CN114867613B - 用于钞票鉴定的经译码聚合物衬底 - Google Patents
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Abstract
一种用于鉴定物品的方法和***包含：提供包含含有聚合物材料和掺杂材料的聚合物衬底的所述物品，所述聚合物材料和所述掺杂材料被配置成横向地透射辐射穿过所述聚合物衬底，且所述掺杂材料能够散射辐射并吸收至少一个特定波长的辐射以生成所透射辐射的波长的光谱带中的光谱特征；用表征为横跨包含由所述掺杂材料吸收和散射的所述至少一个特定波长的波长的带区的波长的光谱带的入射辐射照射所述物品；在所述辐射横向地透射穿过所述聚合物衬底之后检测所述光谱特征；以及确定与所述光谱特征相关联的代码。
Description
相关申请的交叉参考
本申请是要求2019年12月3日提交的第16/702,088号美国专利申请的优先权的PCT国际申请。
技术领域
本发明大体上涉及用于对具有包含掺杂材料的聚合物衬底的物品进行译码的设备和方法，所述代码可响应于入射辐射呈图案化辐射谱的形式检测。
背景技术
伪造是一个越来越受到关注的问题，且因此，例如钞票等防伪工具通常具有三个鉴定等级。等级I鉴定是针对公众使用，且通常呈光学效应的形式，例如光学变色油墨或具有相对唯一且难以复制的光学特性的防伪线。这些等级I鉴定特征包含全息线和双凸透镜阵列防伪线。纸质钞票一直包含呈水印的形式的等级I鉴定特征。
类似于等级I鉴定特征，等级II鉴定特征通常是公众和商业银行已知的，且包含例如磁性元件和荧光及磷光油墨等特征，所述特征可由ATM和纸币识别器中常用的简单的传感器读取。
等级III防伪特征是机器可读特征，且比等级II鉴定特征更复杂。等级III防伪特征通常是公众和商业银行不知晓的。隐秘的等级III鉴定特征通常呈油墨或嵌入于钞票的衬底中的其它特征的形式。
最近二十年来，塑质钞票逐渐在钞票工业赢得市场份额，有超过三十个国家使用包含例如双向拉伸聚丙烯（Biaxially Oriented Poly-Propylene，BOPP）等材料的聚合物衬底。聚合物衬底的使用一直主要局限于较小面值，因为已经在纸质钞票衬底内采用的大部分等级III防伪特征不可以或不适合与塑质钞票一起使用。
本发明涉及一种用于与塑质钞票一起使用的呈机器可读技术的形式的新的等级III防伪特征。
发明内容
一般来说，在一个方面中，本发明的特征在于一种用于鉴定物品的方法，所述方法包含：提供包含含有聚合物材料和掺杂材料的聚合物衬底的所述物品，所述聚合物材料和所述掺杂材料被配置成横向地透射辐射穿过所述聚合物衬底，且所述掺杂材料能够散射辐射并吸收至少一个特定波长的辐射以生成所透射辐射的波长的光谱带中的光谱特征；用表征为横跨包含由所述掺杂材料吸收和散射的所述至少一个特定波长的波长的带区的波长的光谱带的入射辐射照射所述物品；在所述辐射横向地透射穿过所述聚合物衬底之后检测所述光谱特征；以及确定与所述光谱特征相关联的代码。
本发明的实施方案可包含以下特征中的一个或多个。掺杂材料可不与聚合物材料的折射率匹配，且聚合物衬底可以是透明且无色的。掺杂材料可进一步能够通过来自所透射辐射的激发而发射特定波长的辐射。
所述方法可进一步包含将所确定代码与参考代码进行比较，以及提供所确定代码是否与参考代码匹配的真实性的指示。光谱特征可以是入射辐射的波长的光谱带中的吸收和散射图案。入射辐射的波长的光谱带可包含可见光或不可见电磁辐射。
聚合物材料可以是双向拉伸聚丙烯。掺杂材料可能够吸收和散射多个特定波长的辐射以产生光谱特征。所述多个特定波长下的吸收和散射的辐射可在所述多个特定波长中的每一个下具有不同强度。所述物品可以是货币。
所述方法可进一步包含用不透明层覆盖聚合物衬底。掺杂材料可以按重量计0.01-10%的负载量添加到聚合物材料。聚合物材料和掺杂材料可被配置成经由波导传播机制横向地透射辐射穿过聚合物衬底。
一般来说，在另一方面中，本发明的特征在于一种用于鉴定物品的***，所述***包含：所述物品，其包含含有聚合物材料和掺杂材料的聚合物衬底，所述聚合物材料和所述掺杂材料被配置成横向地透射辐射穿过所述聚合物衬底，且所述掺杂材料能够散射辐射并吸收至少一个特定波长的辐射以生成所透射辐射的波长的光谱带中的光谱特征；辐射源，其用于用表征为横跨包含由所述掺杂材料吸收和散射的所述至少一个特定波长的波长的带区的波长的光谱带的入射辐射照射所述物品；以及传感器，其被配置成在所述辐射横向地透射穿过所述聚合物衬底之后检测所述光谱特征。
