ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ СКРЫТЫХ МАГНИТНЫХ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИЗДЕЛИЙ ОТ ПОДДЕЛКИ
PROTECTIVE ELEMENT BASED ON HIDDEN MAGNETIC MICROSTRUCTURAL FORMATIONS AND METHOD FOR PROTECTING PRODUCTS FROM COUNTERFEITING

Группа изобретений относится к защитному элементу на основе скрытого магнитного микроструктурного образования, используемого для визуального контроля подлинности с помощью магнитооптического визуализатора или специализированного аппаратного и программного обеспечения защищенной продукции, например ценных бумаг, банкнот, паспортов, пластиковых ID документов, антикварных и музейных ценностей и способу защиты изделий от подделки с помощью агента подлинности, в качестве которого  используют указанный защитный элемент.
Известны защитные элементы, используемые для защиты от подделок, фальсификации и определения подлинности (верификации) различных изделий по групповым и индивидуальным признакам. Проверка подлинности может осуществляться как непосредственно самих изделий, так и путем проверки подлинности защитных элементов в виде этикеток и голограмм, размещаемых на них и разрушающихся при попытках их несанкционированного удаления или изменения.
.
)
Наиболее распространены способы защиты изделий и защитные элементы, основанные на эффектах изменения вида наблюдаемых изображений, записанных на поверхности или внутри этих элементов, при изменении направлений наблюдения или освещения. Так, например, в защитных элементах с многослойными интерференционными, дифракционными и голографическими структурами при изменении ракурсов их наблюдения или направления освещения, происходит изменение цвета и контраста изображений (RU 2344047 С1, 20.01.2009) Изменение цвета и контраста изображений достигается также при использовании муаровых эффектов в защитных элементах с рельефными и пространственно разделенными решетками (RU 2386544 С1, 20.04.2010.
Широко известны защитные элементы, основанные на динамическом изменении наблюдаемых изображений при использования голографических решений на основе различных типов кинеграмм (RU 2430836 С1, 10.10.201), и решений на основе микрорастровых линзовых структур (WO 2007/133613 А2, 22.11.2007).
Известны также защитные элементы, выполненные в виде рельефных поверхностных структур, в которых два или более изображений наносятся на различные поверхности микро размерных объемных образований (RU 2395842 С2, 27.07.2010 и RU 2417897 С2, 10.05.2011). При рассматривании подобных защитных элементов с различных направлений будут наблюдаться различные изображения, сформированные на различных параллельных поверхностях микроразмерных образований. Например, в техническом решении, описанном в RU 2296677 С2, 10.04.2007, изображения формируются путем удаления, методами лазерной абляции, лакокрасочного слоя на плоскостях рельефных образований, выполненных в виде микропризм на поверхности полимерных или бумажных подложек.
Известны также защитные элементы, формируемые путем ориентации микрочастиц магнитных пигментов, имеющих форму плоских чешуек (RU2333105 C2, 10.09.2008). При формировании оттиска на магнитные частицы воздействуют неоднородным магнитным полем. При этом частицы ориентируются в соответствии с направлением магнитного поля. В зависимости от направления наблюдения, в отраженном магнитными частицами свете будут наблюдаться различные цветные изображения.
Вышеперечисленные технические решения достаточно широко и давно используются при изготовлении защищенной полиграфической продукции. Высокий уровень защищенности изделий, содержащих перечисленные выше защитные элементы, обеспечивается сложностью изготовления последних при отсутствии уникального дорогостоящего оборудования и материалов, обладающих уникальными физико-химическими свойствами, которые доступны лишь лицензируемым производителям. Однако постоянное развитие общей технической и технологической оснащенности повышает возможность подделки таких элементов и тем самым снижает эффективность их использования. Кроме того, формирование таких защитных элементов проводят на поверхности внешних слоев, что обуславливает их слабую защищенность от копирования и нестойкость к внешним воздействиям.
Известны технические решения, основанные на сравнении изображений микроструктурных неоднородностей объектов, регистрируемых при их паспортизации, с изображениями тех же неоднородностей при проведении проверок объектов на подлинность (RU 2011138997, RU 2003108429, RU 2013134652, RU 2298603, RU 2088971). При этом практически полностью исключается возможность их подделки.
