KR101909611B1 - 지연된 최대 세기 방출을 나타내는 타간트를 갖는 가치 문서 및 기타 물품과, 이의 인증을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
조명원으로부터의 복사를 흡수하여 조명원이 스위치오프된 후의 시간 기간에 발생하는 최대 세기를 갖는 방식으로 복사를 방출하는 타간트의 사용과 관련된, 인증 특징부를 갖는 가치 문서 또는 기타 물품, 인증 장치 및 인증 방법이 제공된다. 타간트는 제1 희토 활성 이온 및 일부 예에서 제2 희토 활성 이온으로 도핑된 호스트 결정 격자를 포함하는 결정 조성물을 포함한다.
Description
[관련 출원]
본 출원은 2010년 11월 1일 출원된 공동 계류 중인 미국 가출원 제61/408,817호의 우선권의 이익을 주장한다.
[기술분야]
본 발명은, 일반적으로, 입사광 펄스에 의해 여기될 때 가치 문서(value document) 상에 또는 그 내에 포함된 하나 이상의 은밀한(covert) 조성물로부터 나오는 적외선 방출 특성을 이용하여 고정된 가치 문서를 인증하는 방법 및 확인 장치에 관한 것이다.
간단한 것에서 복잡한 것까지, 가치 문서를 확인하고 인증하는 많은 방법이 있다. 일부 방법은, 신용 카드 상의 홀로그램, 은행권 상의 엠보싱된 이미지 또는 워터마크, 보안 포일(foil), 보안 리본, 은행권 내의 착색된 쓰레드(thread) 또는 착색된 섬유, 또는 여권 상의 떠다니거나(floating) 그리고/또는 가라 앉은(sinking) 이미지와 같은 눈에 보이고, 명시적(overt)이라고 하는 문서 상의 또는 문서에 포함되는 특징부를 포함한다. 이러한 특징부가 육안으로 식별하기 용이하고 인증을 위한 장치를 일반적으로 필요로 하지 않지만, 이러한 명시적인 특징부는 위조자 및/또는 모조자가 되려는 자에 의해 쉽게 식별된다. 따라서, 명시적인 특징부에 더하여 또는 이 대신에, 은밀하다(covert)라고도 하는 숨겨진 특징부가 가치 문서에 포함될 수 있다. 은밀한 특징부는 가치 문서의 기질(substrate)로 포함될 수 있는 눈에 보이지 않는 형광 섬유, 화학적으로 민감한 착색제, 형광 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 또한, 은밀한 특징부는 가치 문서의 기질 상에 또는 적층된 가치 문서에 사용되는 필름을 만드는데 사용되는 수지(resin) 내에 인쇄되는 잉크에 포함될 수 있다. 은밀한 특징부가 육안으로 검출 가능하지 않기 때문에, 이러한 은밀한 특징부를 검출하도록 구성된 검출기가 가치 문서를 인증하는데 필요하다.
일부 은밀한 특징부는, 광원으로부터의 복사(radiation)를 흡수하여, 특징부를 포함하는 가치 문서가 진품인지 여부를 판단하는데 사용될 수 있는 파장 또는 감쇠 시간(decay time)과 같은 특성을 갖는 검출 가능한 복사를 방출하는 타간트(taggant)를 포함한다. 예를 들어, 일부 은밀한 타간트는 산화물 결정 격자로 포함된 희토 활성 이온을 이용한다. 대부분의 산화물 결정 격자는 본질적으로 산소 이온의 밀집 구조(closed packed structure)이고, 금속 이온은 결정 격자의 산소 원자에 연결될 수 있어, 결정장의 대칭을 제공한다. 일반적으로 산화물 결정은 더 낮은 에너지 레벨로의 감쇠가 뒤따르는 저장 에너지 레벨로의 흡수된 복사의 빠른 감쇠를 제공한다. 이러한 은밀한 타간트가 광원에 의해 조명될 때, 이는 광원이 차단되는 시점에 대응하는 방출된 복사의 세기에서 피크를 가지는 경향이 있으며, 그 후 방출된 복사는 빠른 방출 감쇠를 보인다.
도 1은 은밀한 타간트를 포함하는 가치 문서가 LED 광원에 의해 10 ms 동안 조명되는 종래 기술의 시스템에 대한 일례에 있어서 시간에 대한 여기 신호(102) 및 방출 신호(104)의 세기(임의 단위(arbitrary unit, AU))를 도시하는 그래프(100)이다. 도시된 바와 같이, 많은 종래의 발광성(luminescent)의 은밀한 타간트에 대하여, 타간트로부터 방출된 복사의 세기는 광원이 온인 동안 형성되고, 그 다음 광원이 차단되면 신속하게 감쇠하여, 예상되는 바와 같이, 지수적으로 감소한다. 지수적 감쇠 상쇠는 사용된 특정 타간트, 호스트 격자 재료 및 대체 이온의 도핑량의 함수이며, 방출 세기가 1/e 값으로의 감쇠하는데 필요한 시간으로서 정의된다. 이러한 "1/e 값"은 수명(lifetime) "τ"라 한다.
본 기술은 가치 문서 또는 기타 물품 내 또는 그 상의 은밀한 타간트의 사용에 관한 것으로, 특히 조명 기간 동안 조명원으로부터의 복사를 흡수하여 조명원이 스위치 오프되는 조명 기간의 종료 이후의 시점에서 피크 세기를 나타내는 방식으로 복사를 방출하는 타간트의 사용에 관한 것이다.
