Способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки. Изобретение обеспечивает надежную защиту ценных изделий от подделки и дает возможность определения их подлинности с помощью простых технических средств. На ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры и обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности. В качестве материала защитного средства используют кристаллические вещества, например ZnS, ZnSe, CdS, NaCl, LiNbO₃, Bi₁₂GeO₂₀ и др., при этом в качестве детектируемых информативных признаков используют собственно дефектную акустолюминесценцию, формируемую этими материалами при воздействии на них интенсивных ультразвуковых волн. При этом возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего ультразвукового воздействия 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. 3 з.п. ф-лы. 4 ил.

 

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 (1).

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 (2). 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, G06К 19/08, 10.01.2000 (3). 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, G06К 19/14, 10.05.2006 (4) (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 защитное средство заданной структуры, которое обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по оптическим эффектам и детектирование информационных признаков в отклике защитного средства с использованием внешнего зондирующего ультразвукового (УЗ) поля, согласно данному изобретению, в качестве детектируемого информативного признака используют акустолюминесценцию, а в качестве защитного средства используют тонкие пластины, например, из кристаллов ZnS, ZnSe, CdS, NaCl, LiNbO₃ или Bi₁₂GeO₂₀.

Как самостоятельные методы - оптические и акустические методы, находят широкое применение для исследований физических свойств кристаллов и их дефектов.

Особый интерес представляют новые явления, которые ранее не только не были известны, но и предсказать их было трудно. К таким относится акустолюминесценция (далее АЛ) кристаллов, то есть свечение кристалла, возбуждаемое акустической волной, начиная с некоторой (пороговой) интенсивности.

Акустооптика изучает взаимодействие акустических и электромагнитных волн в среде. Как правило, это ультразвуковые волны и свет, распространяющийся в конденсированной среде, влияющее на эту среду и взаимодействующие между собой. Известное взаимодействие УЗ на среду состоит в том, что деформация, создаваемая УЗ, изменяет в пространстве и времени оптические свойства среды, что сказывается на распространении света. Световыми волнами служат как электромагнитные волны видимого диапазона, так и примыкающие к ним волны ближнего инфракрасного и ультрафиолетового диапазона.

Согласно устоявшимся представлениям, люминесценцию классифицируют по типу возбуждения, механизму преобразования энергии после первоначального возбуждения кристалла, а также по временным характеристикам или длительности свечения.

Сравнительно недавно экспериментально обнаружен новый тип люминесценции кристаллов - собственно-дефектная акустолюминесценция /1/. Она связана с заряженными дефектами кристалла, возникающими вследствие колебательного движения дислокации в поле УЗ сверхпороговой интенсивности. Диапазон частот мегагерцевый, интенсивность УЗ от 1 до 10 Вт/см².

Собственно дефектная АЛ (ДАЛ) была обнаружена в кристаллах CdS. В тонких пластинах полупроводникового CdS возбуждался ультразвук мегагерцевого диапазона, образцы были помещены в жидкий азот или гелиевый криостат. При интенсивности УЗ выше 1 Вт/см² пластины сульфида кремния начинали излучать свет по пути распространения УЗ. Впоследствии АЛ была возбуждена и при комнатной температуре и в других материалах, а именно: ZnS, ZnSe, CdS, NaCl, LiNbO₃, Bi₁₂GeO₂₀ /1/.

Для объяснения спектров ДАЛ рассмотрим пару Френкеля на примере кристалла CdS. В зонной схеме такой паре соответствуют два уровня, расположенные в запрещенной зоне, один донорный, а другой акцепторный. Поскольку спектры ДАЛ содержат полосы, связанные с междоузельным кадмием серой 57, а также вакансиями кадмия и серы , целесообразно рассмотреть зонную схему кристалла с дефектами (фиг.1). Поскольку собственные дефекты являются донорами и акцепторами, то в данном случае применима теория донорно-акцепторных пар. Энергия излучения при рекомбинации электрона и дырки может быть вычислена по формуле:

где E_g - ширина запрещенной зоны,

Δ_а - эффективное изменение Eg под действием УЗ,

E_D и E_A - уровни залегания донора и акцептора,

ϕ - поправка на некулоновский характер взаимодействия при малых r_AD - расстояниях между донором и акцептором,

q - заряд электрона.

В рассматриваемом случае использования кристаллов CdS, при амплитуде АВ вблизи пороговых значений возникает зеленая и оранжевая полосы АЛ. Зеленая ДАЛ с максимумом на 515±5 нм - это излучательный переход электрона из донора или зоны проводимости на центр зеленой люминесценции . Оранжевая ДАЛ - это переходы электронов из группы уровней (, ) в валентную зону. При дальнейшем повышении амплитуды АВ, более интенсивно будут происходить процессы генерации дефектов и ионизации доноров и акцепторов. Дырки из и электрон из переводятся в валентную зону и зону проводимости соответственно. Это приводит к замедлению роста интенсивности зеленой полосы и более крутому росту оранжевой полосы ДАЛ. С ростом интенсивности УЗ начинает появляться также широкая полоса красной АЛ с максимумом в области 720-725 нм. Красная полоса ДАЛ может быть сформирована излучательными переходами между заряженными вакансиями серы и кадмия, то есть в близкой донорно-акцепторной паре (, ) /1/.

