EP4384995B1

EP4384995B1 - Verfahren zur feststellung der echtheit eines objekts

Info

Publication number: EP4384995B1
Application number: EP22758017.2A
Authority: EP
Inventors: Benedikt DAUMANN; Thomas Kaib; Dominik Uhlich; Thomas Bitzer; Walter Braumandl
Original assignee: Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH; Sensor Instruments Entwicklungs und Vertriebs GmbH
Current assignee: Sensor Instruments Entwicklungs Undvertriebs GmbH; Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2025-04-30
Anticipated expiration: 2042-07-26
Also published as: EP4384995C0; DE112022003927A5; WO2023017347A1; US12288438B2; EP4384995A1; US20240331480A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Echtheit eines Objektes, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: Markieren des Objektes mit einem ersten Leuchtstoff mit einem ersten zeitlichen Abklingverhalten, Markieren des Objektes mit einem zweiten Leuchtstoff mit einem zweiten Abklingverhalten, das sich vom ersten Abklingverhalten unterscheidet, Anregen der Leuchtstoffe mit einem Lichtimpuls, Einmessen der Nachleuchtintensitäten beider Leuchtstoffe zeitlich nach dem Anregen mit dem Lichtimpuls.
Zur fälschungssicheren Markierung von Objekten mit einem Echtheitsmerkmal ist es bekannt, nach Anregung nachleuchtende Leuchtstoffe einzusetzen und deren Abklingzeit durch zeitaufgelöste spektrale Vermessung numerisch zu charakterisieren. Schon das Herstellen eines Leuchtstoffes mit einer bestimmten, charakteristischen Nachleuchtzeit macht es einem Fälscher wirtschaftlich uninteressant, das Echtheitsmerkmal zu synthetisieren, wobei das Einstellen einer bestimmten Nachleuchtzeit als charakteristisches Stoffmerkmal keine triviale Aufgabe ist.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 016 249 A1 wird ein Verfahren zur Echtheitsbestimmung von Objekten vorgestellt, das genau auf der Charakterisierung des Abklingverhaltens eines Leuchtstoffes basiert.
In dem US-Patent US 10,900,898B2 wird ein Verfahren zum Untersuchen eines Echtheitsmerkmals vorgestellt. Dabei werden Leuchtstoffe mit einem Modulationssignal angeregt und das Nachleuchten wird mit einem Lock-In-Verstärker verfolgt. Dadurch, dass die Leuchtstoffe ein festgelegtes Nachleuchten aufweisen, kann aus dem Phasenversatz des Nachleuchtens die Exponentialkonstante abgleitet werden. Durch eine hohe Modulationsfrequenz kann die Zeit der Echtheitsbestimmung stark herabgesetzt werden.
Um das Fälschen eines solchen Echtheitsmerkmales weiter zu erschweren, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2017 130 027 A1 vorgeschlagen, bekannte Leuchtstoffe irreproduzierbar zu verändern. Die Veränderung findet statt durch thermisches, chemisches und oder rein mechanisches behandeln, wobei eine Degradation des Leuchtstoffes stattfindet. Durch diesen Degradationsschritt weist der so erhaltene Leuchtstoff kein typisches Abklingverhalten eines exponentiellen Prozesses erster Ordnung mehr auf, sondern ist vielmehr durch eine Summe von Prozessen erster Ordnung zu beschreiben. Der Intensitätsverlauf des Nachleuchtens entspricht somit nicht mehr einem Prozess erster Ordnung. Um die Echtheit eines mit einem solchen Leuchtstoff markierten Objektes festzustellen bedarf es einer hochgenauen Messtechnik, um das Abklingverhalten exakt zu charakterisieren und die Kurve, die das Nachleuchten als Funktion der Zeit bestimmt, ausreichend zu vermessen. Die hohe Anforderung an die Messtechnik verleiht dem Markierungsverfahren zwar eine hohe Fälschungssicherheit, jedoch ist der breite Einsatz von entsprechenden Prüfgeräten entweder nicht wirtschaftlich oder aufgrund der hohen Anforderung an das Messsystem kaum zu erreichen. Für einen Einsatz bei einem hohen Durchsatz von Prüflingen steht die notwendige Messzeit dem hohen Durchsatz entgegen.
