способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Формула изобретения

1. Способ защиты от подделки ценных изделий и контроля их подлинности, при котором на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности, отличающийся тем, что в качестве материала защитного средства используют наноразмерные пленки магнетика, например монослой ионов гадолиния, нанесенные на твердую подложку методом Лэнгмюра, а в качестве детектируемого информативного признака используют магнитоиндуцированную внешним статическим магнитным 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 магнитного поля и 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 детектирование информационного признака осуществляется путем анализа интерференционных картин, получаемых путем наложения полей излучений магнитоиндуцированной отраженной второй гармоники и эталонной отраженной второй гармоники при двух противоположных направлениях внешнего статического магнитного поля.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве источника излучения эталонной отраженной второй гармоники используют нелинейно-оптический немагнитный кристалл.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве источника внешнего статического магнитного поля используют постоянный магнит или электромагнит.

Описание изобретения к патенту

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

Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.

Так из уровня техники известны индивидуальные средства защиты документов в виде перфорации, рисунок которой имеет узнаваемые нерегулярности. Перфорацию осуществляют с помощью лазерного луча, исходя из обычного рисунка, при этом управление лазером осуществляют посредством ЭВМ таким образом, что каждая перфорация имеет индивидуальную нерегулярность, зависящую от исходной величины, см. например, описание заявки DE №0368353, В44F 1/12, 1988 [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 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 тонкие пленки магнетика, например монослой ионов гадолиния, нанесенный на твердую подложку методом Ленгмюра, а в качестве детектируемого информационного признака используют магнитоиндуцированную генерацию отраженной второй гармоники. Возможность контроля наличия и подлинности защитного средства в этом случае обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на защитное средство 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 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 (E), зависящей от напряженности электрического поля Е световой волны [1].

Тогда электрическое смещение D(E)= (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= ⁽¹⁾E, где ⁽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 ⁽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 Е(r,t)=Е ₀е^{-i t+ikr} в нелинейной среде, обладающей нелинейной восприимчивостью второго порядка ⁽²⁾, будет возбуждаться волна поляризации (дипольного момента) P^NL(2 )= ⁽²⁾ Е₀ ²e^{-i2 t+i2kr} на частоте 2 , 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]. Будучи аксиальным вектором магнитное поле не нарушает центросимметричность среды, однако на поверхности магнитных сред или в тонких магнитных пленках существует нелинейная восприимчивость , являющаяся полярным тензором по первым трем индикатрисам (i,j,k) и псевдотензором по последнему индексу (l) и вызывающая возникновение нелинейной поляризации при наложении на среду статического магнитного поля :

Отсутствие тензора в объеме центросимметричной среды приводит к высокой чувствительности параметров излучения ВГ, генерируемого за счет поляризации (2) (так называемой магнитоиндуцированной ВГ), к магнитным свойствам поверхности и тонких пленок магнетиков [1].

На фиг.1 приведена интерференционная картина при сложении полей ВГ, генерируемых двумя источниками, одним из которых является поверхность пленки магнетика, другим - нелинейно-оптический немагнитный кристалл, являющийся в данном случае источником эталонной волны ВГ (ЭВГ) [1]. Сравнение интерференционных картин для двух противоположных направлений магнитного поля демонстрирует значительный сдвиг фазы волны ВГ, индуцированной магнитным полем в пленке магнетика. В качестве магнитного образца для этих экспериментов использовали монослой ионов гадолиния, нанесенный на твердую подложку методом Лэнгмюра.

Величина фазового сдвига волны ВГ при перемагничивании, в данном случае монослоев гадолиния, может служить количественным идентификационным признаком подлинности защитной метки при использовании рассматриваемого нелинейно-оптического эффекта с целью защиты ценных изделий от подделок.

Детектирование указанного идентификационного признака производится с помощью оптического смесителя магнитоиндуцированной ВГ и ЭВГ и фотодетектора.

