МИКРООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ

rd
nd
Заявляемая в качестве полезной модели микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля относится, преимущественно, к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт от подделки. Плоские оптические элементы в настоящее время являются неотъемлемой частью защищенных документов, банкнот, пластиковых карт (van Reness, Rudolf L, Optical Document Security, 3 ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2 ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4). Одной из основных задач является разработка оптических защитных элементов, которые можно использовать как для визуального контроля, так и для автоматизированного инструментального контроля подлинности.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является заявка на изобретение «Способ защиты и идентификации оптических защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления» (прототип) (заявка ЕАПВ №201100415/26). Описанный в заявке на изобретение способ защиты и идентификации оптических защитных меток базируется на том, что в защитный плоский оптический элемент включаются области, представляющие собой многоградационный киноформ, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости прибора автоматизированного контроля скрытое изображение. Такие изображения получили название CLR (Covert Laser Readable) изображения. Система детектирования устройства автоматизированного контроля, расположенная в фокальной плоскости, регистрирует CLR-изображение. Оцифрованное изображение обрабатывается микропроцессором, который формирует признаки контроля и осуществляет проверку подлинности оптического защитного элемента.
Предложенная в прототипе структура киноформа обеспечивает автоматизированный контроль, инвариантный относительно сдвига прибора и его поворота, если контроль осуществляется в области плоского оптического элемента состоящей из киноформа. Остальная область плоского оптического элемента в прототипе отвечает за формирование визуального изображения. Автоматизированный контроль в этой области невозможен.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание микрооптической системы с более высоким уровнем защищенности от подделок и упрощение процедуры автоматизированного контроля. Другой задачей полезной модели является сохранение стандартного уровня затрат на ее изготовление.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности защиты от подделок, в расширении возможностей автоматизированного контроля, а также в обеспечении возможности использования технологий массового тиражирования защитных оптических элементов.
ij
ij
ij
ij
Поставленная задача с достижением указанного технического результата в заявленной микрооптической системе формирования изображений для визуального и автоматизированного контроля решается тем, что микрооптическая система представляет собой плоский фазовый оптический элемент, размещенный на плоской подложке, состоящий из элементарных областей R, размером до 50 микрон, i=1, 2, …N; j=1, 2, …N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. В каждой элементарной области R содержится область Q, заполненная фрагментом многоградационного киноформа, формирующего при освещении оптического элемента лазерным излучением асимметричное изображение для автоматизированного контроля, при этом оставшаяся часть каждой элементарной области R заполнена дифракционными решетками, которые при освещении оптического элемента белым светом формируют визуальное изображение на всей области оптического элемента.
ij
ij
Микрооптическая система формирования визуальных изображений может быть выполнена так, что области Q занимают площадь в пределах 15-50% от площади каждой из элементарных областей R.
В частном случае, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполнена с возможностью отражения света.
Микрооптическая система формирования визуальных изображений может быть выполнена, при необходимости, с возможностью частичного отражения и частичного пропускания света.
При необходимости, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполняется в виде защитной метки, используемой для защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карточек, банковских расчетных карточек, акцизных, идентификационных, контрольных марок, а также различных товаров народного потребления от подделки.
ij
Размер пятна лазера, визуализирующего скрытое CLR изображение, составляет порядка одного миллиметра. При автоматизированном контроле в любой точке микрооптической системы в область пятна лазера попадает не менее сотни областей Q. Таким образом, в отличие от прототипа, в заявленной полезной модели автоматизированный контроль может быть осуществлен в любой точке защитного оптического элемента. Именно этот факт является основным отличием заявленной полезной модели от прототипа.
Таким образом, основные отличия заявленной микрооптической системы от прототипа заключаются в следующем:
1. Микрооптическая система имеет фасеточную структуру, в которой оптический элемент разбит на элементарные области размером менее 50 микрон, в каждой из которых расположены фрагменты киноформов и дифракционных решеток.
2. Структура микрооптической системы позволяет формировать визуальное изображение, видимое наблюдателю на всей области оптического элемента.
3. Микрооптическая система допускает автоматизированный контроль в любой точке оптического элемента, что существенно упрощает процедуру автоматизированного контроля.
ij
4. Микрооптическая система является более защищенной в сравнении с прототипом, поскольку в формировании CLR изображений участвует большое количество областей Q, размером до 50 микрон.
Сущность полезной модели поясняется изображением, где на фиг.1 приведен фрагмент микрооптической системы согласно заявленной полезной модели, на фиг. 2 приведен фрагмент микрорельефа киноформа, формирующего CLR. изображение, на фиг. 3 приведен пример симметричного микрорельефа, на фиг. 4 приведен фрагмент асимметричного микрорельефа, на фиг. 5 приведен пример асимметричного CLR изображения, формируемого многоградационным киноформом, на фиг. 6 приведена оптическая схема формирования CLR изображения, на фиг. 7 приведен пример изображения, видимого наблюдателю при освещении микрооптической системой белым светом.
ij
ij
ij
ij
ij
Микрооптическая система, заявленная в настоящем техническом решении, представляет собой плоский фазовый оптический элемент, фрагмент которого представлен на фиг. 1. Оптический элемент состоит из элементарных областей R, размером до 50 микрон, обозначенных на фиг. 1 цифрой 1. Здесь i=1, 2, …N; j=1, 2, …N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. В каждой элементарной области R содержится область Q, обозначенная на фиг. 1 цифрой 2. Области Q заполнены фрагментами многоградационного киноформа 3, формирующего при освещении оптического элемента лазерным излучением асимметричное изображение для инструментального автоматизированного контроля. Размер пятна лазера порядка одного миллиметра. Внутрь пятна лазера попадает не менее сотни элементарных областей Q, что обеспечивает, в отличие от прототипа, возможность автоматизированного контроля в любой точке микрооптической системы.
