EP1059620B1 - Piezo effect based security feature on valuable or security documents and detection thereof - Google Patents

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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
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
security
value
piezoelectric
document
particles
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00110861A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1059620A1 (en
Inventor
Anett Bailleu
Roland Dr. Gutmann
Armin Franz-Burgholz
Frank Kappe
Benedikt Dr. Ahlers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1059620A1 publication Critical patent/EP1059620A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1059620B1 publication Critical patent/EP1059620B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitsmerkmal und ein entsprechendes Nachweisverfahren für Wert- und Sicherheitsdokumente welches auf dem Piezo-Effekt beruht.The invention relates to a security feature and a corresponding detection method for value and security documents which is based on the piezoelectric effect.

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.So far, it is only known to attach or apply the security features to value and security documents in the form of particles on the document, these particles being designed as Elektromineszenzelemente. Such electroluminescent elements react in an alternating electromagnetic field by emitting a certain light. However, the prerequisite for this security feature is the application of an external electromagnetic field, which is associated with relatively high expenditures. Moreover, the field of application of these security and value documents provided with EL particles is limited to the fact that one light is emitted at a specific wavelength.

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.Out US 4,763,927 For example, a security document is known 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.

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.Also from the publication WO 99/01292 A1 For example, a security thread for value documents is known which has a layer of a piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride).

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.By means of such security features only the presence of the security thread can be checked in a document, a statement about the nature of the security and value document can not be obtained.

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.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. Thus, in addition to the optical detection of security features, it is also intended to enable detection on a different frequency range. An additional object of the present invention is that a method for detecting this security feature is described.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technischen Lehren der Ansprüche 1 und 8 gekennzeichnet.To achieve the object, the invention is characterized by the technical teaching of claims 1 and 8.

Die Lösung der ersten Aufgabe erfolgt im wesentlichen dadurch, daß ein Wert- und Sicherheitsdokument mit piezoelektrischen Eigenschaften ausgerüstet ist.The solution of the first object is essentially the fact that a value and security document is equipped with piezoelectric properties.

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.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.

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.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the piezoelectric properties of this value and security document are introduced in the form of piezo material on or in the document.

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.When valuable and security documents or other relevant products are equipped with piezoelectric safety features, they can be mechanically stimulated (e.g., by impact or acoustically) or optionally electrically, and their responses can be detected and evaluated. From the system response of the value and security document can be concluded on the materials used and their geometric dimensions. A comparison of the candidate and the reference sample allows a distinction to be made between genuine and counterfeit securities or products.

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.
The equipping of relevant products with piezoelectric safety features can be done by:
  • piezoelectric micron particles are added to the printing inks or other coating layers,
  • piezoelectric micron particles are added to the base material of the security product (eg paper, foils, glass) during production,
  • metallized Piezopolymerfolien in the micron range as intermediate and / or edition in or on the work paper / product are brought (gluing, laminating, laser welding etc), or
  • Piezoceramic platelets with thicknesses much smaller than 100μm are laminated.

Als µm-Partikel werden Elemente bezeichnet deren geometrische Abmessungen im Bereich von µm liegen.As a micron particles are called elements whose geometric dimensions are in the range of microns.

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.Stimulated by pulses, the piezo react with vibrations, which in turn can be transmitted electrically or mechanically (acoustically) and evaluated appropriately. In particular, the natural frequencies of these vibrations are a very significant characteristics of the material types used and their geometric dimensions. As an additional information parameter, the signal attenuation (FFT) of a transmitted signal can be evaluated.

In der Erfindung wird also sowohl der Piezo-Effekt als auch der reziproke Piezo-Effekt zur Auswertung herangezogen.In the invention, therefore, both the piezoelectric effect and the reciprocal piezoelectric effect are used for the evaluation.

So erhält man mit dem Frequenzspektrum nach Empfangssignalabtastung und FFT eine Art "Finterprint" des Wertpapiers bzw. Produkts.Thus one obtains with the frequency spectrum after received signal sampling and FFT a kind of "Finterprint" of the security or product.

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.In a preferred embodiment of the present invention, it is provided that in such a value and security document 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.

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 another embodiment, 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.

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.In a further embodiment of the invention, it may be provided that instead of the use of individual particulate piezoelectric materials, a piezo effect is triggered in a polymer film.

Als Beispiel für eine derartige Polymerfolie ist eine PVDF-Folie zu nennen.An example of such a polymer film is a PVDF film.

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.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.

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.Important in the invention is that now the ansich known first mentioned security feature, ie the emission of a specific light spectrum, now another security feature is assigned, which alone or in Can interact with other security features. In the corresponding excitation of said piezoelectric material so a vibration response to a corresponding mechanical or acoustic excitation of the piezoelectric material is generated.

