SCHUTZELEMENT ZUR ECHTHEITSPRÜFUNG EINES SCHUTZGEGENSTANDES UND VERFAHREN ZUR ECHTHEITSPRÜFUNG
DESSELBEN
[0001] Die Erfindung betrifft ein Schutzelement zur Echtheitsprüfung eines Schutzgegenstandes
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Einheitsprüfung desselben.
[0002] Die Erfindung ist auf den Bereich der Fälschungssicherheit eines Schutzgegenstandes,
insbesondere von Wertpapieren, Geldscheinen und Dokumenten einsetzbar.
[0003] Mit der ständigen Qualitätsverbesserung der Computer- und Vervielfältigungstechnik
steigt auch die Wahrscheinlichkeit der Wiedergabe von praktisch beliebigen Wertpapieren
mit sehr hohem Identitätsgrad. Es werden auch Verfahren der Fälschung von Werterzeugnissen
wie Gemälden und Antiquitäten vervollkommnet. Im Zusammenhang damit sind die Aufgaben
der Verbesserung der Schutzverfahren für genannte Schutzgegenstände vordringlich.
[0004] Zurzeit gibt es viele Verfahren zur Fälschungssicherheit. Der größte Teil davon beruht
auf der Verwendung von Metallschutzkennmarken. Solche Schutzkennmarken können unmittelbar
auf den Schutzgegenstand aufgetragen werden, z. B. als Farbe: Die Schutzkennmarken
können auch als ein speziell gefertigtes Schutzmittel, z. B. als Metallstreifen, in
den Schutzgegenstand eingelegt werden.
[0005] Nach einem bekannten Verfahren zum Schutz von Wertpapieren und Erzeugnissen sowie
einer bekannten Einrichtung für seine Ausführung wird ein zweiseitiger Informationsträger
benutzt. Auf seiner Front- und Rückseite sind zwei Bilder (magnetische Marken) mittels
der Auftragung einer speziellen magnetischen Mischung ausgeführt. Die Bilder sind
zueinander auf eine bestimmte Weise ausgerichtet. Die Erkennung erfolgt anhand von
einem magnetischen Halbleitergeber. Der magnetische Geber liest die Informationen
von der Front- und der Rückseite des Informationsträgers gleichzeitig ab. Dabei wird
der Ausgang des Halbleitergebers durch eine verwickelte Schaltung zur Impulsgenerierung
an den Bildgrenzen der magnetischen Marken durchgeleitet. Die magnetischen Informationen
auf dem Träger werden an diesen Impulsen erkannt, indem diese Daten mit der vorgegebenen
(Referenz-) Informationen verglichen werden (
JP, Anmeldung Nr. 057-177372, KI. G 07 D 7/00, 1984).
[0006] Der Mangel dieses Schutzmittels besteht darin, dass zur Erkennung der genannten Schutzmarken
komplizierte und kostspielige elektronischen Einrichtungen benötigt werden. Die Massenanwender
verfügen über solche elektronischen Einrichtungen nicht.
[0007] Aus der
EP, Nr. 005720, KI. G 07 D 7/00, 1982, ist ein Verfahren zum Schutz von Wertpapieren und eine Einrichtung
für seine Ausführung bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird in die Papierunterlage des
Wertpapiers ein Streifen aus magnetischem Material eingebettet. Die Beurteilung der
Echtheit des Wertpapiers erfolgt mittels eines Magnetdetektors, welcher die Änderung
(den Gradient) der Magnetfeldstärke erfasst.
[0008] Der Mangel dieses Schutzverfahrens und der Schutzeinrichtung ist ihre nicht hinreichende
Zuverlässigkeit. Das für diesen Schutzstreifen benutzte magnetische Material ist für
einen sehr breiten Personenkreis zugänglich. Die Fertigung (Fälschung) dieses Schutzstreifens
stellt für einen Fachmann keine technische Kompliziertheit dar. Sie bedarf auch keiner
wesentlichen Sachkosten.
