EP1059620B1 - Piezo-Effekt-basiertes Sicherheitsmerkmal an Wert- und Sicherheitsdokumenten und dazugehöriges Nachweisverfahren - Google Patents

Piezo-Effekt-basiertes Sicherheitsmerkmal an Wert- und Sicherheitsdokumenten und dazugehöriges Nachweisverfahren Download PDF

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EP1059620B1
EP1059620B1 EP00110861A EP00110861A EP1059620B1 EP 1059620 B1 EP1059620 B1 EP 1059620B1 EP 00110861 A EP00110861 A EP 00110861A EP 00110861 A EP00110861 A EP 00110861A EP 1059620 B1 EP1059620 B1 EP 1059620B1
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EP
European Patent Office
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security
value
piezoelectric
document
particles
Prior art date
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EP00110861A
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English (en)
French (fr)
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EP1059620A1 (de
Inventor
Anett Bailleu
Roland Dr. Gutmann
Armin Franz-Burgholz
Frank Kappe
Benedikt Dr. Ahlers
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Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/02—Testing electrical properties of the materials thereof

Definitions

  • the invention relates to a security feature and a corresponding detection method for value and security documents which is based on the piezoelectric effect.
  • a security document which has a security thread arranged between two layers as a security feature.
  • This security thread has a conductive coating on both sides (metallization) to carry or remove electrical charges.
  • the film of the security thread has piezoelectric or pyroelectric properties.
  • a security thread for value documents which has a layer of a piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride).
  • the invention is therefore based on the object, a security and value document of the type mentioned in such a way that another security feature can be added.
  • the purpose of such a document is to be extended.
  • An additional object of the present invention is that a method for detecting this security feature is described.
  • the solution of the first object is essentially the fact that a value and security document is equipped with piezoelectric properties.
  • the solution of the second object is essentially achieved by exposing the value and security document to the signals, exploiting the piezoelectric properties. The signals emitted by the piezoelectric elements are then subsequently detected and evaluated.
  • the piezoelectric properties of this value and security document are introduced in the form of piezo material on or in the document.
  • micron particles are called elements whose geometric dimensions are in the range of microns.
  • the piezo react with vibrations, which in turn can be transmitted electrically or mechanically (acoustically) and evaluated appropriately.
  • the natural frequencies of these vibrations are a very significant characteristics of the material types used and their geometric dimensions.
  • the signal attenuation (FFT) of a transmitted signal can be evaluated.
  • both the piezoelectric effect and the reciprocal piezoelectric effect are used for the evaluation.
  • piezoelectrically active particles are embedded. This does not depend on the grain size and the nature and arrangement of these particles in detail. They can either be uniformly embedded in the material of the value and security document, but they could also be clustered in certain places of the value and security document.
  • they can also be applied to the surface of the value and security document, embedded there in the document on the surface side, or they can additionally be covered by means of a covering layer, a coating, a plastic cover or a laminating film.
  • PVDF film An example of such a polymer film is a PVDF film.
  • piezoelectric Create element instead of using individual piezo particles, which are mounted in uniform or uneven shape on or on a value or security document, it is possible in another embodiment, sintering such elements, in particular in crystal structure, in order to obtain a larger piezoelectric Create element. Also, such a larger piezoelectric element can - as stated above - either be mounted on the surface or on the surface of the value and security document or embedded in the surface.
  • quartz which is preferably used crystallizes in hexagonal prisms. According to its atomic structure it has 3 polar electric axes, 3 mechanical neutral axes and an optical axis perpendicular to them. From the crystal then parallel plates are cut out, which are suitable as a sensor.
  • the charge of the piezo module is created on the X-Z surfaces.
  • the invention is not limited to the use of monocrystalline crystals, but it can - as stated above - crystal glomorates are used or sintered crystals.
  • the excitation of such a piezoelectric material is preferably carried out with an acoustic or electrical pulse.
  • the excitation can be done with a signal source in which all frequencies are present, which thus generates a broadband, white noise.
  • the excitation can also take place by means of a laser pulse.
  • the vibration response of the piezoelectric material takes place in the sense of a natural frequency of this material. So when excited with a single pulse, this piezoelectric material is excited to self-oscillation and oscillates over a certain pulse duration with a natural frequency, which can be detected and evaluated outside the safety and value document.