На фиг.2 приведены типичные спектры ДАЛ (на фиг.2а - для кристаллов CdS, а на фиг.2б - для NaCl и KCl). Общее свойство этих спектров состоит в том, что их максимумы соответствуют излучательным электронным переходам в системе собственных дефектов решетки кристалла. Другое основное свойство ДАЛ заключается в том, что ее возбуждение носит только пороговый характер. В соединениях А₂В₆, к которым относятся CdS, CdSe, ZnSe, свечение ДАЛ появляется при интенсивности УЗ от 1 до 5 Вт/см² в зависимости от материала.

Следовательно, к основным свойствам ДАЛ можно отнести следующие:

1) спектры формируются в системе собственных дефектов решетки;

2) возбуждение носит пороговый характер.

Таким образом, вызванная интенсивным УЗ собственно дефектная акустолюминесценция кристаллических материалов, использованных для формирования защитной метки, будет являться идентификационным признаком защитной метки.

Детектирование указанного идентификационного признака производится с помощью фоторегистрирующих устройств.

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

Типовые схемы возбуждения ДАЛ показаны на фиг.3 Стрелки представляют свет ДАЛ (hν), который далее может быть направлен на монохроматор и компьютерную систему обработки результатов. Ниже приведены нумерация, обозначения основных элементов типовых схем и используемые ниже сокращения:

1 - кристалл (КР),

2 - пьезокерамический преобразователь (ПКП),

3 - металлические электроды-преобразователи (МЭП),

4 - источник электрического переменного напряжения, возбуждающего УЗ,

5 - акустическая волна (АВ),

6 - собственно-дефектная акустолюминесценция (ДАЛ).

На фиг.4 представлен вариант оптической схемы для детектирования ДАЛ. Применение в устройстве призмы и оптических линз связано с обеспечением работоспособности фоторегистрирующих устройств, которых для надежного детектирования ДАЛ может быть несколько. В частности, на фиг.4 показано использование 2-х фоторегистрирующих устройств. Применение узкополосных (например, дифракционных) фильтров обеспечивает выделение спектральных линий ДАЛ, характерных для используемых кристаллов. Как видно, по сравнению с типовыми схемами возбуждения ДАЛ (фиг.3), предложенный вариант особенностей не имеет. Далее приведены обозначения используемых оптических и других элементов (повторяющиеся наименования, см. описание к фиг.3, не приводятся):

7 - защищаемое изделие (ЗИ),

8 - защитная метка (ЗМ),

9 - оптическая призма (ОП),

10, 11 - оптические линзы,

12, 13 - узкополосные оптические фильтры (УОФ1 и УОФ2 соответственно),

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

16 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

17 - акустическая линза (АКЛ),

18 - монитор электронно-вычислительного устройства (МЭВУ),

19 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

При конструировании оптической схемы устройства обеспечивается такое взаиморасположение оптических элементов схемы, при котором обеспечивается максимум интенсивности ДАЛ на входах ФРУ.

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 полосок из материалов кристаллической структуры, приведенных ранее по тексту.

При этом представляется целесообразным размещение полосок из рассматриваемых веществ в локальных областях ЗМ, разнесенных по ее площади в определенном порядке. Например, это может быть выполнено в виде штрих-кода.

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

Вариант блок-схемы устройства детектирования защитной метки приведена на фиг.4.

Применение призм в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемого оптического контакта», необходимой ориентации плоскости защитной метки по отношению к осям зондирующего излучения и формируемой ДАЛ.

Детектирование штрих кода защитной метки происходит следующим образом.

Начальной выставкой обеспечивается совмещение ЗМ и ПКП. При отсутствии ЗМ возможно формирование малоинтенсивных спектральных линий в полосе пропускания узкополосных фильтров. Настройкой порогов чувствительности ФРУ1 и ФРУ2 добиваются отсутствия влияния указанных спектральных линий на их выходные сигналы.

Присутствие защитной метки резко меняет картину спектральных линий, при которой выделенными по интенсивности являются только те, которые характерны для ДАЛ примененного кристаллического вещества и на которые настроены УОФ1 и УОФ2 на входах ФРУ1 и ФРУ2 соответственно. Именно это взаиморасположение ЗМ и основных элементов УДЗМ изображено на фиг.4.

Далее, по сигналу ЭВУ включается ЭМУ, которое обеспечивает линейное сканирование акустической линзы в направлении, перпендикулярном штрихам кода ЗМ, сформированным на поверхности ЗМ с помощью тонких кристаллических полосок (см. фиг.4).

Современный уровень техники позволяет выполнить оборудование для устройства детектирования защитной метки как в стационарном, так и в переносном вариантах.

В качестве фотоаппаратуры, регистрирующей ДАЛ, может быть использован, например, фотоэлектронный усилитель (ФЭУ) или иное устройство, например, на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Оптические линзы и узкополосные фильтры, настроенные на пропускание излучения ДАЛ, особенностей не имеют.

Последовательность работы устройства детектирования защитной метки и идентификацию подлинности обеспечивает программа электронно-вычислительного устройства.

Таким образом, применение предлагаемого способа, обеспечивает гарантированную защиту ценных изделий от подделки и возможность последующего автоматического определения их подлинности с высокой достоверностью.

Литература

1. Островский И.В. Акустолюминесценция - новое явление акустооптики. Соросовский образовательный журнал, №1, 1998.

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 пассивного защитного средства используют тонкие пластинки кристаллического вещества, при этом возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическому эффекту акустолюминесценции в процессе внешнего воздействия на него ультразвуковых волн 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества кристаллической пластинки используют химические соединения вида А₂В₆, к которым относятся, например, CdS, CdSe, ZnSe.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зондирующего воздействия используют ультразвуковые волны.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве детектируемых информативных признаков используют собственную дефектную акустолюминесценцию элементов защитной метки.