일 양태에서, 가치 문서 또는 기타 물품을 인증 장치에 제공하는 단계를 포함하는, 인증 장치를 이용하여 가치 문서 또는 기타 물품을 인증하는 방법이 제공되며, 가치 문서 또는 기타 물품은 제1 희토 활성 이온으로 도핑된 결정 격자를 갖는 하나 이상의 타간트를 포함한다. 또한 본 방법은, 조명 기간 동안 인증 장치의 조명원으로부터 가치 문서 또는 기타 물품에 제1 파장을 갖는 복사를 인가하는 단계를 포함한다. 타간트는 조명원으로부터의 복사를 흡수하여 복사의 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출하고, 타간트로부터 방출된 적외선 복사는 조명 기간의 종료로부터 측정되는 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 가지며, 지연 기간은 대략 0.1 ms보다 더 길다. 본 방법은, 방출 데이터를 생성하기 위하여 인증 장치의 센서를 이용하여 시간에 대하여 방출된 적외선 복사의 세기를 검출하는 단계와, 그 다음 가치 문서 또는 기타 물품이 진품인지 여부를 판단하기 위하여 인증 장치의 프로세서를 이용해 방출 데이터를 처리하는 단계를 더 포함한다. 처리하는 단계는, 조명원이 스위치 오프된 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기를 식별하는 단계와, 측정된 최대 세기를 미리 결정된 인증 데이터와 비교하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 은밀한 특징부를 포함하는 가치 문서 또는 기타 물품이 제공된다. 가치 문서 또는 기타 물품은 제1 희토 활성 이온으로 도핑된 결정 격자를 갖는 하나 이상의 타간트를 포함하고, 타간트는, 종료를 갖는 조명 기간 동안 조명원으로부터 제1 파장을 갖는 복사를 흡수하여, 조명원으로부터의 복사의 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출하도록 구성된다. 타간트로부터 방출된 적외선 복사는 조명 기간의 종료로부터 측정된 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 갖고, 상기 지연 기간은 대략 0.1 ms보다 더 길다.
제3 양태에서, 조명원, 센서 및 프로세서를 포함하는 인증 장치가 제공된다. 조명원은 종료를 갖는 조명 기간 동안 가치 문서 또는 기타 물품에 제1 파장을 갖는 복사를 인가한다. 센서는 방출 데이터를 생성하기 위하여 시간에 대하여 가치 문서 또는 기타 물품으로부터 방출된 적외선 복사의 세기를 검출하고, 가치 문서 또는 기타 물품으로부터 방출된 적외선 복사는 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 가지며, 조명 기간의 종료로부터 측정된 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 가지고, 지연 기간은 0.1 ms보다 더 길다. 프로세서는 방출 데이터를 처리하여, 상기 가치 문서 또는 기타 물품이 진품인지 여부를 판단하기 위하여 방출 데이터를 미리 결정된 인증 데이터에 비교하도록 지연 기간 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기를 식별한다.
특정의 예가 예시 및 설명의 목적으로 선택되었으며, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면에 도시된다.
도 1은 종래 기술의 시스템의 시간에 대한 세기의 그래프를 도시하며, 방출된 세기는 조명이 스위치 오프된 이후 최대값이 발생하지 않으면서 감소한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 가치 문서 및 기타 물품을 도시한다.
도 3은, 일 실시예에 따라, 660 nm 근처에서 좁은 선(line)의 흡수 거동을 보이는 에르븀의 희토 이온을 갖는 무기 이트륨 알루미늄 가넷 호스트 격자의 측정된 흡수 거동의 파장에 대한 흡수 그래프를 도시한다.
도 4는, 일 실시예에 따라, 660 nm 근처에서 여러 개의 좁은 선의 흡수 특징을 보이는 50% 에르븀으로 각각 도핑된 다결정 세라믹 호스트와 단결정 이트륨 알루미늄 가넷의 측정된 흡수 거동의 파장에 대한 흡수 그래프를 도시한다.
도 5는, 일 실시예에 따라, 0.1 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후에 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 본 기술과 함께 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 이트륨 옥시설파이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프를 도시한다.
도 6은, 일 실시예에 따라, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 제공하는 0.1 ms의 펄스형 조명을 나타내는, 본 기술과 함께 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이트륨 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프를 도시한다.
도 7은, 일 실시예에 따라, 0.1 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 8은, 일 실시예에 따라, 1.0 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 도 6에 비하여 덜 급격한 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 9는, 일 실시예에 따라, 5.0 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 가지지 않는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 인증 장치를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 가치 문서 또는 기타 물품을 인증하는 방법을 도시한다.
도 1은 종래 기술의 시스템의 시간에 대한 세기의 그래프를 도시하며, 방출된 세기는 조명이 스위치 오프된 이후 최대값이 발생하지 않으면서 감소한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 가치 문서 및 기타 물품을 도시한다.
도 3은, 일 실시예에 따라, 660 nm 근처에서 좁은 선(line)의 흡수 거동을 보이는 에르븀의 희토 이온을 갖는 무기 이트륨 알루미늄 가넷 호스트 격자의 측정된 흡수 거동의 파장에 대한 흡수 그래프를 도시한다.