本发明的实施方案可包含以下特征中的一个或多个。掺杂材料可不与聚合物材料的折射率匹配，且聚合物衬底可以是透明且无色的。掺杂材料可进一步能够通过来自所透射辐射的激发而发射特定波长的辐射。
所述***可包含用于确定与光谱特征相关联的代码的计算装置。所述计算装置可被配置成将所确定代码与参考代码进行比较，且基于所确定代码与参考代码的比较确定所述物品是否为真的。光谱特征可以是入射辐射的波长的光谱带中的吸收和散射图案。掺杂材料可能够吸收和散射多个特定波长的辐射以生成光谱特征，所吸收和散射的辐射在所述多个特定波长中的每一个下具有不同的强度，且所述传感器被配置成在光谱特征中检测所述多个特定波长中的每一个下的强度。
聚合物材料可以是双向拉伸聚丙烯。所述物品可以是货币。掺杂材料可以按重量计0.01-10%的负载量添加到聚合物材料。聚合物材料和掺杂材料可被配置成经由波导传播机制横向地透射辐射穿过聚合物衬底。
附图说明
图1是展示对应于电磁光谱的近红外部分中的入射辐射带透射穿过包含掺杂材料的透明的大致75微米聚合物层之后的所得光谱强度的第一代码的曲线图；
图2是展示对应于电磁光谱的近红外部分中的入射辐射带透射穿过包含掺杂材料的透明的大致75微米聚合物层之后的所得光谱强度的第二代码的曲线图；
图3是展示对应于电磁光谱的近红外部分中的入射辐射带透射穿过包含掺杂材料的透明的大致75微米聚合物层之后的所得光谱强度的第三代码的曲线图；
图4是展示对应于电磁光谱的近红外部分中的入射辐射带透射穿过包含掺杂材料的透明的大致75微米聚合物层之后的所得光谱强度的***码的曲线图；
图5展示根据本发明的实施例的示例性鉴定***；
图6展示可用于使用本发明的方法鉴定物品的示例性***；
图7展示根据本发明可在智能手机上利用以用于鉴定物品的软件应用的示例性屏幕快照；
图8展示本发明的一个实施例的衬底的侧视图图解说明，所述衬底包含能够经由波导传播机制横向地透射入射辐射穿过衬底的掺杂材料；以及
图9展示本发明的一个实施例的物品的俯视图图解说明，所述物品包含部分地被箔覆盖的透明窗。
具体实施方式
本发明提供用于在添加掺杂材料的情况下对聚合物衬底进行译码的设备和方法，以及使用经译码聚合物衬底的鉴定***和方法。经译码聚合物衬底可例如用于鉴定例如钞票或货币等防伪物品、工具或文件。
衬底可包含透明且无色的聚合物材料。衬底可包含具有大致1.3和大致1.8之间的折射率的聚合物材料，这与周围介质（即，空气）的折射率1.0形成对比。本发明中所用的聚合物衬底可以是BOPP层。如钞票或货币中所使用的此BOPP衬底可具有厚度大致为60-90微米的芯层，和用于实现印刷粘合力的顶部等离子体或电晕处理的表层。在一个实施例中，聚合物衬底可用不透明层覆盖以允许对比度印刷和静电荷放电两者。在另一实施例中，聚合物衬底可包含无不透明度的透明区域或窗，较大面值塑质钞票中常常是这种情况。钞票的不透明层单独地或与无不透明度的区域组合，可充当塑质钞票的纸质钞票水印的模拟。
掺杂材料可以是添加到BOPP材料的纳米和微米材料。掺杂材料可在聚合物层挤出期间添加到BOPP材料。掺杂材料被选择为并不折射率匹配以允许透射穿过聚合物衬底的辐射的散射，但或者处于足够低的浓度以维持BOPP材料的清晰度和透明度。
掺杂材料可以是展现激子、声子偏振子和等离子模式的无机物、有机物、半导体和纳米结构，且具体来说可经受得住BOPP材料或其它选定的聚合物材料的挤出温度的材料。掺杂材料可以按重量计0.01-10%的负载量添加到或装载于BOPP材料中。嵌入于聚合物材料中的掺杂材料的数量可以非常稀而不能实质上更改聚合物材料的折射率或以其它方式致使衬底不透明或非无色。举例来说，掺杂材料的粒子可具有小于百万分之900的密度。此外，具有嵌入的掺杂材料的衬底的混浊度可小于5，其中混浊度指代当穿过透明材料时漫射或散射的入射光的百分比。
最重要的是，每一掺杂材料展现从远红外到长紫外的区中透射穿过BOPP材料的入射辐射的光谱中的独特吸收性和/或散射性质或特征。确切地说，掺杂材料选择性地吸收和/或散射特定波长的入射辐射。通过组合各种掺杂材料的特定吸收和/或散射特征，以具有陷波或其它非均匀特征的图案化光谱（即，吸收或散射图案）的形式创建用于钞票鉴定的代码。此外，掺杂材料可包含例如磷光体等材料，其在通过直接或横向地透射穿过聚合物衬底的辐射激发后发射特定波长的辐射。此些掺杂材料的发射特征可与掺杂材料的吸收和/或散射特征组合以创建鉴定代码的图案化光谱。
