ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ, СПОСОБ ПРОВЕРКИ НАЛИЧИЯ ТАКОВОГО И СИСТЕМА ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ
VALUABLE DOCUMENT, VERIFICATION METHOD IF ANY AND SYSTEM OF VALUABLE DOCUMENTS

Изобретение относится к ценному документу, такому как банкнота, способу проверки наличия такового и к системе ценных документов.
Обеспечение подлинности ценных документов при помощи люминесцирующих веществ известно уже давно. Предпочтительным образом, применяют легированные редкоземельными металлами кристаллические решетки, причем за счет подходящего сочетания редкоземельного металла и кристаллической решетки участки поглощения и излучения могут в широком диапазоне варьироваться. Также известно использование магнитно- и электропроводных материалов для обеспечения подлинности как таковое. Магнетизм, электропроводность и люминесцентное излучение могут быть механизированным образом обнаружены измерительными приборами, люминесценция при излучении с видимом диапазоне с достаточной интенсивностью - также визуально.
Практически столь же давней, как и обеспечение подлинности ценных документов является проблема подделки признаков подлинности ценных документов. Защищенность от подделок может быть, например, улучшена за счет того, что используется не только одно обладающее определенным признаком вещество, а несколько обладающих определенным признаком веществ в комбинации, например, люминесцирующее вещество и магнитное вещество или люминесцирующее вещество и оказывающее влияние на люминесцентные свойства вещество. В DE 102005047609 А1 описаны обладающие определенными признаками вещества для обеспечения подлинности ценных документов, которые содержат люминесцирующее вещество и по меньшей мере еще одно вещество, которое, предпочтительным образом, является магнитно- или электропроводным. Люминесцирующее вещество имеет форму частиц и окружено образованной из наночастиц оболочкой. Свойства обладающего определенными признаками вещества являются следствием совместного действия свойств люминесцентного излучения и свойств наночастиц.
Исходя из уровня техники, в основе настоящего изобретения лежит задача предоставления улучшенного в отношении защиты от подделок ценного документа, а также способа проверки наличия такового.
Общее описание изобретения
Первый аспект изобретения относится к ценному документу с люминесцирующими, обособленными агломератами, которые соответственно включают в себя по меньшей мере две различные, излучающие с первой или же второй длиной излучаемых волн, люминесцирующие, твердые гомогенные фазы, причем при анализе измеряемых значений, которые являются получаемыми за счет проведенного в различных местах, зависящего от местоположения измерения первой интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн и второй интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн, имеется статистическая корреляция между первыми интенсивностями люминесценции и вторыми интенсивностями люминесценции. Кроме того, в ценный документ введен в гомогенной концентрации дополнительный компонент, который люминесцирует при третьей длине излучаемых волн и является некоррелирующим. Введение в ценный документ третьего, некоррелирующего, люминесцирующего компонента позволяет нормировать интенсивность сигнала от обеих твердых гомогенных фаз обособленных агломератов, чем достигается устранение создающих помехи эффектов, например нанесения печати на ценный документ, которые приводят к зависящим от места на ценном документе колебаниям интенсивности люминесценции.
Под статистической корреляцией может пониматься следующее: при проведении серии из ста измерений, выполняемых на листах в случайных местах, для листа, содержащего состоящие из двух пигментов агломераты, получены значения корреляции, а именно коэффициенты корреляции по Браве-Пирсону, превышающие 70%.
Преимущественным является выполнение, при котором использованные для анализа интенсивности люминесценции представляют собой соответственно пересчитанные при помощи алгоритма, откорректированные измеряемые значения.
Кроме того, предпочтительным образом, агломераты выбраны из группы, состоящей из частиц ядро/оболочка, пигментных агломератов, заключенных в капсулу пигментных агломератов и заключенных в оболочку из нанопигментов пигментов.
Кроме того, предпочтительным является выполнение, при котором обособленные агломераты имеют размер зерна D99 в диапазоне от 1 микрона до 30 микронов, более предпочтительным образом в диапазоне от 5 микронов до 20 микронов, еще более предпочтительным образом в диапазоне от 10 микронов до 20 микронов, и наиболее предпочтительным образом в диапазоне от 15 микронов до 20 микронов.
В качестве дополнения или альтернативы вышеописанным значениям размера зерна D99, кроме того, предпочтительным является выполнение, при котором агломераты имеют размер зерна D50 в диапазоне от 1 микрона до 30 микронов, более предпочтительным образом в диапазоне от 5 микронов до 20 микронов, и наиболее предпочтительным образом в диапазоне от 7,5 микронов до 20 микронов.
При этом D99 и D50 обозначают, что 99% или же 50% частиц гранулометрического состава зерен имеют размеры зерна меньше этого значения или равные ему.
Второй аспект изобретения относится к способу проверки наличия ценного документа согласно первому аспекту изобретения, причем способ включает в себя следующие этапы:
а) возбуждение люминесцирующих веществ для излучения,
б) пространственная и избирательная по длине волн регистрация измеряемых значений для испускаемого люминесцирующими веществами излучения, причем для каждой из первых и из вторых длин излучаемых волн создают пары измеряемых значений «длина излучаемых волн/место», чтобы получить таким образом первые интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн и вторые интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн,
в) проверка того, имеется ли статистическая корреляция между первыми интенсивностями люминесценции и вторыми интенсивностями люминесценции.
В предпочтительном варианте осуществления способа используемые для анализа интенсивности люминесценции могут представлять собой соответствующие откорректированные измеренные значения, пересчитанные при помощи алгоритма.
Третий аспект изобретения относится к системе ценных документов по меньшей мере с первыми ценными документами и вторыми ценными документами, причем первые ценные документы соответственно выбраны согласно первому аспекту изобретения, и первые ценные документы являются отличаемыми от вторых ценных документов на основании статистической корреляции их интенсивностей люминесценции.
В качестве системы ценных документов, например, может быть выбрана система, которая имеет несколько типов банкнот различной деноминации.
