СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ МЕТКИ ДЛЯ МАРКИРОВКИ ЦЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И ЦЕННОЕ ИЗДЕЛИЕ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
METHOD OF MAKING IDENTIFICATION MARK FOR MARKING VALUABLE ARTICLES AND VALUABLE ARTICLE WITH SAID MARK

Изобретение относится к ценным изделиям, преимущественно драгоценным камням (в частности, ограненным алмазам - бриллиантам), средствам и способам их маркировки, которая является необходимой для целей обеспечения возможности осуществления последующей идентификации маркированных изделий.
Из уровня техники известны способ формирования идентификационной метки для маркировки ценных изделий и ценное изделие (драгоценный камень - ограненный алмаз) с ее использованием, согласно которым маркируемую поверхность изделия предварительно полируют и наносят на нее удаляемый после формирования метки вспомогательный технологический слой. Через упомянутый технологический слой на маркируемой полированной поверхности создают оптически визуализируемое в отраженном свете под углом дифракции изображение метки в виде дифракционной структуры. В частности, в виде микроштрихов синусоидального профиля, в совокупности образующих дифракционное растровое изображение метки. Упомянутую дифракционную структуру организуют преимущественно по типу отражательной фазовой дифракционной решетки и формируют посредством ионного травления полированной поверхности изделия совместно со структурой упомянутого технологического слоя. Причем время экспонирования, тип и энергию ионов выбирают из условия обеспечения формирования на маркируемой поверхности таких микроструктур упомянутой дифракционной структуры (функционально образующей изображение метки), размеры которых не превышают допустимую величину микронеровностей в общепринятой технологии полировки драгоценных камней, преимущественно алмазов (RU, 221565902, 2003 г.).
Таким образом, на полированной поверхности образуют оптически видимое (с помощью специальных оптических средств при обязательном увеличении изображения метки) в отраженном под углом дифракции свете изображение метки. Изображение образуют путем сканирования по заданной программе маркируемой области полированного слоя изделия сфокусированным ионным пучком с энергией ионов больше 10 кэВ, преимущественно 30-50 кэВ. В результате этого изменяют геометрическую структуру полированного слоя изделия с обеспечением изменения оптических свойств структурированной области по отношению к ее исходным свойствам, соответствующим оптическим свойствам необработанных участков полированной поверхности.
Предварительно на полированную поверхность алмаза наносят тонкий вспомогательный технологический слой проводящего материала (например, золота) для снятия заряда, образующегося на его поверхности от воздействия ионного пучка. Изображение метки формируют посредством непрерывного сканирования структурируемой области сфокусированным ионным пучком по заданной программе, посредством которого (т.е. ионного пучка) разрушают связи между соседними атомами кристаллических решеток, с последующим химическим травлением этой области сильным окислителем, например нитридом натрия, и частичным удалением материала поверхностного слоя изделия.
К недостаткам данных известных из уровня техники способа формирования идентификационной метки и ценного изделия с ее использованием целесообразно отнести следующее.
В связи с тем, что структурирование полированной поверхности изделия осуществляют путем непрерывного сканирования по заданной программе формирующей изображение метки области поверхностного слоя изделия сфокусированным ионным пучком, невозможно получить высокую точность формируемого изображения на. То есть, точность в части взаимного расположения микроструктур в дифракционной структуре и тем более правильной, идентичной для всех микроструктур, штрихов с синусоидальной формой их профиля. Объясняется это тем, что сканирование осуществляется длительный отрезок времени, в течение которого могут изменяться внешние условия (появление вибрации, изменение и/или появление внешних электромагнитных и электростатических полей и т.п.), негативно влияющие на стабильность реализуемых точностных параметров при осуществлении рассматриваемого технологического процесса ионного травления. В результате низкой технологической точности резко снижается контрастность изображения метки при ее визуализации в отраженном под углом дифракции свете, вследствие проявления дифракции второго и более высоких порядков. Следовательно, для получения необходимой контрастности при визуализации метки необходимо увеличивать глубину микроструктур (микроштрихов) в дифракционной структуре, формирующей изображение, что нежелательно как в связи со значительным ухудшением исходных эстетических свойств, так и в связи со снижением рыночной стоимости изделия. В этом случае приходится уменьшать размеры метки таким образом, чтобы без увеличения она не была видна.
