DE102019210762A1

DE102019210762A1 - Verfahren zur Auswertung von flüchtigen nicht resistenten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffen auf Wertdokumenten

Info

Publication number: DE102019210762A1
Application number: DE102019210762.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Peters; Andreas Deichsel
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-21
Also published as: EP3999356A1; WO2021013759A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement (2) mit einem aus Musterbereichen (120) gebildeten Muster (110) als Sicherheitsmerkmal (100), wobei die Musterbereiche (120) zumindest einen ersten Musterbereich (121, 121-x) und einen zweiten Musterbereich (122, 122-x) umfassen, wobei der erste Musterbereich (121, 121-x) und der zweite Musterbereich (122, 122-x) in einem nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements (2) einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) aufweisen, der bei einer Anregung mit einem Lichtsignal (407) mit Wellenlängen in einem Anregungswellenlängenbereich eine Lumineszenz in einem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich zeigt, wobei sich der erste Musterbereich (121,121-x) und der zweite Musterbereich (122, 122-x) dadurch unterscheiden, dass ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200), der bei einer Manipulation von dem Sicherheitselement (2) entfernbar ist, im zweiten Musterbereich (122, 122-x) größer als im ersten Musterbereich (121, 121-x) ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verifikationsverfahren und eine Vorrichtung zur Verifikation eines solchen Sicherheitselements (2), wobei eine Auswertung der Anti-Stokes-Lumineszenz jeweils über einen nachrichtentechnischen Ansatz erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren von Sicherheitselementen, welche Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe umfassen, sowie eine Vorrichtung zum Verifizieren solcher Sicherheitselemente und die Sicherheitselemente selbst.
Aus der EP 1 241 242 A2 sind Anti-Stokes-Leuchtstoffe für die Anwendung in Sicherheitsdokumenten bekannt. Solche Anti-Stokes-Leuchtstoffe gehören zu der Gruppe der Photolumineszenzstoffe, welche über eine Anregung mit elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden von elektromagnetischer Lumineszenzstrahlung angeregt werden können. Anti-Stokes-Leuchtstoffe absorbieren elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge, welche als Anregungswellenlänge bezeichnet wird, und emittieren zumindest einen Teil der Lumineszenzstrahlung bei einer Anti-Stokes-Wellenlänge, die kürzer als die Anregungswellenlänge ist.
Die EP 1 241 242 A2 gibt an, dass für eine automatische Detektion des Anti-Stokes-Leuchtstoffs die Anklingzeiten und/oder Abklingzeiten des Anti-Stokes-Lumineszenzlichts ausgewertet werden können. Die Anklingzeiten und/oder Abklingzeiten sind charakteristisch für die verschiedenen Anti-Stokes-Leuchtstoffe. Ferner ist bekannt, dass die Anklingzeiten von Anti-Stokes-Leuchtstoffen im Vergleich zu vielen anderen Lumineszenzstoffen relativ lang sind und bis zu einige 100 µs betragen können.
Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitsdokumente bekannt, bei denen Anti-Stokes-Leuchtstoffe in Sicherheitsmerkmale integriert werden und eine Anti-Stokes-Lumineszenz und gegebenenfalls deren spezielle Charakteristik als Sicherheitsmerkmal genutzt werden. In der einfachsten Verifikation wird hierbei lediglich geprüft, ob eine Anti-Stokes-Lumineszenz erfassbar ist.
In einer weiter entwickelten Ausführungsform werden beispielsweise die Anklingzeit und/oder Abklingzeit ausgewertet und anhand dieser Auswertung geprüft, ob in dem geprüften Sicherheitsdokument die für ein echtes Sicherheitsdokument korrekten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe enthalten sind.
Da mit steigendem technischen Fortschritt Fälscher von Sicherheitsdokumenten in die Lage versetzt werden, immer komplexere Sicherheitsmerkmale nachzuahmen und/oder nachzubilden, wie dieses Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe umfassende Sicherheitsmerkmale sind, ist es ein Bestreben der Sicherheitsdokumentehersteller immer komplexere Sicherheitsmerkmale zu verwenden, die dennoch zuverlässig verifizierbar sein sollen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, auch Manipulationen von Sicherheitselementen erfassen zu können.
Bei Wertzeichen, die auf Dokumenten oder Gegenstände mit einem Haftmittel angebracht werden, und zur einmaligen Verwendung vorgesehen sind, ist es beispielsweise ein Problem, dass sich diese ablösen und erneut verwenden lassen. Um dieses zu verhindern, können verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Postwertzeichen werden beispielsweise über ein Aufdrucken oder Aufstempeln einer Druckinformation entwertet. Bei der Verarbeitung in Sortier- und/oder Entwertungsmaschinen kann es jedoch vorkommen, dass einzelne Postwertzeichen nicht entwertet werden. Ferner ist es teilweise möglich, die Druckinformation wieder zu entfernen. Somit werden abgelöste Postwertzeichen, die durch ein Ablösen von dem ursprünglich transportierten Poststück und/oder durch ein Entfernen der zur Entwertung verwendeten Druckinformation manipuliert sind, erneut verwendet.
Auch andere Sicherheitselemente, wie Etiketten, Visa-Marken etc., die zur Sicherung auf Dokumente oder Gegenstände appliziert werden, können in ähnlicher Weise manipuliert und unautorisiert verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde solche Manipulationen erkennen zu können und/oder verhindern zu können.
Grundidee der Erfindung
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Sicherheitselement zu schaffen, welches einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff umfasst. Ein Teil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes wird so auf das Sicherheitselement aufgebracht oder in dieses integriert, dass dieser Anteil bei einem Manipulationsvorgang von dem Sicherheitselement entfernt wird. Ein anderer Teil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes wird auf das Sicherheitselement so aufgebracht oder in das Sicherheitselement integriert, dass dieser bei einer Manipulation des Sicherheitselements nicht entfernt wird. Vorgesehen ist, dass das Sicherheitselement ein aus Musterbereichen gebildetes Muster als Sicherheitsmerkmal umfasst, wobei die Musterbereiche zumindest zwei Typen von Musterbereichen umfassen, in denen jeweils, vorzugsweise homogen, ein Anti-Stokes-Lumineszenzstoff auf und/oder eingebracht ist. Die Musterbereiche unterscheiden sich dadurch, dass ein relativer Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes, der bei der Manipulation aus dem entsprechenden Musterbereich entfernbar ist, für den einen Typ von Musterbereichen größer als für die jeweiligen Musterbereiche des anderen Typs ist. Im Folgenden werden die Musterbereiche des einen Typs, deren relativer Anteil an entfernbarem Anti-Stokes-Lumineszenzstoff größer als bei dem anderen Typ von Musterbereichen ist, ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit, als zweite Musterbereiche bezeichnet und die Musterbereiche, die einen kleineren relativen Anteil an bei der Manipulation entfernbarem Anti-Stokes-Lumineszenzstoff aufweisen, als erste Musterbereiche bezeichnet. Als relativer Anteil des bei der Manipulation entfernbaren Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes wird das Verhältnis des bei der Manipulation entfernbaren Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes zur Gesamtmenge des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem entsprechenden Musterbereich vor einer Manipulation, d. h. bei einem echten und unversehrten Sicherheitselement, definiert. Der bei einer Manipulation entfernbare Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes kann für einen Typ der Musterbereiche Null sein. Das Sicherheitselement umfasst somit ein Muster, das bei einer Auswertung der Anti-Stokes-Lumineszenz im manipulierten Zustand, im nicht manipulierten Zustand oder in beiden Zuständen als aus unterschiedlichen Musterbereichen bestehend erfassbar ist.
Um ein solches Sicherheitselement zuverlässig verifizieren zu können, insbesondere in Situationen, in denen die für die Verifikation zur Verfügung stehende Zeit knapp bemessen ist, wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Anregung der Anti-Stokes-Lumineszenz in den Musterbereichen, ein Erfassen der Anti-Stokes-Lumineszenz sowie Wandeln in ein Ausgangssignal, dessen Amplitude ein Maß für die erfasste Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität ist, als ein nachrichtentechnischer Prozess aufgefasst und ausgewertet. Hierdurch wird die benötigte Zeitdauer für eine Auswertung gesenkt und Genauigkeit der Überprüfung auf das Vorliegen eines bestimmten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes gesteigert. Hierdurch wird zum einen die Möglichkeit geschaffen, dass bei einer das Muster überstreichenden oder abtastenden Anregung und Erfassung der Anti-Stokes-Lumineszenz verifiziert werden kann, ob die erfasste Anti-Stokes-Lumineszenz von einem bestimmten, erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff stammt, der in den Mustern von echten Sicherheitselementen verwendet wird. Hierdurch lassen sich echte Sicherheitselemente somit gegenüber Fälschungen absichern, bei denen zwar ein Anti-Stokes-Lumineszenz-Sicherheitsmerkmal ausgebildet ist, dieses jedoch nicht mit dem richtigen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff hergestellt ist. Darüber hinaus wird jedoch auch die Möglichkeit geschaffen die verschiedenen Musterbereiche entweder bei manipulierten Sicherheitselementen, bei nicht manipulierten Sicherheitselementen oder sowohl bei manipulierten als auch nicht manipulierten Sicherheitselementen zu identifizieren und anhand von Informationen über das echte Muster eines echten Sicherheitselements auch eine Manipulation an Sicherheitselementen festzustellen, die durch eine Manipulationshandlung, beispielsweise ein Ablösen und Neuverwenden des Sicherheitselements, an einem ursprünglich echten Sicherheitselement verursacht sind.
Mit einer Verifikationsvorrichtung, die ausgebildet ist, die Anti-Stokes-Lumineszenz anzuregen und das Anti-Stokes-Lumineszenzlicht zu erfassen und eine solche nachrichtentechnische Auswertung vorzunehmen, ist es möglich, eine Verifikation dieser neuartigen Sicherheitselemente vorzunehmen.
Um den Verifikationsprozess nachrichtentechnisch zu betrachten, wird die Verifikation des Sicherheitsmerkmals mit der Anti-Stokes-Lumineszenz zunächst gedanklich in unterschiedliche Abschnitte unterteilt. Zum einen erfolgt bei der Verifikation eine Anregung mit elektromagnetischer Strahlung in einem Anregungswellenlängenbereich, der im infraroten (IR), sichtbaren oder ultravioletten (UV) Wellenlängenbereich liegen kann. Diese elektromagnetische Strahlung bewirkt dann eine physikalische Reaktion des zu verifizierenden Sicherheitsmerkmals in Form einer Lumineszenzantwort, d.h. einer Emission von Anti-Stokes-Lumineszenz. 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 Anti-Stokes-Lumineszenz erfasst und in ein Ausgangssignal wandelt, als eine Signalübertragungsstrecke aufzufassen und durch eine charakteristische Funktion zu modellieren. Diese charakteristische Funktion, deren Gestalt im Wesentlichen von dem Anti-Stokes-Lumineszenzstoff abhängig ist, stellt quasi eine Systemantwort auf eine optische Norm-Anregung mit elektromagnetischer Strahlung aus dem Anregungswellenlängenbereich des auf oder in einen Musterbereich eingebrachten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 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, auch Standardsystemantwort genannt, auf eine standardisierte Anregung. Beispielsweise beschreibt die charakteristische Funktion die Sprungantwort bei der Verifikation eines Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in einem echten Sicherheitsmerkmal, die bei einer sprunghaft einsetzenden und ansonsten konstanten Anregung mit vorgegebener Anregungsstrahlung im für die weitere Auswertung verwendeten Messsignal der Lumineszenzlichtintensität der zur Verifikation verwendeten Verifikationsvorrichtung auftritt. Im praktischen Fall kann anstelle einer Sprungantwort auch eine Impulsantwort genutzt werden. Diese stellt die Antwort des Messsignals auf eine Anregung mit einer Anregungsstrahlung dar, deren Intensität durch eine einen Impuls beschreibende Funktion angebbar ist, z. B. eine Rechteckfunktion oder einer Dreiecksfunktion.
