ES2727428T3 - Método y aparato de autenticación para autenticar documentos de valor - Google Patents
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Abstract
Un marcador, que comprende: una red cristalina inorgánica que comprende al menos un primer ion de tierras raras activo y un segundo ion de tierras raras activo; en donde el primer ion de tierras raras activo absorbe radiación infrarroja incidente excitante que tiene una primera longitud de onda de 1400 nm a 1700 nm, y transfiere la radiación infrarroja absorbida al segundo ion de tierras raras activo, y el segundo ion de tierras raras activo emite radiación infrarroja a una segunda longitud de onda de 1600 nm a 2200 nm que es mayor que la primera longitud de onda de la radiación infrarroja incidente excitante, en donde el primer ion de tierras raras activo es erbio, y en donde el segundo ion de tierras raras activo se selecciona de holmio, tulio, praseodimio, disprosio y neodimio.
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato de autenticación para autenticar documentos de valor
Campo técnico
El campo técnico se refiere generalmente a un método y un aparato de validación que autentica un documento de valor estacionario o en movimiento utilizando la excitación infrarroja y la emisión infrarroja de una composición encubierta incorporada dentro de materiales impresos coloreados de documentos de valor.
Antecedentes
Existen muchas formas de validar un documento de valor, de simples a complejas. Algunos métodos implican características visibles (es decir, abiertas) en o incorporadas en un documento, como un holograma en una tarjeta de crédito, una imagen en relieve o una marca de agua en un billete de banco, una película de seguridad, una cinta de seguridad, hilos de colores o fibras de colores dentro de un billete de banco, o una imagen flotante y/o hundida en un pasaporte. Si bien estas características son fáciles de detectar a simple vista y es posible que no requieran equipos para la autenticación, estas características abiertas son identificadas fácilmente por un falsificador y/o imitador. Como tal, además de las características abiertas, las características encubiertas (es decir, encubiertas) pueden incorporarse en documentos de valor. Las características encubiertas incluyen fibras fluorescentes invisibles, tintes químicamente sensibles, pigmentos fluorescentes o colorantes que se incorporan en el sustrato del documento de valor. Las características encubiertas también pueden incluirse en la tinta que se imprime sobre el sustrato del documento de valor o dentro de la resina utilizada para hacer películas que se utilizan en documentos de valor laminados. Debido a que las características encubiertas no son detectables por el ojo humano, se necesitan detectores configurados para detectar estas características encubiertas para autenticar el documento de valor.
Existen muchos sistemas de validación (p. ej., características encubiertas y detectores correspondientes) que se utilizan, por ejemplo, para autenticar billetes de banco. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. N° 4.446.204 expedida a Kaule, et al. describe un papel de seguridad con características autenticables en forma de agentes colorantes añadidos o aplicados que, por un lado, hacen posible verificar las propiedades de transmisión IR del papel de seguridad, si corresponde, incluso en la imagen impresa, y por otro lado tienen propiedades magnéticas, en donde tanto la transmisión IR como las pruebas magnéticas no pueden ser influenciadas entre sí, pero pueden llevarse a cabo en la misma posición en el papel de seguridad. Los dispositivos de detección conocidos se utilizan para hacer coincidir los detectores con la región espectral situada de manera diferente de las características autenticables para la validación.
Además, la Patente de EE.UU. N° 5.679.959 expedida a Nagase describe un aparato de discriminación de billetes que incluye una fuente de luz para proyectar una luz estimulante sobre una superficie de un billete, un fotomultiplicador que detecta fotoeléctricamente la luz emitida desde la superficie del billete en respuesta a la irradiación con la luz estimulante y produciendo datos detectados correspondientes a una cantidad de luz detectada, una ROM para almacenar datos de referencia y una unidad central de procesamiento ("CPU") para comparar los datos detectados producidos por el fotomultiplicador y los datos de referencia almacenados en la ROM. Sin embargo, un sistema de este tipo no detecta un documento falsificado cuando la radiación emitida detectada de la falsificación es similar al parámetro de radiación emitida auténtico.
