EA030504B1 - Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity - Google Patents
Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity Download PDFInfo
- Publication number
- EA030504B1 EA030504B1 EA201600482A EA201600482A EA030504B1 EA 030504 B1 EA030504 B1 EA 030504B1 EA 201600482 A EA201600482 A EA 201600482A EA 201600482 A EA201600482 A EA 201600482A EA 030504 B1 EA030504 B1 EA 030504B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- optical element
- plane
- micro
- elementary
- optical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Credit Cards Or The Like (AREA)
- Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)
Abstract
Description
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.08.31
(21) Номер заявки 201600482
(22) Дата подачи заявки 2016.03.01
(51) Int. Cl. G02B 27/44 (2006.01)
(54) МИКРООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ
ВИЗУАЛЬНОГО И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ИЗДЕЛИЙ
030504 B1
030504 B1
(57) Заявляемая в качестве изобретения микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля подлинности изделий относится преимущественно к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карточек, банковских расчетных карточек, акцизных, идентификационных, контрольных марок, а также различных товаров народного потребления от подделки. Микрооптическая система согласно изобретению представляет собой бинарный киноформ, формирующий в когерентном свете в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, изображение для инструментального контроля. Киноформ разбит на элементарные области, в каждой из которых глубина микрорельефа постоянна. Глубина микрорельефа определяет цвет, видимый наблюдателю в каждой элементарной области, при освещении оптического элемента белым светом. Совокупность существенных признаков изобретения обеспечила достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности контроля защищаемых с его помощью изделий за счет получения легко контролируемого визуального эффекта, а также возможности инструментального контроля микрооптической системы в когерентном свете, включая автоматизированный контроль. Реализация микрооптической системы формирования визуальных изображений возможна с использованием существующего стандартного оборудования.
030504
Заявляемая микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля подлинности изделий относится к области оптических защитных технологий, преимущественно к так называемым защитным меткам, используемым для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг, брендов и т.д.
В настоящее время для удостоверения подлинности документов, банкнот и брендов широко используются голографические защитные технологии. Защитная голограмма представляет собой плоский фазовый оптический элемент, в котором превращение волнового фронта падающего излучения происходит как результат дифракции на микрорельефе глубиной в доли микрона. Голографические технологии предлагают широкий набор как визуальных, так и экспертных защитных признаков. К экспертным защитным признакам относятся микронадписи размером от десятков микрон до нескольких сотен микрон, нанотексты размером в несколько микрон, микроизображения и т.д. (Optical Document Security, Third Edition, Rudolf L. Van Renesse. Artech House, Boston, London, 2005).
Особое место среди экспертных признаков занимают так называемые CLR (Covert laser-readable) изображения, которые визуализируются с помощью лазерного излучения. Как правило, в плоском оптическом элементе выделяется область, которая формирует CLR-изображение, а остальная область оптического элемента используется для формирования визуальных защитных признаков. Область для формирования CLR-изображения при наблюдении в белом свете окрашена в серый цвет, что накладывает определенные ограничения на дизайн оптического элемента. Контроль скрытого CLR-изображения в таких элементах возможен не на всей области элемента, а только в специальной выделенной области. Разработаны приборы для визуализации CLR-изображения (Промышленный образец № 64311 и № 74441).
Наиболее близкими к заявляемому изобретению (прототип) техническим решением по совокупности признаков является Евразийский патент на изобретение № 018419 "Способ защиты и идентификации защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления". Близкими к заявленному изобретению по совокупности признаков являются также два патента на полезную модель: "Микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля" № 140180 и "Микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля:" № 140190. Как в прототипе (Евразийский патент на изобретение № 018419), так и в полезных моделях (№ 140180 и № 140190) кроме контроля визуального изображения микрооптические системы допускают инструментальный контроль CLR-изображений.
В прототипе (Евразийский патент на изобретение № 018419 "Способ защиты и идентификации защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления") предложен способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что в защитные метки включают фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из ярких точек на окружности с центром на оси падающего лазерного излучения, с заданными угловыми расстояниями между точками. На основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отраженном от защитной метки лазерном свете, осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путем формирования инвариантного относительно поворота оптической защитной метки признака подлинности, представляющего собой последовательность угловых расстояний между яркими точками на окружности, который сравнивают с эталоном. Предложен вариант устройства для автоматизированного контроля подлинности микрооптической системы. В прототипе в плоском оптическом элементе выделяется область, которая формирует CLRизображение. Вся остальная область оптического защитного элемента используется для формирования визуальных защитных признаков.
Известные микрооптические системы (полезная модель № 140190 и № 140180) допускают как визуальный контроль, так и инструментальный контроль CLR-изображения. Формирование визуальных изображений в известной микрооптической системе (патент на полезную модель № 140190) осуществляется с помощью внеосевых линз Френеля. Известная микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля состоит из размещенного на плоской подложке плоского дифракционного оптического элемента. Дифракционный оптический элемент состоит из элементарных областей R^ размером до 50 мкм, i=1, 2, ...N; j=1, 2, ...N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. Часть площади каждой из элементарных областей R,, занимают оптические элементы с фазовой функцией равной константе, либо фрагменты внеосевых линз Френеля с параболоидной или седлообразной фазовой функцией. Другую часть площади каждой из элементарных областей R^ занимает область Qj внутри которой сформированы фрагменты киноформа, формирующего при освещении микрооптической системы лазерным излучением 2D изображение, используемое для инструментального контроля. Размер элементарных областей Qij не превосходит 50 мкм. Такая конструкция известной микрооптической системы обеспечивает возможность контроля CLRизображения на всей области оптического элемента.
Другая известная микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля (патент на полезную модель № 140180) представляет собой плоский оптический элемент, который состоит из элементарных областей R,,. размером до 50 мкм, i=1, 2, ... N; j=1, 2, ... N, где
- 1 030504
N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. Внутри каждой из элементарных областей R, часть площади занимает область Qy, заполненная фрагментами многоградационного киноформа. Остальная часть областей Ri заполнена дифракционными решётками, формирующими визуальное изображение.
В известных микрооптических системах (полезные модели № 140190 и № 140180) существует выделенная область для формирования CLR-изображения. Однако, в отличие от прототипа (Евразийский патент на изобретение № 018419), эта область состоит из множества элементарных областей размером менее 50 мкм, рассредоточенных по всей области оптического защитного элемента. Тем не менее, как в прототипе, так и полезных моделях № 140190 и № 140180, одна область формирует CLR-изображение, а другая область формирует визуальное изображение.
К недостаткам известных микрооптических систем можно отнести то, что как в прототипе, так и полезных моделях №№ 140190 и 140180, для формирования визуального изображения используются стандартные голографические элементы: фрагменты дифракционных решёток и линз Френеля. Дифракционная решетка, как и линза Френеля, обладает таким свойством, что при освещении её белым светом наблюдатель может видеть под определенным углом только монохроматическое изображение. При изменении угла наклона дифракционной решётки её цвет меняется, пробегая все спектральные цвета от синего до красного, поэтому обычные голограммы называют радужными. Другим недостатком известных голографических изображений, формируемых в 1-ом порядке дифракции, является сильная зависимость интенсивности сформированного изображения от угла поворота дифракционного элемента. Последнее связано с тем, что для обычной дифракционной решётки при повороте оптического элемента на 90° интенсивность изображения меняется в десятки раз. К недостаткам известных микрооптических систем можно отнести относительную доступность технологий, с помощью которых они могут быть изготовлены или имитированы.