  • the frequency of Oscillation response lies in the kilohertz to the gigahertz range and can be recorded and evaluated with appropriate transducers.
  • vibration excitation a single pulse generator used, which thus emits a single mechanical impulse to the value and security document to be tested and with appropriate Meßwertaufumble technique then the vibration response is detected and evaluated.
  • a continuous excitation can take place by means of a white noise, which is applied via a corresponding vibration generator to the value and security document.
  • the excitation of the value and security document may be in the feedback mode, i. it uses a certain excitation frequency;
  • the response frequency is then examined and fed back to the excitation frequency, so as to obtain a vibration excitation and excite the piezoelectric material in the region of its resonance frequency.
  • the type of resonant frequency is then an image of the vibration characteristic of the piezoelectric material and thus characteristic as (fingerprint) for the security feature, which is housed in the security document. It is thus a peak pattern which is not generated in a single characteristic frequency but in a certain frequency band.
  • the resonance frequency depends on the geometry of the individual piezo grain.
  • the previously described effects are equally applicable to the above-described piezoelectric film, PVDF film, which is excited in the same way and produces a corresponding vibration response.
  • FIG. 1 is generally illustrated a value document 1, in which a piezo-material 2 is embedded.
  • the embedding can be done in papermaking, so that the piezoelectric material 2 in the form of individual granules, grains, crystal structures and the like is more embedded in the material of the paper.
  • the value document 1 does not have to consist of a paper material; it can also be a plastic, a multi-laminated plastic or any other material in which the piezo material is embedded.
  • the vibration sensor 5 may be designed as a microphone, i. the vibration response is an acoustic wave received by the vibration pickup 5.
  • the vibration sensor 5 itself can also be designed as a crystal or piezo-crystal microphone.
  • the vibration sensor 5 is connected to an amplifier 6, which in turn is connected at its output to a frequency analyzer 7, which evaluates the vibration response 4 spectrally.
  • the frequency analyzer 7 is then connected to a display device, which then generates a true / false statement.
  • the piezoelectric material 2 can also be applied directly to the surface of the value document 1 and can be connected in any way with this document of value 1.
  • the right half section in FIG. 2 shows that the piezo-materials 2 can also be covered with a corresponding coating 9.
  • the coating 9 may be formed here as a lacquer, as a film, as an ink or the like.
  • FIG. 3 is the general principle of the piezo-crystal shown. It can be seen that in the mechanical equivalent two pressure plates 10,11 act on both sides of the piezoelectric material 2 and in this case a pressure force 12,13 acts on a respective pressure plate 10,11.
  • the invention is not limited thereto; it can completely eliminate the pressure plate 11 and the associated pressure force 13, because yes the application of a force from above via a corresponding vibration generator perfectly sufficient, after the piezoelectric material 2 is embedded on a solid or in a solid substrate.
  • FIG. 3 In this equivalent circuit diagram FIG. 3 is to be shown that due to the vibration introduction, the piezoelectric material 2 begins to oscillate in the direction of arrows 14 and it comes to a corresponding surface charge 15,16, which is always reversed, so that - FIG. 4 - Then due to the umpolenden surgicalnladugnen 15,16 it comes to a vibration emission, that is to say to a vibration response 4.
  • FIG. 5 For example, the technique of a value and security document is shown in the training as prepaid card 17.
  • Such a prepaid card may be a passport, identity card, driver's license or other security or credit card.
  • an upper laminate layer 19 which covers a piezoelectric film (piezo film 18).
  • This piezo film is a polymer film having piezoelectric properties. If, accordingly, an excitation 3 is applied to the piezo-foil 18, it responds with an oscillation response 4, which accordingly follows through an evaluation unit FIG. 1 can be evaluated.
  • the charge shift, which results at the top and bottom of the piezo film 18, directly tap.
  • the piezo film 18 is enclosed in the laminate structure; it may also be present directly on the surface or partially on the surface to allow a corresponding contact.
  • a substrate layer 20 may be arranged, which in turn is covered by a laminate layer 19 down.
  • FIG. 6 shows that larger piezoelectric elements 21 can be created, which consist of a collection of piezoelectric crystals 23, which are sintered together, for example by a sintering process. It is therefore a piezocrystal.
