Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wert- dokumente, Chipkarten und dergleichen mit einem maschinenlesbaren Echtheitsmerkmal. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend ausgestat¬ tetes Wertdokument, wie eine Banknote, eine Ausweiskarte und dergleichen, eine entsprechend ausgestattete Chipkarte, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Echtheit derartiger Sicherheitselemente, Wert- dokumente oder Chipkarten.

Wertdokumente, wie etwa Banknoten, Aktien, Anleihen, Urkunden, Gut¬ scheine, Schecks, hochwertige Eintrittskarten, sowie andere fälschungsge- fährdete Sicherheitsdokumente, wie Pässe, Visa oder sonstige Ausweisdo- kumente, und viele Arten von Chipkarten sind zur Absicherung oft mit Si¬ cherheitsmerkmalen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Dokuments oder der Karte erlauben. Als Sicherheitsmerkmal wird bei¬ spielsweise ein eingebetteter Sicherheitsfaden, ein aufgebrachter Sicherheits¬ streifen oder ein selbsttragendes Transferelement, wie ein Patch oder ein Eti- kett verwendet, das nach seiner Herstellung auf das Dokument oder die Karte aufgebracht wird.

Die Sicherheitsmerkmale sind oft maschinenlesbar ausgebildet, um eine au¬ tomatische Echtheitsprüfung und gegebenenfalls eine weitergehende senso- rische Erfassung und Bearbeitung der Dokumente und Karten zu ermögli¬ chen. Beispielsweise ist es im Pass- oder Visumbereich erwünscht, elektroni¬ sche Schaltungen wie RFID (Radio Frequency Identification) Transponder auf die Papiersubstrate aufbringen zu können. Beim Aufbringen von Chip¬ modulen auf Papiersubstrate treten jedoch Schwierigkeiten auf, da diese eine wesentlich geringere Festigkeit als Kunststoffsubstrate oder Platinen aufwei¬ sen. Auch besteht aufgrund der höheren mechanischen Belastungen, der die integrierten Schaltkreise bei der Herstellung und Handhabung flexibler Sub¬ strate ausgesetzt sind, ein erhöhtes Gefährdungspotential durch Bruch oder Beschädigung.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungs¬ gemäßes Sicherheitselement mit einem robusten und einfach herzustellen¬ den maschinenlesbaren Echtheitsmerkmal anzugeben. Das Echtheitsmerk- mal soll darüber hinaus eine einfache und zuverlässige Echtheitsprüfung gestatten.

Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Wertdokument, eine Chipkarte, sowie ein Ver- fahren und eine Vorrichtung zur Echtheitsprüfung solcher Sicherheitsele¬ mente, Wertdokumente oder Chipkarten sind in den nebengeordneten An¬ sprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach der Erfindung enthält das Echtheitsmerkmal zumindest einen Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flächenelement, welches in einem vorbe¬ stimmten Frequenzbereich einfallender elektromagnetischer Strahlung Re¬ sonanzeffekte zeigt. Je nach geometrischer Dimensionierung sind mit sol¬ chen periodischen leitfähigen Flächenelementen Tiefpass-, Hochpass-, Band- pass- oder Bandsperre-Eigenschaften gegenüber den einfallenden elektro¬ magnetischen Wellen realisierbar. Frequenzselektive Oberflächen als solche sind seit langem bekannt und ha¬ ben beispielsweise Anwendung bei Gebäudekonstruktionen wie Radarkup¬ peln gefunden, die für den Radarfrequenzbereich ungehindert durchgängig sein sollen, bei Fensterabdeckungen für Mikrowellenherde, die im Mikro- Wellenfrequenzbereich eine besonders hohe Dämpfung erreichen sollen, o- der bei Tapeten, die spezielle Frequenzbereiche sperren (z. B. Bluetooth), benachbarte Frequenzbereiche aber ungehindert passieren lassen sollen (z. B. Mobilfunktelefon) .

Frequenzselektive Schichten dienen im Mikro- und Millimeterwellenbereich zur effektiven Nutzung von Reflektorantennen, als Filter und künstliche Dielektrika, als Spiegel zur Erhöhung der Pumpeffektivität von Lasern sowie als Polarisatoren, Strahlteiler oder Filter und im optischen Bereich zur Stei¬ gerung der Effektivität von Sonnenkollektoren.

Befinden sich dabei auf einer nichtleitfähigen Fläche leitfähige Bereiche, spricht man von Patchgeometrien, im umgekehrten Fall von Aperturgeo¬ metrien. Trifft eine elektromagnetische Welle auf ein frequenzselektives, pe¬ riodisches leitfähiges Flächenelement, so erzeugt sie in den leitfähigen Teilen elektrische Ströme. Dadurch kann ein Teil der Welle beim Auftreffen auf das Flächenelement reflektiert werden. Die komplexen Amplituden der reflek¬ tierten bzw. transmittierten Anteile, bezogen auf die Amplitude der einfal¬ lenden Welle, werden als Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten be¬ zeichnet. Liegen die Wellenlängen in der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen einer Elementarzelle des Flächenelements, so treten bei Ver¬ änderungen der Frequenz der einfallenden Welle starke Resonanzen auf. Bei der äußeren Anregung einer Patchgeometrie durch elektromagnetische Wellen, wird in der Umgebung einer Resonanzfrequenz praktisch die ge¬ samte Welle reflektiert. Dagegen wird bei der Aperturgeometrie die einfal¬ lende Welle im Resonanzfall praktisch vollständig transmittiert.