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 an dem Ort, an dem die Anregung vorgenommen wird, der mit der charakteristischen Funktion korrespondierende Leuchtstoff in dem Sicherheitsmerkmal enthalten ist oder nicht.
Mit dieser Methode ist es möglich, die Anregung variabel zu gestalten, und Messungen auch ohne einen vollständig eingeschwungenen und stabilen Zustand auszuführen. Es kann beispielsweise eine Information 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 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. Ein Symbol wird über eine Funktion der Einhüllenden der Intensität der elektromagnetischen Anregungsstrahlung im Zeitbereich definiert, d.h. über eine Funktion, welche die Intensität der elektromagnetischen Anregungsstrahlung in Abhängigkeit von der Zeit angibt. 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 als auch eine Verifikationsgeschwindigkeit und ein Ortsauflösungsvermögen der Verifikation deutlich zu steigern.
Definitionen
Als Lumineszenz wird die physikalische Eigenschaft eines Stoffs bezeichnet, nach einer Anregung eine Emission von elektromagnetischer Strahlung zu zeigen. Die bei der Lumineszenz erzeugte elektromagnetische Strahlung wird auch als Lumineszenzstrahlung oder Lumineszenzlicht bezeichnet. Die Wellenlängen der Lumineszenzstrahlung können im infraroten Wellenlängenbereich, im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im UV Wellenlängenbereich liegen.
Erfolgt die Anregung der Lumineszenz mittels Licht im infraroten Wellenlängenbereich, sichtbaren Wellenlängenbereich oder im UV Wellenlängenbereich, so wird die Lumineszenz auch als Photolumineszenz bezeichnet. In der Regel ist die Wellenlänge des Lumineszenzlichts größer als die Wellenlänge des Anregungslichts, welches zur Anregung des Lumineszenzstoffes verwendet wird.
Es sind jedoch auch physikalische Prozesse in einem Lumineszenzstoff möglich, die dazu führen, dass das Lumineszenzlicht eine kürzere Wellenlänge als das zu Anregung verwendete Anregungslicht aufweist. Eine solche Lumineszenz wird als Anti-Stokes-Lumineszenz oder auch als Up-Conversion-Lumineszenz oder kurz Upconversion bezeichnet, da die Energie eines emittierten Anti-Stokes-Lumineszenz-Photons höher als die Energie der Photonen des Anregungslichts ist.
Als Muster wird eine Anordnung von Musterbereichen, die auch als Musterelemente bezeichnet werden, relativ zueinander in Raum bezeichnet. Die Musterbereiche können hierbei gleichartige Eigenschaften aufweisen oder verschieden voneinander sein. Musterbereiche können beispielsweise Bereiche sein, die eine bestimmte Eigenschaft aufweisen. Formen und Anordnung von Bereichen, die beispielsweise bei einer Anregung mit einer Anregungswellenlänge eine bestimmte Anti-Stokes-Lumineszenz zeigen, auf einer Fläche eines Sicherheitsmerkmals definieren beispielsweise ein Muster. Ein Muster, welches sich bei der Untersuchung der Anti-Stokes-Lumineszenz zeigt, besteht aus Musterbereichen oder Musterelementen, welche flächige Bereiche sind, die sich anhand der Anti-Stokes-Lumineszenz im nicht manipulierten Zustand, im manipulierten Zustand oder in beiden Zustanden unterscheiden lassen. Ein Musterbereich umfasst ein zusammenhängendes Gebiet, wobei an jedem Ort des Gebiets dieselbe Anti-Stokes-Lumineszenz beobachtbar ist. Eine Fläche, die an allen Orten dieselben beobachtbaren/messbaren Eigenschaften im Hinblick auf die Anti-Stokes-Lumineszenz sowohl im nicht manipulierten als auch im manipulierten Zustand aufweist, weist kein Muster im Sinne des hier Beschriebenen auf. Ein Muster muss somit mindestens zwei Musterbereiche oder Musterelemente aufweisen, die sich in einer messbaren Eigenschaft, für die hier beschriebene Anti-Stokes- Lumineszenz in einem der beiden oder beiden Zuständen, d.h. im nicht manipulierten Zustand, im manipulierten Zustand oder in beiden Zustanden, unterscheiden müssen.
Echte Sicherheitsmerkmale weisen in jedem Fall mindesten zwei verschiedene Musterbereiche auf, die jeweils im nicht manipulierten Zustand eine Anti-Stokes-Lumineszenz zeigen, deren Anti-Stokes-Lumineszenz jedoch in zumindest einem der beiden Zustände verschieden ist. Muster können mehr Musterbereiche als die mindestens zwei Musterbereiche aufweisen. Deren Anti-Stokes-Lumineszenz kann mit der von einem der mindestens zwei Musterbereiche übereinstimmen oder auch verschieden von deren Anti-Stokes-Lumineszenz sein. Ebenfalls können bei einigen Ausführungsformen auch Bereiche existieren, die keine Anti-Stokes-Lumineszenz aufweisen.
Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe sind im Sinne der hier Beschriebenen Erfindung verschieden, wenn die über einen vorgegebenen Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereich integrierte Lumineszenzintensitäten der Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe bei derselben Anregung unterschiedliche Zeitverhalten aufweisen.
Die Anti-Stokes-Lumineszenz eines Musterbereichs unterscheidet sich von der Anti-Stokes-Lumineszenz eines anderen Musterbereichs, wenn die Lumineszenz ein abweichendes Zeitverhalten zeigt oder deren Lumineszenzintensitäten bei derselben Anregung verschieden sind, d. h. sich um einen festlegbaren Wert, beispielsweise um mehr als 20%, mehr als 50%, mehr als 200% oder mehr als 500% (jeweils bezogen auf die Intensität des Bereichs mit der geringeren Lumineszenzintensität), unterscheiden.
Eine charakteristische Funktion eines Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes gibt den Funktionellen Zusammenhang zwischen einer vorgegebenen standardisierten Anregung des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in einem echten Sicherheitsmerkmal und einem bei der Verifikation in einer Verifikationsvorrichtung erzeugten Messsignals an. Wird eine Anti-Stokes-Lumineszenz in einem Bereich eines Sicherheitselements nicht nur durch einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff bestimmt, sondern durch eine Kombination von Anti-Stokes-Lumineszenzstoffen, so kann dieser Kombination von Lumineszenzstoffen entsprechend ebenfalls eine charakteristische Funktion zugeordnet werden, die den funktionellen Zusammenhang zwischen der vorgegebenen standardisierten Anregung der Kombination der Anti-Stokes-Lumineszenzstoffe in einem echten Sicherheitsmerkmal und einem Messsignal bei der Verifikation in der Verifikationsvorrichtung angibt.
Bevorzugte Ausführungsformen
Insbesondere wird ein Verfahren zum Verifizieren von Sicherheitselementen geschaffen, das ein aus Musterbereichen gebildetes Muster als Sicherheitsmerkmal umfasst,
wobei die Musterbereiche zumindest
einen oder mehrere erste Musterbereiche und
einen oder mehrere zweite Musterbereiche umfassen,
wobei sowohl in dem einen oder den mehreren ersten Musterbereichen als auch in dem einen oder den mehreren zweiten Musterbereich in einem nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements jeweils ein Anti-Stokes-Lumineszenzstoff vorhanden ist,
wobei der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff bei einer Anregung mit einem Lichtsignal, dessen Wellenlänge oder Wellenlängen in einem Anregungswellenlängenbereich liegen, eine Anti-Stokes-Lumineszenz in einem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich zeigt,
wobei sich der oder die mehreren zweiten Musterbereiche jeweils von dem einen oder den mehreren ersten Musterbereichen dadurch unterscheiden, das ein relativer Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes, der bei der Manipulation aus dem entsprechenden Musterbereich entfernbar ist, für den zweiten Musterbereich oder die zweiten mehreren Musterbereiche größer als für den jeweiligen ersten Musterbereich oder die jeweiligen mehrere ersten Musterbereiche ist, umfassend die Schritte:

Erzeugen eines gemäß eines Eingangssignals zeitlich intensitätsmodulierten Lichtsignals, dessen Wellenlänge oder Wellenlängen im Anregungswellenlängenbereich liegen und Einstrahlen des Lichtsignals in einen begrenzten Ausleuchtbereich;
- Bereitstellen eines der Sicherheitselemente; Bewegen des einen der Sicherheitselemente relativ zu dem Ausleuchtbereich, so dass der Ausleuchtbereich im zeitlichen Verlauf unterschiedliche der mindestens zwei Musterbereiche des grafischen Musters des Sicherheitselements überstreicht;
- iteratives Erfassen von Lumineszenzlicht in dem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich und Wandeln in ein Ausgangssignal, welches eine Intensität des erfassten Lumineszenzlichts repräsentiert,
- Transformieren des Ausgangssignals mittels mindestens einer bereitgestellten charakteristischen Funktion durch eine Auswerteeinrichtung in ein transformiertes Ausgangssignal, Auswerten des transformierten Ausgangssignals unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation des Eingangssignals zum
- Ableiten von Erkennungsentscheidungen für den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff durch die Auswerteeinrichtung,
- Ableiten einer Verifikationsentscheidung basierend auf den Erkennungsentscheidungen und
- Ausgeben der Verifikationsentscheidung durch die Auswerteeinrichtung.

Ein Vorteil gegenüber den Ausführungsformen im Stand der Technik bestehen darin, dass eine sehr viel schnellere Entscheidung über die Existenz oder Nichtexistenz eines Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem aktuell Beleuchteten oder kurz zuvor beleuchteten Bereich getroffen werden kann.
Eine Vorrichtung zum Verifizieren von Sicherheitselementen mit einem aus Musterbereichen gebildeten Muster als Sicherheitsmerkmal, wobei die Musterbereiche einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff umfassen, umfasst:

eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Eingangssignals,
eine Anregungsquelle zum Erzeugen eines gemäß des Eingangssignals zeitlich intensitätsmodulierten Lichtsignals, dessen Wellenlänge oder Wellenlängen im Anregungswellenlängenbereich liegen, und zum Einstrahlen des Lichtsignals in einen begrenzten Ausleuchtbereich,
eine mit der Steuereinrichtung gekoppelte Abtasteinrichtung zum relativen Bewegen des einen der Sicherheitselemente und des Ausleuchtbereichs, so dass der Ausleuchtbereich im zeitlichen Verlauf unterschiedliche der mindestens zwei Musterbereiche des grafischen Musters des Sicherheitselements überstreicht;
eine Erfassungseinrichtung zum iteratives Erfassen von Lumineszenzlicht in dem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich und Wandeln in ein Ausgangssignal, welches eine Intensität des erfassten Lumineszenzlichts repräsentiert,
und eine Auswerteeinrichtung, welche ein Transformationsmodul zum Transformieren des Ausgangssignals mittels mindestens einer bereitgestellten charakteristischen Funktion in ein transformiertes Ausgangssignal umfasst und ausgebildet ist, beim Auswerten des transformierten Ausgangssignals unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation des Eingangssignals Erkennungsentscheidungen für den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff abzuleiten und zum Ableiten einer Verifikationsentscheidung basierend auf den Erkennungsentscheidungen und
eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben der Verifikationsentscheidung der Auswerteeinrichtung.

Ferner wird ein Sicherheitselement mit einem aus Musterbereichen gebildeten Muster als Sicherheitsmerkmal geschaffen,
wobei die Musterbereiche zumindest
einen ersten Musterbereich und einen zweiten Musterbereich umfassen wobei der erste Musterbereich und der zweite Musterbereich in einem nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff aufweisen, der bei einer Anregung mit einem Lichtsignal mit einer Wellenlänge oder Wellenlängen in einem Anregungswellenlängenbereich eine Lumineszenz in einem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich zeigt,
wobei sich der erste und der zweite Musterbereich dadurch unterscheiden, dass ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes, der bei einer Manipulation von dem Sicherheitselement entfernbar ist, im zweiten Musterbereich größer als im ersten Musterbereich ist. Hierbei ist der Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes jeweils auf die Gesamtmenge in dem jeweiligen Musterbereich eines nicht manipulierten Sicherheitselements bezogen.