Кроме того, по мере испарения вспомогательного технологического проводящего слоя ухудшается эффективность отвода статического заряда, в результате чего происходит частичная расфокусировка и некоторое смещение ионного пучка от заданной траектории сканирования. Следствием этого является снижение точностных показателей вышеописанного технологического процесса.
-6
Косвенным недостатком известной из уровня техники метки и способа ее реализации являются и соответствующие сложности технологического процесса структурирования. Объясняется это тем, что сфокусированный ионный пучок с необходимой для травления на указанную глубину энергией ионов можно получать и использовать лишь в высоком вакууме (менее 10 Тор). Кроме того, в способе необходимо использовать трудоемкий и нежелательный с экологической точки зрения процесс травления, в котором сначала кислотой удаляют слой золота, а затем используется нитрид натрия при температуре 380-550 градусов Цельсия в течение часа для удаления материала с частично разрушенными межатомными связями.
Кроме того, минимизация геометрических размеров формируемой метки (до размеров невидимых невооруженным глазом без дополнительного увеличения специальными оптическими средствами) влечет за собой снижение до минимума дифракционной эффективности метки вследствие недостаточного количества дифракционных структур, которые возможно разместить в пределах ее площади. Так, например, невидимая (без увеличения) невооруженным глазом метка (реализуемая посредством рассматриваемого технического решения) должна иметь линейные размеры порядка 3-10 мкм. Известно, что характерный период штрихов в дифракционной решетке, обеспечивающей качественный дифракционный эффект, составляет 0,5-2 мкм. Причем количественный порядок штрихов должен составлять десятки сотен штук. Простой математический расчет показывает, что в пределах площади известной из уровня техники метки в предельном случае можно разместить не более двадцати микроштрихов с шагом 0,5 мкм, что явно недостаточно для обеспечения необходимого для визуализации метки под углом дифракции в отраженном свете дифракционного (и тем более на уровне голографического) эффекта. В этом случае для увеличения эффективности дифракционного эффекта приходится увеличивать глубину штрихов.
Таким образом, вышеперечисленные недостатки ограничивают область использования известных из уровня техники способа реализации идентификационной метки и ценного изделия с ее использованием.
В основу заявленного изобретения была положена задача расширения области использования способа формирования идентификационной метки для маркировки ценных изделий путем создания на маркируемой поверхности долговечной, цветной, оптически видимой в отраженном под углом дифракции свете метки с высокой контрастностью при минимизации ухудшения качества полировки маркируемой поверхности. То есть, минимизации глубины микроштрихов, необходимой для проявления качественного дифракционного эффекта визуализации метки невооруженным глазом, голографической точности формы дифракционных структур (микроштрихов) и абсолютной точности и идентичности их синусоидального профиля, в совокупности обеспечивающих устранения высших порядков дифракции.
Техническим результатом заявленных технических решений является повышение контрастности метки вследствие обеспечения возможности формирования микроструктур дифракционной структуры (образующей изображение метки) с максимально высокой степенью точности. То есть, с голографической точностью, обеспечиваемой интерферирующими когерентными лазерными пучками, используемыми в технологическом процессе изготовления метки, как в отношении геометрии этих микроструктур, так и в отношении их взаимного пространственного расположения. При этом абсолютно исключено влияние внешних факторов (например, вибрации, внешних электромагнитных и электростатических полей и т.п.) на точность формирования упомянутых дифракционных микроструктур, т.к. время воздействия лазерных лучей на материал вспомогательного технологического слоя составляет несколько наносекунд (приблизительно 2 нсек). Следствием повышения точности является обеспечение возможности минимизации глубины микроструктур дифракционной структуры без ухудшения контрастности изображения метки при ее визуализации под углом дифракции в отраженном свете. При этом обеспечивается невидимость метки при наблюдении ее с десятикратным увеличением под углами, отличными от дифракционных, не за счет малых геометрических размеров метки, как в прототипе, а за счет малой глубины (10 нм и менее) и правильности (гладкости) синусоидальных микроструктур, которые имеют только первый порядок дифракции. Сравнительно большие геометрические размеры метки, в заявляемом случае, голографически точных дифракционных структур увеличивают дифракционную эффективность за счет большего числа сфазированных микроштрихов. Это позволяет существенно уменьшить глубину отдельного микроштриха и тем самым сделать метку невидимой во всех углах наблюдения, кроме дифракционных.