Das vorgeschlagene Echtheitsmerkmal nutzt die besonderen Eigenschaften periodischer leitfähiger Flächenelemente vorteilhaft für die Echtheitsprüfung von Sicherheitselementen, Wertdokumenten oder Chipkarten aus. Die reso- nierenden Flächenelemente können an einem beliebigen Ort des Sicherheits¬ elements, Wertdokuments oder der Chipkarte angebracht werden, eine Kopplung mit anderen Strukturen kann vorteilhaft sein, ist aber nicht erfor¬ derlich. Darüber hinaus können die vorgeschlagenen Flächenelemente durch bekannte, großvolumige Herstellungsverfahren wie Demetallisierung durch Waschfarben, Ätzlösungen oder Lasereinwirkung hergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das periodische leitfähige Flä¬ chenelement so ausgebildet, dass es für einfallende elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 3 GHz und 3 THz, vorzugsweise zwischen 30 GHz und 1000 GHz Resonanzeffekte zeigt. Diese Frequenzen bedingen kleinräumige Strukturen der Flächenelemente und sind daher be- sonders gut für Anwendungen im Sicherheitsbereich geeignet.

Das Echtheitsmerkmal kann auch mehrere Bereiche mit periodischen leitfä¬ higen Flächenelementen enthalten, welche in verschiedenen vorbestimmten Frequenzbereichen Resonanzeffekte aufweisen. Dadurch können aufwendi- ge und damit schwer zu täuschende Echtheitsprüfungen realisiert werden oder es können vorbestimmte Kenngrößen der Dokumente oder Karten in der Lage der Resonanzfrequenzen codiert werden. In einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das periodische leit¬ fähige Flächenelement im Wesentlichen die gesamte Fläche des Sicherheits¬ elements abdeckt. Die Durchführung der Echtheitsprüfung gestaltet sich dann besonders einfach, da weder eine Suche noch eine Kenntnis der Lage des Echtheitsmerkmals erforderlich ist.

Das periodische leitfähige Flächenelement ist vorzugsweise durch eine peri¬ odische Gitterstruktur mit einer sich wiederholenden Elementarstruktur ge- bildet, wobei die Gitterstruktur insbesondere eine 2-, 3-, 4- oder 6-zählige Symmetrie aufweist. Die Elementarstrukturen können sowohl leitfähig mit¬ einander verbunden sein, als auch elektrisch voneinander isoliert auf einem gemeinsamen Träger vorliegen.

In einer vorteilhaften Erfindungsvariante ist das periodische leitfähige Flä¬ chenelement durch leitfähige Gebiete auf einer nichtleitfähigen Trägerfläche gebildet und bildet eine sogenannte Patchgeometrie. Alternativ kann das periodische leitfähige Flächenelement durch eine leitfähige Fläche mit nicht- leitfähigen Aussparungen gebildet sein ( Apertur geometrie).

Das periodische leitfähige Flächenelement kann beispielsweise durch eine auf ein Substrat aufgedampfte und strukturierte Metallschicht oder durch eine aufgedruckte Schicht aus einer leitfähigen Druckfarbe oder Paste gebil¬ det sein.

Im einfachsten Fall ist vorgesehen, dass das periodische leitfähige Flächen¬ element einfallende elektromagnetische Strahlung lediglich einer vorbe- stimmten Frequenz ω resonant transmittiert oder reflektiert. Um eine kom¬ plexere Echtheitsprüfung zu realisieren oder weitere Kenngrößen, wie etwa die Denomination einer Banknote in dem Flächenelement zu codieren, kann das periodische leitfähige Flächenelement auch einfallende elektromagneti- sehe Strahlung bei einer Mehrzahl vorbestimmter Frequenzen ωi, ωi ... CON resonant transmittieren oder reflektieren. Die Lage einer oder mehrerer die¬ ser Resonanzfrequenzen kann beispielsweise zur typenspezifischen Indivi¬ dualisierung der mit den Echtheitsmerkmalen ausgestatteten Dokumente oder Karten verwendet werden.

Das periodische leitfähige Flächenelement ist vorteilhaft mit einem weiteren leitfähigen, insbesondere metallisierten Sicherheitsmerkmal kombiniert, das unter anderem der Tarnung des periodischen leitfähigen Flächenelements dient. Das Flächenelement ist in diesem Fall zweckmäßig durch eine dielek- trische Schicht von dem weiteren leitfähigen Sicherheitsmerkmal getrennt. Auch nicht-leitfähige, opake Schichten können zur Tarnung des Flächenele¬ ments verwendet werden.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße periodische leitfähige Flä- chenelement mit beliebigen weiteren Sicherheitsmerkmalen kombiniert wer¬ den, die die Überprüfbarkeit des periodischen leitfähigen Flächenelements nicht beeinträchtigen. Bei den weiteren Sicherheitsmerkmalen kann es sich beispielsweise um visuell prüfbare Sicherheitsmerkmale, wie zum Beispiel insbesondere flüssigkristalline, beugungsoptische oder andere optische vari- able Sicherheitsmerkmale, handeln. Auch maschinell prüfbare Sicherheits¬ merkmale, wie magnetische oder leitfähige Sicherheitsmerkmale, können vorgesehen sein. Um das Auffinden des Echtheitsmerkmals bei der vorgesehenen Echtheits¬ prüfung zu erleichtern, kann das periodische leitfähige Flächenelement mit einem optisch leicht auffindbaren Gestaltungsmerkmal des Sicherheitsele- ments, wie etwa einem Negativschriftzug, kombiniert sein. Eine sogenannte Negativschrift zeichnet sich dabei durch eine bei Betrachtung im Durchlicht opak erscheinende Schicht mit Aussparungen aus, die im Durchlicht zur Umgebung stark kontrastieren. In Zusammenhang mit der Negativschrift, insbesondere bei einem Sicherheitselement, wird auf die EP 0330 733 Bl verwiesen.