  • the individual piezo crystals 23 may be bound in a carrier 22, e.g. a plastic is.
  • excitation mechanisms can also be used, in particular also evaluation mechanisms.
  • the vibration response 4 is evaluated by corresponding sensors.
  • a transit time measurement can instead be carried out instead.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitsmerkmal und ein entsprechendes Nachweisverfahren für Wert- und Sicherheitsdokumente welches auf dem Piezo-Effekt beruht.
  • Bisher ist es lediglich bekannt, die Sicherheitsmerkmale an Wert- und Sicherheitsdokumenten in Form von Partikeln an dem Dokument anzubringen oder aufzubringen, wobei diese Partikel als Elektromineszenzelemente ausgebildet waren. Derartige Elektrolumeneszenzelemente reagieren in einem elektromagnetischen Wechselfeld, indem sie ein bestimmtes Licht emittieren. Voraussetzung für dieses Sicherheitsmerkmal ist allerdings die Aufbringung eines externen elektromagnetischen Feldes, was mit relativ hohen Aufwendungen verbunden ist Außerdem ist der Anwendungsbereich dieser mit EL-Partikeln versehenen Sicherheits- und Wertdokumente darauf beschränkt, dass eben ein Licht in einer bestimmten Wellenlänge emittiert wird.
  • Aus US 4,763,927 ist ein Sicherheitsdokument bekannt, das einen zwischen zwei Schichten angeordneten Sicherheitsfaden als Sicherheitsmerkmal aufweist. Dieser Sicherheitsfaden besitzt auf beiden Seiten eine leitfähige Beschichtung (Metallisierung), um elektrische Ladungen zu tragen oder abnehmen zu können. Die Folie des Sicherheitsfadens hat piezoelektrische oder pyroelektrische Eigenschaften.
  • Auch aus der Druckschrift WO 99/01292 A1 ist ein Sicherheitsfaden für Wertdokumente bekannt, der eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material wie PVDF (Polyvinylidenfluorid) aufweist.
  • Mittels solcher Sicherheitsmerkmale kann lediglich das Vorhandensein des Sicherheitsfadens in einem Dokument geprüft werden, eine Aussage über die Beschaffenheit des Wert- und Sicherheitsdokuments kann hierdurch nicht erhalten werden.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgab zugrunde, ein Sicherheits- und Wertdokument der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein weiteres Sicherheitsmerkmal hinzugefügt werden kann. Der Einsatzzweck eines derartigen Dokuments soll damit erweitert werden. Es soll also neben der optischen Detektion von Sicherheitsmerkmalen noch eine Detektion auf einem anderen Frequenzbereich ermöglicht werden. Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Verfahren zur Detektion dieses Sicherheitsmerkmales beschrieben wird.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technischen Lehren der Ansprüche 1 und 8 gekennzeichnet.
  • Die Lösung der ersten Aufgabe erfolgt im wesentlichen dadurch, daß ein Wert- und Sicherheitsdokument mit piezoelektrischen Eigenschaften ausgerüstet ist.
  • Die Lösung der zweiten Aufgabe erfolgt im wesentlichen dadurch, daß das Wert- und Sicherheitsdokument den Signalen ausgesetzt wird, wobei die piezoelektrischen Eigenschaften ausgenutzt werden. Die von den Piezoelementen abgegebenen Signale werden dann anschließend erfaßt und ausgewertet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die piezoelektrischen Eigenschaften dieses Wert- und Sicherheitsdokuments in Form von Piezo-Material auf oder in das Dokument eingebracht werden.
  • Werden Wert- und Sicherheitsdokumente oder andere relevante Produkte mit piezoelektrischen Sicherheitsmerkmalen ausgestattet, so lassen sich diese mechanisch (z.B. durch Anschlagen oder akustisch) oder wahlweise elektrisch anregen und deren Antworten detektieren und auswerten. Aus der Systemantwort des Wert- und Sicherheitsdokumentes läßt sich auf die verwendeten Materialien und auf deren geometrische Abmessungen schließen. Ein Vergleich von Prüfling und Referenzmuster läßt eine Unterscheidung von echten und gefälschten Wertpapieren bzw. Produkten zu.
