RU2807430C1 - Method of protection against counterfeiting of valuable products and control of their authenticity - Google Patents
Method of protection against counterfeiting of valuable products and control of their authenticity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807430C1 RU2807430C1 RU2022131393A RU2022131393A RU2807430C1 RU 2807430 C1 RU2807430 C1 RU 2807430C1 RU 2022131393 A RU2022131393 A RU 2022131393A RU 2022131393 A RU2022131393 A RU 2022131393A RU 2807430 C1 RU2807430 C1 RU 2807430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mark
- microphotograph
- nanoparticles
- spectra
- valuable products
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 11
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- -1 for example Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000003064 k means clustering Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки и может быть использовано для контроля их подлинности.The invention relates to methods for protecting valuable products from counterfeiting and can be used to control their authenticity.
Известен способ создания защитной метки в виде символов, формирующих обозначение проверяемого изделия, и состоящих из наночастиц целлюлозы, а также наночастиц, проявляющих свойства поверхностного плазмонного резонанса (патент РФ 2753154С1, МПК G07D 7/00, дата приоритета 28.12.2020, дата публикации 12.08.2021). В качестве детектируемого информативного признака используется спектр гигантского комбинационного рассеяния. Использование только одного детектируемого признака делает эту защитную метку недостаточно надежной. Также результат детектирования может быть подделан в случае повторения производственного процесса злоумышленником.There is a known method for creating a protective mark in the form of symbols that form the designation of the product being tested, and consisting of cellulose nanoparticles, as well as nanoparticles exhibiting the properties of surface plasmon resonance (RF patent 2753154С1, IPC G07D 7/00, priority date 12/28/2020, publication date 08/12. 2021). The giant Raman spectrum is used as a detected informative feature. The use of only one detectable feature makes this security mark insufficiently reliable. Also, the detection result can be falsified if the production process is repeated by an attacker.
Известен способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий, совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (патент РФ 2359328C2, МПК G07D 7/06, дата приоритета 28.12.2006, дата публикации 20.06.2009). При осуществлении способа на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, в качестве материала которого используют частицы вещества (кремний или пористый кремний) наноразмерного уровня, по меньшей мере, трех разных размеров, при этом возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам (фотолюминесценция элементов защитной маркировки) в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения (перестраиваемое по частоте и мощности лазерное излучение в ближнем инфракрасном и видимом оптическом диапазоне длин волн) и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие. There is a known method of protection against counterfeiting and control of the authenticity of valuable products, which coincides with the claimed technical solution in the largest number of essential features and is accepted as a prototype (RF patent 2359328C2, IPC G07D 7/06, priority date 12/28/2006, publication date 06/20/2009). When implementing the method, a passive protective agent of a given structure is formed on a valuable product, the material of which is made up of particles of a substance (silicon or porous silicon) of a nanoscale level of at least three different sizes, while the ability to control the presence and authenticity of the protective agent is ensured by analysis optical effects (photoluminescence of security marking elements) in the process of external exposure to probing electromagnetic radiation (laser radiation tunable in frequency and power in the near-infrared and visible optical wavelength range) and detection of informative features in the optical response of the protective device to the mentioned external influence.
Недостатком прототипа является недостаточная степень защиты изделия от подделки из-за возможности её повторения в связи с регулировкой размера кремниевых частиц временем их электрохимического травления.The disadvantage of the prototype is the insufficient degree of protection of the product from counterfeiting due to the possibility of its repetition due to the adjustment of the size of silicon particles by the time of their electrochemical etching.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение надежности защиты от подделок и копирования ценных изделий.The problem to be solved by the proposed invention is to increase the reliability of protection against counterfeiting and copying of valuable products.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении количества неповторяемых контролируемых признаков метки. The problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the number of unique controllable features of the mark.
