РАСТРОВО-МУАРОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
RASTER-MOIRE OPTICAL SYSTEM

Изобретение относится к классу элементов защиты от подделок, структурному элементу защищенной от подделок полиграфической продукции (сокращенно ЗПП), обладающему специальными характеристиками, контролируемыми визуально. Элемент защиты представляет собой растрово-муаровую оптическую систему сокращенно «РАМОС» на полимерной пленке, характеризующуюся тем, что она составлена из множества мелких однотипных оптических элементов, пространственно расположенных на какой-либо общей поверхности и действующих в оптическом отношении как одно целое оптическое устройство с зум-эффектом.
Из уровня техники известно много способов получения изображений на защищенных от подделок документах. Большинство известных способов защиты документов от подделок основаны на получении скрытого изображения с использованием муарового изображения.
Из патента US 2004076310 (дата приоритета 16.10.2002) известен способ аутентификации предметов, таких как документ или изделие с использованием устройства защиты. Устройство для защиты содержит основной слой с полосами, содержащими не повторяющуюся последовательность основных полосовых узоров и обнаруживающий слой, содержащий обнаруживающую линейную сечку, состоящую из прозрачных линий, цилиндрических микролинз. Суть способа состоит в наложении основного слоя и обнаруживающего слоя друг на друга, образованием муаровых узоров и дальнейшим сравнением этих узоров с опорными муаровыми узорами, что обеспечивает повышенную защиту документа или изделия.
В способе защиты от подделок в документах, раскрытом в патенте LT 4922 для идентификации скрытого изображения, внесенного в растр основного, необходимо на печатное изделие наложить контрольный шаблон, который в данном случае представляет собой нанесенный на подложку деформированный растр, использованный при нанесении скрытого изображения. При наложении шаблона любые отклонения в геометрии растра, даже не превышающие одного интервала между линиями, проявят себя как образовавшиеся более темные и более светлые участки, что способствует качеству изображения.
При осуществлении данный способ требует решения алгоритмически трудновыполнимой задачи построения растра с внесением в обычный алгоритм растрирования дополнительных переменных, что существенно ограничивает возможности.
В некоторых источниках информации, например в патенте RU 2268152 (дата приоритета 11.08.2004), описан способ для получения скрытого изображения печатной продукции путем наложения на печатное изделие контрольного шаблона. Причем скрытое изображение выполнено с возможностью его визуализации полутонах или контурно, при наложении контрольного шаблона. Причем контрольный шаблон представляет собой прозрачную подожку, с нанесенным на нее линейным растром, угол и линиатура которого идентичны заданным. Наложение оптического ключа на изображение под соответствующими углами проявит два скрытых изображения. Чтобы не вызвать муара при совмещении слоев в такой композиции, деформация структуры растра должна быть незначительной. Будет ли скрытое изображение проявляться с сохранением полутонов или контурно, зависит от установленного значения деформации. При смещении оптического ключа по поверхности проверяемого изделия скрытое изображение будет менять оттенки.
Однако ни в одном из известных способов для получения скрытого изображения не используется элемент защиты, описанный в настоящем изобретении, при использовании которого в способе получения изобразительной информации обеспечивается высокая защита полиграфической продукции от контрафакта, подделок (воспроизведения) и копирования.
Техническим результатом заявленного способа получения скрытого изображения для защиты от подделок защищенной полиграфической продукции с использованием описанного ниже элемента защиты является высокая защита полиграфической продукции за счет того, что элемент защиты, используемый в описываемом способе, работает по принципу процесса выборочного удаления контрастной маски с поверхности прозрачного носителя до получения негативного или позитивного изображения микросюжета.
В качестве маски в элементе защиты используют фоторезист, который проявляется и фиксируется при помощи классических фотопроцессов. Предложенный элемент защиты имеет высокую степень защиты от воспроизведения и копирования.
Элемент защиты представляет собой растрово-муаровую оптическую систему («РАМОС»), характеризующуюся тем, что она составлена из множества мелких однотипных оптических элементов, пространственно расположенных на какой-либо общей поверхности и действующих в оптическом отношении как одно целое оптическое устройство с зум-эффектом.
