СПОСОБ И НАБОР ПЕЧАТНЫХ КРАСОК ДЛЯ МАРКИРОВКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2007 года по МПК C09D11/00 C09D11/02 G07D7/12 B41M3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к защите документов и изделий, то есть банкнотам, ценным бумагам, документам идентификации, удостоверениям, билетам, этикеткам, защитным фольгам, защитным нитям и тому подобному, идентификация которых может быть легко осуществлена с помощью стационарного или портативного электронного оборудования, такого как приемники валюты (банкоматы), технологические аппараты, устройства проверки билетов, устройства ручной идентификации и др., и к способам получения и идентификации такой защиты документов, путем применения красителей или пигментов, обладающих специфическими спектральными характеристиками поглощения.

Возрастающая доступность высококачественного настольного оборудования для цветной печати и воспроизведения, такого как компьютерные принтеры цветной печати, цветные сканнеры и цветное копирующее оборудование, для широкой публики, ставит дополнительные проблемы обеспечения безопасности документов. В частности, принятые в настоящее время параметры защиты не обеспечивают достаточную защиту от фальсификации в приемниках банкоматов, в которых для идентификации используются исключительно электронные средства.

Уровень техники

Известные параметры защиты, подходящие для идентификации электронными средствами, описаны, например, в документах ЕР-В-0053124 и ЕР-В-0053 183, ЕР-В-0053125 и ЕР-В-0024053. ЕР-В-340898 или ЕР-В-537431. Эти параметры основываются на люминесценции, магнитных свойствах или на поглощении электромагнитного излучения в невидимой области спектра. Однако применение некоторых из указанных физических эффектов связано с недостатками. Например, в случае люминесценции интенсивность измеряемого излучения обычно является низкой, поэтому требуется весьма сложная технология, в том числе экранирование от окружающего излучения и от других эффектов потенциальных возмущений. Магнитные свойства менее пригодны в качестве параметра защиты, так как в этом случае обычно требуется механический контакт между банкнотой и магнитным сенсором (считывающей головкой). Это является главным источником ошибок, вызванных заклиниванием мятых банкнот в считывающем устройстве.

Заслуживает внимание недостаток «классических» параметров защиты банкнот на основе УФ- или ИК-излучения, таких, что раскрыты в документе ЕР-В-0024053, заключающийся в том, что в них применяется единственное соединение-поглотитель в качестве маскирующего элемента защиты вне видимой области спектра. Наличие маскирующего элемента защиты может быть выявлено с помощью общедоступных CCD камер (например, дверные камеры контроля, обладающие чувствительностью в диапазоне длин волн от 300 до 1100 нм) и общедоступных генерических УФ- и ИК-фильтров, продающихся в фотомагазинах. Кроме того, генерические соединения, поглощающие УФ- и ИК-излучение, применяются во многих областях современной технологии, а именно в определенных электрофотографических проявителях, и, таким образом, они также имеются в продаже.

Раскрытие изобретения

Следовательно, целью настоящего изобретения является обеспечение защиты изделия от фальсификации, в которой преодолены описанные выше недостатки уровня техники и которая обеспечивает легкую идентификацию указанного изделия с помощью таких аппаратов, как приемники валюты, устройства проверки билетов и др.

Поставленная задача решается, в частности, с помощью краски для печати и/или набора печатных красок и их применению для маркировки и/или идентификации изделия, как сформулировано в независимых пунктах формулы.

Настоящее изобретение основано на подборе красителей или пигментов, которые не могут правильно восприниматься глазом человека, в частности на подборе такого набора печатных красок или пигментов, составляющих цветовой набор, которые не могут полностью восприниматься глазом человека.

Восприятие цвета глазом человека основано на сигналах только трех рецепторов различного типа: один для длинноволновой области (600 нм, красный), один для промежуточной области (550 нм, зеленый), и один для коротковолновой области (450 нм, синий) спектра. Кроме этих рецепторов также имеется рецептор общего белого света, обладающий максимальной чувствительностью приблизительно при 550 нм. Кривые относительной чувствительности этих трех рецепторов, которые соответствуют кривым спектрального поглощения соответствующих фотопигментов глаза, определены экспериментально, и они известны под названием «Функции соответствия цвета» и установлены Международной комиссией по освещению (CIE). Эти функции составляют основу всех технологий воспроизведения цвета человеком. Примечательно, что каждый видимый цвет можно выразить с помощью этой системы CIE-XYZ, используя три основные координаты цвета: Х (красный), Y (зеленый) и Z (синий); ограничивая восприятие цвета человеком только трехмерным цветовым пространством. Следует отметить, что в глазе человека отсутствует восприятие света в ультрафиолетовом (УФ, длина волны меньше 400 нм) и инфракрасном (ИК, длина волны больше 700 нм) диапазонах электромагнитного спектра.

В прошлом значительные усилия при исследовании были сосредоточены на разработке и подборе красителей, пигментов и других устройств, для того чтобы воспроизвести цвета наиболее «естественно», в соответствии со свойствами человеческого глаза. Современные технологии воспроизведения цвета основаны на факте узкого подбора особенно подходящих пигментов для печати, тщательного подбора фосфоров для электронно-лучевых трубок и усовершенствованных оптических фильтров для аппаратов цветной съемки и элементов сканирования.

Однако цвет в области использования для защиты имеет совершенно иное назначение. Необходимые объекты не должны изображаться в «истинном» цвете, а гораздо чаще цвет имеет чисто функциональную нагрузку, например, необходимо отличать различные обозначения в пределах серии валюты.

Для противодействия современной тенденции общей доступности и даже более совершенного оборудования для воспроизведения цвета валюты, ценных документов и других изделий, воспроизведение которых является нежелательным, в настоящем изобретении описан новый способ маркировки и/или идентификации на основе применения выбранных красителей или пигментов. Настоящее изобретение основано на преднамеренном удалении основных цветов из трехмерного цветового пространства CIE-XYZ. Маркировка ценного документа или изделия согласно изобретению включает в себя i) видимые цвета, которые не используются при обычном цветовом воспроизведении или печати, ii) поглотители в узкой полосе спектра, которые обеспечивают только пастельно-теневой цвет, и iii) невидимые «цвета», которые соответствуют поглощению вне видимой области электромагнитного спектра (от 400 до 700 нм), или в ультрафиолетовом (длина волны меньше 400 нм) и инфракрасном (длина волны больше 700 нм) диапазоне.