[0009] Aus dem
RU Nr. 2276409 ist ein Verfahren zum Schutz der Wertpapiere gegen Fälschung unter Anwendung von
einem passiven Schutzmittel bekannt. Das passive Schutzmittel mit einer vorgegebenen
Struktur wird auf dem Wertpapier ausgebildet. Das Vorhandensein dieses Schutzmittels
auf dem Wertpapier wird mittels Erfassung der Informationsmerkmale in der Resonanzantwort
des Schutzmittels auf eine abtastende elektromagnetische Strahlung mit vorgegebener
Funkfrequenz erkannt. Die erfassten Informationsmerkmale werden mit den Referenzwerten
automatisch verglichen. Als Passivschutzmittel wird eine metallisierte mindestens
dreischichtige Resonanzfilterstruktur benutzt. Als abtastende Strahlung wird die Funkfrequenz
aus dem SHF-Bereich benutzt. Als Informationsmerkmale werden charakteristische Spitzenwerte
der Frequenzkennlinie der Koeffizienten der direkten Übertragung und der Rückstrahlung
verwendet.
[0010] Die Mängel dieses Schutzverfahrens umfassen die Schwierigkeit der Fertigung des passiven
Schutzmittels in Form der metallisierten mindestens dreischichtigen Resonanzfilterstruktur
sowie die Kompliziertheit der technischen Erkennungsmittel zur Prüfung auf das Vorhandensein
von solchen Schutzmitteln.
[0011] Der nächste Stand der Technik gegenüber dem angemeldeten Schutzmittel gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Schutz der Wertpapiere und der Erzeugnisse anhand
von Schutzstreifen mit bestimmter Struktur. Dieses Verfahren ist in der
RU 2291490 beschrieben und wurde als Prototyp für diese Erfindung gewählt. Die bekannten Schutzstreifen
sind aus einigen unterschiedlichen Komponenten, Codierungsmitteln und leitfähigen
Schichten aufgebaut, die auf verschiedene Weise mit der Unterlage gekoppelt sind.
Diese Schutzstreifen sind auf das Werterzeugnis aufgetragen oder darin eingebettet.
Das technische Ergebnis der Erfindung dieser bekannten Schutzstreifen ist die Herstellung
von einem codierten System. Dieses System ist durch eine frei wählbare nur dem Hersteller
bekannte Kombination von metallisierten Oberflächen mit bestimmtem Glanzgrad, Leitfähigkeit
und der Änderung des spezifischen Widerstands je nach Streifen gekennzeichnet und
schafft unüberwindliche Schwierigkeiten bei der Fälschung.
[0012] Der Mangel dieses Schutzverfahrens besteht darin, dass es beim Schutz von einzelnen
Werterzeugnissen oder Wertpapieren bzw. von ihren kleinen Serien nützlich ist. Jedoch
macht dieses Verfahren es nicht möglich, viele Wertpapiere (z. B. Geldscheine) zu
schützen. Das liegt daran, dass die physikalischen Mittel zur Echtheitsprüfung der
Erzeugnisse weit verbreitet werden müssen (in diesem Fall handelt es sich z. B. um
den Code des Schutzstreifens, welcher mehrfach in zahlreichen Erzeugnissen wiederholt
wird und ziemlich leicht entschlüsselt und wiedergegeben werden kann). Der andere
Mangel besteht darin, dass die Fertigung (Fälschung) der genannten Schutzstreifen
keine technischen Schwierigkeiten darstellt.
[0013] Es ist Aufgabe der Erfindung, die genannten Mängel des Schutzelements zur Echtheitsprüfung
des Schutzgegenstandes, z. B. des Geldscheins, zu beseitigen. Dieses Schutzmittel
soll die Zuverlässigkeit bei der Fälschungssicherheit erhöhen, fertigungsgünstig herstellbar
sein und die Kontrolle mit Hilfe von einigen einfachen physikalischen Einrichtungen
zulassen.
[0014] Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
[0015] Das Schutzelement ist auf der Basis von Nanoinsel- (Insel-) oder granulierten Metallfilmen
hergestellt. Dabei sind diese Filme unter üblichen Bedingungen fähig, ihre elektrophysikalischen
Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit) in kleinen elektrischen Feldern, das heißt in
elektrischen Feldern mit einer Stärke von unter 50 V/cm, zu ändern.