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

На фиг.2 приведен вариант устройства для ее детектирования ЗМ при использовании нелинейно-оптического эффекта генерации магнитоиндуцированной отраженной ВГ. Далее приведены нумерация элементов, их наименование и используемые сокращения:

1 - зондирующий лазер (ЗЛ),

2 - пятно луча (ПЛ) ЗЛ,

3 - оптическая призма (ОП),

4, 5, 6 - оптические линзы,

7 - защищаемое изделие (ЗИ),

8 - защитная метка (ЗМ),

9 - пленка магнетика (ПМ) ЗМ,

10 - оптический смеситель излучений (ОСИ),

11 - электромеханическое устройство источника эталонной ВГ (ЭМУ_эвг ),

12 - устройство детектирования ЗМ (УДЗМ),

13 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

14 - монитор ЭВУ (МЭВУ),

15 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

16 - полупрозрачное зеркало (ППЗ),

17 - оптическое зеркало,

18 - фотодетектор (ФД),

19 - источник статического магнитного поля (ИСМП),

20 - источник эталонной ВГ (ЭВГ),

S, N - магнитные полюса,

, 2 - частоты излучений ЗЛ и ВГ соответственно,

2 _эт - частота излучения эталонной ВГ,

, ₂ - полярные углы луча ЗЛ и отраженной ВГ соответственно,

- азимутальный угол начальной выставки ЗМ относительно УДЗМ.

При конструировании оптической схемы устройства выбирается такое взаиморасположение оптических элементов схемы ( , и ₂ ), при котором обеспечивается максимум интенсивности магнитоиндуцированной генерируемой отраженной и эталонной ВГ.

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 подложки, на которую одним из известных способов наносится пленка магнетика.

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

Применение ОП в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемого «оптического контакта» и необходимой ориентации плоскости защитной метки по отношению к осям зондирующего лазерного излучения и магнитоиндуцируемой генерации отраженной ВГ.

Детектирование штрихкода ЗМ (8) происходит следующим образом.

Посредством ИСМП (19) обеспечиваются условия возбуждения магнитоиндуцированной генерации ВГ.

Излучение ЭВГ формируют путем облучения ответвленной с помощью ППЗ (16) частью излучения ЗЛ (1) поверхности источника ЭВГ (20).

Начальной выставкой помещают ПЛ (2) ЗЛ (1) в начало ЗМ (8). Далее, по сигналу ЭВУ (13) включается ЭМУ (15), которое обеспечивает линейное сканирование ПЛ (2) ЗЛ (1) в направлении, перпендикулярном штрихам кода ЗМ (8), сформированным на ее поверхности с помощью ПМ (9).

При нахождении ПЛ (2) ЗЛ (1) не на поверхности ПМ (9) ЗМ (8) генерируется малоинтенсивная отраженная ВГ, обусловленная эффектами, связанными с пространственной дисперсией [1]. Предположим, что эта малоинтенсивная отраженная ВГ позволяет сформировать интерференционную картину на выходе ОСИ (10). Проверку манитоиндуцированности рассматриваемой ВГ проводят изменением направления магнитного поля на противоположное. Если характерного сдвига фаз указанной ВГ не происходит, переходят к следующему участку ЗМ (8).

При нахождении ПЛ (2) ЗЛ (1) на поверхности ПМ (9) возникает магнитоиндуцированная генерация отраженной ВГ, которая поступает на вход ОСИ (10). Именно это взаиморасположение ЗМ и УДЗМ изображено на фиг.2.

При этом на выходе ФД (18) формируется электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности интерференционной картины. С помощью ЭМУ_эвг (11) изменяют расстояние между источником ЭВГ (20) и ОСИ (10) до получения максимума интенсивности интерференционной картины. С этой целью в состав ЭВУ (13) включают известную из радиотехники систему автоподстройки сигнала. После этого меняют направление магнитного поля на противоположное. При этом положении вектора магнитного поля , интенсивность интерференционной картины снизится (см. фиг.1), что будет зафиксировано как уменьшение электрического сигнала на выходе фотодетектора. Повторным включением упомянутой системы автоподстройки сигнала (изменением расстояния от источника ЭВГ (20) до ОСИ (10)) вновь достигают максимума интенсивности новой интерференционной картины. Расстояние между двумя максимумами (в двух положениях вектора магнитного поля) является характерным для материала используемой ПМ (9).

В качестве источника постоянного магнитного поля Н может быть использован электромагнит. Изменение направления магнитного поля на противоположное осуществляют изменением направления электрического тока в катушке его соленоида.

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

Оптические линзы (4, 5, 6), зеркало (17), ППЗ (16), ОП (3) и ОСИ (10) особенностей не имеют.

Последовательность работы устройства детектирования защитной метки и идентификацию подлинности обеспечивает программа ЭВУ (13).

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

Источники информации

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