Согласно предпочтительному варианту система ценных документов может быть выполнена таким образом, чтобы вторые ценные документы не имели статистической корреляции.
Согласно еще одному предпочтительному варианту система ценных документов включает в себя первые ценные документы, вторые ценные документы, третьи ценные документы и четвертые ценные документы, из которых третьи ценные документы и четвертые ценные документы являются лишь факультативными, а именно:
а) первые ценные документы, которые имеют соответственно одну люминесцирующую смесь, состоящую из люминесцирующих, обособленных агломератов (А+В) и люминесцирующих частиц С, причем
- обособленные агломераты (А+В) содержат соответственно две различные, излучающие с первой или же со второй длиной излучаемых волн, люминесцирующие, твердые гомогенные фазы А и В, а люминесцирующие частицы С состоят соответственно из излучающей при третьей длине излучаемых волн, твердой гомогенной фазы С, и
- при анализе измеряемых значений, которые являются получаемыми за счет проведенного в различных местах, зависящего от местоположения измерения первой интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн, второй интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн и третьей интенсивности люминесценции при третьей длине излучаемых волн, имеется статистическая корреляция лишь между первыми интенсивностями люминесценции и вторыми интенсивностями люминесценции,
б) вторые ценные документы, которые имеют соответственно одну люминесцирующую смесь, состоящую из люминесцирующих, обособленных агломератов (В+С) и люминесцирующих частиц А, причем
- обособленные агломераты (В+С) содержат соответственно две различные, излучающие со второй или же с третьей длиной излучаемых волн, люминесцирующие, твердые гомогенные фазы В и С, а люминесцирующие частицы А состоят соответственно из излучающей при первой длине излучаемых волн, твердой гомогенной фазы А, и
- при анализе измеряемых значений, которые являются получаемыми за счет проведенного в различных местах, зависящего от местоположения измерения первой интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн, второй интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн и третьей интенсивности люминесценции при третьей длине излучаемых волн, имеется статистическая корреляция лишь между вторыми интенсивностями люминесценции и третьими интенсивностями люминесценции,
факультативно в) третьи ценные документы, которые соответственно имеют люминесцирующую смесь, состоящую из люминесцирующих, обособленных агломератов (А+С) и люминесцирующих частиц В, причем:
- обособленные агломераты (А+С) соответственно содержат две различные, излучающие с первой или же с третьей длиной излучаемых волн, люминесцирующие, твердые гомогенные фазы А и С, а люминесцирующие частицы В соответственно состоят из излучающей при второй длине излучаемых волн, твердой гомогенной фазы В, и
- при анализе измеряемых значений, которые являются получаемыми за счет проведенного в различных местах, зависящего от местоположения измерения первой интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн, второй интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн и третьей интенсивности люминесценции при третьей длине излучаемых волн, статистическая корреляция имеется лишь между первыми интенсивностями люминесценции и третьими интенсивностями люминесценции, и
- факультативно г) четвертые ценные документы, которые имеют соответственно люминесцирующие, обособленные агломераты (А+В+С), причем
- обособленные агломераты (А+В+С) содержат соответственно три различные, излучающие с первой или же со второй или же с третьей длиной излучаемых волн, люминесцирующие, твердые гомогенные фазы А, В и С и
- при анализе измеряемых значений, которые являются получаемыми за счет проведенного в различных местах, зависящего от местоположения измерения первой интенсивности люминесценции при первой длине излучаемых волн, второй интенсивности люминесценции при второй длине излучаемых волн и третьей интенсивности люминесценции при третьей длине излучаемых волн, статистическая корреляция имеется между первыми интенсивностями люминесценции, вторыми интенсивностями люминесценции и третьими интенсивностями люминесценции.
Подробное описание изобретения
Ценные документы в рамках изобретения представляют собой такие документы, как банкноты, чеки, акции, ценные марки, удостоверения личности, паспорта, кредитные карты, свидетельства и другие документы, этикетки, печати и требующие обеспечения безопасности предметы, такие как, например, CD-диски, упаковки и тому подобное. Предпочтительной областью применения являются банкноты, которые, прежде всего, имеют бумажную основу.
Люминесцирующие вещества стандартным образом применяют для обеспечения безопасности банкнот. В случае люминесцирующего признака подлинности, который нанесен, например, на различные места бумажной основы банкноты, сигналы люминесценции признака в различных местах естественным образом подвержены определенным колебаниям. В основу настоящего изобретения положено знание о том, что целенаправленное создание обособленных, смешанных агломератов из двух различных люминесцирующих веществ имеет следствием эффект статистической корреляции колебаний интенсивности сигналов люминесценции обоих веществ. Таким образом, можно различать предлагаемые образцы путем анализа определенной агломератом корреляции сигналов от некоррелирующих признаков подлинности. Анализ определенной агломератом корреляции сигналов может быть выполнен, например, при помощи вычислительного модуля в датчике. Некоррелирующие признаки подлинности - это, прежде всего, смеси отдельных, необработанных порошкообразных люминесцирующих веществ.
Использование вышеупомянутого эффекта приводит к повышению защищенности от подделок, так как некоррелирующие обладающие определенным признаком сигналы могут быть распознаны как «неподлинные», несмотря на одинаковое положение полосы и одинаковую интенсивность. Кроме того, может быть увеличено количество возможных вариантов кодирования. Таким образом, из одного варианта кодирования, который включает в себя отдельные обладающие определенными признаками, люминесцирующие вещества А, В и С, при помощи целенаправленной агломерации частиц соответственно двух или же трех обладающих определенными признаками, люминесцирующих веществ дополнительно создаются четыре варианта (А+В), С/А, (В+С)/(А+С), В/(А+В+С) с возможностью различения, причем сигналы веществ находящихся соответственно внутри одних скобок коррелируют друг с другом.