Задачей настоящего изобретения является повышение защитной функции оптических элементов, используемых для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг и т. п., а также снижение уровня доступности технологий изготовления указанных защитных средств. Поставленная задача решается путём создания новых защитных признаков для визуального и инструментального контроля, включая автоматизированный контроль подлинности микрооптической системы. В заявленном изобретении, в отличие от прототипа и полезных моделей № 140190 и № 140180, каждая точка оптического элемента участвует как в формировании визуального изображения, так и формировании изображения для CLR-инструментального контроля.
В соответствии с изобретением описывается микрооптическая система для формирования изображений для визуального и инструментального контроля, представляющая собой плоский фазовый отражающий оптический элемент, отличающаяся тем, что область плоского оптического элемента разбита на N элементарных областей G;, i=1...N. В каждой из элементарных областей G;, i=1...N сформирован бинарный киноформ, диаграмма направленности которого сосредоточена в конусе θι<θ<θ2, 0<φ<2π, где угол θ отсчитывается от нормали к плоскости оптического элемента, φ - азимутальный угол в плоскости оптического элемента, причём глубина микрорельефа бинарного киноформа Ii, в пределах каждой элементарной площадки G, постоянна и лежит в пределах от 0.1 до 1 мкм. При освещении микрооптической системы белым светом наблюдатель видит цветное изображение, в котором каждая элементарная площадка G,, i=1...N, имеет цвет, который определяется глубиной микрорельефа h1, i=1...N. При освещении микрооптической системы лазерным излучением киноформ формирует в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, другое изображение, состоящее из кольцевых секторов, расположенных симметрично относительно нулевого порядка дифракции, причём угловое расстояние между кольцевыми секторами не превышает 10°.
Во втором варианте формулы изобретения описывается микрооптическая система для формирования изображений для визуального и инструментального контроля, представляющая собой плоский фазовый отражающий оптический элемент, отличающаяся тем, что область плоского оптического элемента разбита на N элементарных областей Gb i=1...N. В каждой из элементарных областей G;, i=1...N, сформирован бинарный киноформ, диаграмма направленности которого сосредоточена в конусе θ1<θ<θ2, 0<φ<2π, где угол θ отсчитывается от нормали к плоскости оптического элемента, φ - азимутальный угол в плоскости оптического элемента, причём глубина микрорельефа бинарного киноформа hi в пределах каждой элементарной площадки Gi постоянна и лежит в пределах от 0.1 до 1 мкм. При освещении микрооптической системы белым светом наблюдатель видит цветное изображение, в котором каждая элементарная площадка G;, i=1...N, имеет цвет, который определяется глубиной микрорельефа ht, i=1...N. При освещении микрооптической системы лазерным излучением киноформ формирует в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, симметричное монохроматическое изображение, состоящее из цифр и букв, расположенных по окружности с центром в нулевом порядке дифракции так, что угловые расстояния между соседними символами не превышают 10°.
В третьем варианте формулы изобретения описывается микрооптическая система для формирования изображений для визуального и инструментального контроля, представляющая собой плоский фазо- 2 030504
вый прозрачный оптический элемент, отличающаяся тем, что область плоского оптического элемента разбита на N элементарных областей Gt, i=1...N. В каждой из элементарных областей G;, i=1...N, сформирован бинарный киноформ, диаграмма направленности которого сосредоточена в конусе θ1<θ<θ2, 0<φ<2π, где угол θ отсчитывается от нормали к плоскости оптического элемента, φ - азимутальный угол в плоскости оптического элемента, причём глубина микрорельефа бинарного киноформа L в пределах каждой элементарной площадки G, постоянна и лежит в пределах от 0.1 до 1 мкм. При освещении микрооптической системы белым светом наблюдатель видит цветное изображение в отражённом и/или проходящем свете, в котором каждая элементарная площадка G,, i=1...N, имеет цвет, который определяется глубиной микрорельефа h,. i=1...N. При освещении микрооптической системы лазерным излучением киноформ формирует на прохождение и/или отражение в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, симметричное монохроматическое изображение, состоящее из цифр и букв, расположенных по окружности с центром в нулевом порядке дифракции так, что угловые расстояния между ними не превышают 10°.
В случае прозрачного оптического элемента скрытое CLR-изображение формируется как в отражённом, так и в проходящем свете. Цветные визуальные изображения при освещении оптического элемента белым светом также можно наблюдать визуально как в отражённом, так и в проходящем свете. При наблюдении цветного изображения в отражённом свете источник белого света и наблюдатель находятся с одной стороны от оптического элемента. При наблюдении на прохождение источник белого света и наблюдатель находятся с разных сторон от оптического элемента.
Центральным моментом заявляемого изобретения является использование плоских оптических элементов - киноформов, формирующих в когерентном свете заданное изображение в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента. Расчёт фазовой функции киноформа в области оптического элемента G сводится к решению нелинейного операторного уравнения относительно фазовой функции <р(х,у). Известно (Computer Optics & Computer Holography by A.V.Goncharsky, A.A.Goncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004), что скалярные волновые функции υ(ξ,η0-0) в плоскости z=0 и u(x,y,f) в плоскости z=f связаны соотношением:
u(x,y,f) = γ JJu(g.^.O-O)exp(>Ty(g,??))exp{iT
Скалярная волновая функция u(x,y,f) имеет модуль |u(x,y,/)| =F(x,y) и фазу, которая неизвестна. Задание изображения в плоскости z=f эквивалентно заданию вещественной функции F(x,y). Таким образом, приходим к операторному уравнению относительно неизвестной фазовой функции <р(х,у):
(1)
Здесь
Αφ —
γДи(£,)7,0-0)ехр(Цу>(£,7)>ехр{Ц·——"У——WgifJ (2j
2/
В формуле (2)
а λ - длина волны когерентного излучения.
В настоящее время существуют эффективные алгоритмы решения обратных задач синтеза плоских оптических элементов. Такие элементы получили название киноформов (Computer Optics & Computer Holography by A.V.Goncharsky, A.A.Goncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004), (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). Бинаризуя фазовую функцию <р(х,у), получаем маску бинарного киноформа.
Для формирования визуального цветного изображения область G оптического элемента разбивается на элементарные области G;, i=1...N. Глубина микрорельефа бинарного киноформа в пределах каждой элементарной области Gi постоянна и выбирается таким образом, чтобы обеспечить заданный цвет, который видит наблюдатель в области Gi. Цвет области Gi не является дифракционным и целиком определяется глубиной микрорельефа киноформа в области Gi.