На фиг. 2 приведен фрагмент киноформа, размером порядка 30 на 30 микрон, формирующего CLR. изображение. Глубина микрорельефа пропорциональна потемнению в каждой точке фиг. 2. Различают два типа микрорельефа плоских фазовых оптических элементов: симметричный, как показано на фиг. 3, и ассиметричный, как показано на фиг. 4. Для формирования скрытых изображений можно использовать бинарные киноформы. Бинарный киноформ имеет симметричный микрорельеф. Такие оптические элементы (с симметричным микрорельефом) могут формировать только симметричные относительно нулевого порядка дифракции изображения. Для формирования ассиметричных изображений используется многоградационный киноформ (A.V. Goncharsky, A.A. Goncharsky Computer Optics & Computer Holography Moscow University Press 2004).
ij
Способ формирования скрытых изображений, используемый в данном изобретении, получил название киноформов. Киноформ, как оптический элемент, был представлен в работе (L.B. Lesem, P.M. Hirsch,J.A.Jr. Jordan, The kinoform: a new wavefront reconstruction device, IBM J. Res. Dev., 13 (1969), 105-155). В заявленной полезной модели для формирования CLR изображений используются многоградационные киноформы. Многоградационный киноформ формирует заданное изображение, но в отличие от тонких голограмм, записанных путем регистрации интерференционной картины, многоградационный киноформ формирует на заданной длине волны только одно изображение и при этом весь падающий на него свет дифрагирует в один порядок дифракции. Таким образом, многоградационный киноформ имеет максимальную теоретическую эффективность при формировании произвольных изображений. Задача расчета микрорельефа многоградационных киноформов относится к сложным обратным задачам. Существуют алгоритмы, позволяющие рассчитать микрорельеф многоградационного киноформа по заданному изображению в фокальной плоскости. (A.V. Goncharsky, A.A. Goncharsky Computer Optics & Computer Holography Moscow University Press 2004). Фрагменты киноформа, расположенные в областях Q, формируют в фокальной плоскости одно и тоже CLR-изображение. Пример такого изображения приведен на фиг. 5. Яркая точка в центре фиг. 5 соответствует нулевому порядку дифракции.
На фиг. 6 приведена оптическая схема формирования CLR изображений при инструментальном контроле. Визуализация CLR изображений осуществляется с помощью лазерного излучения. Лазерный луч 4 падает перпендикулярно на оптический элемент 5 формируя в фокальной плоскости 6 CLR изображение, фрагмент которого обозначен цифрой 7.
Для изготовления оригинала микрооптической системы используется электроннолучевая литография. Эта технология наукоемка и хорошо защищена от подделок. Заявляемая полезная модель допускает массовое тиражирование оптических элементов, поскольку для их изготовления можно использовать стандартную технологию тиражирования голограмм, в том числе в виде фольги горячего тиснения. На практике процесс изготовления плоского оптического элемента включает следующие стадии: расчет параметров и структуры микрорельефа плоских оптических элементов, формирующих защитные изображения, формирование рассчитанного микрорельефа на плоском носителе с помощью электронно-лучевой литографии. Далее следует стандартная технология массового тиражирования голограмм, а именно, гальванопластика, прокатка, нанесение клеевых слоев, резка и т.д. Возможность использования стандартного голографического оборудования для массового тиражирования позволяет изготавливать заявляемые в качестве полезной модели микрооптические защитные системы по низкой цене.
В качестве примера реализации полезной модели была изготовлена микрооптическая система, визуальное изображение которой, при освещении белым светом, приведено на фиг. 7.
ij
ij
В качестве CLR изображения для инструментального контроля использовалось изображение, представленное на фиг. 5. Фрагмент микроструктуры многоградационного киноформа приведен на фиг. 2. Формируемое в когерентном свете CLR изображение является асимметричным. Площадь областей Q составляла 20 процентов площади элементарных областей R.
Микрорельеф плоских оптических элементов записывался с помощью электроннолучевой литографии (электронный литограф Carl Zeiss ZBA-21) на пластинах с электронным резистом. Разрешение электронного литографа - 0.1 микрона. Глубина микрорельефа оптического защитного элемента составляла от 100 до 300 нм. Размер оптического защитного элемента составил 20×34 мм. Из изготовленных пластин с электронным резистом после их металлизации с помощью гальванопластики были изготовлены мастер матрицы микрооптических систем. После стандартной голографической процедуры мультипликации были изготовлены мультиплицированные мастер-матрицы, с которых были изготовлены рабочие матрицы для прокатки. На стандартном оборудовании для прокатки фирмы James River была изготовлена голографическая фольга. После нанесения клеевых слоев были изготовлены образцы оптических защитных элементов. Толщина оптических защитных элементов составляла 19 микрон.
Изготовленные образцы продемонстрировали возможность как визуального, так и автоматизированного инструментального контроля микрооптической системы. Микрооптическая система, представленная в полезной модели, может быть эффективно использована для защиты банкнот, сертификатов, чеков, пластиковых карт.