Способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки. Технический результат заключается в повышении уровня надежности защиты от подделок ценных изделий. При осуществлении способа на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, используя наноразмерные планарные структуры металл-окисел-полупроводник (МОП), например Cr-SiO₂-Si, а в качестве детектируемого информативного признака используют электроиндуцированную электростатическим полем генерацию отраженной второй гармоники. Контроль 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. 2 з.п. ф-лы, 3 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.

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, G06К 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, G06К 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 планарные структуры металл-окисел-полупроводник (МОП), например Cr-SiO₂-Si, а в качестве детектируемого информативного признака используют электроиндуцированную генерацию отраженной второй гармоники (ВГ). Возможность контроля наличия и подлинности защитного средства в этом случае 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. Это позволяет в процессе детектирования осуществлять визуальный и автоматический контроль подлинности защищаемого изделия путем сопоставления 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 генерации отраженной второй гармоники (далее - ВГ) состоит в появлении электромагнитного излучения на удвоенной частоте при отражении лазерного излучения от поверхности нелинейной среды.

В принципе, появление новых спектральных компонент (например, гармоник, суммарных и разностных частот) при взаимодействии света с веществом можно понять из модели нелинейно-оптической среды, которая обладает диэлектрической проницаемостью ε(E), зависящей от напряженности электрического поля Е световой волны [1].

Тогда электрическое смещение D(E)=ε(E)E=1+4(P^L+P^NL(E)) становится нелинейной функцией поля и содержит в качестве слагаемого нелинейную поляризацию P^NL(Е).

По аналогии с линейной поляризацией (дипольным моментом единицы объема) P^L=χ⁽¹⁾E, где χ⁽¹⁾ по определению - линейная восприимчивость вещества, нелинейная поляризация P^NL(E) может быть представлена в виде ряда по степеням поля с нелинейными восприимчивостями n-го порядка χ⁽ⁿ⁾ в качестве коэффициентов этого ряда:

Можно видеть, что первый член в разложении (1), квадратично зависящий от напряженности поля световой волны, будет источником излучения на удвоенной частоте. Действительно, при распространении плоской монохроматической световой волны E(r,t)=E₀e^-iωt+ikr в нелинейной среде, обладающей нелинейной восприимчивостью второго порядка χ⁽²⁾, будет возбуждаться волна поляризации (дипольного момента) P^NL(2ω)=χ⁽²⁾ E₀ ²e^-i2ωt+i2kr на частоте 2ω, которая и будет источником светового излучения ВГ [1].

Особый интерес к явлению генерации отраженной ВГ связан с уникальной поверхностной селективностью и чувствительностью этого нелинейно-оптического процесса в центросимметричных средах, в которых существует строгий симметрийный запрет на генерацию ВГ в объеме вещества. Одним из факторов, нарушающих центросимметричность и разрешающих квадратичную нелинейность приповерхностного слоя, является само наличие поверхности, приводящее к разрыву структуры [1]. Еще одним фактором, нарушающим центросимметричность приповерхностного слоя, может быть наличие в них электростатических полей Е_static. Такие поля могут быть созданы, например, за счет наложения внешних потенциалов [1].

В этом случае второй член в выражении (1) может быть записан в виде:

На фиг.1 приведена экспериментальная зависимость интенсивности отраженной ВГ от внешнего напряжения, приложенного к Cr-SiO₂-Si МОП-структуре. Внешнее напряжение прикладывается между полупрозрачным слоем хрома толщиной 3 нм, напыленного на слой окисла, и алюминиевым электродом, напыленным на обратную сторону кремниевой пластины. Излучение ВГ генерируется на границе раздела кремний - окисел кремния в слое, в котором электростатическое поле нарушает центросимметрию кремния [1].

Интенсивность электроиндуцированной ВГ пропорциональна квадрату нелинейной поляризации (2):

а значит, и квадратичной будет зависимость интенсивности ВГ от напряженности электростатического поля.

Таким образом, электроиндуцированная генерация отраженной ВГ, сформированная слоями МОП-структуры при воздействии на нее зондирующего лазерного излучения, может является уникальным идентификационным признаком защитной метки.

Детектирование указанного идентификационного признака производится с помощью фоторегистрирующего устройства, обладающего спектральной избирательностью на частоте 2ω.

Кроме того, фоторегистрирующее устройство должно иметь некоторую пороговую чувствительность для снижения влияния малоинтенсивной отраженной ВГ, возникающей при взаимодействии зондирующего лазерного излучения с некоторыми средами и которая не обусловлена рассматриваемым нелинейно-оптическим эффектом.