Beispielsweise können Geldscheinverarbeitungssysteme einen Geldschein mit einer Geschwindigkeit von ca. 12 m/s befördern, um die schiere Anzahl der Geldscheine in angemessener Zeit zu verarbeiten. Für eine Echtheitsüberprüfung in einem kleinen Bereich des Geldscheines bleiben somit nur wenige µs, um eine Echtheitsprüfung durchführen zu können. Um innerhalb von wenigen µs ein Signalverlauf numerisch zu charakterisieren, bedarf es abermals einer kürzeren Abklingzeit im Bereich von ns, um in dem kurzen zeitlichen Messfenster das Nachleuchten durch Mehrfachmessung statistisch zu präzisieren. Leuchtstoffe mit einem derart kurzen Abklingverhalten im ns-Bereich sind bekannt. Diese weisen auch ein so stabiles Abklingverhalten als intrinsische Stoffeigenschaft auf, dass eine Echtheitsprüfung möglich ist. Eine spektrale Vermessung von Abklingprozessen im ns-Bereich bei Lichtintensitäten mit Bestrahlungsstärken, bei denen Geldscheine nicht ausbleichen, läuft damit zwangsläufig auf eine Einzelphotonenmessung hinaus. Um aus einer diskreten Einzelphotonenmessung ein kontinuierliches Abklingverhalten abzuleiten und dieses numerisch zu charakterisieren, bedarf es einer Vielzahl von Messungen, um rein statistisch die Charakterisierung durchführen zu können. Das Verfahren ist ziemlich fälschungssicher, zumindest aber ist die Fälschung wirtschaftlich nicht durchführbar. Allerdings ist der Messaufwand zur Echtheitsprüfung ebenfalls recht hoch, was dem breiten Einsatz in der Fläche dieses Verfahrens entgegensteht. Zur Messung sind nämlich hochgenaue, messartefaktfreie und kalibrierte Messsysteme vonnöten. Diese basieren auf ebenso stabilen Sensoren mit einer hohen Linearität.
Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zur Echtheitsbestimmung von Objekten zu haben, das auf Basis eines für einen Leuchtstoff individuellen Abklingverhaltens funktioniert, das aber mit einfacheren Messsystemen betreibbar ist.
Die US 2019/0162864 A1 offenbart ein Verfahren zur Echtheitsprüfung basierend auf dem Abklingverhalten von Leuchtstoffen. Dabei wird vorgeschlagen die Abklingzeit, die Wellenlänge der maximalen Emission oder das Verhältnis der Konzentrationen der Leuchtstoffe zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Echtheitsbestimmung von Objekten zur Verfügung zu stellen, das auf Basis von in der Breite verfügbare Standardbauteilen durchführbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Echtheitsmerkmal mindestens zwei verschieden nachleuchtende Leuchtstoffe aufweist. Damit wird das echtheitszumarkierende Objekt mit diesen beiden Leuchtstoffen markiert. Als Leuchtstoffe lassen sich sowohl Upkonversions-Leuchtstoffe einsetzen als auch Downkonversions-Leuchtstoffe, wie auch eine Kombination von Upkonversions-Leuchtstoffen und Downkonversions-Leuchtstoffen. Es ist dabei unwesentlich und daher vorteilhaft, ob die Markierung mit den verschiedenen Leuchtstoffen an verschiedenen Stellen oder an gleicher Stelle vorgenommen wird. Die verschiedenen Leuchtstoffe haben Emissionsbanden in verschiedenen Bereichen des Spektrums. Dadurch kann eine Trennung der Nachleuchtsignale beider Leuchtstoffe leicht vorgenommen werden, in dem ein Breitband-Detektor über einen ersten Filter das Signal eines ersten Leuchtstoffes und ein anderer Detektor über einen weiteren Filter das Signal eines weiteren Leuchtstoffes verfolgt. Anstelle den gegebenenfalls nicht mehr durch einen physikalischen Prozess erster Ordnung beschreibbaren Verlauf des Abklingverhaltens numerisch zu charakterisieren, ist nach dem Gedanken der Erfindung vorgesehen, eine Differenzbildung der Signale vorzunehmen. Dabei entsteht, wenn das Signal zweier zu einem Differenzsignal verbundener Signale auf Leuchtstoffen