способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Формула изобретения

1. Способ защиты от подделки ценных изделий и контроля их подлинности, при котором на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности, отличающийся тем, что в качестве материала защитного средства используют металл с электрохимически обработанной поверхностью до образования шероховатой поверхности наноразмерного уровня, при этом в качестве детектируемых информативных признаков одновременно используют характерные генерации гигантских отраженных второй и третьей гармоник, а возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим и визуальным сопоставлением зарегистрированных параметров информативных признаков с информативными признаками, содержащимися в базе данных средства детектирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зондирующего электромагнитного излучения используют лазерное когерентное излучение в ближнем инфракрасном и видимом оптическом диапазоне длин волн.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки и может быть использовано для защиты от подделки музейных ценностей, включая картины, ювелирные изделия, а также дорогостоящих лекарственных препаратов, объектов интеллектуальной собственности, банкнот, кредитных и иных ценных бумаг, а также для обеспечения возможности последующего определения их подлинности с использованием технических средств.

Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.

Так, из уровня техники известны индивидуальные средства защиты документов в виде перфорации, рисунок которой имеет узнаваемые нерегулярности. Перфорацию осуществляют с помощью лазерного луча, исходя из обычного рисунка, при этом управление лазером осуществляют посредством ЭВМ таким образом, что каждая перфорация имеет индивидуальную нерегулярность, зависящую от исходной величины, см. например, описание заявки DE №0368353, В44F 1/12, 1988.

К недостаткам данного способа можно отнести, что они могут быть достаточно легко воспроизведены с высокой степенью соответствия оригиналу с помощью современных средств, широко известных и доступных широкому кругу специалистов.

Так, из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании патента РФ №2074420, G07D 7/00, G01N 24/08, 27.02.1997. Способ заключается во введении в материал защищаемого предмета или нанесении на него метки, в качестве которой используют стабильный изотоп осмия-187 или его соединение, а определение его наличия осуществляется по ядерным магнитным свойствам. Введение в материал защищаемого предмета или нанесение на него стабильного изотопа осмия-187 может осуществляться в химическом соединении, обеспечивающем постоянную ориентацию магнитных моментов электронных оболочек атомов осмия-187. Данный способ позволяет упростить и удешевить защиты от подделки банкнот, ценных бумаг и документов при обеспечении высокой степени защищенности.

Вместе с тем, из уровня техники известен способ защиты от подделки ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2144216, G07D 7/00, G07D 7/06, G06K 19/08, 10.01.2000. Согласно данному способу в качестве средства защиты используют изотопный индикатор на основе смеси стабильных изотопов. Защитную метку формируют посредством упомянутого изотопного индикатора таким образом, чтобы обеспечивалась возможность контроля ее наличия на защищаемом изделии (при детектировании), по меньшей мере, одним из методов спектрального анализа (например, рентгенофлуоресцентным или люминесцентным методами). Данная защитная метка может быть сформирована непосредственно на защищаемом изделии или независимо от него в любом известном виде и по известным технологиям.

Кроме того, из уровня техники известны технологии аналогичного назначения, раскрытые в описаниях зарубежных охранных документах, например, GB 1193511, JP 9119867, US 4533244.

Также из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2276409, G07D 7/06, G06K 19/14, 10.05.2006 (ближайший аналог). Согласно данному способу на изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, которая обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по резонансным эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующим электромагнитным излучением заданной радиочастоты и детектирования параметров определенных информативных признаков в резонансном отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров этих информативных признаков с эталонными значениями. В качестве пассивного защитного средства используют металлизированную, по меньшей мере, трехслойную резонансную фильтровую структуру. В качестве зондирующего излучения используют радиочастоту СВЧ-диапазона, в качестве информативных признаков используют характерные пиковые значения частотной характеристики коэффициентов прямой передачи и обратного отражения.

К недостаткам всех приведенных выше аналогов следует отнести их недостаточную надежность. Это связано, прежде всего, с тем, что современный уровень развития вычислительной, аналитической и множительной техники позволяет воспроизвести с высокой степенью идентичности практически любую ценную бумагу в неограниченном количестве при сравнительно небольших материальных затратах.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение уровня надежности защиты от подделок и копирования ценных изделий.