[0016] Der Schutz des Schutzgegenstandes gegen Fälschung besteht im Folgenden: Auf einem
kleinen Stück des Schutzgegenstandes (z. B. Papier) ist ein geschützter Bereich ausgebildet,
z. B. ein Streifen, welcher mit freiem Auge unerkennbar sein kann. Dabei enthält dieser
Schutzbereich ein Schutzelement, welches den Insel- oder granulierten Metallfilm aufweist,
der über nichtlineare elektrophysikalische Eigenschaften verfügt.
[0017] Die Echtheitsprüfung ist von einer einfachen elektronischen Einrichtung (Fig. 3)
vorgenommen. Diese Einrichtung prüft die Nichtlinearität der elektrophysikalischen
Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit) des Schutzbereiches, während ein schwaches elektrisches
Feld darauf einwirkt. Das Vorhandensein von nichtlinearen elektrophysikalischen Eigenschaften
zeugt von der Echtheit des Gegenstandes. Liegen keine elektrophysikalischen Eigenschaften
vor, so weist das auf eine Fälschung hin. Es sind sowohl Kontakt- als auch kontaktlose
Prüfungsverfahren möglich, wobei die Prüfungszeit verfahrensspezifisch unter 10
-3 Sek. beträgt.
[0018] Gemäß der Erfindung ist als Schutzelement ein Insel- oder granulierter Metallfilm
mit einer bzw. mehreren Schichten benutzt. Der Film ist auf einer Unterlage des eigentlichen
Wertpapiers (z. B. beim Geldschein) oder auf einer speziell dafür hergestellten feinen
dielektrischen Unterlage (z. B. Lavsan) angeordnet, welche in den zu schützenden Gegenstand
eingebettet ist. Die Außenfläche des Metallfilms ist gegen Witterungseinwirkung und
gegen eine vorzeitige Alterung durch eine dielektrische Schicht geschützt.
[0019] Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- die Struktur eines Schutzmittels der Erzeugnisse auf Basis eines Einschicht-Inselmetallfilms
abgebildet.
- Fig. 2
- die nichtlineare Filmleitfähigkeit des Materials
- Fig. 3
- eine Auswerteschaltung
[0020] In Fig. 1 bedeuten
10 - dielektrische Unterlage aus Papier oder einem anderen Werkstoff,
20 - Insel- oder granulierter Metallfilm,
30 - dielektrischer Schutzfilm.
[0021] Zur Echtheitsprüfung des Schutzgegenstandes (z. B. des Geldscheins) wird die Leitfähigkeit
des erwähnten Films bei mindestens zwei unterschiedlichen Werten des an den Film angelegten
schwachen Gleich- oder Wechselfeldes mit einer Stärke von F < 50 V/cm gemessen. Das
erkennbare Merkmal der Echtheit des Werterzeugnisses (der «Marke») ist die nichtlineare
Filmleitfähigkeit (Fig. 2). Das heißt, dass die Filmleitfähigkeit mit einer mehrfachen
Steigerung des angelegten elektrischen Feldes nicht konstant bleibt, wie es aus dem
Ohmschen Gesetz hervorgeht, sondern um eine bestimmte Größe erhöht wird. Diese Größe
wird durch die Kenndaten des Films festgelegt und bei ihrer Herstellung überwacht.
Z. B. laut Fig. 2 wird die Leitfähigkeit der Inselfilme aus Ti, FeNi oder Co mit einer
effektiven Dicke von 7 Ångström bei einer Stärkenänderung des angelegten elektrischen
Feldes von 1 V/cm bis 10 V/cm um 12 % geändert, d. h. von 1 MOhm
-1 bis 1,12 MOhm
-1.