  • Die Ausstattung relevanter Produkte mit piezoelektrischen Sicherheitsmerkmalen kann erfolgen, indem:
    • piezoelektrische µm-Partikel den Druckfarben oder anderen Auftragsschichten beigemengt werden,
    • piezoelektrische µm-Partikel dem Grundwerkstoff des Sicherheitsproduktes (z.B. Papier, Folien, Glas) während der Herstellung beigemengt werden,
    • metallisierte Piezopolymerfolien im µm-Bereich als Zwischen- und/oder Auflage in bzw. auf das Werkpapier/Produkt gebracht werden (kleben, laminieren, laserschweißen etc), oder
    • Piezokeramikplättchen mit Dicken sehr viel kleiner 100µm einlaminiert werden.
  • Als µm-Partikel werden Elemente bezeichnet deren geometrische Abmessungen im Bereich von µm liegen.
  • Angeregt mit Impulsen reagieren die Piezos mit Schwingungen, welche wiederum elektrisch oder mechanisch (akustisch) übertragen werden und geeignet auswerten können. Insbesondere die Eigenfrequenzen dieser Schwingungen sind dabei eine sehr signifikante Charakteristika für verwendete Materialarten und deren geometrische Abmessungen. Als zusätzlicher Informationsparameter kann die Signaldämpfung (FFT) eines übertragenen Signales ausgewertet werden.
  • In der Erfindung wird also sowohl der Piezo-Effekt als auch der reziproke Piezo-Effekt zur Auswertung herangezogen.
  • So erhält man mit dem Frequenzspektrum nach Empfangssignalabtastung und FFT eine Art "Finterprint" des Wertpapiers bzw. Produkts.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß in einem derartigen Wert- und Sicherheitsdokument piezoelektrisch wirksame Partikel eingebettet sind. Hierbei kommt es auf die Korngröße und die Art und der Anordnung dieser Partikel im einzelnen nicht an. Sie können entweder gleichmässig in das Material des Wert und Sicherheitsdokuments-eingebettet werden, wobei sie aber auch an bestimmten Stellen des Wert- und Sicherheitsdokuments gehäuft auftreten könnten.
  • Sie können in einer anderen Ausgestaltung auch der Oberfläche des Wert- und Sicherheitsdokuments angebracht werden, dort in das Dokument oberflächenseitig eingebettet werden, oder sie können noch zusätzlich mittels einer Abdeckschicht, einer Lackierung, einer Kunststoffabdeckung oder einer Laminierungsfolie abgedeckt sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, daß statt der Verwendung von einzelnen partikelförmigen Piezo-Materialien auch ein Piezo-Effekt in einer Polymerfolie ausgelöst wird.
  • Als Beispiel für eine derartige Polymerfolie ist eine PVDF-Folie zu nennen.
  • Statt der Verwendung von einzelnen Piezo-Partikeln, die in gleichmässiger oder ungleichmässiger Form auf oder an einem Wert- oder Sicherheitsdokument angebracht sind, ist es in einer anderen Ausgestaltung möglich, derartige Elemente, insbesondere in Kristallstruktur, zu sintern, um hieraus ein größeres Piezo-Element zu schaffen. Auch ein derartiges, größeres Piezo-Element kann - wie vorhin ausgeführt - entweder auf der Oberfläche oder an der Oberfläche des Wert- und Sicherheitsdokuments angebracht werden oder auch in der Oberfläche eingebettet werden.
  • Wichtig bei der Erfindung ist, daß nun dem ansich bekannten erstgenannten Sicherheitsmerkmal, d.h. die Emittierung eines bestimmten Lichtspektrums, nun ein weiteres Sicherheitsmerkmal zugeordnet wird, welches in Alleinstellung oder in Verbindung mit anderen Sicherheitsmerkmalen wirken kann. Bei der entsprechenden Anregung des genannten Piezo-Materials wird also eine Schwingungsantwort auf eine entsprechende mechanische oder akustische Anregung des Piezo-Materials erzeugt.