Таким образом, настоящее изобретение относится к краске для печати, которая включает в себя, по меньшей мере, один краситель или пигмент, имеющий, по меньшей мере, один максимум поглощения в видимой области электромагнитного спектра, который существенно отличается от максимумов поглощения основных цветов системы CIE-XYZ, и по меньшей мере, один другой краситель или пигмент, имеющий полосу поглощения в видимой области электромагнитного спектра, причем ширина указанной полосы на половине интенсивности уже чем 2400 см^-1, предпочтительно уже чем 2000 см^-1 и наиболее предпочтительно уже чем 1500 см^-1 и, по меньшей мере, один другой краситель или пигмент, имеющий, по меньшей мере, один максимум поглощения в ультрафиолетовой или в инфракрасной области, предпочтительно в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра.

Кроме того, настоящее изобретение относится к набору печатных красок, содержащему, по меньшей мере, две краски для печати, которые определены выше. В частности в настоящем изобретении раскрыто применение «гиперхромной цветовой системы», воплощенной соответствующим набором красителей или пигментов и/или соответствующим набором печатных красок и содержащему, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, 4 базовых цвета, которые выбраны таким образом, чтобы иметь, по меньшей мере, один максимум поглощения, который существенно отличается от максимумов поглощения основных цветов системы CIE-XYZ (которые включают в себя аддитивные основные цвета - красный, зеленый, синий, или субтрактивные базовые цвета - желтый, пурпуровый и голубой соответственно). При этом цветовая система согласно изобретению может включать в себя компоненты, селективно поглощающие в УФ-, видимой и ИК-областях спектра, которые воплощены соответствующими красителями или пигментами. Кроме того, система может включать в себя компоненты, селективно отражающие в УФ-, видимой и ИК-областях спектра, которые воплощены соответствующими пигментами. Предпочтительно видимые красители или пигменты выбирают таким образом, чтобы они имели спектральные максимумы пропускания или отражения, отличающиеся от максимумов CIE-XYZ, расположенных при 450 нм (синий), 550 нм (зеленый) и 600 нм (красный цвет). Предпочтительно цветовая система согласно изобретению включает в себя, по меньшей мере, один краситель или пигмент, поглощающий в УФ- или ИК-областях электромагнитного спектра; более предпочтительно цветовая система включает в себя, по меньшей мере, два красителя или пигмента, поглощающих в ИК-области электромагнитного спектра.

В контексте настоящего изобретения представляют особый интерес красители или пигменты, поглощающие в узкой области спектра, так как они позволяют ввести больше спектральных разновидностей внутри заданного, доступного диапазона спектра (такой как диапазон от 300 до 1100 нм). В видимом диапазоне спектра предпочтительные красители или пигменты обладают существенно более узкими полосами поглощения по сравнению с Функцией соответствия цвета CIE-XYZ для глаза. Тогда можно даже перекрыть видимую область спектра более чем тремя указанными красителями или пигментами, и таким образом создается гиперхромное видимое цветовое пространство.

Функции соответствия цвета для глаза имеют следующие достопримечательные свойства:

 Максимум чувствительностиПолуширина полосыСиний поглотитель445 нм (22500 см^-1)55 нм (2800 см-¹)Зеленый поглотитель555 нм (18000 см^-1)110 нм (3600 см^-1)Красный поглотитель595 нм ( 16800 см^-1)85 нм (2400 см^-1)

Первые из указанных цифр относятся к длине волны (в нм); вторые цифры относятся к энергии (в см^-1) соответственно.

Коэффициенты пересчета 1000 см^-1 соответствует 10000/дв.

Ширина полосы 1000 см^-1 соответствует 10000 шп/дв²

(дв - длина волны в нм; шп - ширина полосы в нм).

Существенно более узкие полосы поглощения по сравнению с указанными в Функции соответствия цвета должны означать, в контексте настоящего изобретения, полосу поглощения, имеющую полуширину (ширина на половине интенсивности) уже чем 2400 см^-1. В частности краситель или пигмент согласно изобретению предпочтительно имеют ширину полосы меньше чем 2000 см^-1, более предпочтительно ширина полосы меньше чем 1500 см^-1. Однако ширина полосы указанного красителя или пигмента должна быть больше чем 100 см^-1, за исключением очень узкополосых поглотителей на основе редкоземельных элементов.

Кроме того, представляют интерес узкополосные красители или пигменты, поглощающие в ультрафиолетовой (300-400 нм) и в инфракрасной области, в частности в диапазоне длин волны от 700 до 1100 нм, которые можно детектировать с помощью промышленно доступных устройств с кремниевым фотодетектором, такие как фотодиоды, CMOS- и CCD-камеры. Использование пары соединений, поглощающих в узкой полосе в указанном ИК-диапазоне длин волны, позволяет практически осуществить графические «мультицветовые» конструкции защиты, содержащие один или несколько невидимых «инфракрасных красителей». В конкретном варианте осуществления могут быть использованы три ИК-пигмента, поглощающих в диапазоне соответственно от 700 до 800 нм, от 800 до 900 нм и от 900 до 1000 нм, для того чтобы отпечатать трихромное изображение в инфракрасной области электромагнитного спектра, которое является невидимым невооруженным человеческим глазом. Это изображение может быть замаскировано печатанием с последовательным наложением одной или нескольких видимых красок, прозрачных для ИК. Затем полученное трихромное изображение в инфракрасной области может быть визуализировано или обследовано с помощью соответствующей электронной «ИК-цветовой» камеры и визуального цветного дисплея.