При реализации данного изобретения достигаются несколько технических результатов, один из которых заключается в повышении степени сложности выполнения защитного средства на ценном изделии с одновременным снижением возможности его подделки, копирования, изменения.

Указанная задача решается тем, что в способе защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности. В качестве материала защитного средства используют металл с электрохимически обработанной до образования шероховатостей наноразмерного уровня поверхностью. При этом в качестве детектируемых информативных признаков одновременно используют характерные генерации гигантских отраженных второй и третьей гармоник, а возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим визуальным и автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров информативных признаков с информативными признаками, содержащимися в базе данных средства детектирования.

Совместное использование в качестве идентификационного признака двух независимых физических явлений, а именно генерации гигантских второй и третьей гармоник при зондировании поверхности защитной метки единым источником лазерного излучения, обеспечивает повышенную защиту ценных изделий от подделки и возможность последующего автоматического определения их подлинности с высокой достоверностью.

Кроме того, в качестве зондирующего электромагнитного излучения используют лазерное когерентное излучение в ближнем инфракрасном и видимом оптическом диапазоне длин волн.

Явление генерации отраженной второй и третьей гармоники (далее - ВГ и ТГ соответственно) состоит в появлении электромагнитного излучения на удвоенной и утроенной частоте соответственно при отражении лазерного излучения от поверхности нелинейной среды, в частности от поверхности с шероховатостями наноразмерного уровня.

Генерация гигантской ТГ была открыта практически сразу после обнаружения гигантской ВГ. В качестве материала для экспериментальных исследований использовались шероховатые поверхности серебряного электрода и шероховатые поверхности других металлов /1/.

Ниже приведен ряд общих соотношений, описывающих физические эффекты генерации ВГ и ТГ.

Выражение для нелинейной поляризации одиночной сферической наночастицы на частоте ВГ имеет следующий вид /1/:

где ²(2 ) - нелинейная восприимчивость второго порядка, L( ), L(2 ) - факторы локального поля на длинах волн накачки и ВГ соответственно.

Обобщение выражения (1) на случай кубической неоднородной среды позволяет записать нелинейную поляризацию третьего порядка в виде:

где ⁽³⁾(3 ) - нелинейная восприимчивость третьего порядка, L(3 ) - фактор локального поля на длине волны третьей гармоники, а символы <> означают усреднение по случайным реализациям пространственного распределения наночастиц.

При практическом использовании нелинейно-оптических эффектов поверхностей с наноразмерной шероховатостью необходимо учитывать морфологические особенности таких неоднородных структур, которые будучи двумерным ансамблем наночастиц обладают пространственными флуктуациями как нелинейных восприимчивостей, так и факторов локального поля, входящих в выражение (1) и (2). Эти флуктуации являются причинами некогерентности процессов генерации ВГ и ТГ.

Тем не менее, генерируемые такой шероховатой поверхностью ВГ и ТТ превосходят по интенсивности ВГ и ТГ на гладкой поверхности на несколько порядков. В частности, приведенные в /1/ экспериментальные данные указывают на превышение интенсивности гигантской ТГ, генерируемой шероховатой поверхностью серебра по отношению к генерируемой его гладкой поверхностью, более чем на два порядка (˜1,4·10² ).

Интерес к генерации гигантской ТГ связан еще и с тем, что в этом процессе участвует нелинейная восприимчивость третьего порядка, локализованная в объеме наночастицы в отличие от квадратичной восприимчивости, локализованной в ее поверхностном слое, способствующей генерации гигантской второй гармоники (ВГ).

Нелинейно-оптические эксперименты по исследованию усиления интенсивности ВГ и ТГ проводились с использованием излучения YAG:Nd⁺³-лазера с длиной волны 1064 нм, импульсной плотностью мощности 10 МВт/см ², длительностью импульса 15 нс и частотой повторения импульсов 25 Гц. Интенсивность излучения ВГ и ТГ детектировалась с помощью фотоэлектронного умножителя, проходя через соответствующие сине-зеленые и ультрафиолетовые фильтры /1/.

Указанные выше экспериментальные исследования были проведены при шероховатости пленки серебра (иначе называемой островковой пленкой) в плоскости 60-70 нм и высотой частиц 6-10 нм /1/.