  • Bei mechanischer Belastung gewisser Kristalle, wie z.B. Quarz, Turmalin, Seignette-Salz in bestimmten Richtungen zu den Kristallachsen treten nämlich elektrische Verschiebungen, mithin freie Oberflächen-Ladungen auf, die der erzeugenden Kraft proportional sind. Dieser piezoelektrische Effekt eignet sich als Basis für das hier beschriebene Sicherheitsmerkmal. Der vorzugsweise verwendete Quarz kristallisiert in 6-eckigen Prismen. Entsprechend seinem atomaren Aufbau besitzt er 3 polare elektrische Achsen, 3 mechanische neutrale Achsen und eine auf diesen senkrecht stehende optische Achse. Aus dem Kristall werden dann parallele Platten herausgeschnitten, die als Fühler geeignet sind.
  • Werden diese in X- oder Y-Richtung gedrückt, so entsteht auf den X-Z-Flächen die Ladung des Piezo-Moduls.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von einkristallinen Kristallen beschränkt, sondern es können - wie vorhin angegeben - Kristall-Glomorate verwendet werden oder auch gesinterte Kristalle.
  • Anstatt derartiger Kristalle können auch Keramikkörper verwendet werden, von denen ebenfalls bekannt ist, daß sie einen piezoelektrischen Effekt besitzen.
  • Die Anregung eines derartigen Piezomaterials erfolgt bevorzugt mit einem akustischen oder elektrischen Impuls. Ebenso kann die Anregung mit einer Signalquelle erfolgen, in der sämtliche Frequenzen vorhanden sind, die also ein breitbandiges, weißes Rauschen erzeugt.
  • Statt dieser Anregungsmechanismen kann auch die Anregung mittels eines Laser-Impulses erfolgen.
  • Die Schwingungsantwort des Piezomaterials erfolgt im Sinne einer Eigenfrequenz dieses Materials. Wenn also mit einem einzigen Impuls angeregt wird, wird dieses Piezomaterial zur Selbstschwingung angeregt und schwingt über eine bestimmte Impulsdauer mit einer Eigenfrequenz, die außerhalb des Sicherheits- und Wertdokuments erfasst und ausgewertet werden kann. Die Frequenz der Schwingungsantwort liegt hierbei im Kilohertz bis hinein in den Gigahertz-Bereich und kann mit entsprechenden Meßwertaufnehmern aufgenommen und ausgewertet werden.
  • Es wird also bevorzugt zur Schwingungsanregung ein einzelner Impulserzeuger verwendet, der also mechanisch einen einzigen Impuls auf das zu prüfende Wert- und Sicherheitsdokument abgibt und mit entsprechender Meßwertaufnehmer-Technik wird dann die Schwingungsantwort erfasst und ausgewertet.
  • Hierbei ist wichtig, daß stets das Gesamtsystem des Wert- und Sicherheitsdokuments geprüft wird. Wenn also beispielsweise Klebstoffzusätze, Materialabtragungen oderr sonstige (auch lokale) Eingriffe am Dokument vorgenommen wurden, verschiebt sich damit (auch lokal begrenzt) die Systemantwort des Gesamtsystems.
  • In einer anderen Ausgestaltung kann eine Daueranregung mittels eines weißen Rauschens erfolgen, welches über einen entsprechenden Schwingungserzeugers auf das Wert- und Sicherheitsdokument aufgegeben wird.
  • Ebenso kann die Anregung des Wert- und Sicherheitsdokuments im Rückkopplungsbetrieb erfolgen, d.h. es wird eine bestimmte Anregungsfrequenz verwendet; es wird dann die Antwortfrequenz untersucht und auf die Anregungsfrequenz zurückgekoppelt, um so eine Schwingungsanregung zu erhalten und das Piezomaterial im Bereich seiner Resonanzfrequenz anzuregen.
  • Die Art der Resonanzfrequenz ist dann ein Abbild der Schwingungseigenschaft des Piezomaterials und damit charakteristisch als (Fingerabdruck) für das Sicherheitsmerkmal, welches in dem Sicherheitsdokument untergebracht ist. Es handelt sich also hierbei um ein Peak-Muster, welches nicht in einer einzigen charakteristischen Frequenz erzeugt wird, sondern in einem bestimmten Frequenzband.