Наиболее близким к предлагаемому решению является RU 2298603, (д.п.10.05.2007, D21H 21/40, G07D 7/00, B42D 15/10). Из указанного источника известно использование в качестве защитных элементов магнитоактивного агента в виде магнитомягких волокон, частиц магнитного порошка, магнитных чернил или магнитной краски с низкой коэрцитивной силой. Защитные элементы расположены в листе ценной бумаги случайным образом. Расположение магнитных частиц фиксируется в процессе перемещения ценной бумаги относительно линейки магнитоиндукционных головок, а элементы полиграфических изображений фиксируются оптической сканирующей системой.
Недостатком известного решения является часто возникающие ошибки при синхронизации информации, снимаемой с магнитоиндукционных датчиков и датчиков оптической сканирующей системы.
Кроме того, при определении подлинности бывших в обращении ценных бумаг, элементы отпечатанных на них полиграфических изображений в результате внешних воздействий теряют контрастность и четкость, что приводит к появлению ошибок при проведении процедур их идентификации и определения подлинности.
Данные недостатки обусловлены тем, что, во-первых, магнитоактивные агенты подлинности распределены в листе ценной бумаги в небольшом количестве - в лучшем случае порядка нескольких десятков единиц в листе ценной бумаги, в противном случае - становится невозможным использование предложенной авторами характерного цифрового признака, и, тем более, исключает возможность использования статистических методов. Во-вторых, при предложенном способе регистрации расположения магнитных частиц производится только по одной горизонтальной координате, что может приводить к ошибкам регистрации частиц, расположенных друг над другом по вертикальной координате. В-третьих, предлагаемые частицы магнитоактивного агента не образуют скрытый защитный элемент. Так, в качестве требований к магнитоактивному агенту указывается лишь на низкую коэрцитивность используемого материала, что недостаточно для обеспечения защиты изделия от подделки.  Возникающие при перемагничивании частиц магнитоактивного агента импульсы электромагнитных полей при воздействии на них внешних магнитных полей могут быть иметь различные амплитуды, что будет приводить к ошибкам при регистрации частиц.
технический результат
Таким образом, остается актуальной задача по повышению эффективности защиты ценных изделий от подделки с учетом современных тенденций. Другой проблемой, тесно связанной с первой, является исключение ошибок при проверке подлинности часто или длительно используемых защищённых изделий (ценных бумаг, банкнот, паспортов и т.д.). При решении указанных задач изобретениями обеспечивается , заключающийся в повышении степени защищенности от подделки и стойкости к внешним воздействиям. Другой технический результат заключается в возможности определения подлинности изделия не только аппаратно-программным комплексом, но более простым способом - визуально с помощью магнитооптического визуализатора.
скрытое
2
Технический результат достигается благодаря тому, что в качестве магнитоактивного агента предлагается использовать защитный элемент, представляющий собой сформированное  магнитное микроструктурное образование из магнитных частиц с заданными характеристиками, а именно  размером 10-100 мкм, толщиной  от 1 до 10 мкм,  расстоянием между магнитными частицами в пределах размеров этих частиц, при этом среднее число частиц на 1 см защитного элемента должно превышать 1000 единиц.  Магнитные частицы могут быть выполнены из магнитожесткого материала с коэрцитивностью более 3 – 5 кЭ и/или из магнитомягких низкокоэрцитивных материалов с коэрцитивностью 1 – 100 Э, и/или из аморфных магнитомягких материалов с полями однородного импульсного перемагничивания на уровне 0,1 – 0,5 Э и/или из смеси указанных магнитных частиц.
Предлагаемый способ защиты от подделки различных изделий характеризуется размещением указанного защитного элемента с заданными характеристиками в приповерхностных слоях защищаемого изделия в   хаотичном и/или регулярном расположении.
Суть предлагаемого решения поясняется следующими иллюстрирующими изображениями, где
на фиг. 1 показана фотография многослойной пластиковой карты, в непрозрачные приповерхностные слои которой при её формировании были введены скрытые защитные элементы, содержащие случайно расположенные магнитные микрочастицы;
на фиг. 2 показана фотография их магнитооптического изображения, визуализируемого с помощью эпитаксиальной Bi-содержащей феррит-гранатовой структуры;
на фиг. 3 и 4 показаны фотографии магнитооптических изображений областей карт, аналогичных фиг.1, с введенными аморфными магнитными микроволокнами;
на фиг. 5 и фиг. 6 приведены фотографии магнитооптических изображений одного микроструктурного образования, состоящего из хаотично расположенных магнитожестких и аморфных магнитомягких частиц сделанные в моменты, когда на них воздействовали плоскостными магнитными полями различного направления;
на фиг.7 показана фотография голограммы в клевом слое которой сформирована магнитное микроструктурное образование из хаотично размещенных магнитожестких частиц, намагниченных до насыщения;
на фиг. 8 - магнитооптическое изображение этой микроструктуры.
