradiation of the security feature during the stimulation and the detection of the emitted luminescence radiation is intensity-modulated according to an intensity pattern.
  • the intensity modulation can be in a simple form switching on and off of the light radiation. In other embodiments, however, the intensity of the incident light between zero and a maximum value can be varied arbitrarily or stepwise for certain periods of time. The variation can be unsteady, i.
  • Sinusoidal excitations or symbols changed and thus carried out a modulation.
  • the different system responses at different radiation intensities make it possible to further increase the selectivity between different pigments.
  • a preferred embodiment of the device thus provides that a
  • Control device controls the irradiation of the light radiation according to a predetermined intensity pattern.
  • a preferred embodiment provides that the characteristic function used for the evaluation is adapted to the particular intensity pattern used and used for the evaluation.
  • a corresponding device provides that the control device is additionally coupled to the evaluation device, so that the characteristic function used for evaluating the output signal is adapted in each case to the light irradiation.
  • the evaluation of the detected output signal preferably comprises a transformation with the at least one characteristic function, wherein the characteristic function is a standard response of a true pigment to be verified or
  • This standardized excitation is preferably a sinusoidal excitation.
  • the term sinusoid is used because the result of the luminescence radiation is independent of the specific polarity of the electric field, i. its sign, is.
  • the characteristic function for a security feature or a luminescent pigment in the unirradiated state in which the security feature or the luminescent pigment are not irradiated with light radiation is different from the characteristic function of the same security feature or luminescent pigment in the irradiated state in which
  • Security feature or the luminescent pigment are irradiated with light radiation.
  • the transformed output signal is preferably demodulated to determine if the evaluated signal corresponds to a true security element response to the corresponding stimulus.
  • the information encoded with the transmitted symbol or symbols does not necessarily have to be determined and evaluated. In some embodiments, it is sufficient to use knowledge of the symbol shape to determine that the symbol transfer by the measured pigment corresponds to transmission by a true reference pigment. For example, a verification decision can then be derived by determining the signal-to-noise ratio in the transformed output signal. For example, the security feature is found to be true when a certain threshold signal-to-noise ratio is reached or exceeded.
  • Another alternative method of demodulation is, for example, the use of an "integrate and dump” filter, in which a discrete excitation signal or input signal is accumulated cumulatively for a certain number of samples or for a given time window for each step. After the specified number of samples, the sum is reset to zero ("dump") and started again with the cumulative summation
  • This method can usually be used when a symbol shape of the excitation has a simple rectangular pulse shape.
  • Kalman filter which determines the system response at each point in time of the sampled luminescence signal and then determines the system response despite noise.
  • extended Kalman filter i. a nonlinear Kalman filter.
  • the actual input function of the Kalman filter is the excitation signal of the luminescent substance. Only with correct knowledge of the excitation signal is the system response to be recorded.
  • Lumineszenzpigmente are integrated in a genuine security document, a so-called feedback circuit can be realized, which adapts the input signal or the electrical excitation signal, so that the actual excitation of the
  • desired excitation (a desired symbol shape or the desired symbol of the input signal).
  • the advantage of the method and the device is that small non-linearities due to the integration and longer time recording, especially when using the Kalman filter, the evaluation hardly affect and spectral shifts in Frequency range of the output signal in contrast to the prior art no longer lead to a large error in the evaluation and verification. Furthermore, the DC component of the output signal does not need to be considered separately. Another advantage is that the phase position no longer necessarily needs to be recognized (a so-called phase recovery is not necessary) and the maximum possible signal-to-noise ratio is achieved.
  • the luminescent effect of the security feature is modeled as a short-term linear time-invariant system (LTI). That is, it is assumed in a first approximation that the behavior of the electroluminescent effect has both the property of linearity and independent of temporal
  • Shifts is. This simplifies the transformation equations and thus enables particularly efficient further processing of the output signal.
  • electroluminescent security feature is found to be true if a
  • Correlation function reaches or exceeds a predetermined threshold at a given time or in a predetermined time range.
  • a cross-correlation of the transformed output signal with at least part of the input signal or excitation signal is performed.
  • This part of the input signal or excitation signal may in particular be one in the input signal or
  • Excitation signal used be symbol shape.
  • the threshold value must be exceeded for a plurality of predetermined times or a plurality of predetermined time ranges, so that the security feature is found to be genuine. If the predetermined threshold or the predetermined thresholds are not exceeded, the
  • electroluminescent reference security feature is excited and its
  • Luminescence is detected and evaluated as a reference output signal.
