Способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

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. Техническим результатом является упрощение изготовления элементов защиты и упрощение контроля. При этом на ценном изделии в качестве материала защитного средства используют металл с электрохимически обработанной поверхностью с образованием шероховатостей наноразмерного уровня, в качестве детектируемых информативных признаков используют компоненты формируемого такой поверхностью «гигантского» комбинационного рассеяния, 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. 1 з.п. ф-лы, 1 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. 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 документов, 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 поверхностью до образования шероховатой поверхности наноразмерного уровня, при этом в качестве детектируемых информативных признаков используют компоненты «гигантского» комбинационного рассеяния, 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.

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

Явление традиционного комбинационного рассеивания (далее - КР) света, называемого еще романовским рассеиванием или роман-эффектом, заключается в появлении в спектре света, рассеянного средой, новых спектральных компонент. При этом разности частот этих спектральных линий в спектре КР, называемых стоксовыми ω_st,i и антистоксовыми ω_ast,i, и частоты возбуждающего света ω_L совпадают с частотами внутримолекулярных колебаний Ω_i набор которых, в свою очередь, является однозначной характеристикой молекулы среды. Иными словами, ω_st,i=ω_L- Ω_i и ω_ast,i=ω_L+ Ω_i. Механизм появления новых линий в спектре рассеянного света имеет ясную радиофизическую аналогию и связан с появлением новых комбинационных частот (боковых полос) в спектре при модуляции амплитуды электромагнитного колебания основной частоты модулирующим колебанием другой частоты.

Интенсивность рассеянного света определяется соответствующими молекулярными восприимчивостями и числом молекул, попадающих в объем рассеивания (которое, в свою очередь, от плотности вещества, а значит, от его агрегатного состояния). Типичное отношение интенсивности стоксовой компоненты к интенсивности падающего излучения в конденсированных средах (в жидких и твердых телах) составляет I(ω_st,i)/I(ω_L)=10^-6, что позволяет считать КР весьма слабым эффектом.

В 1974 году английский электрохимик М.Флейшман решил увеличить эффективное число молекул, участвующих в рассеянии от монослоя, увеличив площадь поверхности при сохранении площади, освещаемой излучением накачки. Для этого он «пошероховатил» поверхность серебра в электролите (водном растворе KCl) методом анодного травления, а затем там же в электрохимической ячейке адсорбировал на разросшуюся поверхность серебра монослой молекул пиридина C₅H₅N. М.Флейшману легко удалось наблюдать спектр КР адсорбированных молекул, что он интерпретировал как следствие возрастания эффективной площади монослоя. Однако в конце 70-х годов выяснилось несоответствие высказанной интерпретации, которое заключалось в том, что регистрируемая интенсивность КР увеличилась в 10⁶-10⁷ раз, в то время как эффективная площадь увеличилась лишь на порядок. Это говорило о том, что за наблюдаемым усилением КР может стоять нетривиальный эффект, который позднее был назван «гигантским» комбинационным рассеянием (далее - ГКР).

Еще более значительно локальное поле модифицируется вблизи шероховатой поверхности металла и вблизи поверхности малых (с размером много меньше длины волны падающего поля λ) металлических частиц.

Таким образом, сформированная на основе химического травления металла наноразмерная «шероховатость» поверхности защитной метки при зондировании ее когерентным лазерным излучением с частотой ω будет формировать ГКР, являющееся идентификационным признаком защитной метки.

Детектирование указанного идентификационного признака производится с помощью фоторегистрирующих устройств, обладающих спектральной избирательностью на частотах ω_st,i=ω_L- Ω_i и ω_ast,i=ω_L+ Ω_i.