mit einer unterschiedlichen Sättigungsemission und unterschiedlichen zeitlichem Verlauf basiert, zwangsläufig ein Nulldurchgang. Ein Nulldurchgang ist messtechnisch auch bei sehr kurzen oder hochfrequenten Signalen gut zu detektieren. Der Vorteil der Differenzbildung ist, dass die Differenzbildung artefaktfrei oder zumindest stark artefaktarm ist. Denn beide Detektoren können so aufgebaut werden, dass sie den gleichen Artefakten unterliegen. So kann ein nichtlinearer Detektor oder ein Detektor, dessen Linearität eine nicht so hohe Güte aufweist, verwendet werden. Selbst dann, wenn einfache Detektoren eine ausreichende Linearität aufweisen, so ist die Hochfrequenzelektronik zur Verfolgung des Signals im ns-Bereich an sehr vielen Stellen anfällig, ein Signal systemisch nichtlinear abzubilden. Durch die Differenzbildung heben sich die Artefakte gegenseitig auf. Der tatsächliche gemessene Nulldurchgang der Differenz beider Signale ist sehr stark von dem tatsächlichen Verlauf des Nachleuchtens beider Signale abhängig und weniger von der Signalverarbeitung in einer Elektronik. Das macht es möglich, mit in der Breite verfügbaren Mitteln die Echtheitsüberprüfung durchzuführen. Die Differenzbildung der Signale wird hier zur Detektion eines zwischen zwei Signalverläufen gleich hohen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt t eingesetzt. Diese Detektion kann durch Bilden der Differenz beider Signale und Bestimmen des Nulldurchgangs durchgeführt werden oder aber durch einen Vergleich der beiden Signale. Aus Sicht der einzusetzenden Elektronik ist es ein geringfügiger Unterschied, ob tatsächlich ein erstes Signal von einem zweiten Signal subtrahiert und der Nulldurchgang festgestellt wird oder ob die identische Signalhöhe durch ein Identitätssignal eines Komparators festgestellt wird. Beide Techniken, die Signaldifferenzschaltung als auch die Komparatorschaltung sind in der Elektronik wohlbekannt und als zueinander äquivalent zu betrachten, wenn es um die Detektion des Nulldurchgangs eines Differenzsignals aus zwei Signalen geht oder der Detektion der identischen Signalhöhe zweier Signale durch ein Identitätssignal eines Komparators.
Wird ein irreversibel veränderter Leuchtstoff eingesetzt, so ist dieser, selbst dann, wenn der Zeitpunkt des Nulldurchgangs / des Identitätssignals durch eine Kombination anderer Leuchtstoffe durch eine Fälschung simuliert wird, nicht "verloren". Es ist möglich, durch eine andere Kombination zweier an sich bekannter irreversibel veränderter Leuchtstoffe ein neues Echtheitsmerkmal zu erzeugen. Es kommt nämlich auf die Kombination und den sich daraus ergebenen Nulldurchgang / das daraus ergebende Identitätssignal an. Der originale Leuchtstoff verliert selbst bei einer einmal gelungenen Fälschung nicht sofort an Relevanz. Es ist denkbar, dass eine Echtheitsprüfung mit zwei oder mehr als zwei Leuchtstoffen, Anzahl n, durchgeführt wird, wobei sich n über 2 Kombinationen für einen Nulldurchgang / ein Identitätssignal ergeben. Bei drei Leuchtstoffen ergeben sich 3 Nulldurchgänge, bei 4 Leuchtstoffen ergeben sich 6 Nulldurchgänge und bei 5 Leuchtstoffen ergeben sich bereits 10 Nulldurchgänge. Mit einer überschaubaren Anzahl verschiedener Leuchtstoffe ergibt sich also eine sehr schwer zu simulierende Anzahl von Nulldurchgängen verschiedener Nachleuchtsignale.
Um ein Reverse-Engineering der eingesetzten Leuchtstoffe zu erschweren, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, das mindestens einer der eingesetzten Leuchtstoffe ein Abklingverhalten zeigt, welches durch eine Linearkombination verschiedener exponentieller Abklingverhalten erster Ordnung beschrieben werden kann, gemäß folgendem Nachleuchtverhalten $I_{t} = \sum_{i = 0}^{n} I_{0, i} e^{- k_{i} t}$
mit