  • Excitation signal by means of an electric field by an excitation device, detecting a luminescence emitted by the reference security feature and converting the detected luminescence into a reference output signal by a
  • Detection device comprises. From the reference output signal and the
  • the characteristic function is derived.
  • the characteristic function is the inverse of a transfer function of the
  • Reference security feature is understood as a linear time-invariant system.
  • the inverse of the transfer functions can not be determined analytically.
  • the inverse of the transfer function is calculated by means of numerical methods. This can be done, for example, by means of the Matlab function "fmincon ()" (for example in Matlab® Version 2016a, a software of The MathWorks, Inc. in Natick, Massachusetts, USA).
  • the characteristic function is to be determined in each case for a specific light irradiation. If different light irradiations are to be used for the verification, a characteristic function is to be determined for each of the light irradiations to be used.
  • the transformation of the output signal comprises a deconvolution with an adaptation function.
  • Adaptation function maps the influences of the device and the conditions during a measurement (excitation and detection of electroluminescence).
  • these conditions may, for example, be an actual voltage applied to the excitation of the electroluminescence or an actual distance of the
  • Exciting means present electrical voltage can be determined.
  • An actual distance of the electrodes of the excitation means can also be determined by suitable means. In this way, for example, a caused by vibration of the device harmonic excitation, which by a vibration following change of the plate spacing in the electric field
  • the adaptation function is then estimated by the estimator, for example by estimating a harmonic in the electric field caused by a vibration. Furthermore, a mechanical plate spacing at
  • different similar devices may be different and the present electrical voltage may differ from the nominal voltage, so that for each device, the adjustment function must be determined or estimated individually.
  • a temperature and general environmental conditions can also be taken into account when estimating.
  • the input signal or excitation signal relate in each case to the electrical excitation.
  • the light radiation is to be considered separately.
  • the deployment is carried out by means of a Kalman filter.
  • a so-called amplifier matrix can be calculated.
  • Input signal or excitation signal based on another in or on the security document formed security feature is provided or selected.
  • another security feature to be checked before verification according to the method described, and a selection of the predetermined input signal or excitation signal to be made on the basis of the verification result of the other security feature or of information formed in the other security feature.
  • Parts of the device can also be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
  • Luminescence signals is that on the one hand for a sufficient power of the luminescence signals a harmonic or repeatedly pulsed excitation are very beneficial, on the other hand, the pulse, jump, or sinusoidal response takes much longer in time than an excitation cycle.
  • intersymbol interference the luminescence signal clearly different from an impulse response of a symbol.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the device for
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a further embodiment of the device for verifying an electroluminescent security feature in a value or security document using an adaptation function
  • Fig. 3 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method for
  • FIG. 5 is a schematic overview diagram of an embodiment of the method for verifying an electroluminescent security feature in a value or security document.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an embodiment of the device 1 for verifying an electroluminescent security feature 2 in a value or security document 3.
  • the device 1 comprises an excitation device 4, a detection device 5 and an evaluation device 6.
  • the value or security document 3 is positioned between two electrodes 7 of the exciter 4.
  • the electroluminescent security feature 2 located on the value or security document 3 is excited by means of an electric field by a predetermined excitation signal 8 for luminescence 9.
  • the predetermined excitation signal 8 is provided, for example, by a modulation device 10 on the electrodes 7.
  • the modulation is determined, for example, by a predetermined input signal 27.
  • the electroluminescence 9 emitted by the excited electroluminescent security feature 2 is detected by the detection device 5.
  • Detection device 5 for example, a spectrometer with a
  • the detection device 5 initiates the detected electroluminescence 9
  • Output signal 1 1 and forwards it to the evaluation device 6 on. Furthermore, another time-resolved measuring detector can also be used.
  • an analog-to-digital conversion can be provided after the detection, so that the output signal 1 1 can be provided in digital form,
  • the evaluation device 6 transforms the output signal 1 1 in one
  • Transformation module 13 by means of a characteristic function 12. Such a transformation may be in particular a deployment of the output signal 1 1 with the characteristic function 12.
  • the transformed output signal 14 is forwarded to a demodulator module 15 and demodulated there.
  • Input signal information is, for example, a symbol form of symbols used to generate the input signal 8.
  • the demodulation may be performed, for example, using a matched filter tuned to the symbol shape.
  • a verification module 17 a verification decision 18 is derived, which is then output.
  • the verification decision can be performed, for example, using a matched filter tuned to the symbol shape.
  • the security feature 2 is found to be true, but if the threshold is not exceeded, the security feature 2 is not found to be true.
  • the described device 1 additionally has one
  • Light source 30 is irradiated with the same time for electrical excitation and the detection of the electroluminescent light radiation 31 to the electroluminescent security feature 2.