Eine Ausführungsform des Sicherheitselements sieht vor, dass die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem ersten Musterbereich und in dem zweiten Musterbereich im nicht manipulierten Zustand gleich sind. Hierdurch kann beim Verifizieren festgestellt werden, dass das aus dem ersten Musterbereich und dem zweiten Musterbereich oder einem oder mehreren ersten Musterbereichen und einem oder mehreren zweiten Musterbereichen gebildeten Gesamtmuster an allen Positionen im nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements die erwartete Anti-Stokes-Lumineszenz zeigt, d. h. die Existenz des erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes nachgewiesen wird. In diesem Fall ist das Muster im nicht manipulierten Zustand eine Fläche, die einheitlich eine homogene Anti-Stokes-Lumineszenz aufweist.
Wird ein Sicherheitselement manipuliert, beispielsweise ein Postwertzeichen abgelöst, in dessen zweiten Musterbereich der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff mittels einer wasserlöslichen oder dampflöslichen Zubereitung aufgebracht ist, so wird der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff beim Ablösen in dem oder den zweiten Musterbereichen zumindest teilweise oder ganz entfernt.
Ist im manipulierten Zustand dann in dem einen oder den mehreren zweiten Musterbereichen der Anti- Stokes-Lumineszenzstoff beispielswies ganz entfernt, so wird in diesem Bereich oder diesen Bereichen bei der Verifikation das Fehlen, d.h. die Nichtexistenz, des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes festgestellt. Hieran kann eine Manipulation erkannt werden.
Muster, bei deren Manipulation der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff im zweiten Musterbereich vollständig entfernt wird, umfassen vorzugsweise eine Abfolge von Musterbereichen der Art: erster Musterbereich - zweiter Musterbereich - erster Musterbereich. Manipulationen an solchen Sicherheitselementen können unabhängig von der Orientierung, das heißt in zwei entgegengesetzten Richtungen bei der Verifikation abgetastet werden, ohne dass dieses die Erkennungssicherheit beeinträchtigt. Manipulationen können somit sehr zuverlässig erkannt werden.
Bei Sicherheitselemente, deren Muster nur aus der Abfolge erster Musterbereich - zweiter Musterbereich oder der Abfolge zweiter Musterbereich - erster Musterbereich - zweiter Musterbereich bestehen, können Manipulationen ebenfalls erkannt werden, wenn die Ausdehnung des Bereichs, in dem die korrekte Anti-Stokes-Lumineszenz erfasst wird, mit ausgewertet wird und mit Vorgaben für ein echtes Sicherheitselement verglichen werden.
Eine Ausführungsform sieht daher vor, dass das Auswerten ein Erstellen eines Nachweismusters anhand der in zeitlicher Folge abgeleiteten Erkennungsentscheidungen unter Berücksichtigung der Bewegung des Ausleuchtbereichs relativ zu dem Sicherheitselement und das Ableiten der Verifikationsentscheidung basierend auf einem Vergleich des Nachweismusters mit einem vorgegebenen Echtheits- oder Fälschungsmuster erfolgen.
Weiter gesteigert wird die Verifikationszuverlässigkeit ebenso wie ein „Verstecken“ des Merkmals bei Ausführungsformen, bei denen das Verfahren der Verifikation vorsieht, dass das Ableiten der Erkennungsentscheidungen ein Feststellen der Existenz und ein Bestimmen und Ermitteln einer dem korrekten (d.h. erwarteten) Anti-Stokes-Lumineszenzstoff zuordenbaren Lumineszenzintensität umfasst, die ein Maß für die Menge des erwarteten, d.h. des korrekten, Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem Ausleuchtbereich ist.
Bei der Auswertung wird in der Regel eine Normierung des erfassten Ausgangssignals vorgenommen. Ändert sich die Konzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes von einem Musterbereich zum nächsten, d.h. beispielsweise von einem ersten Musterbereich zu einem zweiten Musterbereich oder umgekehrt, so fällt dieses bei der Auswertung dadurch auf, dass die Normierung eine Anpassung erforderlich macht oder zumindest von Vorteil wäre. Dieses ist vergleichbar mit dem Ändern des Messbereichs an einem Messgerät, wenn sich eine Größe des gemessenen Signals deutlich ändert, um jeweils eine optimale Messwerterfassung zu gewährleisten.
Mit einer solchen Ausführungsform können auch Muster sehr zuverlässig verifiziert werden, bei denen alle Musterbereiche sowohl im Manipulieren als auch im nicht manipulierten Zustand den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff aufweisen oder bei denen bei der Manipulation nicht der gesamte entfernbare Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes entfernt wird. Zumindest in einem Zustand unterscheiden sich jedoch die Konzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in den verschiedenen Musterbereichen. Ohne eine genaue Analyse ist dieses jedoch häufig nicht zu erkennen, da die Anti-Stokes-Lumineszenz in jedem Zustand vollflächig in den ersten und zweiten Musterbereichen des Musters bei Anregung beobachtbar/messbar ist. Somit ist das Sicherheitsmerkmal hier versteckt ausgebildet.
Eine Ausführungsform des Sicherheitselements sieht daher vor, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes des zweiten Musterbereichs bei der Manipulation nicht vollständig entfernbar ist.
Um die unterschiedlichen Bereiche des Sicherheitselements, die unterschiedliche Anti-Stokes-Lumineszenz zeigen, zuverlässig erkennen zu können, während der Ausleuchtbereich das Sicherheitselement das Sicherheitselement überstreicht, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das Erzeugen des zeitlich intensitätsmodulierten Lichtsignals gemäß dem Eingangssignal in der Weise auszuführen, dass die Intensität des Lichtsignals gemäß einem wiederkehrenden Lichtanregungsintensitätsmuster moduliert wird. Das Eingangssignal gibt somit wiederkehrend dasselbe Lichtanregungsintensitätsmuster vor. Eine Information, die wiederkehrend in dem wiederkehrenden Lichtanregungsintensitätsmuster enthalten ist, kann genutzt werden, um zu erkennen, ob diese Information über die ausgelöste Anti-Stokes-Lumineszenz bei der Verifikation in das Ausgangssignal übertragen worden ist. Ist dieses der Fall, ist der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff in dem entsprechenden Bereich vorhanden.
Ein Lichtanregungsintensitätsmuster gibt die Intensität des Anregungslichts im zeitlichen Verlauf der Lichtanregung wieder. Ein Lichtanregungsintensitätsmuster ist in dem hier beschriebenen Kontext einer Informationseinheit, welche auch als Symbol bezeichnet wird, zugeordnet. Das gemäß einem Lichtanregungsintensitätsmuster modulierte Lichtsignal, das zur Anregung verwendet wird, repräsentiert somit ein Symbol. Wird das Lichtsignal iterativ mit demselben Lichtanregungsintensitätsmuster moduliert, wird dieselbe Information mehrfach über das Sicherheitselement in die Auswerteeinrichtung übertragen.
Um eine robuste Auswertung zu erhalten ist somit bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das zur Anregung verwendete Lichtsignal zeitlich so moduliert wird, dass iterativ Symbole übermittelt werden.
Vereinfacht wird die Auswertung, wenn die iterativ übermittelten Symbole dieselbe Symbolform aufweisen.
Um eine Symbolinterferenz im Sinne der Nachrichtenübermittlung mittels der Modulation des Lichtsignals zu minimieren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Symbole jeweils einen Anregungsanteil und einen Nichtanregungsanteil umfassen. In dem Nichtanregungsanteil, der auch als Pausenanteil bezeichnet ist, weist das Lichtsignal keine Intensität oder eine Intensität auf, die nicht geeignet ist, um eine Anti-Stokes-Lumineszenz anzuregen. Durch ein vorsehen des Nicht-Anregungsanteils wird eine Intersymbol-Interferenz bei der Auswertung deutlich minimiert.
Als Vorteilhaft haben sich Ausführungsformen erwiesen, bei denen der Anregungsanteil aus einem linearen Intensitätsanstieg und einem nachfolgenden linearen Intensitätsabfall besteht. Vorzugsweise steigt die Intensität von Null an und fällt die Intensität auf Null ab.
Der Anregungsanteil lässt sich somit vorzugsweise durch ein Dreiecksignal beschreiben. Die Lichtintensität nimmt zunächst linear bis zu einem Maximalwert zu und fällt danach linear wieder ab. Vorzugsweise sind die linearen Steigungen betragsmäßig beim Anstieg und beim Abfall gleich, weisen jedoch ein unterschiedliches Vorzeichen auf. Der Anregungsanteil stellt somit zwei Seiten eines gleichschenkeligen Dreiecks dar.
Um bei der Mustererkennung eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, mehrere Symbole zu übertragen, während der Ausleuchtbereich einen Musterbereich überstricht, d.h. abtastet. Um eine zuverlässige Identifizierung der unterschiedlichen Bereiche zu ermöglichen, ist somit bei einer Ausführungsform gesehen, dass die Modulation des Lichtsignals mit einer Bewegungsgeschwindigkeit des einen der Sicherheitselemente relativ zu dem Ausleuchtbereich und einer Ausdehnung des Ausleuchtbereichs entlang der Bewegungsrichtung des Sicherheitselements abgestimmt ist, dass die Modulation gemäß mehreren, vorzugsweise 2 bis 10, noch bevorzugter 3 bis 7, zeitlich aufeinanderfolgenden Symbolen (Lichtanregungsintensitätsmustern) in der Zeitspanne erfolgt in der sich ein Punkt des einen der Sicherheitselemente durch den Anregungsbereich bewegt oder in dem der Anregungsbereich einen Punkt des einen der Sicherheitselemente überstreicht.
Eine Ausführungsform sieht daher vor, dass die relative Bewegung des Ausleuchtbereichs und des Sicherheitselements mit einer Geschwindigkeit und das Modulieren der Lichtsignals unter Berücksichtigung einer Ausdehnung der Musterbereiche parallel zu der relativen Bewegungsrichtung so aufeinander abgestimmt erfolgen, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff während der Relativbewegung des Ausleuchtbereichs über den jeweiligen Musterbereich mit einer Mindestanzahl von auf das Lichtsignal modulierten Symbolen angeregt wird, wobei die Mindestanzahl größer 2 ist.
Bevorzugt ist die Mindestanzahl der Symbole größer oder gleich 5.
Das Erfassen der Anti-Stokes-Lumineszenz erfolgt vorzugsweise mit einer Frequenz, die um einen Faktor 20, vorzugsweise um einen Faktor 100 oder mehr, größer als eine Symbolmodulationsfrequenz ist, mit der Symbole auf das Lichtsignal moduliert werden. Hierdurch wird eine ausreichende Auflösung der übertragenen Symbolform möglich um eine zuverlässige Anti-Stokes-Lumineszenzstofferkennung zu gewährleisten.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Sicherheitselements sehen vor, dass das Muster mehrere zu dem einen ersten Musterbereich gleichartige erste Musterbereiche und/oder mehrere zu dem einen zweiten Musterbereich gleichartige zweite Musterbereiche umfasst.
So können insbesondere Muster ausgebildet werden, in denen die Anti-Stokes-Lumineszenzstoffkonzentration zumindest in einem der Zustände alternierend zwischen den ersten und zweiten Musterbereichen schwankt.
Vorzugsweise ist der zeitlich als erstes ausgeleuchtete Musterbereich ein erster Musterbereich, in dem zumindest ein großer Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes nicht lösbar auf- oder eingebracht ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, für das Verifikationsverfahren zunächst eine angemessene Normierung bei der Auswertung und/oder eine Anregungsintensität des Lichtsignals einzustellen, bei denen eine optimale Auswertung möglich ist. Ist die Lumineszenzintensität zu gering, kann eine Intensität des Lichtsignals angehoben werden.