Красители или пигменты, которые могут быть использованы согласно настоящему изобретению, обычно могут быть выбраны среди молекулярных органических соединений, полимерных органических соединений или неорганических соединений. В рамках настоящего изобретения основным элементом является «краситель» гиперхромной цветовой системы, воплощенной соответствующим индивидуальным химическим соединением, которое может иметь одну или несколько полос поглощения в спектральном диапазоне от 300 до 1100 нм. Таким образом, гиперхромная цветовая система, включающая в себя, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, 4 основных цвета, воплощается краской для печати или набором печатных красок, содержащем, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, 4 различных хромофорных соединения, то есть таких, спектры поглощения которых существенно отличаются от остальных в диапазоне длин волн от 300 до 1100 нм. Термин «существенно отличаются» согласно изобретению означает, что коэффициент статистической корреляции двух спектров, представленных двумя векторами s1 и s2, который выражается нормализованным скалярным произведением (s1·s2)/([s1]·[s2]), не должен превышать 0,95. Термины «векторы s1 и s2» объясняются ниже.

Таким образом, не обязательно все красители или пигменты сильно отличаются по цвету, например, гиперхромная цветовая система может включать в себя два различных желтых, два различных синих и два различных красных красителя или пигмента в различных соотношениях. Фотокопирующее устройство должно будет воспроизводить эти цвета, используя единственный желтый, единственный синий и единственный красный краситель. Соответствующее детектирующее устройство, напротив, будет рассчитано на два различных желтых, два различных синих и два различных красных источника, и таким образом, имеется возможность легко различить оригинал и копию.

Красители и пигменты, которые применяются при воплощении способа и при получении краски для печати или покрывающей композиции согласно изобретению, можно найти в различных классах соединений. В предпочтительном варианте осуществления они могут быть выбраны из группы, содержащей цианины (полиметины) и родственные хромофоры типа цианинов; хиноны и родственные хромофоры типа хинонов; порфирины, фталоцианины и родственные макроциклические хромофоры, а также гетерозамещенные полициклические хромофоры. В контексте настоящего изобретения термин «хромофор» означает «генерирующую цвет» химическую группу, которая поглощает излучение в области длин волн приблизительно от 300 до 2500 нм. Хромофор может иметь молекулярную или полимерную структуру; кроме того, в нем могут присутствовать химические заместители всех типов и/или могут быть присоединены или привиты к полимерной цепи.

Цианиновые (полиметиновые) красители известны из уровня техники и используются в качестве фотографических сенсибилизаторов (D.M.Sturmer, The Chemistry of Heterocyclic Compounds, vol.30, John Wiley, NY, 1977, pp.441-587; Eastman Kodak). В более современном применении стабильные представители соединений этого класса, выбранные из кумаринов и родаминов, также используются в качестве лазерных красителей (J.B.Marling, J.H.Hawley, E.M.Listen, W.B.Grant, Applied Optics, 13 (10), 2317 (1974)).

Порфирины и родственные соединения могут быть рассмотрены как макроциклические цианиновые структуры с конформационной жесткостью, обусловленной собственным циклическим строением, в том числе наличием координационного иона металла, такого как Mg²⁺ и другие. В результате длинноволновая полоса поглощения порфиринов является весьма резкой, и они представляет собой почти идеальный пример красителя согласно изобретению с узкой полосой поглощения. Хлорофилл-а (полоса поглощения при 660 нм, коэффициент экстинкции ε=85000) представляет собой краситель этого класса (К.Sauer et al., J.Am.Chem. Soc. 88 (1966), 2681-88). Поскольку порфирины и родственные соединения довольно трудно синтезировать, их промышленное применение ограничено соединениями природного происхождения.

Фталоцианины и родственные соединения представляют собой «промышленный вариант» порфиринов. Обычно они поглощают в длинноволновом крае видимого спектра, причем ширина их полосы поглощения сильно зависит от упаковки кристаллической структуры (агрегации). Обычно узкая полоса поглощения наблюдается в разбавленном растворе таких красителей и для определенных пигментов в твердом состоянии, в частности, если отсутствует штабелирование хромофорных групп пигмента. Класс фталоцианинов вообще включает в себя также аналоги с большей степенью сопряжения, такие как нафталоцианины, которые поглощают в дальней ИК-области, а также гетерозамещенные аналоги фталоцианинов; общим пунктом, определяющим этот класс соединений, является то, что все они произведены из ароматических орто-дикарбоновых кислот или из их производных.

Хиноновые красители известны из уровня техники и используются в области крашения тканей и в родственных областях (например, индиговые красители, антрахиноновые красители и другие). Вдоль хинонового каркаса могут находиться электроотрицательные группы или атомы, для того чтобы усилить интенсивность полосы поглощения или для того чтобы сдвинуть полосу поглощения в более длинноволновую область спектра. Для некоторых красителей этого класса, особенно тех, в которых отсутствуют группы NH или ОН, наблюдаются узкие полосы поглощения. Примерами таких красителей являются N,N'-диалкилиндиговые, N,N'-алкилениндиговые и другие.

Гетерозамещенные полициклические углеводородные красители представляют собой жесткие планарные молекулярные структуры, наподобие решетки графита, которые содержат соответствующие заместители. Примерами таких красителей являются периленимиды, хинакридоны, диоксазины и другие.

Важным аспектом при разработке пигментов, поглощающих в узкой области спектра, является предотвращение агрегации отдельных молекул красящего вещества; эта тенденция присуща большинству органических полициклических соединений, и она существенно усиливается в случае возможности образования водородных связей. В большинстве случаев агрегация приводит к уширению спектральных полос поглощения; таким образом, в рамках настоящего изобретения агрегация представляет собой нежелательное явление. Для решения проблемы агрегации существуют различные способы:

- использование молекул красящего вещества, которые не образуют указанных агрегатов, уширяющих полосы поглощения,

- использование молекул красящего вещества, которые растворимы в инертном соединении полимерного носителя; полученные существенно измельченные полимеры, окрашенные в массе, могут быть использованы в качестве пигмента для печати,

- использование молекул красящего вещества, которые способны сополимеризоваться в заданной полимерной матрице, например, в полистироле, или которые способны прививаться к существующему полимеру; полученные существенно измельченные полимеры, окрашенные в массе, могут быть использованы в качестве пигмента для печати или как лакирующая добавка.