衬底可具有衬底的上表面和下表面之间，例如图8中所示出的上表面811和下表面812之间，大致60微米到大致100微米的厚度。在此情况下，入射辐射可直接透射穿过透明衬底，即，从下表面到上表面。
具有嵌入其中的掺杂材料的衬底可被配置成充当透射穿过衬底的波导（即，经由衬底的上表面和下表面之间的全内反射）。确切地说，衬底被配置成平面介质波导，其能够在上表面和下表面之间的波导模式中横向地透射电磁辐射穿过衬底。如图8中所展示，这允许入射辐射831在点A处耦合到衬底810以在横向地距点A距离D的点B处作为输出光832被检测到。输出光832包含光谱特征。掺杂材料820穿过衬底810安置，掺杂材料820能够散射和/或吸收辐射。
入射辐射可进入衬底以供经由衬底的上表面或下表面处的外部耦合进行波导透射，继之以内部散射。相比于引导辐射穿过衬底的边缘，此散射介导的波导耦合是辐射进入衬底的平面波导的替代模式。该散射模式可产生外部耦合，其可用于使透射穿过衬底的辐射解耦以供检测。
掺杂材料包含能够散射耦合到衬底的辐射以实现波导模式透射的粒子。确切地说，保存入射辐射的动量，使得当辐射撞击散射粒子时，辐射启动到波导模式中。利用本文中所公开的材料，辐射可传播穿过衬底的距离在毫米到厘米的范围内。传播穿过衬底的辐射的路径长度由嵌入于聚合物材料中的掺杂材料的吸收性质确定。波导模式中辐射的透射明显地增加在辐射由掺杂材料吸收之前辐射穿过衬底的路径长度。
结合用于鉴定例如钞票等包含如本文所描述的衬底的物品的过程，入射辐射可经由物品的透明窗（例如，某一外币中的透明聚合物窗）在波导模式中透射穿过衬底。或者，入射辐射可在波导模式中在衬底的上表面和下表面中的一个或两个上透射穿过衬底的具有金属箔或不透明层的部分。图9提供包含金属箔或不透明层的实例。物品900包含透明窗910，其中透明窗910部分地被箔920覆盖。如图9中所展示，照明点A处的入射辐射在横向地距照明点A距离D的检测点B处作为输出光被检测到。使用先前描述的波导过程，即使在箔920分离点A和B的情况下，此照明、透射和检测也是可能的。
在检测后，即经由在波导透射之后从衬底解耦，可分析辐射的光谱以获得由掺杂材料的窄带吸收产生的例如陷波等图案。
可使用能够生成入射辐射以供透射穿过衬底且检测透射穿过衬底的辐射的设备来执行鉴定例如钞票等包含如本文所描述的衬底的物品的过程。此鉴定可在例如用于以40张钞票/秒的速率处理货币的高速传送机构上执行。
图1-4展示透射穿过具有不同类型和等级的掺杂材料的透明的大致75微米聚合物层的电磁光谱的近红外部分中的入射辐射带的光谱。归因于掺杂材料的存在，在入射辐射透射穿过聚合物层之后检测到的辐射的强度不同于波长的带区上的入射辐射的原本大体上均匀的强度。掺杂材料被选择为吸收和/或散射预定波长的辐射以形成锯齿状和其它非均匀的检测到的光谱图案。
实验已经表明使用嵌入于透射穿过BOPP材料的辐射的光谱中的多达十个唯一代码，这进一步维持BOPP材料的缺少不透明层的区中的极佳清晰度，且不可与未经掺杂的BOPP材料区分。使用形状和费诺共振效应，可调谐和操纵掺杂材料的金属和半导体纳米结构共振以创建大的代码阵列。代码还可以用于在例如由捷德公司（Geiseke andDevrient）、现金管理部（Cash Processing Solutions，CPS）和东芝公司（Toshiba）制造的高速分类机器上鉴定钞票和/或确定钞票的面值。
本发明的示例性实施例大体针对用于使用经译码聚合物衬底进行鉴定的装置、设备、***和方法。确切地说，本发明的示例性实施例使用可用于鉴定包含经译码聚合物衬底的物品的检测/感测机制。虽然主要相对于鉴定和/或防止伪造来描述本发明的示例性实施例，但本发明的示例性实施例不限于此，且应注意，示例性经译码聚合物衬底可用于对其它类型的信息进行编码以用于其它应用。此外，本发明的示例性实施例可以与例如全息图、水印和磁性编码等其它鉴定措施结合使用。
图5展示根据本发明的实施例的示例性***500。如图5所示，***500可包含辐射/激发源502、传感器504和经译码聚合物衬底506。辐射/激发源502可以是供应辐射508的任何源，例如可见光、紫外辐射、无线电波或微波，其将透射穿过经译码聚合物衬底。透射穿过经译码聚合物衬底之后检测到的辐射可包含相同波长范围内的辐射510或不同波长范围内的辐射510。
