KR100849153B1 - 자기 측정용 프로브 장치, 자화 특징 측정 방법, 인증장치 및 인증 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 아이템(7), 구체적으로 적어도 하나의 보안용 자성 재료(M)를 구비하는 보안 문서에 기록된 자화 데이터를 특정하는 특정용 프로브 장치로서, 적어도 하나의 코어 프리 자화 코일(3)을 구비하는 것인 이 측정용 프로브 장치에 있어서, 상기 자화 코일(3) 내부의 양단에 적어도 2개의 자기장 센서(4s, 4c, 8s, 8c)가 배치되는 것인 측정용 프로브 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 측정용 프로브 장치를 구비하는 인증 장치와, 상기 측정용 프로브 장치와 인증 장치에 의해서 수행되는 인증 방법에도 더 관련되어 있다.

Description

자기 측정용 프로브 장치, 자화 특징 측정 방법, 인증 장치 및 인증 방법{MEASUREMENT PROBE AND AUTHENTICATION DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 보안 문서 또는 물품의 내부에 들어 있거나 또는 잉크를 이용하여 코팅 조성물 또는 금속 박편(포일)을 상기 보안 문서 또는 물품에 도포한 자성 재료에 자기적 특징이 연결되어 있도록 상기 보안 문서 또는 물품의 상기 자기적 특징을 기록하고 비교함으로써 상기 보안 문서 또는 물품을 인증하는 측정용 프로브 장치 및, 이 측정용 프로브 장치를 구비하는 인증 장치에 관한 것이다.

자기 잉크는 보안 인쇄 분야에 잘 알려져 있다. 지난 한 세기가 넘도록 달러화의 지폐에 인쇄된 "미국 통화의 흑색 부분(US currency black)"은 흑색의 색소로서 사용된 자철광 가루, Fe₃O₄ 등을 기초로 한 것이다. 여러 가지의 다른 자성 재료도 제안되어 잉크 및 코팅 조성물의 색소로서 사용되어 왔다. 이들의 예로는, 철, 코발트 및 니켈 가루, 갈색 산화철 Fe₂O₃, 이산화 크롬 CrO₂, 페라이트 MFe₂O₃(M은 Mg²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ 등의 이가 이온이다), 예컨대 ZnFe₂O₃, 가닛 A₃B₅O₁₂(A는 삼가 희토류 이온이고 B는 Al³⁺, Fe³⁺, Ga³⁺, Bi³⁺ 등이다), 예컨대 이트륨 철 가닛 Y₃Fe₅O₁₂(YIG) 등이 있다.

자성 재료는 자성 재료의 자화 강도(B)가 외부 인가 자계(H)의 함수에 따라 달라진다는 것을 특징으로 한다는 점을 주목한다. 낮은 자계(H)의 경우, 자화 강도(B)는 외부 자계(H)에 대략 비례한다(즉, B=μ·H). 비례 상수 μ를 상대적 자기 투과력이라고 부른다. 자화 함수 B(H)의 비선형 특성은 일반적으로 높은 자계(H)에서 관측되고, μ는 종국에는 1, 즉 자기 포화 상태로 된다. 모든 자성 재료는 자기 포화를 나타낸다.

또한, 대부분의 자성 재료는 비가역성 자화 함수, 즉 자계 강도(H)를 포화값에서부터 제로값으로 감소시키는 것을 나타내고, 자계 강도(B)는 어떤 고정 값(B_r)(잔류 자기)을 유지한다. 자계 강도(B)를 다시 제로값으로 되돌리기 위해서는 음(-)의 자계(-H_c)(보자력)가 자성 재료에 인가되어야 한다. 이 비가역적 자기 특성을 히스테리시스라고 부르며, 자화 함수 B(H) 곡선, 또는 이러한 자성 재료의 자화 특징(magnetization characteristics)을 히스테리시스 곡선이라고 부른다.

도 1a는 보자성 자성 재료의 히스테리시스 곡선을 도시하고 있고, 자화 강도(B) 대 자계 강도(H)의 그래프가 도시되어 있다. 자화 함수 B(H)의 비선형적 성질은 H_C(자성 재료의 보자력), B_r(외부 자계 제거 후의 잔류 자화), 및 B_s[자성 재료의 포화 자화(μ=1)]와 마찬가지로 명백한 것이다. H_c는 재료에는 특정되면서 양에는 불변하는 (내포적인) 값이고 B_r와 B_s는 양에 가변하는 (외연적인) 값이다.

실제의 응용에 있어서, H의 함수인 자화값(B) 또는 자기 유도값, 즉 H(t)의 함수인 시간 미분 dB(H)/dt는 적절한 감지 장치를 이용하여 측정될 수 있다. 도 1b는 감지용 코일에 의해서 획득되고 도 1a에 도시한 히스테리시스 곡선에서 점 b에서 점 d로 진행하는 이동에 대응하는 것과 같은 자기 유도분 dB/dt를 도시하고 있다.

자기 잉크 또는 코팅을 가지고 있는 보안 문서 또는 물품을 인증하는 목적상, 자기적 특성의 재료 관련 자화(예컨대 히스테리시스) 곡선을 이용하는 것은 중요한 것이다. 자화 또는 히스테리시스 곡선의 측정은 대개, 무거운 중량의 실험실 장비를 필요로 한다. 이러한 장비, 즉 히스테리시스미터는 필수의 드라이버 및 데이터 처리 전자 장치와 함께 자계 발생 및 감지를 위한 측정용 프로브를 구비하고 있다.