Предлагаемые обособленные агломераты имеют по меньшей мере два различных люминесцирующих вещества, у которых независимо друг от друга за счет излучения в инфракрасном, и/или видимом, и/или ультрафиолетовом диапазоне может быть вызвано люминесцентное излучение, предпочтительным образом флуоресцентное излучение. Сцепляемость обоих, имеющихся в форме твердых гомогенных фаз люминесцирующих веществ должна быть достаточно сильной, чтобы при хранении и обработке не возникало разделение обоих люминесцирующих веществ, по меньшей мере не в той мере, которая повредила бы изготовлению признаков безопасности.
В случае предлагаемых обособленных агломератов речь может идти, прежде всего, о частицах ядро/оболочка, пигментных агломератах, заключенных в оболочку пигментных агломератах и заключенных в оболочку из нанопигментов пигментах. Пигментные агломераты и заключенные в капсулу пигментные агломераты являются особенно предпочтительными.
Отдельные люминесцирующие твердые гомогенные фазы, которые образуют предлагаемые обособленные агломераты, могут основываться, например, на образующем матрицу неорганическом твердом теле, которое легировано одним или несколькими редкоземельными металлами или переходными металлами.
Примеры подходящих неорганических твердых тел, которые пригодны для создания матрицы:
оксиды, прежде всего 3- и 4-валентные оксиды, например оксид титана, оксид алюминия, оксид железа, оксид бора, оксид иттрия, оксид церрия, оксид циркония, оксид висмута, а также более сложные оксиды, такие как, например, гранаты, в том числе, среди прочего, например, железо-иттриевые гранаты, алюминий-иттриевые гранаты, гадолиний-галлиевые гранаты, перовскиты, в том числе, среди прочего, алюминий-иттриевый перовскит, лантан-галлиевый перовскит, шпинели, в том числе, среди прочего, цинк-алюминиевая шпинель, магний-алюминиевая шпинель, железо-марганцевая шпинель, или смешанные оксиды, такие как, например, ИЦО (индий-цинковый оксид),
оксигалогениды или оксихалькогениды, прежде всего оксихлориды, такие как, например, оксихлорид иттрия, лантаноксихлорид, а также оксисульфиды, такие как оксисульфид иттрия, оксисульфид гадолиния, сульфиды и другие халькогениды, например сульфид цинка, сульфид кадмия, селенид цинка, селенид кадмия,
сульфаты, прежде всего сульфат бария и сульфат стронция,
фосфаты, прежде всего фосфат бария, фосфат стронция, фосфат кальция, фосфат иттрия, фосфат лантана, а также более сложные соединения на основе фосфатов, такие как, например, апатиты, в том числе, среди прочего, гидроксиапатиты кальция, фторапатиты кальция, хлорапатиты кальция, или сподиозиты, в том числе, например, фторсподиозиты кальция, хлорсподиозиты кальция,
силикаты и алюмосиликаты, прежде всего цеолиты, такие как, например, целоит А, цеолит Y, родственные цеолитам соединения, такие как, например, содалиты, полевые шпаты, такие как, например, щелочные полевые шпаты, плагиоклазы,
прочие неорганические классы соединений, такие как, например, вандаты, германаты, арсенаты, ниобаты, танталаты.
Положенный в основе изобретения принцип далее детально описывается в связи с фиг. 1-4.
При защите банкноты при помощи признаков безопасности на основании люминесцирующих пигментов (таких, как вышеупомянутые, легированные редкоземельными металлами или переходными металлами неорганические матрицы) часто достаточно нанести относительно небольшое количество признака. Массовые доли могут находиться, прежде всего, в диапазоне промилле. Однако, при нанесении такого признака на бумажную основу банкноты в сильно разбавленной форме пространственное распределение пигментных частиц при нормальных условиях не является идеально гомогенным. При чисто случайном распределении частиц пигмента в нанесенной на лист массе существуют обусловленные природными условиями участки с более высокой и менее высокой концентрацией частиц. Это может обнаружиться при изменении интенсивности люминесценции на различных участках субстрата банкноты за счет колебаний интенсивности.
Из уровня техники известно применение в качестве признака безопасности для повышения уровня безопасности кодирований, состоящих из двух или более люминесцирующих веществ. Интенсивность колебаний, которые основаны на случайном распределении частиц пигментов внутри нанесенной на лист массы, являются при этом независимыми друг от друга. Таким образом, между случайными, зависящими от места колебаниями интенсивности двух различных, обладающих определенными признаками веществ нет никакой взаимосвязи. При этом следует обратить внимание на то, что это не действительно в отношении самих неоднородностей бумаги, например для различных в зависимости от места толщин бумаги. В этом случае колебания интенсивности люминесценции, например более низкие значения на более тонких участках бумаги, сказались бы на обоих обладающих определенными признаками веществах в равной мере. За счет подходящего выбора признаков безопасности и максимально возможно низкой концентрации в субстрате часто можно пренебречь обусловленными субстратом колебаниями по отношению к обусловленным случайным распределением частиц колебаниям (или ограничить за счет подходящего способа анализа).
Другая картина, напротив, получается при комбинации двух различных люминесцирующих веществ в обособленный агломерат (см. фиг. 1). Например, обособленный агломерат, который был получен в результате агломерации смеси люминесцирующих пигментов «А» и «В», объединял бы в себе оба типа пигментов.
При внесении нескольких показанных на фиг. 1, обособленных агломератов в бумагу и случайном распределении в бумажной массе независимо от субстрата возникла бы взаимосвязь между пространственными распределениями люминесцирующих пигментов «А» и «В» (см. фиг. 2).
На фиг. 2 показано схематическое сравнение интенсивностей люминесценции светящихся пигментов «А» и «В» в четырех местах бумажного субстрата, причем плотно заполненные точками поверхности символизируют высокие интенсивности сигнала, а менее плотно заполненные точками поверхности - менее высокие интенсивности сигнала.
Фиг. 2 слева:
Пигменты «А» и «В», которые имеют соответственно низкую интенсивность люминесценции, применяют в большем количестве. Это приводит к небольшим колебаниями интенсивности люминесценции на отдельных участках. «Сигнал А» и «сигнал В» всегда похожи по интенсивности.