Данный технический результат достигается за счет проведения анализа оптического отклика последовательной фиксацией микрофотографии в геометрии темного поля, спектров рассеяния и комбинационного рассеяния, причем последнее, под действием когерентного излучения длиной волны ≈532 нм или ≈633 нм. Защитная метка изготавливается с помощью лазерно-индуцированного прямого переноса при облучении кремниевой пленки толщиной 30–100 нм с плотностью энергии в диапазоне 0,8–4,0 Дж/см2. При этом в базу данных вносят информативные признаки защитной метки в виде микрофотографии, спектров рассеяния и комбинационного рассеяния, значения элементов матрицы положения и цветов наночастиц на микрофотографии, полученных с помощью алгоритма К-средних, относительных пространственных и хроматических координат, а также степени кристалличности наночастиц кремния. По совпадению полученных значений элементов матрицы, соответствующих микрофотографии, и относительных пространственных координат на ней, хроматических координат, соответствующих спектру рассеяния, степени кристалличности, соответствующей спектру комбинационного рассеяния, со значением таких информационных признаков в базе данных, делают окончательное заключение о подлинности метки. This technical result is achieved by analyzing the optical response by sequentially fixing micrographs in dark-field geometry, scattering and Raman spectra, the latter under the influence of coherent radiation with a wavelength of ≈532 nm or ≈633 nm. The security mark is fabricated using laser-induced direct transfer by irradiating a 30–100 nm thick silicon film with an energy density in the range of 0.8–4.0 J/cm 2 . At the same time, informative features of the security mark are entered into the database in the form of a microphotograph, scattering and Raman spectra, the values of the matrix elements of the position and colors of nanoparticles in the microphotograph obtained using the K-means algorithm, relative spatial and chromatic coordinates, as well as the degree of crystallinity of silicon nanoparticles . Based on the coincidence of the obtained values of the matrix elements corresponding to the microphotograph and the relative spatial coordinates on it, the chromatic coordinates corresponding to the scattering spectrum, the degree of crystallinity corresponding to the Raman spectrum, with the value of such information features in the database, a final conclusion is made about the authenticity of the mark.
Для изготовления защитной метки используется лазер с длиной волны видимого или ближнего инфракрасного диапазона 500–1200 нм фемтосекундной длительности импульсов с импульсной мощностью 4–8 кВт, или наносекундной длительностью импульсов с импульсной мощностью 250–500 Вт.To produce a security tag, a laser with a visible or near-infrared wavelength of 500–1200 nm, femtosecond pulse duration with a pulse power of 4–8 kW, or nanosecond pulse duration with a pulse power of 250–500 W is used.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1–8, где на фиг. 1 показана структура защитной метки, изготовленной в соответствии с предлагаемым способом. Она включает в себя носитель (носителем может быть материал изделия, гибкая подложка, например, из полипропилена, или стекло) 1 и случайно расположенные на её поверхности кремниевые сферические наночастицы 2 с показателем преломления n=3,6–4,2, имеющие размеры 2R=70-550 нм. На фиг. 2 представлены микрофотографии кремниевых наночастиц, расположенных на стеклянной (слева) и полипропиленовой (справа) подложках. На фиг. 3 показаны спектры комбинационного рассеяния аморфного (слева) и кристаллического (справа) кремния. На фиг. 4 проиллюстрирован алгоритм получения относительных пространственных координат из микрофотографии. Фиг. 5 показывает связь между спектром рассеяния наночастицы и соответствующих хроматических координат. Фиг 6 поясняет процесс получения степени кристалличности из спектра комбинационного рассеяния. На фиг. 7 продемонстрирована работа алгоритма К-средних, в результате которой получаются значения элементов матрицы положений и цветов наночастиц на микрофотографии. На фиг. 8 показаны примеры защитных меток на стеклянной (слева) и полипропиленовой (справа) подложках, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1–8, where in FIG. Figure 1 shows the structure of a security tag manufactured in accordance with the proposed method. It includes a carrier (the carrier can be the material of the product, a flexible substrate, for example, polypropylene, or glass) 1 and randomly located on its surface spherical silicon nanoparticles 2 with a refractive index n = 3.6–4.2, having dimensions 2R =70-550 nm. In fig. Figure 2 shows micrographs of silicon nanoparticles located on glass (left) and polypropylene (right) substrates. In fig. Figure 3 shows the Raman spectra of amorphous (left) and crystalline (right) silicon. In fig. Figure 4 illustrates the algorithm for obtaining relative spatial coordinates from a microphotograph. Fig. Figure 5 shows the relationship between the scattering spectrum of a nanoparticle and the corresponding chromatic coordinates. FIG. 6 explains the process of obtaining the degree of crystallinity from a Raman spectrum. In fig. Figure 7 demonstrates the operation of the K-means algorithm, which results in the values of the elements of the matrix of positions and colors of nanoparticles in the microphotograph. In fig. Figure 8 shows examples of security marks on glass (left) and polypropylene (right) substrates manufactured in accordance with the proposed method.