Hierfür ist es von Vorteil, wenn mehrere Symbole über den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff eines Musterbereichs übertragen werden, während dieser abgetastet wird.
Erfolgt, nachdem eine Normierung und Anregungsintensität gewählt sind, ein Übergang zu einem anderen hiervon verschiedenen Musterbereich, kann die auftretende Änderung der Intensität zuverlässig, z.B. an der Notwendigkeit einer Normierungsanpassung oder der Notwendigkeit der Anpassung der Anregungsintensität des Lichtsignals, erkannt werden. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn mehrere Symbole während des Abtastens eines Musterbereichs mit dem Ausleuchtbereich übertragen werden.
Bei einer Ausführungsform des Sicherheitselements sind die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem ersten Musterbereich und in dem zweiten Musterbereich, die nicht entfernbar sind, gleich. Im manipulierten Zustand ist dann eine einheitliche Lumineszenz in den ersten Musterbereichen und den zweiten Musterbereichen zu beobachten. Im nicht manipulierten Zustand ist jedoch die Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem oder den zweiten Musterbereichen größer als in dem oder den ersten Musterbereichen.
Vorzugseise werden die Flächenkonzentrationen so gewählt, dass sich im nicht manipulierten Zustand die Flächenkonzentrationen um einen Faktor 2 oder mehr voneinander unterscheiden. So steigt die Intensität der Anti-Stokes-Lumineszenz beim Übergang vom ersten Musterbereich zu einem zweiten Musterbereich stark an, sofern eine Anregungsintensität nicht angepasst wird. Beispielsweise kann eine Sättigung der Messeinrichtung auftreten, d.h. ein, vorzugsweiser linearer, Bereich überschritten werden, in dem das erzeugte Ausgangssignal ein Maß für die erfasste Anti-Stokes-Lumineszenz ist. In diesem Fall kann das Auftreten der Sättigung zur Erkennung der zweiten Bereiche herangezogen werden. In der Regel ist jedoch in der Sättigung die Erkennung des spezifischen Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes eingeschränkt oder unmöglich, so dass die Intensität des Lichtsignals angepasst wird, um dessen „Identität“ zu prüfen. Hierzu wird, wie oben angegeben, geprüft, ob nach einer Anregungsintensitätsanpassung wie erwartet ein oder mehrere Symbole im Ausgangssignal übertragen sind.
Diese Lichtsignalanpassung kann proaktiv erfolgen, d. h. vor einem erwarteten Eintreten einer Sättigung der Messeinrichtung. Die Anregungsintensität kann somit angepasst an ein erwartetes Muster des zu verifizierenden Sicherheitselements angepasst werden.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes in dem ersten Musterbereich und in dem zweiten Musterbereich weder im nicht manipulierten Zustand noch im manipulierten Zustand gleich sind, so dass sowohl im nicht manipulierten Zustand als auch im manipulierten Zustand die verschiedenen Musterbereiche anhand der Anti-Stokes-Lumineszenz erfassbar sind. Beispielsweise ist der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff in den ersten Musterbereichen ausschließlich nicht entfernbar auf- oder eingebracht. Der Anteil an nicht entfernbarem Anti-Stokes-Lumineszenzstoff im zweiten Musterbereich ist hingegen deutlich geringer oder Null. Der entfernbare auf- oder eingebrachte Anteil ist im zweiten Musterbereich jedoch beispielsweise so gewählt, dass die Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes im nicht manipulierten Zustand im zweiten Musterbereich deutlich größer als im ersten Musterbereich ist. Im manipulierten Zustand kehrt sich dieses Verhältnis dann um.
Ein Sicherheitselement ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass eine Nachweisrichtung existiert bezüglich der die ersten und zweiten Musterbereiche abwechselnd in dem Muster auftreten und der erste und der letzte der Musterbereiche entlang der Nachweisrichtung entweder jeweils ein erster Musterbereich oder jeweils ein zweiter Musterbereich sind.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass im nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements innerhalb des Musters zwischen den Musterbereichen keine Bereiche existieren, die den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff nicht aufweisen. So kann eine Ausdehnung des gesamten Musters zumindest im nicht manipulierten Zustand automatisch erkannt werden.
Sicherheitsmerkmale sind bei einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass das bei einer Auswertung der Anti-Stokes-Lumineszenz in dem Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereich erkennbare grafische Muster für einen menschlichen Betrachter bei einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung im Anregung-Wellenlängenbereich nicht erkennbar ist, da beispielsweise zusätzlich zu der Anti-Stokes-Lumineszenz noch eine „normale“ Photolumineszenz im Bereich des Musters auftritt.
„Normale“ Photolumineszenz tritt beispielsweise dann auf, wenn der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff zusätzlich zu der Anti-Stokes-Lumineszenz eine „normale“ Photolumineszenz zeigt. Ferner kann über die Musterbereiche ein Lumineszenzstoff auf- oder eingebracht sein, der bei der Anregung der Anti-Stokes-Lumineszenz im Wellenlängenbereich, dessen Wellenlänge größer als die der Anti-Stokes-Lumineszenz, „normale“ Photolumineszenz zeigt, die vorzugsweise eine höhere Intensität im menschlich wahrnehmbaren Wellenlängenbereich oder über den gesamten Emissionswellenlängenbereich, einschließlich des Anti-Stokes-Lumineszenzwellenlängenbereich, zeigt, so dass die Intensitätsunterschiede des Musters aufgrund der Lumineszenz des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes des Sicherheitselements weder im nicht manipulierten noch im manipulierten Zustand wahrnehmbar sind, das heißt, die Lumineszenz des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes vorzugweise mindestens eine oder mehrere Größenordnungen kleiner als die Lumineszenz des anderen Lumineszenzstoffes ist.
Um bei der Auswertung der Anti-Stokes-Lumineszenz durch solche „normale“ Lumineszenz bzw. andere Lichtemissionen außerhalb des Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereichs nicht gestört zu werden, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das von dem Sicherheitsmerkmal emittierte Lumineszenzlicht wellenlängenselektiv gefiltert wird. Eine Verifikationsvorrichtung weist hierfür ein Filter auf. Besonders bevorzugt wird ein Kantenfilter verwendet, der von dem Sicherheitsmerkmal emittiertes Licht mit einer Wellenlänge, welche größer als eine größte Wellenlänge des Anti-Stokes-Wellenlängenbereichs ist, um eine, vorzugsweise mehrere Größenordnungen und am bevorzugtesten vollständig in der Intensität abschwächt.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Bereiche des grafischen Musters bei der Anregung mit demselben Lichtsignal im Anregungswellenlängenbereich für die Anti-Stokes-Lumineszenz jeweils eine Lumineszenz im sichtbaren Wellenlängenbereich zeigen, die bei einem menschlichen Bertachter denselben Farbeindruck hervorrufen.
Bei einer Einstrahlung des dem für die Verifikation vorgesehenen Lichtsignal zur Anregung der Anti-Stokes-Lumineszenz wird somit das grafische Muster für den Betrachter verborgen. Er kann zwar erkennen, dass ein Lumineszenzsicherheitsmerkmal vorhanden ist, jedoch nicht, dass dieses ein grafisches Muster aufweist, welches erfassbar ist, wenn die Lumineszenz nur in dem Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereich ausgewertet wird.
Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Ausdehnung des Ausleuchtbereichs entlang der Bewegungsrichtung des Sicherheitselements kleiner als eine Ausdehnung des Sicherheitselements entlang der Bewegungsrichtung ist.
Das iterative Erfassen der Anti-Stokes-Lumineszenz erfolgt vorzugsweise in Zeitabständen, die mindestens eine Größenordnung, bevorzugter mindesten zwei Größenordnungen kleiner als eine Zeitdauer des Anregungsanteils des Lichtanregungsintensitätsmusters sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verifizieren eines Sicherheitselements auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument;
2 eine schematische Draufsicht auf ein Sicherheitselement nach 1;
3a eine grafische Darstellung einer Flächenkonzentration eines Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes entlang einer x-Richtung eines Sicherheitselements im nicht manipulierten Zustand;
3b eine grafische Darstellung einer Flächenkonzentration eines Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes entlang einer x-Richtung eines Sicherheitselements im manipulierten Zustand;
4a eine schematische Darstellung eines Sicherheitselements;
4b eine schematische grafische Darstellung der Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes gegenüber einer Ausdehnung des Musters eines Sicherheitselements entlang einer Raumrichtung im nicht manipulierten Zustand;
4c eine schematische grafische Darstellung der Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes gegenüber einer Ausdehnung des Musters eines Sicherheitselements entlang einer Raumrichtung im manipulierten Zustand;
4d eine schematische Darstellung einer Intensität des zur Anregung zur Modulation des Lichtsignals Eingangssignals aufgetragen gegenüber der Zeit;
4e in vereinfachter Form eine grafische Darstellung einer Intensität des zur Anregung verwendeten Lichtsignals, aufgetragen gegenüber der Zeit;
4f eine stark vereinfachte Darstellung der erfassten Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität für ein Sicherheitselement im nicht manipulierten Zustand aufgetragen gegenüber der Zeit;
4g eine stark vereinfachte grafische Darstellung des ermittelten Normierungswerts für die erfasste Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität nach 4f aufgetragen gegenüber der Zeit;
4h eine schematische Darstellung eines Eingangssignals, wobei zur Vereinfachung nur die Maximalamplitude der übertragenen Symbole aufgetragen ist;
4i eine stark vereinfachte Darstellung der Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität für ein nicht manipuliertes Sicherheitselement bei der Anregung gemäß dem Eingangssignal nach 4h; und
4j eine stark vereinfachte Darstellung der Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität für ein manipuliertes Sicherheitselement bei der Anregung gemäß dem Eingangssignal nach 4h.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Verifizieren eines eine Anti-Stokes-Lumineszenz aufweisenden Sicherheitselements 2 auf einem Wert- oder Sicherheitsdokument 3 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Anregungseinrichtung 4, eine Erfassungseinrichtung 5 und eine Auswerteeinrichtung 6.
Die Anregungseinrichtung 4 umfasst eine Lichtquelle 401, die vorzugsweise als Laser ausgebildet ist. Die Anregungseinrichtung 4 erzeugt ein Lichtsignal 407.
Das Wert- oder Sicherheitsdokument 3 ist auf einer Transporteinrichtung 7 angeordnet. Die Transporteinrichtung 7 bewegt das Wert- oder Sicherheitsdokument 3, auf dem sich das Sicherheitselement 2 befindet, vorzugsweise entlang einer Raumrichtung 91. Die Bewegung erfolgt vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung.
Alternativ oder zusätzlich zu der Transporteinrichtung 7 kann eine Relativbewegung des Ausleuchtbereichs relativ zu dem Sicherheitselement 2 über eine Ablenkeinheit 119, beispielsweise einen verstellbaren, ansteuerbaren Spiegel oder Ähnliches erfolgen. Eine Steuereinrichtung 17 steuert die Transporteinrichtung 7 und die Anregungseinrichtung 4 sowie gegebenenfalls eine solche Ablenkeinheit 119, die bei einigen Ausführungsformen die Transporteinrichtung vollständig ersetzt.
Die Anregungseinrichtung 4 ist ausgebildet, ein Lichtsignal 407 zu erzeugen und mit diesem einen Ausleuchtbereich 71 auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 3 bzw. dem darauf befindlichen Sicherheitselement 2 auszuleuchten. Der Ausleuchtbereich 71 ist vorzugsweise als schmaler Streifen oder rechteckförmiges Gebiet ausgebildet, welche quer zu der Raumrichtung 91, entlang derer das Wert-oder Sicherheitsdokument 3 und somit auch das Sicherheitselement 2 bewegt werden, eine größere Ausdehnung aufweisen als das Sicherheitselement 2 quer zur Raumrichtung 91. Hierdurch wird sichergestellt, dass jeweils das volle Sicherheitselement erfasst wird.
Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen eine Ausdehnung des Ausleuchtbereichs 71 quer zur Raumrichtung 91 kleiner als die Ausdehnung des Sicherheitselements 2 quer zur Raumrichtung ist.
Die Anregungseinrichtung 4 ist somit relativ zu der Transporteinrichtung 7 so angeordnet, dass das von der Anregungseinrichtung 4 erzeugte Lichtsignal 407 mit dem erzeugten Ausleuchtbereich 71 bei der Bewegung des Wert-oder Sicherheitsdokuments 3 das Sicherheitselement 2 überstreicht bzw. abtastet. Bei anderen Ausführungsformen kann die Relativbewegung zwischen dem Ausleuchtbereich 71 und dem Sicherheitselement 2 durch die optische Ablenkeinheit 119 mit bewirkt oder ausschließlich bewirkt werden. Die Transporteinrichtung 7 und/oder die Ablenkeinheit 119 bilden eine Abtasteinrichtung 138 die das Abtasten des Sicherheitselements 2 mit dem Ausleuchtbereich 71 bewirkt.
Das Sicherheitselement 2 umfasst als Sicherheitsmerkmal 100 ein Muster 110. Das Muster 110 umfasst mehrere Musterbereiche 120. Die Musterbereiche 120 umfassen mindestens zwei verschiedene Typen von Musterbereichen. Der eine Typ von Musterbereichen wird im Folgenden als erster Musterbereich 121 und der andere Typ von Musterbereich als zweiter Musterbereich 122 bezeichnet. Die Zuordnung der Ordnungszahlen erster und zweiter ist hierbei willkürlich. Im Gebiet sowohl der ersten Musterbereiche 121 als auch der zweiten Musterbereiche 122 ist auf oder in das Sicherheitselement ein Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 auf oder eingebracht. Hierbei ist der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in den Musterbereichen 120 jeweils bezogen auf den entsprechenden der Musterbereiche 120, vorzugsweise homogen verteilt, auf- oder eingebracht.
Der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 ist in oder auf die Musterbereiche 120 auf zwei verschiedene Arten auf- oder eingebracht. Zumindest ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 ist so in die zweiten Musterbereiche 122 auf- oder eingebracht, dass dieser Anteil bei einer Manipulation des Sicherheitselements 2 entfernt wird. Beispielsweise wird der bei der Manipulation entfernbare Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 mittels einer wasserlöslichen Zubereitung auf das Sicherheitselement 2 in den zweiten Musterbereiche 122 aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt. Auf die ersten Musterbereiche 121 ist der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 mit einer nicht lösbaren Zubereitung aufgebracht. Der mit der nicht lösbaren Zubereitung aufgebrachte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 wird bei einer Manipulation nicht von dem Sicherheitselement 2 entfernt.
Der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 ist jeweils über eine Schraffur dargestellt. Eine Schraffur von links unten nach rechts oben deutet an, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 bei der Manipulation nicht entfernbar ist, z. B. mit einer nicht lösbaren Zubereitung auf- oder eingebracht ist. Eine Schraffur von links oben nach rechts unten ist hingegen bei einer Manipulation entfernbar, z. B. mit einer lösbaren Zubereitung auf- oder eingebracht. Zu besseren Veranschaulichung sind in 1 die ersten Musterbereiche 121 mit einer „I“ und der zweite Musterbereich 122 mit einer „II“ gekennzeichnet.
Es sind verschiedene Ausgestaltungen der ersten Musterbereiche 121 und der zweiten Musterbereiche 122 möglich, um ein Muster 110 zu bilden. Zumindest ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 kann sowohl auf die ersten Musterbereiche 121 als auch auf die zweiten Musterbereiche 122 mit einer nicht lösbaren Zubereitung aufgebracht sein. Ebenso kann ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 auch sowohl auf die ersten Musterbereiche 121, als auch auf die zweiten Musterbereiche 122 mit einer lösbaren Zubereitung aufgebracht sein. Entscheidend ist jedoch, dass ein relativer Anteil der bei einer Manipulation des Sicherheitselements 2 von dem Musterbereich 120 entfernbar ist, bezogen auf die Gesamtmenge an Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 im nicht manipulierten Zustand für einen Typ der Musterbereiche 120, hier, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, immer der zweiten Musterbereiche 122, größer als für den anderen Typ der Musterbereiche 120 ist, hier immer der ersten Musterbereiche 121.
Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Flächenkonzentrationen, d. h. die Menge an Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 pro Gebietsfläche eines Musterbereichs 120, der ersten Musterbereiche 121 und der zweiten Musterbereiche 122, zumindest im nicht manipulierten oder im manipulierten Zustand, vorzugsweise sowohl im nicht manipulierten als auch manipulierten Zustand, unterscheiden.
In 2 ist eine schematische Draufsicht auf das Sicherheitselement 2 nach 1 dargestellt. Die ersten Musterbereiche 121 weisen eine von links unten nach rechts oben schräg verlaufende Schraffur auf. Der zweite Musterbereich 122 weist eine von links oben nach rechts unten schräg verlaufende Schraffur auf.
Im Folgenden wird zunächst davon ausgegangen, dass die ersten Musterbereiche 121 eine Flächenkonzentration von 100 in beliebigen Einheiten des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 aufweisen und dieser vollständig mit einer nicht lösbaren Zubereitung aufgebracht ist. Die zweiten Musterbereiche 122, von denen das Muster 110 bei der Ausführungsform nach 1 und 2 nur einen aufweist, weisen im nicht manipulierten Zustand eine Flächenkonzentration von 500 in den beliebigen Einheiten auf. Ferner wird davon ausgegangen, dass der in dem zweiten Musterbereich 122 aufgebrachte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 mit einer lösbaren Zubereitung aufgebracht ist, sodass dieser bei einer Manipulation des Sicherheitselements 2 entfernt wird.
Eine Bewegungsrichtung 93, entlang derer sich das Sicherheitselement 2 durch einen stationär angenommenen Ausleuchtbereich 71 bewegt, ist in 2 ebenso angegeben.
In 3a ist in einem Graf die Flächenkonzentration 95 in den beliebigen Einheiten gegenüber dem Ort entlang einer Längsrichtung 111 des Sicherheitselements 2 im nicht manipulierten Zustand dargestellt. Die unter dem Graf schraffierten Flächenanteile geben über ihre Schraffur ebenfalls an, ob und mit welchem Anteil der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 mit einer nicht lösbaren Zubereitung aufgebracht ist (Schraffur von links unten nach rechts oben) oder mit einer lösbaren Zubereitung aufgebracht ist (Schraffur von links oben nach rechts unten).
In 3b ist das Sicherheitselement nach 3a im manipulierten Zustand dargestellt. Zu erkennen ist das der Anteil des entfernbaren Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes vollständig entfernt ist (durchgezogene Linie) oder zumindest nahezu entfernt ist (gestrichelte Linie).
Das Lichtsignal 407, welches mittels der Anregungseinrichtung 4 erzeugt ist, regt im Ausleuchtbereich 71 bei der Verifikation in dem Sicherheitselement 2 den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 an. Die Wellenlänge des Anregungslichts des Lichtsignals 407 liegt hierbei in einem Anregungswellenlängenbereich. Die Anregung des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 führt dazu, dass dieser Lumineszenzlicht in einem Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereich emittiert. Die Wellenlängen des Anti-Stokes-Lumineszenz-Wellenlängenbereichs sind hierbei kürzer als die Wellenlängen des Anreg ungswellen längenberei chs.
Das von dem angeregten Sicherheitsmerkmal 100 des Sicherheitselements 2 emittierte Anti-Stokes-Lumineszenzlicht 9 des Lumineszenzlichts 8 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, das Anti-Stokes-Lumineszenzlicht 9 mittels einer Photodiode 55 zeitaufgelöst zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 5 leitet aus dem erfassten Anti-Stokes-Lumineszenzlicht 9 ein Ausgangssignal 11 ab und leitet dieses an die Auswerteeinrichtung 6 weiter. Ferner kann auch ein anderer zeitaufgelöst und intensitätsaufgelöst messender Detektor verwendet werden.
Das Anti-Stokes-Lumineszenzlicht 9 kann im sichtbaren Wellenlängenbereich, im UV Wellenlängenbereich oder im IR-Wellenlängenbereich liegen. Ferner ist es möglich, dass zusätzlich zu der Anti-Stokes-Lumineszenz in dem Sicherheitselement 2 bei der Anregung mit dem Lichtsignal 407 auch eine „normale“ Fotolumineszenz auftritt, deren Lumineszenzwellenlängen größer als die Wellenlängen des Anregungslichts des Lichtsignals 407 sind.
Um Störungen durch Lumineszenzlicht der „normalen“ Photolumineszenz oder auch durch gestreutes Anregungslicht des Lichtsignals 407 zu vermeiden, ist bei einigen Ausführungsformen ein Filter 85 vorgesehen, welches Wellenlängen, die größer als die Wellenlängen des Anti-Stokes-Wellenlängenbereichs sind, blockiert. Dieses Lumineszenzlicht der „normalen“ Photolumineszenz 81 wird mittels des Filters 85 daran gehindert, zu der Erfassungseinrichtung 5 zu gelangen.
Das sich auf dem Wert- oder Sicherheitsdokument 3 befindende Sicherheitselement 2 wird somit mittels eines des Lichtsignals 407, dessen Intensität durch ein vorgegebenes Eingangssignal 27 gesteuert wird, zur Anti-Stokes-Lumineszenz angeregt. Das vorgegebene Eingangssignal 27 legt somit beispielsweise über eine Modulationseinrichtung 10 die sich zeitlich ändernde Intensität des Lichtsignals 407 fest.
Insbesondere kann nach dem Erfassen der Intensität des Anti-Stokes-Lumineszenzlichts 9 eine Analog-Digital-Wandlung in einem A/D-Wandler 118 vorgesehen sein, so dass ein Ausgangssignal 11 der Erfassungseinrichtung 5 in digitaler Form bereitgestellt werden kann, beispielsweise als Datenstrom. Die Analog/Digital-Wandlung kann auch erst in der Auswerteeinrichtung 6 erfolgen.
Die Auswerteeinrichtung 6 transformiert das Ausgangssignal 11 in einem Transformationsmodul 13 mittels einer charakteristischen Funktion 12 in ein transformiertes Ausgangssignal 14. Eine solche Transformation kann insbesondere eine Entfaltung des Ausgangssignals 11 mit der charakteristischen Funktion 12 sein.
Das transformierte Ausgangssignal 14 wird an ein Demodulatormodul 15 weitergeleitet und dort demoduliert. Hierbei wird eine Eingangssignalinformation 16 des Lichtsignals 407 oder des Eingangssignals 27 berücksichtigt. Eine solche Eingangssignalinformation 16 ist beispielsweise eine Symbolform von Symbolen, welche zur Erzeugung des Eingangssignals 27 bzw. des Lichtsignals 407 verwendet werden. Die Demodulation kann beispielsweise unter Verwendung eines Optimalfilters (Matched filter), welcher auf die Symbolform abgestimmt ist, durchgeführt werden.
Anschließend wird in einem Erkennungsmodul 116 ermittelt, ob das erfasste Anti-Stokes-Lumineszenzlicht 9 von dem erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff emittiert wurde oder nicht. Kann beispielsweise festgestellt werden, dass das transformierte Signal einem Signal ähnelt, in dem Symbole übertragen sind, beispielsweise wenn ein Signal-zu-Rauschverhältnis oberhalb eines Schwellenwertes festgestellt wird, so wird der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff für den Bereich, für den die Auswertung aktuell vorgenommen wird, als echt bzw. als erwarteter Anti-Stokes-Lumineszenzstoff erkannt. Es kann somit eine Existenz des richtigen Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 festgestellt werden. Diese Entscheidung, ob der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff erkannt wurde oder nicht, ist eine Erkennungsentscheidung 18 oder ein Bestandteil einer Erkennungsentscheidung 18. Wie unten erläutert wird, gibt es verschiedene Varianten, wie die Existenz des richtigen Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes erkannt werden kann.