Значительное число красителей или пигментов, подходящих для осуществления изобретения, уже описано в литературе. Однако обычно имеющиеся в продаже красители специально разработаны с целью соответствия функциям цвета для широкой линии человеческого глаза. По этой причине большинство известных соединений или композиций, поглощающих в узкой области, не применяются в промышленности как красители или пигменты или из-за «отсутствия в них насыщенного цвета», который воспринимается человеческим глазом, или из-за изменения цвета в зависимости от освещенности («не истинный цвет»). Это также справедливо для промышленных красителей или пигментов, поглощающих в инфракрасной области, которые предназначены для использования в оптических записывающих материалах, где требуется довольно широкая полоса поглощения.

Отсутствие промышленного рынка для большинства красителей или пигментов, которые применяются в рамках настоящего изобретения, повышают потенциал охраны для описанного способа и его вариантов осуществления. При использовании непромышленных красителей или пигментов в области охраны печатной продукции требуется их специализированное производство и в результате обеспечивается эффективный контроль источника материала; эти весьма ответственные требования гарантируют защиту документов.

Предпочтительные красители согласно настоящему изобретению показаны на фиг.2. На фиг.2а изображен гексадека-(3-этокси-1-тиофенолято)фталоцианато-цинк(II), поглощающий в области 780 нм. На фиг.2б изображен дека-(3-этокси-1-тиофенолято)гекса-(3-метил-1-тиофенолято)фталоцианато-цинк(II), поглощающий в области 850 нм. Формула на фиг.2б дана для промышленного продукта и представляет собой статистическое среднее для некоторого распределения заместителей.

В технологии идентификации, представленной в изобретении, значения интенсивности спектрального отражения для идентифицируемого документа не используются непосредственно как таковые, а скорее связаны с композицией красителя и/или пигмента на документе, для того чтобы придать системе повышенную степень устойчивости при практическом применении.

В последующем предполагается, что документ подвергается идентификации путем оценки его характеристик отражения света. Однако способ и устройства могут быть использованы с необходимыми изменениями, а также с идентификацией документа по оценке его характеристик пропускания света, таких которые применяются в некоторых типах торговых автоматов для продажи товаров. В случае отражения с использованием традиционных пигментов смешения субтрактивных цветов, наблюдаемый при отражении цвет обусловлен спектральным поглощением пигмента, поскольку падающий свет сначала проходит сквозь пигмент, отражается обратно от белого фона и проходит второй раз сквозь пигмент. Суммарный эффект представляет собой простое удвоение насыщенности видимого цвета по сравнению с соответствующим случаем пропускания.

Для оценки используются значения оптической плотности OD=lg(I₀/I_отр) или OD=lg(I₀/I_пр), а не сами значения интенсивности отраженного или пропущенного света. При заданной длине волны λ оптическая плотность пропорциональна концентрации пигмента С, толщине слоя d и величине удельного поглощения пигмента ε(λ)

OD(λ)=С·d·ε(λ) (закон Бера).

В гиперхромной цветовой системе выбор базового цвета является свободным при условии, что указанный базовый цвет имеет существенно другие спектры поглощения или отражения, такие как определено выше. Корреляция между измеренным спектром поглощения или отражения S(λ) и соответствующими «гиперцветовыми координатами» х1, х2, х3, х4, ... в выбранной гиперхромной цветовой системе, которые обозначают концентрации или «оптические плотности» индивидуальных хромофорных соединений, может быть установлена с использованием линейной алгебры. Выведенные «гиперцветовые координаты» позволяют примечательно установить статистически независимые значения для каждого красителя или пигмента гиперхромной цветовой системы, если красители или пигменты набора имеют частично перекрывающиеся спектры поглощения. Этот метод будет изложен в последующем с использованием общеизвестного формализма матричной алгебры.

Согласно этому методу стандартный спектр поглощения S(λ) красителя или пигмента выражается вектором s=(s₁, s₂, s₃, ... s_n), в котором s₁, s₂, s₃, ... s_n представляют собой измеренные значения спектрального поглощения (оптическая плотность OD=lg(I₀/I_отр), как определено в уровне техники) при n различных длин волн λ₁, λ₂, λ₃, ... λ_n. Указанные длины волн могут быть выбраны в этом изобретении свободно, однако они должны быть связаны с использованными красителями или пигментами и обеспечивать замечательную дискриминацию различных составляющих гиперхромной цветовой системы.

Кроме того, гиперхромная цветовая система будет включать в себя m различных красителей, причем величина m меньше, обычно вдвое или еще меньше, чем n, ряда измеренных значений интенсивности для различных дин волн освещения. Таким образом, имеются m указанных векторов s, представляющих спектры поглощения или отражения красителей или пигментов. Указанные m векторов s располагаются в прямоугольной матрице А, содержащей m столбцов по n элементов в каждом. Любая линейная комбинация красителей внутри выбранной гиперхромной цветовой системы будет приводить к спектру поглощения или отражения у=(у₁, у₂, у₃, у_n), что можно выразить с помощью матричного уравнения

А·х=у,

где А означает указанную матрицу размером (n x m); х представляет собой вектор m линейных факторов, соответствующих гиперцветовым координатам, и у означает вектор полученных n значений спектрального поглощения или отражения.

С другой стороны, зная матрицу А, можно выразить измеренный спектр поглощения или отражения у1 в единицах гиперцветовых координат х, используя классическую формулу «наименьших квадратов» линейной алгебры

х=(А'·А)^-1·А'·у1,

в которой А' означает транспонированную матрицу А и (А'·А)^-1 означает обращенную матрицу. Адекватность соответствия этого приближения можно оценить, используя статистические критерии, такие как сумма квадратов отклонений (у-у1)'·(у-у1), или другие критерии, известные из уровня техники. Такие критерии могут быть использованы как дополнительное средство идентификации.