Muchos sistemas de validación conocidos implican detectar una característica autenticable encubierta y evaluar sus espectros de emisión. Si solo se detectan las emisiones, entonces el documento de valor se considerará auténtico, de lo contrario se rechazará como una falsificación. Un problema con este tipo de sistema de validación existente surge cuando la característica autenticable está completamente contenida en la materia impresa, tal como una tinta, en un sustrato porque está sujeta a desgaste y pérdida por desgaste. Como resultado, hay un deterioro impredecible de la amplitud del espectro de emisión de la característica autenticable y, por lo tanto, el aparato de autenticación puede identificar incorrectamente un documento auténtico como una falsificación. Otro problema tiene implica el hecho de que, con el tiempo, este método se ha vuelto menos seguro, ya que los falsificadores se han vuelto más sofisticados y tienen mayor acceso a aparatos científicos que pueden detectar la incorporación de estas características en documentos de valor.
Hay sistemas de validación existentes que implican la detección del tiempo de descomposición de un fósforo que es excitado por una fuente de luz visible o ultravioleta en una situación estacionaria. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. N° 7.030.371 expedida a Vasic et al. describe documentos o artículos de seguridad que contienen compuestos marcadores luminiscentes que muestran una característica de emisión diferida en el tiempo que se autentica mediante un método y un dispositivo que permite la extracción rápida de parámetros luminiscentes característicos, tales como la intensidad de emisión y las constantes de tiempo. Además, la publicación de EE.UU. N° 20090152468
expedida a Alien et al. describe una técnica y un aparato para detectar la radiación infrarroja emitida desde una muestra de material marcador después de la excitación de la muestra al medir con precisión el tiempo de descomposición de la radiación del marcador particular que se está utilizando. Sin embargo, estos sistemas no implican la detección y autenticación de documentos de valor en movimiento.
Un cierto número de patentes de la técnica anterior, que incluyen, por ejemplo, la patente de EE.UU. N° 6.686.074 expedida a Muth et al., describe utilizar dos fósforos que contienen iones de tierras raras que absorben la longitud de onda de la radiación electromagnética excitante incidente y emiten radiación electromagnética a una longitud de onda más corta debido a los procesos anti-stokes. El proceso anti-stokes es ineficiente con una eficiencia de conversión de solo un pequeño porcentaje y la radiación de longitud de onda más corta emitida puede ser absorbida fácilmente por los pigmentos presentes en la tinta de impresión.
La patente de EE.UU. N° 5.932.139 expedida a Oshima et al. describe una sustancia fluorescente, una composición fluorescente, un soporte de marca fluorescente y su lector óptico. El depósito de tinta fluorescente contiene una sustancia fluorescente con oxisales de Nd, Yb y Er, tales como vanadato, fosfato, borato, molibdato y wolframato o materiales orgánicos. El material fluorescente es capaz de emitir una luz fluorescente de una longitud de onda diferente a la de la luz excitante con una longitud de onda mayor, un efecto típico del proceso de conversión descendente. Mientras que la longitud de onda de emisión está en el intervalo infrarrojo, solo se indica que la absorción se produce en la región espectral visible o infrarroja cercana. La tinta utilizada tiene colorantes que son absorbentes en la región visible del espectro, por lo que la energía absorbida por el material fluorescente es pequeña. En la región del infrarrojo cercano, la sustancia fluorescente solo tiene una absorción de línea estrecha y, por lo tanto, la mayor parte de la radiación incidente no es absorbida por la sustancia fluorescente y, como resultado, la intensidad del infrarrojo emitido tiene una intensidad pequeña. El documento WO2009/136921 describe un elemento de seguridad luminiscente que contiene dos pigmentos con una primera red inorgánica del huésped. El documento US6479133 describe un documento de valor con un material de etiquetado que comprende al menos dos metales de tierras raras cuya respuesta se superpone parcialmente en el espectro.
El documento WO2006/024530 describe un documento de valor y marcador con una red cristalina y al menos un metal de tierras raras.
A pesar de los sistemas de validación existentes para autenticar documentos de valor, existe la necesidad de un sistema que detecte de forma fiable y precisa los documentos de valor, estacionarios o móviles, tales como los sistemas implicados en la clasificación o detección de billetes de banco. El sistema de validación debería incorporar características de seguridad en y/o sobre el documento de valor que sean difíciles de reproducir y debería tener métodos de discriminación de detección y características que sean únicas y lo suficientemente complicadas como para evitar la falsificación e imitación del documento de valor. También es importante que estos documentos de valor, tales como los billetes de banco, puedan autenticarse a altas velocidades.
Sumario de la invención
En un aspecto, se proporciona un marcador para uso en materia impresa en documentos de valor de acuerdo con la reivindicación 1.
En otro aspecto, se proporciona un método para autenticar un documento de valor de acuerdo con la reivindicación 5.