Das Sicherheitselement stellt insbesondere einen Sicherheitsfaden, ein Si¬ cherheitsband, einen Sicherheitsstreifen, einen Patch oder ein Transferele¬ ment zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder der- gleichen dar.

Die Erfindung umfasst auch ein Wertdokument, wie eine Banknote, eine Ausweiskarte oder dergleichen, welches bei einer ersten Erfindungsalterna¬ tive mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet ist.

Bei einer zweiten Erfindungsalternative ist das Substrat des Wertdokuments direkt in zumindest einem Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flä¬ chenelement der oben beschriebenen Art versehen. Das periodische leitfähi- ge Flächenelement kann dabei auf eine Oberfläche des Wertdokumentsub¬ strats aufgebracht, insbesondere aufgedruckt sein. Es kann dabei nur einen Teilbereich des Substrats einnehmen oder im Wesentlichen die gesamte Flä¬ che des Wertdokuments abdecken.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das periodische leitfähige Flächenelement in das Volumen des Wertdokumentsubstrats ein¬ gebracht. Dies kann beispielsweise bei der Papierherstellung am Rundsieb durch Beimischen kleiner Flächenelementstrukturen zu der Papiermasse er¬ folgen.

In allen Gestaltungen kann das periodische leitfähige Flächenelement zur Tarnung unterhalb einer weiteren leitfähigen, insbesondere metallisierten Schicht des aufgebrachten Sicherheitselements oder des Wertdokuments selbst angeordnet sein. Auch eine opake Deckschicht des aufgebrachten Si¬ cherheitselements oder des Wertdokuments kann der Tarnung des Flächen- elements dienen.

Die Lage einer oder mehrerer Resonanzstellen des periodischen leitfähigen Flächenelements repräsentiert mit Vorteil eine Kenngröße des Wertdoku¬ ments, wie die Denomination einer Banknote. Über eine Lagebestimmung der Resonanzfrequenz(en) kann die codierte Kenngröße ausgelesen werden.

Die Erfindung enthält weiter eine Chipkarte, die in einer Erfindungsalterna¬ tive mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet ist. Eine Kernfolie oder eine andere Teilfolie der Chipkarte kann auch direkt in zumindest einem Bereich mit einem periodischen leitfähigen Flächenele¬ ment der oben beschriebenen Art versehen werden. Das Flächenelement kann auf eine Oberfläche der Kernfolie oder der ande¬ ren Teilfolie aufgebracht, insbesondere aufgedruckt sein, und beispielsweise im Wesentlichen die gesamte Fläche der Chipkarte abdecken. Das periodi¬ sche leitfähige Flächenelement kann auch in das Volumen der Folie einge- bracht sein.

In allen Chipkartengestaltungen kann das periodische leitfähige Flächenele¬ ment zur Tarnung unterhalb einer weiteren leitfähigen, insbesondere metal¬ lisierten Schicht angeordnet sein. Ebenfalls der Tarnung kann eine opake Deckschicht des aufgebrachten Sicherheitselements oder der Chipkarte die¬ nen, die das periodische leitfähige Flächenelement visuell verbirgt.

Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Prüfung der Echtheit eines Prüf objekts der oben beschriebenen Art (Sicherheitselement, Wertdokument oder Chipkarte) bereit, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

- Beaufschlagen des maschinenlesbaren Echtheitsmerkmals mit elektro¬ magnetischer Strahlung bei wenigstens zwei Frequenzen aus dem vor¬ bestimmten Frequenzbereich,

Bestimmen der Intensität der transmittierten oder reflektierten elekt¬ romagnetischen Strahlung bei den Beaufschlagungsfrequenzen, und

- Bewerten der Echtheit des Prüfobjekts auf Grundlage der bestimmten Intensitäten. Die Bewertung der Echtheit wird dabei vorzugsweise durch einen Vergleich des bestimmten Intensitätsunterschieds mit einem erwarteten Intensitätsun¬ terschied durchgeführt.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird aus den bestimmten Intensitäten bei den wenigstens zwei Frequenzen zusätzlich eine Kenngröße des Prüfob¬ jekts ermittelt, beispielsweise die Denomination einer Banknote. Bevorzugt wird dabei aus den Intensitäten die Lage einer oder mehrerer Resonanzfre¬ quenzen bestimmt und aus dieser Lage die Kenngröße des Prüfobjekts er- mittelt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens umfasst

- einen Frequenzgenerator zur wahlweisen Erzeugung von wenigstens zwei Frequenzen aus dem vorbestimmten Frequenzbereich,

- eine von dem Frequenzgenerator angesteuerte Sendeantenne zur Ab¬ strahlung von elektromagnetischer Strahlung der ausgewählten Fre¬ quenz,

- eine Empfangsantenne zur Aufnahme der von dem Prüfobjekt trans- mittierten oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung, und