2
Согласно первому изобретению, защитный элемент представляет собой сформированное скрытое магнитное микроструктурное образование из магнитных частиц.  При этом магнитные частицы выполнены с заданными характеристиками: размером 10-100 мкм, толщиной от 1 до 10 мкм. Расстояние между магнитными частицами должно быть сопоставимо с размером этих частиц, то есть не превышать 10-100 мкм. Среднее число частиц на 1 см защитного элемента должно превышать 1000 единиц.
Магнитные частицы могут быть выполнены:
- из магнитожесткого материала с коэрцитивностью более 3 – 5 кЭ и/или
- из магнитомягких низкокоэрцитивных материалов с коэрцитивностью 1 – 100 Э и/или
- из аморфных магнитомягких материалов с полями однородного импульсного перемагничивания на уровне 0,1 – 0,5 Э и/или
- из смеси указанных магнитных частиц.
Коэрцитивность порядка 3 – 5 кЭ выбирается из соображений исключения возможности перемагничивания и размагничивания магнитожестких частиц в случайных внешних магнитных полях. Это приводило бы к невозможности распознавания магнитооптических изображений, создаваемых при визуализации защитной маркировки. Перемагничивание частиц, выполненных из низкокоэрцитивных магнитомягких материалов с коэрцитивность на уровне 1 – 100 Э и частиц, из аморфных магнитных материалов с полями однородного импульсного перемагничивания в переменных и квази переменных плоскостных магнитных полях величиной 0,1 – 0,5 Э обеспечивает перемагничивание в слабых магнитных полях заданной амплитуды и формы. Необходимость использования слабых перемагничивающих плоскостных магнитных диктуется используемым методом визуализации процессов перемагничивания магнитных частиц, с помощью магнитооптических висмут содержащих феррит-гранатовых структур. При этом обеспечивается возможность, контролировать характерные динамические защитные эффекты, что повышает достоверность результатов проверок на подлинность защищаемых изделий.
2
-6
-8
Использование частиц размером от 1 до 100 мкм с толщинами порядка 1-10 мкм, случайно расположенных друг от друга на расстояниях, сравнимых с характерными размерами частиц, объясняется необходимостью исключения влияния магнитных полей рассеяния частиц на соседние частицы. Как известно, магнитные поля рассеяния от частиц резко уменьшаются на расстояниях порядка их характерных размеров. Кроме того, при таких размерах частиц и на 1 см защитного элемента размещается более 1000 частиц, что обеспечивает высокую степень достоверности определения подлинности защитного элемента. Вероятность ошибки оценивается на уровне 10 -10.
Одновременное введение в защищаемые изделия хаотично размещенных магнитожеских и аморфных магнитомягких частиц позволяет создавать оригинальные не только индивидуальные, но групповые защитные эффекты, заключающиеся в появлении при воздействии на частицы переменных магнитных полей, периодически возникающих и исчезающих (“пульсирующих”, “мигающих”) магнитооптических изображений магнитомягких частиц на фоне постоянных, неизменяющихся магнитооптических изображений магнитожестких частиц.
-10
Как установлено экспериментальным путём выполнение защитных элементов с заданными характеристиками позволяет производить сравнение цифровых магнитооптических изображений защищенных изделий с вероятностью ошибок идентификации и определения подлинность на уровнях ниже 10.
Для реализации предлагаемого способа защиты изделий, прежде всего ценных бумаг, банкнот и удостоверяющих документов, а также музейных и антикварных ценностей предлагается использовать в качестве магнитоактивного агента описанные защитные элементы - скрытое магнитное микроструктурное образование из магнитных частиц с заданными характеристиками.  Магнитные частицы хаотично или регулярно скрыто размещают в приповерхностных слоях защитных этикеток, голограмм или самих защищаемых объектов.