Breve descripción de los dibujos
Se han elegido ejemplos específicos para fines de ilustración y descripción, y se muestran en los dibujos adjuntos, que forman parte de la memoria descriptiva.
La FIG. 1 ilustra la transmisión medida (la absorción es igual a 1-transmisión indicada) para tinta roja, tinta verde, tinta violeta y tinta negra típicas que indica la disponibilidad de la región espectral de transmisión alta en las longitudes de onda infrarrojas más allá de 1000 nm de longitud de onda infrarroja;
las FIGS. 2a y 2b muestran curvas de absorción similares que ilustran el comportamiento de absorción medido de un granate de itrio y aluminio inorgánico típico dopado con iones de tierras raras de erbio que muestran un comportamiento de absorción de línea estrecha por debajo de 1100 nm y una absorción de banda ancha en el intervalo de longitud de onda infrarroja de 1400 a 1700 nm;
la FIG. 3 ilustra el comportamiento de emisión publicado de un granate de itrio aluminio inorgánico típico dopado con iones de tierras raras de erbio que muestra un comportamiento de emisión en el intervalo de longitud de onda infrarroja de 1400 a 1700 nm;
la FIG. 4 ilustra una familia de detectores infrarrojos de InGaAs comerciales típicos que muestran la capacidad de detección desde el borde del espectro visible hasta aproximadamente 2200 nm; y
la FIG. 5 ilustra una disposición esquemática de un ejemplo de un sistema de autenticación de documentos de valor en movimiento de la tecnología actual.
Descripción detallada de la invención
Esta tecnología actual se refiere a marcadores que pueden incorporarse en o sobre documentos de valor, y a los métodos para autenticar un documento de valor que comprende un marcador incorporado dentro de materia impresa. Los documentos de valor de la tecnología actual incluyen un sustrato, y también pueden incluir al menos un área de materia impresa. En algunos ejemplos tal como, por ejemplo, cuando el sustrato está coloreado, los marcadores pueden incorporarse en el sustrato. El sustrato puede ser cualquier sustrato adecuado para documentos de valor, incluidos, pero no limitados a materiales de papel y plástico. Marcadores también pueden incorporarse en la materia impresa. La materia impresa, tal como una tinta, puede ser de cualquier color, incluido el negro. La cantidad de absorción en el intervalo espectral visible de la materia impresa depende de su color. Por ejemplo, cuando la materia impresa es negra, el análisis espectrográfico muestra que se absorbe en todo el espectro visible. La tecnología actual reconoce que los sustratos y la materia impresa de todos los colores, incluido el negro, tienden a tener una absorción significativamente reducida en la parte infrarroja del espectro, independientemente del color, y la transmisión infrarroja a través de la materia coloreada aumenta a medida que aumentan las longitudes de onda infrarrojas. Como tal, se puede agregar un marcador con iones de tierras raras activos en el sustrato o el material utilizado para crear la materia impresa, tal como una tinta, en la que absorbe de manera eficiente la radiación infrarroja excitante incidente y emite una señal infrarroja en la región espectral infrarroja que tiene un reducido coeficiente de absorción. El marcador puede estar oculto en el sustrato o en la materia impresa, ser completamente invisible para un usuario del documento de valor y tras el examen de rutina del documento de valor. Los iones de tierras raras activos también pueden exhibir absorción y emisión por debajo de 1000 nm, pero la coloración del sustrato o la tinta con sus propiedades de absorción reducen en gran medida la excitación y la emisión en esas áreas espectrales. La excitación de los iones de tierras raras activos en el marcador dentro del IR (más allá de 1300 nm) no excitará las líneas de emisión que están espectralmente por debajo de 1300 nm. Esta propiedad enmascara adicionalmente la presencia del marcador en el sustrato o la materia impresa, lo que aumenta su valor como una característica de seguridad.
Marcadores adecuados para uso con la tecnología actual son excitados eficientemente por radiación infrarroja incidente con una longitud de onda en la ventana altamente transparente de la materia impresa y emiten radiación infrarroja que tiene una longitud de onda más larga dentro de la ventana altamente transparente de la materia impresa. La eficiencia del proceso de emisión infrarroja del marcador aumenta cuando las longitudes de onda de excitación están más cerca de las longitudes de onda de emisión del marcador. Además, dado que las longitudes de onda de excitación en la región de longitud de onda infrarroja pueden ser mayores que algunas de las longitudes de onda de emisión convencionales del emisor marcador, esas transiciones de longitud de onda de emisión convencionales no se excitan cuando se utiliza la mayor longitud de onda de excitación para la excitación, lo cual permite que sea mayor la eficiencia de la emisión deseada.