Изготовление защитной метки происходит с помощью лазерно-индуцированного прямого переноса. Наночастицы, созданные в процессе абляции тонкой пленки аморфного кремния на прозрачной стеклянной подложке (донорной подложке), переносятся на поверхность принимающего носителя, расположенного под донорной, и формируют микромассив. Пространственное распределение наночастиц в полученных микромассивах отличается друг от друга из-за случайной природы процесса формирования наночастиц, вызванной нестабильностью лазерного излучения, фокусировкой лазерного луча, шероховатостью и неоднородностью пленки, малыми вибрациями и прочим.The production of a security mark occurs using laser-induced direct transfer. Nanoparticles created by ablation of a thin film of amorphous silicon on a transparent glass substrate (donor substrate) are transferred to the surface of a receiving carrier located under the donor substrate and form a microarray. The spatial distribution of nanoparticles in the resulting microarrays differs from each other due to the random nature of the nanoparticle formation process caused by the instability of laser radiation, focusing of the laser beam, roughness and inhomogeneity of the film, small vibrations, etc.
Формирование информационных признаков защитной метки (с их последующим сохранением в базе данных) основано на следующих физических принципах.The formation of information features of a security mark (with their subsequent storage in the database) is based on the following physical principles.
При освещении электромагнитным излучением видимого оптического диапазона в кремниевых частицах возникает эффект рассеяния Ми (G. Mie, «Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen», Leipzig, Ann. Phys. 330, 377—445, 1908), возникают сильные токи смещения и, соответственно, осцилляция магнитного и электрического полей, в результате чего происходит переизлучение (рассеяние) света частицами. Поле рассеянного излучения в видимом диапазоне соответствует полям излучения электрических и магнитных диполей и квадруполей. Спектральное положение дипольных и квадрупольных резонансов рассеяния Ми (наблюдаемый цвет) определяется диаметром наночастиц. На фиг. 2 показаны микрофотографии, полученные в геометрии темного поля на стеклянной (слева) и полипропиленовой (справа) подложках, где наночастицы кремния, формирующие микромассив и обладающие разными диаметрами в диапазоне от 70 до 550 нм, демонстрируют различные цвета при рассеянии света. Спектр рассеяния отдельной наночастицы регистрируется спектрометром, а цвет наночастиц и их расположение относительно друг друга фиксируется на микрофотографии с помощью ПЗС камеры. When illuminated by electromagnetic radiation in the visible optical range, the Mie scattering effect occurs in silicon particles (G. Mie, “Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell colloidaler Metallösungen”, Leipzig, Ann. Phys. 330, 377-445, 1908), strong displacement currents arise and, accordingly, oscillation of magnetic and electric fields, resulting in re-emission (scattering) of light by particles. The scattered radiation field in the visible range corresponds to the radiation fields of electric and magnetic dipoles and quadrupoles. The spectral position of the dipole and quadrupole Mie scattering resonances (observed color) is determined by the diameter of the nanoparticles. In fig. Figure 2 shows micrographs obtained in dark field geometry on glass (left) and polypropylene (right) substrates, where silicon nanoparticles forming a microarray and having different diameters in the range from 70 to 550 nm exhibit different colors when light is scattered. The scattering spectrum of an individual nanoparticle is recorded by a spectrometer, and the color of the nanoparticles and their location relative to each other is recorded in a microphotograph using a CCD camera.