  • Die Resonanzfrequenz ist von der Geometrie des einzelnen Piezo-Korns abhängig. Die vorher beschriebenen Effekte dienen selbstverständlich in gleicher Weise für die oben bereits schon beschriebene piezoelektrische Folie, PVDF-Folie, die in der gleichen Weise angeregt wird und eine entsprechende Schwingungsantwort erzeugt.
  • Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
  • Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen-näher erläutert. Hierbei-gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    schematisiert einen Schnitt durch ein Wertdokument in einer ersten Ausführungsform mit Darstellung der Auswerteeinheit,
    Figur 2:
    zwei Halbschnitte durch ein Wert- und Sicherheitsdokument mit zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Anbringung des Piezomaterials,
    Figur 3:
    die Erläuterung der mechanischen Wirkungsweise des Piezo-Materials bei dessen Anregung,
    Figur 4:
    eine gegenüber Figur 3 abgewandelte Ausführungsform, bei der das Piezo-Material mittels eines Impulses angeregt wird,
    Figur 5:
    Schnitt durch ein in Kartenform laminiertes Wertdokument mit piezoelektrischen Eigenschaften,
    Figur 6:
    der vergrößerte Schnitt durch ein Piezo-Element mit einzelnen Piezo-Kristallen.
  • In Figur 1 ist allgemein ein Wertdokument 1 dargestellt, in welches ein Piezo-Material 2 eingebettet ist. Die Einbettung kann hierbei bei der Papierherstellung erfolgen, so daß das Piezo-Material 2 in Form von einzelnen Granulaten, Körnern, Kristallstrukturen und dergleichen mehr in das Material des Papiers eingebettet wird.
  • Selbstverständlich muß das Wertdokument 1 nicht aus einem Papiermaterial bestehen; es kann auch ein Kunststoff sein, ein mehrfach laminierter Kunststoff oder jedes beliebige andere Material, in welches das Piezo-Material eingebettet ist.
  • Es ist dargestellt, daß mittels einer Anregung 3 das Piezo-Material 2 beaufschlagt wird, welches dann mit einer entsprechenden Schwingungsantwort 4 antwortet die von einem Schwingungsaufnehmer 5 aufgenommen wird.
  • Der Schwingungsaufnehmer 5 kann hierbei als Mikrofon ausgebildet sein, d.h. die Schwingungsantwort ist eine akustische Welle, die von dem Schwingungsaufnehmer 5 aufgenommen wird. Demzufolge kann der Schwingungsaufnehmer 5 selbst auch als Kristall oder Piezo-Kristall-Mikrofon ausgebildet sein.
  • Es kann selbstverständlich auch unmittelbar auf das Dokument aufgesetzt werden, so daß also auf das Wertdokument unmittelbar selbst berührend ein weiterer Piezo-Schwingungsaufnehmer aufgesetzt wird, die die Schwingungsantwort 4 aus dem Piezomaterial 2 aufnimmt und entsprechend auswertet.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schwingungsaufnehmer 5 mit einem Verstärker 6 verbunden, der seinerseits an seinem Ausgang mit einem FrequenzAnalysierer 7 verbunden ist, der die Schwingungsantwort 4 spektral auswertet. Der Frequenzanalysierer 7 ist dann mit einer Anzeigevorrichtung verbunden, welche dann eine Echt/Falsch-Aussage erzeugt.
  • In Figur 2 ist dargestellt, daß das Piezomaterial 2 auch direkt auf der Oberfläche des Wertdokuments 1 aufgebracht werden kann und in beliebiger Weise mit diesem Wertdokument 1 verbunden werden kann.
  • Der rechte Halbschnitt in Figur 2 zeigt, daß die Piezo-Materialien 2 auch mit einer entsprechenden Beschichtung 9 abgedeckt sein können. Die Beschichtung 9 kann hierbei als Lack, als Folie, als Druckfarbe oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Sie können auch teilweise aus der Beschichtung 9 herausragen.
  • In Figur 3 ist das allgemeine Prinzip des Piezo-Kristalls dargestellt. Es ist erkennbar, daß im mechanischen Äquivalent zwei Druckplatten 10,11 von beiden Seiten her auf das Piezo-Material 2 einwirken und hierbei eine Druckkraft 12,13 auf jeweils eine Druckplatte 10,11 einwirkt. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt; es kann die Druckplatte 11 und die dazugehörende Druckkraft 13 völlig entfallen, weil ja das Aufbringen einer Kraft von oben über einen entsprechenden Schwingungserzeuger vollkommen ausreicht, nachdem ja das Piezomaterial 2 auf einem festen oder in einem festen Substrat eingebettet ist.