I(t) Intensität I zum Zeitpunkt t
i Index über eine Anzahl n verschiedener Prozesse
n Anzahl der Prozesse
I ₀ Sättigungsintensität zum Zeitpunkt t = 0
k_i Abklingkonstante des Prozesses i aus n
t Zeit
e Basis des natürlichen Logarithmus

k_i

I_t

I_0,i

k

_i

Es ist möglich, mit Leuchtstoffen zu arbeiten, die sich im Emissionsbereich stark überlappen, wobei jedoch unterschiedliche Peaks (Emissionsmaxima) ein unterschiedliches Abklingverhalten zeigen. Für eine optimale Trennung der Signale kann vorgesehen sein, dass sich die Emissionsbanden der eingesetzten Leuchtstoffe möglichst wenig überlappen, wobei eine Überlappung der Emissionsbanden verschiedener Leuchtstoffe von weniger als 20% bevorzugt ist, und besonders bevorzugt ist eine Überlappung weniger als 5%, bezogen auf die Fläche unter der jeweils normierten Emissionsbande bei einer Auftragung der Emissionsbande über die Wellenzahl v. Das hier vorgestellte Verfahren lässt sich einsetzen für Leuchtstoffe mit Halbwertszeiten des Abklingverhaltens im ms-Bereich, im µs-Bereich und im ns-Bereich. So können die Halbwertszeiten im Bereich zwischen 1 ms und 1.000 ms liegen, im Bereich zwischen 1µs und 1.000 µs liegen oder im Bereich zwischen 1 ns und 1.000 ns liegen.
Zur Messung bieten sich neben der Einzelmessung der Zeiten für Nulldurchgänge prinzipiell zwei verschiedene Verfahren an.
Ein erstes Verfahren umfasst das Anregen der Leuchtstoffe mit einer Folge rechteckförmiger Lichtimpulse, wobei der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Lichtimpulse, gemessen zwischen dem Halbwertszeitpunkt der abfallenden Flanke eines vorhergehenden Lichtimpulses und dem Halbwertszeitpunkt einer aufsteigenden Flanke eines nachfolgenden Lichtimpulses, größer ist als die Zeit des durch die Abklingverhalten der eingesetzten Leuchtstoffe zu erwartenden Nulldurchgangs / zu erwartenden Identitätssignals nach Anregen mit dem vorhergehenden Lichtimpuls, wobei der zeitliche Abstand je zweier aufeinander folgender Lichtimpulse zufällig oder pseudozufällig ist. Das zufallsmodulierte Signal hilft bei der Auswertung des Hochfrequenzsignals ein mit einer Messung zwangsläufig einhergehendes Rauschen zu glätten und so das Ergebnis statistisch zu präzisieren. Ein Lichtimpuls zum Anregen kann ein schmalbandiger Lichtimpuls aus einem Ultrakurzeit-Laser sein oder auch ein Lichtimpuls einer Leuchtdiode. Die spektrale Bandbreite des Lichtimpulses sollte möglichst schmalbandig sein. Der Lichtimpuls eines Lasers ist als monochromatisch aufzufassen, wobei auch ein Laser eine physikalisch bedingte Bandbreite aufweist, die bei einer Auftragung der Lichtintensität über die Wellenzahl (Frequenz) nahezu gaussförmig ist, also durch eine gauss'sche Verteilungsfunktion beschrieben werden kann, und dabei eine Halbwertsbreite von 10 nm bis herunter zu 2 nm aufweisen kann. Abweichungen ergeben sich aus der Boltzmann-Verteilung und aus bauartbedingten Artefakten des Lasers. Leuchtdioden haben eine größere Bandbreite. Auch hier ist die Verteilung der Lichtintensität bei einer Auftragung über der Wellenzahl etwa gaussförmig. Bei einer Gaussannäherung der tatsächlichen Wellenlängenverteilung mit einem RMS-Fehler von weniger als 5 % beträgt die Bandbreite einer Leuchtdiode zwischen 10 nm Halbwertsbreite der annähernden Gaussfunktion bis 50 nm Halbwertsbreite der annähernden Gaussfunktion. Als besondere Anregungswellenlängen eignen sich bei Einsatz von Leuchtdioden oder Laserdioden die Wellenlänge von 640 nm (rot), 530 nm (grün) 460 nm bis 480 nm (blau) im visuellen Bereich und 940 m und 980 nm, die letzten beide im NIR-Bereich. Diese Wellenlängen stammen aus bekannten Leuchtdioden / Laserdioden, welche eine besondere Langzeitstabilität aufweisen. Zur Anregung ist es möglich, einen schmalbandigen Lichtimpuls bei einer zentralen Wellenlänge des Lichtimpulses mit einer zuvor genannten Bandbreite einzusetzen als auch eine Kombination von mindestens zwei oder mehr schmalbandigen Lichtimpulsen mit je einer zuvor genannten Bandbreite.
Ein zweites Verfahren umfasst das Anregen der Leuchtstoffe mit einem regelmäßigen, sinusförmigen Anregungssignal, dessen unterer Scheitelpunkt des sinusförmigen Verlaufs bei etwa Null liegt, und das Bestimmen des Phasenversatzes zwischen dem oberen Scheitelpunkt des Anregungssignals und des Nulldurchgangs des Differenzsignals bzw. des Identitätssignals. Solche Messtechniken können mit Lock-In-Verstärkern durchgeführt werden, wobei der Phasenversatz in Verbindung mit der der Frequenz des Lock-In-Verstärkers auf den Nulldurchgang bzw. auf das Identitätssignal schließen lässt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: Emissionsspektren dreier beispielhafter Leuchtstoffe mit schmaler Emissionsbande,
Fig. 2: ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Signalbildung aus den verschiedenen Abklingverhalten der eingesetzten Leuchtstoffe,
Fig. 3: ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Zufallsmodulation,
Fig. 4: ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Sinusmodulation,
Fig. 5: ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung des Unterschiedes der Abklingverhalten eines Prozesses erster Ordnung und eines Leuchtstoffes, der eine irreversible Degradation durchlaufen ist.
Fig. 6: ein erstes beispielhaftes Objekt mit einer Markierung nach dem Gedanken der Erfindung,
Fig. 7: ein zweites beispielhaftes Objekt mit einer Markierung nach dem Gedanken der Erfindung,
Fig. 8: ein drittes beispielhaftes Objekt mit einer Markierung nach dem Gedanken der Erfindung,
Fig. 9: ein viertes beispielhaftes Objekt mit einer Markierung nach dem Gedanken der Erfindung,

