CN104067297A - 多波长激发/发射验证及检测方案 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于验证安全产品的系统及方法。安全特征含有呈发射体形式的第一组件，所述发射体能够响应于外部泵浦光而发光。所述安全特征还含有呈标签剂形式的第二组件，与第一材料的较宽激发光谱相比较来说，所述标签剂吸收光谱上窄范围内的光。以此方式，所述发射体及所述标签剂彼此结合地起作用以产生显著取决于照明波长且为所述组件的特定组合所特有的发射响应。所述发射体及所述标签剂可呈混合物形式。另外，可将所述发射体及所述标签剂极接近于彼此来涂覆，例如，在合适衬底上的两个单独涂层内。

Description

多波长激发/发射验证及检测方案

背景技术

本发明一般来说涉及可检测的安全标记。更具体来说，本发明涉及波长在从紫外线到远红外线光谱区的范围内的经光学编码的磷光及荧光安全标记。

仿造及伪造已变成现代经济市场中的显著关注点。虽然例如仿造货币及伪造签名或笔迹等欺诈活动为常见的，但产生及完美伪造及仿造文档的方法随着高度熟练的计算机印刷及处理的出现而变得更容易且更可得到。在给定计算技术及印刷技术的进步及成本减少的情况下，伪造、仿造文档及其它欺诈活动的发生率增加。这种情形为有问题的，这是因为现今的高科技社会的无数区域需要且依赖于对高度有价值的文档、论文、货币或其它材料的认证、验证及保护以便防止欺诈及仿造。在抗击对伪币的使用的尝试中，例如，美国财政部早在1991年已连续对各种货币面额添加了安全保护特征。这些保护包含水印、嵌入于纸中的安全线、微缩印刷、变色油墨及多色钞票的使用。

一般来说，货币的当前验证方法涉及在紫外线灯下视觉观察扫描含有安全线及例如油墨及币坯等放射性材料的票据。此类安全线响应于曝光于紫外线灯而发射不同标记、色彩或代码。在一些情况下，不同票据面额的放射性特征可发射不同色彩。除发射色彩之外，可在将票据曝露于紫外线灯或某种形式的激发时通过肉眼检测代码编号或其它独特识别符。

除进行保护以避免出现仿造货币之外，有价值的文档或材料的验证也影响经济的许多方面。举例来说，公证人使用凸出戳记来验证经过公证的文档；驾驶执照、护照及含有全息图及微缩印刷的其它照片识别；体育运动纪念品及零售服装商使用全息标签及戳记证明真实性。甚至时装设计师现在在其服装中包含验证装置以防止作为设计师产品的山寨产品的仿冒。

这些传统安全特征的缺点在于其为可见的且为世人所已知的。如果仿造者意识到钞票中存在安全线或文档中存在水印，那么复制安全特征为较容易的。一旦使得特征为公众所已知，仿造者便可开始开发特定策略及解决方案以克服由特定特征提供的安全保护。

因此，需要一种并入到货币、重要的及有价值的文档、包装及其它真实材料中以防止未经授权的复制、伪造、仿造及其它欺诈使用的隐蔽的安全标记。

发明内容

在这点上，本发明提供用于使用交互吸收及发射签名的组合进行文档及产品验证的系统及方法的实施例。此类所述签名是以荧光或磷光涂层、油墨、安全线、币坯、粒子及/或衬底的形式提供。本发明的各种实施例是用于验证及保护项目，包含固体及液体且明确地说，包含纸币、ID文档、签证及印花税票的安全文档。所述系统由结合吸收性验证装置或标签剂的第一发射体材料组成。技术还可用以验证例如燃料、香料及药物等液体，其中所述验证装置溶解于液体中。

吸收性油墨、涂层及衬底结合验证装置且还可用于产生用于验证及译码的独特光学签名。此类签名是使用多种材料产生，多种材料包含(例如)染料、量子点、半导体及具有等离子激元的纳米结构。放射性特征及吸收性特征两者是用于在横跨紫外线光谱到红外线(“IR”)光谱的电磁光谱上加以利用。此类特征在光谱上重叠的组合用以通过用于对物品压印以此类保护措施的多种涂覆方法产生隐蔽于肉眼及签名的代码。

因此，本发明的目标是提供一种并入到货币、重要的及有价值的文档、包装及其它真实材料中以防止未经授权的复制、伪造、仿造及其它欺诈使用的隐蔽的安全标记。本发明的另一目标是提供一种由发射体及标签剂组成的隐蔽安全标记，所述发射体能够响应于外部光泵而发光，所述标签剂吸收窄光谱范围内的光。再另外，本发明提供一种自动检测系统，其使用不同波长下的两个泵源来检测指示标签剂是否存在于发射体材料内的不同照明响应。

