Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования



Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования
Идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования

 

B44B3 - Устройства для выполнения резьбы по дереву, гравирования или гильоширования поверхностных орнаментов или маркировки, снабженные инструментами или держателями обрабатываемого изделия, с управляемым движением подачи в двух измерениях (маркирование или гравирование металла воздействием электрического тока высокой концентрации B23H 9/06; гравирование, как способ изготовления печатных форм B41C,B41D; гравирование с помощью фотомеханической репродукции G03F)

Владельцы патента RU 2373307:

Низиенко Юрий Константинович (RU)

Изобретение относится к средствам и способам маркировки ценных изделий, преимущественно драгоценных камней, в частности ограненных алмазов (бриллиантов), и может быть использовано для последующей идентификации данных изделий. Метка 1 выполнена в виде сформированного на полированной поверхности 3 изделия 2 оптически визуализируемого в дифракционно-отраженном свете изображения. Структура изображения организована посредством модифицированной области поверхностного слоя изделия 2 с измененными, относительно исходных, оптическими свойствами в упомянутой области, функционально являющейся изображением метки 1. Модифицированная область выполнена в виде микроштрихов 8, пространственно организованных по типу отражательной дифракционной решетки, функционально являющейся средством повышения контраста визуального восприятия изображения метки 1, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения. Структура микроштрихов модифицированой области включает, по меньшей мере, одну примесную добавку, выбранную из группы, включающей благородные металлы или бор, ионно-имплантированную в атомные решетки исходного материала изделия без разрушения межатомных связей этих решеток и, соответственно, без изменения качества полированной поверхности изделия, но с изменением комплексного показателя преломления этого материала. Согласно способу формирования метки 1, перед модифицированием на поверхность 3 наносят технологический слой (ТС) материала, удаляемый после модифицирования. В ТС формируют структуру, организованную по типу штриховой решетки. Модифицирование соответствующей области поверхностного слоя осуществляют посредством экспонирования этой области ионным пучком через маску с изображением метки 1 и образованную в ТС пространственную структуру, организуя тем самым технологический режим имплантации ионов модификатора в модифицируемую область поверхностного слоя материала изделия 2 без разрушения связей в атомных решетках этого материала и, соответственно, без изменения исходного качества полировки поверхностного слоя, но с изменением его исходных оптических свойств. В качестве модификатора используют примесные добавки, выбранные из группы, включающей благородные металлы или бор, ионы которых изменяют комплексный показатель преломления модифицированного слоя. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретения относятся к средствам и способам маркировки ценных изделий, преимущественно драгоценных камней, в частности ограненных алмазов (бриллиантов), и могут быть использованы для маркировки изделий в целях обеспечения возможности осуществления их последующей идентификации.

Из уровня техники известны оптически невидимая идентификационная метка для маркировки ценных изделий и способ ее формирования и визуализации, согласно которому поверхность исследуемого объекта предварительно полируют. На полированной поверхности образуют оптически невидимое изображение метки путем модифицирования области поверхностного слоя изделия, функционально являющейся изображением метки. В результате модифицирования упомянутой области изменяется поверхностная энергия модифицированной зоны. Затем осуществляют визуализацию упомянутого изображения метки за счет создания в месте расположения упомянутой модифицированной области исследуемого объекта метастабильной среды. Посредством этой среды визуально воспринимаемое изображение метки получают в виде различия структур, образованных частицами стабильной фазы метастабильной среды, на участках полированной поверхности изделия с различной поверхностной энергией (WO 02/089041, C1, EP 1391841).

К недостаткам данных известных из уровня техники идентификационной метки и способа ее формирования следует отнести зависимость качества изображения от загрязнения исследуемой поверхности.

Следует также отметить, что данная маркировка с визуализацией посредством формируемого конденсата целесообразна только в тех случаях, когда размеры модифицируемой области (т.е. размеры геометрических структур изображения метки) больше размеров типичных капель конденсата. Если размеры геометрических структур изображения метки (например, штрихов или точек) сравнимы с типичными размерами капель конденсируемой среды, например воды (5÷10 мкм), то проявляются недостатки маркировки, выраженные в малой контрастности и быстром исчезновении изображения после визуализации. Таким образом, область использования такой метки ограничена вышеуказанными условиями.