  • In diesem äquivalenten Schaltbild nach Figur 3 soll dargestellt werden, daß aufgrund der Schwingungseinbringung das Piezomaterial 2 in den Pfeilrichtungen 14 anfängt zu schwingen und es hierbei zu einer entsprechenden Oberflächenladung 15,16 kommt, die stets umgepolt wird, so daß - gemäss Figur 4 - dann aufgrund der sich umpolenden Oberflächenladugnen 15,16 es zu einer Schwingungsaussendung, d.h. also zu einer Schwingungsantwort 4, kommt.
  • Dies ist besser in Figur 4 dargestellt, wo erkennbar ist, daß die Anregung 3 entweder als einziger Impuls, als Anregung mittels einer bestimmten Anregungsfrequenz (also Daueranregung) oder als weißes Rauschen aufgebracht wird und hierbei aufgrund der Umpolung in den Pfeilrichtungen 14 die Schwingungsantwort 4 erzeugt wird.
  • In Figur 5 ist die Technik eines Wert- und Sicherheitsdokuments in der Ausbildung als zur Wertkarte 17 dargestellt.
  • Eine derartige Wertkarte kann eine Passkarte, ein Personalausweis, ein Führerschein oder eine sonstige Sicherheits- oder Kreditkarte sein.
  • Hier ist dargestellt, daß eine obere Laminatschicht 19 vorhanden ist, welche eine piezoelektrisch wirksame Folie (Piezo-Folie 18) abdeckt. Diese Piezo-Folie ist eine Polymerfolien, die piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Wird demgemäss eine Anregung 3 auf die Piezo-Folie 18 eingeleitet, antwortet die mit einer Schwingungsantwort 4, die entsprechend durch eine Auswerteeinheit nach Figur 1 ausgewertet werden kann.
  • Neben der Auswertung nach einer Auswerteeinheit nach Figur 1 kann aber auch die Auswertung durch zwei Kondensatorplatten 24,25 erfolgt, die zwischen sich die Wertkarte 17 aufnehmen. Nachdem die Schwingungsantwort 4, das Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten 24,25 verändert, kann eine entsprechende Meßanordnung, welche die Impedanz zwischen den Kondensatorplatten 24,25 mißt, herangezogen werden, die Schwingungsantwort 4 auszuwerten.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, die Ladungsverschiebung, die sich an der Ober- und Unterseite der Piezofolie 18 ergibt, unmittelbar abzugreifen. Hierbei ist es ja nicht lösungsnotwendig, daß die Piezofolie 18 im Laminataufbau eingeschlossen ist; sie kann auch unmittelbar an der Oberfläche oder teilweise an der Oberfläche vorhanden sein, um eine entsprechende Kontaktierung zu erlauben.
  • Im Ausführungsbeispiel ist noch dargestellt, daß unterhalb der Piezo-Folie 18 eine Substratschicht 20 angeordnet sein kann, die wiederum nach unten durch eine Laminatschicht 19 abgedeckt ist.
  • Die Figur 6 zeigt, daß auch größere Piezo-Elemente 21 geschaffen werden können, die aus einer Ansammlung von Piezokristallen 23 bestehen, die z.B. durch ein Sinterverfahren miteinander gesintert sind. Es handelt sich also um einen Piezokristall.
  • Ebenso können die einzelnen Piezo-Kristalle 23 in einer Trägersubstanz 22 gebunden sein, die z.B. ein Kunststoff ist.