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.With mechanical loading of certain crystals, e.g. Quartz, tourmaline, Seignette salt in certain directions to the crystal axes, namely electrical displacements, thus free surface charges occur, which are proportional to the generating force. This piezoelectric effect is suitable as the basis for the security feature described here. The 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.

Werden diese in X- oder Y-Richtung gedrückt, so entsteht auf den X-Z-Flächen die Ladung des Piezo-Moduls.If these are pressed in the X or Y direction, the charge of the piezo module is created on the X-Z surfaces.

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.However, the invention is not limited to the use of monocrystalline crystals, but it can - as stated above - crystal glomorates are used or sintered crystals.

Anstatt derartiger Kristalle können auch Keramikkörper verwendet werden, von denen ebenfalls bekannt ist, daß sie einen piezoelektrischen Effekt besitzen.Instead of such crystals, it is also possible to use ceramic bodies which are also known to have a piezoelectric effect.

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.The excitation of such a piezoelectric material is preferably carried out with an acoustic or electrical pulse. Similarly, the excitation can be done with a signal source in which all frequencies are present, which thus generates a broadband, white noise.

Statt dieser Anregungsmechanismen kann auch die Anregung mittels eines Laser-Impulses erfolgen.Instead of these excitation mechanisms, the excitation can also take place by means of a laser pulse.

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.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.

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.It is thus preferred for 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 Meßwertaufnehmer technique then the vibration response is detected and evaluated.

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.It is important that the overall system of the value and security document is always checked. If, for example, adhesive additions, material removal or other (even local) interventions on the document have been made, the system response of the overall system shifts (even locally).

In einer anderen Ausgestaltung kann eine Daueranregung mittels eines weißen Rauschens erfolgen, welches über einen entsprechenden Schwingungserzeugers auf das Wert- und Sicherheitsdokument aufgegeben wird.In another embodiment, 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.

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.Similarly, 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.

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.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.

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.The resonance frequency depends on the geometry of the individual piezo grain. Of course, 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.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.

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.All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.

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.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are going from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.

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.
Show it:
FIG. 1:
schematically shows a section through a value document in a first embodiment with illustration of the evaluation unit,
FIG. 2:
two half sections through a value and security document with two different embodiments of the attachment of the piezo material,
FIG. 3:
the explanation of the mechanical mode of action of the piezo material during its excitation,
FIG. 4:
one opposite FIG. 3 modified embodiment in which the piezoelectric material is excited by means of a pulse,
FIG. 5:
Section through a card-printed value document with piezoelectric properties,
FIG. 6:
the enlarged section through a piezo element with individual piezo crystals.

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.In 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.

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.Of course, 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.

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.It is shown that by means of an excitation 3, the piezo-material 2 is acted upon, which then responds with a corresponding vibration response 4 which is received by a vibration sensor 5.

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.The vibration sensor 5 may be designed as a microphone, i. the vibration response is an acoustic wave received by the vibration pickup 5. As a result, the vibration sensor 5 itself can also be designed as a crystal or piezo-crystal microphone.

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.It can of course also be placed directly on the document, so that so directly on the document of value even touching a further piezoelectric vibration sensor is placed, which receives the vibration response 4 from the piezoelectric material 2 and evaluates accordingly.

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 the embodiment shown, 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.

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.In FIG. 2 is shown that 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.

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.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.

Sie können auch teilweise aus der Beschichtung 9 herausragen.You can also partially protrude from the coating 9.

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 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. Of course, 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.

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.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 Oberflächenladugnen 15,16 it comes to a vibration emission, that is to say to a vibration response 4.

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.This is better in FIG. 4 represented, where it can be seen that the excitation 3 is applied either as a single pulse, as excitation by means of a certain excitation frequency (ie continuous excitation) or as white noise and this is due to the polarity reversal in the direction of arrows 14, the vibration response 4 is generated.

In Figur 5 ist die Technik eines Wert- und Sicherheitsdokuments in der Ausbildung als zur Wertkarte 17 dargestellt.In FIG. 5 For example, the technique of a value and security document is shown in the training as prepaid card 17.

Eine derartige Wertkarte kann eine Passkarte, ein Personalausweis, ein Führerschein oder eine sonstige Sicherheits- oder Kreditkarte sein.Such a prepaid card may be a passport, identity card, driver's license or other security or credit card.

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.Here it is shown that an upper laminate layer 19 is present, 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.

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.In addition to the evaluation according to an evaluation unit according to FIG. 1 but can also be the evaluation by two capacitor plates 24,25, which receive the value card 17 between them. After the vibrational response 4, the dielectric between the capacitor plates 24,25 changed, a corresponding Measuring arrangement, which measures the impedance between the capacitor plates 24,25, are used to evaluate the vibration response 4.