Для каждой из наночастиц, составляющих защитную метку, определяется её фазовое состояние путём измерения спектра комбинационного рассеяния (неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества), возбуждаемого электромагнитным излучением с длиной волны ≈633 нм или ≈532 нм и регистрируемого спектрометром. На фиг. 3 показаны спектры комбинационного рассеяния двух различных кремниевых наночастиц, соответствующие аморфному (слева) и кристаллическому (справа) фазовому состояниям. For each of the nanoparticles that make up the protective mark, its phase state is determined by measuring the Raman spectrum (inelastic scattering of optical radiation on molecules of a substance), excited by electromagnetic radiation with a wavelength of ≈633 nm or ≈532 nm and recorded by a spectrometer. In fig. Figure 3 shows the Raman spectra of two different silicon nanoparticles, corresponding to the amorphous (left) and crystalline (right) phase states.
Для последующей идентификации информационных признаков защитной метки их значения записываются в базу данных следующим образом:For subsequent identification of information features of a security mark, their values are recorded in the database as follows:
- получение микрофотографии в геометрии темного поля области защитной метки, заранее определённой производителем в соответствии с идентификационным номером; - obtaining a microphotograph in dark field geometry of the area of the security mark, pre-defined by the manufacturer in accordance with the identification number;
- загрузка микрофотографии в средство детектирования, работающее по следующему алгоритму. Вначале находятся максимальные значения RGB из пикселей, составляющих микрофотографию. Пикселям, имеющим значение менее 20% от максимального значения RGB, присваивается новое значение RGB (0, 0, 0). Затем соседние пиксели объединяются в группы. Вычисляется координата центрального пикселя для каждой группы. Далее выбираются центры двух раздельных наночастиц (например, частицы А и Б на фиг. 4). После чего расстояние между ними задается единичным отрезком, а центральная точка этого отрезка – новым началом отсчета. Данный алгоритм, проиллюстрирован на фиг. 4. На основании полученных данных вычисляются относительные пространственные координаты для каждой наночастицы (например, для частиц А-Д на фиг. 4), присутствующей на микрофотографии и записываются в базу данных вместе с микрофотографией;- loading a microphoto into a detection tool that works according to the following algorithm. First, the maximum RGB values from the pixels that make up the microphoto are found. Pixels that have a value less than 20% of the maximum RGB value are assigned a new RGB value (0, 0, 0). Neighboring pixels are then combined into groups. The coordinate of the central pixel for each group is calculated. Next, the centers of two separate nanoparticles are selected (for example, particles A and B in Fig. 4). After which the distance between them is specified by a unit segment, and the central point of this segment is given by a new origin. This algorithm is illustrated in Fig. 4. Based on the data obtained, relative spatial coordinates are calculated for each nanoparticle (for example, for particles A-D in Fig. 4) present in the microphotograph and recorded in the database along with the microphotograph;
- измерение спектров рассеяния Ми отдельных кремниевых наночастиц в выбранном изготовителем микромассиве защитной метки;- measurement of Mie scattering spectra of individual silicon nanoparticles in a microarray of a security label selected by the manufacturer;
- загрузка спектров рассеяния Ми в средство детектирования, работающее по алгоритму, который преобразует спектры рассеяния Ми в хроматические координаты с помощью цветовой модели Международной комиссии по освещению 1931 (International Electrotechnical Commission. Multimedia Systems and Equipment - Colour Measurement and Management - Part 2-1: Colour Management - DefaultRGB colour space - sRGB; Standard IEC; 61966-2- 1:1999. 1999.), как показано на фиг. 5. Запись полученных хроматических координат в базу данных;- loading Mie scattering spectra into a detection tool running an algorithm that converts Mie scattering spectra into chromatic coordinates using the International Electrotechnical Commission 1931 color model (International Electrotechnical Commission. Multimedia Systems and Equipment - Color Measurement and Management - Part 2-1: Color Management - DefaultRGB color space - sRGB; Standard IEC; 61966-2-1:1999. 1999.), as shown in Fig. 5. Recording the obtained chromatic coordinates into the database;