Da sich das Wert- oder Sicherheitsdokument 3 gemeinsam mit dem Sicherheitselement 2 relativ zu dem Ausleuchtbereich 71 bewegt, wird in zeitlicher Abfolge für unterschiedliche Orte auf dem Sicherheitselement 2 ermittelt, ob der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in dem Sicherheitselement vorhanden ist.
Anhand dieser Erkennungsentscheidungen 18, welche bei einfachen Ausführungsformen nur die Existenzentscheidungen umfassen, kann ermittelt werden, ob das aus den ersten und zweiten Musterbereichen 121,122 gebildete Muster 110 dem erwarteten Muster eines nicht manipulierten Sicherheitselements oder dem erwarteten Muster eines manipulierten Sicherheitselements entspricht.
Im nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements 2 wird über das gesamte Sicherheitselement 2 hinweg eine Anti-Stokes-Lumineszenz 9 des korrekten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 ermittelt. Ist hingegen das Sicherheitselement 2, welches beispielsweise ein Postwertzeichen ist, bereits zuvor von einem Wert- oder Sicherheitsdokument, hier beispielsweise einem anderen Brief abgelöst und auf das als Brief ausgebildete Wert-oder Sicherheitsdokument 3 erneut aufgeklebt, so ist beim Ablösen der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 im Bereich des zweiten Musterbereichs 122 entfernt worden, sodass bei der Verifikation zunächst, solange der Ausleuchtbereich den einen erster Musterbereich 121-1 überstreicht, eine Existenz des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 erkannt wird. Anschließend, während der Ausleuchtbereich 71 den zweiten Musterbereich 122 überstreicht, wird festgestellt, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 nicht vorhanden ist. Sobald der Ausleuchtbereich 71 den weiteren ersten Musterbereich 121-2 überstreicht, wird erneut eine Anti-Stokes-Lumineszenz des korrekten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 festgestellt. Hierüber kann ein manipuliertes Sicherheitselement 2 zuverlässig von einem nicht manipulierten Sicherheitselement 2 unterschieden werden. Fehlt der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in einem Gebiet, welches ein Musterbereich 120 ist, so ist das Sicherheitselement 2 manipuliert. Anhand der Erkennungsentscheidungen 18 kann somit die Verifikationsentscheidung 19 abgeleitet werden.
Darüber hinaus können auch Fälschungen des Sicherheitselements 2 erkannt werden, bei denen die Anti-Stokes-Lumineszenz 9 durch einen anderen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff verursacht wird. Obwohl eine Anti-Stokes-Lumineszenz auftritt, lässt sich das transformierte Ausgangssignal 14 dann nicht korrekt demodulieren.
Über die Auswerteeinrichtung können beispielsweise Zugangssperren, wie ein Schloss, eine Schranke usw., oder Sortiermaschine 21, in der beispielsweise Briefe mit manipulierten Postwertzeichen selektiert werden, gesteuert werden. Dieses kann über eine Ausgabeeinrichtung 20 erfolgen, die das Verifikationsergebnis auch als Datensatz ausgeben oder visuell auf einer Anzeigeeinrichtung darstellen kann.
Zum Kodieren des Eingangssignals kann beispielsweise ein Dreieckeckpuls gefolgt von einem Konstantanteil, der vorzugsweise Null ist, als Symbolform verwendet werden.
Es wird angemerkt, dass es die Kenntnis der Symbolform erlaubt, eine Demodulation des transformierten Ausgangssignals und eine Rekonstruktion der kodierten Information vorzunehmen.
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 den verwendeten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff der Übertragung durch einen „echten“ Anti-Stokes-Lumineszenzstoff entspricht.
Beispielsweise kann über eine Bestimmung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses im transformierten Ausgangssignal 14 dann die Erkennungsentscheidung 18 abgeleitet werden. So wird eine Existenz des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes beispielsweise festgestellt, 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 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 Dreieckeckpulsform aufweist.
Ein weiteres alternatives und bevorzugtes Verfahren nutzt ein Kalman-Filter, das zu jedem Zeitpunkt des abgetasteten Lumineszenzsignals die Systemantwort ermittelt und dann trotz Rauschen die Systemantwort ermittelt. Vorzugsweise wird ein sogenanntes Extended Kalman-Filter genutzt, d.h. ein nicht lineares Kalman-Filter. Hier ist es sehr wichtig, die oben genannte Messkette vollständig zu erfassen, da die tatsächliche Eingangsfunktion des Kalman-Filters, das Anregungssignal des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes ist. Nur bei korrekter Kenntnis des Anregungssignals ist die Systemantwort des Systems, bestehend aus Anregungseinheit, Sicherheitselement und Erfassungseinrichtung, zu erfassen.
Der Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass kleine Nichtlinearitäten aufgrund der Integration und zeitlich längeren Erfassung, insbesondere beim Einsatz des Kalman-Filters, die Auswertung kaum beeinflussen und spektrale Verschiebungen im Frequenzbereich des Ausgangssignals im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr zu einem großen Fehler beim Auswerten und Verifizieren führen. Ferner muss auch der Gleichanteil des Ausgangssignals nicht gesondert betrachtet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Phasenlage nicht mehr notwendigerweise erkannt werden muss (ein sogenanntes phase recovery ist nicht notwendig). Ferner wird das maximal mögliche Signal-zu-RauschVerhältnis erreicht.
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 eine Anti-Stokes-Lumineszenz sowohl die Eigenschaft der Linearität bezüglich der Anregung 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 Erkennungsentscheidung 18 in der Auswerteeinrichtung eine Korrelation des transformierten Ausgangssignals 14 mit zumindest einem Teil des Eingangssignals 27 durchgeführt wird, wobei das eine Anti-Stokes-Lumineszenz aufweisende Sicherheitsmerkmal (100) 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 14 mit zumindest einem Teil des Eingangssignals 27 durchgeführt. Dieser Teil des Eingangssignals kann insbesondere eine in dem Eingangssignal verwendete Symbolform sein.
Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Schwellwert für mehrere vorgegebene Zeitpunkte oder mehrere vorgegebene Zeitbereiche überschritten sein muss, damit der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff als echt und erkannt befunden wird. Ist der vorgegebene Schwellwert oder sind die vorgegebenen Schwellwerte hingegen nicht überschritten, wird der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff als nicht korrekt befunden.
Die charakteristische Funktion kann insbesondere aus einem Referenzsicherheitsmerkmal, welches als echt bekannt ist, abgeleitet sein. Deshalb ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die charakteristische Funktion mittels einer Kalibrierungsmessung bestimmt wird, wobei ein eine Anti-Stokes-Lumineszenz aufweisendes 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 mittels eines Lichtsignals durch die Anregungseinrichtung, ein Erfassen einer von dem Referenzsicherheitsmerkmal emittierten Lumineszenz und ein Wandeln der erfassten Lumineszenz in ein Referenzausgangssignal durch die Erfassungseinrichtung umfasst. Aus dem Referenzausgangssignal und dem vorgegebenen Eingangssignal wird dann die charakteristische Funktion abgeleitet.
Insbesondere ist hierzu in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die charakteristische Funktion die Inverse einer Übertragungsfunktion des eine Anti-Stokes-Lumineszenz aufweisenden Referenzsicherheitsmerkmals ist, wobei der Anti-Stokes-Lumineszenz-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.
Insbesondere bei Verwendung eines Kalman Filters kann eine Normierung bei der Auswertung vorgenommen werden. Diese Normierung ist unter anderem von der erfassten Intensität der Anti-Stokes-Lumineszenz abhängig. Daher kann die Auswertung dieser Information in die Erkennungsentscheidung 18 mit einbezogen werden. Neben der Feststellung der Existenz oder Nichtexistenz des korrekten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 im untersuchten Abtastbereich/Ausleuchtbereich 71 und des zugehörigen Musterbereichs 120 wird auch die Intensität der erfassten Anti-Stokes-Lumineszenz 9 ausgewertet. Die einem Musterbereich 120 auf diese Weise zugeordnete Intensität wird im Verhältnis zu den für andere Musterbereiche 120 ermittelten Anti-Stokes-Lumineszenzintensitäten gesetzt, um ein Muster 110 ableiten zu können.
Im Folgenden soll dieses noch einmal detaillierter beschrieben werden.
In 4a ist schematisch ein Sicherheitselement 2 mit einem Muster 110 dargestellt. Das Muster 110 umfasst einen ersten Musterbereich 121-1, einen zweiten Musterbereich 122-1, sowie einen weiteren ersten Musterbereich 121-2.
Nachgestellte Ziffern der Form „-x“, werden verwendet, um Musterbereiche 120 eines Typs abzuzählen, wobei x eine natürliche Zahl ist. Der links angeordnete erste Musterbereich 121-1 wird somit mit „-1“ gekennzeichnet und unterscheidet sich hierüber von dem weiteren ersten Musterbereich „121-2“ mit der nachgestellten Bezeichnung „-2“. Ansonsten sind die ersten Musterbereiche 121-1,121-2 hinsichtlich des aufgebrachten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 identisch ausgebildet. Dieses bedeutet, dass die Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 in dem ersten Musterbereich 121-1 und 121-2 identisch ist. Ferner ist die Art der Aufbringung gleich, d. h. die Anteile, die mit einer nicht entfernbaren Zubereitung aufgebracht ist, und die Anteile, der mit einer entfernbaren Zubereitung aufgebracht, sind für beide Musterbereiche 121-1, 121-2 ebenfalls identisch.
Im dargestellten Beispiel ist der gesamte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200, der im ersten Musterbereich 121, 121-1, 121-2 aufgebracht ist, mit einer nicht lösbaren Zubereitung aufgebracht. Die Flächenkonzentration beträgt 100 willkürliche Einheiten.
Auf den zweiten Musterbereich 122, 122-1 ist der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 mit einer Flächenkonzentration von 500 willkürlichen Einheiten vollständig mit einer lösbaren Zubereitung aufgebracht. In 4b ist korrespondierend die Flächenkonzentration 95 gegenüber einer Ausdehnung des Musters entlang einer x-Richtung 92 aufgetragen. Der eine erste Musterbereich 121-1 erstreckt sich von X0 bis X1, der zweite Musterbereich 122-1 erstreckt sich von X1 bis X2 und der weitere erste Musterbereich 121-2 erstreckt sich von X2 bis X3.
Die x-Richtung 92 sowie die entsprechenden Positionen X0, X1, X2, X3 sind in 4a entsprechend eingezeichnet. Schraffuren unter dem Funktionsgraphen, der die Flächenkonzentration 95 des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 gegenüber der Position in dem Muster 110 angibt, geben die Anteile an, die mit nicht entfernbarer Zubereitung (Schraffur von links oben nach rechts unten) bzw. mit entfernbarer Zubereitung (Schraffur von links unten nach rechts oben) auf- bzw. eingebracht sind.
Eine Bewegungsrichtung 93, entlang derer sich das Sicherheitselement 2 durch einen stationär angenommenen Ausleuchtbereich 71 bewegt, ist in 4a ebenso angegeben und ist aus Gründen der Veranschaulichung der Erfindung im Zusammenhang mit den weiteren, folgenden Figuren „entgegengesetzt“ zu der Darstellung in 1 und 2 gewählt.
In dem in 4a und 4b gezeigten Beispiel ist der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in jedem der Musterbereiche 120, d. h. in den ersten Musterbereichen 121-1, 121-2 und dem zweiten Musterbereich 122-1, jeweils entweder vollständig nicht entfernbar oder vollständig entfernbar auf- oder eingebracht.