In Figur 1 sind drei Emissionsspektren dreier beispielhafter Leuchtstoffe L1, L2 und L3 mit jeweils einer schmalen Emissionsbande I(λ₁), I(λ₂) und I(λ₃) gezeigt. Diese Leuchtstoffe können entweder Upkonversionsleuchtstoffe sein, die im IR-Bereich bis in den VIS-Bereich hinein anregbar sind und die im VIS-Bereich bis in den UV-Bereich nach Anregung eine Emission zeigen. Upkonversionsleuchtstoffe haben aufgrund der Upkonversion von geringerer Anregungsenergie zu höherer Emissionsenergie pro Photon eine in der Regel geringe Konversionsrate im Bereich von 1 bis 5%. Diese Konversionsrate genügt jedoch, um eine Echtheitsüberprüfung durchführen zu können. Für eine optimale Signaltrennung und zur Vermeidung einer Kaskade von Anregung, Emission und erneuter Anregung eines weiteren Leuchtstoffes durch die Emission des ursprünglichen Leuchtstoffes kann vorgesehen sein, dass sich die Emissionsbanden möglichst wenig überlappen. Die Überlappung lässt sich am besten in einer Auftragung der Emissionsbande über der Wellenzahl v definieren, da bei der Auftragung über der Wellenlänge eine Verzerrung und Überbewertung der langwelligen Anteile in Bezug auf die Energieverteilung der abgestrahlten Photonen geschieht. Die Überlappung der Emissionsbanden ist in dem hier gezeigten Beispiel weniger als 20% bezogen auf die normierten Emissionsbanden. Nach der Erfindung besonders bevorzugt 5% bezogen auf die normierten Emissionsbanden.
In Figur 2 ist ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Signalbildung aus den verschiedenen Abklingverhalten der eingesetzten Leuchtstoffe L1, L2 und L3 gezeigt. Die linke Abszisse zeigt die Intensität I des Nachleuchtens an. Der erste Leuchtstoff L1 hat ein natürliches Abklingverhalten gemäß einem Prozess erster Ordnung, wobei das Abklingverhalten durch die Kurve für die Nachleuchtintensität I(λ1,t) gezeigt ist. Diese Kurve basiert auf der höchsten Sättigungsintensität I₀ bei t=0, wobei die Halbwertszeit für die Abklingkurve die kürzeste ist. Der zweite Leuchtstoff L2 hat ein natürliches Abklingverhalten gemäß einem Prozess erster Ordnung, wobei das Abklingverhalten durch die Kurve für die Nachleuchtintensität I(λ2,t) gezeigt ist. Diese Kurve basiert auf einer mittleren Sättigungsintensität I₀ bei t=0, wobei die Halbwertszeit für die Abklingkurve hier im Mittelfeld liegt. Der dritte Leuchtstoff L3 hat schließlich ebenfalls ein natürliches Abklingverhalten gemäß einem Prozess erster Ordnung das durch die Kurve für die Nachleuchtintensität I(λ3,t) gezeigt ist. Diese dritte Kurve basiert auf der geringsten Sättigungsintensität I₀ bei t=0, wobei die Halbwertszeit für die Abklingkurve hier die längste ist.
Das hier gezeugte Diagramm zeigt Leuchtstoffe mit kurzen Nachleuchtzeiten im ns-Bereich. Etwa bei t = 19 ns treffen sich die Kurven der Nachleuchtintensität I(λ1,t) und I(λ2,t). Aus diesen beiden Kurven lässt sich ein Differenzsignal Δ(I(λ1,t),I(λ2,t)) ableiten. Die rechte Abszisse zeigt diesen Differenzwert an. Das erste Differenzsignal Δ(I(λ1,t),I(λ2,t)) aus den beiden Nachleuchtintensität I(λ1,t) und I(λ2,t) hat an identischer Stelle, nämlich bei t = 19 ns einen Nulldurchgang, der sich elektronisch gut ermitteln lässt. Analog zur Bildung der Differenzsignals Δ(I(λ1,t),I(λ2,t)) lassen sich zwei weitere Differenzsignale Δ(I(λ1,t),I(λ3 ,t)) und Δ(I(λ2,t),I(λ3 ,t)) aus den Kurven der Nachleuchtintensitäten I(λ1,t) und I(λ3,t) und aus den Kurven der Nachleuchtintensitäten I(λ2,t) und I(λ3,t) bilden. Mit den drei verschiedenen Leuchtstoffen L1, L2 und L3 lassen sich also drei Nulldurchgänge von Signalen bilden, die als physikalische oder intrinsische Stoffkonstanten festgelegt und unveränderbar sind und die Vergleichswese einfach mit einfachen Mitteln auch bei hoher Frequenz ermittelbar sind, weil sich Artefakte bei der Messung aufheben.