传感器504可包含能够接收由经译码聚合物衬底504发射的辐射的光谱，对其进行成像和/或测量的任何检测、感测、成像或扫描装置，例如光度计或数码相机。
根据本发明的某些示例性实施例，辐射/激发源502可包含数码相机的闪光灯，且传感器504可包含数码相机的光学组件和传感器。在一个示例性实施例中，辐射/激发源502可包含智能手机或平板电脑相机（例如，苹果iPhone、苹果iPad、三星Galaxy或其它安卓装置）的光源，且传感器504可包含智能手机或平板电脑的相机。
经译码聚合物衬底506可包含在标签中，且可附接或附连到可能需要进行鉴定的任何产品或物品，例如税章、服装、货币或鞋袜。
图6展示可用于使用本文所描述的经译码聚合物衬底鉴定物品的示例性***600。举例来说，***600包含计算装置602，其可包含辐射/激发源502和传感器504。计算装置602可以是并入有辐射/激发源502和传感器504的任何计算装置，例如智能手机、平板电脑或个人数据助理（PDA）。
或者，辐射/激发源502和传感器504可为独立于计算装置而操作的独立的装置。如本文所描述，辐射/激发源502可照射经译码聚合物衬底，且传感器504可测量由经译码聚合物衬底发射的包含光谱特征的辐射。计算装置602可接着确定对应于由经译码聚合物衬底发射的辐射的测得的光谱特征的代码。可由远程计算装置执行测得的光谱特征的处理以确定所述代码。随后，可将所述代码或测得的光谱特征与参考代码或光谱特征的数据库进行比较。参考代码的数据库可本地存储于扫描、成像或感测装置上或者远程存储于单独的计算装置上。
如图6中所展示，为了完成鉴定，计算装置602可将所述代码或测得的光谱强度与存储在数据库604中的参考代码或光谱特征进行比较。尽管图6示出经由网络606执行与远程数据库604的此比较，但其它实施例预期数据库604在计算装置602本地。
此外，在一些实施例中，正鉴定的物品可包含识别标签，例如条形码、QR代码或磁代码，以实现所述代码或测得的光谱与正鉴定的物品的相关。在其中计算装置602为智能手机或平板电脑的特定实施例中，经由网络606的传输可在蜂窝数据连接或Wi-Fi连接上执行。或者，此可利用有线连接或者任何其它有线或无线数据传输机制来执行。
在其中利用例如智能手机或平板电脑等计算装置来鉴定物品的本发明的某些实施例中，可使用软件应用来简化鉴定过程。图7展示具有可用于鉴定物品的软件应用的示例性屏幕快照的智能手机。所述示例性应用可被配置成在任何移动平台上执行，例如苹果的iOS或谷歌的安卓移动操作***。当运行应用时，软件应用可向用户提供关于恰当地照射或激发经译码聚合物衬底以及扫描从经译码聚合物衬底发射的光谱或使所述光谱成像的指令。一旦聚合物衬底的照射和扫描完成，所述应用就可促进测得的光谱特征和/或测得的代码与存储某些参考代码或光谱特征的数据库的比较以鉴定物品。此外，应用可提供消息或其它指示符来向用户告知鉴定的结果。举例来说，应用可在智能手机的屏幕上提供文本、图形或其它视觉指示符来展示鉴定的结果。或者，应用可提供传达鉴定的结果的听觉和/或触觉指示符。
以上的实施例和实例是说明性的，且在不脱离本公开的精神或所附权利要求书的范围的情况下可对其引入许多变化。举例来说，在本公开的范围内，本文的不同说明性和示例性实施例的元件和/或特征可彼此组合和/或彼此取代。为了更好地理解本发明、其操作优点以及通过其使用达到的特定目标，应当参考其中说明本发明的示例性实施例的附图和描述性主题。
Claims (24)
1.一种用于鉴定物品的方法，其包括：
提供包含具有第一表面和第二表面的聚合物衬底的所述物品，所述聚合物衬底包括聚合物材料和掺杂材料，所述聚合物材料和所述掺杂材料被配置成在所述第一表面和所述第二表面之间经由波导传播机制横向地透射辐射穿过所述聚合物衬底，且所述掺杂材料能够散射并吸收至少一个特定波长的辐射以生成所透射辐射的波长的光谱带中的光谱特征；
用表征为横跨包含由所述掺杂材料吸收和散射的所述至少一个特定波长的波长的带区的波长的光谱带的入射辐射照射所述物品；
在所述第一表面和所述第二表面之间经由所述波导传播机制横向地透射所述辐射穿过所述聚合物衬底之后检测所述光谱特征；以及