- измерение спектров комбинационного рассеяния отдельных кремниевых наночастиц в диапазоне волновых чисел 350–650 см-1 в выбранном изготовителем микромассиве защитной метки;- measurement of Raman spectra of individual silicon nanoparticles in the wavenumber range 350–650 cm -1 in a microarray of a security mark selected by the manufacturer;
- загрузка спектров комбинационного рассеяния в средство детектирования, работающее по следующему алгоритму. Два спектра комбинационного рассеяния, соответствующих полностью аморфному (0% кристалличности) и кристаллическому (100% кристалличности) кремнию, задаются в качестве эталонных спектров. Далее все спектры нормируются на их максимумы интенсивности. После у загруженных спектров находится среднее значение интенсивности в диапазоне волновых чисел 540-650 см-1, которое затем вычитается из самих спектров. Далее находятся коэффициенты аморфности, такие, что при умножении на них, эталонный аморфный спектр имеет минимальное среднеквадратичное отклонение от загруженных спектров на участке 350-490см-1. Затем находятся коэффициенты кристалличности такие, что при умножении на них, эталонный кристаллический спектр имеет минимальное среднеквадратичное отклонение от загруженных спектров в диапазоне волновых чисел 490-540 см-1. После полученные коэффициенты нормируются на единицу. В результате, для каждого загруженного спектра присваивается значение степени кристалличности, которое записывается в базу данных. Пример работы данного алгоритма проиллюстрирован на фиг. 6, где кристалличность наночастицы составляет 78±5%. - loading Raman spectra into a detection tool operating according to the following algorithm. Two Raman spectra corresponding to completely amorphous (0% crystallinity) and crystalline (100% crystallinity) silicon are set as reference spectra. Next, all spectra are normalized to their intensity maxima. Afterwards, the average intensity value in the wavenumber range 540-650 cm -1 is found for the loaded spectra, which is then subtracted from the spectra themselves. Next, amorphism coefficients are found such that, when multiplied by them, the reference amorphous spectrum has a minimum standard deviation from the loaded spectra in the area of 350-490 cm -1 . Then the crystallinity coefficients are found such that, when multiplied by them, the reference crystal spectrum has a minimum standard deviation from the loaded spectra in the wavenumber range 490-540 cm -1 . Afterwards, the obtained coefficients are normalized to unity. As a result, each downloaded spectrum is assigned a crystallinity value that is recorded in the database. An example of the operation of this algorithm is illustrated in Fig. 6, where the crystallinity of the nanoparticle is 78±5%.
- загрузка микрофотографии в средство детектирования, работающее по алгоритму, основанному на методе кластеризации К-средних, как показано на фиг. 7. В результате работы алгоритма микрофотография преобразуется в матрицу размером 1000 × 2000, учитывающую положения и цвета наночастиц на микрофотографии, с числами от 0 до 3, представляющими цвет. Полученная матрица записывается в базу данных вместе с соответствующей микрофотографией.- loading the microphotograph into a detection tool operating according to an algorithm based on the K-means clustering method, as shown in FIG. 7. As a result of the algorithm, the microphotograph is converted into a 1000 × 2000 matrix that takes into account the positions and colors of the nanoparticles in the microphotograph, with numbers from 0 to 3 representing color. The resulting matrix is recorded in the database along with the corresponding microphotograph.