Die 4c zeigt entsprechend die Flächenkonzentrationen 95 des Musters 110 aufgetragen gegen die X-Richtung 92 des Sicherheitselements 2 im manipulierten Zustand. Der ursprünglich in dem zweiten Musterbereich 122-1 mit einer entfernbaren, beispielsweise lösbaren, Zubereitung aufgebrachte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 ist im manipulierten Zustand vollständig oder nahezu vollständig (gestrichelt dargestellt) entfernt.
Bei der Verifikation erfolgt eine Anregung mit einem Lichtsignal 407. Dieses ist intensitätsmoduliert. Die Modulation der Intensität erfolgt gemäß einem Eingangssignal 27. Dieses Eingangssignal 27, das in 4d schematisch dargestellt ist, ist in einzelne wiederkehrende Abschnitte 28 unterteilt, jeder der Abschnitte 28 repräsentiert jeweils ein Symbol 29. Ein einzelnes Symbol 29 umfasst einen Anregungsanteil 30 und einen Pausenanteil 31. Diese sind im dargestellten Beispiel zeitlich gleich lang. Der Pausenanteil 31 wird vorzugsweise so gewählt, dass eine Intersymbolinterferenz bei der Übertragung der Symbole über den Übertragungskanal, umfassend das Sicherheitselement 2 und Teile der Verifikationsvorrichtung, vermieden oder zumindest geringgehalten wird. Der Anregungsanteil 30 ist in der Regel ein dreieckförmiger Puls der einen linear ansteigenden Anteil 30A und einen linear abfallenden Anteil 30B umfasst, die zeitlich gleich lang sind und deren Steigung ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.
Während des Anregungsanteils 30 steigt die Amplitude des Eingangssignals 27 von 0 auf eine Maximalamplitude 35 und fällt wieder auf null ab.
Es können zur Anregung auch andere Symbolformen verwendet werden. Dreieckförmige Anregungsanteile erhaben sich jedoch als sehr günstig herausgestellt.
Die funktionelle Struktur des Lichtsignals 407, welches zur Anregung verwendet wird, gleicht der des Eingangssignals 27, da das Lichtsignal 407 gemäß dem Eingangssignal 27 hinsichtlich seiner Intensität moduliert wird. Zur Vereinfachung der Darstellung wird im Folgenden jeweils der Maximalwert der Amplitude (die Maximalamplitude 35) eines Symbols, welches in dem Eingangssignal 27 repräsentiert ist bzw. welches auf das Lichtsignal moduliert ist, als Amplitude des Eingangssignals 27 bzw. Amplitude des Lichtsignals 407, welches zur Anregung des Sicherheitselements verwendet wird, für eine vereinfachte Darstellung genutzt. Findet somit eine Anregung mit einem Lichtsignal 407 statt, in dem zeitlich aufeinanderfolgend iterativ Symbole mit derselben Maximalamplitude 35 des Anregungsanteils 30 über die Modulation codiert sind, so wird in der vereinfachten Darstellung die Amplitude des Lichtsignals 407 als ein konstanter Wert dargestellt, der mit der Maximalamplitude des Anregungsanteils 30 der jeweiligen Symbole übereinstimmt. Wird eine Intensität des Lichtsignals 407 gesteigert, so ist dies gleichbedeutend damit, dass eine Maximalamplitude der Symbole, die in dem Lichtsignal 407 codiert sind, entsprechend gesteigert wird.
In 4e ist grafisch eine Intensität des zur Anregung verwendeten Lichtsignals 407 gegenüber der Zeit aufgetragen. Die Intensität ist wie oben erwähnt jeweils durch die Maximalamplitude 35 des Anregungsanteils der übertragenen Symbole für diese grafische Darstellung angezeigt. Eine die Symbolform widerspiegelnde Intensitätskurve ist aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt. In der Grafik sind die Zeitpunkte TX0 bis TX3 eingezeichnet, die mit den Zeitpunkten korrespondieren, zu denen die Positionen X0 bis X3 entsprechend den Ausleuchtbereich 71 passieren.
In 4f ist für ein intaktes, nicht manipuliertes Sicherheitselement die ohne Anpassung des Lichtsignals der Anregung erfasste Anti-Stokes-Lumineszenzintensität 96 stark vereinfacht unter Vernachlässigung von Einschwingvorgängen, von aufgrund der Modulation vorhandenen Intensitätsschwankungen, von Intersymbolinterferenzen oder Ähnlichem dargestellt. In 4g ist ein zugehöriger anhand der erfassten Intensitäten ermittelter Normierungswert 97 angegeben, der ein empfangenes Symbol bei der entsprechenden erfassten Intensität des Anti-Stokes-Lumineszenzlichts auf eine Einheitsintensität normieren würde. Hierbei wird immer davon ausgegangen, dass von dem Sicherheitselement 2 jeweils gleich große Flächen der Musterbereiche 120 durch den Ausleuchtbereich 71 abgetastet werden. Beträgt eine Flächenkonzentration an Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 im Ausleuchtbereich 71 des überstrichenen Musterbereichs 121 beispielsweise einen Wert 100 in beliebigen Einheiten so wird nach dem Erfassen der erzeugten Lumineszenz und einer Entfaltung mit der charakteristischen Funktion, die dem Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 zugeordnet ist, und einer entsprechenden Demodulation ein Normierungswert 97 von beispielsweise 50 in beliebigen Einheiten als der Wert festgelegt, durch den die Gesamtintensität des Symbols geteilt werden muss, um ein empfangenes Symbol auf eine Normintensität zu normieren. Steigt dann die Flächenkonzentration, beispielsweise weil sich zu einem späteren Zeitpunkt der zweite Musterbereich 122 mit einer Flächenkonzentration von 500 in beliebigen Flächenkonzentrationseinheiten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in Ausleuchtbereich 71 befindet, so steigt die erzeugte Lumineszenz und hierüber auch eine Intensität bzw. eine Fläche unterhalb der Kurve, die das Symbol beschreibt. Um diese Fläche auf die Einheitsfläche zu normieren, d.h. die Intensität auf die Normintensität zu bringen, ist nun beispielsweise ein Normierungswert 97 von 250 in beliebigen Normierungseinheiten notwendig. Es zeigt sich somit, dass die Intensität des empfangenen demodulierten Signals oder ein Normierungswert in der Auswertung jeweils ein Maß für die Kombination aus Flächenkonzentration des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 und Anregungsintensität des Lichtsignals 407 sind.
Eine Steigerung der Intensität des Lichtsignals 407 führt nämlich ebenfalls zu einer Steigerung der entstehenden Intensität des Anti-Stokes-Lumineszenzlichts. Hierdurch wird es möglich, die übertragene Intensität auszunutzen, um anhand der zeitlichen Abfolge unter Berücksichtigung der Relativbewegung von Sicherheitselement 2 und Ausleuchtbereich 71 bzw. Lichtsignal 407 Musterbereiche 120 entlang der Raumrichtung 91, welche parallel zu der Bewegungsrichtung 93 des Sicherheitselements durch den Ausleuchtbereich ist, anhand der Normierungsintensität 97 zu identifizieren.
Zusätzlich liefert die Auswertung auch eine Aussage darüber, ob der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in dem entsprechenden Musterbereich überhaupt vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, so findet keine korrekte Symbolübertragung statt, sodass auch keine Bestimmung des Normierungswertes möglich ist. Je nach verwendeten Auswerteverfahren kann feiner oder gröber zeitaufgelöst die Anti-Stokes-Lumineszenzintensität und hierüber feiner oder gröber ortsaufgelöst die Existenz des korrekten, d.h. erwarteten, Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes und dessen Flächenkonzentration ermittelt werden. Hierüber kann dann auch eine Strukturierung des Sicherheitselements 2 in verschiedene Musterbereiche 120 erfolgen und das daraus gebildete Muster 110, z. B. über einen Vergleich mit Vorgabedaten oder anderem Expertenwissen über korrekte intakte und manipulierte Sicherheitselemente 2, identifiziert werden.
Ebenso ist es möglich, dass die Intensität durch eine Änderung der Flächenkonzentration so stark ansteigt, dass ein Messbereich überschritten wird, in dem eine lineare Intensitätserfassung der Erfassungseinrichtung 5 möglich ist. In diesem Fall wird von einer Sättigung der Erfassungseinrichtung 5 gesprochen. Im gesättigten Zustand ist eine korrekte Ermittlung über die Auswertung anhand der charakteristischen Funktion nicht mehr in der Weise möglich, um zu ermitteln, ob der korrekte Anti-Stokes-Lumineszenzstoff 200 in dem entsprechenden Bereich des Sicherheitselements vorhanden ist oder nicht. Daher ist es vorteilhaft, die Intensität des Lichtsignals 407 über eine Anpassung des Eingangssignals dynamisch anzupassen, sodass auch die erreichte Lumineszenzintensität wieder in den linearen Messbereich der Erfassungseinrichtung zurückkehrt.
Um somit Musterbereiche zuverlässig auch hinsichtlich des Vorhandenseins des korrekten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes 200 zu überprüfen, ist es vorteilhaft, wenn während des Überstreichens eines Musterbereichs 120 durch den Ausleuchtbereich 71 eine Mehrzahl von Symbolen in dem Lichtsignal übertragen wird. Eine bevorzugte Mindestanzahl beträgt 5 Symbole.
Bereits bei Übertragung des ersten Symbols, bei dem eine Sättigung der Erfassungseinrichtung 5 durch das Lumineszenzlicht der Anti-Stokes-Lumineszenz 9 eintritt, kann die Intensität des Lichtsignals 407 für das darauffolgende übertragene Symbol häufig um einen korrekten Betrag hinsichtlich der Intensität reduziert werden, da eine Zeitspanne zwischen dem Erreichen der oberen Schwelle des linearen Messbereich und dem erneuten Unterschreiten dieser Schwelle ein grobes Maß für die während der Anregung erreichte maximale Intensität der Anti-Stokes-Lumineszenz ist. Dies gilt zumindest dann, wenn keine zu große Intersymbolinterferenz auftritt. Zu beachten bleibt, dass die Anregung, auch wenn die grafische Darstellung dieses nicht zeigt, immer zwischen Null und der dargestellten maximalen Symbolintensität schwankt.
Ist die Intersymbolinterferenz extrem stark, so wird für das korrekte Absenken der Anregungsintensität eine Mehrzahl von übertragenen Symbolen benötigt. Abhängig von der auftretenden Intersymbolinterferenz und der verwendeten Symbolübertragungsrate über das Lichtsignal 407 und der verwendeten Relativgeschwindigkeit zwischen dem Lichtsignal 407 und dem Sicherheitselement 2 ist somit eine Abstimmung zu finden, die eine zuverlässige und korrekte Auswertung der einzelnen Musterbereiche 120 des Sicherheitselements 2 ermöglicht.
In 4h, 4i und 4j sind das Eingangssignal 27 (4h), welches bis auf einen Faktor und andere Einheiten identisch mit dem Lichtsignal 407 ist, sowie die stark vereinfachten Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensitäten 96 für ein nicht manipuliertes Sicherheitselement (4i) und ein manipuliertes Sicherheitselement (4j) schematisch für den Fall dargestellt, bei dem im Eingangssignal 27 die Maximalamplitude 35 an den erwarteten Intensitätsanstieg beim intakten, nicht manipulierten Sicherheitselement im Zeitbereich zwischen TX1 und TX2 angepasst ist. Das Eingangssignal wird erneut nur über die Maximalamplitude der übertragenen Symbole vereinfacht dargestellt. Die eigentliche Modulation des Eingangssignals 27 und des daraus resultierenden Lichtsignals 407 werden nicht dargestellt. Die Maximalamplitude 35 wird in diesem Zeitbereich zwischen TX1 und TX2 auf 1/5 des ursprünglichen Werts der Maximalamplitude 35 in dem Zeitbereich zwischen TX0 und TX1 abgesenkt. In dem Zeitbereich zwischen TX2 und TX3 wird die Maximalamplitude 35 wieder auf den ursprünglichen Wert angehoben.