Наиболее близкими к заявленным объектам изобретения являются идентификационная метка для маркировки алмазов и способ ее формирования сфокусированным ионным пучком с последующей визуализацией при использовании специальных оптических средств.

Согласно этим известным из уровня техники решениям поверхность алмаза предварительно полируют. На полированной поверхности образуют оптически видимое (с помощью специальных оптических средств) в отраженном свете изображение метки. Изображение образуют путем модифицирования маркируемой области поверхностного слоя изделия (функционально являющейся изображением метки) посредством сфокусированного ионного пучка с энергией ионов больше 10 кэВ, преимущественно 30÷50 кэВ. В результате этого изменяют структуру поверхностного слоя основы (материала изделия) с обеспечением изменения оптических свойств модифицированной области по отношению к ее исходным свойствам, соответствующим оптическим свойствам необработанных участков полированной поверхности.

Предварительно на полированную поверхность алмаза наносят тонкий слой проводящего материала (например, золота) для снятия заряда, образующегося на его поверхности от ионного пучка. Изображение метки формируют посредством непрерывного сканирования модифицируемой области сфокусированным ионным пучком, посредством которого разрушают связи между соседними атомами кристаллических решеток, с последующим химическим травлением этой области, например нитридом натрия, и частичным удалением материала поверхностного слоя изделия, т.е. с изменением качества исходной полированной поверхности изделия за счет образования канавок (US, №6391215).

К недостаткам данных известных из уровня техники идентификационной метки и способа ее формирования целесообразно отнести следующее.

В связи с тем, что модифицирование осуществляют путем непрерывного сканирования формирующей изображение метки области поверхностного слоя изделия сфокусированным ионным пучком с высокой энергией ионов, в этой области происходит разрушение межатомных связей в кристаллической решетке алмаза. Вследствие этого материал поверхностного слоя в области модифицирования приобретает графитоподобную структуру, на месте которой при травлении образуются шероховатые выемки, обеспечивающие светорассеяние. Однако с учетом того, что различие в коэффициентах преломления сред алмаз-воздух сравнительно невелико, выемки, формирующие изображение, должны быть достаточно глубокими для получения контрастного изображения в отраженном свете, порядка 30 нм и более. В противном случае изображение будет практически неразличимым в отраженном свете.

Нарушение целостности полированной поверхности (т.е. наличие, фактически, микрогравировки) явно изменяет товарный вид изделия, что влечет за собой снижение его рыночной стоимости. По этой причине резко сокращается область применения подобной маркировки.

Кроме того, в ряде случаев бывает необходимо изменить изображение метки (например, при смене владельца бриллианта). В этом случае приходится обеспечивать дополнительную шлифовку алмаза на глубину слоя, соответствующую глубине ранее сформированной метки (т.е. 30 нм и более), что также влечет за собой снижение рыночной стоимости бриллианта.

Дополнительно к недостаткам способа формирования метки можно также отнести и соответствующие сложности технологического процесса модифицирования. Объясняется это тем, что сфокусированный ионный пучок с необходимой (вышеуказанной) энергией ионов можно получать и использовать лишь в высоком вакууме (менее 10-6 Торp). Кроме того, в способе необходимо использовать трудоемкий и нежелательный с экологической точки зрения процесс травления, в котором сначала кислотой удаляют слой золота, а затем используется нитрид натрия при температуре 380-550 градусов Цельсия в течение часа для удаления материала с частично разрушенными межатомными связями.

Таким образом, вышеперечисленные недостатки ограничивают область использования известных из уровня техники идентификационной метки и способа ее формирования.

В основу заявленного изобретения была положена задача расширения области использования идентификационной метки для маркировки ценных изделий и способа ее формирования путем создания на маркируемой поверхности долговечной, цветной, оптически видимой в дифракционно отраженном свете метки с высокой контрастностью без ухудшения качества полировки маркируемой поверхности.