도 4는, 일 실시예에 따라, 660 nm 근처에서 여러 개의 좁은 선의 흡수 특징을 보이는 50% 에르븀으로 각각 도핑된 다결정 세라믹 호스트와 단결정 이트륨 알루미늄 가넷의 측정된 흡수 거동의 파장에 대한 흡수 그래프를 도시한다.
도 5는, 일 실시예에 따라, 0.1 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후에 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 본 기술과 함께 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 이트륨 옥시설파이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프를 도시한다.
도 6은, 일 실시예에 따라, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 제공하는 0.1 ms의 펄스형 조명을 나타내는, 본 기술과 함께 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이트륨 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프를 도시한다.
도 7은, 일 실시예에 따라, 0.1 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 8은, 일 실시예에 따라, 1.0 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 도 6에 비하여 덜 급격한 최대 세기를 갖는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 9는, 일 실시예에 따라, 5.0 ms의 펄스형 조명 기간과, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 가지지 않는 방출을 나타내는, 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 인증 장치를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 가치 문서 또는 기타 물품을 인증하는 방법을 도시한다.
본 기술은 가치 문서 또는 기타 물품 내로 또는 그 위로 포함될 수 있고, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 인증 장치를 이용하여 검출될 수 있는 인증 특징부에 관한 것이다. 인증 특징부는 조명 기간 동안 스위치 온되고 조명 기간의 종료시에 스위치 오프되는 조명원으로부터의 복사를 흡수하는 하나 이상의 타간트를 이용한다. 그 다음, 조명원은 오프 기간 동안 오프 상태로 유지된다. 복사가 흡수되면, 타간트는 조명 기간의 종료(즉, 조명원이 스위치오프될 때) 이후 발생하는 최대 세기를 갖는 방식으로 적외선 복사를 방출한다. 조명원은 주기적인 펄스형 방식으로 기능할 수 있어, 복수의 조명 기간을 제공하고, 각 조명 기간은 오프 기간에 의해 분리되며, 오프 기간 동안 조명원은 스위치 오프된다. 각 조명 기간의 시간 길이는 바람직하게는 동일하고, 각 오프 기간의 시간 길이도 바람직하게는 동일하다. 각 조명 기간의 시간 길이는 인증 타간트의 특성에 기초하여 선택될 수 있으며, 바람직하게는, 조명 기간의 종료 이후 검출 가능한 지연 기간에서 최대 방출 세기의 발생을 용이하게 하도록 충분히 짧다. 각 오프 기간의 시간 길이도 인증 타간트의 특성에 기초하여 선택될 수 있으며, 바람직하게는, 조명 기간을 반복하기 전에 타간트의 방출이 0으로 감쇠하게 하도록 충분히 길다. 주기적인 펄스형 조명의 사용은 다양한 데이터 세트가 측정되어 인증 장치에 의해 수집되는 방출 데이터로 기록될 수 있게 한다. 그 다음, 다수의 데이터 세트를 갖는 방출 데이터는 더 높은 정도의 시간적인 정확성을 획득하기 위하여 통계적으로 분석될 수 있다.
본 기술의 타간트는 다양한 실시예에서 가치 문서(예를 들어, 은행권, 수표, 증권 등) 또는 기타 물품(예를 들어, 신분증, 운전 면허증, 여권, 가족 등록부, 문서, 논문, 패키징 부품, 신용 카드, 은행 카드, 라벨, 시일(seal), 우표, 토큰, 액체, 인간, 동물 및 생물체 시료)과 같은 물품 내로 또는 그 상으로 포함된다. 타간트는, 예를 들어, 기질 재료, 잉크(예를 들어, 투명 또는 컬러 잉크) 또는 기타 인쇄된 특징 재료(예를 들어, 안료 또는 페인트), 코팅, 또는 가치 문서 또는 물품의 다른 성분과 혼합될 수 있는 입자 형태일 수 있다. 가치 문서 또는 기타 물품은 기질, 캐리어, 임베디드된 특징부, 표면에 인가된 특징부 및/또는 인쇄된 재료를 포함할 수 있다. 한정이 아닌 예를 들어, 도 2는 기질(202)과 인쇄된 재료(204)를 포함하는 가치 문서 또는 물품(200)을 도시한다. 기질(202)은, 예를 들어 종이, 인쇄 용지, 피지(vellum), 직물 또는 부직포, 및 압출된 필름이나 적층된 필름과 같은 필름을 포함하는 임의의 적합한 기질일 수 있다. 유사하게, 인쇄된 재료(204)는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있고, 기질은 2 이상의 종류의 인쇄된 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 인쇄된 재료(204)는 잉크이다. 가치 문서 또는 기타 물품의 기질, 가치 문서 또는 기타 물품의 인쇄된 재료 또는 그 양자는 본 기술의 하나 이상의 타간트(예를 들어, 기질(202) 내의 타간트(206) 및 인쇄된 재료(204) 내의 타간트(208))를 포함할 수 있다. 가치 문서 또는 기타 물품(200)의 기질(202)이 타간트(206)를 포함하는 예에서, 타간트(206)는 기질의 대략 0.1 중량% 내지 기질(202)의 대략 30 중량%, 또는 바람직하게는 기질의 대략 0.1 중량% 내지 기질(202)의 대략 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 가치 문서 또는 물품(200)의 인쇄된 재료(204)가 타간트(208)를 포함하는 예에서, 타간트(208)는 인쇄된 재료의 대략 0.1 중량% 내지 인쇄된 재료(204)의 대략 30 중량%, 또는 바람직하게는 인쇄된 재료(204)의 대략 0.5 중량% 내지 인쇄된 재료(204)의 대략 15 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 다른 예에서, 타간트는 임베디드된 특징부(210)(예를 들어, 보안 쓰레드(thread)) 또는 기질 재료와 통합되거나 기질(202)의 표면에 인가된 다른 특징부 내에 존재할 수 있다. 적어도 일부 적용례에서, 예를 들어 가치 문서가 유통되는 은행권인 경우와 같이 마모되거나 노화되는 경우에도 가치 문서 또는 기타 물품이 인증될 수 있도록 가치 문서 또는 기타 물품 상에서 인쇄된 물질 내에 충분한 타간트를 포함하는 것이 바람직하다.