[0022] Der Qualitätsschutz der zu schützenden Gegenstände wird vor allem durch die Einzigartigkeit
der Eigenschaften der Inselmetallfilme festgelegt. In diesen Filmen wird eine beachtliche
Änderung der Leitfähigkeit unter der Einwirkung eines schwachen elektrischen Feldes
beobachtet. Bekanntlich wird die Leitfähigkeitsänderung unter der Einwirkung des elektrischen
Feldes in unterschiedlichen Materialien, z. B. in Halbleitern, bei einer elektrischen
Feldstärke F >> 1000 V/cm beobachtet. Bei Inselfilmen wird die wesentliche Änderung
der Leitfähigkeit bei viel kleineren elektrischen Feldstärken F = 1÷50 V/cm beobachtet.
(Fig. 2).
[0023] Der Qualitätsschutz der zu schützenden Gegenstände wird auch durch die Einzigartigkeit
des verfahrenstechnischen Ablaufs bei der Herstellung von Insel- und granulierten
Metallfilmen sichergestellt. Die Inseln müssen tatsächlich Abmessungen von ca. 10
nm haben. Zwischen diesen Inseln muss eine Tunnelleitung bei Raumtemperatur erreicht
werden. Das ist der Hauptgrund für nichtlineare elektrophysikalische Eigenschaften
dieser Filme. Dafür müssen die verfahrenstechnischen Parameter während der Herstellung
der Filme unbedingt und strikt eingehalten werden. Diese Parameter stellen das Know-how
des Ablaufs dar und können handwerklich weder bestimmt noch wiedergegeben werden,
ohne dass die erforderliche Ausrüstung und ein qualifiziertes Personal eingesetzt
werden. Insbesondere müssen die Temperaturverhältnisse für die Züchtung der Filme
streng eingehalten werden, indem eine vorgegebene Geschwindigkeit ihres Wachstums
usw. sichergestellt wird. Andererseits bereitet die Ausführung dieses verfahrenstechnischen
Ablaufs in der modernen Produktion keine Schwierigkeiten. Dabei können verschiedene
Fertigungsverfahren eingesetzt werden, wie z. B. Hochfrequenz-Zerstäubung der Metalltargets,
thermische Metallzerstäubung oder Herstellung der granulierten Metallfilme. Die genannten
Verfahren sind gut erschlossen und gewährleisten niedrige Kosten und Zuverlässigkeit
bei einer Massenproduktion der Schutzmittel für die Werterzeugnisse.
[0024] Als Beispiel für die Herstellung des Schutzmittels für ein Werterzeugnis dient eine
Struktur, welche auf der Basis von einer Einschichtnanoinsel des Metallfilms (Fig.
1) ausgeführt ist. Feine Insel- oder granulierte Metallfilme (20) aus üblichen Metallen,
z. B. Ti, W, oder aus ferromagnetischen Metallen, z. B. Co, Fe, oder nichtmagnetische
Metalllegierungen, z. B. WRe, NiCr, oder magnetische Metalllegierungen, z. B. FeNi,
FeCo, werden nach dem HF-Zerstäubungsverfahren unter Argon auf einer dielektrischen
Unterlage (1) gezüchtet. Nach dem Aufstäuben wird jede der Metallstrukturen mit einer
feinen Sicherungsschicht von einem Dielektrikum (Al
2O
3, d = 20 Å) abgedeckt. Die Dicke der Metallfilme (20) wird im Bereich von 7 Å bis
30 Å je nach Eigenschaften der dielektrischen Unterlage (10) variiert. In Fig. 2 sind
die Zusammenhänge zwischen der relativen Differentialleitfähigkeit der Metallfilme
(20) und der elektrischen Feldstärke des an das Probestück angelegten Feldes abgebildet
(in Fig. 2 steht die Kennlinie 100 für Ti; 200 für FeNi; 300 für Co; 400 für W und
Leitfähigkeit ≈ 1 MO
M-1 steht für die Feldstärke F < 1 V/cm). Die Differentialleitfähigkeit in %, aufgetragen
auf der senkrechten Achse der Fig. 2, gilt als Merkmal für die Einzigartigkeit der
Eigenschaften dieses Filmes, als die "Marke" für den Schutz der Wertpapiere. Solche
Zusammenhänge sind unter normalen Bedingungen in konventionellen Werkstoffen nicht
erreichbar.