Техническим результатом является увеличение контрастности визуализируемого изображения идентификационной метки, реализуемое за счет явления дифракции света на микроштрихах модифицированной области, функционально являющейся изображением метки. Углы наблюдения изображения такой метки, соответствующие углам дифракции падающего света на образованной дифракционной структуре, могут существенно отличаться от направления зеркального отражения падающего излучения (излучения подсветки). В результате этого возможен режим наблюдения метки с повышенным контрастом изображения, т.е. наблюдение подсвеченной метки на темном фоне остальной части поверхности.

Дополнительной технической задачей является сохранение исходного качества полированной поверхности после формирования идентификационной метки в области ее формирования (т.е. в модифицируемой области).

Поставленная задача в отношении объекта изобретения «устройство» решается посредством того, что в идентификационной метке для маркировки ценных изделий, выполненной в виде сформированного на полированной поверхности изделия изображения, структура которого организована посредством модифицированной области поверхностного слоя изделия с измененными, относительно исходных, оптическими свойствами этой области, функционально являющейся изображением метки, согласно изобретению, модифицированная область выполнена в виде микроштрихов, которые пространственно организованы по типу отражательной дифракционной решетки, функционально являющейся средством повышения контраста визуального восприятия изображения метки, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения; при этом структура микроштрихов модифицированой области включает, по меньшей мере, одну примесную добавку, выбранную из группы, включающей благородные металлы или бор, ионно-имплантированную в атомные решетки исходного материала изделия без разрушения межатомных связей этих решеток и, соответственно, без изменения качества полированной поверхности изделия, но с изменением комплексного показателя преломления этого материала.

Поставленная задача в отношении объекта изобретения «способ» решается посредством того, что в способе формирования идентификационной метки для маркировки ценных изделий, согласно которому: маркируемую поверхность предварительно полируют; на полированной поверхности образуют оптически визуализируемое изображение метки путем модифицирования области поверхностного слоя изделия, функционально образующей изображение метки; модифицирование осуществляют потоком излучения, содержащим ионы примесных добавок; при этом в процессе модифицирования преобразуют структуру материала модифицируемой области поверхностного слоя изделия с обеспечением изменения исходных оптических свойств этой области, согласно изобретению, перед модифицированием на полированную поверхность изделия, в зоне модифицируемой области, функционально образующей изображение метки, наносят вспомогательный технологический слой материала, удаляемый после модифицирования; в этом слое формируют пространственную структуру, организованную по типу штриховой решетки с заданной постоянной, штрихи которой образуют путем удаления материала технологического слоя на всю его толщину, модифицирование упомянутой области, функционально образующей изображение метки, осуществляют посредством экспонирования этой области ионным пучком через маску с изображением метки и образованную в технологическом слое пространственную структуру, посредством чего организуют технологический режим имплантации ионов модификатора в модифицируемую область поверхностного слоя материала изделия без разрушения связей в атомных решетках этого материала и, соответственно, без изменения исходного качества полировки поверхностного слоя, но с изменением его оптических свойств; при этом упомянутое изменение оптических свойств обеспечивают за счет использования в качестве модификатора примесных добавок, выбранных из группы, включающей благородные металлы или бор, ионы которых при их имплантации в атомные решетки материала изделия изменяют комплексный показатель преломления этого материала.

Целесообразно комплексный показатель преломления материала изделия в процессе модифицирования изменять в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света, посредством чего обеспечивают увеличение коэффициента отражения.

Оптимально имплантацию примесных добавок в атомные решетки осуществлять путем использования ионов модификатора с энергией не более 10 кэВ, преимущественно, 5-6 кэВ.

Допустимо пространственную структуру во вспомогательном технологическом слое, организованную по типу штриховой решетки, формировать путем абляции материала этого слоя посредством лазерного излучения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленных технических решений, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленных объектах изобретения, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленных объектов изобретения требованию условию патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленных объектов, результаты которого показывают, что заявленные объекты изобретения не следуют для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленных технических решений преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, в заявленных объектах изобретения не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа.

- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены,

- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;

- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленные объекты изобретения соответствуют требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - оптическая схема, иллюстрирующая ход лучей падающего и отраженного потока излучения подсветки от участков исходной полированной поверхности маркируемого изделия и от ее дискретных модифицированных, согласно изобретению, структур (микроштрихов), совокупность которых функционально образует изображение метки.