  • the light source is such that the light radiation 31 is light in the ultraviolet wavelength range. This means that the wavelength of the irradiated light is in the range between 100 nm and about 380 nm.
  • Wavelength range is not detectable for humans and lies beyond the perceptible spectrum and thus follows on the high-energy side of the visible spectrum of light.
  • Electroluminescent pigments are similar to a polarization changed, so that the response of the electroluminescent or electroluminescent changes to the electrical excitation.
  • the evaluation is thus carried out with a characteristic function 12 which is adapted to the light irradiation 31 and the security feature to be verified.
  • a potentially occurring photoluminescence changes only the signal-to-noise ratio of the measurement or evaluation, but is not the cause of the usually fundamental change in the characteristic function of the security element.
  • the photoluminescence is during the dynamic change of the excitation signal due to the continuous light irradiation constant and not dependent on the electrical excitation.
  • the light irradiation 31 continuously during the exciting of the electroluminescent 9 and the detection of the
  • Electroluminescence 9 instead. In this case, only the
  • the light irradiation 31 is performed according to an intensity pattern.
  • a control device 35 is provided. This controls the intensity of the light
  • Light source and here the light irradiation 31st In the simple case, for example, the light source is switched on and off over time. To those by the
  • Control device 35 connected to the evaluation device 6, so that this adapted to the light irradiation 31 can use the correspondingly adapted characteristic function for the evaluation.
  • a characteristic function 12 or, respectively, the characteristic functions 12 for different light radiations to a security feature 2 must be selected.
  • the selection it is both possible for the selection to be made manually by an operator, and for the selection to be made automatically on the basis of other criteria, for example because the type of the value or security document 3 is known and for this type
  • Security feature correspond and represent the standard response to a standardized electrical excitation for different light irradiation, combined into a group of characteristic functions. If a security document 3 is to be examined for the presence of 3 different security features, then 3 groups of characteristic functions are selected and used for verification.
  • Devices e.g. a sorting machine or access barriers, such as locks,
  • the device 1 corresponds to the device 1 shown in FIG. 1, wherein like reference numerals also designate like features.
  • the evaluation device 6 in this embodiment has a deployment module 20, which transformed the
  • Adaptation function 21 may be, for example, measurable or determinable
  • Parameters 22 are estimated and provided by an estimator 23.
  • the adaptation function 21 in this case depicts the specific conditions under which the luminescence is excited and detected. These conditions may vary from measurement to measurement and may depend on both a current state (eg, temperature, vibration, etc.) of the device 1 and a variance in the operation by different or the same operator. The adaptation function can thus be used to take account of occurring distortion and / or equalization.
  • the unfolded transformed output signal 24 is forwarded to the demodulation module 15 and, as already described above (see FIG. 1), evaluated. 3, there is shown a schematic flow diagram of an embodiment of the method for verifying an electroluminescent security feature in a value or security document. The method is started, for example, by an operator, an automatic device or a provided start signal. After the start 100 of the method, the value or security document with the electroluminescent security feature is placed between the electrodes of the device (see schematic representation in FIG. 1).
  • electroluminescent security feature in an excited state. When relaxing from this excited state emits the electroluminescent
  • the emitted luminescence is detected time-resolved by a detection device.
  • the detection device may, for example, comprise a photodetector with or without a monochromator connected in front of it. Also, a photodiode or a Charged Coupled Devide (CCD) may be used as the photosensitive member.
  • CCD Charged Coupled Devide
  • an analog / digital conversion can be provided, so that after the conversion, a digital signal in the form of a
  • Data stream or data set is available as an output signal.
  • the output signal is filtered in an additional method step 104.
  • a low-pass or a bandpass can ensure that a noise component is reduced or non-relevant frequency ranges are removed in order, for example, additionally to reduce a numerical computational effort.
  • the filtering here is also both before and also possible after an A / D conversion.
  • a filter is then designed according to analog or digital.
  • the output signal is transformed in method step 105 by means of a characteristic function.
  • the characteristic function is an inverse of the transfer function of a reference security feature known to be real, with the characteristic function adapted to the light irradiation.
  • the transfer function or the inverse of the transfer function has previously been determined by means of a calibration measurement and numerical methods.
  • the transformation of the output signal takes place numerically by means of corresponding arithmetic operations, for example by executing a corresponding program code on a microcontroller or microprocessor designed for this purpose. All subsequent process steps in which the output signal is processed further, in particular, can be performed numerically.