На фиг. 1 представлена схема формирования скрытого CLR-изображения для автоматизированного контроля подлинности отражающего оптического элемента. На фиг. 2 представлен вариант схемы формирования скрытого CLR-изображения для инструментального контроля для отражающих оптических элементов. На фиг. 3 приведено изображение, формируемое бинарным киноформом для автоматизированного контроля. На фиг. 4 приведён вариант CLR-изображения для инструментального контроля. На фиг. 5 приведена маска фрагмента бинарного киноформа, формирующего заданное CLR-изображение для автоматизированного контроля. На фиг. 6 приведен вариант маски фрагмента бинарного киноформа, формирующего CLR-изображение для инструментального контроля. На фиг. 7 приведён профиль фрагмента микрорельефа бинарного киноформа. На фиг. 8 приведён вариант схемы разбиения оптического элемента на элементарные области Gi. На фиг. 9 и 10 представлены спектры дифрагированного отражённого света от элементарных областей разной глубины. На фиг. 11 приведен другой вариант схемы раз- 3 030504
биения оптического элемента на элементарные области G;. На фиг. 12 схематично приведено цветное изображение, формируемое оптическим элементом. На фиг. 13 приведена схема наблюдения цветного изображения для отражающих оптических элементов. На фиг. 14 приведена схема расположения кольца детекторов для автоматизированного контроля CLR-изображения. На фиг. 15 представлена схема формирования скрытого CLR-изображения для инструментального контроля подлинности оптического элемента, работающего на прохождение. На фиг. 16 приведена схема наблюдения цветного изображения для оптического элемента, работающего на прохождение.
На фиг. 1 представлена схема формирования скрытого CLR-изображения для автоматизированного контроля подлинности отражающего оптического элемента. Изображение формируется когерентным излучением. Луч лазера 1 освещает оптический элемент 2. Луч лазера падает на оптический элемент перпендикулярно ему. Изображение формируется в фокальной плоскости 3, параллельной плоскости оптического элемента. Угловое расстояние между фрагментами изображения 4 не превышает Δφ. Расстояние от фокальной плоскости до плоскости оптического элемента равно f. Диаграмма направленности отражённого от оптического элемента излучения сосредоточена в углах θ: θ1 <θ<θ2 для любого азимутального угла φ (0<φ<2π). Угол θ на фиг. 1 отсчитывается от нормали к плоскости оптического элемента. Точка 5 в центре изображения соответствует нулевому порядку дифракции. Скрытое CLR-изображение симметрично относительно нулевого порядка дифракции. На фиг. 2 представлена схема формирования скрытого CLR-изображения для инструментального контроля подлинности оптического элемента. Луч лазера 1 освещает оптический элемент 2. Луч лазера падает на оптический элемент перпендикулярно ему. Изображение формируется в фокальной плоскости 3, параллельной плоскости оптического элемента. Угловое расстояние между фрагментами изображения 4 не превышает Δφ. Расстояние от фокальной плоскости до плоскости оптического элемента равно f. Диаграмма направленности отражённого от оптического элемента излучения сосредоточена в углах θ: θ1 <θ<θ2 для любого азимутального угла φ (0<φ<2π). Угол θ на фиг. 1 и 2 отсчитывается от нормали к плоскости оптического элемента. Скрытое CLR-изображение симметрично относительно нулевого порядка дифракции. На фиг. 3 приведено изображение, формируемое бинарным киноформом для автоматизированного контроля в когерентном свете в фокальной плоскости z=f. Точка 5 в центре изображения соответствует нулевому порядку дифракции. Изображение расположено в кольце R^R< ρ<R+ΔR, 0<φ<2π и состоит из ярких кольцевых секторов. На фиг. 4 приведено изображение, формируемое бинарным киноформом для инструментального контроля. Точка 5 в центре изображения соответствует нулевому порядку дифракции. Скрытое CLR-изображение симметрично относительно нулевого порядка дифракции. На фиг. 5 приведена маска фрагмента бинарного киноформа, формирующего изображение, приведённое на фиг. 3. На фиг. 6 приведена маска фрагмента бинарного киноформа, формирующего изображение, приведённое на фиг. 4. На фиг. 7 приведён профиль фрагмента бинарного киноформа. На фиг. 8 приведен вариант схемы разбиения оптического элемента на элементарные области Gj. Минимальный размер элемент элементарных областей составляет 50 мкм, максимальный размер - вплоть до размера самого оптического элемента. На фиг. 9 приведен спектр дифрагированного излучения, отражённого от элементарной области глубиной h=0.32 мкм при освещении её белым светом. При такой глубине максимальное поглощение происходит на длинах волн красного цвета λ=0,64 мкм. Для наблюдателя такая область будет выглядеть серовато-синей. На фиг. 10 приведен спектр дифрагированного излучения, отражённого от элементарной области глубиной h=0.45 мкм при освещении её белым светом. При такой глубине максимальное поглощение происходит на длине волны синего цвета λ=0,45 мкм. Для наблюдателя такая область будет выглядеть бежевой. Элементарные области могут иметь сложную форму, отличную от прямоугольника, как это показано на фиг. 11. В каждой элементарной области Gj глубина микрорельефа бинарного киноформа hj постоянна и лежит в пределах от 0.1 до 1.0 мкм. Источник белого света характеризуется спектром, определяющим зависимость интенсивности излучения от длины волны λ. При падении белого света на бинарный микрорельеф с глубиной hj, происходит изменение спектра падающего излучения. Пока глубина микрорельефа hj много меньше длины волны λ, спектр падающего и дифрагированного излучения мало отличаются друг от друга. По мере увеличения глубины микрорельефа последовательно возникают условия гашения света с той или иной длиной волны. Сначала из белого света вычитается синий цвет (λ~400 нм), и мы наблюдаем дополнительный цвет - бежевый. Далее по мере увеличения глубины микрорельефа и, соответственно, увеличения длины волны "погасившихся" лучей, из непрерывного солнечного спектра вычитается зелёный цвет, и мы наблюдаем фиолетовый и т.д.
Одним из важных технических решений настоящего изобретения является использование киноформа, диаграмма направленности которого в монохроматическом излучении сосредоточена в конусе θι<θ<θ2, 0<φ<2π. При освещении киноформа белым светом каждая элементарная область Gj отражает в сторону наблюдателя свет с широким спектром. Это свойство принципиально отличает используемые в изобретении киноформы от дифракционных решёток. При освещении дифракционной решётки белым светом можно наблюдать только монохроматические (спектральные) цвета. В отличие от дифракционных решеток при освещении белым цветом элементарных областей Gj, заполненных киноформом, отражённое излучение также имеет широкий спектр. Цвет каждой элементарной области Gj, видимый наблю- 4 030504
дателю, определяется глубиной микрорельефа h;.
На фиг. 12 приведён пример цветного изображения, формируемого в белом свете отражающим оптическим элементом. В приведённом примере цветное изображение состоит из 7 различных цветов, схематично обозначенных на фигуре латинскими буквами a, b, c, d, e, f, g. Каждый цвет характеризуется глубиной микрорельефа элементарной области. На фиг. 13 приведена схема наблюдения цветного изображения, видимого в белом свете. Схемы наблюдения по пп.2 и 3 формулы изобретения отличаются только расположением источника света. В схеме на отражение источник и глаз наблюдателя находятся по одну сторону от оптического элемента, а в схеме на прохождение источник и наблюдатель находятся по разные стороны от оптического элемента. Белый свет от источника 8 падает на оптический элемент перпендикулярно ему. Глаз наблюдателя 6 находится под углом θ к нормали к оптическому элементу. Угол наблюдения θ лежит в пределах θ1<θ<θ2. Цифрой 7 обозначена область скрытого CLRизображения.
Особенностью формируемых цветных изображений является то, что цвета изображения в заявляемом изобретении, наблюдаемые в углах дифракции θ1<θ<θ2 не являются спектральными. При повороте оптического элемента на любой азимутальный угол φ цвет элементарных областей не меняется. Это свойство заявленной микрооптической системы обеспечивается конструкцией оптического элемента и формой диаграммы направленности киноформов, используемых в изобретении.