В процессе приёмки ценного изделия пользователь проводит контроль информационных признаков защитной метки, сравнивая их значения со значениями из базы данных производителя, следующим образом:In the process of accepting a valuable product, the user monitors the information features of the security mark, comparing their values with the values from the manufacturer’s database, as follows:
- визуальное обнаружение присутствия защитной метки на поверхности изделия (например, с помощью макрообъектива для камеры мобильного телефона); - visual detection of the presence of a security mark on the surface of the product (for example, using a macro lens for a mobile phone camera);
- определение содержания метки, присвоенного производителем товару, при помощи оптического микроскопа;- determination of the content of the label assigned to the product by the manufacturer using an optical microscope;
- получение микрофотографии в геометрии темного поля области защитной метки, заранее определённой производителем в соответствии с идентификационным номером; - obtaining a microphotograph in dark field geometry of the area of the security mark, pre-defined by the manufacturer in accordance with the identification number;
- загрузка микрофотографии в средство детектирования, работающее по следующему алгоритму. Сперва загруженная микрофотография выравнивается (подстройка масштаба и ориентации микрофотографии) относительно микрофотографии из базы данных. После чего вычисляются относительные пространственные координаты для загруженной микрофотографии аналогично алгоритму, использованному при записи в базу данных. Полученные значения сравниваются с данными из базы, и в случае несовпадения делается заключение о подделке изделия;- loading a microphoto into a detection tool that works according to the following algorithm. First, the loaded microphoto is aligned (adjusting the scale and orientation of the microphoto) relative to the microphoto from the database. Then the relative spatial coordinates for the loaded microphoto are calculated similar to the algorithm used when writing to the database. The obtained values are compared with data from the database, and if there is a discrepancy, a conclusion is made that the product is counterfeit;
- получение спектров рассеяния отдельных кремниевых наночастиц в выбранном изготовителем микромассиве защитной метки;- obtaining scattering spectra of individual silicon nanoparticles in a microarray of a security label selected by the manufacturer;
- загрузка спектров рассеяния в средство детектирования, преобразующее спектры в хроматические координаты. Полученные хроматические координаты из загруженных спектров сравниваются с данными из базы. После чего в случае несовпадения делается заключение о подделке изделия;- loading scattering spectra into a detection tool that converts the spectra into chromatic coordinates. The obtained chromatic coordinates from the downloaded spectra are compared with data from the database. After which, in case of discrepancy, a conclusion is made that the product is counterfeit;
- получение спектров комбинационного рассеяния отдельных кремниевых наночастиц в выбранном изготовителем микромассиве защитной метки;- obtaining Raman spectra of individual silicon nanoparticles in a microarray of a security label selected by the manufacturer;
- загрузка спектров комбинационного рассеяния в средство детектирования, определяющее на основе спектров соответствующую степень кристалличности. Полученные значения из загруженных спектров сравниваются с данными из базы. После чего в случае несовпадения делается заключение о подделке изделия;- loading the Raman spectra into the detection means, which determines the corresponding degree of crystallinity based on the spectra. The obtained values from the downloaded spectra are compared with data from the database. After which, in case of discrepancy, a conclusion is made that the product is counterfeit;
- загрузка микрофотографии в средство детектирования, работающее по следующему алгоритму. Сперва загруженная микрофотография выравнивается (подстройка масштаба и ориентации микрофотографии) относительно микрофотографии из базы данных. После чего вычисляются элементы матрицы положений и цветов для загруженной микрофотографии по алгоритму, основанному на методе кластеризации К-средних. Полученные данные сравниваются с данными, хранимыми в базе. - loading a microphoto into a detection tool that works according to the following algorithm. First, the loaded microphoto is aligned (adjusting the scale and orientation of the microphoto) relative to the microphoto from the database. Then the elements of the matrix of positions and colors for the loaded microphoto are calculated using an algorithm based on the K-means clustering method. The received data is compared with the data stored in the database.
- на основании сравнения всех полученных информационных признаков с базой данных делается заключение о подлинности изделия.- based on a comparison of all received information features with the database, a conclusion is made about the authenticity of the product.