- eine Auswerteeinheit zur Auswertung der bei den verschiedenen Fre- quenzen aufgenommenen Strahlungsintensitäten. Für eine Transmissionsmessung sind Sende- und Empfangsantenne dabei mit Vorteil auf gegenüberliegenden Seiten des Prüfobjekts angeordnet. Für eine Messung der reflektierten Strahlung sind Sende- und Empfangsantenne dagegen vorteilhaft auf derselben Seite des Prüfobjekts angeordnet.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sende- und die Empfangsantenne durch dieselbe Antennenstruktur gebildet, und die gesendeten und empfangenen Hochfrequenzsignale wer¬ den durch eine richtungsabhängige Trenneinrichtung, wie einen Richtkopp- ler oder einen Zirkulator getrennt.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nach¬ folgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die An- schaulichkeit zu erhöhen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem einge- betteten Sicherheitsfaden und einem aufgeklebten Transferele¬ ment, jeweils nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 in (b) eine Elementarzelle eines periodischen leitfähigen Flä¬ chenelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in (a) die Intensität I der von dem Flächenelement trans- mittierten Strahlung als Funktion der Frequenz ω der einfal¬ lenden Strahlung, Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2 für die in (b) gezeigte Elementar¬ zelle,

Fig. 4 in (a) bis (d) verschiedene periodische leitfähige Flächenele¬ mente nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 5 den Aufbau eines Sicherheitsfadens nach einem Ausführungs¬ beispiel der Erfindung im Querschnitt,

Fig. 6 bis 8 den Aufbau weiterer erfindungsgemäßer Sicherheitselemente im Querschnitt,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer für Transmissionsmessungen ausge- legten erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer für Reflexionsmessungen ausgelegten erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,

Fig. 11 eine Banknote mit in das Volumen des Banknotensubstrats ein¬ gebrachten periodischen leitfähigen Flächenelementen nach ei¬ nem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 eine Banknote mit einem auf das Banknotensubstrat aufge- druckten periodischen leitfähigen Flächenelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 13 den Aufbau einer Chipkarte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt.

Die Erfindung wird nun zunächst am Beispiel einer Banknote näher erläu- tert. Figur 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit zwei Sicherheitselementen 12 bzw. 16, die jeweils nach einem Ausführungs¬ beispiel der Erfindung gebildet sind. Das erste Sicherheitselement stellt einen Sicherheitsfaden 12 dar, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an der Ober¬ fläche der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischenliegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist. Das zweite Sicher¬ heitselement ist durch ein aufgeklebtes Transferelement 16 beliebiger Form gebildet.

Die Sicherheitselemente 12 und 16 enthalten als Echtheitsmerkmal jeweils ein periodisches leitfähiges Flächenelement, dessen Abmessungen für Reso¬ nanzeffekte bei Frequenzen von einigen hundert GHz dimensioniert sind. Die Elementarzelle 20 eines ersten Ausführungsbeispiels eines periodischen leitfähigen Flächenelements ist in Fig. 2(b) dargestellt. Das vollständige Flä¬ chenelement wird durch eine periodische Wiederholung der Elementarzelle 20 in zwei Dimensionen gebildet.

Bei Beaufschlagung des Flächenelements mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Frequenzen ergibt sich für die transmittierte Strahlung die in Fig.2(a) lediglich schematisch dargestellte Intensitätskurve 22, die eine resonante Transmission bei einer Frequenz ωi und eine maximale Dämp¬ fung bei einer höheren Frequenz ωi zeigt. Wird das Sicherheitselement mit dem periodischen leitfähigen Flächenele¬ ment der Fig. 2(b) mit elektromagnetischer Strahlung der Frequenzen ωi bzw. ωi beaufschlagt und die jeweils transmittierte Strahlungsintensität ge¬ messen, so lässt sich durch die unterschiedliche Dämpfung bei den beiden Frequenzen das Vorhandensein (oder NichtVorhandensein) des periodischen leitfähigen Flächenelements leicht nachweisen.

Figur 3 zeigt ein Flächenelement mit einer komplexeren Elementarzelle 30, bei dem der Verlauf 32 der transmittierten Signalintensität zwei Maxima bei verschiedenen Frequenzen ωiund o)3, und entsprechende Stellen maximaler Dämpfung bei den Frequenzen ω2und ω4 zeigt. Solche Elementarzellen kön¬ nen neben der Echtheitsprüfung zur Kodierung vorbestimmter Kenngrößen der Sicherheitselemente oder der damit versehenen Wertdokumente dienen.

Beispielsweise können die Elementarzellen 30 bei einer Banknotenserie so ausgebildet sein, dass sie eine einheitliche erste Resonanzfrequenz ωi, aber unterschiedliche zweite Resonanzfrequenzen α)3 aufweisen. Die Resonanz bei der einheitlichen ersten Frequenz ωi kann dann zur Echtheitsprüfung der Banknoten verwendet werden, während die Lage der zweiten Resonanzfre- quenz CÜ3 die Denomination der zu prüfenden Banknote angibt.

Die Frequenzen, bei denen die beschriebenen Resonanzen auftreten, sind durch die Abmessung der Elementarzellen und, in geringerem Maß, durch die Form der Elementarstrukturen der periodischen leitfähigen Flächenele- mente gegeben. Als Richtwert entspricht die Abmessung einer Elementar¬ zelle des Flächenelements der halben Wellenlänge λ/2 der elektromagneti¬ schen Welle, bei derjenigen Frequenz, bei der die Filtereigenschaften des E- lements wirksam sind. Für die Verwendung in Sicherheitselementen, wie Sicherheitsstreifen, Sicherheitsfäden, Hologrammfolien und dergleichen sind besonders Elementarstrukturen im Millimeter- oder Submillimeterbereich interessant, was zu hohen Frequenzen im Bereich von mehreren hundert GHz oder sogar oberhalb von einem THz führt (siehe Tabelle 1). Für die ge¬ naue Lage der Resonanzfrequenzen muss neben den Abmessungen auch die Form der Elementarstrukturen berücksichtigt werden.