Растрово-муаровая оптическая система для защиты от подделок защищенной полиграфической продукции, представляющая собой комбинацию из двух полимерных пленок, одна из которых является защитным элементом и содержит в узлах растровой решетки микросюжетную скрытую информацию размером 30-50 мкм, а вторая пленка является оптическим анализатором и содержит растровую решетку из сферических плоско-выпуклых микролинз размером 40-70 мкм, комбинация из защитною элемента и оптического анализатора, действуя как единое целое, образует растрово-муаровую оптическую систему, в которой поверх полимерной пленки, содержащей в узлах растровой решетки микросюжетную скрытую информацию, накладывают пленку, содержащую растровую решетку из сферических плоско-выпуклых микролинз размером 40-70 мкм, с последующим максимально точным совмещением центров растровых решеток обеих пленок для визуализации скрытого изображения.
Основными свойствами растровых оптических систем являются: анализирующее свойство, интегрирующее свойство, множащее свойство и фокусирующее свойство.
При анализе тест-объекта растровым оптическим анализатором изображение в фокальной плоскости растра разбивается на дискретный ряд элементарных изображений, характер и совершенство которых зависят от формы и типа элементов, составляющих тест-объект.
Ход лучей света, полученных в фокальной плоскости растрового оптического анализатора, восстанавливает в предметном пространстве сложную муаровую интегральную картинку тест-объекта. Синтезирование пространственного образа тест-объекта посредством отдельных оптических элементов растра лучами, восстанавливаемыми от каждого элементарного изображения, носит интегрирующий характер.
Изменение масштаба изображения тест-объекта происходит в результате зуммирущего эффекта растрово-муаровой оптической системы, возникающего в результате наложения двух периодических структур друг на друга и плавного изменения угла поворота между ними.
Предложенный элемент «РАМОС» имеет высокую степень защиты от воспроизведения и копирования. Все носители реквизитов, такие как ценные бумаги, идентификаторы личности, перевозочные документы, этикетки и другие ценные предметы, по усмотрению эмитента снабжаются защитными элементами. Эти элементы позволяют проверить подлинность носителя информации и одновременно служат его защитой от контрафакта и подделки. Конструктивно элемент «РАМОС» может быть применен во всех типах ЗПП в качестве защитной межслойной пленки различных исполнений, например, представляющей собой комбинацию из двух полимерных пленок, одна из которых содержит в узлах растровой решетки микросюжетную (скрытую) информацию размером 30-50 мкм, а вторая является растровой решеткой из сферических плоско-выпуклых микролинз размером 40-70 мкм, видимой на просвет; в этикеточной промышленности в качестве элемента, выполняемого непосредственно на поверхности носителя информации и других исполнениях, где есть возможность применить проходящий или отраженный свет.
Для анализа тест-объекта необходим растровый оптический анализатор или, другими словами, ключ-анализатор. В качестве тест-объекта может служить матрица с набором микросюжетов, воспроизведение которых воссоздаст в предметном пространстве растрового оптического анализатора увеличенное повернутое изображение микросюжета. В процессе синтезирования оптического изображения регулярным растром пространственный образ тест-объекта восстанавливается не в единственном числе, а в виде некого множества подобных пространственных образов микросюжетов. Такое умножение изображений обусловлено появлением муара, когда взаимная ориентация решеток тест-объекта и ключа-анализатора отлична от πn/2.
Растровый оптический анализатор представляет собой классический линзовый растр - решетку с диоптрическими, т.е. преломляющими элементами в виде маленьких плоско-выпуклых линз, фокусирующих элементарные изображения в предметном пространстве растровой решетки. Предметным пространством в данном конкретном случае является пространство перед растровой решеткой, которое могло бы содержать увеличенный микросюжет в качестве объекта для экспонирования, если рассматривать этот процесс как интегральную фотографию по Липману.
Характер изображений, даваемых линзово-растровыми системами, зависит от оптических особенностей элементарных линз, составляющих данный растр, а распределение изображений, образуемых линзово-растровой системой, от закона распределения элементарных линз на поверхности растра и от формы поверхности растра или растров, входящих в данную оптическую систему.