Предпочтительно адекватность соответствия оценивают по остатку, или числу R, которое определяют как R={(у1-у)'·(у1-у)}/[(у1)'·(у1)], где у=А·х представляет собой обращение рассчитанный теоретический спектр, соответствующий определенным гиперцветовым координатам х, и у1 означает спектр образца, измеренный при испытании. Значение R равно нулю для совершенного соответствия (у=у1) и R равно 1 при отсутствии соответствия (у=0). Кроме того, это число R относительно нечувствительно к случайным флуктуациям (статистический шум), влияющим на измеренный спектр у1, но весьма чувствительно к систематическим отклонениям, то есть к наличию неправильного или дополнительного, неожиданного красителя или пигмента в покрывающей композиции.

Кроме того, с той же целью могут быть использованы другие аналогичные алгоритмы линейной алгебры. Заслуживает внимания алгоритм разложения по особым значениям (SVD), который относится к проблеме решения уравнений и методу «наименьших квадратов».

Указанное выше означает, что существует (m x n) матрица М, в которой измеренный спектр у относится к гиперцветовым координатам х соответствующего цветового пространства, с использованием простого математического преобразования

х=М·у.

Указанная матрица М=(А'·А)^-1 ·А' может быть рассчитана из спектров поглощения базовых цветов гиперхромной цветовой системы.

Упомянутые красители или пигменты гиперхромной цветовой системы, введенные в краску для печати, или в покрывающую композицию, или в набор печатных красок или покрывающих композиций, применяются согласно настоящему изобретению в способе маркировки изделия, такого как банкнота, документ, билет, этикетка, фольга, нить, карта или промышленный товар, который включает в себя стадию обеспечения маркировки указанного изделия, например, в виде индексов или схемы, определяемой потребителем, которая наносится путем использования, по меньшей мере, одной краски для печати или покрывающей композиции, или набора печатных красок или покрывающих композиций, которые определены выше.

Кроме того, указанные красители или пигменты, воплощенные в краске для печати или покрывающей композиции, или в наборе печатных красок или покрывающих композиций, и нанесенные на изделие, применяются согласно настоящему изобретению в способе идентификации изделия, такого как банкнота, документ, билет, фольга, нить, этикетка, карта или промышленный товар, который включает в себя следующие стадии:

а) измерение оптического спектра поглощения, отражения или пропускания для указанного изделия, маркированного описанным выше способом, в ультрафиолетовом, и/или видимом, и/или инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра;

б) сопоставление спектра и/или полученной из него информации с соответствующим спектром подлинного изделия и/или полученной из него информации.

Этапы маркировки и идентификации этого способа могут быть проведены совместно или отдельно друг от друга, одним или различными операторами, в одном и том же месте или в разных местностях с использованием или одинаковых, или различных устройств.

Краски или покрывающие композиции, применяемые для выполнения маркировки, могут быть выбраны из группы пастообразных красок, таких как краски для металлографии, высокой печати и офсетной печати; из группы жидких красок, таких как краски для шелкотрафаретной печати, гелиофлексографии и краски для глубокой печати, или из группы красок для капельной (по требованию) и непрерывной струйной печати. Кроме того, покрывающие композиции, применяемые для выполнения маркировки, содержат тонеры для электростатического (сухого) или электрофоретического (влажного) процесса фотопечати.

Нанесение схемы, определяемой потребителем, осуществляется с помощью красок для печати или набора печатных красок, содержащего краску для каждого из выбранных базовых цветов обобщенного гиперхромного цветового пространства. Кроме того, индивидуальная краска может содержать больше одного красителя или пигмента, которые воплощают указанные базовые цвета.

Спектры напечатанной схемы могут быть зарегистрированы, как известно из уровня техники, с использованием либо сочетания широкополосного источника, испускающего свет, и множества узкополосных чувствительных фотодетекторов; сочетания широкополосного чувствительного фотодетектора и множества узкополосных источников, испускающих свет, либо сочетания широкополосного источника, испускающего свет, и дисперсионного или дифракционного спектрофотометрического устройства. Кроме того, может быть использовано сочетание множества узкополосных источников, испускающих свет, таких как светодиоды, и чувствительных широкополосных формирователей изображения, таких как CMOS- и CCD-камеры, для осуществления спектрального или гиперспектрального изображения напечатанной схемы.

Этап извлечения и сопоставления гиперцветовых координат, а не грубых данных спектров поглощения, отражения или пропускания, обеспечивает преимущество устойчивости. Примечательно, что гиперхромное цветовое пространство может быть выбрано таким образом, чтобы содержать первые пигменты декоративного назначения вместе со вторыми пигментами для обеспечения охраны, где пигменты декоративного и охранного назначения имеют частично перекрывающиеся спектры поглощения. В таком случае было бы затруднительно идентифицировать наличие и количество охранного пигмента в маркировке без преобразования спектральной информации в статистически независимые величины гиперцветовых координат.

Способ защиты документа согласно настоящему изобретению и полученные защитные документы или изделия очень хорошо приспособлены для машинной идентификации, такой, которая используется в приемниках банкоматов, в автоматических кассовых аппаратах, высокоскоростных сортирующих машинах, устройствах проверки билетов и т.п. Машинная идентификация, разумеется, ограничена проверкой таких характеристик защиты, детектирование которых в действительности является быстрым и для которых не требуется непосредственный контакт между документом и считывающим устройством из-за опасности затруднение продвижения (заклинивание). Поэтому при машинной идентификации оптические методы являются предпочтительными среди других методов. Благодаря применению селективного поглощения, а не испускания доступный свет, который отражается от документа, более чем достаточен для обеспечения очень быстрого цикла измерений и таким образом для работы устройства идентификации с высокой скоростью.

Краткое описание чертежей

Далее это изобретение будет дополнительно пояснено с помощью чертежей, а также примеров. Эти чертежи и примеры не ограничивают объем настоящего изобретения.

На фиг.1 показана схема воплощения расширенного цветового пространства согласно настоящему изобретению, иллюстрирующая использование красителей или пигментов с узкой полосой поглощения внутри и вне видимого диапазона спектра.

На фиг.2 приведены формулы двух соединений, поглощающих в ИК-области, которые применяются в рамках настоящего изобретения.