Магнитные частицы (защитную метку) вводят в определенные области клеевых слоев этикеток и голограмм или в непрозрачные (полиграфически запечатанные) области их поверхностных или приповерхностных слоев. Введение магнитных частиц осуществляют на стадиях изготовления этикеток или голограмм. Именно такие слои формируют так, чтобы они разрушались при попытках отклеивания этикеток или голограмм от защищаемых объектов. Магнитные частицы вносятся в клеевой слой или на внутренние поверхности приповерхностных слоев голограмм или этикеток в процессе проведении процедур ламинации. Возможно также их введение в состав лакокрасочных и полимерных прослоек.
В связи с размещением магнитных частиц в приповерхностных слоях они являются визуально ненаблюдаемыми и определяются (визуализируются) приборами и аппаратурой, основанной на использовании магнитооптических эффектов. Для этого проводят регистрацию (фотографирование) визуализируемых магнитооптических изображений, отражающих расположение, размеры и конфигурацию частиц микрочастиц в одной или нескольких заранее выбранных и зафиксированных областях. Полученные изображения (фотографии) заносят в виде цифровых данных в виде сжатых и/или криптозащищенных цифровых образов магнитооптических зарегистрированных изображений в сопроводительные документы защищаемых объектов и/или запоминают в специализированных базах данных. Эти цифровые образы также могут быть распечатаны в виде штриховых или QR кодов на самих защищаемых объектах, или в защитных этикетках, размещаемых на них, и/или прописываться в радиочастотных (RFID) метках, внедряемых в защищаемые объекты и/или в их сопроводительные сертификаты. Учитывая, хаотичность магнитных частиц в защитных элементах и соответственно хаотичность в их визуализируемых магнитооптических изображениях, в дальнейшем такие изображения и их цифровые образы рассматриваются как характерные индивидуальные особенности и неподдающиеся копированию признаки.
При проверках подлинности, защищенных таким образом объектов, проводят регистрацию (фотографирование) изображений тех же областей проверяемых объектов, которые регистрировались (фотографировались) при их паспортизации, и проводят сравнение изображений, полученных при паспортизации исследуемых объектов с изображениями, получаемыми при проверках. Предлагаемый способ позволяет осуществлять проверку подлинности изделий визуально с помощью магнитооптического визуализатора. При необходимости более тщательной проверки или исключения ошибок проверку подлинности изделий можно осуществлять с помощью специализированного аппаратного и программного обеспечения. Решение о подлинности или неподлинности проверяемых объектов принимаются соответственно при совпадении или несовпадении сравниваемых изображений.
Конкретные примеры реализации предлагаемого технического решения приведены ниже.
Пример 1
.
2
На фиг.1 показана фотография многослойной пластиковой карты, в непрозрачные приповерхностные слои которой при её формировании были введены магнитные микрочастицы. Центр области введения микрочастиц обозначен символом М. Размер области введения был порядка 1 см. В указанной области были введены магнитные частицы чешуйчатого вида, имеющие толщину порядка 1-10 мкм и характерные размеры 10-50 мкм. Среднее расстояние между центрами магнитных частиц составляло 50-100 мкм.
На фиг.2 показана фотография визуализируемого магнитооптического изображения, формирующегося в визуализирующем магнитооптическом кристалле под действием локальных магнитных полей рассеяния, от хаотично расположенных магнитных частиц, которые и могут использоваться как индивидуальные признаки защищенных объектов при их проверках на подлинность.
Карта выполнена из слоистого поликарбонатного пластика, содержащего 5 поликарбонатных слоев, сваренных по стандартной технологии высокотемпературного ламинирования. Верхний слой, выполненный из прозрачного пластика толщиной 30-50 мкм, закрывает полиграфические изображения, выполненные специальными красками на верхней поверхности второго нижележащего непрозрачного белого слоя толщиной 100 мкм. Во второй непрозрачный слой в области М карты (см рис.1), до проведения процессов ламинирования, введены хаотично расположенные магнитные частицы чешуйчатого вида, толщиной 1 - 10 мкм, из магнитожесткого материала FeNdB имеющих коэрцитивностью 2-3 кЭ и остаточную намагниченность порядка 50 emu/g. Частицы наносились на нижнюю поверхность второго слоя методом распыления полимерного лака, содержащего магнитные частицы, введенные в лак с концентрацией 1 - 3 объемных процента.
Пример 2.
В качестве второго возможного примера реализации предлагаемого технического решения на фиг. 3 и фиг. 4 показаны фотографии магнитооптических изображений областей карт, аналогичных изображенной на фиг. 1, с введенными аморфными магнитными микроволокнами.