本发明的这些目标以及其它目标以及特性化本发明的各种新颖性特征在随附本发明且形成本发明的部分的权利要求书中特别加以指出。为了更好地理解本发明、本发明的操作优点及通过本发明的使用得到的特定目标，应参考其中说明本发明的优选实施例的附图及描述性内容。

附图说明

在说明目前预期用于执行本发明的最佳模式的图式中：

图1为根据本发明的实施例的增强安全特征的光谱激发的说明性曲线图；

图2为根据本发明的实施例的增强安全特征的光谱激发、吸收及发射的说明性曲线图；

图3为根据本发明的用于检测增强安全特征的系统的示意图；

图4为根据本发明的实施理的沉积于发射及吸收衬底上方的涂层的截面图；以及

图5为根据本发明的实施例的分散于液体、涂层或油墨内的安全特征的截面图。

具体实施方式

将通过以下详细描述更完全地理解本发明，以下详细描述应结合附图来阅读。虽然本文中揭示本发明的详细实施例，但应理解，所揭示的实施例仅为本发明的示范性实施例，其可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应被解译为限制性的，而仅是作为权利要求书的基础及作为教示所属领域的技术人员在实际上任何适当详述的实施例中以各种方式使用本发明的代表性基础。

更一般来说，本发明的实施例包含响应于目标发射的荧光或磷光照明，所述荧光或磷光照明与窄带吸收(比可激发发射带宽窄)材料(在下文中为标签剂)相组合以产生新类型的验证及译码签名。宽带放射性材料与一或多个窄带吸收性标签剂组合，所述窄带吸收性标签剂具有比发射谱线窄的吸收带宽以在特定激发波长下产生具有一或多个特定谷或凹陷的放射性签名。通过所述系统，可按以下方式使得发射体/标签剂组合非同时地经受两个不同波长下的照射：显而易见，在存在标签剂时，所述照射波长中的一者下的照明已被衰减，如下文将更详细描述。通过此组合，当在发射谱线下使用一个以上独特标签剂组份时，可产生在给定波长下具有至少一或多个谷或特征的签名。可产生取决于光谱位置、形状、照射波长及凹陷深度比的验证签名或代码。使用若干组合放射性材料产生与吸收谱线重叠的宽广发射的代码或签名也是有可能的。

所揭示的验证系统希望用于验证产品，包含固体及液体且明确地说，包含纸币、ID文档、签证及印花税票的安全文档。系统由嵌入于产品或纸币(衬底、涂层、印刷油墨或清漆等)中的材料及验证装置组成。技术还可用以验证例如燃料、香料及药物等液体，液体中具有溶解材料。

安全装置一般含有呈发射体形式的第一组件。发射体为能够响应于外部泵浦光而发光的荧光或磷光材料。能够在发射体中诱发光的发射的外部泵浦光的光谱范围包括发射体的激发光谱。安全装置一般还含有呈标签剂形式的第二组件，与发射体的较宽激发光谱相比较来说，所述标签剂吸收光谱上窄范围的光。以此方式，发射体及标签剂彼此组合地起作用以产生在于特定波长下或于一个以上目标波长范围下刺激时可检测到的光谱签名。

在实施例中，本发明提供一种验证物品的方法，其包括：提供发射体物质，所述发射体物质能够响应于选自宽广光谱范围的任何波长的照明而发光，所述范围被称作激发光谱；提供标签剂物质，所述标签剂物质能够吸收在所述激发光谱内的至少一个窄光谱范围吸收中的光；及用在所述宽广激发光谱内选择的至少两个光谱上与众不同的照明非同时地激发所述发射体物质及所述标签剂物质，第一照明在光谱上对应于所述标签剂的所述一个窄吸收范围且第二照明在光谱上属于所述标签剂的所述一个窄吸收范围之外。所述方法可进一步包含检测由所述组合物质的所述第一照明及所述第二照明产生的发射；及比较所述所检测到的发射的相对等级以确定是否存在所述标签剂。

所述发射体及所述标签剂可呈混合物形式。另外，可将所述发射体及所述标签剂极接近于彼此来涂覆，例如，在合适衬底上的两个单独涂层内。适合于用作发射体的材料可为任何荧光或磷光材料、斯托克或反斯托克位移且可进一步包含荧光染料、包含存储磷光体的磷光体、有机或无机颜料、金属螯合物、半导体量子点或上转换材料。适合于用作标签剂的材料可为具有足够光谱上窄吸收的任何材料，包含(但不限于)花青、酞青或方酸菁型有机染料，或无机颜料及吸收剂(例如(但不限于)稀土元素)。