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

На фиг.2 приведен вариант МОП-структуры защитной метки, сформированной по аналогии с исследованным экспериментальным образцом [1], а на фиг.3 - вариант устройства для детектирования защитной метки при использовании нелинейно-оптического эффекта генерации электроиндуцированной отраженной ВГ. Далее приведены нумерация элементов блок-схемы устройства, их наименование и используемые сокращения:

1 - зондирующий лазер (ЗЛ),

2 - пятно луча (ПЛ) ЗЛ,

3 - оптическая призма (ОП),

4, 5 - оптические линзы,

6 - узкополосный оптический фильтр (УОФ) ВГ

7 - защищаемое изделие (ЗИ),

8 - защитная метка (ЗМ),

9 - МОП-структура ЗМ,

10 - полупрозрачный электрод МОП-структуры ЗМ,

11 - общий электрод для всех МОП-структур ЗМ,

12 - устройство детектирования ЗМ (УДЗМ),

13 - фоторегистрирующее устройство (ФРУ),

14 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

15 - монитор ЭВУ (МЭВУ),

16 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

17 - контактные площадки ЗМ (КПЗМ),

18 - источник постоянного напряжения (ИПН),

19 - соединительные проводники,

ω, 2ω - частоты излучений ЗЛ и ВГ соответственно,

θ_ω, θ_2ω - полярные углы луча ЗЛ и отраженной ВГ соответственно,

ϕ - азимутальный угол начальной выставки ЗМ относительно УДЗМ.

При конструировании оптической схемы устройства выбирается такое взаиморасположение оптических элементов схемы (ϕ, θ_ω и θ_2ω), при котором обеспечивается максимум интенсивности генерации электроиндуцируемой отраженной ВГ для используемой МОП-структуры.

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 ЗМ выполняется в виде подложки, на которую одним из известных из электронной техники способов наносится МОП-структура.

При этом представляется целесообразным нанесение МОП-структуры не по всей поверхности ЗМ (8), а только в локальных ее областях, разнесенных по площади ЗМ (8) 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.

Электростатическое поле, индуцирующее генерацию отраженной ВГ, в рассматриваемом варианте создается подачей разности потенциалов требуемой величины от ИПН (18) через КПЗМ (17) к общему электроду (11) и через соединительные проводники (19) к полупрозрачным электродам (10) МОП-структур (9). Возможен вариант бесконтактного способа создания электростатического поля, индуцирующего генерацию отраженной ВГ.

Применение ОП (3) в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемого «оптического контакта» и необходимой ориентации плоскости ЗМ (8) по отношению к осям зондирующего лазерного излучения и электроиндуцированной генерации отраженной ВГ.

Детектирование штрихкода ЗМ (8) происходит следующим образом.

Посредством подачи напряжения от ИПН (18) через КПЗМ (17) на общий электрод (11) и через соединительные проводники (19) к полупрозрачным электродам (10) МОП-структуры (9) обеспечиваются условия возбуждения и требуемая интенсивность электроиндуцированной генерации отраженной ВГ.

Начальной выставкой помещают ПЛ (2) ЗЛ (1) в начало ЗМ (8). Далее, по сигналу ЭВУ (14) включается ЭМУ (16), которое обеспечивает линейное сканирование ПЛ (2) ЗЛ (1) в направлении, перпендикулярном штрихам кода ЗМ (8), сформированным на ее поверхности с помощью МОП-структур (9).

При нахождении ПЛ (2) ЗЛ (1) не на МОП-структурной части поверхности ЗМ (8) генерируется малоинтенсивная отраженная ВГ, обусловленная эффектами, связанными с пространственной дисперсией [1]. Настройкой порога чувствительности ФРУ (13) добиваются отсутствия влияния указанной отраженной ВГ на его выходной сигнал.

При нахождении ПЛ (2) ЗЛ (1) на МОП-структурной части поверхности ЗМ (8) возникает электроиндуцированная генерация отраженной ВГ, которая выделяется УОФ (6), настроенным на частоту ВГ, и регистрируется ФРУ (13). Именно это взаиморасположение ЗМ (8) и УДЗМ (12) изображено на фиг.3.

На основе информации с ФРУ (13) (есть сигнал, нет сигнала) и ЭМУ (16) о линейном положении УДЗМ (12) относительно ЗМ (8) в процессе сканирования ЭВУ (14) формирует электронную версию штрихкода и выводит дешифрированный результат на МЭВУ (15).

Современный уровень техники позволяет выполнить оборудование для детектирования ЗМ (8) как в стационарном, так и в переносном вариантах.

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

Оптические линзы (4, 5) и УОФ (6), настроенный на пропускание ВГ, особенностей не имеют.

Последовательность работы УДЗМ (12) и идентификацию подлинности ЗМ (8) обеспечивает программа ЭВУ (14).

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

Литературные источники

1. Акципетров О.А. Нелинейная оптика поверхности металлов и полупроводников. Соросовский образовательный журнал, том 6, №12, 2000.

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 наноразмерные планарные структуры металл-окисел-полупроводник, например, Cr-SiO₂-Si, нанесенные на твердую подложку, а в качестве детектируемого информативного признака используют электроиндуцированную внешним электростатическим полем генерацию отраженной второй гармоники, при этом 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.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что индуцирующее генерацию отраженной второй гармоники электростатическое поле создают наложением внешних потенциалов.