Tabelle 1 gibt den Zusammenhang zwischen der relevanten Frequenz in GHz und einer charakteristischen Strukturgröße in mm an.

Tabelle 1:

Figur 4 zeigt in (a) bis (d) weitere konkrete Ausgestaltungen erfindungsge- mäßer, periodischer leitfähiger Flächenelemente 42, 44, 46 und 48. Wie be¬ reits anhand dieser wenigen Ausführungsbeispiele zu erkennen, kann eine Vielzahl von zusammenhängenden oder nicht-zusammenhängenden EIe- mentarstrukturen 43, 45, 47 bzw. 49 zum Aufbau periodischer leitfähiger Flächenelemente beispielsweise mit 3-zähliger (etwa Fig. 4(a)), 4-zähliger (etwa Fig. 4(b) und (c)) oder 6-zähliger Symmetrie (etwa Fig. 4(d)) verwen¬ det werden.

Das periodische leitfähige Flächenelement 48 der Fig. 4(d) ist mit 6-zähliger Symmetrie in Form einer regelmäßigen Wabenstruktur aus sechseckigen Elementarstrukturen 49 aufgebaut. Das Flächenelement ist durch die Angabe der Abmessung a der Elementarstrukturen 49, der Breite t der leitfähigen Bereiche und den Abstand d der Elementarstrukturen bestimmt. Konkret kann beispielsweise a = 1,15 mm, t= 144 μm und d = 110 μm gewählt sein, alternativ auch beispielsweise a = 1,15 cm, t= 1,44 mm und d = 1,10 mm.

Figur 5 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitsfadens 50 im Querschnitt. Auf einer Trägerfolie 52, im Ausführungsbeispiel einer PET- Folie, ist ein periodisches leitfähiges Flächenelement 54 aufgebracht, wobei die Abfolge leitfähiger und nicht-leitfähiger Teilbereiche des Flächenele¬ ments in der Figur der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.

Das metallische Flächenelement 54 kann auf die Trägerfolie 52 beispielsweise mit Supersilber oder einer leitfähigen Paste, die metallische Pigmente ent¬ hält, aufgedruckt sein. Auch transparente Farben, wie etwa Pedot oder ähn¬ liche, zumeist organisch leitfähige Materialien kommen in Frage. Alternativ kann das Flächenelement 54 durch Aufdampfen einer Metallschicht und eine anschließende partielle Demetallisierung, beispielsweise mit Hilfe eines Wasch- oder eines Ätzverfahrens, oder durch Laserabtragung erzeugt wer¬ den. Au£ dem periodischen leitfähigen Flächenelement 54 ist im Ausführungsbei¬ spiel eine opake Deckschicht 56 angeordnet, so dass das Flächenelement 54 bei seitenrichtiger Einbringung des Sicherheitsfadens 50 in eine Banknote visuell nicht mehr erkennbar ist. Die opake Deckschicht 56 kann selbst ein Sicherheitsmerkmal/ insbesondere ein visuell prüfbares Sicherheitselement wie beispielsweise einen optisch variablen Effekt, wie ein Hologramm, eine flüssigkristalline Schichtanordnung oder einen Farbkippeffekt, oder ein Ne¬ gativschriftzeichen in einer metallisierten Schicht enthalten. Eine flüssigkri- stalline Schicht kann dabei insbesondere mit einem schwarzen Untergrund¬ druck kombiniert sein. Ebenso kann die opake Deckschicht 56 ein maschinell prüfbares, z.B. magnetisches oder elektrisch/thermisch leitfähiges, Sicher¬ heitsmerkmal enthalten. Umfasst die Deckschicht 56 eine Metallschicht, so ist diese zweckmäßig durch eine Dielektrikumsschicht von dem periodischen leitfähigen Flächenelement getrennt.

Obwohl in der schematischen Darstellung der Fig. 5 nicht gezeigt, werden Sicherheitsfäden typischerweise kaschiert. Dies gilt sowohl für normale Fä¬ den als auch für Hologrammfäden. Erfindungsgemäß kann das periodische leitfähige Flächenelement dabei sowohl auf die Basisfolie als auch auf die Kaschierfolie aufgebracht werden. In beiden Fällen kommt die Aufbringung durch Aufdrucken oder durch Metallisierung und nachfolgende Demetalli- sierung in Betracht.

Bei dem Hologrammsicherheitsfaden 60 der Fig. 6 wird auf eine Basisfolie 62 ein UV-Prägelack 64 aufgedruckt und geprägt. In einem folgenden Arbeits¬ gang kann auch eine Waschfarbe auf den inzwischen gehärteten Prägelack 64 aufgedruckt werden. Wird das periodische leitfähige Flächenelement 66 aufgedruckt, so kann in einer Variante zunächst das Flächenelement 66 auf die Basisfolie 62 gedruckt und danach der Prägelack 64 auf das Flächenele¬ ment 66 aufgedruckt werden. Alternativ wird das Flächenelement 66, wie in der Fig. 6 gezeigt, erst nach dem Prägelack 64 auf die Folie 62 gedruckt. Dies hat den Vorteil, dass die Strahlungshärtung, wie sie für UV-vernetzbare Prä¬ gelacke erforderlich ist, nicht die Qualität des Flächenelements 66 beein- flusst. Ohne Beschränkung sind aber ebenso Prägelacke denkbar, die nicht UV-vernetzt werden müssen.