在本发明的上下文中，选择特定对的发射体及标签剂材料，以使得标签剂的吸收光谱属于发射体的激发光谱的范围内。如图1处所说明，当用荧光计测量此混合物或层构造的激发光谱2时，所述光谱中的“凹陷”4将为显而易见的，其是由标签剂的吸收率造成的。应注意，如果在两个波长下非同时地照射此混合物，使用泵的第一波长对应于标签剂的吸收率“凹陷”波长且使用第二泵的第二波长对应于属于吸收率“凹陷”波长之外的波长，那么以下情形将为显而易见的：由于第一泵的照射产生的照明发射的强度由于标签剂的吸收率而衰减。由于这些两个波长下的两个泵的非同时照射造成的发射的差异比变成关于安全特征内的标签剂的存在或量的量度。可将此比用作独特地标记物体的手段。

如图2处所描绘的激发光谱中所说明，在其最简单的实施例中，验证方法是基于使用一对光谱上窄泵(例如，激光二极管)非同时地照明发射体。左侧的曲线6a为存在标签剂时的经调制激发的结果且右侧的曲线6b为不存在标签剂时的结果。泵8中的一者与标签剂的吸收带一致，展示为图2中的带上泵。第二泵10处于基本上不与标签剂的吸收带重叠的波长，展示为图2中的带外泵。收集由两个泵的非同时激发产生的照明且将其发送到检测器，检测器又产生信号。如在图2中的右侧处所描绘的照明曲线6b中可见，在不存在标签剂的情况下，两个泵激发某些参考量的照明，此类参考量的照明又指示发射体的存在及标签剂的不存在。当标签剂存在于安全特征内时，如图2中的左侧处的照明曲线中所描绘，与标签剂的吸收波长一致的带上泵部分地被标签剂吸收，因此在发射体中激发较少光(与参考量相比较来说)。在此情况下带外泵仍产生与其参考量相同量的光。由带上泵及带外泵的组合产生的组合光谱发射及衰减因此指示安全特征内的发射体与标签剂组合的存在。

本发明的验证方法的一个优点是执行分析所需的光学检测仪表的简单性及低成本。代替昂贵的光谱仪及对曲线形状的数据分析，方案需要两个单色泵或光源及用于进行所得的所发射光强度的测量的装置。应注意，虽然强调了简单性及低成本，但在本发明的揭示内容内，也有可能使用此方法执行更复杂的检测方案。此方案将涉及三个或三个以上泵，所述泵在光谱上位于标签剂的吸收带上或吸收带周围以提供标签剂的吸收带的位置所特定的更详细的激发信息。类似地，可使用一个以上标签剂来产生多个吸收凹陷。

根据本发明的教示，根据上文所描述的原理操作的检测系统12描绘于图3处。检测系统12允许高灵敏度实施方案，包含(但不限于)阶段检测或同步检测。图3处所描绘的示意图展示具有高信噪比的可能检测方案。信号产生器14提供经调制的驱动信号以激发呈二极管16、18形式的泵。在此布置中，经调制的驱动信号经相移以便交替地驱动激光二极管16及激光二极管18，所述二极管中的一者在带上波长下操作，另一者在带外波长下操作。由检测器20来收集样本中由两个一致的激光二极管光束诱发的光发射以产生调制频率下的电信号，所述调制频率经同步地检测到。将所检测到的信号彼此相比较。在标签剂不存在于安全特征内的情况下，在彼此相比较时来自个别二极管的所检测到的信号得以平衡且因此产生调制频率下的零信号。在存在标签剂的情况下，所比较的信号的平衡朝向带外二极管泵信号移位，从而产生调制频率下的非零信号。

在如图4处所描绘的本发明的一个说明性实施例中，纸或塑料材料的衬底22嵌入有一或多个标签剂材料24，所述标签剂材料24具有特定波长吸收特性。油墨或染料涂层26嵌入有一或多个发射体28、210。油墨或染料涂层26沉积于衬底22上接近于吸收材料以形成安全特征。当使用带上泵212a及带外泵212b将窄带能量施加到安全特征时，由交替的带上泵能量及带外泵能量产生的所检测到的发射的比产生关于标签剂的存在或不存在的核对。

在如图5处所描绘的另一实施例中，可将至少一个标签剂及至少一个发射体材料作为涂层或油墨组合于一个层内或分散于例如燃料、香料或药物等液体材料内。如图2中示意性地展示，主体材料214中包含发射体粒子216及标签剂粒子218。当使用带上泵222a及带外泵222b将窄带能量施加到含有安全特征的主体材料时，由交替的带上泵能量及带外泵能量产生的所检测到的发射的比产生关于标签剂的存在或不存在的核对。根据一个实施例，涂层或流体可为用于多种基于油墨的印刷技术中的油墨，多种印刷技术例如(不限制)凹版印刷及平版印刷。