In dem nicht manipulierten Zustand ist die Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität 96 während der gesamten Messung konstant. In manipulierten Zustand fällt die die Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität 96 bei vollständiger Entfernung des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes auf 0 und ist bei teilweiser Entfernung deutlich abgesenkt.
Es versteht sich für den Fachmann, dass hier nur beispielhafte Ausführungsformen für Muster und mögliche Flächenkonzentrationen exemplarisch dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Sicherheitselement
3: Sicherheitsdokument
4: Anregungseinrichtung
5: Erfassungseinrichtung
6: Auswerteeinrichtung
7: Transporteinrichtung
8: Lumineszenzlicht
9: Anti-Stokes-Lumineszenz
10: Modulationseinrichtung
11: Ausgangssignal
12: Funktion
13: Transformationsmodul
14: Ausgangssignal
15: Demodulatormodul
16: Eingangssignalinformation
17: Steuereinrichtung
18: Erkennungsentscheidungen
19: Verifikationsentscheidung
20: Ausgabeeinrichtung
21: Sortiermaschine
27: Eingangssignal
28: Abschnitte
29: Symbol
30: Anregungsanteil
30A: ansteigender Anteil
30B: abfallender Anteil
31: Pausenanteil (Nichtanregungsanteil)
35: Maximalamplitude
55: Photodiode
71: Ausleuchtbereich
81: Photolumineszenz
85: Filter
91: Raumrichtung
92: x-Richtung
93: Bewegungsrichtung
94: Nachweisrichtung
95: Flächenkonzentration (Funktionsgraph der)
96: Anti-Stokes-Lumineszenzlichtintensität
100: Sicherheitsmerkmal
110: Muster
111: Längsrichtung
116: Erkennungsmodul
118: A/D-Wandler
119: (optische) Ablenkeinheit
120: Musterbereiche
121, 121-x: erster Musterbereich
122, 122-x: zweiter Musterbereich
138: Abtasteinrichtung
200: Anti-Stokes-Lumineszenzstoff
401: Lichtquelle
407: Lichtsignal

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

EP 1241242 A2 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Verifizieren von Sicherheitselementen (2), wobei ein Sicherheitselement (2) ein aus Musterbereichen (120) gebildetes Muster (110) als Sicherheitsmerkmal (100) umfasst, wobei die Musterbereiche (120) zumindest einen oder mehrere erste Musterbereiche (121, 121-x) und einen oder mehrere zweite Musterbereiche (122, 122-x) umfassen, wobei sowohl in dem einen oder den mehreren ersten Musterbereichen (121, 121-x) als auch in dem einen oder den mehreren zweiten Musterbereich (122, 122-x) in einem nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements (2) jeweils ein und derselbe Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) vorhanden ist, wobei der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) bei einer Anregung mit einem Lichtsignal, dessen Wellenlänge oder Wellenlängen in einem Anregungswellenlängenbereich liegen, eine Anti-Stokes-Lumineszenz in einem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich zeigt, wobei der oder die mehreren zweiten Musterbereiche (122, 122-x) sich jeweils von dem einen oder den mehreren ersten Musterbereichen (121, 121-x) dadurch unterscheiden, dass ein relativer Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200), der bei der Manipulation aus dem entsprechenden Musterbereich (120) entfernbar ist, für den Musterbereich oder die mehreren zweiten Musterbereiche (122, 122-x) größer als für den jeweiligen ersten Musterbereich (121, 121-x) oder die jeweiligen mehreren ersten Musterbereiche (121, 121-x) ist, umfassend die Schritte: Erzeugen eines gemäß eines Eingangssignals (27) zeitlich intensitätsmodulierten Lichtsignals (407), dessen Wellenlänge oder Wellenlängen im Anregungswellenlängenbereich liegen und Einstrahlen des Lichtsignals (407) in einen begrenzten Ausleuchtbereich (71); Bereitstellen eines der Sicherheitselemente (2); Bewegen des einen der Sicherheitselemente (2) relativ zu dem Ausleuchtbereich (71), so dass der Ausleuchtbereich im zeitlichen Verlauf unterschiedliche der mindestens zwei Musterbereiche (120) des grafischen Musters (110) des Sicherheitselements (2) überstreicht; iteratives Erfassen von Lumineszenzlicht in dem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich und Wandeln in ein Ausgangssignal (11), welches eine Intensität des erfassten Lumineszenzlichts repräsentiert, Transformieren des Ausgangssignals (11) mittels mindestens einer bereitgestellten charakteristischen Funktion (12) für einen erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) durch eine Auswerteeinrichtung (6) in ein transformiertes Ausgangssignal (14), Auswerten des transformierten Ausgangssignals (14) unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation (16) des Eingangssignals (27) zum Ableiten von Erkennungsentscheidungen (18) für den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) durch die Auswerteeinrichtung (6), Ableiten einer Verifikationsentscheidung basierend auf den Erkennungsentscheidungen (18) und Ausgeben der Verifikationsentscheidung (19) durch die Auswerteeinrichtung (6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableiten der Erkennungsentscheidungen ein Feststellen der Existenz des erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200) und einer dem erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoff zuordenbaren Lumineszenzintensität umfasst, die ein Maß für die Menge des erwarteten Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200) in dem Ausleuchtbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten ein Erstellen eines Nachweismusters anhand der in zeitlicher Folge abgeleiteten Erkennungsentscheidungen unter Berücksichtigung der Bewegung des Ausleuchtbereichs (71) relativ zu dem Sicherheitselement (2) umfasst und das Ableiten der Verifikationsentscheidung (19) basierend auf einem Vergleich mit einem vorgegebenen Echtheits- oder Fälschungsmuster erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal (407) zeitlich so moduliert wird, dass iterativ Symbole (29) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die iterativ übermittelten Symbole (29) dieselbe Symbolform aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Symbole (29) jeweils einen Anregungsanteil (30) und einen Nichtanregungsanteil (31) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungsanteil (30) aus einem linearen Intensitätsanstieg und einem nachfolgenden linearen Intensitätsabfall besteht, wobei die Steigungen des Intensitätsanstiegs und des Intensitätsabfalls betragsmäßig gleich sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung des Ausleuchtbereichs (71) und des Sicherheitselements (2) mit einer Geschwindigkeit und das Modulieren der Lichtsignals (407) unter Berücksichtigung einer Ausdehnung der Musterbereiche (120) parallel zu der relativen Bewegungsrichtung (93) so aufeinander abgestimmt erfolgen, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) während der Relativbewegung des Ausleuchtbereichs über den jeweiligen Musterbereich mit einer Mindestanzahl von auf das Lichtsignal modulierten Symbolen angeregt wird, wobei die Mindestanzahl größer zwei ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestanzahl der Symbole (29) größer oder gleich fünf ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen mit einer Frequenz erfolgt, die um einen Faktor 20, vorzugsweise um einen Faktor 100 oder mehr, größer als eine Symbolmodulationsfrequenz ist, mit der Symbole auf das Lichtsignal (407) moduliert werden.
Vorrichtung (1) zum Verifizieren von Sicherheitselementen (2) mit einem aus Musterbereichen (120) gebildeten Muster (110) als Sicherheitsmerkmal (100), wobei die Musterbereiche (120) einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) umfassen, wobei die Vorrichtung (1) umfasst: eine Steuereinrichtung (17) zum Erzeugen eines Eingangssignals (27), eine Anregungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines gemäß des Eingangssignals (27) zeitlich intensitätsmodulierten Lichtsignals (407), dessen Wellenlänge oder Wellenlängen im Anregungswellenlängenbereich liegen, und zum Einstrahlen des Lichtsignals (407) in einen begrenzten Ausleuchtbereich (71), eine mit der Steuereinrichtung (17) gekoppelte Abtasteinrichtung (138) zum Bewegen des einen der Sicherheitselemente (2) relativ zu dem Ausleuchtbereich (71), so dass der Ausleuchtbereich (71) im zeitlichen Verlauf unterschiedliche der mindestens zwei Musterbereiche (120) des grafischen Musters (110) des Sicherheitselements (2) überstreicht; eine Erfassungseinrichtung (5) zum iteratives Erfassen von Lumineszenzlicht (8) in dem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich und Wandeln in ein Ausgangssignal (11), welches eine Intensität des erfassten Lumineszenzlichts repräsentiert, und eine Auswerteeinrichtung (6), welche ein Transformationsmodul (13) zum Transformieren des Ausgangssignals (11) mittels mindestens einer bereitgestellten charakteristischen Funktion (12) in ein transformiertes Ausgangssignal (14) umfasst und ausgebildet ist, beim Auswerten des transformierten Ausgangssignals (14) unter Berücksichtigung zumindest einer Eingangssignalinformation (16) des Eingangssignals (27) Erkennungsentscheidungen (18) für den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) abzuleiten und zum Ableiten einer Verifikationsentscheidung (19) basierend auf den Erkennungsentscheidungen (18) und eine Ausgabeeinrichtung (20) zum Ausgeben der Verifikationsentscheidung (19) der Auswerteeinrichtung (6).
Sicherheitselement (2) mit einem aus Musterbereichen (120) gebildeten Muster (110) als Sicherheitsmerkmal (100), wobei die Musterbereiche (120) zumindest einen ersten Musterbereich (121, 121-x) und einen zweiten Musterbereich (122, 122-x) umfassen, wobei der erste Musterbereich (121, 121-x) und der zweite Musterbereich (122, 122-x) in einem nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements (2) einen Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) aufweisen, der bei einer Anregung mit einem Lichtsignal (407) mit Wellenlängen in einem Anregungswellenlängenbereich eine Lumineszenz in einem Anti-Stokes-Wellenlängenbereich zeigt, wobei sich der erste Musterbereich (121,121-x) und der zweite Musterbereich (122, 122-x) dadurch unterscheiden, dass ein Anteil des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200), der bei einer Manipulation von dem Sicherheitselement (2) entfernbar ist, im zweiten Musterbereich (122, 122-x) größer als im ersten Musterbereich (121, 121-x) ist.
Sicherheitselement (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (110) mehrere zu dem einen ersten Musterbereich (121-1) gleichartige erste Musterbereiche (121-x) und/oder mehrere zu dem einen zweiten Musterbereich (122-1) gleichartige zweite Musterbereiche (122-x) umfasst.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200) in dem ersten Musterbereich (121) und in dem zweiten Musterbereich (122) im nicht manipulierten Zustand gleich sind.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200) in dem ersten Musterbereich und in dem zweiten Musterbereich, die nicht entfernbar sind, gleich sind.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200) in dem ersten Musterbereich (121) und in dem zweiten Musterbereich (122) im nicht manipulierten Zustand ungleich sind und die Flächenkonzentrationen des Anti-Stokes-Lumineszenzstoffes (200), die entfernbar sind, in dem ersten Musterbereich (121) und in dem zweiten Musterbereich (122) ebenfalls ungleich sind.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) des zweiten Musterbereichs (122) bei der Manipulation nicht vollständig entfernbar ist.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachweisrichtung (94) existiert bezüglich der die ersten Musterbereiche (121) und zweiten Musterbereiche (122) abwechselnd in dem Muster auftreten und der erste und der letzte Musterbereich (120) entlang der Nachweisrichtung (94) entweder jeweils ein erster Musterbereich (121) oder ein zweiter Musterbereich (122) sind.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (110) ein oder mehrere Musterbereiche (120) umfasst, die von dem ersten Musterbereich (121) und dem zweiten Musterbereich (122) verschieden sind, und den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) aufweisen.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im nicht manipulierten Zustand des Sicherheitselements (2) innerhalb des Musters (110) zwischen den Musterbereichen (120) keine Bereiche existieren, die den Anti-Stokes-Lumineszenzstoff (200) nicht aufweisen.