기술상 공지되어 있고 실험실의 히스테리시스미터에 이용된 자기 측정용 프로브의 설계는 도 2a에 개략적으로 도시되어 있다. 자화 코일(3)의 제1 부분의 안쪽에는 자성 재료 M'의 샘플이 배치된다. 자화 코일(3)은 원통형의 자기 코어 프리 코일, 즉 솔레노이드이며, 전류 I(t)를 주기적으로 변화시켜 구동되므로, 자계 H(t)를 주기적으로 변화시키게 된다. 자화 코일 안쪽에 있는 자성 재료 M'은 자계 H(t)에 의해서 자화되어, 자계 H(t)에 대한 추가 성분 B(t)=A·μ(H)·H(t)를 발생시킨다. A는 비례 상수이며 존재하는 자성 재료의 량과 관련이 있다.

감지용 코일(4s)은 샘플 자성 재료 M'이 있는, 자화 코일의 상기 제1 부분의 상측에 배치된다. 보상용 코일(4c)은 샘플 자성 재료가 없는, 자화 코일의 제2 부 분의 상측에 배치된다. 가변하는 자계 H(t)는 감지용 코일과 보상용 코일에서 각각 전압 U_s와 전압 U_c를 유도시킨다.

감지용 코일과 보상용 코일은 기계적으로는 대칭 배열되어 있고 전기적으로는 서로에 대해서 균형을 이루고 있으며, 2개의 코일 모두는 공통 접지(Gnd)에 연결되어 있으므로, 감지용 코일 안쪽에 자성 재료가 없는 경우에는 U_s-U_c는 제로가 된다. 감지용 코일(4s) 안쪽에 자성 재료가 있는 경우에는 비대칭 부과분 A·μ(H)=dB_M/dt이 발생하고, 이것은 U_s-U_c의 차로서 검출될 수 있다.

상기 측정을 수행하기 위해서, 자성의 샘플 재료는 샘플의 전체 체적에 걸쳐서 균등한 자계 조건을 보증하도록 상기 자화 코일의 안쪽에 배치되어야 한다. 이러한 조건은 자계선들이 평행하고 일정한 밀도로 되어 있는 원통형 코일의 내부에 존재한다는 점을 주목한다. 자화 코일의 바깥쪽에는 자계선들이 발산하여 자계는 불균등하게 된다. 따라서, 크기가 큰 자성 재료의 경우에는 테스트 상태에 있는 샘플의 모든 부분이 동일한 자계 강도의 영향을 받지는 않기 때문에 자화 코일의 바깥쪽에서는 그 자성 재료의 자화 특징은 측정에서 제외되는 것이 보통이다. 이러한 단점을 치유하기 위해서, 어떤 기구들은 축을 정렬시킨, 유사한 쌍의 큰 자성 코일을 이용한다. 헬름홀쯔 코일이라고 알려진 이러한 코일은 자유 공간에서 균등한 자 계량을 생성할 수 있지만, 샘플을 2개의 코일 부분 사이에 삽입시켜야 한다.

전술한 위치 물리적 제약 때문에, 자기 인쇄물 또는 자기적으로 코팅된 물품과 같이 길고 평평한 자성의 대상물은 샘플로서 취급하는데 어려움이 있다. 이러한 자성의 대상물은 히스테리시스의 가용한 측정 공간 안에 맞추기 위해서 여러 개의 조각으로 절단되어야 하거나(파괴 분석법), 측정될 샘플의 상부 쪽의 코일과 아래쪽의 코일을 가지는, 매우 특정한 장비가 제공되어야 한다.

비파괴형의 M(H) 자기 측정용 프로브는, 예컨대 미국 특허 제4,843,316호, 미국 특허 제4,901,016호, 일본 특허 제02,248,879호, 프랑스 특허 공개 제FR-A-2,686980호 및 독일 특허 공개 제DE-A-3 138 887호에 개시되어 있다. 그러나, 이 프로브들 중 어느 것도, 자기 인쇄부 또는 코팅부를 가지는 종이와 같이 연장된(긴) 시트(sheet)를 "온탑(on-top)"식으로 인증하는데 적합하지 않다. 종래 기술의 측정용 프로브는 표면이 평평한 기록 매체를 특징화하는 경우에 대해서 구체적으로 고려되어 온 것이다. 즉, 이러한 프로브들은 음각의 자기 인쇄 방식으로 표현된 것과 같은 직조형의 표면에 대해서는 성공적으로 적용될 수 없다.

따라서, 자기 인쇄부 또는 코팅부를 가지는 종이와 같이 시트형의 연장된 직조형 재료에 있는 자기 특징(magnetic characteristics)을 비파괴적으로 평가하는데 이용 가능한 수단을 만드는 것이 바람직할 것이다. 또한, 가치 있는 인쇄 문서 또는 물품에 있는 자기 특징을 "온탑"식으로, 즉 문서의 양측에 2개의 자화 코일을 배열시킬 필요 없이, 인증할 수 있는 방법 및 장치를 만드는 것이 특히 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 시트형 재료의 연장 범위에 관한 제약 없이 상기 시트형 재료의 자기 특징을 측정할 수 있는 측정용 프로브를 제공하는 데 있다. 이러한 측정용 프로브는 상기 문서 또는 물품의 표면 위에 및/또는 그 표면 위로 간단하게 위치 지정 및/또는 이동시켜 시트형 재료를 신뢰성 있고 실시가 용이하며 고속으로 호환 가능하게 인증할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.

본 발명의 이러한 목적은 자기 측정용 프로브와 이 자기 측정용 프로브를 구비하는 인증 장치, 및 특허청구범위의 특징에 따른 상기 인증 장치를 이용하여 수행되는 인증 방법에 의해서 해결된다.