Фиг. 2 посередине:
Пигменты «А» и «В», которые имеют соответственно высокую интенсивность люминесценции (это может быть достигнуто, например, в результате того, что размер частиц настраивают на частицы большего размера, или в результате применение агломератов особо чистых веществ), используют в меньшем количестве. Это приводит к тому, что некоторые участки дают высокий «сигнал А», а некоторые участки - высокий «сигнал В». Между двумя этими сигналами не существует взаимосвязи, то есть статистическая корреляция отсутствует. Под понятием «агломерат особо чистых веществ» понимают агломерат, который содержит исключительно частицы одного типа.
Фиг. 2 справа:
Применены обособленные агломераты, которые получены из частиц «А» и частиц «В». Исходные вещества А и В могут иметь соответственно высокую или низкую интенсивность. Получают участки с повышенным «сигналом А» и одновременно повышенным «сигналом В», а также участки с низким «сигналом А» и одновременно низким «сигналом В». Иными словами, между двумя сигналами существует статистическая корреляция.
Показанная на фиг.2 справа взаимосвязь между «сигналом А» и «сигналом В» не обязательно прямо пропорциональна. Обособленные агломераты, идеальным образом, но не обязательно, состоят из 50% частиц А и 50% частиц В. Возможно, что способ изготовления приводит к появлению обособленных агломератов со статистическим внутренним распределением пигментов А и В. Например, могут возникнуть составы агломератов, которые, в среднем, состоят из десяти пигментных частиц и содержат агломераты с составом «5А+5В», а также «3А+7 В» и «7А+3В» и т.д. Таким образом, например, возможно, что в измерительном положении бумажного субстрата, в котором имеется высокая локальная концентрация агломератов, может быть замерен особо сильный сигнал люминесцирующего вещества «А», однако сигнал люминесцирующего вещества «В» несущественно повышен. Однако это маловероятно со статистической точки зрения. При локальном концентрации или же истощении агломератов существует вероятность возникновения, в известной степени, концентрации или же истощения сигналов «А» и «В». Сигналы таким образом коррелируют друг с другом. Для дальнейшего пояснения этой корреляции следует пример применения 1.
Пример применения 1.
Из двух люминесцентных веществ «А» и «В» были изготовлены смешанные агломераты. Для сравнения были изготовлены агломераты «только А» и агломераты «только В». Затем в аппарате для формирования листа был подготовлен лист бумаги с 2 массовыми промилле смешенных агломератов из «А» и «В». Кроме того, был подготовлен лист бумаги со смесью 1 масс % «только А» и 1% по массе «только В». Спектральное исследование показало, что в обоих листах могли быть соответственно распознаны сигналы вещества «А» и вещества «В» при равной длине волны и со сравнимой интенсивностью. Таким образом, стандартный датчик, который проверяет положение полосы, и интенсивность люминесценции не установил бы никакой разницы между двумя листами бумаги и признал бы оба «идентичными» или же «подлинными».
Однако если бы дополнительно была учтена корреляция обоих сигналов от «А» и «В» друг с другом, то можно было бы распознать явные отличия между листами. Кроме того, листы были замерены датчиком, которые автоматически проверяет силу сигнала обоих признаков А и В одновременно в нескольких измерительных положениях. Для увеличения количества информационных точек измерения и анализ были проведены в нескольких местах листа. В случае листа, где оба вещества были «чистыми», сигналы от «А» и «В» колеблются независимо друг от друга (см. фиг. 3). Если интенсивности «А» и «В» нанести друг на друга в графической форме, в результате этого возникнет множество точек округлой формы. В случае листа со смешенными агломератами зависимость колебаний сигнала является обнаружимой (см. фиг. 4). Если интенсивности от «А» и «В» нанести друг на друга в графической форме, то вдоль диагоналей осей будет видна растянутая область распределения точек. Распределение точек показывает корреляцию между силой сигнала обоих компонентов.
Если бы нормированные интенсивности сигнала от «А» и «В» во всех измерительных положениях бумажного субстрата были идентичны, то показанная на фиг. 4 область распределения точек, идеальным образом, представляла бы собой линию. Таки свойства в реальности по причине статистического состава агломератов часто не встречается, так как для такого поведения все агломераты должны иметь твердое соотношение, например, точно 50% составляющей «А» и точно 50% составляющей «В». Однако, на практике создание подобных систем или приближение к этому состоянию возможно, например, за счет (1) электростатического предпочтения гетерогенной агломерации, или (2) массивного увеличения количества частиц в агломерате, или (3) за счет применения наночастиц, или (4) за счет контролируемого конструирования систем ядро-оболочка с определенными величинами.
Анализ измеряемых значений и определение статистической корреляции описываются подробно ниже в связи с фиг. 5.
Для анализа измеряемых значений и определения наличия или отсутствия статистической корреляции могут быть привлечены различные математические способы.
Вместо «статистической корреляции» можно также говорить о «статистической зависимости». При этом проверяют, имеется ли поточечная статистическая зависимость между интенсивностью «А» и интенсивностью «В» (решение да/нет).
Прежде всего, могут быть определены количественные меры, которые указывают, насколько сильной является поточечная статистическая зависимость между интенсивностью «А» и интенсивностью «В». За счет этого можно определить классифицирующие классы.
Существуют многочисленные способы из справочников, по которым оценивают силу зависимости случайных переменных величин. В справочнике W.Н. Press: „Numerical Recipes in С - The Art of Scientific Computing", Cambridge University Press, 1997, страница 628-645, объем раскрытия которого содержится здесь в форме ссылки, например описаны следующие способы:
Три типа данных: «номинальный» (общие классы, например красный, желтый), «порядковый» (упорядоченные классы, например хороший, средний, плохой), «непрерывный» (непрерывные измеряемые значения, например 1.2, 3.5, 2.7). «Номинальный» - наиболее общий, «непрерывный» - наиболее частный.
1. Непрерывный
Корреляция, конкретная линейная корреляция (коэффициент корреляции по Браве-Пирсону). Этот тип расчета, прежде всего, подходит в случае двухмерных нормальных распределений. Предпочтительным образом, необходимо предварительно удалить из статистики отклонения сигналов выше квантилей.