На фиг.3 показаны спектральные характеристики отражения элемента изображения, напечатанного краской из примера 1.

На фиг.4 показаны спектральные характеристики отражения элемента изображения, напечатанного краской из примера 2.

На фиг.5 показаны спектральные характеристики отражения элемента изображения, напечатанного краской из примера 3.

На фиг.6 показаны спектральные характеристики отражения элемента изображения, напечатанного краской из примера 4.

Подробное описание изобретения

В первом схематическом примере, показанном на фиг.1, расширенное гиперхромное цветовое пространство формируется из десяти красителей или пигментов с узкой полосой поглощения, которые обозначены цифрами от 1 до 10. Они имеют полосы поглощения с максимумами внутри спектрального диапазона от 300 до 1100 нм (длины волн). Краситель 1 имеет максимум поглощения в УФ-области (350 нм). Красители 2, 3, 4 и 5 имеют максимумы поглощения в видимой области (425, 500, 575, 650 нм) и красители 6, 7, 8, 9 и 10 имеют максимумы поглощения в ИК-области (725, 800, 875, 950 и 1025 нм, длины волн). В частности, видимая область перекрыта четырьмя красителями вместо трех, соответствующих рецепторам человеческого глаза. Существенно, что видимые красители 3 и 4 выбирают таким образом, чтобы они имели максимумы поглощения около 500 нм, попадая в область между синим (450 нм) и зеленым (550 нм), соответственно 575 нм, попадая в область между синим (450 нм), зеленым (550 нм) и красным (600 нм) фоторецепторами человеческого глаза. Цвета, подобные этим, если они сочетаются с чистым синим (425 нм) и чистым красным (650 нм) красителем, будет невозможно воспроизвести, используя стандартную треххромную технологию цветов, поскольку четыре ограничивающих условия нельзя отобразить тремя переменными.

Теперь изделие маркируется с использованием краски для печати или набора печатных красок, содержащего один или несколько красителей или пигментов, поглощающих в узкой полосе. Информация о цвете, имеющаяся для указанного изделия, согласно изобретению эффективно выбирается из десятиразрядного набора, хотя люди могут увидеть и описать цвет только в рамках трехмерного восприятия цвета. Таким образом, впечатление человеческого глаза о цвете защищенного изделия соответствует проекции реальной цветовой информации для указанного изделия на трехмерную систему восприятия цвета. Эта проекция осуществляется в свете источника излучения, применяемого для осмотра документа. Изменение качества указанного источника излучения может привести к другой проекции и поэтому к другому восприятию цвета. Использование в покрытиях красителей или пигментов, поглощающих в узкой полосе видимой области спектра, неизменно приводит к изменению оттенков цвета в зависимости от освещенности («не истинный цвет»).

Когда указанное изделие, например банкнота или документ, воспроизводятся с помощью цветного копировального аппарата или сканнера, спектральная информация документа в видимой области распределяется по каналам с помощью соответствующих оптических фильтров в трех базовых цветах - красном, зеленом и синем. Проекция распространенной цветовой информации, содержащейся на указанном документе в этих трех цветовых каналах, осуществляется с помощью обычного света копировального аппарата или сканера. Когда сканированная цветовая информация в последующем воспроизводится путем печати, вместо оригинальных красителей, поглощающих в узкой полосе спектра, на бумагу осаждаются стандартные красители или пигменты, соответствующие трехмерному восприятию цвета человеческим глазом. Полученное воспроизведение будет выглядеть почти таким же, если его рассматривать при таком же свете, который использовался при сканировании оригинала. Однако копия может выглядеть совершенно по-другому при рассмотрении в другом свете, отличающемся от использованного при сканировании оригинала.

В частности, оптические признаки за пределами видимого диапазона, то есть признаки, расположенные в УФ- (УФ-краситель 1), и признаки, расположенные в ИК-области (ИК-красители от 6 до 10) не воспроизводятся на обычном репродукционном оборудовании, и таким образом, эти признаки отсутствуют на копии. Видимые признаки, благодаря красителям 2-5, будут воспроизведены, но с искажением. Образовавшееся «отличие цвета» между оригиналом и его фальсификацией может быть выявлено человеческим глазом путем сравнения как под различньми, по меньшей мере, двумя источниками видимого света, так и в полном диапазоне от УФ- до ИК-спектра с использованием фотодетекторов или спектроскопических приборов.

В последующем получение и применение набора печатных красок согласно настоящему изобретению иллюстрируются на примере трех различных типов рецептур краски.

Рецептура 1. Состав набора печатных металлографических красок с пятью красками

Продукт присоединения тунгового масла и фенольной смолы, модифицированной малеиновой кислотой, в высококипящем минеральном масле (PKWF 28/31)35%Сильно полимеризованное масло алкидной смолы7,5%Алкилфенольная смола, модифицированная сырым тунговым маслом в растворителе для краски 27/2916%Полиэтиленовый воск1,5%Карбонат кальция30,3%Красители и пигменты4,5%Растворитель для краски 27/29 (Shell Industrial Chemicals)5%Октоат кобальта (11% металла)0,1%Октоат марганца (10% металла)0,1%

Красители и пигменты

Краска 1: пик поглощения при 470 нм Acridine Orange Base (фирма Aldrich)1,0%Карбонат кальция3,5%Краска 2: пик поглощения при 850 нмДека-(3-этокси-1-тиофенолято)гекса-(3-метил-1-тиофенолято)фталоцианато-цинк (II) (фирма Avecia)4,0%Карбонат кальция0,5%Краска 3: пик поглощения при 380 нмTinuvin 1130 (фирма Ciba)4,5%Карбонат кальция-Краска 4: пик поглощения при 980 нмДлинноволновый поглотитель в ближней ИК-области (Avecia)3,0%Карбонат кальция1,5%Краска 5: пики поглощения при 620 и 780 нмХ-форма пигмента - фталоцианина меди1,8%Карбонат кальция2,7%

Эти компоненты смешивают вместе и смесь гомогенизируют путем двукратного пропускания через трехвалковую мельницу.