Углы наблюдения изображения такой метки, соответствующие углам дифракции падающего света на образованной дифракционной структуре, могут существенно отличаться от направления зеркального отражения падающего излучения (излучения подсветки). В результате этого возможен режим наблюдения метки с повышенным контрастом изображения, т.е. наблюдение подсвеченной метки на темном фоне остальной части поверхности.
В качестве дополнительного технического результата можно отметить улучшение дисперсионных свойств изделия (в частности, драгоценного камня) при наличии на его маркируемой поверхности заявленной метки. Особенно наглядно этот эффект проявляется при выполнении метки на всей площади маркируемой поверхности (например, грани бриллианта - ограненного природного алмаза).
Поставленная задача в отношении объекта «способ» по п.п.1-6 формулы изобретения решается посредством того, что в способе формирования идентификационной метки для маркировки ценных изделий, согласно которому: маркируемую поверхность предварительно полируют и наносят на нее удаляемый после формирования метки вспомогательный технологический слой, через который на маркируемой полированной поверхности создают оптически визуализируемое в отраженном свете под углом дифракции изображение метки в виде дифракционной структуры, в частности микроштрихов синусоидального профиля, в совокупности образующих дифракционное растровое изображение метки; упомянутую дифракционную структуру организуют преимущественно по типу отражательной фазовой дифракционной решетки и формируют посредством ионного травления полированной поверхности изделия совместно со структурой упомянутого технологического слоя; причем время экспонирования, тип и энергию ионов выбирают из условия обеспечения формирования на маркируемой поверхности таких микроструктур упомянутой дифракционной структуры, функционально образующей изображение метки, размеры которых не превышают допустимую величину микронеровностей в общепринятой технологии полировки драгоценных камней, преимущественно алмазов, согласно изобретению перед образованием на маркируемой поверхности оптически визуализируемого изображения метки во вспомогательном технологическом слое формируют пространственную дифракционную структуру в виде регулярного микрорельефа синусоидального профиля путем обеспечения абляции (испарения) материала этого слоя посредством, по меньшей мере, одного импульса интерферирующих пучков когерентного лазерного излучения; в результате этого в технологическом слое образуют дифракционную пространственную структуру с голографической точностью, преимущественно организованную по типу отражательной фазовой дифракционной решетки; упомянутую пространственную структуру формируют путем частичного удаления материала технологического слоя в пределах его толщины; оптически визуализируемое изображение метки в виде дифракционной структуры на маркируемой поверхности также образуют с голографической точностью, обеспечиваемой посредством упомянутых интерферирующих когерентных лазерных пучков; для этого осуществляют экспонирование широким ионным пучком сформированной в технологическом слое пространственной дифракционной структуры.
Целесообразно в технологическом цикле формирования метки использовать маску-трафарет с изображением метки, а ограниченную маской-трафаретом часть сформированной в технологическом слое пространственной дифракционной структуры использовать в качестве маскирующего слоя при экспонировании.
Маску-трафарет с изображением метки можно использовать:
- на этапе формирования технологического слоя, посредством чего образуют технологический слой в виде сплошного изображения метки;
- на этапе формирования пространственной дифракционной структуры синусоидального профиля в сплошном технологическом слое, посредством чего упомянутую пространственную структуру формируют исключительно на площади изображения метки;
- на этапе экспонирования широким ионным пучком сформированной в технологическом слое пространственной дифракционной структуры синусоидального профиля, посредством чего на маркируемой поверхности изделия формируют изображение метки в виде дифракционной структуры с голографической точностью.
Оптимально расчетную толщину технологического слоя выбирают с учетом упомянутой допустимой величины микронеровностей, регламентируемой общепринятой технологией полировки драгоценных камней.