Marcadores adecuados también absorben la radiación infrarroja excitante como un absorbente de banda, en lugar de un absorbente de línea estrecha, al tener al menos dos iones de tierras raras activos incorporados dentro de la red cristalina del marcador. Un absorbente de banda absorbe la radiación infrarroja incidente en un amplio intervalo espectral de longitudes de onda infrarrojas y, por lo tanto, puede estar suficientemente excitado por fuentes de iluminación infrarroja tales como los LED. Algunas líneas de absorción asociadas con los iones de tierras raras activos en el marcador son absorbentes de banda estrecha por debajo de 1000 nm. Estas líneas de absorción de banda estrecha pueden ser muy fuertes, pero como también son estrechas, existe una superposición espectral muy deficiente con fuentes de luz de bajo costo tales como los LED. El ancho de banda estrecho y la ubicación espectral también pueden crear desafíos importantes para encontrar y ajustar un diodo láser a esa línea de absorción.
La energía total absorbida por un marcador se relaciona con la sección transversal de absorción del marcador a lo largo de las longitudes de onda de la radiación de excitación incidente, el espesor total de la materia impresa que comprende el marcador y los espectros de la fuente de excitación. En general, las fuentes de excitación incluyen diodos láser y LED. Los diodos láser pueden emitir un gran número de fotones en una longitud de onda muy estrecha, pero deben ajustarse a los picos de absorción para un mejor comportamiento. Además, el uso de diodos láser en este tipo de aplicación no es deseable por razones de control de seguridad óptica requeridas. Los LED
muestran una anchura espectral creciente desde la región UV a la región IR. La anchura espectral ancha es generalmente una coincidencia espectral deficiente con la línea de absorción estrecha en la región visible del ion activo dentro del marcador. A medida que las longitudes de onda aumentan hacia la región IR; sin embargo, los LED son una buena coincidencia espectral, ya que muchos iones muestran una amplia absorción de banda en esta región. Además, los LED son una solución rentable y están disponibles en regiones espectrales en el IR.
Los marcadores de la tecnología actual pueden incluir al menos dos iones de tierras raras activos. Si bien no se pretende estar ligado a teoría alguna, se cree que al excitar el marcador, el fotón de excitación es absorbido por un primer ion de tierras raras activo y se descompone a un nivel de almacenamiento. En al menos algunos ejemplos, el primer ion de tierras raras activo absorbe la radiación de excitación incidente mediante la absorción de banda ancha, lo que significa que la característica de absorción del primer ion de tierras raras activo es amplia, tal como de aproximadamente 20 nm a aproximadamente 50 nm, o mayor. Esa energía se transfiere entonces de forma no radiante a un segundo ion de tierras raras activo incorporado dentro de la misma red cristalina del marcador y luego es emitido como un fotón de la característica de mayor longitud de onda del segundo ion de tierras raras activo. La emisión de alta intensidad requiere una alta absorción de fotones excitantes incidentes. Se ha encontrado que los marcadores que comprenden iones de tierras raras activos normalmente absorben la radiación infrarroja incidente como absorbentes de línea estrecha en el intervalo de longitudes de onda del infrarrojo excitante de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 900 nm, mientras que algunos de los iones de tierras raras activos en los marcadores exhiben una absorción de banda ancha en el intervalo de longitudes de onda infrarroja de aproximadamente 1300 nm a aproximadamente 2200 nm. Las líneas de emisión de un marcador que surgen de las transiciones que terminan cerca del estado fundamental también son absorbentes en el mismo área espectral. Los marcadores que absorben la radiación infrarroja de excitación incidente a una longitud de onda infrarroja de aproximadamente 1500 nm a aproximadamente 1900 nm son fácilmente excitados por LED comerciales. Cuando el primer ion activo de tierras raras absorbe la radiación de excitación incidente por absorción de banda ancha, un LED de baja potencia excitará suficientemente un marcador adecuado. La radiación infrarroja de alta intensidad emitida por el segundo ión de tierras raras activo en el marcador a una longitud de onda típicamente en el intervalo de aproximadamente 1700 nm a aproximadamente 2200 nm es detectada de manera fácil y fiable por un detector de InGaAs disponible comercialmente, disponible de Teledyne Judson Technologies, Montgomeryville, Pensilvania. Los detectores de infrarrojos adecuados reciben radiación infrarroja emitida desde el segundo ion de tierras raras activo en una longitud de onda preseleccionada.