본 기술의 타간트는 적어도 제1 희토 활성 이온으로 도핑된 호스트 결정 격자를 포함하는 결정질 조성물을 포함한다. 일부 예에서, 결정 격자는 제2 희토 활성 이온으로 도핑된다. 호스트 결정 격자 재료, 제1 희토 활성 이온 및 임의의 제2 희토 활성 이온이, 원하는 타간트 특성을 제공하기 위하여 타간트로서 선택되어 포함될 수 있다. 예를 들어, 타간트는 조명 기간 동안 조명원으로부터의 복사의 상대적으로 빠른 흡수를 나타내도록 선택될 수 있고, 흡수된 복사를 일시적인 저장 에너지 레벨일 수 있는 제1 저장 에너지 레벨에 초기에 저장할 수 있다. 그 다음, 타간트는 흡수된 에너지를 제1 저장 에너지 레벨에서 방출 저장 에너지 레벨일 수 있는 제2 저장 에너지 레벨로 전이시킬 수 있고, 이어 제2 저장 에너지 레벨로부터 적외선 복사를 방출할 수 있다. 2개의 에너지 레벨 사이의 τ의 감쇠값에서 차이가 있을 수 있기 때문에, 조명이 턴 오프된 이후 제2 저장 에너지 레벨의 개체군을 보는 것이 가능하다. 이는 제2 레벨의 감쇠 상수가 이를 공급하는 레벨의 감쇠율보다 작을 때 발생할 수 있다. 적어도 하나의 이러한 예에서, 방출된 복사의 세기는, 조명 기간 종료 이후, 조명원이 스위치 오프되는 오프 기간 동안 계속 형성되어, 최대 또는 피크 세기를 형성하고, 그 다음에 감쇠한다. 지연 기간은 조명 기간의 종료로부터 측정되고, 방출된 복사의 세기가 자신의 최대값에 도달하는데 걸리는 시간의 양이다. 지연 기간 이후에 방출된 복사의 세기 감쇠는 제2 저장 레벨로 계속 흐르는 잔류 에너지와 결합된 지수 감쇠일 수 있다.
타간트로부터 방출된 적외선 복사의 최대 또는 피크 세기가 충분한 지연 기간에 발생할 때, 최대 세기는 일반적인 적외선 검출기에 의해 검출될 수 있고, 일반적인 전자 장치에 의해 처리된다. 바람직하게는, 지연 기간은 대략 0.1 ms보다 길거나, 대략 0.2 ms보다 길거나 또는 대략 0.5 ms보다 길다. 예를 들어, 지연 기간은 대략 0.1 ms 내지 대략 5 ms이다.
호스트 재료로 사용될 수 있는 적합한 결정 격자는, 다른 결정 격자가 일부 실시예에서 사용될 수 있지만, 옥시플루오라이드, 플루오라이드 및 옥시설파이드로부터 선택된 무기 결정 격자를 포함한다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않으면서, 타간트의 시간적인 거동의 적어도 일부는 황 또는 불소와 같은 다른 원자가 산소 이온을 대체하여 이에 의해 대응하는 격자 변형을 제공하는 결정 격자를 이용한 결과라고 여겨진다. 일부 예에서, 결정 격자는 이트륨 옥시설파이드, 나트륨 이테르븀 플로오라이드, 또는 나트륨 이트륨 플루오라이드일 수 있다.
제1 희토 활성 이온은, 조명원으로부터 제1 파장을 갖는 복사를 제1 저장 에너지 레벨로 흡수하여 제1 또는 제2 희토 이온의 저장 에너지 레벨일 수 있는 제2 저장 에너지 레벨로 흡수된 복사를 비복사적으로 전이하도록 선택될 수 있다. 제2 저장 에너지 레벨은 다운 컨버터로서 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출함으로써 더 낮은 에너지 레벨로 복사적으로 감쇠할 수 있다. 제2 파장은 제1 희토 활성 이온에 의해 흡수되는 조명원으로부터의 복사의 제1 파장보다 더 길다.