  • Neben der Anregung durch eine Impuls- oder Schallquelle 3 können auch noch andere Anregungsmechanismen verwendet werden, insbesondere auch Auswertemechanismen. Es wurde vorhin angegeben, daß die Schwingungsantwort 4 durch entsprechende Aufnehmer ausgewertet wird. Es kann statt der Auswertung der Frequenz der Schwingungsantwort aber auch die Laufzeit erfasst werden. Wenn nämlich der Zeitpunkt der Schwingungsanregung bekannt ist, braucht nur noch gemessen zu werden, zu welchem Zeitpunkt die Schwingungsanwort 4 am Meßwertaufnehmer 5 meßbar ist, um so eine Laufzeitmessung zu ermöglichen. Statt der Frequenzauswertung kann also statt dessen eine Laufzeitmessung durchgeführt werden. Mit dieser Laufzeitmessung ist es im übrigen noch möglich, die genaue Lage (Tiefe der Piezo-Materialien) in dem zu überprüfenden Wertdokument auszusagen, weil ja die Laufzeit der Schwingungsantwort ein Maß dafür ist, in welcher Tiefe das Piezo-Material 2 in dem Dokument eingebettet ist.
  • Nachdem die Schwingungsantwort 4 auch durch die darüber- und darunterliegenden Schichten im Wertdokument verändert wird, kann man auch durch die Auswertung der Dämpfung der Schwingungsantwort auf die darunter- und darüberliegenden Materialien schließen.
    • Zeichnungs-Legende
    • 1
    Wertdokument
    2
    Piezo-Material
    3
    Anregung 3a
    4
    Schwingungsantwort
    5
    Schwingungsaufnehmer
    6
    Verstärker
    7
    Frequenzanalysierer
    8
    Anzeigevorrichtung
    9
    Beschichtung
    10
    Druckplatte
    11
    Druckplatte
    12
    Druckkraft
    13
    Druckkraft
    14
    Pfeilrichtung
    15
    Oberflächen-Ladung
    16
    "
    17
    Wertkarte
    18
    Piezofolie
    19
    Laminatschicht
    20
    Substratschicht
    21
    Piezoelement
    22
    Trägersubstanz
    23
    Piezokristalle
    24
    Kondensatorplatte
    25
    "

Claims (15)

  1. Sicherheitsmerkmal für Wert- und Sicherheitsdokumente mit Piezoeffekteigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsmerkmal in Form von Partikeln (2) mit Piezoeffekteigenschaften in und/oder auf dem Wert- und Sicherheitsdokument (1) eingebettet ist.
  2. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (2) gleichmäßig in das Material des Wert- und Sicherheitsdokuments (1) eingebettet sind.
  3. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet daß die Partikel (2) an bestimmten Stellen des Wert- und Sicherheitsdokuments (1) gehäuft auftreten.
  4. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (2) als eine Ansammlung von Piezokristallen (23) ausgebildet sind.
  5. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (2) in gemischter Anordnung sowohl als einzelne Partikel als auch als eine Ansammlung von Piezokristallen (23) ausgebildet sind.
  6. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (2) mittels einer Abdeckschicht (9) abgedeckt sind.
  7. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoeffektbasierende Sicherheitsmerkmal in Kombination mit wenigstens einem weiteren auf einem anderen physikalischen Prinzip beruhendem Sicherheltsmerkmal in und/oder auf einem Wert- und Sicherheitsdokument (1) aufgebracht ist.
  8. Verfahren zur Überprüfung von Sicherheitsmerkmalen von Wert- und Sicherheitsdokumenten auf Piezoeffektbasis, welche Sicherheitsmerkmale Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 7 besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß Wert- und Sicherheitsdokumente (1) mit wenigstens einem Signal beaufschlagt und die Schwingungsantworten der Sicherheitselemente erfaßt und ausgewertet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Resonanzfrequenz als Abbild der Schwingungseigenschaft des Piezomaterials im bzw. auf dem Wert- und Sicherheitsdokument über den Piezoeffekt als Echtheitsnachweis überprüft wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß selbsterregte Schwingungen des mit Piezomaterial ausgestatteten Wert- und Sicherheitsdokuments angeregt werden und die Frequenzen der selbsterregten Schwingungen außerhalb des Wert- und Sicherheitsdokuments erfaßt und ausgewertet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Daueranregung mittels eines weißen Rauschens erfolgt, welches über einen entsprechenden Schwingungserzeugers auf das Wert- und Sicherheitsdokument (1) aufgegeben wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der Sicherheitsmerkmale durch Rückkopplungsverfahren erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmerkmale mechanisch angeregt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmerkmale akustisch angeregt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmerkmale elektrisch angeregt werden.
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