2. Порядковый
Способ установления порядка очередности: Расчеты проводят не на основании оригинальных значений, а на основании признаков порядка очередности.
а) Коэффициент ранговой корреляции Спирмена: вышеуказанный коэффициент корреляции Браве-Пирсона, примененный для признаков порядка очередности.
б) Тау Кендалла: Анализирует, насколько часто при всех парах информационных точек остается сохранен порядок очередности.
Эти способы подходят для любых распределений. Прежде всего, отклонения сигналов при этом не имеют искажающего воздействия.
3. Номинальный
Анализы, основанные на таблицах сопряженности признаков (то есть таблицах с абсолютными или относительными частотностями событий с дискретными (то есть не непрерывными) значениями).
а) Хи-квадрат критерий для проверки, имеется ли статистическая зависимость,
б) Основанный на энтропии анализ. Пример: симметричный коэффициент погрешности.
При применении этого способа предпочтительным образом следует сначала подразделить двухмерные реальные измеряемые значения через интервалы класса на двухмерные классы и определить двухмерные частотности (таблица сопряженности признаков).
Дополнительная литература по вышеупомянутой теме: Р. Шторм: «Расчет вероятности, математическая статистика и статистический контроль качества», (R. Storm: „Wahrscheinlichkeitsrechnung, mathematische Statistik und statistische Qualitatskontrolle») издательство Carl Hanser, 12-ое издание, 2007, стр. 246-285, объем раскрытия которого содержится здесь в форме ссылки.
Дополнительная информация по вышеупомянутой теме можно найти в Интернете на следующих веб-сайтах:
http://en.wikipedia.org/wiki/Correlation_and_dependence http://en.wikipedia.org/wiki/Spearman%27s_rank_correlation_coefficient
http://de.wikibooks.Org/wiki/Mathematik:_Statistik:_Korrelationsanalyse
http://de.wikipedia.org/wiki/Rangkorrelationskoeffizient
Далее в целях лучшего понимания в качестве примера описаны два статистических способа для анализа:
Пример 1: следующая функция корреляции.
Она дает положительный результат, если две точки данных одного ряда одновременно находятся выше или ниже их соответствующего измеренного значения, таким образом, соответственно две «высокие» или две «низкие» интенсивности сигнала от «А» и «В» находятся в одинаковом месте.
Пример 2: Способ с несколькими этапами, с целью провести анализ соотношения длины к ширине полученных из измеряемых значений массивов точек (см. фиг. 5). Для минимизации влияния «отклонений» при этом было проигнорировано соответственно 25% самых высоких или же самых низких сигналов. Коррелирующие массивы точек являются вытянутыми и имеют ярко выраженное соотношение длины к ширине, при некоррелирующих массивах точек длина и ширина примерно равны по величине.
Предлагаемый ценный документ на участке люминесцирующего кодирования может дополнительно иметь оттиск, водяной знак и/или элемент безопасности на основе фрагмента безопасности или полоски безопасности. Такие дополнительные элементы безопасности - это факторы, которые препятствуют корректному анализу статистической корреляции или же создают дополнительный эффект корреляции, который не является следствием особой конструкции предлагаемого, обособленного агломерата. Сюда относятся все факторы, за счет которых изменяется сила сигнала обоих анализируемых видов люминесценции на одном и том же месте бумажного субстрата. Это может, например, быть ослаблением или усилением, причиной которого является одна из следующих причин:
- локальное изменение толщины или плотности в бумажном субстрате, например, в случае водяного знака,
- абсорбция возбуждающего излучения для люминесцирующего признака за счет оттиска (или же нанесения печати) или полоски безопасности,
- дополнительное эмиссионное излучение, которое вызвано оттиском (или же нанесением печати) или полоской безопасности,
На фиг. 6 показано сравнение между люминесцирующими сигналами двух некореллирующих люминофоров в бумажном субстрате без нанесенной печати и после нанесения рисунка в полоску. В бумажном субстрате без нанесения печати ожидаемым образом не существует заметной взаимосвязи между силами сигналов обоих люминофоров. После нанесения печати в местах с нанесенной печатью, однако, происходит ослабление сигнала, за счет чего возникает пространственная корреляция интенсивностей сигнала обоих люминофоров. Таким образом, возникает эффект, схожий с тем, который достигают за счет применения предлагаемых обособленных агломератов. Следовательно, четкое различие между «нормальными», то есть не предлагаемыми признаками и предлагаемыми признаками усложняется. В дальнейшем, следовательно, в качестве примера приведены два способа, при помощи которых можно избежать или же сократить такие нежелательные, вызванные нанесением печати или тому подобным корелляционные эффекты.
Способ корректировки 1.
В гомогенной концентрации в ценный документ вводят дополнительный («третий»), люминесцирующий при третьей длине излучаемых волн компонент, который является некоррелирующим. За счет введения подходящего третьего некоррелирующего люминесцирующего компонента и нормирования при помощи его интенсивности сигнала исчезают, например, абсолютно все вышеописанные, вызывающие помехи эффекты. Особенно подходящими при этом являются люминесцирующие вещества, которые бы имели в немодифицированном бумажном субстрате особенно малые или, идеальным образом, вообще не имели бы никаких зависящих от места колебаний интенсивности люминесценции, то есть имели бы пространственно гомогенную световую интенсивность без дополнительных воздействий. При применении к приведенному на фиг. 6 примеру, это бы означало, что на периодическое ослабление за счет нанесения рисунка в полоску наряду с первыми обоими люминофорами соответствующим образом оказывал бы влияние также третий компонент. Так как в отношении третьего гомогенного компонента известна величина «ослабления» за счет внешних эффектов, исходными состояниями всех других компонентов можно пренебречь. Этот способ, тем самым, устраняет абсолютно все корреляционные эффекты, которые равным образом воздействуют на все три компонента, к которым относятся нанесение печати и различия в толщине в субстрате, однако, не имеет влияния на корреляционные эффекты, которые касаются только определенных компонентов. Таким образом предлагаемые, основанные на агломерации корреляционные эффекты влиянию не подвергаются.