도 1a는 보자성 자성 재료가 잔류 자기와 포화 자화값(B_r 및 B_s) 및 보자력 자계(H_c)를 나타내는 대표적인 자화 (히스테리시스) 곡선 B(H)을 도시한다.

도 1b는 도 1a의 히스테리시스 곡선에서 점 b에서부터 점 c로의 이동에 대응하는 자기 유도 곡선 dB(H)/dt를 도시한다.

도 2a는 자화 코일의 안쪽에 배치된 자기 샘플 M'의 자화값 또는 히스테리시스 곡선을 취득하는데 이용되는 표준의 자기 측정용 프로브를 도시하는 개략도이다.

도 2b는 자화 코일의 전방 바깥쪽에 배치된 시트형 자기 샘플 M의 자화값 또는 히스테리시스 곡선을 "온탑"식으로 취득하는 신규한 자기 측정용 프로브를 도시 하는 개략도이다.

도 3a는 유도 감지용 코일(4s)과 보상용 코일(4c)이 자화 코일(3)의 캐비티 내에서 자화 코일(3)의 양쪽 단부에 배치된 상태에서 시트형 재료(7)의 자기 유도 데이터를 측정하는 지기 측정용 프로브의 바람직한 제1 실시예를 도시하는 길이 방향 단면도이다.

도 3b는 자계 감지용 구성 요소(8s)와 보상용 구성 요소(8c)가 자화 코일(3)의 캐비티 내에서 자화 코일(3)의 양쪽 단부에 배치된 상태에서 시트형 재료(7)의 자화 데이터를 측정하는 지기 측정용 프로브의 바람직한 제2 실시예를 도시하는 길이 방향 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자기 측정용 프로브를 이용하는 인증 장치의 일 실시예 중 일부를 도시하는 회로도이다.

도 5는 본 발명에 따른 3개의 인증 장치(MD, MD', MD'')를 구비하고, 복수의 아이템의 자기 특징값들을 취득하며, 이 취득된 데이터를 통신 링크(L, L', L'')를 통해서 보안 서버에 업로드하여 원격 인증을 행하는 일 실시예의 일부를 도시하는 개략도이다.

본 발명은 B(H) 히스테리시스와 같은 자기 특징, 또는 시트형 재료의 dB(H)/dt 자화 특징을 "온탑"식으로 취득할 수 있는, 매우 향상된 자기 측정용 프로브에 기초한 것이다. 따라서, 재료는 직조형이어도 좋고 평판형이어도 좋다.

실제로, 신규한 특정 코일 장치 또는 센서 장치를 사용하는 경우에는 자화 코일의 구멍 밖에서도, 자기 보안 색소를 구비하는 잉크 또는 코팅 조성물로 만든 인쇄 또는 코팅과 같은 얇은 시트형 재료의 자화 성질이 신뢰성 있고 신속하게 취득될 수 있다는 발견은 놀라운 것이었다. 이러한 발견에 따른 측정용 프로브는 도 3a 및 도 3b에 따른 2개의 실시예로 도시되어 있다.

자계 H(t)를 생성하기 위한 자화 코일로는 절연된 전기 전도성 와이어로 만든 원통형 자기 코어 프리 솔레노이드 코일(3)이 사용된다. 이 자계는 상기 자화 코일(3)의 안(자계 영역 H₁)에서는 균등하고, 상기 자화 코일(3)의 밖(자계 영역 H₂)에서는 불균등하다. 또한, 자화 코일(3)의 자극 부근에 있는 양쪽의 가장 끝 부분에, 자화 코일(3)의 밖이면서도 실제 자계가 균등한 2개의 작은 자계 영역 H₃이 있다. 이 상황에서 실제 자계가 균등하다고 함은 H₃ 영역의 자계 강도가 자화 코일(3) 안쪽의 값 H₁로부터 10%, 바람직하게는 10% 이하로 벗어나는 것을 의미한다. 이것을 H₃ 영역의 정의로 취급할 것이다.

본 발명은 이들 자극 영역 H₃을 이용하여, 평판형의 연장된 아이템(7), 구체적으로 자성의 보안 표지 M을 가지는 보안 문서의 자기 특징을 검색(프로브)하는 것이다. 본 발명의 한 형태에 따르면 그리고 도 2b에 따른 레이아웃에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2개 이상의 자기 센서가 자화 코일(3) 안에서 양쪽의 가장 끝 부분에, 바람직하게는 자화 코일(3)의 극 영역 H₃ 부근에 배치된다.

도 3a에 따른 자기 측정용 프로브의 제1 실시예의 경우, 자기 센서는 유도분 감지형 코일(4s)과 보상형 코일(4c)이다. 이들 센서는 자화 코일(3) 안에서 양쪽 단부에 대칭형으로 배치되고, 그들의 자기 코일 축들은 자화 코일(3)의 코일 축 CC과 실질적으로 정렬되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 감지용 코일(4s)과 상기 보상용 코일(4c)의 바깥지름은 자화 코일(3)의 안지름보다 작아야 한다. 또한, 감지용 코일과 보상용 코일은 얇게 유지되는 것, 즉 그 2개 코일의 바깥지름이 그 2개 코일의 안지름에 가깝게 유지되는 것이 바람직하다. 유도 코일을 이용하면, 자화 변화 dB/dt를 동적으로 측정할 수 있다.