Поставленная задача в отношении объекта «устройство» по п.7 формулы изобретения решается посредством того, что в ценном изделии, преимущественно драгоценном камне, имеющем полированную поверхность с маркировкой, выполненной в виде идентификационной метки, изображение которой организовано по типу дифракционной структуры, согласно изобретению идентификационная метка конструктивно-геометрически организована в соответствии со способом по любому из п.п.1-6 формулы изобретения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленных технических решений, а выбранный из выявленных аналогов прототип как наиболее близкий по совокупности признаков аналог позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленных объектах изобретения, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленных объектов изобретения требованию условию патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленных объектов, результаты которого показывают, что заявленные объекты изобретения не следуют для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленных технических решений преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.
В частности, в заявленных объектах изобретения не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.
Следовательно, заявленные объекты изобретения соответствуют требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 - оптическая схема, иллюстрирующая ход лучей падающего и отраженного потока излучения подсветки от участков исходной полированной поверхности маркируемого изделия и от ее дифракционной структуры (микроштрихов), функционально образующей изображение метки (микроструктуры дифракционной структуры, т.е. профили штрихов, условно показаны отрезками прямой линии, а не синусоиды).
Фиг.2 - оптическая схема, иллюстрирующая условие контрастного наблюдения метки под углом дифракции в более слабом дифракционно отраженном от ее поверхности потоке излучения подсветки, без визуально воспринимаемых помех со стороны более сильного зеркально отраженного потока излучения упомянутой подсветки (микроструктура дифракционной структуры, т.е. профиль штриха, условно показана отрезком прямой линии, а не синусоиды).
Фиг.3 - маска-трафарет с изображением метки.
Фиг.4 - пространственная дифракционная структура, организованная по типу отражающей фазовой дифракционной решетки с заданной постоянной D во вспомогательном технологическом слое посредством интерферирующих когерентных лазерных пучков.
Фиг.5 - пространственная структура по фиг.4, организованная во вспомогательном технологическом слое изделия по типу отражающей фазовой дифракционной решетки с заданной постоянной D с наложенной на нее маской-трафаретом по фиг.3 с изображением формируемой метки.
Фиг.6 - сформированная на маркируемой поверхности изделия идентификационная метка, изображение которой выполнено с голографической точностью в виде дифракционной структуры (микроштрихов), пространственно организованной по типу отражательной фазовой дифракционной решетки (микроштрихи дифракционной структуры условно показаны черным цветом).
Фиг.7 - схематичное изображение микроструктур пространственной дифракционной структуры (регулярного рельефа) синусоидального профиля, сформированной на исходной поверхности (показана пунктиром) технологического слоя посредством когерентных интерферирующих лазерных пучков, а также сформированная по ее подобию (т.е. с использованием рельефа упомянутой пространственной структуры) дифракционная структура (показано пунктиром) голографической точности на поверхности изделия после ионного травления широким пучком ионов.
Совершенно очевидно, что геометрические параметры:
- дифракционных структур, постоянной D дифракционной решетки, образованной совокупностью этих микроструктур упомянутых дифракционных структур технологического слоя и непосредственно изделия (см. фиг.1 и фиг.7);
- маски по фиг.4 (в отношении размеров идентификационной метки);
- размеров структур синусоидального профиля в технологическом слое и на поверхности изделия (см. фиг.7);
в графических материалах настоящей заявки показаны в увеличенном на несколько порядков масштабе, с целью визуального восприятия перечисленных микроструктур без специальных оптических средств.