Кроме контроля визуального цветного изображения, заявленная микрооптическая система обеспечивает инструментальный контроль скрытого CLR-изображения. В варианте по п.2 изобретения скрытое изображение визуализируется в фокальной плоскости и контролируется наблюдателем. Для визуализации скрытого изображения можно использовать прибор визуализации скрытых изображений (промышленный образец № 74441). Вариант изобретения по п.1 предусматривает автоматизированный контроль скрытого изображения. В простейшем варианте прибора автоматизированного контроля можно использовать кольцевой детектор оптического излучения. На фиг. 14 представлена схема расположения оптических детекторов 9 в фокальной плоскости прибора автоматизированного контроля. Детекторы располагаются на окружности радиуса R с центром в нулевом порядке дифракции 5. Формируемое киноформом изображение состоит из ярких кольцевых секторов, расположенных в кольце R-AR< ρ <R+AR. а 0<φ<2π. На основе контроля сформированного CLR-изображения, полученного в отраженном от защитной метки лазерном свете, осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путем формирования инвариантного относительно поворота оптической защитной метки признака подлинности, представляющего собой последовательность угловых размеров кольцевых секторов и зазоров между ними, которые сравниваются с эталоном. Защитный признак легко контролируется наличием или отсутствием сигналов на кольцевом детекторе (фиг. 14). Изображения для автоматизированного контроля, формируемые в когерентном свете, в прототипе и настоящей заявке на изобретение отличаются друг от друга. В прототипе используются асимметричные относительно нулевого порядка дифракции изображения. В настоящей заявке на изобретение диаграмма направленности киноформа должна быть симметричной.
На фиг. 15 представлена схема формирования скрытого CLR-изображения для инструментального контроля подлинности оптического элемента, работающего на прохождение. В этом случае луч лазера от источника 1 и фокальная плоскость 3, в которой формируется изображение, находятся по разные стороны от оптического элемента 2. При использовании прозрачной микрооптической системы скрытое CLRизображение формируется как в проходящем, так и в отражённом свете. CLR-изображения в проходящем и в отражённом свете являются зеркальными относительно друг друга.
Микрооптическая система, выполненная как прозрачный оптический элемент, формирует цветные изображения как в проходящем, так и в отражённом свете. На фиг. 16 приведена схема наблюдения цветного изображения для оптического элемента, работающего на прохождение. В отличие от схемы формирования цветных изображений на отражение (фиг. 13), в случае формирования изображения на прохождение источник белого света 8 и глаз наблюдателя 6 находятся по разные стороны от оптического элемента 2. Цвета элементарных площадок G;, i=1...N на прохождение и отражение различаются.
Важным параметром, по которому отличаются скрытые изображения в заявленном изобретении и в прототипе, является угловой зазор Δφ между фрагментами изображения. В отличие от прототипа в заявленном изобретении угловые зазоры Δφ между яркими фрагментами изображения не должны превышать 10°. Именно это условие и симметричность диаграммы направленности киноформа обеспечивает независимость цветов визуального изображения при повороте оптического элемента на любой азимутальный угол.
Заявленные микрооптические системы надёжно защищены от подделки. Для синтеза цветных изображений в белом свете необходимо чтобы глубина микрорельефа в каждой элементарной области должна быть постоянна с точностью порядка 20 нм, причём точность формирования заданной глубины микрорельефа в разных областях также должна составлять порядка 20 нм. Технология, которая может реализовать такие точности, существует - это технология электронно-лучевой литографии. В мире существует всего несколько компаний, работающих в области защитных технологий с использованием электроннолучевой литографии. Высокая стоимость оборудования и наукоёмкость технологии электронно-лучевой
- 5 030504
литографии является надёжной защитой от подделки.
Заявляемое изобретение обеспечивает возможность как визуального, так и инструментального контроля, включая автоматизированный контроль подлинности.
Основными отличиями заявляемого изобретения от прототипа и близких к нему изобретений (патенты на полезную модель № 140180 и № 140190) являются:
1. В заявленном изобретении каждая точка оптического элемента участвует как в формировании визуального, так и в формировании скрытого CLR-изображения.
2. В отличие от прототипа, в котором CLR-изображение является асимметричным относительно нулевого порядка дифракции и формируется с помощью асимметричного микрорельефа, в заявленном изобретении CLR-изображение симметрично относительно нулевого порядка дифракции.
3. Цвета в изображении, формируемом при освещении микрооптической системы белым светом, имеют широкий спектр и не являются спектральными. Цветное визуальное изображение можно наблюдать в широком диапазоне углов.
4. При повороте оптического элемента на любой азимутальный угол φ цвет элементарных областей не меняется.
5. Технология изготовления заявленных микрооптических систем должна гарантировать точность воспроизведения микрорельефа порядка 20 нм, что надежно защищает заявленные микрооптические элементы от подделок.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечила достижение технического результата, заключающегося в повышении надёжности контроля защищаемых с его помощью изделий за счёт получения легко контролируемого визуального эффекта, а также возможности инструментального контроля микрооптической системы в когерентном свете, включая автоматизированный контроль.
Нижеприведённый пример конкретного выполнения изобретения подтверждает возможность осуществления изобретения, не ограничивая его объём.
Пример.
В качестве примера были рассчитаны и изготовлены микрооптические системы для визуального и инструментального контроля. Для синтеза оригинала плоского оптического элемента была использована электроннолучевая технология. Использовалась установка электроннолучевого экспонирования с изменяемой формой луча и с минимальным размером пиксела 0.1x0.1 мкм. Были изготовлены отражающие микрооптические системы по пп.1 и 2 формулы изобретения с размерами 25x50 мм, которые при их освещении когерентным светом формировали изображения, представленные на фиг. 3 и 4. Для формирования цветного изображения оптический элемент был разбит на 32 элементарных областей G;. Для изготовления микрооптической системы использовалось разбиение оптического элемента на элементарные области, представленное на фиг. 11. Цветное изображение, формируемое оптическим элементом, представлено на фиг. 12. Мозаичное изображение составлено из 7 цветов. Схема наблюдения цветного изображения на отражение представлена на фиг. 13. Визуальные изображения, формируемые оптическим элементом на отражение при его освещении белым светом, представлены на фиг. 12. Визуальные цветные изображения на изготовленных образцах наблюдаются в широком диапазоне углов θ: 5°<θ<50°.
На фиг. 9 и 10 представлены спектры дифрагированного отражённого света от двух элементарных областей с глубиной микрорельефа h1=0,32 мкм и h2=0,45 мкм. При глубине микрорельефа h|=0.32 мкм наибольшее поглощение в спектре дифрагированного света соответствует длине волны красного цвета λ1=0,64 мкм. Для наблюдателя такая область выглядит серовато-синей. При глубине микрорельефа h2 = 0.45 мкм наибольшее поглощение в спектре дифрагированного света соответствует длине волны λ2=0,45 мкм. Для наблюдателя такая область выглядит бежевой. Как видно из фиг. 9 и 10, спектры дифрагированного излучения для разной глубины микрорельефа отличаются друг от друга. Последнее означает, что области, имеющие разную глубину, имеют разную цветовую окраску.