Таким образом, сформированная на основе химического травления металла наноразмерная шероховатость поверхности защитной метки, при зондировании ее когерентным лазерным излучением с частотой , будет генерировать гигантские ВГ и ТГ, в совокупности являющиеся идентификационным признаком защитной метки.

Детектирование указанного идентификационного признака производится с помощью фоторегистрирующих устройств, обладающих спектральной избирательностью на частотах 2 и 3 .

Кроме того, фоторегистрирующие устройства должны иметь некоторую пороговую чувствительность для снижения влияния малоинтенсивных отраженных ВГ и ТГ, возникающих при взаимодействии зондирующего лазерного излучения с некоторыми средами и которые не обусловлены рассматриваемыми нелинейно-оптическими свойствами поверхности защитной метки.

Ниже приводится описание графических материалов, никоим образом не ограничивающих все возможные варианты осуществления заявленного изобретения.

На фиг.1 приведена типовая оптическая схема эксперимента по наблюдению и исследованию процессов генерации отраженных ВГ и ТГ.

Поляризатор обеспечивает s-s-геометрию, которая выбрана из-за существования строгих правил отбора, запрещающих генерацию ВГ некоторыми поверхностями.

Высокая чувствительность отраженной ВГ к морфологическим свойствам поверхности связана со строгими поляризационными правилами отбора, запрещающими генерацию s-поляризованной волны ВГ для s-поляризованной волны накачки на гладкой однородной изотропной поверхности.

Поляризация световых волн называется s-поляризацией, когда вектор электрического поля волны направлен перпендикулярно плоскости падения (плоскости, проходящей через нормаль к поверхности и волновой вектор световой волны). Это поляризационное правило отбора, называемое s,s-запретом, нарушается для шероховатых поверхностей металлов и полупроводников /2/.

На фиг.2 приведен вариант устройства для детектирования защитной метки при использовании нелинейно-оптических эффектов генерации гигантских отраженных ВГ и ТТ. Нумерация блоков устройства, их наименование и используемые далее сокращения приведены ниже.

1 - зондирующий лазер (ЗЛ),

2 - пятно луча (ПЛ) ЗЛ,

3 - оптическая призма (ОП),

4, 5, 6 - оптические линзы (ОЛ),

7 - поляризатор излучения (П) ЗЛ,

8, 9 - оптические фильтры ВГ и ТГ соответственно,

10 - защищаемое изделие (ЗИ),

11 - защитная метка (ЗМ),

12 - наноразмерные шероховатости (НШ) ЗМ,

13 - устройство детектирования ЗМ (УДЗМ),

14, 15 - фоторегистрирующие устройства (ФРУ1 и ФРУ2 соответственно),

16 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

17 - монитор ЭВУ (МЭВУ),

18 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

, 2 , 3 - частоты излучений ЗЛ, ВГ и ТГ соответственно,

, ₂ , ₃ - полярные уголы луча ЗЛ и отраженных ВГ и ТГ соответственно,

₂ , ₃ - азимутальные уголы начальной выставки ФРУ1 (14) и ФРУ2 (15) относительно ЗМ (11).

При конструировании оптической схемы устройства выбирается такое взаиморасположение оптических элементов схемы ( , _{2 ,}, ₃ , ₂ и ₃ ), при котором обеспечивается максимум интенсивности генерируемых гигантских ВГ и ТГ.

Ниже приводится пример осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты его реализации.

Для реализации рассмотренного способа защиты ценных изделий, в частности банкнот, кредитных документов и иных ценных бумаг, выбирают структуру защитной метки, наиболее подходящую для защищаемого устройства. Могут быть использованы различные известные из уровня техники варианты и способы формирования и нанесения защитной метки.

Поскольку конкретные методы нанесения изображений, например, на банкноты различных достоинств являются охраняемыми сведениями государства, а их выбор не ограничивает сферу применения предлагаемого способа, предположим, что защитная метка выполняется в виде металлической или металлизированной полоски. Требуемая шероховатость на металлическую полоску наносится путем электрохимического травления микрослоя, например, серебра, предварительно нанесенного на полоску.

При этом представляется целесообразным нанесение шероховатости не по всей поверхности защитной метки, а только в локальных ее областях, разнесенных по площади защитной метки в определенном порядке. Например, это может быть выполнено в виде штрихкода.