대안으로, 도 3b에 따른 자기 측정용 프로브의 제2 실시예에 도시된 바와 같이, 자기 센서는 자계 감지용 구성 요소(8s)와 보상용 구성 요소(8c)이고, 상기 자계 감지용 구성 요소(8s)와 상기 보상용 구성 요소(8c)는 상기 자화 코일의 안지름보다 작아야 한다. 상기 구성 요소들은 자화 코일(3) 안에서 양쪽 단부에 대칭형으로 배치되고, 그들의 자기 축들은 자화 코일(3)의 코일 축 CC과 실질적으로 정렬되어 있는 것이 바람직하다. 자계 감지용 구성 요소(8s)와 보상용 구성 요소(8c)는 기술상 공지되어 있는 어떠한 타입으로도 구성될 수 있다. 특히, 자계 감지용 구성 요소(8s)와 보상용 구성 요소(8c)는 홀효과 센서일 수도 있고 자기저항(MR, GMR) 센서일 수도 있다. 두 타입의 소형 프로브는 기술상 공지되어 있으며 상용화되어 있다. 자계 센서를 이용하면, 자기 B를 정적으로 측정할 수 있다.

정확한 작동을 위해서, 자기 재료 M을 가지는 시트형 아이템(7)은 유도 감지용 코일 또는 자계 센서가 보안용 자성 재료 M에 대면하도록 프로브 홀더를 이용하여 자기 측정용 프로브에 대해서 적절한 위치에 유지되는 것이 바람직하다. 자화 코일(3)의 자계선은 시트형 아이템(7)의 표면에 실질적으로 수직하게 그 시트형 아이템(7)을 침투하여야 한다. 유도 감지형 코일 또는 자계 센서가 보안용 자성 재료 M에 직접 접촉할 필요는 없다. 보안용 자성 재료 M은 필요시에는, 관련된 측정 구역의 자계 H₃이 여전히 전술한 균등성 조건을 충족한다면, 즉 관련된 측정 구역의 자계 H₃이 자화 코일(3) 내부의 값 H₁로부터 15%, 바람직하게는 10%보다 크게 벗어나지 않는다면, 자기 센서로부터 자화 코일 안지름의 최고 2분의 1을 벗어나는 거리에 배치될 수 있다.

실제로, 개시한 측정용 프로브가 정확한 작업을 하기 위한 주요 요건은 상기 자기 센서의 검출 영역 내의 자성 재료 M은 상기 자화 코일(3)의 자계 영역 H₃ 안에 있고, 이 안에서, 자계 강도는 상기 자화 코일(3) 안쪽의 값 H₁로부터 15%, 바람직하게는 10%보다 크게 벗어나지 않는다는 점이다.

프로브 홀더는 샘플의 자기 특징으로부터 발생하지 않는 자기 변동의 측정을 방지하기 위해서, 특히 자화 코일로부터 먼 자계 영역에 위치한 자성 재료로부터 발생하는 자기 변동을 배제하기 위해서, 충분한 두께의 비자성 샘플 지원체를 제공하는 추가의 기능을 가질 수 있다. 이 샘플 지원체는 플라스틱, 나무, 유리 등의 비자성 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 알루미늄 또는 다른 금속 등의 강한 전기 전도성 지원체는 와전류를 일으켜서 동적 자기 측정을 방해할 수 있으므로, 이러한 강 전기 전도성 지원체는 피해야 한다.

본 발명의 방법과 함께 이용될 인증 장치는 도 4를 참조하면, 구동부(2, 6) 에 연결되어 자화값 B와 유도값 dB/dt 중 어느 하나를 측정하는 측정용 프로브(P), 감지부(5) 및 처리 전자 장치(1)를 구비한다. 상기 인증 장치는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 적어도 하나의 소프트웨어 이행형 알고리즘을 더 구비한다. 측정된 자화 신호값 또는 유도 신호값은 프로세서의 A/D 변환기(1b)에서 디지털화되고, 디지털 값 V_s로서 메모리(1c, 1d)에 기억된다. 후속하는 자계값(H)들에 대해서 취득된 이러한 복수 개의 값(V_s)은 최종적으로 각각 샘플의 유도 곡선 또는 자화 곡선을 나타내는 디지털식 점 단위 표현을 형성한다.

도 4에 도시된 바와 같이 구동부, 감지부 및 처리 전자 장치에 연결된 측정용 프로브를 구비하는, 본 발명에 따른 인증 장치의 실시예에서, 감지용 및 보상용의 유도 또는 자계 센서(4s, 4c, 8s, 8c) 각각의 측정된 전기 응답(U_s, U_c)은 밸런스 조정기(5_cs)를 이용하여 상쇄(counter-balance)(차감)되고, 연산 증폭기(5)에서 증폭되며, 최종적으로 프로세서의 A/D 변환기(1b)에서 디지털화되어, 디지털 샘플 유도값 또는 자화값 V_s가 획득된다. 후속하는 자계값(H)들에 대해서 이러한 복수 개의 값 V_s를 취득함으로써, 각각 샘플의 유도 곡선 또는 자화 곡선을 나타내는 디지털식 점 단위 표현의 획득이 가능해진다.

아이템(7)의 인증은 소정의 복수 개의 샘플 유도값 또는 자화값 V_s를 취득하여 상기 보안용 자성 재료의 유도 곡선 또는 자화(예컨대, 히스테리시스) 곡선의 샘플 곡선 부분 C_S를 형성함으로써, 또한 미리 정의된 비교 알고리즘 및 소정의 허 용 오차 기준을 이용하여 상기 샘플 곡선 부분 C_S의 값과 그에 대응하는 기준 곡선 부분 C_R에 대해서 미리 기억된 값을 비교함으로써 달성된다. 상기 허용 오차 기준은 단일값 기준일 수도 있고, 충족되어야 하는 복수의 조건의 결합일 수도 있다.