Оптическая сила линзовых элементов растра может изменяться в самых широких пределах. Однако вследствие обязательной для всех растров малой величины поперечного сечения его элементов имеет место взаимосвязь апертуры линзового растра с длиной фокусного расстояния его оптических элементов. Чем короче фокусные расстояния элементарных линз, тем больше может быть апертура линзового растра, и наоборот. Апертура линзовых элементов растра определяет собой и широкоугольность растра, причем практически широкоугольность линзового растра равна угловой мере апертуры линзовых элементов.
м
Само повернутое увеличенное изображение микросюжета является сложным муаровым узором, механизм образования которого поясняется ниже. Пространственный спектр симметричной растровой решетки характеризуется ее частотой, равной линиатуре. Частоты одних решеток взаимодействуют с частотами других решеток, налагаемых друг на друга с произвольной ориентацией и пространственной фазой, порождая дополнительные периодические процессы различной мощности и частоты. При полном совпадении решеток период муара Т, стремясь к бесконечности, превосходит физические размеры оптической системы «РАМОС», поэтому мы не наблюдаем видимого сфокусированного изображения. При незначительном отклонении от этого угла начинают наблюдаться новые центры муаровых узоров, размер ячеек которых изменяется обратно пропорционально количеству самих центров.
2
Обе растровые решетки тест-объект и ключ-анализатор могут быть описаны в векторном действительном пространстве V. Двойка говорит о том, что мы рассматриваем координаты векторов на плоскости в двухмерном линейном пространстве. Каждая точка на плоскости тест-объекта и ключа может быть описана системой из m векторов
линейного двухмерного пространства, координаты которых заданы в одном и том же базисе.
Системе векторов (1) ставится в соответствии матрица
k
в k-м столбце которой записаны координаты вектора a(k=1,2, …, m).
Зная линиатуру L растровых решеток, можно вычислить период структуры растра Тр, с которым изменяется каждая последующая координата вектора
ik
m2
ik
m2
ik
m2
Зная период структуры растра, можно получить все координаты векторов исследуемого линейного двумерного пространства. Например, если обозначить через В матрицу, в которой каждый элемент i-й строки и каждый элемент k-го столбца матрицы равен Тр (3), то, совершив сложение двух матриц A=(a) и В - (b), мы получим новые координаты векторного двумерного пространства в виде матрицы C=(c).
Для того чтобы получить координаты векторов матрицы растрового оптического анализатора после поворота относительно тест-объекта на угол α, необходимо определить преобразование поворота всех векторов относительно начала координат. Матрица этого линейного преобразования имеет вид
Теперь, когда есть теоретическое описание всех основных физических понятий, связанных с работой элемента «РАМОС», можно приступить к описанию принципа работы самого изобретения.
Для получения видимого увеличенного изображения микросюжета необходимо специальным образом подготовить тест-объект. Тест-объект (фиг. 1; 1) представляет собой носитель микросюжетной информации (фиг. 1; 2) в виде контрастных участков изображения, выполненных на прозрачном материале, чаще всего применим полимер. Микросюжетная информация располагается строго в узлах растровой решетки с линиатурой L (фиг. 1), координаты точек которой могут быть описаны матрицей (2). Сам способ получения изобразительной информации представляет собой процесс выборочного удаления контрастной маски (фиг. 1; 4) с поверхности прозрачного носителя (фиг. 1; 3) до получения негативного или позитивного изображения микросюжета. В качестве маски может использоваться фоторезист, который проявляется и фиксируется при помощи классических фотопроцессов, либо может использоваться специальный краситель, который выборочно демаскируется лазером. Размер микросюжетов после удаления маски находится в пределах 30-50 мкм.