Nach dem Aufbringen von Prägelack und Flächenelement wird die Folie mit einer strukturierten Metallschicht 68 versehen. Dazu kann beispielsweise ein Waschverfahren verwendet werden, bei dem der Prägelack 64 mit einer Druckfarbe mit hohem Pigmentanteil mit dem gewünschten Muster be- druckt wird. Die Druckfarbe bildet aufgrund des hohen Pigmentanteils nach dem Trocknen einen porigen, erhabenen Farbauftrag, den die nachfolgend aufgebrachte Metallisierung nur teilweise abdeckt. Der Farbauftrag und die unmittelbar darüber liegende Metallschicht können dann durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden, wodurch in der Me- tallschicht Aussparungen 70 in Form der ursprünglich bedruckten Bereiche erzeugt werden.

Durch die erreichbaren scharfen Konturen kann durch Aufdrucken eines Schriftzugs beispielsweise eine gut lesbare Negativschrift in die Metall- Schicht 68 eingebracht werden. Der Hologrammsicherheitsfaden 60 wird in der Regel weitere Schichten, etwa eine abdeckende Schutzschicht aufweisen, die jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und daher in der Figur nicht dargestellt sind.

Statt des Waschverfahrens kann selbstverständlich auch ein Ätzverfahren zur Demetallisierung eingesetzt werden, oder die zu demetallisierenden Be¬ reiche werden mit Hilfe eines Lasers entfernt.

Unabhängig von der Herstellung der Metallschicht kann das periodische leitfähige Flächenelement erfindungsgemäß durch entsprechenden Druck oder durch Laser auf der Metallisierung hergestellt werden.

In der besonders vorteilhaften Variante der Fig. 7 bildet ein partiell demetal¬ lisierter Teilbereich 74 der strukturierten Metallschicht 72 das periodische leitfähige Flächenelement. Dieser Teilbereich 74 kann sehr klein sein, und beispielsweise Abmessungen im Bereich einiger zehn oder hundert μm ha¬ ben. Die oben angegebenen Verfahren zur Demetallisierung weisen Linien¬ genauigkeiten bis herab zu 40 μm und im Falle der Laserdemetallisierung sogar noch geringere Abweichungen auf.

Insbesondere bei sehr kleinen periodischen leitfähigen Flächenelementen sind diese mit Vorteil in. ein offensichtliches Design des Sicherheitselements integriert, so dass die Verifikation am Point of SaIe (POS) leichter erfolgen kann, da nicht lange nach dem Ort der Einbringung gesucht werden muss.

Neben der Herstellung durch Metallisierung und Demetallisierung ist auch denkbar, das periodische leitfähige Flächenelement mittels leitfähiger Farben transparent oder opak unter dem UV-Prägelack direkt auf die Basisfolie auf¬ zudrucken.

Figur 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement 80 in Form eines Transferelements zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier oder Wertdo¬ kument. Das Sicherheitselement 80 umfasst eine Trägerfolie 82, auf die eine opake Schicht 84, insbesondere eine Metallschicht aufgebracht ist, die selbst ein Sicherheitsmerkmal aufweisen kann. Auf diese opake Schicht 84 ist das periodische leitfähige Flächenelement 86 nach einem der oben beschriebenen Verfahren aufgebracht. Ist die opake Schicht 84 durch eine Metallschicht ge¬ bildet, so ist das Flächenelement 86 zweckmäßig durch eine dielektrische Schicht von dieser isoliert. Schließlich weist das Transferelement 80 noch eine Klebeschicht 88 auf, die beim Übertrag auf das Sicherheitspapier oder Wertdokument mittels Druck oder Wärme in den zu übertragenden Berei- chen aktiviert wird, um das Flächenelement 86, die opake Schicht 84 und die Trägerfolie 82 auf dem Sicherheitspapier oder Wertdokument zu befestigen. Anschließend kann die Trägerfolie 82 abgezogen werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist das periodische leitfähige Flächenelement 86 durch die opake Schicht 84 der direkten Wahrnehmung eines Betrachters entzogen.

Das Transferelement 80 kann ebenso wie die oben beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispiele mit einer Beugungsstruktur versehen werden. In diesem Fall wird auf die Trägerfolie eine UV-Prägelackschicht aufgedruckt und geprägt. Nach dem Applizieren auf das Velinpapier, das in der Regel mit einem Pri- mer versehen wird, wird die Trägerfolie abgezogen, so dass die UV-Lack- Schicht auf der vom Papier abgewandten Seite liegt. Da in diesem Fall, wie auch im Fall des oben beschriebenen Sicherheitsfadens, in der Regel eine Metallisierung vorliegt, sind die periodischen leitfähigen Flächenelemente in Transmission zweckmäßig nur dort zu realisieren, wo transparente Bereiche in der Metallisierung vorliegen, also beispielsweise in Bereichen mit Nega¬ tivschrift. Periodische leitfähige Flächenelemente in Reflexion sind jedoch beliebig platzierbar, wenn auch gegebenenfalls der Einfluss der umliegenden metallischen Bereiche in Betracht gezogen werden muss.

Bei einem im Transferverfahren aufgebrachten Sicherheitselement kann man die periodischen leitfähigen Flächenelemente durch Drucken nur dann zwi- sehen Trägerfolie und UV-Lack aufbringen, wenn die Zwischenschichthaf¬ tung zwischen dem UV-Lack und den periodischen leitfähigen Flächenele¬ menten ausreichend groß für den Release der Folie ist. Ansonsten sind die¬ selben Aufbauten möglich, wie oben in Zusammenhang mit Sicherheitsfäden beschrieben.