In Figur 3 ist ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Zufallsmodulation gezeigt. In diesem Diagramm sind die Anregungen als weiß hinterlegte Rechtecksignale gezeigt, die zufallsmoduliert sind. Dabei ist die Anregungsdauer stets gleich lang, die weiß hinterlegten Anregungsimpulse haben die gleiche Breite. Der zeitliche Abstand zwischen einem Halbwertszeitpunkt Htd einer abfallenden Flanke der weiß hinterlegten Anregungsimpulse und einer Halbwertszeit Htu einer darauffolgenden aufsteigenden Flanke eines weiß hinterlegten Anregungsimpulses variiert jedoch zufällig oder zumindest pseudozufällig. Die Zeiten der aufsteigenden Flanken der Anregungsimpulse zu t = (t1, t2, ...tn) sind also zufällig gewählt. Jeweils einem Anregungssignal folgt ein Signal der Relaxation des jeweiligen Leuchtstoffes mit einer Nachleuchtintensität I(λ1,t). Dieses modulierte Zufallssignal kann durch eine Auswerteelektronik ausgelesen werden. In diesem Diagramm ist nur die Relaxation eines ersten Leuchtstoffes gezeigt. Ein fast identisches Signaldiagramm würde sich für die Relaxation eines zweiten Leuchtstoffes ergeben, wobei die Relaxationszeiten anders sind. Erst ein Differenzsignal aus I(λ1,t) und I(λ2,t) ergibt das Differenzsignal Δ(I(λ1,t),I(λ2 ,t)) in welchem der Nulldurchgang sicher bestimmt werden kann.
In Figur 4 ist ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung der Sinusmodulation dargestellt. Bei der Sinusmodulation findet die Anregung nicht durch Rechteckimpulse statt, wodurch die Anregung und die Relaxation streng voneinander getrennt sind, sondern bei der Sinusmodulation wird das Anregungssignal sinusartig moduliert, wobei der untere Scheitelpunkt Su der Sinusmodulation ungefähr bei null liegt. Schon während der Anregung findet eine Relaxation des Leuchtstoffes statt. Bei dieser Modulation lässt sich ein Phasenversatz feststellen, beispielsweise durch einen Lock-In-Verstärker. Der Phasenversatz ist hier nicht definierbar wie beim Phasenversatz zweier Sinussignale, die eine feste, zeitliche Beziehung ihrer Nulldurchgänge haben. Vielmehr kann ein Phasenversatz Δφ beschrieben werden durch den Abstand zwischen dem oberen Scheitelpunkt So und dem Nulldurchgang durch die Differenzbildung zweier Relaxationssignale zweier verschiedener Leuchtstoffe, in dem die Differenz φ_λ1,λ2 gebildet wird aus der Nachleuchtintensität I(λ1,t) für einen ersten Leuchtstoff L1 und aus der Nachleuchtintensität I(λ2,t) für einen zweiten Leuchtstoff L2. Der Abstand zwischen dem Zeitpunkt t für φ₀ und dem Zeitpunkt für φ_λ1,λ2 = 0 kann als charakteristischer Phasenversatz herangezogen werden, weil der Zeitpunkt des Scheitelpunkts So durch ein Nulldurchgang eines Differentialsignals, hier ein Cosinussignal leicht feststellbar ist. Ein Differentialsignal kann durch eine in Resonanz befindliche Spulen- oder Kondensatorschaltung erreicht werden. Der Bezug auf das Differentialsignal So und dem Nulldurchgang ermöglicht, den durch die Emission überlagerten Wendepunkt des Anregungssignals zu ignorieren.
In Figur 5 ist ein Signaldiagramm zur Verdeutlichung des Unterschiedes der Abklingverhalten eines Prozesses erster Ordnung und eines Leuchtstoffes gezeigt, wobei der zuletzt genannte Leuchtstoff eine irreversible Degradation durchlaufen ist.
Das Signal des ersten Leuchtstoffes, der einem Prozesses erster Ordnung gehorcht, wird beschrieben durch eine Funktion für das Nachleuchten gemäß $I (t) = I_{0} e^{- kt}$
mit

