ЗАЩИТНАЯ МЕТКА ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДЛИННОСТИ ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к классу устройств, которые служат для идентификации подлинности определенного объекта, изделия, образца. Широко известны защитные голографические метки, иначе защитные голограммы (1), которые применяются для идентификации товаров, документов, важных бумаг. Защитная голограмма представляет собой сложную дифракционную структуру, в частности это рельефная отражающая структура, при облучении которой светом можно увидеть в отраженном световом пучке мнимое изображение некоторого кодового знака, который является свидетельством подлинности объекта. Наблюдение и идентификация кодового знака проводится визуально без применения измерительных приборов в связи с чем, существует вероятность пропуска подделки.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель является повышение точности идентификации подлинности объекта.
Технический результат достигается тем, что устройство идентификации защитной метки с рельефной структурой содержит лазер, диафрагму и фотодетектор, расположенные в нулевом порядке дифракционной картины, полученной при отражении лазерного пучка от поверхности метки, и угломерное устройство для измерения углов падения лазерного пучка.
Устройство идентификации защитной метки с рельефной структурой изображено на фиг.1, на фиг.2. приведена зависимость мощности излучения нулевого дифракционного порядка от угла падения.
Устройство содержит лазер 1, луч которого направлен на метку 2, покрытую отражающей металлической пленкой 3, диафрагму 4 и фотодетектор 5 с измерителем фототока 6, размещенные в нулевом дифракционном порядке лазерного пучка, отраженного от метки, шкалу 7 для отсчета углов падения-отражения лазерного пучка, при которых фиксируются максимальные и минимальные значения тока фотодетектора. Защитная метка представляет собой периодическую рельефную структуру с прямоугольным профилем, которая имеет глубину, лежащую в диапазоне от 3 до 10 длин волн лазерного излучения, и покрыта отражающей металлической пленкой
Устройство функционирует следующим образом. Пучок излучения лазера 1 направляют на периодическую рельефную структуру метки 2 под некоторым изменяемым углом падения Θ, который измеряют с помощью шкалы 7 в процессе идентификации образца. Плоскость падения-отражения параллельна линиям рельефа периодической структуры. При глубине периодического рельефа, превышающей длину волны лазерного излучения, зависимость величины мощности излучения нулевого дифракционного порядка в отраженной от рельефной структуры дифракционной картине от угла падения-отражения содержит несколько максимумов и несколько минимумов, при этом угловые координаты максимумов и минимумов зависят от глубины рельефа. Таким образом, для каждой глубины рельефа, заданной при изготовлении определен единственный набор угловых координат максимумов и минимумов мощности нулевого дифракционного порядка в отраженной от рельефной структуры дифракционной картине. Этот набор является кодом данной метки. Опознавание кода проводим по результатам измерений углов падения-отражения, при которых фиксируются максимумы и минимумы фототока на выходе измерителя фототока 6, включенного по схеме с обратным напряжением смещения. Величина фототока пропорциональна мощности излучения в нулевом дифракционном порядке в отраженной от рельефной структуры дифракционной картине. Набор значений измеренных угловых координат, при которых фиксируются минимумы и максимумы фототока (т.е. мощности излучения в нулевом дифракционном порядке) являются кодом достоверности подлинности образца. Технически наиболее простым решением является измерение угла между падающим лазерным пучком и отраженным пучком нулевого порядка дифракции, который равен удвоенному значению угла падения Θ.
Рассмотрим пример технической реализации. Пусть в качестве источника излучения используется гелий-неоновый лазер с длиной волны λ=0,6328 мкм. На поверхности образца изготовим рельефную решетку с прямоугольным профилем с периодом 100 мкм, с глубиной h=4λ=4·0,6328 мкм=2,5312 мкм≈2,53 мкм. Такая решетка может быть изготовлена путем формования термопластического материала с помощью матрицы с последующим нанесением высокоотражающей пленки из алюминия.
Для такой решетки зависимость мощности излучения нулевого дифракционного порядка от угла падения имеет вид, показанный на фиг.2. Угловые координаты максимумов и минимумов приведены в таблице 1:
Таблица 1.Угловые координаты максимумов и минимумов.
Угловые положения максимумов
Θ<sub>max1</sub>=29,0°
Θ<sub>max2</sub>=41,4°
Θ<sub>max3</sub>=51,3<sup>0</sup>
Θ<sub>max3</sub>=60,0°
Угловые положения минимумов
Θ<sub>min1</sub>=20,4°
Θ<sub>min2</sub>=35,7°
Θ<sub>min3</sub>=46,6°
Θ<sub>min4</sub>=55,8°
На этой же фигуре 2 показаны зависимости мощности излучения в нулевом дифракционном порядке от угла падения при некоторой величине отклонения глубины решетки от номинальной глубины на величину Δh=±0,05λ≈±0,03 мкм. Для идентификации верности кода необходимо изменять угол падения, при этом с помощью угломерного устройства и фотодиода, связанного с измерителем фототока, измерять углы при которых, наблюдаются максимумы и минимумы мощности излучения нулевого порядка. Зафиксировав эти значения углов, необходимо сопоставить их с данными таблицы. В случае совпадения с учетом некоторой заданной погрешности код признается правильным. Так, например, при погрешности значений глубины Δh=±0,05λ угловые отклонения максимумов и минимумов от номинальных значений, ΔΘ, приведены в таблице 2.
Таблица 2.Отклонения угловых положений максимумов и минимумов при условии отклонения глубины рельефа на А/г=±0,05/1 w±0,03 мкм.
Отклонения угловых положений максимумов
ΔΘ<sub>max1</sub>=±1,3°
ΔΘ<sub>max2</sub>=±0,8°
ΔΘ<sub>max3</sub>=±0,6<sup>0</sup>
ΔΘ<sub>max3</sub>=±0,4°
Отклонения угловых положений минимумов
ΔΘ<sub>min1</sub>=±1,8°
ΔΘ<sub>min2</sub>=±1,0°
ΔΘ<sub>min3</sub>=±0,7°
ΔΘ<sub>min4</sub>=±0,5°
max2
max3
max4
min2
min3
min4
Как видно, наибольшая чувствительность положения минимума и максимума к отклонению глубины рельефа наблюдается в первом минимуме и в первом максимуме. Если мы поставим условие ΔΘ≤1°, то в качестве кода следует принять следующие значения углов падения-отражения Θ, Θ, Θ, Θ, Θ, Θ.
Для пояснения приведенных результатов приведем ряд соотношений [2], по которым рассчитана форма графиков, показанных на фиг.2.
Зависимость мощности нулевого порядка дифракции лазерного пучка на решетке с прямоугольным профилем в форме меандра рассчитывается по следующей формуле (2):
пад
В этой формуле Р - мощность падающего лазерного излучения, R - коэффициент отражения пленки металла, нанесенной на поверхность решетки.
0
Угловые координаты максимумов и минимумов зависимости P(Θ) получаем путем дифференцирования формулы (1) и приравнивания производных нулю . Эти угловые координаты равны:
, где k=1,2,3…(2)
Источники информации:
1. Смык А.Ф., Куракин С.В., Крутов Б.П., Бондарев Л.А. Защитная голографическая метка. Патент Российской Федерации №2113358 от 25.04.1997.
2. Комоцкий В.А., Соколов Ю.М., Алексеев А.Н., Басистый Е.В. Исследование оптоэлектронного датчика угловых смещений на основе глубокой отражательной дифракционной решетки. Вестник РУДН. Серия Физика. М. Изд-во РУДН. 2009. №4. С.95-101.