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.Of course, it is also possible, the charge shift, which results at the top and bottom of the piezo film 18, directly tap. In this case, it is not necessary for the solution that 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.

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.In the exemplary embodiment is also shown that below the piezoelectric film 18, a substrate layer 20 may be arranged, which in turn is covered by a laminate layer 19 down.

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.The 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.

Ebenso können die einzelnen Piezo-Kristalle 23 in einer Trägersubstanz 22 gebunden sein, die z.B. ein Kunststoff ist.Likewise, the individual piezo crystals 23 may be bound in a carrier 22, e.g. a plastic is.

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.In addition to the excitation by a pulse or sound source 3, other excitation mechanisms can also be used, in particular also evaluation mechanisms. It has been stated earlier that the vibration response 4 is evaluated by corresponding sensors. Instead of evaluating the frequency of the oscillation response, it is also possible to record the transit time. Namely, when the timing of the vibration excitation is known, it only needs to be measured, at which time the vibration response 4 on the transducer 5 can be measured, so as to enable a transit time measurement. Instead of the frequency evaluation, a transit time measurement can instead be carried out instead. Incidentally, with this transit time measurement, it is still possible to state the exact position (depth of the piezoelectric materials) in the value document to be checked, since the transit time of the oscillation response is a measure of the depth at which the piezoelectric material 2 is embedded in the document is.

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.After the vibration response 4 is also changed by the layers above and below it in the value document, it is also possible to evaluate the result the attenuation of the vibrational response to the underlying and overlying materials.

Zeichnungs-LegendeDrawing Legend

11
Wertdokumentvalue document
22
Piezo-MaterialPiezo Material
33
Anregung 3aSuggestion 3a
44
Schwingungsantwortvibration response
55
SchwingungsaufnehmerVibration Sensors
66
Verstärkeramplifier
77
Frequenzanalysiererfrequency analyzer
88th
Anzeigevorrichtungdisplay device
99
Beschichtungcoating
1010
Druckplatteprinting plate
1111
Druckplatteprinting plate
1212
Druckkraftthrust
1313
Druckkraftthrust
1414
Pfeilrichtungarrow
1515
Oberflächen-LadungSurface charge
1616
""
1717
Wertkartevalue card
1818
Piezofoliepiezofoil
1919
Laminatschichtlaminate layer
2020
Substratschichtsubstrate layer
2121
Piezoelementpiezo element
2222
Trägersubstanzvehicle
2323
Piezokristallepiezo crystals
2424
Kondensatorplattecapacitor plate
2525
""

Claims (15)

  1. A security feature for value and security documents having piezoelectric properties, characterized in that the security feature, in the form of particles (2) having piezoelectric properties, is embedded in and/or on the value and security document (1).
  2. A security feature according to Claim 1, characterized in that the particles (2) are uniformly embedded in the material of the value and security document (1).
  3. A security feature according to Claim 1, characterized in that the particles (2) appear in large numbers at specific locations of the value and security document (1).
  4. A security feature according to Claims 1 to 3, characterized in that the particles (2) take the form of a cluster of piezoelectric crystals (23).
  5. A security feature according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the particles (2) take the form of a mixed arrangement of both individual particles and a cluster of piezoelectric crystals (23).
  6. A security feature according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the particles (2) are covered by a covering layer (9).
  7. A security feature according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the security feature based on the piezoelectric effect is deposited, together with at least one other security feature based on a different physical principle, in and/or on a value and security document (1).
  8. A method of verifying security features of value and security documents based on the piezoelectric effect, which security features have properties according to one of Claims 1 to 7, characterized in that at least one signal is applied to value and security documents (1), and the oscillation responses of the security elements are detected and evaluated.
  9. A method according to Claim 8, characterized in that the characteristic resonance frequency as a representation of the oscillating property of the piezoelectric material in or on the value and security document is verified by way of the piezoelectric effect as proof of authenticity.
  10. A method according to Claim 8 or 9, characterized in that self-sustained oscillations of the value and security document provided with piezoelectric material are excited, and the frequencies of the self-sustained oscillations are detected and evaluated outside of the value and security document.
  11. A method according to one of Claims 8 to 10, characterized in that a continuous excitation is produced by means of a white noise, which is applied by way of a corresponding oscillation generator to the value and security document (1).
  12. A method according to one of Claims 8 to 11, characterized in that the excitation of the security features is brought about by feedback methods.
  13. A method according to one of Claims 8 to 12, characterized in that the security features are mechanically excited.
  14. A method according to one of Claims 8 to 13, characterized in that the security features are acoustically excited.
  15. A method according to one of Claims 8 to 14, characterized in that the security features are electrically excited.
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