Фиг.2 - оптическая схема, иллюстрирующая условие контрастного наблюдения метки в более слабом дифракционно отраженном от ее поверхности потоке излучения подсветки, без визуально воспринимаемых помех со стороны более сильного зеркально отраженного потока излучения упомянутой подсветки.

Фиг.3 - маска для формирования в нанесенном на полированную поверхность маркируемого изделия вспомогательном (удаляемом после модифицирования) технологическом слое пространственной структуры, организованной по типу штриховой решетки с заданной постоянной.

Фиг.4 - маска с изображением метки.

Фиг.5 - пространственная структура, организованная по типу штриховой решетки с заданной постоянной во вспомогательном технологическом слое посредством маски по фиг.3.

Фиг.6 - пространственная структура по фиг 5 (организованная во вспомогательном технологическом слое изделия по типу штриховой решетки с заданной постоянной) с наложенной на нее маской с изображением формируемой метки.

Фиг.7 - сформированная на маркируемой поверхности изделия идентификационная дифракционная метка, изображение которой выполнено в виде микроштрихов, пространственно организованных по типу отражательной дифракционной решетки (модифицированные, согласно изобретению, участки показаны черным цветом).

Совершенно очевидно, что геометрические параметры:

- микроштрихов, совокупность которых формирует изображение метки, а также постоянной D дифракционной решетки, образованной совокупностью этих микроштрихов (см. фиг.1 и фиг.7);

- маски по фиг.3 (в отношении размера постоянной D пропускающей решетки, сформированной в ней);

- маски по фиг.4 (в отношении размеров идентификационной метки);

- размера постоянной D решетки, сформированной в технологическом слое (см. фиг.5);

- размера постоянной D дифракционной отражательной решетки, сформированной совокупностью микроштрихов, образующих изображение метки;

в графических материалах настоящей заявки показаны в увеличенном на несколько порядков масштабе, с целью визуального восприятия перечисленных микроструктур без специальных оптических средств.

Далее по тексту конструктивные и структурные элементы заявленных объектов изобретения обозначены следующими позициями:

1 - метка (идентификационная);

2 - изделие (ценное маркируемое);

3 - поверхность (полированная маркируемого изделия 2);

4 - поток (излучения, падающего на модифицированную область поверхности 3 изделия 2);

5 - поток (излучения, дифракционно отраженного от модифицированной области поверхности 3 изделия 2);

6 - поток (излучения, падающего на немодифицированную область поверхности 3 изделия 2);

7 - поток (излучения, зеркально отраженного от немодифицированной и модифицированной областей поверхности 3 изделия 2);

8 - микроштрихи (модифицированной области поверхности 3 изделия 2, совокупность которых образует изображение метки 1);

9 - источник (падающего излучения);

10 - объектив (приемника излучения, отраженного от модифицированной области поверхности 3 изделия 2);

11 - слой (вспомогательный технологический);

12 - структура (пространственная, организованная в слое 11 по типу штриховой пропускающей решетки с заданной постоянной);

13 - маска (для формирования в нанесенном на полированную поверхность 3 маркируемого изделия 2 вспомогательном технологическом слое 11 пространственной структуры 12, организованной по типу штриховой пропускающей решетки с заданной постоянной);

14 - маска с изображением метки 1.

Изобретение реализуется следующим образом. Идентификационная метка 1 для маркировки ценных изделий 2, выполнена в виде сформированного на полированной поверхности 3 изделия 2 оптически визуализируемого (например, посредством объектива 10 приемника излучения) в дифракционно отраженном свете (т.е. отраженном потоке 5 излучения, сформированном посредством источника 9 падающего излучения) изображения метки 1. Структура изображения метки 1 организована посредством модифицированной области поверхностного слоя изделия 2 с измененными (относительно исходных) оптическими свойствами (т.е. с измененными по отношению к исходным оптическим свойствам маркируемой полированной поверхности 3) в упомянутой области, функционально являющейся изображением метки 1. Модифицированная область (т.е. изображение метки 1) с вышеупомянутой структурой может быть сформирована различными известными из уровня техники методами.