[0025] Wie bereits erwähnt, wird die Filmleitfähigkeit bei verschiedenen Stärken des angelegten
elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes zur Echtheitsprüfung des Werterzeugnisses
an dem Vorhandensein von nichtlinearen Effekten im Film gemessen. In Fig. 3 ist das
Schaltbild eines Messgeräts (des Detektors) dargestellt. Die Metallelektroden 2 und
5 werden an die Struktur 1 angepresst (herangebracht). Das ermöglicht es, Widerstandskontakte
(Kapazitätskontakte) herzustellen. Eine Niederfrequenzspannung (bis zu 100 kHz) oder
eine elektrische Impulsspannung wird an die Elektroden 2 und 5 angelegt. An der Elektrode
5 muss die Spannungsamplitude mehrfach größer sein (z. B. 10-fach), als an der Elektrode
2. Die größte elektrische Feldstärke im Film darf 50 V/cm nicht überschreiten. Die
Begrenzung der Größe des elektrischen Feldes ist durch die einmaligen Eigenschaften
der Inselfilme bedingt, und zwar, ihre Fähigkeit, ihre elektrophysikalischen Eigenschaften
in kleinen elektrischen Feldern zu verändern. Die Elektroden 3 und 4 werden über die
gleichen Abschlusswiderstände 6 geerdet. Eine dem Strom proportionale Spannung gelangt
von den Abschlusswiderständen 6 an die Verstärker 7 und 8. Dabei ist der Gewinnfaktor
des Verstärkers 7 10-fach so groß wie der Gewinnfaktor des Verstärkers 8. Danach kommen
die Signale von den Verstärkern 7 und 8 in einen Addierer 9. Wenn die Struktur über
nichtlineare Effekte verfügt, so werden die von den Ausgängen der Verstärker 7 und
8 ankommenden Signale ihrem Absolutwert nach unterschiedlich sein. Am Ausgang des
Addierers 9 wird das Signal Uc anliegen. Das zeugt von der Echtheit des Erzeugnisses.
Weist die Struktur keine nicht lineare Eigenschaften auf, so werden die Signale von
den Ausgängen der Verstärker 7 und 8 ihren Absolutwerten nach gleich sein. Somit wird
das Signal Uc am Ausgang des Addierers 9 gleich Null sein. Das weist eine Fälschung
des Erzeugnisses nach.
[0026] Es ist möglich, die nichtlinearen Effekte im Film mit Hilfe von der an die Elektroden
angelegten Gleichspannung zu erkennen. In diesem Fall muss dieser Schutzbereich sich
mit dem Film in Bezug auf die Elektroden bewegen. Wenn die Elektroden mit dem Film
in Kontakt kommen oder sich neben dem Film befinden, werden die Impulssignale an den
Abschlusswiderständen frei. Dabei ist die Dauer t dieser Signale durch die Bewegungsgeschwindigkeit
(v) des Werterzeugnisses zu den Elektroden und durch die Filmabmessungen in der Bewegungsrichtung
des Werterzeugnisses (d) (t = v*d) festgelegt. Die Dauer der Zusammenwirkung des Detektors
mit dem Film kann unter 10
-3 Sek. betragen.
[0027] Es ist möglich, die nichtlinearen Filmeigenschaften mittels der Messung des Oberwellensignals
von der Frequenz des an den Schutzbereich angelegten abtastenden elektrischen Wechselfeldes
zu erkennen. Bei nichtlinearen Systemen wird das Signal tatsächlich im Oberwellen-Frequenzbereich
erzeugt, somit kann es mittels eines Selektivspannungsmessers leicht erfasst werden.
[0028] Das grundsätzliche Schema der Bestimmung der Echtheit von Wertpapieren mittels der
Messung des Oberwellensignals von der Frequenz des abtastenden elektrischen Wechselfeldes
ist in Fig. 3 dargestellt. Die Metallelektroden 2 und 3 werden an die Struktur 1 angepresst
(herangebracht). Das ermöglicht es, Widerstandskontakte (Kapazitätskontakte) herzustellen.
Die Niederfrequenzspannung (Frequenzen f
0 bis f
0= 100 kHz) wird an die Elektrode 3 vom Generator 4 der Sinusschwingungen angelegt.