Далее по тексту конструктивные и структурные элементы заявленных объектов изобретения обозначены следующими позициями:
1 - метка (идентификационная);
2 - изделие (ценное маркируемое);
3 - поверхность (полированная маркируемого изделия 2);
4 - поток (излучения, падающего на дифракционную структуру /структурированную область/, реализованную с голографической точностью на поверхности 3 изделия 2);
5 - поток (излучения, отраженного под углом дифракции от дифракционной структуры /структурированной области/, реализованной с голографической точностью на поверхности 3 изделия 2);
6 - поток (излучения падающего на структурированную область поверхности 3 изделия 2);
7 - поток (излучения зеркально отраженного от структурированной области поверхности 3 изделия 2);
8 - микроштрихи (микроструктуры дифракционной структуры /структурированной области/, сформированной на поверхности 3 изделия 2 с голографической точностью, совокупность которых образует изображение метки 1);
9 - источник (падающего излучения);
10 - объектив (приемника излучения, дифракционно отраженного /от структурированной области поверхности 3 изделия 2/ излучения первого порядка дифракции);
11 - слой (вспомогательный технологический);
12 - структура (пространственная дифракционная, организованная в слое 11 по типу отражательной фазовой дифракционной решетки с заданной постоянной D);
13 - поверхность (исходная технологического слоя 11);
14 - маска-трафарет с изображением метки 1.
Изобретение реализуется следующим образом.
Далее рассмотрены варианты реализации способа, согласно изобретению, на примере конструктивно-геометрической реализации нижеописанной идентификационной метки 1.
Идентификационная метка 1 для маркировки ценных изделий 2 выполнена в виде сформированного на полированной поверхности 3 изделия 2 оптически визуализируемого изображения, организованного в виде дифракционной структуры, в частности микроштрихов 8 синусоидального профиля, в совокупности образующих дифракционное растровое изображение метки 1. Дифракционная структура пространственно организована преимущественно по типу отражательной фазовой дифракционной решетки, функционально являющейся средством повышения контраста и изменения цветового тона спектра излучения в процессе визуализации изображения метки 1 под углом дифракции в отраженном свете. При этом микроструктуры (микроштрихи 8) упомянутой дифракционной структуры выполнены таким образом, что их размеры не превышают допустимую величину микронеровностей в общепринятой технологии полировки драгоценных камней, преимущественно алмазов. Отличительными особенностями заявленной идентификационной метки 1 является то, что изображение метки 1, организованное в виде дифракционной структуры, выполнено с геометрическими размерами, достаточными для его визуального восприятия под углом дифракции в отраженном свете невооруженным глазом без дополнительного увеличения специальными оптическими средствами. При этом форма и относительное пространственное расположение микроструктур (микроштрихов 8) в упомянутой дифракционной структуре реализованы с голографической точностью, обеспечиваемой посредством интерферирующих когерентных лазерных пучков, используемых в технологическом процессе формирования метки 1.
В определенных случаях дифракционная структура, формирующая изображение метки, расположена на всей площади маркируемой поверхности 3 изделия 2, например грани драгоценного камня, функционально являясь средством улучшения дисперсионных характеристик изделия в целом.
Настоящее изобретение дополнительно распространяется и на ценное изделие 2, например драгоценный камень (в частности, бриллиант), на полированной маркируемой поверхности 3 которого реализована заявленная идентификационная метка 1.
Ценное изделие 1, преимущественно драгоценный камень, имеющее полированную поверхность с маркировкой, выполненной в виде идентификационной метки 1, изображение которой организовано по типу дифракционной структуры, реализовано таким образом, что идентификационная метка 1 конструктивно-геометрически организована в соответствии с вышеприведенным описанием метки 1 (т.е. в соответствии с признаками, реализованными по любому из п.п.1-6 формулы изобретения).
С физической точки зрения метка 1 выполнена дифракционной с голографической точностью, т.е. обеспечивающей возможность ее визуального восприятия под углом дифракции с повышенным контрастом изображения, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения 4. Для этого структурированная область (дифракционная структура) исходной полированной поверхности 3 выполнена в виде микроштрихов 8 (сосредоточенных на площади изображения метки 1), пространственно организованных по типу отражательной фазовой дифракционной решетки с заданной постоянной D. То есть, упомянутая дифракционная решетка функционально является средством повышения контраста визуального восприятия изображения метки 1, по меньшей мере, в одном из цветовых тонов спектра падающего на нее излучения.
Вышеописанная идентификационная метка 1 и ценное изделие 2 (например, драгоценный камень) с ее использованием могут быть практически реализованы исключительно нижеописанным способом.