En al menos algunos ejemplos, se puede utilizar una tinta para crear la materia impresa en el documento de valor. Por consiguiente, se puede proporcionar una tinta que comprenda un marcador de la tecnología actual. La tinta también puede comprender otros componentes adecuados para hacer que la tinta sea imprimible y, por lo demás, útil para su aplicación prevista en un documento de valor. Por ejemplo, la tinta puede incluir al menos un líquido o gel en el que se mezcla y suspende el marcador. La tinta puede imprimirse entonces en un documento de valor para proporcionar materia impresa que comprende el marcador. Debido a la alta eficiencia de la transferencia de energía fotónica desde la lámpara LED al marcador incorporado en la materia impresa, el marcador transfiere una gran cantidad de energía de forma no radiactiva a los niveles de energía de emisión de un segundo ion de tierras raras que proporciona una emisión desde el segundo ion Como tal, la tinta puede incluir pequeñas cantidades de marcador, incluyendo, por ejemplo, marcador en una cantidad de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 40% en peso de la tinta, o de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 5% en peso de la tinta. Las tintas tienden a perder muy poco peso al secarse, por lo que se espera que la materia impresa en un documento de valor tenga aproximadamente la misma cantidad de marcador que la tinta inicial que se imprime para formar la materia impresa. Para fines de medición, la cantidad de marcador en la materia impresa se puede considerar que es la misma que la cantidad de marcador en la tinta. Por consiguiente, el marcador puede estar presente en la materia impresa en un documento de valor en una cantidad de aproximadamente el 0,01% a aproximadamente el 40% en peso de la materia impresa, incluidas, pero no limitadas a cantidades de aproximadamente o de aproximadamente el 0,1% en peso de la materia impresa. aproximadamente el 0,5% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 1% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 2% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 5% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 10% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 15% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 20% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 25% en peso de la materia impresa, aproximadamente el 30% en peso de la materia impresa o aproximadamente el 35% en peso de la materia impresa. En algunos ejemplos, el marcador puede estar presente en la materia impresa en un documento de valor en una cantidad de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 5% en peso de la materia impresa. Preferiblemente, la cantidad de marcador en la materia impresa es suficiente para que incluso cuando la materia impresa se encuentre en un documento de valor, tal como un billete de banco, haya suficiente marcador dentro de la materia impresa para reconocer y validar un documento de valor auténtico.
En ejemplos en los que el marcador se incorpora directamente en un sustrato, el marcador puede estar presente en el sustrato en cualquier cantidad adecuada, incluyendo, por ejemplo, desde aproximadamente el 0,01% hasta aproximadamente el 40% en peso del sustrato, incluidas, pero no limitadas cantidades de aproximadamente o de
aproximadamente el 0,1% en peso del sustrato, aproximadamente el 0,5% en peso del sustrato, aproximadamente el 1% en peso del sustrato, aproximadamente el 2% en peso del sustrato, aproximadamente el 5% en peso del sustrato, aproximadamente el 10% en peso del sustrato, aproximadamente el 15% en peso del sustrato, aproximadamente el 20% en peso del sustrato, aproximadamente el 25% en peso del sustrato, aproximadamente el 30% en peso del sustrato o aproximadamente el 35% en peso del sustrato. En algunos ejemplos, el marcador puede estar presente en el sustrato de un documento de valor en una cantidad de aproximadamente el 0,01% a aproximadamente el 5% en peso del sustrato. Preferiblemente, la cantidad de marcador en el sustrato es suficiente para que incluso cuando la materia impresa se encuentre en un documento de valor tal como un billete de banco, haya suficiente marcador dentro del sustrato para reconocer y validar un documento de valor auténtico.