С физической точки зрения метка 1 выполнена дифракционной, т.е. обеспечивающей возможность ее визуального восприятия под углом дифракции с повышенным контрастом изображения, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения 4. Для этого модифицированная область исходной полированной поверхности 3 выполнена в виде микроштрихов 8 (сосредоточенных на площади изображения метки 1), пространственно организованных по типу отражательной дифракционной решетки с заданной постоянной D. То есть упомянутая отражательная дифракционная решетка функционально является средством повышения контраста визуального восприятия изображения метки 1, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения.

Структура микроштрихов модифицированной области, функционально являющейся изображением метки 1, сформирована посредством включения, по меньшей мере, одной примесной добавки (выбранной из группы, включающей благородные металлы или бор), ионно-имплантированной в атомные решетки исходного материала изделия 2 без разрушения межатомных связей этих решеток и, соответственно, без изменения исходного качества полированной поверхности 3 изделия 2, но с изменением исходных оптических свойств модифицированной области.

Способ формирования идентификационной метки 1 для маркировки ценных изделий 2 заключается в следующем. Маркируемую поверхность изделия 2 предварительно полируют. На полированной поверхности 3 образуют оптически визуализируемое в дифракционно отраженном свете изображение идентификационной метки 1 путем модифицирования области поверхностного слоя изделия 2, функционально образующей изображение метки 1. Модифицирование осуществляют потоком излучения, содержащим ионы примесных добавок. При этом в процессе модифицирования преобразуют структуру материала модифицируемой области поверхностного слоя изделия 2 с обеспечением изменения исходных оптических свойств этой области.

Перед модифицированием на полированную поверхность 3 (в зоне упомянутой модифицируемой области поверхностного слоя изделия 2) наносят вспомогательный технологический слой 11 материала, удаляемый после модифицирования (т.е. после завершения процесса формирования изображения метки 1). В этом слое 11 формируют пространственную структуру 12, организованную по типу штриховой (пропускающей) решетки с заданной постоянной D, штрихи которой получают путем удаления материала этого слоя 11 на всю его толщину (одним из известных из уровня техники методов, например, с использованием маски 13). Модифицирование упомянутой области (функционально образующей изображение метки) осуществляют посредством экспонирования этой области ионным пучком (например, импульсным) через маску 14 с изображением метки 1 и образованную в технологическом слое 11 пространственную структуру 12. Посредством этого организуется технологический режим имплантации ионов модификатора в материал изделия 2 в маркируемой (модифицируемой) области его поверхностного полированного слоя без разрушения связей в атомных решетках материала изделия 2 и, соответственно, без изменения исходного качества полировки поверхностного слоя, но с изменением его исходных оптических свойств. При этом упомянутое изменение оптических свойств обеспечивают за счет использования в качестве модификатора примесных добавок (выбранных из группы, включающей благородные металлы или бор), ионы которых при их имплантации в атомные решетки материала изделия 2 изменяют комплексный показатель преломления этого материала.

Целесообразно комплексный показатель преломления материала изделия 2 в процессе модифицирования изменять в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света и, соответственно, обеспечивать увеличение коэффициента отражения модифицированной области.

Оптимально имплантацию примесных добавок в атомные решетки осуществлять путем использования ионов модификатора с энергией не более 10 кэВ, преимущественно 5-6 кэВ.

Разумно пространственную структуру 12 в технологическом слое 11 (физически организованную по типу штриховой пропускающей решетки) формировать посредством абляции материала технологического слоя 11 с использованием лазерного излучения.

Вспомогательный технологический слой 11 на полированной поверхности 3 маркируемой области изделия 2 можно формировать, например, посредством напыления материала с необходимыми свойствами.

Идентификационная метка может занимать как целиком всю площадь маркируемой поверхности, так и часть этой поверхности

Таким образом, согласно настоящему изобретению может быть получена идентификационная метка для маркировки ценных изделий, которая, с одной стороны невидима, при наблюдении ее с помощью 10-20 кратной лупы при условиях освещения, принятых для экспертизы ювелирных изделий в алмазном бизнесе. Однако, при определенных (нижеописанных) условиях освещения и наблюдения метка четко визуализируется даже невооруженным глазом.