바람직하게는, 제1 희토 활성 이온은 협대역 또는 광대역 흡수에 의해 조명원으로부터의 복사를 흡수한다. 바람직하게는, 제1 희토 활성 이온에 의한 흡수는 대략 0.01 ms 이하와 같이 매우 빠르다. 제1 희토 활성 이온은 흡수된 복사를 수명 τ1에서 제2 저장 에너지 레벨로 전이시킬 수 있고, 제2 저장 에너지 레벨은 수명 τ2를 갖는다. 바람직하게는, 수명 τ1은 τ2의 대략 50% 내지 τ2의 대략 95%이다. 적어도 하나의 예에서, τ2는 대략 1.5 ms 내지 10 ms일 수 있으며, τ1은 대략 1 ms 내지 대략 9 ms일 수 있다. 조명원으로부터의 복수의 신속한 흡수가 주어지면, 바람직하게는, 조명 기간은 시간 τ3의 시간량이며, 이는 대략 0.1 ms 내지 대략 1 ms일 수 있거나, τ2의 대략 4% 내지 τ2의 대략 10%이다.
바람직하게는 주기적인 펄스형 조명이 사용되고, 조명원은 반복적으로 주기적인 펄스형 방식으로 턴 온 및 턴 오프되어, 복수의 오프 기간에 의해 분리된 복수의 조명 기간을 제공하며, 데이터는 각 반복 동안 수집된다. 반복적이고 주기적인 펄스형 조명은 복수의 데이터 세트가 측정되어 이후에 분석될 수 있는 방출 데이터에 기록될 수 있게 하며, 신호 평균화 기술을 통해 인증 장치의 계산부에서 통계의 사용을 허용할 수 있다. 조명 기간들 사이에서 조명원이 턴 오프되는 시간량인 오프 기간은, 지연 기간보다 더 길어야 하고, 결합된 지연 기간 및 감쇠 기간보다 더 길어야 하며, 바람직하게는 타간트로부터 방출된 복사 세기가 0으로 떨어지는 시간보다 더 길어야 한다.
에르븀(Er)은 본 기술의 타간트에서의 사용을 위한 바람직한 제1 희토 활성 이온의 일례이다. 에르븀의 사용은 타간트가 광대역 흡수기 또는 협대역 흡수기로서 조명 장치로부터 가시광선 또는 적외선 복사를 흡수할 수 있게 한다. 대역 또는 선(line) 흡수기는 이온의 흡수 특성에 따라 넓거나 좁은 스펙트럼 범위에 대하여 입사 적외선 복사를 흡수하고, 따라서, 예를 들어 에르븀의 4F9/2의 강력한 흡수 대역을 표적으로 하는 660 nm 적색 LED 광원과 같은 적외선 조명원에 의해 충분히 여기될 수 있다. 에르븀 희토 활성 이온의 제1 저장 에너지 레벨로부터의 방출은 4I11/2 내지 4I15/2 전이를 이용하여 대략 980 nm에 있을 수 있으며, 이는 에너지 저장이 4F9/2 흡수 대역의 비복사적 감쇠로부터 4I11/2 저장 레벨로 발생하는 적외선 파장 범위에 있다.
이테르븀(Yb)은 본 기술의 타간트에서의 사용을 위한 바람직한 제2 희토 활성 이온의 일례이다. 이테르븀은 다른 희토 또는 전이 금속 이온(예를 들어, 에르븀)으로부터의 에너지 전달을 위한 수용기 이온으로서 양호하게 작용한다.
에르븀 및 이테르븀은 모두 제2 레벨의 감쇠 상수가 이를 공급하는 레벨의 감쇠율보다 작도록 충분히 낮은 속도로 채워지는 긴 수명의 저장 에너지 레벨을 나타낸다. 따라서, 제2 저장 레벨은, 조명원이 스위치 오프될 때, 조명 기간 이후에 계속 채워져서, 조명 기간의 종료로부터 측정된 지연 기간 이후에 방출된 세기에서 최대를 제공한다. 에르븀 및 이테르븀이 이트륨 옥시설파이드, 나트륨 이트륨 플루오라이드 또는 나트륨 이테르븀 플루오라이드 결정 격자에 포함되는 예에서, 에르븀은 대략 980 nm 특성 파장으로 방출하는 경향이 있으며, 이테르븀은 대략 1030 nm 특성 파장으로 방출하는 경향이 있다. 이 경우에, 흡수는 일반적으로 조명원으로서 660 nm LED를 이용하여 4F9/2 레벨에서 발생할 수 있다. 4F9/2 레벨로부터의 에너지는 4I11/2 에르븀 레벨을 비복사적으로 감쇠한다. 그 다음, 에르븀 레벨로부터의 에너지는 이테르븀의 2F5/2 레벨로 비복사적으로 전이한다. 그 다음, 대략 1030 nm의 방출이 복사적인 2F5/2에서 2F7/2로의 이테르븀 전이에 발생한다. 다양한 전이에서의 방출량은 대체 이온의 도펀트 레벨에 따른다.
도 3은 여기 신호 파장(nm 단위)에 대하여, 에르븀 희토 이온을 갖는 알려진 무기 이트륨 알루미늄 가넷의 측정된 흡수 곡선(200)(임의 단위(AU))을 도시하는 그래프이다. 그래프(300)는 660 nm 근처의 여러 개의 좁은 선의 흡수 거동을 나타낸다. 도 4는, 1100 nm까지의 흡수 거동을 도시하는 Sardar 등의 간행물 "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)에서 도시된 바와 같이, 유사한 흡수 곡선(402, 404)을 도시한다. 660 nm 흡수 파장은 도 1에 도시된 바와 같이 첫 번째 도면에 대응하고, 따라서, 인쇄 잉크에 임베디드된 타간트는 660 nm 파장 복사의 LED 방출 펄스에 의해 쉽게 여기될 수 있다.