  • the adaptation function is determined or calculated from measurable parameters of the device. These measurable parameters can be, for example, a temperature, an electrical voltage between the electrodes of the exciter or a distance of the electrodes of the
  • the transformed output signal is evaluated in the next method step 107.
  • a demodulation takes place.
  • a demodulation takes place.
  • Input signal information taken into account Such input signal information may be, for example, a symbol form used in encoding the input signal.
  • the evaluation may additionally comprise a further filtering, for example by means of an optimized filter (matched filter) which is tuned to the input signal or the symbol form used in the input signal.
  • a discrete input signal is summed cumulatively for a certain number of samples or for a given time window for each step ("Integrate"). After the specified number of samples, the sum is reset to zero ("dump") and the cumulative summation is started again, and then, for example, the information coded in the excitation can be recovered by means of a threshold detection.
  • Kalman filter Other embodiments contemplate the use of a Kalman filter.
  • a demodulated output signal is used
  • a signal-to-noise ratio can be determined and evaluated, wherein the signal-to-noise ratio must exceed a certain threshold, so that the to be verified
  • the demodulated output signal can be compared with the input signal.
  • correlations with the input signal or a part of the input signal can be performed, wherein the correlation result
  • Process step 1 10 if a light irradiation takes place, multiple, ie executed for each selected intensity. From the plurality of evaluations thus executed, the verification decision is made, which is then used, for example, to control a device 109.
  • the derived verification decision is subsequently output as an analog or digital signal, for example on an interface designed for this purpose or on a display device designed for this purpose.
  • a signal generated on the basis of the derived verification decision can be used, for example, to control a further device, for example a sorting machine or
  • Access barriers such as locks, barriers, security gates, etc. 109.
  • characteristic functions must be selected when the light irradiation is varied. The selection can be made both manually and automatically, for example, based on a type of security feature or the value or security document. Depending on the type of security feature, an associated characteristic function or associated characteristic functions is then used. The different characteristic functions for different
  • security features can be stored, for example, in a memory and, if necessary, can be retrieved and made available therefrom.
  • FIG. 4 shows a schematic overview diagram of a calibration measurement 40.
  • a reference security feature 42 is excited by means of a known input signal 41.
  • the reference security feature 42 is known to be genuine. Its transfer function 43 is not known, however, it is believed that the electroluminescent pigment of the
  • Reference security feature 42 behaves as a linear time invariant (LTI) system.
  • LTI linear time invariant
  • each light irradiation 31 which is characterized both by the wavelength and the intensity, determined its own characteristic function.
  • the light irradiation thus represents a parameter for the characteristic function.
  • the luminescence emitted by the reference security feature 42 is detected and converted into a digital reference output signal 44.
  • the transfer function 43 can be calculated numerically. From the calculated transfer function 43, the inverse 45 of the transfer function 43 subsequently used in the method for verification as a characteristic function 12 during the transformation can subsequently be calculated.
  • the numerical calculation can be carried out, for example, by means of the Matlab function "fmincon ()" (eg in Matlab® Version 2016a, a software of The MathWorks, Inc. in Natick, Massachusetts, USA)
  • the calculation of the characteristic function 12 for the reference security feature 42 may additionally under
  • FIG. 5 shows a schematic overview diagram of an embodiment of the invention
  • a method of verifying 50 an electroluminescent security feature 2 in a value or security document After being excited with a known input signal 51, the luminescence emitted by the electroluminescent security feature 2 is detected and converted into an output signal 54. Further, an adaptation function 21 for the device is estimated based on measurable parameters.
  • the output signal 54 is then transformed with the characteristic function 12 determined in the calibration (see FIG. 4).
  • the parenthesized expression (hv) expresses that the characteristic function is adapted to the light irradiation 31 made during the excitation and detection.
  • Transformation may include, for example, a deployment 25, 26 of the output signal 54.
  • the output signal 54 for example, with the Transfer function 43 of the reference security feature unfolded.
  • the transformation may additionally comprise a deconvolution 26 of the output signal 54 with the estimated adaptation function 21.
  • the transformed output signal is subsequently evaluated. This can be
  • a demodulation with conventional methods include, so that a demodulated signal 55 is available for further evaluation.
  • a demodulated signal 55 is available for further evaluation.
  • particular consideration is also given to input signal information, for example a symbol form of the symbols used for coding.
  • a verification decision 18 is derived, for example by evaluating a signal-to-noise ratio, a
  • Correlation factor or a value of the demodulated signal at a given time If these exceed a predetermined threshold, that is
  • electroluminescent security feature 2 genuinely, the threshold is not exceeded, the electroluminescent security feature 2 is not found to be true.