В качестве примера для реализации предлагаемого способа изготовлена защитная метка в виде символов «Р» и «O» (фиг. 8), состоящих из наночастиц кремния размером 100–550 нм, полученных на стеклянной и полипропиленовой подложках (носителях), соответственно, с помощью фемтосекундного лазерно-индуцированного прямого переноса. Для изготовления защитной метки используется коммерческая фемтосекундная лазерная система PHAROS генерирующая лазерные импульсы с центральной длиной волны 1030 нм, длительностью импульса 200 фс и частотой повторения 1 Гц. Для плёнок аморфного кремния толщиной 30–100 нм пороговая плотность энергии лазерного излучения, определенная эмпирическим путём, составляет 3-4 Дж/см2. Использование лазерно-индуцированного прямого переноса позволяет создавать физически неповторимый микромассив, состоящий из сферических резонансных наночастиц кремния, причём после каждого лазерного импульса генерируются десятки наночастиц. Для изготовления защитной метки также можно использовать наносекундные лазеры. Например, защитная метка изготавливается с помощью технологического лазерного комплекса МиниМаркер 2, с длиной волны лазера 1064 нм, средней выходной мощностью лазера 20 Вт, регулируемыми параметрами частоты повторения (1,6-100 кГц) и длительности импульса (4–100 нс). Плотность энергии лазерного излучения в данном случае составляет 0,8–1,2 Дж/см2, частота повторений 20 кГц, длительность импульса 30 нс. Формирование информационных признаков защитной метки выполняется следующим образом. Для получения микрофотографий микромассивов в геометрии темного поля защитная метка освещается неполяризованным широкополосным излучением галогенной лампы (HL-2000-FHSA) под углом 65–75 градусов от нормали к поверхности, сфокусированным с помощью объектива Mitutoyo M Plan Apo 10x с числовой апертурой. Микромассивы фотографируются камерой Canon 500d с объективом Canon EF 75-300mm и высокоаппертурным объективом (Mitutoyo M Plan Apo NIR HR 100x, числовая апертура ). Спектры рассеяния наночастиц кремния измеряются с использованием ранее описанной оптической системы в геометрии темного поля и регистрируются спектрометром Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800 с дифракционной решеткой 150 штрихов/мм при времени экспозиции 0,1–1,0 с. Спектры комбинационного рассеяния света регистрируются при освещении наночастиц лазером Torus 532 (Laser Quantum) с длиной волны 532 нм и выходной мощностью лазера около 8 мВт, излучение которого фокусируется объективом Mitutoyo M Plan Apo NIR HR 100x с числовой апертурой спектрометром Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800 с дифракционной решеткой 1800 штрихов/мм и временем экспозиции равным 30–60 с. Измеренные спектры и полученные микрофотографии загружаются в средство детектирования, в котором определяются матрицы положения и цветов наночастиц на микрофотографии, относительные пространственные и хроматические координаты, степени кристалличности наночастиц кремния, и записываются в базу данных. Защитная метка доставляется конечному пользователю, где происходит проверка подлинности защитной метки путём сравнения полученных пользователем информационных признаков с базой данных.As an example for implementing the proposed method, a security mark was made in the form of the symbols “P” and “O” (Fig. 8), consisting of silicon nanoparticles with a size of 100–550 nm, obtained on glass and polypropylene substrates (carriers), respectively, using femtosecond laser-induced direct transfer. To produce a security tag, a commercial femtosecond laser system PHAROS is used, generating laser pulses with a central wavelength of 1030 nm, a pulse duration of 200 fs, and a repetition rate of 1 Hz. For amorphous silicon films with a thickness of 30–100 nm, the threshold laser radiation energy density, determined empirically, is 3–4 J/cm 2 . The use of laser-induced direct transfer makes it possible to create a physically unique microarray consisting of spherical resonant silicon nanoparticles, and after each laser pulse, dozens of nanoparticles are generated. Nanosecond lasers can also be used to produce a security tag. For example, a security mark is manufactured using the MiniMarker 2 laser technological complex, with a laser wavelength of 1064 nm, an average laser output power of 20 W, adjustable parameters for the repetition frequency (1.6-100 kHz) and pulse duration (4-100 ns). The energy density of laser radiation in this case is 0.8–1.2 J/cm 2 , repetition rate 20 kHz, pulse duration 30 ns. The formation of information features of a security mark is performed as follows. To obtain micrographs of microarrays in dark field geometry, the security mark is illuminated with unpolarized broadband radiation from a halogen lamp (HL-2000-FHSA) at an angle of 65–75 degrees from the surface normal, focused using a Mitutoyo M Plan Apo 10x numerical aperture lens . Microarrays are photographed with a Canon 500d camera with a Canon EF 75-300mm lens and a high-aperture lens (Mitutoyo M Plan Apo NIR HR 100x, numerical aperture ). The scattering spectra of silicon nanoparticles are measured using a previously described optical system in dark field geometry and recorded by a Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800 spectrometer with a 150 lines/mm diffraction grating at an exposure time of 0.1–1.0 s. Raman spectra are recorded by illuminating nanoparticles with a Torus 532 laser (Laser Quantum) with a wavelength of 532 nm and a laser output power of about 8 mW, the radiation of which is focused by a Mitutoyo M Plan Apo NIR HR 100x objective with a numerical aperture spectrometer Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800 with a diffraction grating of 1800 lines/mm and an exposure time of 30–60 s. The measured spectra and the resulting microphotographs are loaded into a detection tool, in which the position and color matrices of nanoparticles in the microphotograph, relative spatial and chromatic coordinates, and the degree of crystallinity of silicon nanoparticles are determined, and recorded in the database. The security label is delivered to the end user, where the authenticity of the security label is verified by comparing the information features received by the user with the database.
Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу повышения уровня защиты от подделки и копирования защитной метки.Thus, the claimed invention solves the problem of increasing the level of protection against counterfeiting and copying of a security mark.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807430C1 true RU2807430C1 (en) | 2023-11-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003054259A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Honeywell International Inc. | Security articles comprising multi-responsive physical colorants |
| RU2359328C2 (en) * | 2006-12-28 | 2009-06-20 | Валерий Андреевич Базыленко | Method for counterfeit protection and authentication of valuables |
| RU2405679C2 (en) * | 2005-01-14 | 2010-12-10 | Кабот Корпорейшн | Protection property, its use, and methods of manufacturing |
| US7891567B2 (en) * | 2005-01-19 | 2011-02-22 | Agency For Science, Technology And Research | Identification tag, object adapted to be identified, and related methods, devices, and systems |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003054259A1 (en) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Honeywell International Inc. | Security articles comprising multi-responsive physical colorants |
| RU2405679C2 (en) * | 2005-01-14 | 2010-12-10 | Кабот Корпорейшн | Protection property, its use, and methods of manufacturing |
| US7891567B2 (en) * | 2005-01-19 | 2011-02-22 | Agency For Science, Technology And Research | Identification tag, object adapted to be identified, and related methods, devices, and systems |
| RU2359328C2 (en) * | 2006-12-28 | 2009-06-20 | Валерий Андреевич Базыленко | Method for counterfeit protection and authentication of valuables |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11170190B2 (en) | Dendritic structures and tags | |
| Liu et al. | Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication | |
| US11875501B2 (en) | Information coding in dendritic structures and tags | |
| Schmidt et al. | Radiative exciton recombination and defect luminescence observed in single silicon nanocrystals | |
| CA2999477C (en) | Quantum dot security inks | |
| KR20180033256A (en) | Apparatus and method for optically encoding an image | |
| Caligiuri et al. | Hybrid plasmonic/photonic nanoscale strategy for multilevel anticounterfeit labels | |
| RU2807430C1 (en) | Method of protection against counterfeiting of valuable products and control of their authenticity | |
| US20210157888A1 (en) | Secure access with dendritic identifiers | |
| US20200319105A1 (en) | Authentication of quantum dot security inks | |
| Radziwon et al. | Anti-counterfeit solution from organic semiconductor | |
| RU2569791C1 (en) | Method of producing protective label substance containing diamond microcrystals with active nv-centres, having radiation-modified properties, method for protection from counterfeiting and authentication of articles using said label | |
| Taşcıoğlu et al. | Physically unclonable security patterns created by electrospinning, and authenticated by two-step validation method | |
| Bruno et al. | Flexible Physical Unclonable Functions based on non-deterministically distributed Dye-Doped Fibers and Droplets | |
| CN114839173A (en) | Anti-counterfeiting detection method based on NV color center anti-counterfeiting ink |