Способ корректировки 2.
Если введение вышеупомянутых третьих компонентов, например, из соображения затрат является нежелательным, то в зависимости от случая применения могут быть использованы также другие способы. Если интенсивность люминесценции в немодифицированном бумажном субстрате находится, например, обычно выше известного пограничного значения и становится ниже этого пограничного значения только под воздействием эффектов от нанесения печати или изменений толщины в бумажном субстрате и т.д., то соответствующие информационные точки могут быть исключены из анализа. Этот способ особенно подходит для случаев с резкими и сильными изменениями интенсивности, например, в случае нанесения печати с ярковыраженными линиями и участками, однако, в меньшей степени, для плавных переходов цветов с постепенной сменой или филигранным рисунком. Если замеренные участки расположены локально близко друг к другу, то преимущественным образом при недостижении пограничного значения в точке измерения должны быть также исключены абсолютно все соседние точки измерения (см. фиг. 7). За счет этого участки измерений с нанесенной печатью на границе участка с нанесенной печатью частично исключают, даже если их интенсивности по причине только неполного нанесения печати находятся выше порогового значения.
На фиг. 7 показано, как исключают участки измерений с нанесенной печатью ниже пограничного интенсивности (на фигурах обозначены крестиками). Затем соседние участки также исключают.
Предлагаемые обособленные агломераты описаны ниже в связи с фиг. 8 на примере предпочтительных форм осуществления.
Принципиальным образом для создания предлагаемых, обособленных агломератов, исходя из двух (или трех) люминесцирующих веществ, подходит целый ряд способов изготовления. При нормальных условиях ранее имевшиеся в наличии по отдельности люминесцирующие частицы заставляют объединяться в более крупную единицу. Полученную подобным образом более крупную единицу затем фиксируют таким образом, что частицы во время применения признака безопасности больше не могут отделиться друг от друга. При этом решающим является то, что более крупные единицы включают в себя одинаковые части обоих (или же трех) люминесцирующих веществ, причем при помощи большинства способов изготовления получают случайную статистическую смесь частиц.
Нежелательным является соединение соответственно равных частиц, так что агломераты включают в себя только один вид люминофора. Это может произойти, например, в том случае, если различные люминофоры до процесса соединения не достаточно перемешаны, или соединению веществ одного вида способствуют поверхностные эффекты или т.п. При нормальных условиях или же при корректном проведении процедур синтеза такими эффектами, тем не менее, можно пренебречь.
Важный фактор - размеры частиц, которые образуют агломерат, а также размер самого возникающего агломерата. Для применений в качестве признака безопасности в области банкнот агломераты не должны превышать размер зерна 20 мкм. Частицы, из которых образуется агломерат, должны быть значительно меньше, так как с уменьшением размера в агломерат может быть интегрировано большее количество частиц. За счет большего количества интегрированных частиц, в свою очередь, повышается вероятность получить «подходящее распределение» обоих видов частиц внутри агломера.
Таким образом, имеется в виду следующая взаимосвязь. Если бы исходное вещество было настолько велико, чтобы только соответственно три частицы вещества А и В могли образовать агломерат, не превышая максимальный размер агломерата, то были бы возможны комбинации , ААА' /,ААВ' /,АВВ' /,ВВВ'. Однако, подобное соединение было бы полностью неподходящим для предлагаемого варианта применения. Ведь 25% агломерата состояли бы из только одного вещества (AAA или же ВВВ) и, таким образом, не создавали бы корреляции, другие 75% состояли бы соответственно на одну треть из одного вещества и на две трети из второго вещества и, таким образом, создавали бы только плохие корреляционные значения.
Если в качестве противоположного предельного случая представить себе агломерат, который состоит из 10000 (или «бесконечно многих») отдельных частиц, то вероятность того, что все частицы случайным образом окажутся идентичными, произвольно мала. При применении одинаковых количеств обоих типов частиц для синтеза соотношение смеси в проведенных из нее агломератах будет составлять 50% или же будет мало от этого отличаться. Таким образом, такие агломераты хорошо подошли бы для применения в качестве предлагаемого признака.
На практике часто встречаются случаи, находящиеся между обоими этими предельными вариантами. Уменьшение размера люминофора приводит в большинстве случаев к заметной потере интенсивности свечения. Особенно начиная с размера зерна ок. 1 мкм многие светящиеся вещества демонстрируют ярко выраженную потерю интенсивности, которая является, в основном, следствием повышения поверхности, так как здесь энергия может быть уменьшена без излучения на поверхностных дефектах. Однако, слишком большой размер зерна приводит к вышеописанным проблемам при изготовлении подходящих агломератов.
Поэтому в качестве люминесцирующих веществ для построения агломератов предпочтительным образом применяют от маленьких до средних по величине частиц, например с величиной зерна между 1 и 5 мкм.
Однако необходимо упомянуть о том, что при доступности соответственно интенсивных люминофоров с маленькими размерами частиц, например, в области нанометра, они также могли бы быть использованы.
Соотношение количеств обоих веществ А и А, из которых изготавливают агломераты, составляет идеальным образом 1:1, если оба вещества обладают одинаковой интенсивностью и размером зерна. Например, в случае применения при больших различиях в силе свечения или при различных распределениях размера зерен может быть преимуществом адаптация этих соотношений. Также при определенных условиях может оказаться необходимой адаптация соотношения количеств, чтобы, например, создать определенное желаемое среднее соотношение интенсивностей обоих сигналов в конечном продукте.
Все вышеприведенные описания относятся ради простоты к созданию агломератов из двух люминофоров, однако также могут аналогичным образом состоять из трех или же любого другого количества люминофоров, причем интенсивности сигналов всех принимающих в этом участие люминофоров, таким образом, кореллируют друг с другом.