Способ формирования идентификационной метки 1 для маркировки ценных изделий 2 заключается в следующем. Маркируемую поверхность 3 предварительно полируют и наносят на нее удаляемый после формирования метки 1 вспомогательный технологический слой 11, через который на маркируемой полированной поверхности 3 создают оптически визуализируемое в отраженном свете под углом дифракции изображение метки 1 в виде дифракционной структуры (в частности, микроштрихов 8 синусоидального профиля, в совокупности образующих дифракционное растровое изображение метки 1). В качестве вспомогательного технологического слоя может использоваться, например, слой меди толщиной 10 нм, напыленный на полированную поверхность маркируемого алмаза.
Упомянутую дифракционную структуру организуют преимущественно по типу отражательной фазовой дифракционной решетки и формируют посредством ионного травления полированной поверхности 3 изделия 2 совместно со структурой упомянутого технологического слоя 11. Причем время экспонирования тип и энергию ионов выбирают из условия обеспечения формирования на маркируемой поверхности 3 таких микроструктур упомянутой дифракционной структуры (функционально образующей изображение метки), размеры которых (в частности, глубина Н) не превышают допустимую величину микронеровностей в общепринятой технологии полировки драгоценных камней, преимущественно алмазов. В качестве вспомогательного технологического слоя преимущественно используется слой меди толщиной около 10 нм, напыленный на полированную поверхность маркируемого алмаза.
Перед образованием на маркируемой поверхности 3 оптически визуализируемого изображения метки 1 во вспомогательном технологическом слое 11 формируют пространственную дифракционную структуру 12 в виде регулярного микрорельефа синусоидального профиля путем обеспечения абляции (испарения) материала этого слоя 11 посредством, по меньшей мере, одного импульса двух или более интерферирующих пучков когерентного лазерного излучения. В результате этого в технологическом слое 11 образуют дифракционную пространственную структуру 12 с голографической точностью, преимущественно организованную по типу отражательной фазовой дифракционной решетки. Упомянутую пространственную структуру 12 формируют путем частичного удаления материала технологического слоя в пределах его толщины. Оптически визуализируемое изображение метки 1 в виде дифракционной структуры на маркируемой поверхности 3 также образуют с голографической точностью, обеспечиваемой посредством упомянутых интерферирующих когерентных лазерных пучков. Для этого осуществляют экспонирование широким ионным пучком сформированной в технологическом слое 11 пространственной дифракционной структуры 12. При этом в технологическом цикле формирования метки допустимо использовать маску-трафарет 14 с изображением метки 1. В этом случае ограниченную маской-трафаретом 14 часть сформированной в технологическом слое пространственной дифракционной структуры 12 используют в качестве маскирующего слоя при экспонировании. Таким образом можно формировать идентификационную метку 1 как на части площади маркируемой поверхности 3, так и на всей ее площади.
Целесообразно расчетную толщину технологического слоя 11 выбирать с учетом упомянутой допустимой величины микронеровностей, регламентируемой общепринятой технологией полировки драгоценных камней.
Маску-трафарет 14 с изображением метки 1 можно использовать:
- на этапе формирования технологического слоя 11, посредством чего образуют технологический слой 11 в виде сплошного изображения метки 1;
- на этапе формирования пространственной дифракционной структуры 12 синусоидального профиля в сплошном технологическом слое 11, посредством чего упомянутую пространственную структуру 12 формируют исключительно на площади изображения метки 1;
- на этапе экспонирования широким (т.е. полностью охватывающим изображение метки 1) ионным пучком сформированной в технологическом слое 11 пространственной дифракционной структуры 12 синусоидального профиля, посредством чего на маркируемой поверхности 3 изделия 2 формируют изображение метки 1 в виде дифракционной структуры с голографической точностью.
Один из возможных вариантов вышерассмотренного способа формирования идентификационной метки 1 согласно изобретению допустимо реализовывать следующим образом.