На рис.3 показана область карты, в которую были введены магнитные микроволокна, выполненные из аморфного магнитного сплава системы Fe-Co-Ni, обладающие уникальными магнитными характеристиками (поле перемагничивания волокон порядка 0,1 Э, намагниченность прядка 10 emu/g).  Диаметр волокон 10-20 мкм. Длина волокон 4-5 мм. Концентрация волокон в лаке при введении их в карту составляла 1-2 объемных процента.
На фиг. 4 показано изображение контрольной области карты, в которую были введены волокна, изготовленные из аморфных магнитных сплавов систем Fe-Ni-B и Co-Mn-Si-B. Такие волокна также обладают  магнитными  свойствами,  позволяющими их импульсное однородное перемагничивание в полях менее  десятых долей эрстеда. Величины намагниченности в таких волокнах достигают достаточно высоких значений порядка нескольких единиц emu/g, что позволяет получать четко различимые магнитооптические изображения, формируемые локальными магнитными полями рассеяния волокон. Диаметр волокон составлял 8 – 10 мкм, а длина 40 – 100 мкм, что также обеспечивает формирование четко визуализируемых магнитооптических изображений с числом элементов на одном квадратном сантиметре порядка нескольких тысяч, и тем самым повышает точность сравнения микроизображений при проверках подлинности контролируемых объектов.
Визуализация и фотографирование магнитооптических изображений производились с помощью МО визуализаторов «МАГ–Видео» и «Видеомышь “Регула 4197”. Визуализация проводилась в плоскостных постоянных магнитных полях величиной 1,0 – 0,5 Э. Обработка изображений осуществлялась компьютерным видеоредактором “SplitCam 8.4.1”. Объем получаемых файлов в формате JPG составлял 30 – 40 КБ. Обработка изображений осуществлялась видео редактором “SplitCam 8.4.1”. Сравнение получаемых изображений может производиться путем их совмещения (наложения) в стандартных графических и фото-видео редакторах или в смартфонных приложениях по обработке и сравнению изображений типа “Before and After” для iOS и “Google Photos” для Android.
Пример 3
На фиг. 5 и 6 приведены фотографии магнитооптических изображений одного микроструктурного образования, состоящего из хаотично расположенных магнитожестких и аморфных магнитомягких частиц, сделанные в моменты, когда на них воздействовали плоскостными магнитными полями различного направления.
Пример 4
Индивидуальная и групповая защита на основе магнитооптических изображений микроструктур с хаотично размещенными магнитными частицами может быть реализована и в защитных голограммах и этикетках.
На фиг. 7 показана фотография голограммы, в клеевом слое которой сформировано магнитное микроструктурное образование из хаотично размещенных магнитожестких частиц, намагниченных до насыщения. Фотография магнитооптического изображения этой микроструктуры показана на фиг. 8.
Защитные голограммы и этикетки являются одними из наиболее распространенных защитных структур, применяемых для защиты от подделок самых различных изделий и предметов. Они также широко применяются при опломбировании для предотвращения и фиксации несанкционированного доступа к почтовым отправлениям, грузам, складским помещениям и объектам специального назначения. Такие этикетки и голограммы устроены таким образом, что они разрушаются при попытках их снятия или замены. Актуальной является оперативная проверка подлинности таких этикеток и голограмм для исключения возможности использования их визуально неразличимых копий.
Представленные примеры наглядно демонстрируют возможность использования скрытых магнитооптических изображений магнитных микроструктур с хаотичным и/или регулярным расположением магнитных частиц для формирования защитных элементов для пластиковых карт, защитных голограмм и этикеток.
Проведение визуализации таких структур возможно, как визуально с помощью магнитооптического визуализатора, так с помощью специальной аппаратуры, в том числе с помощью модернизированных устройств мобильной связи типа смартфонов и планшетов. При этом визуализируемые и зарегистрированные изображения становятся более четкими и контрастными, что обеспечивает более качественное их сравнение, при проведении операций определения подлинности и идентификации карт. Кроме того, в силу размещения магнитных микроструктур внутри защитных элементов, они оказываются значительно менее подверженными влиянию внешних механических и химических воздействий. Изобретение также обеспечивает оперативное выявление фальсификатов, поддельных документов и особо ценных предметов.