Als Ergebnis wird im Film das abtastende elektrische Wechselfeld erzeugt. Seine Amplitude
darf 50 V/cm nicht überschreiten. Da der Inselmetallfilm das nichtlineare System darstellt,
wird darin das elektrische Wechselfeld (Signal) mit der Frequenz f der Oberwellen
des abtastenden elektrischen Wechselfeldes (f = nf
0, mit n = 2, 3....) erzeugt. Das Oberwellensignal wird auf dem Abschlusswiderstand
6 abgesondert und mittels des Selektivspannungsmessers 9 erfasst. Das Vorhandensein
des Signals in den Oberwellen des abtastenden elektrischen Feldes der Frequenz f =
nf
0 gilt als Nachweis für die Echtheit des Erzeugnisses.
1. Schutzelement zur Echtheitsprüfung eines Schutzgegenstandes mit einer Unterlage (10)
und einer metallisierten Schicht (20),
dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte metallisierte Schicht (20) eine ein- oder mehrlagige metallisierte Inselschicht
oder die Schicht aus einem granulierten Metall darstellt, dass diese Schicht (20)
eine nicht lineare Abhängigkeit von den elektrophysikalischen Eigenschaften aufweist,
wenn sie unter Einwirkung eines schwachen elektrischen Gleich- oder Wechselstromfeldes
steht,
dass diese Schicht (20) zusätzlich eine dielektrische Schutzschicht (30) aufweist, welche
oberhalb der erwähnten metallisierten Schicht (20) aufgetragen ist und
dass als erkennbares Merkmal der Echtheit des Schutzgegenstandes die nichtlineare Leitfähigkeit
des Schutzelements dient, welche mittels der Messung der Leitfähigkeit des Schutzelements
bei zwei unterschiedlichen Amplituden des genannten an das Schutzelement angelegten
elektrischen Feldes bestimmt ist.
2. Schutzelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das genannte schwache Gleich- oder Wechselfeld jeweils ein elektrisches Gleich- oder
Wechselfeld mit einer Stärke von unter 50 V/cm darstellt.
3. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Insel oder die Granula der genannten metallisierten Schicht (20) in der genannten
einlagigen oder mehrlagigen metallisierten Schicht oder in der Schicht aus dem granulierten
Metall übliche und ferromagnetische Metalle sind.
4. Schutzelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Insel oder die Granula der genannten metallisierten Schicht (20) in der genannten
einlagigen oder mehrlagigen metallisierten Schicht oder in der Schicht aus dem granulierten
Metall magnetischer oder nichtmagnetischer Metalllegierungen sind.
5. Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Schutzgegenstandes, einschließlich solcher Verfahrensschritte
wie
- Abtastung des zu schützenden Gegenstandes mittels zweier unterschiedlicher Amplituden
eines schwachen elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes, wobei der zu schützende Gegenstand
ein Schutzelement enthält, welches in Form von einer Unterlage (10), einer metallisierten
Schicht (20) und einer dielektrischen Schutzschicht (30) ausgeführt ist, wobei die
erwähnte metallisierte Schicht (20) eine einlagige oder mehrlagige metallisierte Inselschicht
oder eine Schicht aus granuliertem Metall darstellt, wobei diese Schicht (20) eine
nichtlineare Abhängigkeit der elektrophysikalischen Eigenschaften bei Einwirkung eines
schwachen elektrischen Gleich- oder Wechselfeldes aufweist; und
- Messung der Oberwellensignaländerungen von einer Frequenz des genannten abtastenden
elektrischen Feldes mit zwei unterschiedlichen Amplituden, wobei das Signal aus dem
Oberwellenbereich durch die nichtlinearen elektrophysikalischen Eigenschaften der
genannten einlagigen oder mehrlagigen metallisierte Inselschicht oder der Schicht
(20) aus granuliertem Metall bedingt ist und wobei ein als erkennbares Merkmal der
Echtheit des Schutzgegenstandes die nichtlineare Leitfähigkeit des Schutzelements
gilt, welche mittels der oben genannten Messungen festgestellt wird.