Обозначенные как «агломераты» единицы, которые включают в себя соответственно несколько люминофоров, согласно одному варианту представляют собой неупорядоченную массу сцепленных между собой частиц, которые были «склеены» фиксированным или постоянным образом (см. фиг. 8а и б). Это может произойти, например, за счет покрытия оболочкой полимерного или силикатного слоя (см. WO 2006/072380 A2), или за счет соединения поверхностей частиц друг с другом химическими группами и т.д. Такие агломераты с технической точки зрения сравнительно просты в изготовлении и поэтому являются предпочтительными. Частицы могут согласно еще одному варианту иметь другую структуру, не теряя функциональности (см. фиг. 8в, г и д). При определенных условиях альтернативные формы осуществления, такие как агломераты или системы ядро-оболочка, могут обладать преимущественными свойствами (например, контролируемое распределение частиц). Однако их синтез в основном является более затратным.
На фиг. 8 в отношении обособленных агломератов показаны следующие примеры:
(а) неупорядоченный пигментный агломерат, который имеет два различных (прежде всего, сцепленных друг с другом) люминесцирующих пигмента и заключен в оболочку или же в капсулу с полимерным или силикатным слоем,
(б) неупорядоченный пигментный агломерат, который имеет два различных, сцепленных друг с другом люминесцирующих пигмента,
(в) частица ядро-оболочка, у которой ядро образовано из одного люминесцирующего пимента, а оболочка образована из нескольких вторых люминесцирующих пигментов,
(г) частица ядро-оболочка, у которой ядро образовано из одного люминесцирующего пимента, а непрерывная, гомогенная оболочка образована из второго люминесцирующего материала,
(д) упорядоченный пигментный агломерат, который имеет два различных люминесцирующих пигмента.
Для вышеуказанного примера неупорядоченного агломерата ниже описан пример синтеза.
Для этого в воде диспергируют предназначенные для агломерации люминофоры (или же люминесцирующие пигменты). Высокая концентрация растворенного гидрокарбоната калия приводит к временной агломерации частиц люминофоров (экранирование отражаемого поверхностного заряда при помощи катионов калия). Средний размер агломератов может быть отрегулирован за счет контроля скорости перемешивания, температуры, концентрации и т.д. При этом важно допускать как можно меньшие срезывающие усилия или же вообще не допускать наличия срезывающих усилий, которые бы иначе разделили агломерат на отдельные частицы. Агломерированное состояние фиксируют при помощи медленного дозированного добавления калиевого жидкого стекла, так как последнее реагирует растворенным гидрокарбонатом с диоксидом кремния и, таким образом, покрывает слоем агломерат или же «склеивает» отдельные частицы. После фильтрации продукт подвергают термической обработке при 250°C, чтобы дополнительно усилить соединение содержащихся в агломерате частиц.
Прочие примеры осуществления, а также преимущества изобретения будут разъяснены далее в связи с фиг. 9-12.
БИК-люминесцирующие пигменты
Сокращение «БИК» обозначает «ближняя инфракрасная область».
В примерах применения используют пять неорганических БИК-люминесцирующих пигментов со следующими свойствами:
БИК-люминесцирующий пигмент «А»: Макс, люминесценция 1000 нм при возбуждении с 802 нм,
БИК-люминесцирующий пигмент «В»: Макс, люминесценция 1082 нм при возбуждении с 802 нм,
БИК-люминесцирующий пигмент «С»: Макс, люминесценция 1545 нм при возбуждении с 950 нм,
БИК-люминесцирующий пигмент «D»: Макс, люминесценция 2040 нм при возбуждении с 950 нм,
БИК-люминесцирующий пигмент «Е»: Макс, люминесценция 1792 нм при возбуждении с 950 нм,
Все пигменты имеют размер зерен D99<5 мкм и D50<2 мкм.
Предписание 1 для создания агломерата люминесцирующих частиц
10 г БИК-люминесцирующего пигмента диспергировать в 60 г воды. Добавить 120 мл этанола, а также 3,5 мл аммиака (25%). При помешивании добавить 10 мл тетраэтилортосиликата, и перемешивать реакционную смесь в течение последующих восьми часов. Продукт отфильтровать, два раза промыть 40 мл воды, просушить при 60°C в сушильном шкафу. Будут получены агломераты частиц с размером зерна D99=20-30 мкм. Полученные агломераты подвергнуть термической обработке при 300°C в течение часа и затем обработать в ультрацентрифугальной мельнице. Будет получен продукт с сокращенным размером зерна D99=15-18 мкм.
Предписание 2 для создания агломерата люминесцирующих частиц
2
33 г БИК-люминесцирующего пигмента диспергировать в 245 г воды. Добавить 44 г гидрокарбоната калия и при помешивании в течение часа добавить каплями раствор калиевого жидкого стекла, так что в конце в продукте имеется доля SiO в размере 20%. Продукт отфильтровать, два раза промыть 150 мл воды и просушить при 60°C в сушильном шкафу. Будут получены агломераты частиц с размером зерна D99=18-20 мкм.
Полученные агломераты
«АВ1»: 5 г БИК-пигмента А и 5 г БИК-пигмента В обработать согласно предписанию 1.
«А1»: 10 г БИК-пигмента А обработать согласно предписанию 1.
«В1»: 10 г БИК-пигмента В обработать согласно предписанию 1.
«CD2»: 16,6 г БИК-пигмента С и 16,6 БИК-пигмента D обработать по предписанию 2.
«С2»: 33 г БИК-пигмента С обработать по предписанию 2.
«D2»: 33 г БИК-пигмента D обработать по предписанию 2.
Пример применения 1: Корреляция сигналов в бумажном субстрате без корректирующего компонента
2
Имеющие два люминесцирующих пигмента агломераты (АВ1) добавляют к бумажной массе во время производства листа таким образом, что агломераты АВ1 в получаемом листе однородно распределены в бумажной основе с массовой долей 0,1% по массе Лист затем замеряют в нескольких разных местах при помощи возбуждения светом с длиной волны 802 нм (размер измеряемого пятна около 1 мм). Соответственно, обнаруживают интенсивности люминесценции при 1000 нм (А) и 1082 нм (В). Построение кривой по полученным измеренным точкам дает графы на фиг. 9.