Такая невидимость метки очень важна для сохранения рыночной стоимости ювелирных изделий, например, маркированных бриллиантов, после их маркировки.

Указанное качество метки реализуется при следующих условиях:

- если изображение метки 1 образовано на полированной поверхности 3 изделия 2 в виде совокупности регулярных микроштрихов 8, организованных по типу отражательной дифракционной решетки с периодом D;

- для подсветки метки 1 используется источник 9, поток излучения которого направлен ортогонально микроштрихам 8 под углом θ к нормали маркируемой поверхности изделия 2 с угловой шириной спектра источника подсветки ω.

В данном случае, если наблюдение метки проводится по нормали к поверхности изделия 2 с угловой шириной спектра φ приемного объектива 10 (или глаза наблюдателя), условия контрастного наблюдения метки 1 на длине волны λ будут соответствовать следующему соотношению: θ=arcsin(λ/D)>φ+ω.

При выполнении этого условия можно четко наблюдать метку 1, даже если микроштрихи 8 метки 1 имеют очень слабый, практически неразличимый контраст по амплитуде, для этого необходимо лишь увеличить яркость источника 9 подсветки.

Подобное явление происходит, например, при визуализации пылинок в воздухе. А именно при прохождении яркого пучка света, пылинки можно наблюдать лишь под заметным углом к направлению распространения пучка света, таким образом, чтобы пучок света своими прямыми лучами не слепил наблюдателя.

В случае с предлагаемой меткой 1 ее модифицированные участки с дифракционной структурой, кроме отражения основного излучения (т.е. потоков 4 и 6 источника 9 подсветки) по законам зеркальной оптики (поток 7), также отражают малую часть потока 4, падающего на модифицированную область (т.е. часть в виде пучка 5) под углом, отличающимся от угла зеркального отражения основного излучения (т.е. потоков 4 и 6) на величину угла дифракции θ=arcsin(λ/D), что позволяет четко наблюдать даже очень слабое изображение метки 1, если при этом основной, более сильный пучок не мешает наблюдению (т.е. является оптически невизуализируемым наблюдателем).

Таким образом, в процессе реализации заявленного изобретения обеспечивается изменение исходного показателя преломления материала изделия 2 в модифицированной области маркируемой полированной поверхности 3, которое, фактически, дает изменение величины коэффициента отражения, преимущественно, в сторону увеличения.

Кроме того, дифракционная отражающая структура изображения метки 1 (образованная совокупностью микроштрихов 8) позволяет пространственно выделить (т.е. отразить под углом θ в зону угла зрения объектива 10) из падающего под заданным углом потока 4, 6 излучения поток 5 излучения заданной длины волны (регламентируемой постоянной D) и, соответственно, определенного цветового тона. Таким образом, в зону угла зрения объектива 10 и, соответственно, наблюдателя, отражается только поток 5 излучения с увеличенной интенсивностью за счет интерференции при определенном значении разности хода лучей Δ в потоках 4 и 5. Поток 7 излучения, зеркально отраженный от участков поверхности 3 под углом падения потоков 4 и 6, находится вне зоны угла зрения объектива 10, следовательно, для наблюдателя эти участки воспринимаются как темные (черные) структуры. Таким образом, в значительной степени увеличивается контрастность изображения метки 1 (см. фиг.1 и фиг.2).

При допировании (в процессе модифицирования) ионами бора, алмаз на допированной поверхности приобретает полупроводниковые свойства. При этом резко меняется показатель преломления модифицированной (допированной) области. В результате чего при реализации метки 1 указанным образом ее изображение в отраженном свете выглядит более светлым по отношению к немодифицированным участкам маркируемой поверхности 3 изделия 2, так как допированная область имеет больший коэффициент отражения.

Таким образом, для очень мелких изображений, для которых малоэффективен способ невидимой маркировки (см. WO 02/089041, C1, EP 1391841), целесообразно иметь видимую в отраженном свете метку 1, однако, полученную без удаления материала и без нарушения целостности (т.е. без изменения исходного качества полировки) слоя 3 изделия 2. То есть целесообразно иметь метку 1, полученную за счет изменения показателя преломления материала изделия 2 посредством его допирования в области, формирующей изображение метки 1.