Используя изготовленные оригиналы оптических элементов, были также изготовлены прозрачные микрооптические системы формирования изображений для визуального и инструментального контроля подлинности изделий. Прозрачная микрооптическая система позволяет формировать CLR-изображения в когерентном свете. CLR-изображения, формируемые в проходящем и в отражённом свете, являются зеркальными друг к другу. При освещении белым светом прозрачная микрооптическая система формирует цветное изображение как в проходящем, так и в отражённом свете. Цвета элементарных площадок G, на прохождение и отражение, вообще говоря, различны.
Проведённые исследования показали высокую эффективность предложенных в заявке решений. Скрытое CLR-изображение наблюдается в любой области оптического элемента при освещении лазерным светом. Цветное изображение, формируемое при освещении белым светом, имеет широкий спектр и устойчиво к повороту оптического элемента.
DESCRIPTION OF THE INVENTION TO THE EURASIAN PATENT
(45) Date of publication and issuance of the patent 2018.08.31
(21) Application Number 201600482
(22) Application Filing Date 2016.03.01
(51) Int. Cl. G02B 27/44 (2006.01)
(54) MICRO-OPTICAL SYSTEM OF FORMATION OF IMAGES FOR
VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS
030504 B1
030504 B1
(57) The micro-optical imaging system for visual and instrumental verification of the authenticity of products claimed as an invention mainly relates to devices used to authenticate products, and can be effectively used to protect banknotes, securities, documents, plastic cards, bank payment cards, excise, identification, control marks, as well as various consumer goods from counterfeiting. The micro-optical system according to the invention is a binary kinoform that forms, in coherent light in a plane parallel to the plane of the optical element, an image for instrumental control. The cinema forms are divided into elementary areas, in each of which the depth of the microrelief is constant. The depth of the microrelief determines the color visible to the observer in each elementary region, when the optical element is illuminated with white light. The set of essential features of the invention ensured the achievement of the technical result, which consists in increasing the reliability of control of products protected with it by obtaining easily controlled visual effect, as well as the possibility of instrumental control of the micro-optical system in coherent light, including automated control. The implementation of a micro-optical imaging system is possible using existing standard equipment.
030504
The inventive micro-optical imaging system for visual and instrumental verification of the authenticity of products relates to the field of optical security technologies, mainly the so-called security labels used to authenticate the authenticity of banknotes, plastic cards, securities, brands, etc.
Currently, holographic security technologies are widely used to authenticate documents, banknotes and brands. The protective hologram is a flat phase optical element in which the transformation of the wave front of the incident radiation occurs as a result of diffraction from a microrelief of a depth into fractions of a micron. Holographic technologies offer a wide range of both visual and expert security features. The expert protective features include micronapixes ranging in size from tens of microns to several hundred microns, nanotexts of a few microns in size, microimages, etc. (Optical Document Security, Third Edition, Rudolf L. Van Renesse. Artech House, Boston, London, 2005).
A special place among the expert signs is occupied by the so-called CLR (Covert laser-readable) images, which are visualized using laser radiation. As a rule, in a flat optical element, the area that forms the CLR image is highlighted, and the rest of the optical element is used to form visual security features. The area for forming a CLR image when viewed in white light is colored gray, which imposes certain restrictions on the design of the optical element. Control of a hidden CLR image in such elements is possible not on the entire area of the element, but only in a special selected area. Instruments for visualization of CLR-images were developed (Industrial Design No. 64311 and No. 74441).
The closest to the claimed invention (prototype) technical solution for the combination of features is the Eurasian patent for invention No. 018419 "Method of protection and identification of protective labels (options) and a device for its implementation." Two patents for a useful model are also close to the claimed invention in terms of a combination of features: "Micro-optical imaging system for visual and instrumental control" No. 140180 and "Micro-optical imaging system for visual and instrumental control:" No. 140190. As in the prototype (Eurasian patent for invention No. 018419), and in utility models (No. 140180 and No. 140190), in addition to controlling the visual image, micro-optical systems allow for instrumental control of CLR images.
In the prototype (Eurasian patent for invention No. 018419 "Method of protection and identification of protective labels (options) and a device for its implementation") a method of protection and identification of optical protective labels is proposed, which consists in that the protective labels include fragments of a flat optical element with an asymmetric microrelief, which, when illuminated by laser radiation, forms in the focal plane parallel to the protective label plane, an asymmetrical image consisting of bright points on a circle centered on the pad axis laser radiation, with given angular distances between points. Based on the inspection of the image formed on the circumference, obtained in the laser light reflected from the protective label, the authenticity of the optical protective label is identified by forming an authenticity sign that is invariant with respect to the rotation of the optical protective label, which is a sequence of angular distances between bright points on the circle, which is compared with the standard. A version of the device for automated control of the authenticity of the micro-optical system is proposed. In the prototype, in the flat optical element, the region that forms the CLR image is distinguished. The rest of the optical security element is used to form visual security features.
Known micro-optical systems (utility model No. 140190 and No. 140180) allow both visual control and instrumental control of the CLR image. The formation of visual images in the well-known micro-optical system (patent for useful model No. 140190) is carried out using off-axis Fresnel lenses. The well-known micro-optical imaging system for visual and instrumental monitoring consists of a flat diffractive optical element placed on a flat substrate. The diffractive optical element consists of elementary regions R ^ up to 50 microns in size, i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... N, where N is the number of partitions of the optical element into elementary regions along the axes of coordinates. A part of the area of each of the elementary regions R ,, is occupied by optical elements with a phase function equal to a constant, or fragments of off-axis Fresnel lenses with a paraboloid or saddle-like phase function. Another part of the area of each of the elementary regions R ^ is occupied by the region Qj within which fragments of the kinoform are formed, which form a 2D image used for instrumental control when the micro-optical system is illuminated with laser radiation. The size of the elementary regions Qij does not exceed 50 microns. This design of the known micro-optical system provides the ability to control the CLR image over the entire area of the optical element.
Another well-known micro-optical imaging system for visual and instrumental control (utility model patent No. 140180) is a flat optical element that consists of the elementary regions R ,,. up to 50 microns in size, i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... N, where
- 1 030504
N is the number of splits of the optical element into elementary areas along the axes of coordinates. Inside each of the elementary regions R, a part of the area occupies the Qy region, filled with fragments of a multi-gradient kinoform. The rest of the Ri areas are filled with diffraction gratings that form the visual image.
In the known micro-optical systems (utility models No. 140190 and No. 140180) there is a dedicated area for the formation of a CLR image. However, unlike the prototype (Eurasian patent for invention No. 018419), this area consists of a set of elementary regions with a size of less than 50 microns distributed throughout the entire optical security element. However, in both the prototype and utility models No. 140190 and No. 140180, one area forms a CLR image, and the other area forms a visual image.
The disadvantages of known micro-optical systems include the fact that both in the prototype and utility models No. 140190 and 140180, standard holographic elements are used to form the visual image: fragments of diffraction gratings and Fresnel lenses. The diffraction grating, like the Fresnel lens, has such a property that when illuminated with white light, the observer can see at a certain angle only a monochromatic image. When the angle of inclination of the diffraction grating changes, its color changes, running all the spectral colors from blue to red, which is why conventional holograms are called rainbow colored. Another disadvantage of the known holographic images formed in the 1st diffraction order is the strong dependence of the intensity of the formed image on the angle of rotation of the diffraction element. The latter is due to the fact that for an ordinary diffraction grating when the optical element is rotated 90 °, the image intensity changes tenfold. The disadvantages of known micro-optical systems include the relative availability of technologies with which they can be manufactured or simulated.