Также специальным образом готовиться растровый оптический анализатор. Ключ-анализатор (фиг. 1; 5) представляет собой растровую решетку из плоско-выпуклых микролинз (фиг. 1; 6) размером 40-70 мкм, нанесенных на прозрачный полимерный носитель (фиг. 1; 7). Характеристики растровой решетки должны строго совпадать по углу поворота и линиатуре L (фиг. 1) с характеристиками тест-объекта. Это первое важное условие, которое должно соблюдаться для получения видимого эффекта. Второе важное условие - это фокусное расстояние микролинз. Оно должно быть строго выдержано по всей плоскости ключа-анализатора и подобрано особым образом. В зависимости от фокусного расстояния микролинз будут получаться те или иные оптические эффекты в предметном пространстве растрового оптического анализатора. Наилучший эффект достигается, когда тест-объект находится строго в заднем фокусе линзы F (фиг. 1; 2). В этом случае все лучи света, пройдя через линзу, пойдут параллельно (фиг. 2). По этому принципу работают конденсоры и прожектора. Само фокусное расстояние подбирается толщиной прозрачного носителя микролинз, как правило, для этих целей используется полимерный материал.
Способ получения микролинз относится к классу специальных способов печати, применяемых для придания запечатываемой поверхности особых свойств и специальных характеристик. Исключительность данному способу печати придает объемность печатных элементов, получающихся в результате передачи капли на запечатываемую поверхность контактно-капельным высоким способом печати, сокращенно «КОНТКАПП» (контактно-капельная печать). Элементами, придающими поверхности особые свойства и специальные характеристики, являются микролинзы, пространственно расположенные на какой-либо общей поверхности и действующие в оптическом отношении как одно целое оптическое устройство.
После того как правильно подготовлены тест-объект (фиг. 4; 1) и ключ-анализатор (фиг. 4; 2) их необходимо наложить друг на друга для получения муаровой картинки. При незначительном отклонении совмещения пары от углов, кратных πn/2, происходит увеличение количества центров муарообразования, в которых и образуются сложные муаровые интегральные картинки тест-объекта. Вследствие увеличения количества центров муарообразования уменьшается его период Тм (фиг. 5). Зависимость периода муара Тм от угла поворота ключа-анализатора относительно тест-объекта показана на графике (фиг. 3). Муаровые структуры образуют сложные пересечения узлов растровых решеток, в которых происходит образование отдельно стоящих оптических элементов различной яркости, схожих по смыслу с пикселями экрана монитора. В тех местах, где микролинзы растрового оптического анализатора пересекают значительную часть микросюжетов тест-объекта, происходит большее либо меньшее пропускание рассеянного света от источника, расположенного за тест-объектом.
В зависимости от того, как выполнен тест-объект в негативном или позитивном исполнении, по-разному будет получаться изображение в предметной плоскости ключа-анализатора. Если тест-объект выполнен в позитиве, то микросюжет будет отображаться в предметном пространстве ключа-анализатора цветной, в зависимости от цвета маски, муаровой интегральной картинкой на прозрачном фоне (фиг. 6). Если он выполнен в негативе, то микросюжет будет отображаться белой муаровой интегральной картинкой на цветном, в зависимости от цвета маски, непрозрачном фоне (фиг. 7). Поворачивая ключ-анализатор относительно тест-объекта, или наоборот, получаются различные по масштабу изображения, мультиплицированные в предметном пространстве ключа-анализатора. Кроме того, в зависимости от угла поворота ключа-анализатора само изображение муаровой интегральной картинки тоже меняется. При повороте ключа-анализатора по часовой стрелке изображение микросюжета переворачивается и муаровая интегральная картинка становится читаемой снизу вверх (фиг. 8; 1). При повороте ключа-анализатора против часовой стрелки изображение микросюжета переворачивается и муаровая интегральная картинка становится читаемой сверху вниз (фиг. 8; 2). Количество мультиплицированных изображений зависит от взаимного расположения тест-объекта и ключа-анализатора
Пример 1
В данном примере описывается лист полимерной пленки, несущей микросюжетную информацию в позитивном исполнении, и лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, которые, действуя как единая оптическая система, воспроизводят в предметном пространстве линзового анализатора мультиплицированное изображение микросюжета с изменяющимся, в зависимости от положения анализатора относительно тест-объекта, масштабом.
Лист полимерной пленки с микросюжетной информацией является специальной термоформой, изготовленной на термочувствительной пленке Thermal Imaging Layer (сокращенно TIL-пленка). На этой пленке с помощью лазерного излучения с длиной волны 830 нм формируется позитивное изображение микросюжетной информации.