Данный вариант реализации способа в своей основе идентичен первому вышеописанному варианту. Принципиальным отличием в изобретательском уровне этого варианта является лишь то, что в нем функционально используют всю площадь формируемой в технологическом слое 11 пространственной структуры 12 в качестве маскирующего слоя, а процесс экспонирования ионным пучком осуществляют через маску-трафарет 14, обеспечивающую диафрагмирование упомянутого широкого ионного пучка в соответствии с геометрическими размерами и формой сформированной в технологическом слое 11 пространственной структуры 12, сформированной на всей площади маркируемой поверхности 3. Таким образом формируется идентификационная метка, размещенная на всей площади маркируемой поверхности.
Настоящее изобретение дополнительно распространяется и на ценное изделие 2, например драгоценный камень (в частности, бриллиант), на полированной маркируемой поверхности 3 которого реализована вышеописанная идентификационная метка 1 в соответствии с одним из вариантов заявленного способа ее реализации.
Маркированное ценное изделие 2, например драгоценный камень, маркировка которого выполнена в виде идентификационной метки 1 с дифракционной структурой, реализовано таким образом, что его идентификационная метка 1 конструктивно и пространственно организована в соответствии с вышеприведенным описанием метки 1 в соответствии с одним из вариантов заявленного способа ее реализации.
Таким образом согласно настоящему изобретению может быть получена идентификационная метка 1 для маркировки ценных изделий 2, которая, с одной стороны, невидима при наблюдении ее с помощью 10-20 кратной лупы при условиях освещения, принятых для экспертизы ювелирных изделий в алмазном бизнесе. Однако при определенных (нижеописанных) условиях освещения и наблюдения метка 1 четко визуализируется даже невооруженным глазом.
Такая невидимость метки 1 очень важна для сохранения рыночной стоимости ювелирных изделий, например маркированных бриллиантов, после их маркировки.
Указанное качество метки 1 реализуется при следующих условиях:
- если изображение метки 1 образовано на полированной поверхности 3 изделия 2 в виде реализованных с голографической точностью микроструктур дифракционной структуры синусоидального профиля, организованных по типу отражательной фазовой дифракционной решетки с периодом D;
- для подсветки метки 1 используется источник 9, поток излучения которого направлен ортогонально микроштрихам 8 под углом θ к нормали маркируемой поверхности 3 изделия 2 с угловой шириной ω спектра источника 9 подсветки.
В данном случае, если наблюдение метки 1 проводится по нормали к поверхности изделия 2 с угловой шириной спектра φ приемного объектива 10 (или глаза наблюдателя), условия контрастного наблюдения метки 1 на длине волны λ будут соответствовать следующему соотношению: θ=arcsin(λ/D)>φ+ω.
При выполнении этого условия можно четко наблюдать метку 1, даже если микроштрихи 8 метки 1 имеют очень слабый, практически неразличимый контраст при малой (в пределах 10 нм) глубине рельефа. Для этого необходимо лишь увеличить яркость источника 9 подсветки.
Подобное явление происходит, например, при визуализации пылинок в воздухе. А именно, при прохождении яркого пучка света пылинки можно наблюдать лишь под заметным углом к направлению распространения пучка света таким образом, чтобы пучок света своими прямыми лучами не слепил наблюдателя.
В случае с предлагаемой меткой 1 ее структурированные участки с дифракционной структурой, кроме отражения основного излучения (т.е. потоков 4 и 6 источника 9 подсветки) по законам зеркальной оптики (поток 7), также дифракционно отражают малую часть потока 4, падающего на структурированную область (т.е. часть в виде пучка 5) под углом, отличающимся от угла зеркального отражения основного излучения (т.е. потоков 4 и 6) на величину угла дифракции θ=arcsin(λ/D) (где λ - длина волны падающего света, D - период решетки), что позволяет четко наблюдать даже очень слабое изображение метки 1, если при этом основной, более сильный пучок не мешает наблюдению (т.е. является оптически невизуализируемым наблюдателем).