Рецептура 2. Состав набора УФ-высыхающих печатных красок для сухого офсета с тремя красками

Эпоксиакрилатный олигомер39%Триметилолпропантриакрилатный мономер31%Genorad 16 (фирма Rahn)1%Тальк2%Красители и пигменты4,5%Карбонат кальция10,5%Aerosil 200 (Degussa-Huels)4%Irgacure 500 (CIBA)6%Genocure EPD (Rahn)2%

Красители и пигменты

Краска 1: пик поглощения при 550 нмРодамин В (Aldrich)1,5%Карбонат кальция3,0%Краска 2: пик поглощения при 780 нмОктабутоксинафталоцианин меди(II)4,5%Карбонат кальция-Краска 3: пик поглощения при 890 нмГексадека-(3-этокси-1 -тиофенолято)фталоцианато-цинк(II) (Avecia)2,7%Карбонат кальция1,8%

Эти компоненты смешивают вместе и смесь гомогенизируют путем двукратного пропускания через трехвалковую мельницу.

Рецептура 3. Состав набора печатных красок для глубокой печати с 4 красками

Этанол32%Этилацетат45,3%Дициклогексилфталат (Unimoll 66, поставляется фирмой Bayer)4,5%Смола, модифицированная фумаровой кислотой (Rokramar 7200, поставляется фирмой Robert Kraemer GmbH&Co)3%Поливинилбутиральная смола (Pioloform BN18, поставляется фирмой Wacker)12%Красители и пигменты3,2%

Красители и пигменты

Краска 1: пик поглощения при 550 нм Родамин В основание (фирма Aldrich)0,4%Этилацетат2,8%Краска 2: пики поглощения при 610 и 680 нм Luxol fast blue MSN (Aldrich)3,2%Этилацетат-Краска 3: пик поглощения при 440 нмMacroflex Yellow 6G (фирма Bayer)1,0%Этилацетат2,2%Краска 4: пик поглощения при 800 нмИК-поглощающий краситель РЗОЗ (фирма Honeywell)1,0%Этилацетат2,2%

Смолы диспергируют с растворителями в течение 15 минут, используя лабораторное оборудование для диспергирования. Затем добавляют красители и рецептуру дополнительно диспергируют в течение 15 минут. Вязкость полученной рецептуры доводят до значения, которое требуется для печати (испытание с чашкой 15-25" по DIN4, в зависимости от применения), используя смесь этилацетат/этанол (1:1).

Для иллюстрации характеристик отражения, которые могут быть получены с использованием набора печатных красок в соответствии с данным воплощением рецептуры, были приготовлены четыре образца для печати.

Пример 1. Краска для глубокой печати, полученная путем смешивания краски 1 и краски 2 рецептуры 1 (см. выше) в соотношении 1:1 и напечатанная на бумаге при плотности 8 г/м². Спектр отражения приведен на фиг.3.

Пример 2. Краска для глубокой печати, полученная путем смешивания краски 3, краски 4 и краски 5 рецептуры 1 (см. выше) в соотношении 1:1:1 и напечатанная на бумаге при плотности 8 г/м². Спектр отражения приведен на фиг.4.

Пример 3. УФ-высыхающая краска для сухого офсета, полученная путем смешивания краски 1, краски 2 и краски 3 рецептуры 2 (см. выше) в соотношении 1:1:1 и напечатанная на бумаге при плотности 1 г/м². Спектр отражения приведен на фиг.5.

Пример 4. Краска для глубокой печати, полученная путем смешивания краски 1, краски 2, краски 3 и краски 4 рецептуры 3 (см. выше) в соотношении 1:1:1:1 и нанесенная вручную на бумагу валиком при толщине 4 мкм (теоретическая влажная пленка). Спектр отражения приведен на фиг.6.

Теперь способ вывода «гиперцветовых координат» дополнительно иллюстрируется с помощью схематического рабочего примера, который приведен ниже в таблице 1. Считывающее устройство имеет 12 спектральных каналов с центрами при длинах волн 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900 и 950 нм соответственно. Кроме того, могут быть выбраны другие номера каналов при различных длинах волн. Эти каналы даже могут быть расположены нерегулярно, причем «канал» может включать в себя больше одной длины волны или спектральной полосы.

Гиперхромное цветовое пространство, содержащее 6 базовых цветов, воплощается с использованием красителей или пигментов, имеющих 6 существенно различных спектров. Эти красители или пигменты дают отклики оптической плотности - Спектр 1, Спектр 2, Спектр 3, Спектр 4, Спектр 5 и Спектр 6 соответственно, в указанном считывающем устройстве; совокупность этих величин составляет матрицу А, которая представляет собой математическую основу гиперхромного цветового пространства.

Измеренный неизвестный спектр «Спектр у» может быть выражен с использованием гиперцветовых координат х гиперхромного цветового пространства путем расчета произведения

х=(А'·А)^-1·А'·y.

В рабочем примере получены следующие значения цветовых координат (CCRD) y в единицах шести базовых цветов: 0,35, 0,10, 0,00, 0,40, 0,00, 0,15. Это представляет собой точное линейное сочетание, которое используется для построения значений у в этом схематическом рабочем примере.

Кроме того, этот пример иллюстрирует различные матрицы алгоритма, в частности матрицу

М=(А'·А)^-1·А',

которая используется для преобразования измеренного спектра у в цветовые координаты х в соответствии с формулой х=М*у. Для данной системы базовых цветов и данного типа считывающего устройства матрица М должна рассчитываться только однажды и затем может храниться в считывающем устройстве как часть алгоритма идентификации. Ее можно интерпретировать как вид ключа, который позволяет извлекать соответствующие цветовые координаты из более обильной спектральной информации.

В схематическом рабочем примере идентификации и с учетом таблицы 2, приведенной ниже, принимается, что гиперцветовая система охватывается шестью красителями или пигментами, имеющими спектры (Спектр 1 - Спектр 6), образующие матрицу А. Предполагается, что интенсивность отражения может быть измерена для 12 полос освещения с центрами при длинах волн 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900 и 950 нм.