In analoger Weise können die periodischen leitfähigen Flächenelemente in Form eines Patches vor oder nach dem Bedrucken des Papiersubstrats im Transferverfahren aufgebracht werden. Die Herstellungsverfahren sind da¬ bei identisch zu den oben genannten.

Zur Prüfung der Echtheit eines Sicherheitselements, eines Wertdokuments oder einer Chipkarte mit einem erfindungsgemäßen periodischen leitfähigen Flächenelement kann eine der nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 9 und 10 beschriebenen Prüfvorrichtungen zum Einsatz kommen.

Die für Transmissionsmessungen ausgelegte Prüfvorrichtung 100 der Fig. 9 besteht dabei aus einem Sende-Empf angsteil 110 und einem Antennenteil 130. Das Sende-Empfangsteil 110 enthält einen Frequenzgenerator 112, der wenigstens zwei Frequenzen Ωi und Ω2 erzeugen kann, sowie einen in der Figur nicht dargestellten Umschalter, mit dem jeweils eine der wenigstens zwei Frequenzen ausgewählt und an die nachfolgenden Schaltungselemente weitergeleitet werden kann. Weiter enthält das Sende-Empfangsteil 110 ei¬ nen Ausgangsverstärker 114 zur Verstärkung des ausgewählten und weiter¬ geleiteten Hochfrequenzsignals des Frequenzgenerators 112, eine Empfangs¬ schaltung 116, eine Steuerschaltung 118 und eine Anzeigeeinrichtung 120.

Der Antennenteil 130 umfasst eine von dem Ausgangsverstärker 114 ange¬ steuerte Sendeantenne 132, eine Empfangsantenne 134, sowie Antennenzu¬ leitungen 136 und 138, die aus einem Hohlleiter, aber auch aus einem (Semi- Rigid-) Koaxialkabel gebildet sein können. Als Antenne 132, 134 wird bei¬ spielsweise eine Hornantenne eingesetzt.

Um ein Prüfobjekt, beispielsweise eine Banknote 10 auf Echtheit zu prüfen, wird es so zwischen die Sende- und Empfangsantenne eingebracht, dass das periodische leitfähige Flächenelement des Echtheitsmerkmals mit der von der Sendeantenne abgegebenen Strahlung 140 beaufschlagt wird.

Die Prüfvorrichtung 100 erzeugt mittels des Frequenzgenerators 112 nach¬ einander mindestens zwei Frequenzen in einem Frequenzbereich, bei dem die Filtereigenschaften des auf das Prüfobjekt aufgebrachten Flächenele¬ ments wirksam sind, im Ausführungsbeispiel die Frequenzen Ωi und Ω2. Das jeweilige Oszillatorsignal wird von dem Verstärker 114 verstärkt, über die Zuleitung 136 zur Sendeantenne 132 geführt und abgestrahlt. Der durch die Banknote 10 transmittierte Strahlungsanteil 142 wird von der Empfangsantenne 134 aufgenommen und über die Zuleitung 138 der Emp¬ fangsschaltung 116 zugeführt, die im Wesentlichen zur Messung der Inten¬ sität des empfangenen Signals 142 bei der ausgewählten Frequenz dient.

Bei den erfindungsgemäßen, periodischen leitfähigen Flächenelementen tritt bei mindestens einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise der Frequenz ωi der Fig. 2(a) eine besonders hohe Dämpfung und bei mindestens einer anderen vorbestimmten Frequenz, beispielsweise der Frequenz ωz der Fig. 2(a), eine besonders niedrige Dämpfung auf. Entsprechen die Frequenzen Ωi und Ω2 des Frequenzgenerators 112 den Frequenzen ωi und ωi der zu prü¬ fenden Banknote, so ergibt sich bei den beiden unterschiedlichen Frequenzen eine gut messbare, unterschiedliche Dämpfung, die anhand der Intensität der empfangenen Signale leicht identifiziert werden kann.

Liegt der gemessene Dämpfungsunterschied der Banknote 10 im Rahmen der erwarteten Messwerte, so wird die Banknote als echt bewertet und ein entsprechender Hinweis über die Anzeigeeinrichtung 120 an den Benutzer ausgegeben.

In der in Fig. 10 dargestellten, zweiten Ausführungsform, wird die Echt¬ heitsprüfung durch Messung der hochfrequenten elektrischen Reflexionsei¬ genschaften eines erfindungsgemäßen Echtheitsmerkmals durchgeführt. Die Prüfvorrichtung 200 der Fig. 10 besteht ebenfalls aus einem Sende- Empfangsteil 210 und einem Antennenteil 230. Der Antennenteil 230 enthält eine gemeinsame Sende-/Empfangsantenne 232, die sowohl das vom Frequenzgenerator 112 erzeugte Ausgangssignal 240 abstrahlt, als auch die von dem Prüfobjekt 10 reflektierte Strahlung 242 aufnimmt.

Zur Trennung der einlaufenden und auslaufenden Hochfrequenzsignale ent¬ hält das Sende-Empfangsteil 210 in dieser Ausführungsform neben den be¬ reits bei Fig. 9 beschriebenen Elementen zusätzlich einen Richtkoppler 212, mit dem das Ausgangssignal des Verstärkers 114 der Antenne 232 zugeführt wird, und das reflektierte, von der Antenne 232 zurücklaufende Signal der Empfangsschaltung 116 zugeführt wird. An Stelle des Richtkopplers kann auch eine andere Vorrichtung zur richtungsabhängigen Trennung von HF- Signalen zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Zirkulator.