根据本发明的一个实施例，包含机器可读的隐蔽安全特征以用于在货币票据中的安全线或其它有价值的文档中使用。可将隐蔽的安全特征嵌入于安全线或币坯内，从而导致在使用标准紫外线源或灯或其它适当激发源观察时不存在线的激发签名的任何视在的可见改变。虽然无法为肉眼所检测到，但隐蔽安全特征符合本发明的教示，这是因为：当使用带上泵及带外泵将窄带能量施加到含有安全特征的主体材料时，由交替的带上泵能量及带外泵能量产生的所检测到的发射的比产生关于标签剂的存在或不存在的核对。在对激发发射签名的公众感知无任何改变的情况下，实施新的机器可读的隐蔽特征的并入，借此使得伪造或复制材料更困难。

在一个实施例中，安全特征包括：发射体物质，其能够响应于选自宽广光谱范围的任何波长的照明而发光，所述范围被称作激发光谱；至少一个标签剂物质，其能够吸收所述激发光谱内的至少一个光谱上窄范围，其中所述发射体物质及所述标签剂物质对所述宽广激发光谱内的至少两个照明作出响应，第一照明在光谱上对应于所述标签剂的所述一个窄吸收范围且第二照明在光谱上属于所述标签剂的所述一个窄吸收范围之外以确定是否存在所述标签剂。

虽然本文中所描述的本发明的实施例展示及描述单个光谱凹陷，但所属领域的技术人员应认识到，可在不脱离本发明的范围的情况下将任何数目个光谱特性并入到安全特征中。举例来说，可将一或多种类型的发射体粒子或标签剂粒子并入到安全特征中以提供一系列凹陷或其他可区别的特性。

另外，虽然本文中所描述的本发明的实施例论述由两个或三个发射体产生的激发的比较，但所属领域的技术人员应认识到，安全特征的隐蔽的可区别的特性不限于单个凹陷检测。举例来说，安全特征可含有在从紫外线到远红外线的范围内的其它或多个光谱范围内具有吸收凹陷的多个标签剂。

虽然已参考说明性实施例描述本发明，但所属领域的技术人员应理解，可在不脱离本发明的精神及范围的情况下，作出各种其他改变、省略及/或添加且可用实质上等效物来取代其元件。另外，可在不脱离本发明的范围的情况下作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，希望本发明不限于所揭示的用于执行本发明的特定实施例，而是本发明将包含属于随附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非特别地陈述术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，否则术语第一、第二等用以区别一个元件与另一个元件。

Claims (19)

1.一种验证物品的方法，其包括：

提供发射体物质，所述发射体物质能够响应于选自宽广光谱范围的任何波长的照明而发光，所述范围被称作激发光谱；

提供标签剂物质，所述标签剂物质能够吸收在所述激发光谱内的至少一个窄光谱吸收范围中的光；以及

用在所述宽广激发光谱内选择的至少两个在光谱上不同的照明非同时地激发所述发射体物质及所述标签剂物质，第一照明在光谱上对应于所述标签剂的所述一个窄吸收范围且第二照明在光谱上处于所述标签剂的所述一个窄吸收范围之外。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

检测由所述组合物质的所述第一照明及所述第二照明产生的所述发射；以及

比较所述所检测到的发射的相对等级以确定是否存在所述标签剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述标签剂物质安置于衬底中。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：

将所述发射体物质安置于所述衬底上的涂层中。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于衬底上的涂层中。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于流体内。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于安全线上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一照明及所述第二照明是由一或多个激光二极管产生。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一照明及所述第二照明相对于彼此而相移。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

检测由所述第一照明及所述第二照明造成的对应光发射。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述照明在光谱上在由以下各者组成的群组内：可见光带、紫外线带及红外线带。

12.一种安全特征，其包括：

发射体物质，其能够响应于选自宽广光谱范围的任何波长的照明而发光，所述范围被称作激发光谱；以及

至少一个标签剂物质，其能够吸收所述激发光谱内的至少一个光谱上窄范围；

其中所述发射体物质及所述标签剂物质对所述宽广激发光谱内的至少两个照明作出响应以确定是否存在所述标签剂，第一照明在光谱上对应于所述标签剂的所述一个窄吸收范围且第二照明在光谱上处于所述标签剂的所述一个窄吸收范围之外。

13.根据权利要求12所述的安全特征，其进一步包括：

将所述标签剂物质安置于衬底中。

14.根据权利要求13所述的安全特征，其进一步包括：

将所述发射体物质安置于所述衬底上的涂层中。

15.根据权利要求12所述的安全特征，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于衬底上的涂层中。

16.根据权利要求12所述的安全特征，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于流体内。

17.根据权利要求12所述的安全特征，其进一步包括：

将所述标签剂物质及所述发射体物质安置于安全线上。

18.根据权利要求12所述的安全特征，其中由所述标签剂及所述发射体组合产生的光发射响应于所述第一照明及所述第二照明而不同。

19.根据权利要求18所述的安全特征，其中可检测到所述响应差异且进行比较以确定所述安全特征内的所述标签剂的存在。