  • the security feature 2 is regarded as genuine if, in each case, a given number of responses, for example all, have genuinely resulted for the different light irradiations.
  • luminescence pigments can be achieved with the verification method since, in the evaluation of the response to a sinusoidal excitation or a symbol response, this information is in each case the information about the current one with the detected and evaluated luminescence signal corresponding light irradiation variation considered.

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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

Verfahren und Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument unter Ausnutzung von zusätzlicher Lichtstrahlung
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.
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 mecanisme de l'electroluminescence - II. Applications aux faits experimentaux, 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(oot)) 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 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 Kaiman- 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 Kaiman- 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-zuRausch-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 Kaiman- 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:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum
Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wertoder Sicherheitsdokument;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument unter Verwendung einer Anpassungsfunktion;
Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wertoder Sicherheitsdokument;
Fig. 4 ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Kalibrierungsmessung;
Fig. 5 ein schematisches Übersichtsdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verifizieren eines elektrolumineszierenden Sicherheitsmerkmals in einem Wert- oder Sicherheitsdokument.
In Fig. 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 1 1 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 1 1 in digitaler Form bereitgestellt werden kann,
beispielsweise als Datenstrom oder Datensatz.
Die Auswerteeinrichtung 6 transformiert das Ausgangssignal 1 1 in einem
Transformationsmodul 13 mittels einer charakteristischen Funktion 12. Eine solche Transformation kann insbesondere eine Entfaltung des Ausgangssignals 1 1 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 Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 entspricht dabei der in der Fig. 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 Fig. 1 ) beschrieben, ausgewertet. In Fig. 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 Fig. 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 1 10. 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 Kaiman-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 1 10, 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 1 1 1 .
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 Fig. 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 Übertrag ungsfunktion 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.
Fig. 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 Fig. 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
Vorrichtung
elektrolumineszierendes Sicherheitsmerkmal
Wert- oder Sicherheitsdokument
Anregungseinrichtung
Erfassungseinrichtung
Auswerteeinrichtung
Elektrode
Anregungssignal
Lumineszenz
Modulationseinrichtung
Ausgangssignal
charakteristische Funktion
Transformationsmodul
transformiertes Ausgangssignal
Demodulatormodul
Eingangssignalinformation
Verifizierungsmodul
Verifikationsentscheidung
Entfaltungsmodul
Anpassungsfunktion
messbare Parameter
Schätzeinrichtung
entfaltetes transformiertes Ausgangssignal
Entfaltung
Entfaltung
Eingangssignal
Lichtquelle
Lichtstrahlung
Steuereinrichtung
Kalibrierungsmessung
bekanntes Eingangssignal
Referenzsicherheitsmerkmal
Übertragungsfunktion ' Übertragungsfunktion mit Lichteinstrahlung
Referenzausgangssignal
Inverse der Übertragungsfunktion
Beleuchter
Verifizieren
bekanntes Eingangssignal
bekanntes Ausgangssignal
demoduliertes Signal
0-1 1 1 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1 . 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 (1 1 );
Auswerten des Ausgangssignals (1 1 ) und Ableiten einer Verifikationsentscheidung; und
Ausgeben der Verifikationsentscheidung;
dadurch gekennzeichnet, dass
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.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Sicherheitselement (2) mit der Lichtstrahlung (31 ) kontinuierlich während der Anregens und der Erfassens der emittierten Strahlung bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Anregungssignal (8) ein vorgegebenes, im Zeitbereich moduliertes Eingangssignal (27) ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des Ausgangssignals (1 1 ) ein Transformieren mit
mindestens einer charakteristischen Funktion (12) umfasst, wobei die
charakteristische Funktion (12) eine Standardantwort eines echten zu
verifizierenden Sicherheitsmerkmals oder vorgegeben bestrahlten
Sicherheitsmerkmals auf eine standardisierte Anregung beschreibt.
5. 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.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Auswertung verwendete charakteristische Funktion (12) angepasst an das jeweils verwendete Identitätsmuster ausgewählt und zur Auswertung verwendet wird.
7. 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 (1 1 ) zu bilden,
eine Auswerteeinrichtung (6), welche derartig ausgebildet ist, das
Ausgangssignal (1 1 ) 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, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereirichtung die Einstrahlung der Lichtstrahlung (31 ) gemäß einem vorgegebenen
Intensitätsmuster steuert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (35) zusätzlich mit der Auswerteeinrichtung (6) gekoppelt ist, so dass die zur Auswertung des Ausgangssignals (1 1 ) jeweils eine an die Lichteinstrahlung (31 ) angepasste charakteristische Funktion (12) verwendet wird.
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