본 발명은 보안 문서 또는 물품에 대한 인증 표시 수단으로서 상기 보안 문서 또는 물품 내에 구성되거나 상기 보안 문서 또는 물품 위에 인쇄되거나 또는 상기 보안 문서 또는 물품에 적용된 자성 재료에 대해서, 홀 효과 센서 또는 거대 자기저항(GMR) 센서에 의해서 획득 가능한 것과 같은 일련의 B(H) 자화값 또는 유도 코일 센서에 의해서 획득 가능한 것과 같은 대응하는 일련의 dB(H(t))/dt 유도값 중 어느 하나를 이용하는 것에 기초한 방법을 개시한다. H(t)가 알려진 시간 함수인 경우에는 유도값 dB(H(t))/dt를 획득하여 인증에 유리하게 이용될 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 테스트 중에 있는 자성 재료의 자화 함수 또는 유도 함수는 최종적으로, 복수 개의 (H, B) 또는 (H, dB/dt) 값 쌍을 포함하는 수 테이블로 나타내어지거나, 또는 간단히, H가 알려진 방식으로 가변하는 경우에 B 또는 dB/dt 값의 리스트로 나타내어진다.

본 발명에 따른 인증 방법은 기준 샘플 자화 특징과 테스트 샘플 자화 특징을 취득하여 "학습 모드"와 "테스트 모드"를 지원하는 동일 타입의 장치 및 측정 프로토콜을 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 기준 샘플 특징과 상기 테스트 샘플 특징은 미리 정의된 비교 알고리즘을 이용하여 비교되는 디지털 값의 테이블로서 나타내어지고, 인증에 대한 판정이나 허위에 대한 판정은 미리 확립된 인증 기 준을 이용하여 상기 비교의 결과로부터 구해진다.

본 발명에 따른 인증 방법은 완전히 모델 프리(model-free)로 작동하며, 인증 장치에서 발생할 수 있는 시스템적 측정 오류에 의해서 영향받지 않는다. 따라서, 상기 인증 장치의 하드웨어는 정밀한 절대 측정에 필요한 것보다 매우 간단하게 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 개개의 물리적 절대값의 측정 및 비교에 의존하기보다는 오히려, 본 발명의 장치에 의해서 보이는 것과 같이 상대값들의 수열로 나타낸 유도 또는 자화 "곡선 형태"의 비교에 의존한다.

상기 샘플 자화 또는 유도 "곡선 형태"와 기준 "곡선 형태"와의 비교는, 바람직하게는 상기 곡선들의 정규화 이후에, 점 단위로 행해진다. 정규화란 양자의 곡선, 즉 샘플 곡선과 기준 곡선이 동일의 미리 정의된 최대 강도값을 가지는 것과 같이 선형적으로 비례 축소/확대되는 것을 의미한다. 이러한 정규화에 의해서 농도와는 무관한 비교가 행해진다. 이것은, 구김과 사용으로 인해 인쇄부에 존재하는 자성 재료의 량이 감소될 수 있다는 사실로 볼 때, 은행권 인증 시에 특히 유용하다는 것을 증명하는 특징인 것이다. 정규화된 자화 또는 유도 곡선들의 비교는 인쇄부에 실재로 존재하는 자성 재료의 량을 단순하게 식별하는 것에 상당한다. 또한, 정규화는 데이터 취득 (측정) 단계에서 샘플과 측정용 프로브 사이에 발생하는 미소 거리 변동의 영향을 제거하므로 유용하다는 것을 증명한다.

상기 비교는, 대응하는 샘플과 기준값들을 차감하는 것과 같은 기술상 공지된 표준의 수학적 방법에 따라서, 그리고 그들로부터 인증 또는 허위에 대한 표시자로서 구한 결과적인 차 또는 어떤 량을 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치는 보자성이 있는 것이든 없는 것이든 불문하고 모든 타입의 자성 재료에 적용 가능하다. 특히, 본 발명의 방법 및 장치는 보자성이 제로값(즉, 히스테리시스 루프가 없는 경우)이지만 포화 자계가 상이한 자성 재료들을 구별하는 데에도 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 보자력의 값이 상이한 수많은 종류의 자성 재료들을 구별할 수 있다. 나아가, 이러한 자성 재료들의 혼합체를 마련하여 더 한층 복잡한 dB/dt 곡선 형태를 생성하는 것도 가능하다. 본 발명의 방법 및 장치는 어떠한 곡선 형태도 인증할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.

스캔 자계의 최대값 H_max는 특정 응용에 쉽게 적응될 수 있다. 예컨대, 스캔 자계의 최대값 H_max는 상이한 EAS 재료들간을 구분하는 경우에는 100 가우스 정도의 낮은 값을 선택하고, 또는 경질 자성 페라이트들간을 구분하는 경우에는 1 테슬라 정도의 높은 값을 선택할 수 있다.

인증 장치의 메모리는 인증 장치가 하나 이상의 상이한 자성 재료를 인증(및 식별)할 수 있도록 하기 위해서 하나 이상의 기준 데이터 세트를 기억하는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 "학습 모드"와 상기 "테스트 모드"는 물리적으로 동일한 장치 상에서 수행되어야 하는 것은 아니다. 실제로, 별개의 "기준 정의 장치"가 제공하는 기준 데이터 세트들을 이용하여 샘플들을 배타적으로 인증하는 인증 장치가 제공될 수 있다. 이들 기준 데이터는 인증 장치의 영구 메모리에 다운로드될 수도 있고, 대안으로, 이들 기준 데이터는 이들 기준 데이터를 담고 있는 물리적 메 모리 유닛의 형태로 인증 장치에 전송될 수도 있다. 또한, 기준 데이터를 보안 서버와 같은 안전한 장소에 유지시키는 것과, 안전하고 독립된 비교를 위해서 측정된 적어도 하나의 샘플 유도값 또는 자화값을 상기 보안 서버 상에 업로드시키는 것도 가능하다.

