ЛАЗЕРНЫЙ МИКРОПЕРФОРАТОР ДЛЯ ЗАЩИТЫ И ИНДИВИДУАЛИЗАЦИИ ГОЛОГРАММ

Область техники.
Полезная модель относится к средствам защиты и индивидуализации голограмм, предназначенных для маркирования и защиты от подделки товаров, продукции и изделий.
Уровень техники.
Проблема защиты голограмм от подделок возникла в первую очередь в связи с тем, что радужные (как один из видов защитных) голограммы широко используются как средство защиты документов и денежных купюр от подделки. В основном радужные голограммы защищают от подделки путем введения в них различных защитных элементов. Данные защитные элементы по способу их получения на голограмме можно разделить на полиграфические, голографические, оптические и механические.
При реализации полиграфического способа защиты голограмм защитные элементы в виде микроизображений, штрих-кодов, бар-кодов наносятся на голограмму при помощи печати. Подделка полиграфических элементов защиты на сегодняшний день не представляет больших сложностей.
При реализации голографического способа защиты голограмм защитные элементы вносятся на стадии изготовления мастер-голограммы.
В одном из первых вариантов реализации голографического способа защиты голограммы было предложено совместно с радужной голограммой, видимой невооруженным глазом при освещении естественным светом, записывать еще одну голограмму, изображение с которой может быть считано только лазером (см., например 1 US 5,499,116 of Mar.12, 1996 [1]). Записанное таким образом изображение принято называть скрытым изображением. Практически это означает, что скрытое изображение дополнительной голограммы находится на достаточно большом расстоянии от плоскости голограммы и при освещении некогерентным светом оно смазывается из-за дисперсии и становится практически невидимым. Однако, такое скрытое изображение легко восстанавливается лазерным лучом и поэтому не может обеспечить достаточную защиту от подделки, так как оно может быть скопировано и затем записано на новую голограмму. Кроме того, подобное изображение является единым (неизменным) для серии голограмм,
полученных с исходной мастер-голограммы путем тиражирования, что не позволяет произвести индивидуализацию каждой голограммы из серии.
В патенте РФ №2110411 от 10.05.98 г. [2] описано устройство, в котором дополнительная защитная голограмма записывается в виде тонкой (несколько десятков микрон) полоски, для формирования которой используется цилиндрическая оптика. Вследствие малых размеров такая голограмма трудно различима, а сложность изготовления цилиндрических линз делает затруднительным восстановление записанного изображения и, соответственно, изготовление подделок. Вместе с тем для восстановления изображения в этом случае необязательно иметь точно такие же цилиндрические линзы, как при изготовлении голограммы, что позволяет расшифровать голограмму, имея другой набор линз. Индивидуализация каждой голограммы из серии при таком способе регистрации дополнительной защитной голограммы на мастер-голограмму также невозможно.
Были также предложены схемы изготовления защитных голограмм с использованием матового стекла в качестве пространственного модулятора волнового фронта с установкой его в канал объектного луча (Javidi В., Zhang G., Li J. Experimental demonstration of the random phase encoding technique for image encryption and security verification. Opt. Eng., 1996., V.35, №9, р.2506-2512. [6]). Такие схемы обеспечивают высокую степень защищенности голограммы, однако, они требуют очень точного позиционирования голограммы при считывании (единицы микрон) для раскодирования изображения. Кроме того, для восстановления неискаженного скрытого изображения требуется декодирующая маска, которая должна быть точной копией матового стекла, использовавшегося при записи голограммы; изготовление таких копий является сложной проблемой.
Основным недостатком таких устройств и схем является то, что нельзя будет отличить одну голограмму из серии от другой по данному защитному элементу, то есть отсутствует индивидуализация голограмм серии.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является описанное в патенте US 7,126,082 of Oct.24, 2006 [7] устройство для лазерной микроперфорации, принятое в качестве прототипа. Данное устройство представляет собой лазерный двухкоординатный гравер. В нем лазерное излучение через систему зеркал и фокусирующий объектив направляется на заготовку. Оптическая часть - оптическая головка (набор зеркал и фокусирующий объектив) установлена в каретке, состоящей из различных кронштейнов. Сама каретка установлена на двухкоординатных направляющих, которые позволяют смещать ее относительно основания. Излучение от лазерного излучателя в оптическую
головку попадает через систему рефлекторов (зеркал). Верхняя часть основания является рабочей поверхностью для установки заготовки, на которую будет нанесена гравировка. В данном устройстве предусмотрена возможность фокусировки излучения на заготовке.
Недостатками данного устройства являются:
1) использование двух линейных направляющих для реализации перемещения каретки приводит к увеличению габаритов устройства;
2) использование лазерного излучателя, установленного вне перемещаемой каретки, приводит к увеличению габаритов устройства;
3) использование длиннофокусной оптики приводит к невозможности лазерной гравировки подслоя многослойных структур без нарушения вышележащих слоев.