Materiales huéspedes adecuados que comprenden iones de tierras raras activos para los marcadores que se utilizarán en la presente tecnología incluyen redes cristalinas inorgánicas seleccionadas de un grupo que consiste en aluminatos, boratos, granates, óxidos, silicatos, fluoruros, germanatos, molibdatos, oxifluoruros, oxisulfuros, fosfatos, wolframatos, niobatos, tantalatos, vanadatos y combinaciones de los mismos. Al menos dos iones activos se incorporan dentro de la red del marcador como dopantes y sustituyen a determinados iones en la red del huésped. Las características de absorción y emisión de los iones de tierras raras activos utilizados para sustituir a los iones de la red en la matriz de la red cristalina del marcador se ven afectadas por los niveles de energía de los iones de tierras raras específicos utilizados, así como por los efectos del campo cristalino. Los iones activos pueden seleccionarse de un grupo que consiste en elementos de tierras raras, tales como erbio, holmio, tulio, praseodimio, disprosio, neodimio u otros elementos de tierras raras adecuados y mezclas de los mismos. Los iones activos sustituyen típicamente a iones tales como el itrio, el lantano o el gadolinio en la red cristalina. Uno de los iones activos, por ejemplo erbio, muestra una absorción de banda ancha de la radiación infrarroja incidente en el intervalo de aproximadamente 1400 nm a aproximadamente 1700 nm, transfiere esta energía de manera no radiativa a un segundo ion de tierras raras activo seleccionado de los iones activos enumerados anteriormente, que emite radiación infrarroja en el intervalo de aproximadamente 1600 nm a aproximadamente 2200 nm.
La presente tecnología se refiere a un aparato de autenticación de documentos de valor que autentica un documento de valor que tiene un sustrato o materia impresa que comprende un marcador de la presente tecnología. El aparato de autenticación de documentos de valor puede incluir una fuente de iluminación infrarroja, un detector infrarrojo que recibe la radiación infrarroja emitida desde el marcador a una longitud de onda preseleccionada; y al menos una unidad de procesamiento. La una o más unidades de procesamiento, tal como un ordenador, se pueden utilizar para almacenar datos de emisiones reales y/o de ensayo. Los datos de emisión se obtienen al detectar la emisión óptica del segundo ion de tierras raras activo utilizando un detector y un filtro de infrarrojos adecuados. Esta señal es capturada electrónicamente y es comprobada para verificar que los valores se encuentren dentro de los límites de autenticación predeterminados que autentican o rechazan el documento de valor de ensayo en función de esos parámetros predeterminados de paso/fallo.
La presente tecnología también se refiere a un método para autenticar un documento de valor mediante el examen de un documento de valor que incluye un marcador que comprende al menos dos iones de tierras raras activos, uno de los cuales absorbe la luz infrarroja incidente excitante que tiene una primera longitud de onda, que incluye, pero no se limita a una longitud de onda en el intervalo de aproximadamente 1400 a aproximadamente 1900 nm, y el segundo de los cuales emite radiación infrarroja que tiene una segunda longitud de onda, que incluye pero no se limita a una longitud de onda en el intervalo de aproximadamente 1600 a aproximadamente 2200 nm. El documento de valor es examinado por un detector de InGaAs extendido u otros detectores adecuados que son sensibles a la luz en el intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 1000 nm a aproximadamente 2200 nm. El sistema de detección puede incluir filtros ópticos en la ruta óptica que solo pasan un intervalo de longitudes de onda preseleccionado emitido por el marcador. Este examen de autenticidad se puede hacer cuando el documento de valor está estacionario o en movimiento, por ejemplo en una máquina de conteo y autenticación de billetes de banco de alta velocidad. Este método detecta y rechaza documentos de valor sin el marcador con un alto grado de fiabilidad.
La presente tecnología puede aumentar la seguridad y la autenticidad de un sistema de validación al medir la emisión infrarroja de un marcador encubierto incorporado en la materia impresa de un documento de valor cuando el marcador es excitado por radiación infrarroja incidente correspondiente a una banda de absorción del primer ion de tierras raras activo. Tanto la longitud de ondas del infrarrojo incidente como la longitud de ondas del infrarrojo de emisión están dentro del intervalo de longitudes de onda mínimamente absorbidas por la tinta impresa, independientemente del color de la tinta impresa. Por lo tanto, el marcador encubierto puede estar oculto dentro de las zonas oscuras del documento de valor invisible para el ojo humano o los métodos de detección más comunes, incluyendo la detección ultravioleta. Dado que los marcadores solo emiten radiación infrarroja en una banda específica conocida de longitudes de onda basadas en los iones activos influenciados por la red del huésped, la detección requiere una combinación adecuadamente seleccionada de detector de infrarrojos y filtro óptico, lo que aumenta la seguridad del documento de valores.