The present invention is to improve the protective function of optical elements used to authenticate the authenticity of banknotes, plastic cards, securities, etc., as well as reducing the availability of manufacturing technologies for these protective equipment. The task is solved by creating new security features for visual and instrumental control, including automated control of the authenticity of the micro-optical system. In the claimed invention, in contrast to the prototype and utility models No. 140190 and No. 140180, each point of the optical element is involved in both the formation of a visual image and the formation of an image for CLR-instrumental control.
In accordance with the invention, a micro-optical system for imaging for visual and instrumental control is described, which is a flat phase reflecting optical element, characterized in that the area of the flat optical element is divided into N elementary regions G ; , i = 1 ... N. In each of the elementary regions of G ; , i = 1 ... N a binary kinoform is formed, the radiation pattern of which is concentrated in the cone θι <θ <θ 2 , 0 <φ <2π, where the angle θ is measured from the normal to the plane of the optical element, φ is the azimuth angle in the plane of the optical element The depth of the microrelief of the binary kinoform Ii, within the limits of each elementary area G, is constant and lies in the range from 0.1 to 1 μm. When the micro-optical system is illuminated with white light, the observer sees a color image in which each elementary pad G ,, i = 1 ... N, has a color that is determined by the microrelief depth h 1 , i = 1 ... N. When a micro-optical system is illuminated by laser radiation, kinoforms form another image in a plane parallel to the plane of the optical element, consisting of ring sectors arranged symmetrically relative to the zero diffraction order, and the angular distance between the ring sectors does not exceed 10 °.
In the second embodiment of the claims, a micro-optical system for imaging for visual and instrumental control is described, which is a flat phase reflecting optical element, characterized in that the area of the flat optical element is divided into N elementary regions Gb i = 1 ... N. In each of the elementary regions of G ; , i = 1 ... N, a binary kinoform is formed, the radiation pattern of which is concentrated in the cone θ 1 <θ <θ 2 , 0 <φ <2π, where the angle θ is measured from the normal to the plane of the optical element, φ is the azimuth angle in the plane optical element, and the depth of the microrelief of the binary kinoform hi within each elementary area Gi is constant and lies in the range from 0.1 to 1 μm. When the micro-optical system is illuminated with white light, the observer sees a color image in which each elementary area G ; , i = 1 ... N, has a color that is determined by the microrelief depth h t , i = 1 ... N. When the micro-optical system is illuminated by laser radiation, kinoforms form, in a plane parallel to the plane of the optical element, a symmetric monochromatic image consisting of numbers and letters arranged in a circle centered in the zero diffraction order so that the angular distances between adjacent symbols do not exceed 10 °.
In the third embodiment of the claims, a micro-optical system for imaging for visual and instrumental control, which is a flat phase, is described.
A transparent transparent optical element, characterized in that the area of a flat optical element is divided into N elementary regions G t , i = 1 ... N. In each of the elementary regions of G ; , i = 1 ... N, a binary kinoform is formed, the radiation pattern of which is concentrated in the cone θ 1 <θ <θ 2 , 0 <φ <2π, where the angle θ is measured from the normal to the plane of the optical element, φ is the azimuth angle in the plane the optical element, the depth of the microrelief of the binary kinoform L within each elementary area G, is constant and lies in the range from 0.1 to 1 μm. When the micro-optical system is illuminated with white light, the observer sees a color image in reflected and / or transmitted light, in which each elementary platform G ,, i = 1 ... N, has a color that is determined by the depth of microrelief h ,. i = 1 ... N. When a micro-optical system is illuminated by laser radiation, kinoforms form, on the passage and / or reflection in a plane parallel to the plane of the optical element, a symmetric monochromatic image consisting of numbers and letters arranged in a circle centered in the zero diffraction order so that the angular distances between them do not exceed 10 °.
In the case of a transparent optical element, a hidden CLR image is formed in both reflected and transmitted light. Color visual images when illuminating an optical element with white light can also be observed visually in both reflected and transmitted light. When observing a color image in reflected light, the white light source and the observer are on one side of the optical element. When observing the passage of a white light source and the observer are from different sides of the optical element.
The central point of the claimed invention is the use of flat optical elements - kinoforms, which form a given image in coherent light in a plane parallel to the plane of the optical element. The calculation of the kinoform phase function in the region of the optical element G is reduced to solving a nonlinear operator equation for the phase function <p (x, y). It is known (Computer Optics & Computer Holography by AVGoncharsky, AAGoncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004) that scalar wave functions υ (ξ, η0-0) in the z = 0 plane and u (x, y, f) in the z plane = f are related by:
u (x, y, f) = γ ju (g. ^. OO) exp (> Ty (g, ??)) exp {iT
The scalar wave function u (x, y, f) has a modulus | u (x, y, /) | = F (x, y) and a phase that is unknown. Setting an image in the z = f plane is equivalent to specifying a real function F (x, y). Thus, we arrive at an operator equation for the unknown phase function <p (x, y):
(one)
Here
Αφ -
γDi (£,) 7.0-0) exp (Tsu> (£, 7)> exp {C · —— "Y —— WgifJ ( 2 j
2 /
In the formula (2)
and λ is the wavelength of coherent radiation.
Currently, there are effective algorithms for solving inverse problems of the synthesis of flat optical elements. Such elements are called kinoforms (Computer Optics & Computer Holography by AVGoncharsky, AAGoncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004), (LBLesem, PMHirsch, JAJr.Jordan, The kinoform: a new wavefront study device, IBM J. Res. Dev. Dev. 13 (1969), 105-155). Binarizing the phase function <p (x, y), we obtain the mask of the binary kinoform.
To form a visual color image, the region G of the optical element is divided into elementary regions G ; , i = 1 ... N. The depth of the microrelief of the binary kinoform within each elementary region G i is constant and is chosen in such a way as to provide the specified color that the observer sees in the region G i . The color of the G i region is not diffraction and is entirely determined by the depth of the kinoform microrelief in the Gi region.
FIG. 1 shows a diagram of the formation of a hidden CLR image for automated control of the authenticity of a reflecting optical element. FIG. 2 shows a variant of the formation of a hidden CLR image for instrumental control for reflective optical elements. FIG. 3 shows the image formed by the binary kinoform for automated control. FIG. 4 shows a variant CLR-image for instrumental control. FIG. Figure 5 shows a mask of a fragment of a kinoform that forms a given CLR image for automated control. FIG. 6 shows a variant of a binary kinoform mask that forms a CLR image for instrumental control. FIG. 7 shows the profile of a fragment of the microrelief of a binary kinoform. FIG. 8 shows a variant of the scheme of splitting the optical element into elementary regions G i . FIG. Figures 9 and 10 show the spectra of diffracted reflected light from elementary regions of different depths. FIG. 11 shows another variant of the scheme - 3 030504
beating of the optical element on the elementary region G ;. FIG. 12 schematically shows a color image formed by an optical element. FIG. 13 shows a scheme for observing a color image for reflective optical elements. FIG. 14 shows the arrangement of the ring of detectors for automated control of the CLR image. FIG. 15 is a diagram of the formation of a hidden CLR image for instrumental verification of the authenticity of a passing optical element. FIG. 16 shows a scheme for observing a color image for an optical element operating in transit.