На фиг. 9 показаны относительные интенсивности люминесценции при 1000 нм (А) (вертикальная ось) и 1082 нм (В) (правая ось) в различных местах бумажного субстрата с полученными из двух люминесцирующих пигментов агломератами АВ1.
В качестве сравнительного примера изготавливают другой лист, который содержит 0,05% по массе агломерата А1 из чистого пигмента А и 0,05% по массе агломерата В1 из чистого пигмента В, а также измеряют его. Построение кривой по полученным измеренным точкам дает графы на фиг. 10.
На фиг. 10 показаны относительные интенсивности люминесценции при 1000 нм (А) (правая ось) и 1082 нм (В) (вертикальная ось) в различных местах бумажного субстрата с соответственно полученными из одного люминесцирующего пигмента агломератами А1 и В1.
Если, например, рассчитать коэффициенты корреляции информационных точек из фиг. 9, то получиться высокое корреляционное значение 73%. Информационные точки из фиг. 10 коррелируют друг с другом, напротив, существенно меньше, получается коэффициент корреляции 30%.
При проведении ряда из 100 измерений, которые были выполнены у листов в случайных местах, у листа, который содержит состоящие их двух пигментов агломераты АВ1, обычно получают корреляционные значения выше 70%. У листа, который содержит соответственно состоящие из одного типа люминесцирующего пигмента агломераты (A1, В1), получаются существенно более низкие значения, прежде всего, ниже 50%.
Таким образом листы могут различаться на основании степени корреляции, хотя они содержат равные весовые доли обоих БИК-люминесцирующих пигментов А и В.
Тот факт, что во втором случае вообще распознаваема корреляция, в основном является причиной неоднородностей бумаги, которые одновременно повышают или же снижают интенсивность люминесценции в месте измерения соответственно для обоих компонентов А и В. Неоднородности бумаги помимо прочего зависят от типа бумаги и способа изготовления.
Предпочтительным образом, также в случае бумаги без нанесения печати выбирают описанный в следующем примере применения 2 способ корректировки эффектов нанесения печати при помощи дополнительного люминесцирующего компонента.
Пример применения 2: Корреляция сигналов в листе с нанесенной печатью с корректирующим компонентом
Имеющие два люминесцирующих пигмента агломераты (CD2) и дополнительный компонент Е (неагломерированный) добавляют к бумажной массе во время производства листа таким образом, что агломераты CD2 в получаемом листе гомогенно распределены в бумажной основе с массовой долей 0,2% по массе, а компонент Е - с массовой долей 0,5% по массе Затем на лист наносят черный рисунок в полоску (толщина полоски ок. 1 см), за счет чего на местах с нанесением печати получают существенное ослабление люминесценции (до ок. 50% первоначального сигнала).
Для сравнения изготавливают аналогичный лист соответственно с 0,1% по массе агломератов С2 и D2, а также 0,5% по массе дополнительного компонента Е, и также наносят на него печать.
2
Оба листа замеряют в нескольких разных местах при помощи возбуждения светом с длиной волны 950 нм (размер измеряемого пятна около 0,8 мм). Соответственно, обнаруживают интенсивности люминесценции при 1545 нм (С), 2040 нм (D) и 1792 нм (Е).
За счет локального снижения обнаруженной интенсивности люминесценции на участках с нанесенной печатью как лист с агломератами CD2, так и лист с агломератами С2 и D2 имеют сильную корреляцию интенсивностей сигнала С и D (белые точки на фиг. 11 и на фиг. 12).
На фиг. 11 показаны относительные интенсивности люминесценции при 1545 нм (С) (правая ось) и 2040 нм (D) (вертикальная ось) в различных местах бумажного субстрата с полученными из двух люминесцирующих пигментов агломератами CD2 до (белый) и после (черный) корректировки за счет интенсивности люминесценции при 1792 нм (Е) дополнительного люминесцирующего пигмента.
На фиг. 12 показаны относительные интенсивности люминесценции при 1545 нм (С) (правая ось) и 2040 нм (D) (вертикальная ось) в различных местах бумажного субстрата с полученными из двух люминесцирующих пигментов агломератами D2 до (белый) и после (черный) корректировки за счет интенсивности люминесценции при 1792 нм (Е) дополнительного люминесцирующего пигмента.
Так как эффект нанесения печати так же, как и эффект неоднородностей бумажной массы одинаково влияет на все три компонента С, D, Е, то эти эффекты исключаются за счет нормирования интенсивностей сигнала С, D за счет интенсивности сигнала Е (черные точки на фиг. 11 и фиг. 12). Как следствие только еще в листе с агломератами CD2 может быть установлена корреляция, в то время как в листе с раздельными компонентами С2 и D2 не может быть установлена корреляция.
Таким образом, коэффициент корреляции после проведения серии из 100 измерений, которые были выполнены в случайных местах в бумажном субстрате, составляет при листе с агломератами CD2 до корректировки 0,97 и после корректировки 0,87. Также еще существует сильная корреляция между С и D, тогда как лист с агломератами С2 и D2 до корректировки имеет значение 0,97 и после корректировки низкое значение 0,12.
Описанный в настоящем изобретении люминесцирующий образец кодирования не ограничен системой штрих-кодов или кодирующим растром, как это, например, показано на фиг. 2 и фиг. 7. Показанные на фигурах «растры» выбирают произвольным образом, то есть измерительные положения могут быть выбраны любым образом в отношении их размера и их места и не должны находиться внутри такого растра.
Принципиальным образом, использованные предлагаемым образом люминесцирующие вещества могут быть интегрированы в сам ценный документ, прежде всего, в бумажный субстрат. Дополнительным или альтернативным образом люминесцирующие вещества могут быть нанесены на ценный документ (например, люминесцирующие вещества могут быть напечатаны на бумажном субстрате). В случае субстрата ценного документа не обязательно должна идти речь о бумажном субстрате, это мог бы также быть полимерный субстрат или субстрат, который включает в себя как бумажные, так и полимерные компоненты.