도 5는 본 기술에 따라 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 이트륨 옥시설파이드의 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프(500)를 도시하고, 0.1 ms의 기간을 갖는 펄스형 조명 신호(502)와 조명 기간 이후에 발생하는 최대 세기(506)를 갖는 방출 세기 신호(504)를 보여준다. 인광체 조성물은 에르븀 및 이테르븀으로 도핑된 이트륨 옥시설파이드의 결정 격자이고, 에르븀은 대략 6 내지 대략 20 퍼센트 범위의 대체 퍼센티지로 호스트 격자의 희토 이온에 대하여 대체되고, 이테르븀은 대략 6 내지 대략 20 퍼센트 범위의 대체 퍼센티지로 호스트 격자의 희토 이온에 대하여 대체된다. 인광체는 LED 광에 대하여 높은 흡수 계수를 가지며, 높은 에너지 레벨에서 흡수되는 에너지는 제2 저장 레벨로 감쇠하는 동안 후속되는 방출을 가지면서 충분히 빠르게 제1의 일시적인 저장 에너지 레벨로 감쇠한다. LED 조명 기간은 0.1 ms로 설정되었다. 제2 에너지 저장 레벨은, 광원이 스위치 오프되었을 때 조명 기간의 종료(시간 = 0 초에서) 이후에 제1 에너지 레벨로부터 에너지를 계속 공급받았으며, 이 효과는 검출된 최대 방출 세기(506)에 의해 도시되었다. 대략 980 nm에서의 방출은 Er 4I11/2에서 4I15/2 에너지 상태로의 전이이었다. 최대 세기는 대략 0.6 ms의 지연 기간(508)에서 검출되었다.
도 6은 본 기술과 함께 사용되는 바와 같은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이트륨 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기 그래프(600)를 도시하고, 펄스형 조명 신호(602)가 0.1 ms의 기간을 가지며 조명 기간 이후에 발생하는 최대 세기(506)를 갖는 방출 세기 신호(604)(에르븀 이온으로부터의 방출을 나타냄)를 제공하는 것을 보여준다. 인광체 조성물은 에르븀 및 이테르븀으로 도핑된 나트륨 이트륨 플루오라이드의 결정 격자이고, 에르븀은 대략 6 내지 대략 20 퍼센트 범위의 대체 퍼센티지로 호스트 격자의 희토 이온에 대하여 대체되고, 이테르븀은 대략 6 내지 대략 20 퍼센트 범위의 대체 퍼센티지로 호스트 격자의 희토 이온에 대하여 대체된다. 인광체는 LED 광에 대하여 높은 흡수 계수를 가지며, 높은 에너지 레벨에서 흡수되는 에너지는 제2의 방출 저장 레벨로 감쇠하는 동안 후속되는 방출을 가지면서 충분히 빠르게 제1의 일시적인 저장 에너지 레벨로 감쇠한다. LED 조명 기간은 0.1 ms로 설정되었다. 제2 에너지 저장 레벨은, 조명원이 스위치 오프되었을 때 조명 기간의 종료 이후에 제1 에너지 레벨로부터 에너지를 계속 공급받았으며, 이 효과는 검출된 최대 방출 세기(606)에 의해 도시되었다. 대략 980 nm에서의 방출은 Er 4I11/2에서 4I15/2 에너지 상태로의 전이이었다. 최대 세기(606)는 대략 1.1 ms의 지연 기간(608)에서 검출되었다. 또한, 인광체는, 역시 방출된 복사의 세기에서 유사한 최대 피크를 나타내는 2F5/2에서 2F7/2로의 전이의 결과로서 대략 1030 nm에서 이테르븀 휘토 이온으로부터의 방출을 나타내었다.
도 7 내지 9는 상이한 조명 기간에 관련하는 바에 따라 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플루오라이드 무기 인광체의 방출 거동을 도시한다. 더욱 구체적으로는, 도 7은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플로오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기의 그래프(700)이고, 0.1 ms의 기간을 갖는 펄스형 조명 신호(702)와 조명 기간 이후 지연 기간(708)에 발생하는 최대 세기(706)를 갖는 방출 세기 신호(704)를 보여준다. 도 8은 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플로오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기의 그래프(800)이고, 1.0 ms의 기간을 갖는 펄스형 조명 신호(802)와 조명 기간 이후 지연 기간(808)에 발생하는 도 7에 비교되는 덜 급격한 최대 세기(806)를 갖는 방출 세기 신호(804)를 보여준다. 마지막으로, 도 9는 에르븀 및 이테르븀의 희토 이온으로 도핑된 나트륨 이테르븀 플로오라이드 무기 인광체의 방출 거동의 시간에 대한 세기의 그래프(900)이고, 5.0 ms의 기간을 갖는 펄스형 조명 신호(902)와 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 가지지 않는 방출 세기 신호(904)를 보여준다. 이러한 도면들은, 0.1 내지 1 ms의 여기 복사의 조명 기간이 조명 기간의 종료 이후 지연 기간에서 발생하는 적외선 방출 세기에서 최대를 제공하기 때문에, 조명 기간이 5 ms일 때 이러한 지연된 최대 피크는 없다는 것을 보여준다. 따라서, 조명 기간이 제2 저장 에너지 레벨의 수명 τ2의 대략 4 % 내지 대략 10%인 것이 바람직하다.