Первый «измеренный» вектор «Спектр у1» составляется при допущении «концентрационных соотношений» для шести основных цветов, равных 0,35, 0,10, 0,00, 0,40, 0,00, 0,15, и расчета соответствующих теоретических значений оптической плотности отражения для 12 полос освещения. После преобразования вектора «Спектр у1» в гиперцветовые координаты, CCRD1, концентрационные соотношения хорошо воспроизводятся с величиной остатка R=0,000045, то есть близкой к нулю.

Теперь для моделирования практического применения в вектор «Спектр у1» вводится возмущение путем добавления случайного сигнала умеренной амплитуды, что приводит к «измеренному» вектору «Спектр у2». После преобразования этого вектора в гиперцветовые координаты, CCRD2, их значения умеренно отклоняются от значений для оригинала, однако они воспроизводятся в основных линиях. Величина остатка R=0,015 является вполне приемлемой; это указывает на то, что спектр отражения «Спектр у2» еще находится в пределах определенного гиперхромного цветового пространства этой области применения, и поэтому может быть воспринят как идентичный, однако с некоторым «загрязнением».

Для моделирования фальсификации в вектор «Спектр у1» вводится существенная модификация в одной отдельной точке (700 нм, цифра выделена), чтобы получить «измеренный» вектор «Спектр у3». Извлеченные гиперцветовые координаты, CCRD3 удивительно хорошо воспроизводят значения координат для оригинала; однако высокая величина остатка R=0,212 ясно указывает на то, что образец, имеющий спектр отражения «Спектр у3» находится за пределами определенного гиперхромного цветового пространства этой области применения, и поэтому должен быть отвергнут как фальсификация!

Таким образом, при испытании документ будет отклонен, если преобразование его измеренного спектра оптической плотности отражения в гиперцветовые координаты соответствующей гиперхромной системы дает величину остатка R выше 0,10 или если одна из полученных гиперцветовых координат находится за пределами его исходного «заданного» значения, то есть вне соответствующего заданного диапазона отклонения концентрации. Эта стадия извлечения и сопоставления гиперцветовых координат и величин остатка R, а не сравнение необработанных спектральных параметров поглощения, отражения или пропускания, обеспечивает преимущество надежности и осуществимости почти 100%-ного отклонения подделок; причем все это может быть реализовано на недорогом, универсальном, бесконтактном, оптическом оборудовании идентификации, работающем с высокой скоростью, в сочетании с напечатанными на документе элементами защиты, на основе материала, специфичного для потребителя.

Таблица 1 Схематический рабочий пример определения гиперцветовых координатВведенные спектры (А): Спектр 1Спектр 2Спектр 3Спектр 4Спектр 5Спектр 6400 нм0,2000,0000,0001,2002,0000,050450 нм1,0000,0500,0001,0001,8000,100500 нм0,2000,3000,0500,5001,5000,200550 нм0,0501,2000,2000,2001,0000,500600 нм0,0000,2000,5000,0500,5000,100650 нм0,0000,0501,500.0,0500,1000,000700 нм0,0000,0000,5000,2000,0000,000750 нм0,0000,0000,2001,0000,0500,000800 нм0,0000,0000,0500,3000,2000,000850 нм0,0000,0000,0000,0500,9000,050900 нм0,0000,0000,0000,0000,2000,200950 нм0,0000,0000,0000,0000,1001,100

Измеренный спектр (у)

 Спектр у400 нм0,560450 нм0,770500 нм0,330550 нм0,300600 нм0,060650 нм0,030700 нм0,080750 нм0,400800 нм0,120850 нм0,030900 нм0,030950 нм0,170

Матрица А'·А

 12345611,0830,1700,0201,3502,5500,17520,1701,5750,4300,4531,8450,68530,0200,4302,8350,4800,6950,16041,3500,4530,4803,8685,3350,36852,5501,8450,6955,33511,6521,32560,1750,6850,1600,3681,3251,565

Матрица (А'·А)^-1

 12345612,1340,2970,077-0,194-0,4340,03720,2971,028-0,1080,210-0,286-0,28030,077-0,1080,378-0,0810,0140,0074-0,1940,210-0,0810,803-0,3600,0545-0,434-0,2860,014-0,3600,399-0,08160,037-0,2800,0070,054-0,0810,813

Изобретение относится к способу маркировки и идентификации защищенного изделия, такого как банкнота, документ, билет, этикетка, фольга, нить, карта или промышленный товар. Описывается краска для печати, которая включает красители или пигменты, относящиеся к расширенному или гиперхромному цветовому пространству, которое не воспроизводится с помощью имеющегося в продаже 4-цветного настольного воспроизводящего оборудования. Идентификация указанной маркировки включает математическое преобразование необработанной спектральной информации в статистически независимые гиперцветовые координаты и сопоставление выбранных гиперцветовых координат с соответствующими стандартными значениями. Описывается также набор печатных красок, способ маркировки и идентификации изделия. Изобретение позволяет облегчить идентификацию указанного изделия и повысить ее эффективность с помощью оборудования, такого как приемник валюты, устройство проверки билетов или устройство ручной идентификации. 10 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Краска для печати, которая включает в себя а) по меньшей мере, один краситель или пигмент, имеющий, по меньшей мере, один максимум поглощения в видимой области электромагнитного спектра, который существенно отличается от максимумов поглощения основных цветов системы CIE-XYZ, и б) по меньшей мере, один другой краситель или пигмент, имеющий полосу поглощения в видимой области электромагнитного спектра, причем ширина указанной полосы на половине интенсивности уже 2400 см^-1, предпочтительно уже 2000 см^-1 и наиболее предпочтительно уже 1500 см^-1 и

в) по меньшей мере, один другой краситель или пигмент, имеющий, по меньшей мере, один максимум поглощения в ультрафиолетовой или в инфракрасной области, предпочтительно в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра.

а) измерение спектра поглощения, отражения или пропускания указанного изделия, маркированного способом по любому из пп.11 или 12, в ультрафиолетовом, и/или видимом, и/или инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра;

б) сопоставление спектра, измеренного на стадии а), и/или полученной из него информации с соответствующим спектром подлинного изделия и/или полученной из него информации.