Верхний слой этой пленки является термочувствительным, он чувствителен к воздействию ИК-излучения. Для записи информации на термопленку TIL реализуется процесс возгонки, и после записи на нее изображения проявления не требуется. Запись микросюжетной информации производится на оборудовании типа Trendsetter NX, представляющем собой модификацию термального экспонирующего устройства компании «Kodak». Линиатура записи микросюжетной информации - 175 l/inch.
В рамках технологии Flexcel NX при записи микросюжетной информации на термопленку использовался режим ScuareSpot. Технология ScuareSpot заключается в формировании квадратных точек за счет равномерного распределения энергии излучения в лазерном пятне.
TIL-пленка представляет собой многослойную структуру общей толщиной всех слоев порядка 165 мкм. Подложка изготовлена из прозрачного полиэтилентерефталата (лавсан) толщиной до 10 мкм и композиции термочувствительного слоя. Регистрирующий излучение термочувствительный слой содержит пигменты, поглощающие ИК-излучение, и предназначен для записи изображения. Для защиты пленки от механических повреждений на ее поверхности располагается поверхностный (защитный) слой.
ж
Лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз является специальным образом отпечатанной полипропиленовой пленкой (сокращенно ПП-пленка). На эту пленку с помощью флексографической печатной машины нанесен фотополимерный материал компании Sericol, который по своим характеристикам отвечает следующим требованиям: коэффициент поверхностного натяжения σ - 35÷38 мН/м; вязкость - 8000 мПа·с.
Для переноса капли использовалась печатная форма Nylonflex FAH с характеристиками: твердость по Шору А - 60 единиц; линиатура записи конусовидных растровых элементов - 175 l/inch; площадь растровой точки - 30%.
3
2
Для формирования капли использовался анилоксовый вал Zecher Ceramic Anilox-Sleeve с характеристиками: линиатура - 250 l/inch; угол гравировки - 60.0°; емкость ячеек - 13 см/м.
Толщина листа полимерной пленки ключа-анализатора 35 мкм, из которых ПП-пленка составляет 15 мкм, высота печатного элемента (микролинзы) 20 мкм.
Для визуализации латентного изображения необходимо использовать просмотровый стол с проходящим светом. На рабочую поверхность просмотрового стола укладывается лист полимерной пленки с микросюжетной информацией, поверх него накладывается лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, при этом нужно максимально точно совместить центры растровых решеток обеих пленок. Наблюдая за изображением, получающимся при прохождении света сквозь совмещенные пленки, можно увидеть темно-серые увеличенные изображения микросюжета на прозрачном фоне (фиг. 6). При незначительном отклонении пары от углов, кратных πn/2, происходит увеличение количества центров визуализации микросюжетов, и одновременное изменение их масштаба от большего к меньшему значению, а, в свою очередь, и процесса формирования центров муарообразования.
Пример 2
В данном примере описывается лист полимерной пленки, несущей микросюжетную информацию в негативном исполнении, и лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, которые, действуя как единая оптическая система, воспроизводят в предметном пространстве линзового анализатора мультиплицированное изображение микросюжета с изменяющимся, в зависимости от положения анализатора относительно тест-объекта, масштабом.
Технология получения негативного изображения точно такая же, как в предыдущем примере за исключением записи изображения. На TIL-пленке с помощью лазерного излучения с длиной волны 830 нм формируется негативное изображение микросюжетной информации.
Для визуализации латентного изображения необходимо использовать просмотровый стол с проходящим светом. На рабочую поверхность просмотрового стола укладывается лист полимерной пленки с микросюжетной информацией, поверх него накладывается лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, при этом нужно максимально точно совместить центры растровых решеток обеих пленок. Наблюдая за изображением, получающимся при прохождении света сквозь совмещенные пленки, можно увидеть прозрачно-белые увеличенные изображения микросюжета на черном фоне (фиг. 7). При незначительном отклонении пары от углов, кратных πn/2, происходит увеличение количества центров визуализации микросюжетов и одновременное изменение их масштаба от большего к меньшему значению, а, в свою очередь, и процесса формирования центров муарообразования.
Результаты, полученные в ходе проведения гестов, подтверждают высокую степень защиты элемента «РАМОС» от копирования и подделки.