예시적인 실시예

유도값 dB/dt를 감지하는 측정용 프로브의 일 실시예에 따르면, 그리고 도 3a를 참조하면, 코일 몸체는 섬유 보강 페놀 수지로 이루어지고, 코일 몸체의 전장(全長)은 10 ㎜이며 전체 지름은 30 ㎜이다. 감지용 코일(4s)과 보상용 코일(4c)은 자화 코일(3)의 내측 경계부 안에서 양쪽 단부에 배치되고, 이들 코일의 안지름과 길이는 각각 7.5 ㎜, 1.5 ㎜이다. 감지용 코일(4s)과 보상용 코일(4c)은 각각 100회 권선 수의 0.1 ㎜ φ "에나멜" 절연 동선(銅線)으로 구성된다. 자화 코일(3)은 안지름이 10 ㎜이고 200회 권선 수의 0.6 ㎜ φ "에나멜" 절연 동선으로 구성된다. 감지용 코일과 보상용 코일의 상부에서 코일 몸체의 나머지 공간이 채워진다. 기계적 변형 또는 전자기계적 변형으로 인한 코일의 불안정을 방지하기 위해서, 3개의 코일 권선은 에폭시 수지 안에 고정되게 내장된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정용 프로브(P)를 구비하는 인증 장치는 도 4를 참조하여 조립된다. 상기 인증 장치는 Analog Devices사의 ADuC812 MicroConverter^TM로 구체화된 처리 장치(1)를 더 구비한다. ADuC812 칩은 8052 마이크로프로세서(CPU)(1a), 12비트 아날로그/디지털(A/D) 변환기(1b), 및 프로그램과 데이터를 기억하기 위한 내부 RAM과 전기적으로 소거 가능한 영구 EE/플래시 메모리(1c)를 구비한다. 또한, 인증 장치는 32 K의 외부 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1d)를 구비한다.

인증 장치는 필요한 코일 드라이버 전압을 생성하기 위한 스토리지 커패시터를 가지는 전압 상향 변환기(6)와, 스위칭 브릿지로서 구성되고 마이크로프로세서에 의해서 제어되어 측정용 프로브의 자화 코일(3)을 삼각 전류 램프 또는 단순화한 {+U(Δt); -U(2Δt); +U(Δt)}(Δ는 기본 기간) 전압 시퀀스로 구동시키는 코일 드라이버 장치(2)와, 출력이 마이크로 제어기의 A/D 변환기(1b)에 공급되는 감지용 코일/보상용 코일 차감 연산 증폭기(5)를 더 구비한다. 연산 증폭기(5)의 입력단은 밸런스 조정기(5_cs)에 연결되어 보상["제로 인덕션(유도)"] 점을 미세 조정할 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 처리 전자 장치(1)는 학습 모드(L)와 테스트 모드(T)를 선택하는 모드 스위치(S_LT)와, 측정 사이클을 개시하는 푸시 버튼(B)과, 온/오프와 승인/실패 상태를 표시하는 황색/녹색/적색 LED(81, 82, 83)에 더 연결된다. 푸시 버튼(B)은 회로의 주 전원 장치(V_CC)에 스위칭하기 위한 것이다. 프로세서로 제어되는 전원 스위치(9)는 측정 사이클을 완료하는 동안 프로세서가 자신의 전력을 유지하여 자신을 양호한 상태에서 오프로 스위칭할 수 있도록 설치된다.

상기 자화 코일(3)을 구동시키는데 필요한 최대 전류는 통상 200회 권선 수에 대해서 20 A 이상 정도이고, 2000 가우스 정도의 자계를 발생시킨다. 전체 측정 사이클은 1밀리초 이하 정도로 지속되고, 그 후에 매우 긴 대기 시간이 뒤따르므 로, 코일을 냉각시킬 필요는 없다. 간단한 스위칭 디바이스가 제공하는 형태{0 / +U(Δt 동안) / -U(2Δt 동안) / +U(Δt 동안) / 0}의 구형(矩型) 전압 시퀀스로 코일을 구동시켜 전자 회로를 매우 간단화할 수 있다는 것을 발견하였다. Δt는 적절히 짧게 선택된 기본 기간이다. 이러한 상황하에서, 코일의 전류는 유도 법칙 d(I(t))=(U/L)dt로 인해 대략 삼각형의 파형을 따른다.

일 예에서, 유도 곡선은 200 ㎑의 속도로 샘플링되고 디지털화되어 기억된다. 이와 달리, 샘플링 속도를 보다 고속으로 하거나 저속으로 하는 것도 가능하다. 원시 데이터를 취급하는 경우에는 백그라운드(제로) 보정과, 필요하다면, 잡음 필터링을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 약한 신호의 경우, 2회 이상의 측정 스캔을 행한 결과는 신호 대 잡음비를 향상시키도록 누적되고 평균될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 처리 장치(1a) 안에는 자성 재료로 된 박층을 가지고 있는 보안 문서 또는 물품을 상기 개시한 인증 장치 및 측정용 프로브로 인증하는 인증 방법이 구현되어 있다. 상기 인증 방법은

a) 디지털 메모리 내에 기준 자성 재료에 대한 자화 곡선 B(H) 또는 유도 곡선 dB(H(t))/dt 중 적어도 일부를 나타내는 디지털식 점 단위 표현을 기준 데이터(V_R)로서 제공하는 단계와,

b) 표면 중 적어도 일부의 내부에 또는 상부에 자성 재료로 된 박층을 구비하는, 인증 대상인 보안 문서 또는 물품을 제공하는 단계와,

c) 본 발명에 따른 인증 장치 및 측정용 프로브를 이용하여 상기 단계 b)에 서 제공한 상기 보안 문서 또는 물품의 내부에 또는 상부에 자성 재료로 된 상기 박층에 대한 자화 곡선 B(H) 또는 유도 곡선 dB(H(t))/dt 중 적어도 일부를 나타내는 디지털식 점 단위 표현을 취득하여 디지털 메모리에 넣는 단계와,

d) 상기 단계 c)에서 획득한 디지털 데이터를 처리하여 측정 관련 환경에 대해서 상기 디지털 데이터를 보정하는 단계와,

e) 미리 정의된 비교 알고리즘 및 미리 정의된 허용 오차 기준을 이용하여 상기 단계 d)에서 획득된 데이터를 상기 단계 a)에서 제공되고 기억되어 있는 기준 데이터와 비교하여 인증 "허용/불허" 표시자를 구하는 단계

를 구비한다.

본 발명에 따르면, 상기 기준 데이터(V_R)와 상기 샘플 데이터(V_S)의 정의에 대해서 동일 타입의 하드웨어가 사용될 수 있다. "학습 모드"의 경우, 기준 샘플로부터의 데이터는 상기 기준 데이터로서 취득되어 기억된다. "테스트 모드"의 경우, 인증 대상이 되는 문서 또는 물품으로부터의 데이터는 인증/허위 표시자를 구하기 위해서 취득되고 처리되어 상기 기준 데이터와 비교된다.

바람직한 예에서는 본 발명에 따른 장치의 상기 학습 모드와 테스트 모드를 이용하여, 다수의 상이한 자기 샘플 인쇄물이 서로 구별될 수 있다. 보자성의 범위가 제로값과 700 오르스테드 사이에 있는 4개의 표준 자기 색소 세트(M1 내지 M4)를 상이한 비율로 인쇄 잉크로 혼합하여 자기 보안 시스템을 얻었다.

색소	보자성 [Oe]
M1:	∼1 (연성의 자성 철)
M2:	∼100
M3:	∼300
M4:	∼700

상기 자기 색소(M1 내지 M4)를 상이한 비율로 함유하고 잉크 안에 40 내지 50 퍼센트 정도의 총 색소 중량을 이용하는 15개의 음각 잉크 샘플(S1 내지 S15)를 마련하였다. 이들 색소를 당업자에게 알려진 타입의 음각 도료에 혼합해 넣었다.

	M1:M2	M1:M3	M1:M4	M2:M3	M2:M4	총계 [wt%]
S1	1.00					40.00
S2		1.03				47.20
S3			1.00			40.00
S4	4.00					40.00
S5		4.13				42.57
S6			4.00			40.00
S7	0.25					40.00
S8		0.26				53.09
S9			0.25			40.00
S10				1.03		47.20
S11				0.26		53.09
S12				4.13		42.57
S13					1.00	40.00
S14					0.25	40.00
S15					4.00	40.00

그 결과로 얻은 잉크를, 표준 음각 프레스와 100 ㎛ 그라비야 인쇄 깊이의 조판을 이용하여 통화 타입의 용지 위에 인쇄하여, 그 결과, 상이한 자기 특징들을 가지는 자기 음각 인쇄물들을 얻었다. 상기 잉크 샘플(S1 내지 S15)로 실현한 음각 인쇄물은 모두 본 발명에서 개시한 방법 및 장치에 의해서 서로 구별될 수 있었다.

Claims (20)

1. 자기 아이템의 자화 데이터를 취득하기 위한 자기 측정용 프로브 장치로서, 상기 자기 측정용 프로브 장치는 적어도 하나의 자화 코일을 구비하며,

   적어도 하나의 자기 센서가 상기 자화 코일의 일 단에서 상기 자화 코일의 내부에 배치되며, 적어도 하나의 다른 자기 센서가 상기 자화 코일의 나머지 단에서 상기 자화 코일의 내부에 배치되며, 상기 자기 센서들은 상기 자화 코일 내부의 자계와 일직선에 있는 자기 축들을 가지며,

   상기 자기 측정용 프로브 장치는. 상기 자기 센서들의 검출 영역 내의 자성 재료(M)가 상기 자화 코일의 자계 영역 내에 위치하도록, 상기 자화 코일 및 상기 자기 센서들로부터 떨어진 거리에 상기 자기 아이템이 위치되도록 하는 프로브 홀더를 더 구비하고, 상기 자계 영역에서의 자계 강도는 상기 자화 코일 내부의 값으로부터 15% 보다 큰 값으로 벗어나지 않는 것인 자기 측정용 프로브 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 자화 코일은 자기 코어 프리 코일인 것인 자기 측정용 프로브 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 자화 코일은 원통형 코일인 것인 자기 측정용 프로브 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 자기 센서들 각각은 감지용 코일과 보상용 코일 형태의 유도 센서이고, 상기 감지용 코일 및 상기 보상용 코일의 바깥지름은 상기 자화 코일의 안지름보다 작은 것인 자기 측정용 프로브 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 자기 센서들 각각은 감지용 구성 요소와 보상용 구성 요소 형태의 자계 센서이고, 상기 감지용 구성 요소 및 상기 보상용 구성 요소의 바깥지름은 상기 자화 코일의 안지름보다 작은 것인 자기 측정용 프로브 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 자기 측정용 프로브 장치는 낮은 전기 전도도의 비자성 재료로 만들어진 샘플 지원체를 더 포함하는 것인 자기 측정용 프로브 장치.
8. 아이템의 적어도 일부에 있는 자화 특징(magnetization characteristics)을 측정하는 방법으로서, 상기 아이템은 적어도 하나의 보안용 자성 재료를 포함하는 것인 자화 특징 측정 방법에 있어서,