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

На чертеже приведен вариант устройства для детектирования защитной метки при использовании нелинейно-оптического эффекта формирования «гигантского» комбинационного рассеяния. Ниже приведены нумерация, наименование блоков и элементов оптической схемы устройства и используемые далее сокращения:

1 - зондирующий лазер (ЗЛ),

2 - пятно луча (ПЛ) ЗЛ,

3 - оптическая призма (ОП),

4, 5, 6 - оптические линзы,

7, 8 - оптические фильтры компонент комбинационного рассеивания,

9 - защищаемое изделие (ЗИ),

10 - защитная метка (ЗМ),

11 - наноразмерные «шероховатости» (НШ) защитной метки,

12 - устройство детектирования защитной метки (УДЗМ),

13, 14 - фоторегистрирующие устройства (ФРУ1 и ФРУ2 соответственно),

15 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

16 - монитор ЭВУ,

17 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

18 - луч зондирующего лазера с частотой ω_L,

19, 20 - компоненты комбинационного рассеивания с частотами ω_st,i=ω_L- Ω_i, ω_ast,i=ω_L+ Ω_i

При конструировании оптической схемы устройства обеспечивается такое взаиморасположение оптических элементов схемы, при котором обеспечивается максимум интенсивности формируемого ГКР.

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 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 для контроля подлинности защищаемого объекта на основе идентификации защитной метки приведен на чертеже.

Применение призмы в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемого «оптического контакта» и необходимой ориентации плоскости защитной метки по отношению к осям зондирующего лазерного излучения и излучениям, формируемым ГКР.

Детектирование штрих-кода защитной метки происходит следующим образом.

Начальной выставкой обеспечивается помещение пятна луча ЗЛ в начало ЗМ. Далее по сигналу ЭВУ включается ЭМУ, которое обеспечивает линейное сканирование пятна луча ЗЛ в направлении, перпендикулярном штрихам кода ЗМ, сформированным на поверхности ЗМ с помощью «шероховатостей» (см. чертеж).

При нахождении пятна луча ЗЛ на гладкой поверхности ЗМ формируются малоинтенсивные компоненты КР.

При нахождении пятна луча ЗЛ на «шероховатой» части поверхности ЗМ формируются компоненты «гигантского» комбинационного рассеяния, которые легко регистрируется ФРУ1 и ФРУ2 соответственно. Именно это взаиморасположение ЗМ и ФРУ1 и ФРУ2 изображено на чертеже.

На основе информации с ФРУ1 и ФРУ2 при одновременной регистрации компонент ГКР (есть сигнал, нет сигнала) и ЭМУ о линейном положении УДЗМ относительно ЗМ в процессе сканирования ЭВУ формирует электронную версию штрих-кода и выводит дешифрированный результат на МЭВУ.

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

Пространственное сканирование зондирующего лазерного излучения для считывания информации штрих-кода посредством детектирования формируемого «гигантского» комбинационного рассеяния и соответствующее синхронное перемещение фотоэлектронных регистрирующих устройств может быть выполнено с применением как описанного электромеханического устройства, так и с использованием свойств нелинейных оптических кристаллов (например, LiNBO₃ - ниобат лития, АДР - дифосфат аммония, КДР - дифосфат калия) при воздействии на них электрического поля.

Следует отметить, что нелинейно-оптические методы исследования поверхности твердого тела, твердотельных наноразмерных структур и тонких пленок получили применение не так давно. В свое время основной технической сложностью было разрушение исследуемой поверхности материала зондирующим лазерным излучением.

Указанная проблема была решена после появления широко доступных и простых в обращении, перестраиваемых по длине волны квазинепрерывных твердотельных лазеров с фемтосекундной длительностью импульсов в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.

Наиболее известным из таких лазеров является твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется сапфир с примесью атомов титана. Его использование при изучении нелинейно-оптических эффектов является эффективным, так как из-за малой длительности импульса τ=10^-14 с не разрушается поверхность исследуемых образцов.

В качестве фотоаппаратуры, регистрирующей компоненты «гигантского» комбинационного рассеяния, могут быть использованы, например, фотоэлектронный усилитель (ФЭУ) или иное устройство, например, на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Оптические линзы и фильтры, настроенные на пропускание компонент комбинационного рассеяния, особенностей не имеют.

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

Таким образом, применение предлагаемого способа, основанного на использовании физически уникальных нелинейно-оптических свойств поверхностей металлов с «шероховатостями» наноразмерного диапазона, обеспечивает гарантированную защиту ценных изделий от подделки и возможность последующего автоматического определения их подлинности с высокой достоверностью.

Источник информации

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

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 на ней шероховатостей наноразмерного уровня, при этом в качестве детектируемых информативных признаков используют компоненты формируемого такой поверхностью «гигантского» комбинационного рассеивания, 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.