Сущность полезной модели.
Задачей настоящей полезной модели является повышение степени защищенности от подделки голограмм, используемых для маркировки изделий, а также индивидуализация голограмм.
Техническим результатом полезной модели является установка, способная создавать в термолаковом или металлизированном слое радужной голограммы скрытого кодированного микроизображения. Данное изображение получается при помощи микроперфорации лазерным пучком, сфокусированным в соответствующем слое голограммы, уменьшения габаритов устройства.
Технический результат достигается за счет того, что:
- поперечное перемещение каретки с оптической головкой относительно перфорируемого образца (голограммы) осуществляют по линейной направляющей; продольное перемещение образца с перфорируемой голограммой осуществляют при помощи протяжки перфорируемого образца (голограммы) между ведущим и ведомым валом, либо между ведущим валом и прижимом (пружиной);
- в качестве фокусирующего компонента в оптической головке используется короткофокусный микрообъектив, что позволяет сфокусировать излучение не только на поверхности перфорируемого образца, но и в заданном слое перфорируемого образца в случае, если он представляет собой слоистую структуру (каким, например, является голограмма), при этом перфорируется только заданный слой, а прилежащие слои не затрагиваются;
- в качестве лазерного излучателя используют лазерный диод либо лазерный диод с волоконным выходом и его размещают непосредственно в оптической головке.
Описание изобретения и прилагаемых фигур.
Основные принципы, используемые для решения проблем, рассматриваемых в настоящем изобретении, иллюстрируются прилагаемыми фигурами.
На фиг.1 представлен вариант конструкции лазерного микроперфоратора.
На фиг.2 представлены варианты механизма протяжки образца с перфорируемой голограммой.
На фиг.3 представлены два варианта оптической схемы лазерного микроперфоратора.
На фиг.4 представлены примеры скрытых кодированных микроизображений.
Ниже приведено подробное описание предлагаемых решений поставленных проблем и принципов функционирования представленных на фигурах устройств.
Основной задачей применения лазерной микроперфорации при защите голограмм является создание (прожиг) в заданном слое голограммы скрытого кодированного микроизображения. Еще одной задачей внесения в голограмму такого защитного элемента как скрытое кодированное микроизображение является индивидуализация голограммы. Для решения поставленных задач предлагается использовать лазерный микроперфоратор, который позволяет сфокусировать лазерное излучение в заданный слой защитной (радужной) голограммы. В настоящее время преобладают два типа радужных голограмм: голограммы на фольге горячего тиснения и самоклеящиеся голограммы. Для голограмм на фольге горячего тиснения необходимо создавать скрытые кодированные микроизображения в слое металлизации, а для самоклеящихся голограмм - в термолаковом слое, который находится между слоем металлизации (нижний слой) и слоем лавсана (верхний слой). Данный лазерный микроперфоратор позволяет получать скрытые кодированные микроизображения как на голограммах на фольге горячего тиснения, так и на самоклеящихся голограммах при минимальных перенастройках режима лазерной перфорации.
На фиг.1 представлен вариант конструкции лазерного микроперфоратора. В предложенном варианте конструкции на вертикальных стойках основания 3 закреплены шаговые двигатели 2 и 9. Двигатель 9 обеспечивает поперечное смещение каретки 7 с оптической головкой 8 посредством зубчатого ремня 11. Зубчатый ремень 11 жестко прикреплен к каретке 7 и приводится в зацепление с двигателем 9 через шестеренку, закрепленную на валу двигателя 9. Поперечное смещение каретки 7 происходит по двум линейным направляющим 4 и 12. Начальное (нулевое) положение каретки 7 задается оптопарой 10. Продольное перемещение образца с перфорируемой голограммой осуществляется механизмом протяжки образца с перфорируемой голограммой. Данный механизм состоит из ведущего вала 6 и набора пружин 5. На конце ведущего вала 6
закреплена шестерня, которая является последней (выходной) шестерней редуктора 1. Первая (входная) шестерня редуктора 1 закреплена на валу двигателя 2.
На фиг.2 представлены варианты механизма протяжки образца с перфорируемой голограммой. На фиг.2(а) представлен вариант механизма протяжки, в котором образец с перфорируемой голограммой прижимается к ведущему валу 6 при помощи пружины 14. На фиг.2(б) представлен вариант механизма протяжки, в котором образец с перфорируемой голограммой прижимается к ведущему валу 6 при помощи пружины с роликом на конце 5. Использование ролика позволяет уменьшить трение пружины об образец с перфорируемой голограммой, что, в свою очередь, улучшает точностные параметры при перфорации скрытого кодированного микроизображения. На фиг.2(в) представлен вариант механизма протяжки, в котором образец с перфорируемой голограммой протягивается между ведущим валом 6 и прижимающим валом 13. При этом возможно протягивание между валами 6 и 13 как самого образца, так и специального ложемента, в который устанавливается образец с перфорируемой голограммой. Один из вариантов ложемента под образец в виде пластиковой карты показан на фиг.2(г). При этом на основание 3 устанавливаются две линейные направляющие 17, к которым при помощи кронштейнов 15 и 18 крепится столик ложемента 16, в котором имеется проточка под образец с перфорируемой голограммой (например, под пластиковую карту). В случае использования в качестве механизма протяжки варианта, представленного на фиг.2(в), в валах 6 и 13 делаются проточки под направляющие 17. Использование ложемента под образец также улучшает точностные параметры при перфорации скрытого кодированного микроизображения, поскольку жестко позиционирует образец с голограммой относительно оптической головки 8 в течение всего времени перфорации.