I(t) Intensität I zum Zeitpunkt t
I ₀ Sättigungsintensität zum Zeitpunkt t = 0
k Abklingkonstante
t Zeit
e Basis des natürlichen Logarithmus

Das Signal des zweiten Leuchtstoffes, der durch Degradation nicht einem Prozess erster Ordnung gehorcht, wird beschrieben durch eine Funktion für das Nachleuchten gemäß $I (t) = \sum_{i = 1}^{n} I_{0} e^{k_{i} t}$
mit

I (t) = \sum_{i = 1}^{n} I_{0, i} e^{k_{i} t}

I(t) Intensität I zum Zeitpunkt t
i Index über eine Anzahl n verschiedener Prozesse
n Anzahl der Prozesse
I _0,i Sättigungsintensität des Prozesses i aus n zum Zeitpunkt t = 0
k_i Abklingkonstante des Prozesses i aus n
t Zeit

Der Signalverlauf der Summe aus Prozessen erster Ordnung ist nicht mehr durch eine abklingende e-Funktion beschreibbar. Um den exakten Verlauf der Kurve zu messen, fehlt es der Messung an einer klaren Gesetzmäßigkeit. Folglich kann die Summenkurve nicht durch Regressionsrechnung der Ergebnisse aus einer Vielzahl von Einzelmessungen bestimmt werden. Die Anforderung an die Messgenauigkeit zur Charakterisierung der Summenkurve ist also sehr erheblich, da statistische Methoden zur Kurvenbestimmung und deren Glättung gegebenenfalls fehlen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Messaufwand auf die zeitliche Bestimmung von Nulldurchgängen reduziert, wobei die Nulldurchgänge durch Differenzbildung zweier Signale aus den Leuchtstoffen selbst erzeugt werden.
In Figur 6 ist eine Verwendung des Sicherheitsmerkmals durch Markieren mit mindestens zwei Leuchtstoffen mit verschiedenem Abklingverhalten auf einem beispielhaften Geldschein 500 gezeigt. Das Sicherheitsmerkmal 100 ist dort angeordnet, wo bei vielen Geldscheinen 500 ein klassisches Wasserzeichen angeordnet ist, das von beiden Seiten des Geldscheines 500 aus gegen das Licht sichtbar ist.
In Figur 7 ist eine Verwendung des durch Markieren mit mindestens zwei Leuchtstoffen mit verschiedenem Abklingverhalten auf einer beispielhaften Konzertkarte 600 gezeigt. Die Markierung ist dort angeordnet, wo bei vielen Konzertkarten 600 ein Hologramm als Sicherheitsmerkmal angeordnet ist, das einseitig sichtbar ist.
In Figur 8 ist eine Verwendung des Sicherheitsmerkmals durch Markieren mit mindestens zwei Leuchtstoffen mit verschiedenem Abklingverhalten auf einer beispielhaften Medikamentendose gezeigt. Da viele Medikamentendosen gefärbt, aber klar sind, kann die Markierung entweder nur nach vorne oder nur durch die Medikamentendose hindurch angesehen werden.
In Figur 9 ist schließlich eine Verwendung des Sicherheitsmerkmals durch Markieren mit mindestens zwei Leuchtstoffen mit verschiedenem Abklingverhalten auf einem beispielhaften Etikett für eine Ware gezeigt, hier ein Etikett für einen modernen Schuh. Anstelle des Schuhs kommen auch hochpreisige Waren in Betracht, wie Schmuck oder Uhren. Aber auch hochpreisige Lebensmittel können mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals auf einem Etikett ausgezeichnet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

500: Objekt
600: Objekt
700: Objekt
800: Objekt
Δ(I(λ1,t),I(λ2,t)): Differenzsignal
Δ(I(λ1,t),I(λ3,t)): Differenzsignal
Δ(I(λ2,t),I(λ3,t)): Differenzsignal
e: Basis des natürlichen Logarithmus
I(λ1,t): Nachleuchtintensität
I(λ2,t): Nachleuchtintensität
I(λ1): Emissionsbande
I(λ2): Emissionsbande
I(λ3): Emissionsbande
I0: Sättigungsintensität
Isin: Anregungssignal
k: Abklingkonstante
ki: Abklingkonstante des Prozesses i aus n
λ: Wellenlänge
n: Anzahl der Prozesse
L1: Leuchtstoff
L2: Leuchtstoff
L3: Leuchtstoff
v: Wellenzahl
Su: unterer Scheitelpunkt
So: oberer Scheitelpunkt
t: Zeit
tΔ0 (I(λ1,t), I(λ2, t)): Zeit des Nulldurchgangs
tHtd: Halbwertszeitpunkt der abfallenden Flanke
tHtu: Halbwertszeitpunkt der aufsteigenden Flanke

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Echtheit eines Objektes (500, 600, 700, 800), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte
- Markieren des Objektes (500, 600, 700, 800) mit einem ersten Leuchtstoff (L1) mit einem ersten zeitlichen Abklingverhalten,

- Markieren des Objektes (500, 600, 700, 800) mit einem zweiten Leuchtstoff (L2) mit einem zweiten Abklingverhalten, das sich vom ersten Abklingverhalten unterscheidet,

- Anregen der Leuchtstoffe (L1, L2) mit einem Lichtimpuls,

- Einmessen der Nachleuchtintensitäten (I(λ1,t), I(λ2, t)) beider Leuchtstoffe (L1, L2) zeitlich nach dem Anregen mit dem Lichtimpuls,
gekennzeichnet durch
- Bilden eines Differenz- (Δ(I(λ1,t), I(λ2,t)) oder Identitätssignals aus den über die vergangene Zeit (t) eingemessenen Nachleuchtintensitäten (I(λ1,t), I(λ2, t)),