본 기술의 타간트로 설계된 특성을 고려하여, 본 기술의 인증 장치(1000)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 조명원(1002), 센서(1004) 및 프로세서(1006)를 포함한다. 제1 파장을 갖는 복사를 제공하는 조명원(1002)은 조명 기간 동안 가치 문서 또는 기타 물품을 조명할 수 있다. 조명원(1002)은, 예를 들어 제1 활성 이온의 흡수 파장의 복사를 방출하는 LED 또는 예를 들어 대략 0.1 ms를 포함하는 대략 1 ms 미만과 같은 충분히 짧은 조명 기간을 가질 수 있는 레이저 다이오드와 같은 다른 광원을 포함하는 임의의 적합한 광원일 수 있다. 또한, 바람직하게는, 조명원(1002)은 복수의 조명 기간을 제공하는 주기적인 펄스형 조명을 인가할 수 있으며, 각 조명 기간은 오프 기간에 의해 분리된다. 센서(1004)는, 방출 데이터의 세트를 생성하기 위하여, 각 조명 기간의 시작으로부터, 각 조명 기간 동안, 각 조명 기간의 이후에 계속하여, 그리고 각 타간트 응답의 최종 감쇠까지를 포함하는 시간에 대하여, 가치 문서 또는 기타 물품의 타간트로부터 방출되는 적외선 복사의 세기를 검출할 수 있다. 각 조명 기간에 대하여, 센서(1004)에 의해 검출되는 가치 문서 또는 기타 물품의 타간트로부터 방출된 적외선 복사는 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지며, 조명 기간 이후 발생하는 최대 세기를 가진다. 센서(1004)는 제1 또는 제2 희토 활성 이온으로부터 방출된 적외선 복사를 공급받아 그 세기를 측정할 수 있고, 방출 데이터를 생성하기 위하여 방출된 적외선 복사의 시간적인 특성을 기록할 수 있다. 계산 유닛의 EPROM 내에 임베디드된 소프트웨어 프로그램일 수 있는 프로세서(1006)는 미리 결정된 인증 파라미트에 기초하여 가치 문서가 진품인지 여부를 판단하기 위하여 방출 데이터를 처리한다. 미리 결정된 인증 파라미터는 인증 타간트의 물성에 기초한 파라미터이며, 미리 정의된 최대 세기값 및/또는 최대 세기가 도달되는 미리 정의된 지연 기간(예를 들어, 대략 0.0005 내지 대략 0.002 초 범위의 지연 기간)을 포함할 수 있다. 따라서, 처리 단계는 조명 기간 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기를 식별하는 단계와, 최대 세기가 발생하는 지연 기간을 식별하는 단계를 포함한다. 주기적인 펄스형 조명이 인가되면, 처리 단계는 각 조명 기간 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기와 지연 기간을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
도 11은 다양한 실시예에 따라 가치 문서 또는 기타 물품을 인증하는 방법을 도시한다. 전술한 논의에 따라, 본 기술의 가치 문서 또는 기타 물품은, 블록 1102에서, 인증 장치에 가치 문서 또는 기타 물품을 제공하여 인증 장치(예를 들어, 도 10의 인증 장치(1000))를 이용하고, 미리 결정된 인증 파라미터에 기초하여 가치 문서 또는 기타 물품을 인증하기 위하여 인증 장치를 이용하여 인증될 수 있다. 본 인증 방법은, 블록 1104에서, 조명 기간 동안 인증 장치의 조명원으로부터 가치 문서에 조명을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 조명은 제1 파장을 갖는 복사를 포함한다. 인가하는 단계는 각 조명 기간이 조명원이 스위치 오프되는 동안인 오프 기간에 의해 분리되는 복수의 조명 기간을 갖는 펄스형 조명을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 타간트는 조명 기간 동안 조명으로부터 복사를 흡수하고, 조명 복사의 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출한다. 더하여, 타간트로부터 방출된 적외선 복사는 각 조명 기간의 종료에서 측정되는 지연 기간에 발생하는 최대 세기를 갖는다. 또한, 본 인증 방법은, 블록 1106에서, 방출 데이터를 생성하기 위하여 인증 장치의 센서를 이용하여 시간에 대한 방출된 적외선 복사의 세기를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 가치 문서 또는 기타 물품은 조명을 인가하는 단계와 방출된 적외선 복사의 세기를 검출하는 단계 동안 고정된다. 본 인증 방법은, 블록 1108에서, 가치 문서가 진품인지 여부를 판단하기 위하여 인증 장치의 프로세서를 이용하여 방출 데이터를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 처리하는 단계는 조명 기간 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기를 식별하는 단계와, 최대 세기가 발생한 지연 기간을 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 펄스형 조명이 인가될 때, 처리하는 단계는 각 조명 기간 이후 발생하는 방출된 적외선 복사의 최대 세기와 지연 기간을 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 최대 세기 및/또는 지연 기간이 각각 미리 정의된 최대 세기 및/또는 미리 정의된 지연 기간에 비하여 뒤지지 않을 때, 가치 문서 또는 기타 물품은 진품인 것으로 고려될 수 있다. 그렇지 않다면, 최대 세기 및/또는 지연 기간 중 어느 하나 또는 양자가 각각 미리 정의된 최대 세기 및/또는 미리 정의된 지연 기간에 비하여 뒤지지 않는 것이 아닐 때, 가치 문서 또는 기타 물품은 진품이 아닌 것으로 고려될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "비하여 뒤지지 않는다"라는 용어는 동일하거나 대략 동일(예를 들어, 10 퍼센트 또는 약간의 다른 값과 같은 어느 정확도 내에서 동일)한 것을 의미한다.