La materia impresa, tal como la tinta, para documentos de valor que incluyen billetes de banco viene en muchos colores. Las propiedades de absorción de una tinta en el espectro visible proporcionan el color que percibe el ojo humano. Como se mencionó arriba, una tinta negra absorbe la mayoría de las longitudes de onda dentro del espectro visible. Por lo tanto, la materia impresa tiene fuertes propiedades de absorción si la fuente de luz excitante del marcador cae dentro de los espectros de absorción de la materia coloreada. De manera similar, cualquier emisión del marcador en el intervalo de absorción más alto de la materia impresa también se reduce significativamente y no se genera una señal de detección útil. La transmisión (1-absorción) medida en el intervalo de longitudes de onda infrarrojas aumenta a un valor de transmisión muy alto a medida que aumenta la longitud de onda de la luz. Este aumento en la transmisión o la reducción en la absorción se ve más allá de las longitudes de onda infrarrojas superiores a 1000 nm.
La FIG. 1 ilustra espectros de absorción medidos para tintas típicas que incluyen una tinta roja, tinta verde, tinta violeta y tinta negra. Cada una de las tintas de color muestra un comportamiento de transmisión espectral diferente para crear colores que son percibidos por el ojo humano en la reflexión. Tintas de todos los colores muestran una baja absorción de infrarrojos, especialmente más allá de 1000 nm en la región de longitud de onda infrarroja. Adicionalmente, se ve que la transmisión infrarroja mejora a medida que aumenta la longitud de onda infrarroja. Por lo tanto, si un marcador fuera a ser excitado por la radiación excitadora infrarroja incidente, el marcador puede absorber la radiación sin importar el color de la tinta impresa o su densidad impresa. Como resultado, el marcador puede estar oculto en zonas oscuras muy impresas de un documento de valor completamente invisible para un usuario del documento de valor, proporcionando una función de autenticación segura. La presente tecnología se refiere al uso de una tinta impresa que exhibe una absorción reducida en la ventana espectral de la radiación excitante incidente requerida para excitar el marcador marcador.
Erbio es un ion de tierras raras activo que funciona como un absorbedor de banda ancha para absorber la radiación de excitación incidente del marcador de un LED de infrarrojos. Las FIGS. 2a y 2b ilustran los datos de absorción medidos de un granate de itrio y aluminio inorgánico conocido típico, dopado con iones de tierras raras activos de erbio y muestra un comportamiento de absorción de línea estrecha por debajo de aproximadamente 1100 nm y una banda ancha de absorción en el intervalo de longitudes de onda infrarroja de aproximadamente 1400 a aproximadamente 1700 nm, tal como se muestra en la FIG. 1. Las FIGS. 2a y 2b muestran curvas de absorción similares a las descritas en la publicación de Sardar et al. ''Absorption intensities and emission cross section of principal intermanifold and inter-Stark transitions of Er3+(4f11) polycrystalline ceramic garnet Y3Al5O12," Journal of Applied Physics, 97,123501 (2005), que muestra un comportamiento de absorción solo de hasta 1100 nm. La longitud de onda de la absorción de banda ancha se ve coincidir con el intervalo de longitudes de onda infrarroja de transmisión alta de tinta impresa, tal como se muestra en la FIG. 1 y, por lo tanto, el marcador embebido en la tinta impresa puede ser fácilmente excitado sin atenuación por la tinta impresa en el intervalo de longitudes de onda infrarroja de 1400 a 1700 nm. Dispositivos LED comerciales, tales como Marubeni L1550-03, están disponibles de Marubeni America Corporation, California, EE.UU., que es una lámpara LED de InGaAs que emite una banda espectral de radiación que alcanza un máximo de 1550 nm como una fuente de luz incidente para la excitación fotónica del marcador. Existen otras fuentes de lámparas LED que están disponibles comercialmente que serían útiles en la tecnología actual y que serían conocidas por los expertos en la técnica. Debido a que la excitación de fotones del marcador se realiza a 1550 nm, las transiciones electrónicas más energéticas que resultan en emisiones de longitudes de onda más cortas no son excitadas y la energía de fotones absorbida se transfiere de manera no radiativa a un segundo ion de tierras raras, cuyos niveles de energía dan como resultado una emisión de longitudes de onda más alta con longitudes de onda en el intervalo de aproximadamente 1600 a aproximadamente 2200 nm.
La FIG. 3 ilustra el comportamiento de emisión de un granate inorgánico de itrio y aluminio típico con iones de tierras raras activos de erbio que muestra un comportamiento de emisión en el intervalo de longitudes de onda infrarroja de 1600 a 2200 nm, publicado por Sardar et al. "Absorption intensities and emission cross section of principal intermanifold and inter-Stark transitions of Er3+(4f11) polycrystalline ceramic garnet Y3AlsO12," Journal of Applied Physics, 97,123501 (2005).