Кроме того, дифракционная отражающая структура изображения метки 1 (образованная совокупностью микроштрихов 8) позволяет пространственно выделить (т.е. отразить под углом θ в зону угла зрения объектива 10) из падающего под заданным углом потока 4, 6 излучения поток 5 излучения заданной длины волны (регламентируемой постоянной D) и, соответственно, определенного цветового тона. Таким образом, в зону угла зрения объектива 10 и, соответственно, наблюдателя отражается только поток 5 излучения с увеличенной интенсивностью за счет интерференции при определенном значении разности хода лучей Δ в потоках 4 и 5. Поток 7 излучения, зеркально отраженный от участков поверхности 3 под углом падения потоков 4 и 6, находится вне зоны угла зрения объектива 10, следовательно, для наблюдателя эти участки воспринимаются как темные (черные) структуры. Таким образом, в значительной степени увеличивается контрастность изображения метки 1 (см. фиг.1 и фиг.2).
Метка 1 может быть выполнена любой конфигурации, но изобретение, в частности, но не исключительно, направлено на формирование идентификационной метки 1 на поверхности 3 (грани) драгоценного камня, например бриллианта. При этом конфигурация метки 1 может быть выполнена как в виде единичных буквенно-цифровых символов или их множества (которые занимают лишь часть маркируемой поверхности 3), так и в виде системы и/или систем параллельных и/или пересекающихся микроштрихов 8 (дифракционных структур), занимающих всю площадь маркируемой поверхности 3 изделия 2.
Метка 1 является невидимой как для невооруженного глаза, так и при использовании лупы с десяти-, двадцатикратным увеличением, которая обычно используется ювелирами. Однако становится видимой даже невооруженным глазом под углом дифракции в дифракционно отраженном свете при определенных условиях подсветки ввиду ее дифракционных свойств.
Размеры дифракционных структур (микроштрихов 8) идентификационной метки 1 (не нарушающие степень чистоты драгоценного камня и обеспечивающие необходимую степень контрастности) согласно изобретению, как правило, составляют 5-10 нм.
Дифракционные структуры (совокупность множества микроштрихов 8) могут быть выполнены преимущественно в виде параллельных линий и/или множества пересекающихся штрихов, образующих дифракционное растровое изображение метки 1 в виде, например, простой штриховки и/или перекрестной штриховки, которая организована по всей площади маркируемой поверхности изделия 2.
При травлении широким ионным пучком, как правило, для алмазов используются ионы кислорода, аргона или их смеси с энергией 1-1,5 кэв, однако в качестве альтернативы или для травления других материалов может быть использован и пучок других подходящих для осуществления этой задачи ионов.
Синусоидальный профиль дифракционных структур вначале получается при абляции материала технологического слоя, поскольку такое распределение интенсивности образуется в поперечном сечении используемых интерферирующих пучков лазерного излучения. Затем этот профиль переносится в результате травления на маркируемую поверхность. Синусоидальный профиль позволяет исключить нежелательную дифракцию второго и более высоких порядков в отраженном свете, повышая, тем самым, контрастность изображения метки 1 при минимизации глубины ее штрихов.
Изображение метки 1 предпочтительно просматривается на темном фоне, который существенно предотвращает отражение и появление непосредственно позади или рядом с меткой 1 света источника 9, прошедшего, например, через драгоценный камень. Специалисту будет ясно, что для достижения этого угол и направление, под которыми падает излучение от источника 9 подсветки (и, соответственно, шаг и ориентация дифракционных структур, образующих метку 1), необходимо выбирать таким образом, чтобы гарантировать ситуацию, при которой свет не сможет распространяться по нежелательной траектории, ухудшая условия визуализации изображения метки 1.
Шаг дифракционных структур (т.е. шаг между микроштрихами 8, совокупность которых образует желаемое изображение метки 1) и угол падения направленного от источника 9 подсветки излучения, а также спектр источника подсветки определяют цветовую гамму метки 1 при ее визуализации.
Настоящее изобретение описано выше только посредством примеров, следовательно, изменения и дополнения могут быть внесены в пределах сущности изобретения, которая распространяется на эквиваленты описанных особенностей.
Заявленные объекты изобретения могут найти широкое применение в различных областях науки и техники для осуществления записи-считывания идентифицирующей ценное изделие информации.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных технических решений следующей совокупности условий:
- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении предназначены для использования, преимущественно для записи-считывания идентифицирующей ценное изделие информации;
- для заявленных объектов в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы, подтверждена возможность их осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленные объекты соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.