Zur Durchführung der Echtheitsprüfung mit der Prüfvorrichtung 200 wer¬ den nacheinander mindestens zwei Frequenzen Ωi und Ω2Ü1 dem relevanten Frequenzbereich erzeugt, das Prüfobjekt 10 mit elektromagnetischer Strah¬ lung dieser Frequenzen beaufschlagt, die Intensität der reflektierten Strah¬ lung gemessen und die Echtheit des Prüf objekts anhand des gemessenen Dämpfungsunterschieds bei den beiden Frequenzen Ωi und Ω2 bewertet.

In einer weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsform, sind die Ausführungsformen der Figuren 9 und 10 in einer Prüf Vorrichtung kombi¬ niert, so dass je nach den Eigenschaften des vorliegenden Prüfobjekts zwi- sehen Reflexions- und Transmissions-Messung umgeschaltet werden kann. Neben der Echtheitsprüfung kann mit den beschriebenen Prüfvorrichtungen bei entsprechender Auslegung der Banknoten 10 auch die Denomination der Noten bestimmt werden. Beispielsweise können die periodischen leitfähigen Flächenelemente der Banknoten zwei oder mehr Resonanzstellen aufweisen, wie etwa in Fig. 3 gezeigt. Die erste Resonanzfrequenz ωi kann dabei für die ganze Banknotenserie einheitlich gewählt werden, so dass diese Resonanz¬ frequenz zur Echtheitsprüfung der Banknoten verwendet werden kann.

Die Lage der zweiten Resonanzfrequenzen CÜ3 wird je nach der Denominati- on der Banknote unterschiedlich gewählt. Durch eine Messung der Dämp¬ fung bei einer Mehrzahl entsprechend ausgewählter Frequenzen, gegebenen¬ falls auch kontinuierlich über einen gewissen Frequenzbereich, kann die La¬ ge der zweiten Resonanzfrequenzen ωs bestimmt und aus dieser Lage die Denomination der zu prüfenden Banknote ermittelt werden. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei Resonanzfrequenzen verwendet werden können, um andere oder weitere Codierungen in die Banknote zu integrieren. Bei¬ spielsweise können für eine Banknotenserie drei Resonanzfrequenzen ωi, ωz, und CO3 festgelegt werden, wobei das Vorliegen oder Nichtvor liegen einer Resonanz bei der jeweiligen Resonanzfrequenz als „1" bzw. „0" in einem 3- Bit-Binärcode interpretiert wird.

Weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Wertdokumente bzw. Chipkarten werden nunmehr mit Bezug auf die Figuren 11 bis 13 erläutert.

Neben den oben beschriebenen Möglichkeiten, Wertdokumente mit separat hergestellten Sicherheitselementen zu versehen, können die erfindungsge¬ mäßen periodischen leitfähigen Flächenelemente auch direkt ins Volumen von Wertdokumentsubstraten eingebracht werden. Mit Bezug auf die in Fig. 11 dargestellte Banknote 300 werden dazu bei der Papierherstellung periodi¬ sche leitfähige Flächenelemente als kleine Drahtgeflechte 302 in die Papier¬ masse eingebracht. Dies geschieht beispielsweise für Sicherheitspapiere, die mit einem Wasserzeichen versehen werden, durch redundantes Einbringen der Drahtgeflechte am Rundsieb. Die Redundanz stellt sicher, dass in jeder Banknote 300 mindestens eine derartige Struktur 302 vorhanden ist.

Es können auch kleine Folienstücke, auf denen die periodischen leitfähigen Flächenelemente aufgebracht wurden, in die Papiermasse eingebracht wer¬ den. Ein Trägermaterial ist insbesondere dann notwendig, wenn die Ele¬ mentarstrukturen der Flächenelemente nicht zusammenhängend sind. Be¬ sonders bevorzugt ist dabei, für verschiedene Denominationen verschiedene Flächenelemente einzubringen, so dass die Banknoten später durch die be- schriebenen Prüfvorrichtungen und -verfahren als echt identifiziert werden können.

Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Banknote 310, bei der das peri¬ odische leitfähige Flächenelement 312 mittels leitfähiger Farbe direkt auf das Banknotenpapier aufgedruckt ist. Dabei kann nur ein Teilbereich der Bank¬ note oder, wie in Fig. 12 gezeigt, im Wesentlichen die gesamte Fläche der Banknote mit dem Flächenelement 312 bedruckt sein. Da die leitfähigen Far¬ ben in der Regel nicht transparent sind, werden sie vorzugsweise im Unter¬ grund im Offsetdruck oder Siebdruck mit aufgedruckt. Das aufgedruckte Flächenelement kann dann im Stahldruck durch opake Druckfarben ka¬ schiert werden. Figur 13 zeigt einen Querschnitt durch eine Chipkarte 320 mit einer Kernfo¬ lie 322, die zwischen zwei Deckfolien 324 eingebettet ist. Die Kernfolie 322 ist mit einem periodischen leitfähigen Flächenelement 326 einer der oben be¬ schriebenen Arten versehen. Für die Herstellung des periodischen leitfähi- gen Flächenelements 326 kommen insbesondere alle für die Erzeugung von Antennen kontaktloser Chipkarten bekannten Herstellungsverfahren, wie etwa Siebdruck oder Ätzverfahren in Betracht.