   a) 상기 보안용 자성 재료가, 상기 자화 코일의 상기 자계 영역 내에 있도록 청구항 제1항에 따라 구성된 자기 측정용 프로브를 상기 아이템에 위치시키는 단계로서, 상기 자계 영역에서의 자계 강도는 상기 자화 코일 내부의 값으로부터 15% 보다 큰 값으로 벗어나지 않는 것인 상기 아이템을 위치시키는 단계와,

   b) 상기 자화 코일에 의해서 적어도 하나의 자계값을 상기 아이템에 인가하는 단계와,

   c) 상기 자기 센서들을 이용하여 상기 보안용 자성 재료의 적어도 하나의 자기 특징(magnetic characteristic) 값을 측정하는 단계

   를 포함하는 자화 특징 측정 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 보안용 자성 재료의 대응하는 자화값(B)은 적어도 하나의 자계값(H)을 상기 보안용 자성 재료에 제공할 때 측정되는 것인 자화 특징 측정 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 보안용 자성 재료의 대응하는 유도값(dB/dt)은 적어도 하나의 자계값(H)에 대한 자계 변화분(dH/dt)을 상기 보안용 자성 재료에 제공할 때 측정되는 것인 자화 특징 측정 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 아이템은 프로브 홀더 상에 배치되는 것인 자화 특징 측정 방법.
12. 적어도 하나의 보안용 자성 재료를 포함하는 적어도 하나의 아이템을 인증하는 인증 장치에 있어서,

    a) 청구항 제1항에 따라서 구성되는 측정용 프로브 및 대응하는 구동 및 샘플링 전자 장치와,

    b) 상기 측정용 프로브를 구동시키고, 자기 특징값들을 샘플링하고 디지털화하며 처리하고 비교하는 알고리즘이 구현되어 있는 처리 장치와,

    c) 샘플 및 기준 자기 특징값들을 기억하는 적어도 하나의 메모리 장치

    를 포함하는 인증 장치.
13. 제12항에 있어서, 인증 신호를 구하기 위해서, 기준 자기 아이템의 기준 자기 특징값을 획득하여 기억하는 학습 모드와, 샘플 아이템으로부터의 샘플 자기 특징값을 획득하고 기억하며 비교하는 테스트 모드를 더 지원하는 것인 인증 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 샘플의 측정된 자화 데이터와 이미 기억되어 있는 대응 기준값과의 비교를 수행하여 원격지에서 인증 "허용/불허" 표시자를 구하여, 상기 인증 표시자를 인증 장소로 다시 전송하는 데이터 전송 수단을 더 포함하는 것인 인증 장치.
15. 자성 재료로 된 박층을 가지고 있는 보안 문서 또는 보안 물품을, 적어도 하나의 아이템을 인증하기 위한 인증 장치에 의해, 인증하는 인증 방법에 있어서, 상기 아이템은 적어도 하나의 보안용 자성재료를 포함하며, 상기 인증 장치는, 청구항 제1항에 따라서 구성된 자기 측정용 프로브 및 대응하는 구동 및 샘플링 전자장치와, 상기 자기 측정용 프로브 및 샘플링을 구동시키고, 자기 특징값들을 샘플링하고 디지털화하며 처리하고 비교하는 알고리즘이 구현되어 있는 처리 장치와, 샘플 및 기준 자기 특징값들을 기억하는 적어도 하나의 메모리 장치를 포함하는 것인 인증 방법에 있어서,

    a) 디지털 메모리 내에 기준 자기 아이템의 자기 특징값을 기준 데이터로서 제공하는 단계와,

    b) 표면 중 적어도 일부의 내부에 또는 상부에 자성 재료로 된 박층을 구비하는, 인증 대상인 보안 문서 또는 보안 물품을 제공하는 단계와,

    c) 상기 인증 장치를 이용하여 상기 단계 b)에서 제공한 상기 보안 문서 또는 보안 물품의 자기 특징값을 취득하여 상기 디지털 메모리에 넣는 단계와,

    d) 상기 단계 c)에서 획득한 디지털 데이터를 처리하여 측정 관련 환경에 대해서 상기 디지털 데이터를 보정하는 단계와,

    e) 미리 정의된 비교 알고리즘 및 미리 정의된 허용 오차 기준을 이용하여 상기 단계 d)에서 획득된 데이터를 상기 단계 a)에서 제공되고 기억되어 있는 대응 기준 데이터와 비교하여 인증 기준을 구하고, 인증 "허용/불허" 표시자를 구하는 단계

    를 포함하는 인증 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 기준 데이터는 상기 인증 장치에 의해서 획득되는 것인 인증 방법.
17. 제2항에 있어서, 상기 자화 코일은 원통형 코일인 것인 자기 측정용 프로브 장치.
18. 제1항에 있어서, 상기 자계 영역에서의 자계 강도는 상기 자화 코일 내부의 값으로부터 10% 보다 큰 값으로는 벗어나지 않는 것인 자기 측정용 프로브 장치.
19. 제8항에 있어서, 상기 아이템은 보안 문서나 보안 물품을 더 포함하는 것인 자화 특징 측정 방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 아이템은 보안 표지를 더 포함하는 것인 인증장치.

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