- Bestimmen der Zeit (t_Δ0 (I(λ1,t), I(λ2, t))) eines Nulldurchgangs des Differenzsignals (Δ(I(λ1,t), I(λ2,t)) bzw. der Zeit (t_Δ0 (I(λ1,t), I(λ2, t))) des Identitätssignals eines Komparators, wobei im letzten Fall eine identische Signalhöhe durch ein Identitätssignal eines Komparators festgestellt wird,

- Vergleichen der durch den Nulldurchgang bzw. durch das Identitätssignal bestimmten Zeit (t_Δ0 (I(λ1,t), I(λ2, t))) mit einem Sollwert.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Markieren des Objektes (500, 600, 700, 800) mit mindestens einem weiteren Leuchtstoff (L3) mit einem weiteren Abklingverhalten, das sich von den Abklingverhalten der weiteren Leuchtstoffe unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
Verwenden mindestens eines Leuchtstoffes (L1, L2, L3), dessen Abklingverhalten durch eine Linearkombination verschiedener exponentieller Abklingverhalten erster Ordnung entspricht gemäß $I_{t} = \sum_{i = 0}^{n} I_{0, i} e^{- k_{i} t}$
wobei sämtliche k_i voneinander verschieden sind, mit
I_t Nachleuchtintensität nach Anregung,

I_0,i Sättigungsintensität oder der Anfangsintensität des Prozesses i aus n Prozessen,

k_i Abklingkonstante des Prozesses i aus n Prozessen

n Anzahl von Prozessen

t Zeit.

e Basis des natürlichen Logarithmus,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch
eine Überlappung der Emissionsbanden (I(λ₁), I(λ₂), I(λ₃)) verschiedener Leuchtstoffe (L1, L2, L3) von weniger als 20%, bevorzugt von weniger als 5%, bezogen auf die Fläche unter der jeweils normierten Emissionsbande (I(λ₁), I(λ₂), I(λ₃)) bei einer Auftragung der Emissionsbande (I(λ₁), I(λ₂), I(λ₃)) über die Wellenzahl v.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch
Anregen der Leuchtstoffe (L1, L2, L3) mit einer Folge rechteckförmiger Lichtimpulse, wobei
- der zeitliche Abstand (t₁, t₂, t₃...t_n) zweier aufeinander folgender Lichtimpulse,
gemessen zwischen

dem Halbwertszeitpunkt (t_Htd) der abfallenden Flanke eines vorhergehenden Lichtimpulses und

dem Halbwertszeitpunkt (Htu) einer aufsteigenden Flanke eines nachfolgenden Lichtimpulses,

größer ist als die Zeit (t_Δ0 (I(λ1,t), I(λ2, t))) des durch die Abklingverhalten der eingesetzten Leuchtstoffe (L1, L2, L3) zu erwartenden Nulldurchgangs / zu erwartenden Identitätssignals nach Anregen mit dem vorhergehenden Lichtimpuls,

wobei der zeitliche Abstand je zweier aufeinander folgender Lichtimpulse zufällig oder pseudozufällig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
- Anregen der Leuchtstoffe (L1, L2, L3) mit einem regelmäßigen, sinusförmigen Anregungssignal (I_sin), dessen unterer Scheitelpunkt (Su) des sinusförmigen Verlaufs bei etwa Null liegt,

- Bestimmen des Phasenversatzes (Δφ) zwischen dem oberen Scheitelpunkt (So) des Anregungssignals (φ₀) und des Nulldurchgangs des Differenzsignals (t_Δ0 (I(λ1,t), I(λ2, t))) bzw. des Identitätssignals eines Komparators bei φ_{λ1, λ2}.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
Verwenden von Leuchtstoffen (L1, L2, L3), deren Halbwertszeit (t_1/2) aller Leuchtstoffe bezogen auf das Nachlassen der Leuchtintensität nach Anregen mit einem Lichtimpuls im Bereich zwischen 1 ms und 1.000 ms liegt, im Bereich zwischen 1 µs und 1.000 µs liegt oder im Bereich zwischen 1 ns und 1.000 ns liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch
Verwenden von Leuchtstoffen (L1 L2, L3), deren Sättigungsintensität I₀ unterschiedlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch
Verwenden von Upkonversions-Leuchtstoffen als Leuchtstoffe (L1, L2, L3), im UV-, VIS- und/oder IR-Bereich des Lichtspektrums anregbar sind und die im UV-Bereich, im VIS-Bereich bis in den UV-Bereich nachleuchten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch
Verwenden von Downkonversions-Leuchtstoffen (L1, L2, L3), die im IR-Bereich, im VIS-Bereich bis in den UV-Bereich anregbar sind und im UV-Bereich, im VIS-bereich und/oder im IR-Bereich nachleuchten.