전술한 바로부터, 특정 예가 예시적인 목적으로 본 명세서에서 설명되었지만 본 개시 내용의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 한정하는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되는 것으로 의도되고, 모든 균등물을 포함하는 하기의 특허청구범위는 청구된 내용을 특별히 지시하고 명확하게 청구하는 것으로 의도되는 것이 이해될 것이다.
Claims (10)
- 인증 장치를 이용하여 물품을 인증하는 방법에 있어서,
a) 제1 희토 활성 이온으로 도핑된 결정 격자를 갖는 하나 이상의 타간트를 포함하는 상기 물품을 인증 장치에 제공하는 단계;
b) 조명 기간 동안 상기 인증 장치의 조명원으로부터 상기 물품에 제1 파장을 갖는 복사를 인가하는 단계로서, 상기 타간트는 상기 복사를 흡수하여 상기 복사의 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출하고, 방출된 상기 적외선 복사는 상기 조명 기간의 종료로부터 측정되는 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 가지며, 상기 지연 기간은 0.1 ms보다 더 긴, 상기 제1 파장을 갖는 복사를 인가하는 단계;
c) 방출 데이터를 생성하기 위하여 상기 인증 장치의 센서를 이용하여 시간의 함수로서 방출된 상기 적외선 복사의 세기를 검출하는 단계; 및
d) 상기 물품이 진품인지 여부를 판단하기 위하여 상기 인증 장치의 프로세서를 이용해 상기 방출 데이터를 처리하는 단계
를 포함하고,
상기 처리하는 단계는, 상기 지연 기간 이후 발생하는 방출된 상기 적외선 복사의 최대 세기를 식별하는 단계를 포함하는,
물품 인증 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 조명 기간은 0.1 ms 내지 1 ms인,
물품 인증 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 희토 활성 이온은 상기 조명원으로부터의 복사를 제1 저장 에너지 레벨로 흡수하고, 흡수된 상기 복사를 수명 τ2를 갖는 제2 저장 에너지 레벨로 전이율 τ1로 비복사적으로 전이하고, 상기 전이율 τ1은 τ2의 50% 내지 95%이고, 상기 제2 저장 에너지 레벨은 제2 파장을 갖는 상기 적외선 복사를 방출함으로써 더 낮은 에너지 레벨로 복사적으로 감쇠하는,
물품 인증 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 물품은, 상기 물품에 조명을 인가하는 단계와 방출된 상기 적외선 복사의 세기를 검출하는 단계 동안 고정되는,
물품 인증 방법.
- 인증 특징부를 포함하는 물품에 있어서,
상기 물품은, 제1 희토 활성 이온으로 도핑된 결정 격자를 포함하는 타간트를 포함하고,
상기 타간트는, 종료를 갖는 조명 기간 동안 조명원으로부터 제1 파장을 갖는 복사를 흡수하여, 상기 조명원으로부터의 복사의 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 갖는 적외선 복사를 방출하도록 구성되고,
상기 타간트로부터 방출된 적외선 복사는 상기 조명 기간의 종료로부터 측정된 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 갖고, 상기 지연 기간은 0.1 ms보다 더 긴,
물품.
- 제5항에 있어서,
상기 결정 격자는, 이트륨 옥시설파이드, 나트륨 이트륨 플루오라이드 및 나트륨 이테르븀 플루오라이드로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 조성물을 포함하는,
물품.
- 제5항에 있어서,
기질(substrate) 및 상기 기질 상의 인쇄된 재료를 포함하는,
물품.
- 제5항에 있어서,
상기 타간트의 상기 결정 격자는, 제2 희토 활성 이온으로 더 도핑되는,
물품.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 희토 활성 이온은 에르븀이고, 상기 제2 희토 활성 이온은 이테르븀인,
물품.
- 종료를 갖는 조명 기간 동안 물품에 제1 파장을 갖는 복사를 인가하는 조명원;
방출 데이터를 생성하기 위하여 시간에 대하여 상기 물품으로부터 방출된 적외선 복사의 세기를 검출하는 센서로서, 상기 물품으로부터 방출된 적외선 복사는 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장을 가지고 상기 조명 기간의 종료로부터 측정된 지연 기간에서 발생하는 최대 세기를 가지며, 상기 지연 기간은 0.1 ms보다 더 긴, 상기 센서; 및
상기 방출 데이터를 처리하여, 상기 물품이 진품인지 여부를 판단하기 위하여 상기 지연 기간 이후 발생하는 방출된 상기 적외선 복사의 최대 세기를 식별하는 프로세서
를 포함하는,
인증 장치.
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