Упомянутый штрихкод может нести в себе информацию, например, о номинале банкноты, серии и номере с указанием года выпуска и т.п.

Вариант блок-схемы устройства для контроля подлинности защищаемого объекта на основе идентификации защитной метки приведен на фиг.2.

Принципиально оптическая схема устройства детектирования защитной метки не отличается от типовой оптической схемы экспериментальной установки для исследований генерации ВГ и ТГ.

Применение П (7), ОП (3) и ОЛ (4, 5, 6) в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемой поляризации зондирующего излучения, фокусировки лучей, «оптического контакта» УДЗМ с ЗМ и необходимой ориентации плоскости ЗМ по отношению к осям зондирующего лазерного излучения и генерируемых гигантских ВГ и ТГ.

Детектирование штрихкода защитной метки происходит следующим образом.

Начальной выставкой обеспечивается помещение ПЛ (2) в начало ЗМ (11).

Далее, по сигналу ЭВУ (16) включается ЭМУ (18), которое обеспечивает линейное сканирование ПЛ (2) в направлении, перпендикулярном штрихам кода ЗМ (11), сформированным на ее поверхности с помощью НШ (12) (см. фиг.2).

При нахождении ПЛ (2) на гладком участке поверхности ЗМ (11) генерируются малоинтенсивные ВГ и ТГ, обусловленные эффектами, связанными с пространственной дисперсией. Настройкой порога чувствительности ФРУ1 (14) и ФРУ2 (15) добиваются отсутствия влияния указанных ВГ и ТГ на их выходные сигналы.

При нахождении ПЛ (2) на НШ (12) участке поверхности ЗМ (11) возникают генерации гигантских ВГ и ТГ, которые легко регистрируются ФРУ1 (14) и ФРУ2 (15). Именно это взаиморасположение ЗМ (11) и УДЗМ (13) изображено на фиг.2.

На основе информации с ФРУ1 (14) и ФРУ2 (15) (есть сигнал, нет сигнала) и ЭМУ (18) о линейном положении УДЗМ (13) относительно ЗМ (11) в процессе сканирования ЭВУ (16) формирует электронную версию штрихкода и выводит дешифрированный результат на МЭВУ (17).

Современный уровень техники позволяет выполнить оборудование для УДЗМ (13) как в стационарном, так и в переносном вариантах.

Пространственное сканирование зондирующего лазерного излучения для считывания информации штрихкода посредством детектирования генерируемых гигантских ВГ и ТГ и соответствующее синхронное перемещение фотоэлектронного регистрирующего устройства могут быть выполнены с применением как описанного электромеханического устройства, так и с использованием свойств нелинейных оптических кристаллов (например, LiNBO ₃ - ниобат лития, АДР - дифосфат аммония, КДР - дифосфат калия) при воздействии на них электрического поля.

В качестве зондирующего лазера может быть использован аналогичный тому, который использован в приведенном выше эксперименте.

В качестве фотоаппаратуры, регистрирующей гигантские ВГ и ТГ, могут быть использованы, например, упомянутый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или иное устройство, например, на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Поляризатор (7), оптические линзы 4, 5, 6 и фильтры 7, 8, настроенные на пропускание ВГ и ТГ, особенностей не имеют.

Последовательность работы устройства детектирования защитной метки и идентификацию подлинности обеспечивает программа ЭВУ (16).

Таким образом, за счет совместного использования в качестве идентификационного признака двух независимых физических явлений, а именно генерации гигантских ВГ и ТГ при зондировании поверхности защитной метки единым источником лазерного излучения, обеспечивается гарантированная защита ценных изделий от подделки и возможность последующего автоматического определения их подлинности с высокой достоверностью.

Литературные источники

1. Е.М.Ким, С.С.Еловиков, Т.В.Мазина, О.А.Акципетров, М.А.Бадер, Г.Маровский. Генерация гигантской третьей оптической гармоники в островковых пленках серебра. Письма в ЖТФ, том 80, вып.8, с.600-604.

2. Акципетров О.А. Гигантские нелинейно-оптические явления на поверхности металлов. Соросовский образовательный журнал, том 7, №7, 2001.