La FIG. 4 ilustra una familia de detectores infrarrojos de InGaAs comerciales típicos que muestran la capacidad de detección desde el borde del espectro visible hasta aproximadamente 2200 nm.
La FIG. 5 ilustra una disposición esquemática de un aparato de autenticación de documentos de valor móvil 100. El documento de valor 101 viaja a través del aparato de autenticación. El documento de valor 101 tiene tinta impresa 102 incorporada con marcador. El marcador recibe la radiación infrarroja excitante entrante a una longitud de onda típica de 1550 nm desde un diodo emisor de luz (LED) 103. La luz del LED 103 es colimada por el sistema de lentes 104 y 105 para iluminar el documento de valor 101 como un punto o como una línea o una zona amplia. La emisión infrarroja del marcador en el intervalo de aproximadamente 1400 nm a aproximadamente 2200 nm se dirige al detector 109 mediante un espejo reflectante 106, un filtro óptico 107 y una lente de enfoque 108. La unidad de procesamiento 110 suministra energía al LED 103, impulsa el documento de valor a través del aparato de
autenticación y reciba los datos de emisión de radiación infrarroja detectados. Si el detector 109 recibe y pasa la emisión infrarroja de longitud de onda apropiada del marcador incorporado dentro de la tinta impresa 102 en el documento de valor 101 a la unidad de procesamiento 110, el documento de valor 101 se considera auténtico, o de lo contrario, se rechaza como una falsificación.
Claims (6)
1. Un marcador, que comprende:
una red cristalina inorgánica que comprende al menos un primer ion de tierras raras activo y un segundo ion de tierras raras activo;
en donde el primer ion de tierras raras activo absorbe radiación infrarroja incidente excitante que tiene una primera longitud de onda de 1400 nm a 1700 nm, y transfiere la radiación infrarroja absorbida al segundo ion de tierras raras activo, y el segundo ion de tierras raras activo emite radiación infrarroja a una segunda longitud de onda de 1600 nm a 2200 nm que es mayor que la primera longitud de onda de la radiación infrarroja incidente excitante,
en donde el primer ion de tierras raras activo es erbio, y en donde el segundo ion de tierras raras activo se selecciona de holmio, tulio, praseodimio, disprosio y neodimio.
2. Un marcador según la reivindicación 1, en el que la red cristalina inorgánica se selecciona del grupo que consiste en aluminatos, boratos, granates, óxidos, silicatos, fluoruros, germanatos, molibdatos, oxifluoruros, oxisulfuros, fosfatos, wolframatos, niobatos, tantalatos, vanadatos y combinaciones de los mismos.
3. Un documento de valor que comprende un marcador tal como se define en las reivindicaciones 1 o 2.
4. Un documento de valor de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el documento de valor comprende materia impresa y el marcador está presente en la materia impresa en una cantidad de 0,01% a 40% en peso de la materia impresa.
5. Un método para autenticar un documento de valor, que comprende:
a) proporcionar un documento de valor a un aparato de autenticación, comprendiendo el documento de valor un marcador que incluye una red cristalina inorgánica que incluye al menos un primer ion de tierras raras activo y un segundo ion de tierras raras activo, en donde el primer ion de tierras raras activo es erbio y absorbe radiación infrarroja incidente excitante que tiene una primera longitud de onda de 1400 a 1700 nm y transfiere energía al segundo ion de tierras raras activo que se selecciona de holmio, tulio, praseodimio, disprosio y neodimio, y el segundo ion de tierras raras activo emite radiación infrarroja a una segunda longitud de onda que está en el intervalo de 1600 nm a 2200 nm;
b) proporcionar una radiación infrarroja incidente excitante de la primera longitud de onda al marcador con una fuente de iluminación infrarroja del aparato de autenticación;
c) detectar la radiación infrarroja emitida desde el segundo ion de tierras raras activo con un detector de infrarrojos del aparato de autenticación y producir datos de emisión desde el detector de infrarrojos; d) verificar que los datos de emisión están dentro de los criterios de validación preseleccionados con una unidad de procesamiento del aparato de autenticación; y
e) emitir datos de autenticación desde la unidad de procesamiento para autenticar o rechazar el documento de valor.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el documento de valor es como se define en la reivindicación 3 o la reivindicación 4.
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