При допировании полировка поверхности не нарушается, т.е. ухудшение исходного качества полированной поверхности 3 отсутствует.

Отраженная от допированной области часть падающего излучения наблюдается в видимом свете даже при глубине модифицированного (допированного) слоя материала в несколько нанометров. Тонкая пленка загрязнения, всегда образующаяся на поверхности изделия 2, является оптически прозрачной как для отраженного, так и для падающего излучения и слабо влияет на контрастность метки, полученной заявленным способом.

Для заявленного способа важен темп подачи энергии пучка (т.е. доза поглощаемого излучения, деленная на время). В изобретении доза поглощаемого излучения набирается материалом поверхностного слоя изделия 2 постепенно (импульсно), в связи с чем исключается разрушение поверхностного слоя на модифицируемых участках, т.к. дозы излучения в одном импульсе недостаточно для разрушения межатомных связей кристаллических решеток материала изделия, например, алмаза. Режим облучения подбирается эмпирическим путем. Для реализации заявленного способа не требуется высокого вакуума, т к. облучение осуществляется несфокусированным ионным пучком с энергией ионов менее 10 кэВ, преимущественно в импульсном режиме. Это и отсутствие химического травления повышает технологичность и экологическую чистоту способа. Энергия ионов определяет глубину модифицированного слоя в несколько нанометров, достаточную для долговременного, практически вечного использования метки 1 на поверхности алмаза.

В ряде случаев изображение метки 1 требуется видоизменить, например, при смене владельца изделия 2. Согласно заявленному изобретению метка 1 может проникать на глубину от нескольких нанометров до 10 нм без нарушения исходной рельефной структуры поверхностного слоя, в связи с чем, при необходимости ее изменения, она достаточно легко удаляется полированием.

Метка является долговечной, так как модифицирование области поверхностного слоя изделия 2 с изменением коэффициента преломления, например, полученное с помощью пространственно модулированных импульсных ионных пучков металлов, приводит к стабильному изменению состава и структуры модифицируемой области.

Пример конкретной реализации патентуемого способа

На полированной поверхности 3 алмазного образца было сформировано скрытое для невооруженного глаза, но оптически видимое в отраженном свете с использованием микроскопа изображение меток 1 в виде надписи (см. фиг.6) путем модифицирования соответствующей области поверхностного слоя образца согласно изобретению с помощью ионных пучков (ионов бора, а также ионов благородного металла-золота), пропущенных через маску-трафарет 14 с изображением метки 1 и пространственную структуру 12 с постоянной D=1-2 мкм, образованную в технологическом слое 11. Испытания, проведенные в течение одного года с полученными метками 1, не выявили уменьшения исходного контраста меток 1, модифицированных указанными ионами. Метки 1 также являются устойчивыми к механическому истиранию и действию кислот и различных химических реагентов (растворителей).

Следовательно, заявленные объекты изобретения могут найти широкое применение в различных областях науки и техники для осуществления записи-считывания идентифицирующей ценное изделие информации.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных технических решений следующей совокупности условий:

- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении предназначены для использования, преимущественно, для записи-считывания идентифицирующей ценное изделие информации

- для заявленных объектов в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы, подтверждена возможность их осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленные объекты соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Идентификационная метка для маркировки ценных изделий, выполненная в виде сформированного на полированной поверхности изделия изображения, структура которого организована посредством модифицированной области поверхностного слоя изделия с измененными, относительно исходных, оптическими свойствами этой области, функционально являющейся изображением метки, отличающаяся тем, что модифицированная область выполнена в виде микроштрихов, которые пространственно организованы по типу отражательной дифракционной решетки, функционально являющейся средством повышения контраста визуального восприятия изображения метки, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения, при этом структура микроштрихов модифицированой области включает, по меньшей мере, одну примесную добавку, выбранную из группы, включающей благородные металлы или бор, ионно-имплантированную в атомные решетки исходного материала изделия без разрушения межатомных связей этих решеток и, соответственно, без изменения качества полированной поверхности изделия, но с изменением комплексного показателя преломления этого материала.

2. Способ формирования идентификационной метки для маркировки ценных изделий, согласно которому маркируемую поверхность предварительно полируют; на полированной поверхности образуют оптически визуализируемое изображение метки путем модифицирования области поверхностного слоя изделия, функционально образующей изображение метки; модифицирование осуществляют потоком, содержащим ионы примесных добавок, при этом в процессе модифицирования преобразуют структуру материала модифицируемой области поверхностного слоя изделия с обеспечением изменения исходных оптических свойств этой области, отличающийся тем, что перед модифицированием на полированную поверхность изделия в зоне модифицируемой области, функционально образующей изображение метки, наносят вспомогательный технологический слой материала, удаляемый после модифицирования; в этом слое формируют пространственную структуру, организованную по типу штриховой решетки с заданной постоянной, штрихи которой образуют путем удаления материала технологического слоя на всю его толщину; модифицирование упомянутой области, функционально образующей изображение метки, осуществляют посредством экспонирования этой области ионным пучком через маску с изображением метки и образованную в технологическом слое пространственную структуру, посредством чего организуют технологический режим имплантации ионов модификатора в модифицируемую область поверхностного слоя материала изделия без разрушения связей в атомных решетках этого материала и, соответственно, без изменения исходного качества полировки поверхностного слоя, но с изменением его оптических свойств; при этом упомянутое изменение оптических свойств обеспечивают за счет использования в качестве модификатора примесных добавок, выбранных из группы, включающей благородные металлы или бор, ионы которых при их имплантации в атомные решетки материала изделия изменяют комплексный показатель преломления этого материала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что комплексный показатель преломления материала изделия в процессе модифицирования изменяют в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света, посредством чего обеспечивают увеличение коэффициента отражения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что имплантацию примесных добавок в атомные решетки осуществляют путем использования ионов модификатора с энергией не более 10 кэВ, преимущественно, 5-6 кэВ.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что пространственную структуру во вспомогательном технологическом слое, организованную по типу штриховой решетки, формируют путем абляции материала этого слоя посредством лазерного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам, использующим ультрафиолетовое излучение для тестирования объектов, и предназначено для сортировки алмазов и, в частности, для отбора из природного алмазного сырья и бриллиантов с коричневыми оттенками цвета алмазов, пригодных для высокотемпературной обработки при высоком давлении с целью их обесцвечивания, а именно кристаллов алмаза типа IIa и IIb, и IIB.

Изобретение относится к искусственным ювелирным алмазам, которые могут быть идентифицированы с определенным человеком или животным. .

Изобретение относится к способу и системе для лазерного мечения драгоценных камней и, в частности, к способу и системе гравирования кодов аутентификации. .

Изобретение относится к лазерной машине для анализа, планирования и разметки необработанного алмаза. .

Изобретение относится к устройству для визуального наблюдения метки на грани драгоценного камня. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области физико-химических методов анализа малых и труднодоступных люминесцирующих объектов по спектрам их оптического поглощения. .

Изобретение относится к области изготовления драгоценных камней, а именно к технологии обработки алмазов в бриллианты. .

Изобретение относится к области исследования драгоценных камней, в частности алмазов. .

Изобретение относится к области легирования твердых тел путем их облучения пучком ионов из фазообразующих атомов и может быть использовано для структурно-фазовой модификации твердых тел, например для улучшения их физико-механических, коррозионных и других практически важных свойств.
Изобретение относится к области получения специальных сплавов в виде покрытий или самонесущих изделий и может быть использовано в металлургии, машиностроении, материаловедении и других отраслях.

Изобретение относится к области легирования твердых тел путем облучения ионами фазообразующих элементов и может быть использовано для ионной модификации структуры и физико-механических свойств металлов, полупроводников и сверхпроводников.

Изобретение относится к получению специальных материалов электронной техники и может быть использовано в оптои акустоэлектронике при создании ультрафиолетовых твердотельных лазеров, люминофоров и т.д.

Изобретение относится к художественно-декоративной обработке материалов. .

Изобретение относится к устройствам для художественно-декоративной обработки и касается устройства для осуществления ударного воздействия при нанесении изображения на твердой поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гравировально-фрезерных и других станков. .
Наверх