FIG. 1 shows a diagram of the formation of a hidden CLR image for automated control of the authenticity of a reflecting optical element. The image is formed by coherent radiation. The laser beam 1 illuminates the optical element 2. The laser beam falls on the optical element perpendicular to it. The image is formed in the focal plane 3 parallel to the plane of the optical element. The angular distance between the fragments of the image 4 does not exceed Δφ. The distance from the focal plane to the plane of the optical element is f. The radiation pattern of the radiation reflected from the optical element is concentrated in the angles θ: θ 1 <θ <θ 2 for any azimuth angle φ (0 <φ <2π). The angle θ in FIG. 1 is measured from the normal to the plane of the optical element. Point 5 in the center of the image corresponds to the zero order of diffraction. The hidden CLR image is symmetrical with respect to the zero diffraction order. FIG. 2 shows a diagram of the formation of a hidden CLR image for instrumental verification of the authenticity of an optical element. The laser beam 1 illuminates the optical element 2. The laser beam falls on the optical element perpendicular to it. The image is formed in the focal plane 3 parallel to the plane of the optical element. The angular distance between the fragments of the image 4 does not exceed Δφ. The distance from the focal plane to the plane of the optical element is f. The radiation pattern of the radiation reflected from the optical element is concentrated in the angles θ: θ 1 <θ <θ 2 for any azimuth angle φ (0 <φ <2π). The angle θ in FIG. 1 and 2 are counted from the normal to the plane of the optical element. The hidden CLR image is symmetrical with respect to the zero diffraction order. FIG. 3 shows the image formed by the binary kinoform for automated control in coherent light in the focal plane z = f. Point 5 in the center of the image corresponds to the zero order of diffraction. The image is located in the ring R ^ R <ρ <R + ΔR, 0 <φ <2π and consists of bright ring sectors. FIG. 4 shows the image formed by the binary kinoform for instrumental control. Point 5 in the center of the image corresponds to the zero order of diffraction. The hidden CLR image is symmetrical with respect to the zero diffraction order. FIG. 5 shows the mask of a fragment of a binary kinoform that forms the image shown in FIG. 3. In FIG. 6 shows a mask of a fragment of a binary kinoform that forms the image shown in FIG. 4. In FIG. 7 shows the profile of a fragment of the kinoform. FIG. 8 shows a variant of the scheme of splitting the optical element into elementary regions G j . The minimum size of an element of the elementary regions is 50 μm, the maximum size - up to the size of the optical element itself. FIG. Figure 9 shows the spectrum of diffracted radiation reflected from an elementary region with a depth of h = 0.32 μm when illuminated with white light. At this depth, the maximum absorption occurs at red wavelengths λ = 0.64 μm. For the observer, this area will look grayish-blue. FIG. 10 shows the spectrum of diffracted radiation reflected from an elementary region with a depth of h = 0.45 μm when illuminated with white light. At this depth, the maximum absorption occurs at the blue wavelength λ = 0.45 µm. For an observer, this area will look beige. Elementary regions may have a complex shape, different from a rectangle, as shown in FIG. 11. In each elementary region G j the depth of the microrelief of the binary kinoform h j is constant and lies in the range from 0.1 to 1.0 μm. The source of white light is characterized by a spectrum that determines the dependence of the radiation intensity on the wavelength λ. When white light is incident on a binary microrelief with a depth of h j , the spectrum of the incident radiation changes. While the depth of the microrelief h j is much less than the wavelength λ, the spectrum of the incident and diffracted radiation differ little from each other. As the depth of the microrelief increases, successively conditions for the extinction of light with a particular wavelength occur. First, blue is subtracted from white light (λ ~ 400 nm), and we see an additional color — beige. Further, as the depth of the microrelief increases and, accordingly, the wavelength of the "extinct" rays increases, the green color is subtracted from the continuous solar spectrum, and we observe purple, etc.
One of the important technical solutions of the present invention is the use of kinoform, the radiation pattern of which in monochromatic radiation is concentrated in the cone θι <θ <θ 2 , 0 <φ <2π. When the kinoform is illuminated with white light, each elementary region G j reflects towards the observer light with a wide spectrum. This property fundamentally distinguishes the kinoforms used in the invention from diffraction gratings. When the diffraction grating is illuminated with white light, only monochromatic (spectral) colors can be observed. Unlike diffraction gratings, when illuminated with white color of the elementary regions G j filled with kinoform, the reflected radiation also has a wide spectrum. The color of each elementary area G j , visible observation 4 030504
the sensor is determined by the depth of the microrelief h ; .
FIG. 12 shows an example of a color image formed in white light by a reflective optical element. In the given example, the color image consists of 7 different colors, schematically indicated in the figure by the Latin letters a, b, c, d, e, f, g. Each color is characterized by the depth of the microrelief of an elementary area. FIG. 13 is a diagram of the observation of a color image visible in white light. Observation schemes for PP.2 and 3 of the claims differ only in the location of the light source. In the reflection pattern, the source and the observer's eye are on the same side of the optical element, and in the transmission pattern, the source and the observer are on opposite sides of the optical element. White light from source 8 falls on the optical element perpendicular to it. The eye of the observer 6 is at an angle θ to the normal to the optical element. The observation angle θ lies within the limits θ 1 <θ <θ 2 . The number 7 denotes the region of the hidden image CLR.
A feature of the generated color images is that the colors of the image in the invention, observed in diffraction angles θ 1 <θ <θ 2 are not spectral. When the optical element is rotated to any azimuth angle φ, the color of the elementary regions does not change. This property of the claimed micro-optical system is provided by the design of the optical element and the shape of the pattern of kinoforms used in the invention.
In addition to the control of the visual color image, the claimed micro-optical system provides instrumental control of the hidden CLR image. In the embodiment according to claim 2 of the invention, the latent image is visualized in the focal plane and controlled by the observer. For visualization of the latent image, you can use the device for visualization of latent images (industrial design No. 74441). A variant of the invention according to claim 1 provides for automated control of the latent image. In the simplest version of the automated control device, an annular optical radiation detector can be used. FIG. 14 shows the layout of the optical detectors 9 in the focal plane of the automated control device. The detectors are located on a circle of radius R centered in the zero diffraction order 5. The image formed by the kinoform consists of bright ring sectors located in the ring R-AR <ρ <R + AR. and 0 <φ <2π. Based on the control of the generated CLR image obtained in the laser light reflected from the protective label, the authenticity of the optical protective label is identified by forming an authenticity characteristic invariant relative to the rotation of the optical protective label, which is a sequence of angular dimensions of the ring sectors and gaps between them, which are compared with the standard . The security feature is easily monitored by the presence or absence of signals on the ring detector (Fig. 14). Images for automated control, generated in coherent light, in the prototype and the present application for the invention differ from each other. In the prototype are used asymmetric with respect to the zero order of diffraction of the image. In this application for the invention, the kinoframe pattern should be symmetrical.
FIG. 15 is a diagram of the formation of a hidden CLR image for instrumental verification of the authenticity of a passing optical element. In this case, the laser beam from source 1 and the focal plane 3, in which the image is formed, are on opposite sides of the optical element 2. When using a transparent micro-optical system, the hidden CLR image is formed in both transmitted and reflected light. CLR images in transmitted and reflected light are mirrored relative to each other.