确定与所述光谱特征相关联的代码。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂材料不与所述聚合物材料的折射率匹配，且其中所述聚合物衬底是透明且无色的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂材料进一步能够通过来自所述所透射辐射的激发而发射特定波长的辐射。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括
将所确定代码与参考代码进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括
提供所述所确定代码是否与所述参考代码匹配的真实性的指示。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光谱特征是所述入射辐射的波长的所述光谱带中的吸收和散射图案。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述入射辐射的波长的所述光谱带包含可见光。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述入射辐射的波长的所述光谱带包含不可见电磁辐射。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物材料为双向拉伸聚丙烯。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂材料能够吸收和散射多个特定波长的辐射以产生所述光谱特征。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个特定波长下的吸收和散射的辐射在所述多个特定波长中的每一个下具有不同强度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述物品为货币。
13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括
用不透明层覆盖所述聚合物衬底。
14.根据权利要求1所述的方法，其中将所述掺杂材料以按重量计0.01-10%的负载量添加到所述聚合物材料。
15.一种用于鉴定物品的***，其包括：
包含具有第一表面和第二表面的聚合物衬底的所述物品，所述聚合物衬底包括聚合物材料和掺杂材料，所述聚合物材料和所述掺杂材料被配置成在所述第一表面和所述第二表面之间经由波导传播机制横向地透射辐射穿过所述聚合物衬底，且所述掺杂材料能够散射并吸收至少一个特定波长的辐射以生成所透射辐射的波长的光谱带中的光谱特征；
辐射源，其用于用表征为横跨包含由所述掺杂材料吸收和散射的所述至少一个特定波长的波长的带区的波长的光谱带的入射辐射照射所述物品；以及
传感器，其被配置成在所述第一表面和所述第二表面之间经由所述波导传播机制横向地透射所述辐射穿过所述聚合物衬底之后检测所述光谱特征。
16.根据权利要求15所述的***，其中所述掺杂材料不与所述聚合物材料的折射率匹配，且其中所述聚合物衬底是透明且无色的。
17.根据权利要求15所述的***，其中所述掺杂材料进一步能够通过来自所述所透射辐射的激发而发射特定波长的辐射。
18.根据权利要求15所述的***，其进一步包括
计算装置，其用于确定与所述光谱特征相关联的代码。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述计算装置被配置成将所确定代码与参考代码进行比较，且基于所述所确定代码与所述参考代码的所述比较确定所述物品是否为真的。
20.根据权利要求15所述的***，其中所述光谱特征是所述入射辐射的波长的所述光谱带中的吸收和散射图案。
21.根据权利要求15所述的***，其中所述掺杂材料能够吸收和散射多个特定波长的辐射以生成所述光谱特征，所吸收和散射的辐射在所述多个特定波长中的每一个下具有不同强度；且
其中所述传感器被配置成在所述光谱特征中检测所述多个特定波长中的每一个下的所述强度。
22.根据权利要求15所述的***，其中所述聚合物材料为双向拉伸聚丙烯。
23.根据权利要求15所述的***，其中所述物品为货币。
24.根据权利要求15所述的***，其中所述掺杂材料以按重量计0.01-10%的负载量添加到所述聚合物材料。
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