На фиг.3 представлены два варианта оптической схемы головки 8 лазерного микроперфоратора. Излучение из полупроводникового лазерного диода 19 фокусируется при помощи микрообъектива 21 в выбранном слое радужной голограммы (рис.3(а)). На рис.3(б) представлена модифицированная схема. С целью уменьшения габаритов оптической головки предлагается использовать оптическое волокно. При этом излучение из полупроводникового лазерного диода 19 проходит через оптическое волокно 20 и фокусируется при помощи микрообъектива 21 в выбранном слое радужной голограммы. В этом случае торец оптического волокна 20 переизображается микрообъективом 21 выбранный слой радужной голограммы с необходимым увеличением. Данная схема позволяет поместить полупроводниковый лазерный диод вне перемещаемой каретки, в которой располагается оптическая часть лазерного микроперфоратора, без использования зеркал и усложнения схемы.
На фиг.4 представлены примеры скрытых кодированных микроизображений. На фиг.4(а) представлено изображение, состоящее только из оптических единиц. Структура такого изображения - шахматная диагональная сетка, в узлах которой наличествует или отсутствует перфорированная точка. Если точка в узле сетки есть, то говорится о наличии в данном узле сетки оптической "1", если точки в узле сетки нет, то говорится о наличии в данном узле сетки оптического "0". На фиг.4(б) представлено скрытое кодированное микроизображение с наличием оптических "0" и "1". Именно изображения такого вида перфорируются на голограммы. При этом можно считать данное изображение "бинарным словом". Например, для фиг.4(б) показано слово "010001-111111-100100-101111-110000-111111-011001-011111-101111-110111-111111-111111". В данном слове знак "-" не несет никакой информации, а служит для разделения строк (для удобства восприятия). По краям изображения располагаются реперные объекты (квадраты). Они имеют большой (по сравнению с точками и расстояниями меду ними) размер и служат для привязки изображения при его захвате и обработке.
Установка работает следующим образом.
На этапе 1 производится получение случайной последовательности чисел - "бинарного слова" при помощи аппаратного или программного генератора случайных чисел. Выбор между программным и аппаратным генератором случайных чисел осуществляется с точки зрения необходимой степени защищенности документа, маркированного защитной радужной голограммой. Аппаратный генератор более дорог, но обеспечивает большую степень защищенности. Бинарное слово представляет собой случайную последовательность чисел, которая делится на строки с необходимым количеством чисел в строке.
На этапе 2 производится ввод и сохранение в базе данных информации для идентификации конкретной голограммы. Данная информация состоит из:
- пароля, вводимого с клавиатуры компьютера;
- информации по носителю защитной (радужной) голограммы, вводимой с клавиатуры компьютера;
- кодированного микроизображения в виде "бинарного слова", полученного от аппаратного (или программного) генератора случайных чисел.
Пароль, вводимый с клавиатуры, необходим для обеспечения доступа к базе данных конкретного пользователя и выбора из базы необходимого электронного ключа. Данным ключом является "бинарное слово", соответствующее проверяемому скрытому кодированному микроизображению и сохраненное в базе данных вместе с введенным
паролем. Информация по носителю защитной (радужной) голограммы может состоять как из логотипа, так и из текста описания.
На этапе 3 в программе управления лазерным микроперфоратором производится ввод режимов перфорации (таких как скорости работы шаговых двигателей, длительности импульса при перфорации одной точки и т.д. и ввод параметров перфорируемого скрытого кодированного микроизображения).
По окончании лазерной перфорации получается защитная (радужная) голограмма со скрытым кодированным микроизображением.
На стадии проверки защитной (радужной) голограммы со скрытым кодированным микроизображением с клавиатуры вводится пароль, по которому из базы данных выбирается электронный ключ, сравнивается с оптическим ключом (которым является скрытое кодированное микроизображение, перфорированное на защитной голограмме), и в случае совпадения ключей на экран монитора выдается информация по носителю защитной голограммы.
Предлагаемый лазерный микроперфоратор для защиты и индивидуализации голограмм может быть использован для повышения эффективности системы защиты от подделки голограмм. Изготавливаемые в соответствии с настоящей полезной модели защитные голограммы и лазерный микроперфоратор могут быть использованы также для защиты от подделки широкого круга изделий массового спроса.