The micro-optical system, designed as a transparent optical element, forms color images in both transmitted and reflected light. FIG. 16 shows a scheme for observing a color image for an optical element operating in transit. In contrast to the scheme for the formation of color images on reflection (Fig. 13), in the case of imaging for the passage of white light 8 and the eye of the observer 6 are on opposite sides of the optical element 2. The colors of elementary areas G ; , i = 1 ... N on the passage and reflection are different.
An important parameter that distinguishes the latent images in the claimed invention and in the prototype, is the angular gap Δφ between the image fragments. In contrast to the prototype in the claimed invention, the angular gaps Δφ between bright fragments of the image should not exceed 10 °. It is this condition and the symmetry of the kinoframe pattern that ensures the independence of the colors of the visual image when the optical element is rotated at any azimuth angle.
The claimed micro-optical systems are reliably protected from forgery. For the synthesis of color images in white light, it is necessary that the depth of the microrelief in each elementary area should be constant with an accuracy of about 20 nm, and the accuracy of the formation of a given depth of the microrelief in different areas should also be about 20 nm. A technology that can realize such precision exists - this is the technology of electron beam lithography. In the world there are only a few companies working in the field of protective technologies using electron beam lithography. The high cost of equipment and technology-intensive technology of electron-beam
- 5 030504
Lithography is a reliable counterfeit protection.
The claimed invention provides the possibility of both visual and instrumental control, including automated authentication.
The main differences of the claimed invention from the prototype and inventions related to it (patents for useful model No. 140180 and No. 140190) are:
1. In the claimed invention, each point of the optical element is involved in both the formation of the visual and the formation of the hidden CLR image.
2. Unlike the prototype, in which the CLR image is asymmetric with respect to the zero diffraction order and is formed using an asymmetric microrelief, in the claimed invention, the CLR image is symmetrical with respect to the zero diffraction order.
3. The colors in the image formed when the micro-optical system is illuminated with white light have a wide spectrum and are not spectral. Color visual image can be observed in a wide range of angles.
4. When the optical element is rotated at any azimuth angle φ, the color of the elementary regions does not change.
5. The manufacturing techniques of the claimed micro-optical systems must guarantee the accuracy of reproduction of the micro-relief of the order of 20 nm, which reliably protects the declared micro-optical elements from fakes.
The set of essential features of the invention ensured the achievement of the technical result, which consists in increasing the reliability of the control of products protected with it by obtaining an easily controlled visual effect, as well as the possibility of instrumental control of the micro-optical system in coherent light, including automated control.
The following example of a specific implementation of the invention confirms the possibility of carrying out the invention without limiting its scope.
Example.
As an example, micro-optical systems for visual and instrumental control were calculated and manufactured. For the synthesis of the original flat optical element was used electron beam technology. An installation of electron beam exposure with a variable beam shape and with a minimum pixel size of 0.1x0.1 µm was used. Reflecting micro-optical systems according to claims 1 and 2 of the claims with dimensions of 25x50 mm were made, which, when illuminated with coherent light, formed the images shown in FIG. 3 and 4. To form a color image, the optical element was divided into 32 elementary regions G ;. For the manufacture of a micro-optical system, the division of the optical element into elementary regions was used, which is represented in FIG. 11. The color image formed by the optical element is shown in FIG. 12. Mosaic image composed of 7 colors. The scheme of observing a color image for reflection is shown in FIG. 13. The visual images formed by the optical element to be reflected when illuminated with white light are shown in FIG. 12. Visual color images on fabricated samples are observed in a wide range of angles θ: 5 ° <θ <50 °.
FIG. Figures 9 and 10 show the spectra of diffracted reflected light from two elementary regions with a microrelief depth h 1 = 0.32 μm and h 2 = 0.45 μm. With a microrelief depth h | = 0.32 µm, the highest absorption in the spectrum of diffracted light corresponds to a red wavelength λ 1 = 0.64 µm. For the observer, this area looks grayish-blue. With a microrelief depth of h 2 = 0.45 μm, the highest absorption in the spectrum of diffracted light corresponds to a wavelength λ 2 = 0.45 μm. For the observer, this area looks beige. As can be seen from FIG. 9 and 10, the diffracted radiation spectra for different depths of the microrelief differ from each other. The latter means that areas with different depths have different colors.
Using fabricated originals of optical elements, transparent micro-optical imaging systems were also made for visual and instrumental control of the authenticity of products. The transparent micro-optical system allows the formation of CLR images in coherent light. CLR-images, formed in transmitted and reflected light, are mirrored to each other. When illuminated with white light, a transparent micro-optical system forms a color image in both transmitted and reflected light. The colors of the elementary platforms G, for passage and reflection, are generally speaking different.
Studies have shown high efficiency of the solutions proposed in the application. The hidden CLR image is observed in any area of the optical element when illuminated with laser light. The color image formed when illuminated with white light has a wide spectrum and is resistant to rotation of the optical element.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201600482A EA030504B1 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201600482A EA030504B1 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201600482A1 EA201600482A1 (en) | 2017-09-29 |
| EA030504B1 true EA030504B1 (en) | 2018-08-31 |
Family
ID=59924488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201600482A EA030504B1 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA030504B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052650A2 (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-09 | Nanoventions, Inc. | Micro-optic security and image presentation system |
| EA201101548A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICRO-OPTICAL SYSTEM FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS |
| RU149690U1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES |
| RU152465U1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-05-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS |
-
2016
- 2016-03-01 EA EA201600482A patent/EA030504B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052650A2 (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-09 | Nanoventions, Inc. | Micro-optic security and image presentation system |
| EA201101548A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICRO-OPTICAL SYSTEM FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS |
| RU149690U1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES |
| RU152465U1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-05-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201600482A1 (en) | 2017-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10207531B2 (en) | Security device | |
| US10710392B2 (en) | Diffractive security device and method of manufacture thereof | |
| US9110239B2 (en) | Diffractive device | |
| JP2016513028A (en) | Security equipment | |
| JP2015184532A (en) | Display body, manufacturing method of display body, and article with label | |
| EA017394B1 (en) | Microoptical system for forming visual images | |
| US10656597B2 (en) | Authenticity determination device and method for security medium including reflective volume hologram, and security medium including reflective volume hologram | |
| RU190048U1 (en) | Micro-optical system for the formation of 2D images | |
| RU149690U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| US20140239627A1 (en) | Optical security component, production of such a component and secure product provided with such a component | |
| EA030504B1 (en) | Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity | |
| EP3842252B1 (en) | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction | |
| EA030487B1 (en) | Microoptical imaging system for instrumental and visual control of product authenticity | |
| JP5349772B2 (en) | Display and labeled goods | |
| EP3466712B1 (en) | Micro-optic system for forming visual images with kinematic effects of movement | |
| EP3929001A1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| EA031709B1 (en) | Micro-optic system for forming 2d images with kinematic motion effects | |
| RU140190U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| RU140180U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| RU152465U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS | |
| RU196408U1 (en) | MICRO-OPTICAL SYSTEM FOR FORMING 2D IMAGES | |
| JP5407603B2 (en) | Hologram and article with hologram attached | |
| WO2021177858A1 (en) | Method for synthesizing planar diffractive optical elements | |
| EA018164B1 (en) | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity | |
| EA017829B1 (en) | Microoptic system for visual control of product authenticity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |