RU127208U1 - MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES - Google Patents
MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES Download PDFInfo
- Publication number
- RU127208U1 RU127208U1 RU2012143475/28U RU2012143475U RU127208U1 RU 127208 U1 RU127208 U1 RU 127208U1 RU 2012143475/28 U RU2012143475/28 U RU 2012143475/28U RU 2012143475 U RU2012143475 U RU 2012143475U RU 127208 U1 RU127208 U1 RU 127208U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- micro
- optical system
- substrate
- images
- flat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Credit Cards Or The Like (AREA)
Abstract
1. Микрооптическая система формирования визуальных изображений, состоящая из размещенного на плоской подложке плоского дифракционного оптического элемента, отличающаяся тем, что указанный оптический элемент состоит из элементарных областей Rразмером до 50 мкм, i=1, 2, … N; j=1, 2, … N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат, причем часть площади каждой из элементарных областей Rзанимают оптические элементы с фазовой функцией, равной константе, либо фрагменты внеосевых линз Френеля с параболоидной фазовой функцией и/или фрагменты плоских внеосевых линз Френеля с седлообразной фазовой функцией, сформированные в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез изображений, состоящих из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений при наклонах подложки относительно наблюдателя менее 40º, а другую часть площади каждой из элементарных областей Rзанимает область Q, внутри которой сформированы дифракционные решетки разной ориентации с периодами менее 0,7 мкм в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез 2D изображения, видимого наблюдателю на всем дифракционном оптическом элементе при наклонах подложки более чем на 40º.2. Микрооптическая система по п.1, отличающаяся тем, что внеосевые линзы Френеля и/или дифракционные решетки сформированы как многоградационные элементы.3. Микрооптическая система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что область Qзанимает площадь в пределах 15-50% от площади каждой из элементарных областей R.1. Micro-optical system for the formation of visual images, consisting of a flat diffractive optical element placed on a flat substrate, characterized in that said optical element consists of elementary regions of R size up to 50 μm, i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... N, where N is the number of partitions of the optical element into elementary regions along the coordinate axes, and 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 phase function and / or fragments of flat off-axis Fresnel lenses with a saddle-shaped phase function, formed in the form of a microrelief, providing a given directional pattern of scattered light, realizing the synthesis of images consisting of individual points, with in the visual effect of the displacement of the formed images when the inclination of the substrate relative to the observer is less than 40º, and the Q region, inside which diffraction gratings of different orientations with periods of less than 0.7 μm in the form of a microrelief providing a given radiation pattern, realizing the synthesis of a 2D image visible to the observer on the entire diffractive optical element with the inclination of the substrate more than 40º.2. The micro-optical system according to claim 1, characterized in that the off-axis Fresnel lenses and / or diffraction gratings are formed as multi-gradation elements. The micro-optical system according to claims 1 and 2, characterized in that the Q region occupies an area within 15-50% of the area of each of the elementary regions R.
Description
Заявляемая в качестве полезной модели микрооптическая система формирования визуальных изображений относится, преимущественно, к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт от подделки.Declared as a utility model, the micro-optical system for generating visual images relates mainly to devices used to authenticate products, and can be effectively used to protect banknotes, securities, documents, plastic cards from counterfeiting.
В настоящее время, с целью предотвращения подделки банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт используют различные защитные технологии. Это могут быть водяные знаки, ныряющие нити, голограммы, внедренные жидкокристаллические оптические элементы, изменяющие поляризацию падающего света, латентные изображения и т.п. (van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 3rd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2rd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4).Currently, in order to prevent counterfeiting of banknotes, securities, documents, plastic cards, various protective technologies are used. It can be watermarks, diving threads, holograms, embedded liquid crystal optical elements that change the polarization of the incident light, latent images, etc. (van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 3 rd ed. British Library Catalog in Publication Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2 rd ed. British Library Catalog in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4).
Одной из основных проблем контроля подлинности документов, банкнот, пластиковых карт является разработка новых оптических элементов защиты для визуального контроля. Такие элементы должны допускать надежный визуальный контроль, слабо зависящий от условий освещения. Защитные элементы должны быть хорошо защищены от подделки или имитации и допускать массовое тиражирование.One of the main problems of authenticating documents, banknotes, plastic cards is the development of new optical security elements for visual control. Such elements should allow reliable visual control, slightly dependent on lighting conditions. Protective elements should be well protected from counterfeiting or imitation and allow mass replication.
Близкой к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является известная оптическая система формирования изображений (Патент США №7,468,842 или Патент США №7,333,268), которая получила название motion. Описанная в патентах США система включает в себя слой микроизображений и слой фокусирующих элементов, выполненных в виде лентикулярных линз (микролинз). Такая система позволяет получить эффект движения (motion) изображения при изменении угла наблюдения, что может быть установлено по движению сформированного изображения при наклонах оптической системы. В настоящее время, технология motion используется для защиты банкнот. К недостаткам технологии необходимо отнести достаточно большую толщину защитного элемента, которая составляет от 30 до 40 микрон, что накладывает ограничения на использование такого защитного элемента в виде ныряющей нити. Попытки уменьшить толщину микрооптической системы Motion ухудшают качество изображения и повышают требования к технологии синтеза защитной нити Motion.Close to the claimed utility model in terms of features is the well-known optical imaging system (US Patent No. 7,468,842 or US Patent No. 7,333,268), which is called motion. The system described in US patents includes a layer of microimages and a layer of focusing elements made in the form of lenticular lenses (microlenses). This system allows you to get the effect of motion (motion) of the image when changing the viewing angle, which can be established by the movement of the generated image with the tilt of the optical system. Currently, motion technology is used to protect banknotes. The disadvantages of the technology include a sufficiently large thickness of the protective element, which is from 30 to 40 microns, which imposes restrictions on the use of such a protective element in the form of a diving thread. Attempts to reduce the thickness of the Motion micro-optical system degrade image quality and increase the requirements for Motion security thread synthesis technology.
Наиболее близкой (прототип) по совокупности признаков является заявка ЕАПВ 201000535/31.The closest (prototype) in terms of features is the application EAPO 201000535/31.
Микрооптическая система согласно заявке ЕАПВ 201000535/31 обеспечивает возможность синтеза легко контролируемого эффекта движения изображений, состоящих из светящихся точек, при наклонах подложки относительно наблюдателя. Изобретение позволяет уменьшить толщину защитного элемента по сравнению с технологией motion и расширить область его применения. Согласно заявке ЕАПВ 201000535/31, микрооптическая система формирования визуальных изображений состоит из размещенного на плоской подложке одного слоя плоских оптических элементов, представляющих собой плоские внеосевые линзы Френеля с параболоидной фазовой функцией и, или плоские внеосевые линзы Френеля с седлообразной фазовой функцией, сформированные в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез изображений, состоящих из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений при наклонах подложки относительно наблюдателя.The micro-optical system according to the application EAPO 201000535/31 provides the ability to synthesize the easily controlled effect of the movement of images consisting of luminous dots when the substrate is tilted relative to the observer. The invention allows to reduce the thickness of the protective element in comparison with motion technology and to expand the scope of its application. According to the application of EAPO 201000535/31, a micro-optical system for generating visual images consists of a single layer of flat optical elements placed on a flat substrate, which are flat off-axis Fresnel lenses with a paraboloid phase function and, or flat off-axis Fresnel lenses with a saddle phase function, formed in the form of a microrelief providing a given directional pattern of the scattered light, realizing the synthesis of images consisting of individual points, with a visual effect of the displacement of sph rmirovannyh images at inclinations of the substrate relative to the observer.
В частном случае реализации изобретения (ЕАПВ 201000535/31), плоские внеосевые линзы Френеля с параболоидной фазовой функцией выполнены одинаковыми, непересекающимися между собой, сформированными в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез изображений, состоящих из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений вправо-влево, при наклоне подложки вправо-влево и с визуальным эффектом смещения сформированных изображений вверх-вниз при наклоне подложки от себя - на себя. В другом частном случае плоские внеосевые линзы Френеля с седлообразной фазовой функцией могут быть выполнены одинаковыми, непересекающимися между собой, сформированными в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез изображений, состоящих из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений вверх-вниз, при наклоне подложки вправо-влево и с визуальным эффектом смещения сформированных изображений вправо-влево при наклоне подложки от себя - на себя.In the particular case of the invention (EAPO 201000535/31), flat off-axis Fresnel lenses with a paraboloid phase function are made identical, disjoint among themselves, formed in the form of a microrelief that provides a given directional pattern of scattered light that implements the synthesis of images consisting of separate points with visual the effect of shifting the generated images left and right, when the substrate is tilted to the right and left, and with the visual effect of shifting the formed images up and down when tilting the base buckle from him - for yourself. In another particular case, flat off-axis Fresnel lenses with a saddle-shaped phase function can be made identical, disjoint from each other, formed in the form of a microrelief that provides a given directional pattern of scattered light, which implements the synthesis of images consisting of individual points, with a visual effect of shifting the images up downward, when the substrate is tilted to the right and left, and with the visual effect of shifting the generated images to the right and left, when the substrate is tilted away from itself, .
С целью увеличения динамического эффекта смещения изображений, плоские внеосевые линзы Френеля выполняются пересекающимися, сформированными в виде микрорельефа, при этом в области пересечения двух плоских внеосевых линз Френеля микрорельеф обеспечивает диаграмму направленности рассеянного света, реализующую для наблюдателя визуальный эффект смещения точек изображения на обоих пересекающихся элементах. Также с целью увеличения динамического эффекта смещения изображений, заявлена микрооптическая система, состоящая из двух типов внеосевых линз Френеля, (например, плоских внеосевых линз Френеля с вогнутой параболической фазовой функцией и плоских внеосевых линз Френеля с выпуклой фазовой функцией), при этом каждый тип формирует свою часть изображения так, что для наблюдателя смещение частей изображения происходит в противоположные стороны, что увеличивает эффект относительного движения частей изображения.In order to increase the dynamic effect of image displacement, flat off-axis Fresnel lenses are intersecting, formed in the form of a microrelief, while in the region of intersection of two flat off-axis Fresnel lenses, the microrelief provides a directional pattern of scattered light that implements for the observer the visual effect of the displacement of image points on both intersecting elements. Also, in order to increase the dynamic effect of image displacement, a micro-optical system is proposed consisting of two types of off-axis Fresnel lenses (for example, flat off-axis Fresnel lenses with a concave parabolic phase function and flat off-axis Fresnel lenses with a convex phase function), with each type forming its own part of the image so that for the observer the displacement of the parts of the image occurs in opposite directions, which increases the effect of the relative movement of the parts of the image.
Задачей настоящей заявки является расширение возможностей визуального контроля защитной нити по сравнению с прототипом и создание микрооптической системы для визуального контроля с более высоким уровнем защищенности от подделок, а также сужение круга технологий, которые позволяют синтезировать данный визуальный эффект. При этом достигаемый технический результат заключается в возможности формирования изображения, состоящего из светящихся точек с визуальным эффектом смещения сформированных изображений при наклонах подложки относительно наблюдателя менее 40 градусов. При наклонах подложки более чем на 40 градусов, происходит смена изображений так, что изображение из светящихся точек исчезает, а на его месте наблюдатель видит другое 2D изображение, формируемое дифракционными решетками. Задачей настоящей заявки является также обеспечение возможности использования стандартного высокопроизводительного технологического процесса изготовления, тиражирования и нанесения защитных элементов.The objective of this application is to expand the capabilities of visual control of the protective thread in comparison with the prototype and to create a micro-optical system for visual control with a higher level of protection against fakes, as well as narrowing the range of technologies that allow synthesizing this visual effect. Moreover, the technical result achieved consists in the possibility of forming an image consisting of luminous dots with a visual effect of displacement of the formed images when the inclination of the substrate relative to the observer is less than 40 degrees. When the substrate tilts by more than 40 degrees, the image changes so that the image from the luminous points disappears, and in its place the observer sees another 2D image formed by diffraction gratings. The objective of this application is also to enable the use of a standard high-performance manufacturing process, manufacturing, replication and application of protective elements.
Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается в заявленной микрооптической системе формирования визуальных изображений, состоящей из размещенного на плоской подложке плоского дифракционного оптического элемента, и в которой указанный оптический элемент состоит из элементарных областей Rij, размером до 50 микрон, i=1, 2,…N; j=1, 2,…N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат, причем часть площади каждой из элементарных областей Rij занимают оптические элементы с фазовой функцией равной константе, либо фрагменты внеосевых линз Френеля с параболоидной фазовой функцией и/или фрагменты плоских внеосевых линз Френеля с седлообразной фазовой функцией, сформированные в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез изображений, состоящих из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений при наклонах подложки относительно наблюдателя менее 40 градусов, а другую часть площади каждой из элементарных областей Rij занимает область Qij, внутри которой сформированы дифракционные решетки разной ориентации с периодами менее 0,7 микрон в виде микрорельефа, обеспечивающего заданную диаграмму направленности рассеянного света, реализующую синтез 2D изображения, видимого наблюдателю на всем дифракционном оптическом элементе при наклонах подложки более чем на 40 градусов.The problem is achieved with the achievement of the specified technical result is solved in the claimed micro-optical system for generating visual images, consisting of a flat diffractive optical element located on a flat substrate, and in which the specified optical element consists of elementary regions R ij , 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 coordinate axes, and part of the area of each of the elementary regions R ij is occupied by optical elements with a phase function equal to a constant, or fragments of off-axis Fresnel lenses with a paraboloid phase function and / or fragments of flat off-axis Fresnel lenses with a saddle-shaped phase function, formed in the form of a microrelief, providing a given directional pattern of scattered light, realizing the synthesis of images consisting of separate points, with izualnym effect displacement of images formed when bending the support relative to the observer of less than 40 degrees, and another part of the area of each of the elementary regions occupies a region R ij Q ij, which are formed inside the diffraction gratings of different orientation with periods of less than 0.7 microns in the form of a microrelief providing predetermined chart directivity of the scattered light, which implements the synthesis of a 2D image visible to the observer on the entire diffractive optical element when the inclination of the substrate is more than 40 degrees.
Микрооптическая система может включать внеосевые линзы Френеля сформированые как многоградационные элементы.The micro-optical system may include off-axis Fresnel lenses formed as multi-gradation elements.
Микрооптическая система может быть синтезирована так, что область Qij занимает площадь в пределах 15-50% от площади каждой из элементарных областей Rij.The micro-optical system can be synthesized so that the region Q ij occupies an area within 15-50% of the area of each of the elementary regions R ij .
Микрооптическая система формирования визуальных изображений может быть выполнена, при необходимости, с возможностью частичного отражения и частичного пропускания света.The micro-optical system for forming visual images can be performed, if necessary, with the possibility of partial reflection and partial transmission of light.
В частном случае, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполнена с возможностью отражения света.In the particular case, the micro-optical system for forming visual images is configured to reflect light.
Также в частном случае, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполнена с возможностью пропускания света.Also in the particular case, the micro-optical system for forming visual images is configured to transmit light.
При необходимости, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполняется в виде защитной метки, используемой для защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт.If necessary, the micro-optical system for the formation of visual images is performed in the form of a security label used to protect banknotes, securities, documents, plastic cards.
Совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение заявленного технического результата.The combination of the claimed features ensures the achievement of the claimed technical result.
Сущность полезной модели поясняется изображениями, где на фиг.1 приведена схема наблюдения микрооптической системы; на фиг.2 приведен фрагмент внеосевой плоской линзы Френеля с параболической фазовой функцией; на фиг.3 изображен фрагмент внеосевой линзы Френеля с седлообразной фазовой функцией; на фиг.4 приведено изображение точечного источника света, видимого наблюдателем, отраженного от внеосевой плоской линзы Френеля с параболоидной или седлообразной фазовой функцией; на фиг.5 приведена схема формирования микрорельефа микрооптической системы; на фиг.6 представлено как наблюдатель видит изображение из цифр "50 50 50 50", состоящее из отдельных точек, сформированных плоскими оптическими элементами - внеосевыми линзами Френеля - при нормальном положении микрооптической системы (θ=0); на фиг.7 представлено как наблюдатель видит изображение из цифр "50 50 50 50", состоящее из отдельных точек, сформированных плоскими оптическими элементами при наклоне подложки относительно наблюдателя; на фиг.8 приведен пример 2D изображения, формируемого микрооптической системой при наклонах подложки относительно наблюдателя больше 40 градусов; на фиг.9 приведен второй пример 2D изображения, формируемого микрооптической системой при наклонах подложки относительно наблюдателя больше 40 градусов.The essence of the utility model is illustrated by images, where in Fig.1 shows a diagram of the observation of a microoptical system; figure 2 shows a fragment of an off-axis flat Fresnel lens with a parabolic phase function; figure 3 shows a fragment of an off-axis Fresnel lens with a saddle-shaped phase function; figure 4 shows the image of a point source of light visible by the observer reflected from an off-axis flat Fresnel lens with a paraboloid or saddle-shaped phase function; figure 5 shows a diagram of the formation of the microrelief of the microoptical system; figure 6 shows how the observer sees the image from the numbers "50 50 50 50", consisting of individual points formed by flat optical elements - off-axis Fresnel lenses - in the normal position of the micro-optical system (θ = 0); Fig. 7 shows how the observer sees the image from the numbers "50 50 50 50", consisting of individual points formed by flat optical elements when the substrate is tilted relative to the observer; on Fig shows an example of a 2D image formed by a micro-optical system when the inclination of the substrate relative to the observer is more than 40 degrees; figure 9 shows a second example of a 2D image formed by a micro-optical system when the inclination of the substrate relative to the observer is more than 40 degrees.
Микрооптическая система, заявленная в настоящем техническом решении, представляет собой расположенный на плоской подложке плоский оптический элемент, состоящий из фрагментов линз Френеля с параболоидной и/или седлообразной фазовой функцией, фрагментов дифракционных решеток и областей без микрорельефа (с фазовой функцией равной константе). На фиг.1 приведена схема наблюдения микрооптической системы 1 при освещении ее точечным источником 2, видимое наблюдателем 3 под углом θ. На фиг.2 приведен фрагмент плоской внеосевой линзы Френеля с параболоидной фазовой функцией, фокусирующей изображение в точку подобно цельному вогнутому зеркалу, имеющему форму параболоида (Гончарский А.В., Гончарский А.А. "Компьютерная оптика. Компьютерная голография" Изд-во МГУ, Москва 2004, ISBN 5-211-04902-0). Глубина микрорельефа линз Френеля в оптическом диапазоне длин волн составляет 0.1-0.3 микрона. На фиг.3 приведен фрагмент микрорельефа плоской внеосевой линзы Френеля с седлообразной фазовой функцией. Произвольный фрагмент, вырезанный из плоской линзы Френеля, называется внеосевой линзой Френеля.The micro-optical system claimed in this technical solution is a flat optical element located on a flat substrate, consisting of fragments of Fresnel lenses with a paraboloid and / or saddle-shaped phase function, fragments of diffraction gratings and regions without microrelief (with a phase function of constant constant). Figure 1 shows the observation scheme of the
Внеосевая линза Френеля при освещении ее точечным источником света формирует для наблюдателя изображение в виде яркой точки. Как показано на фиг.4, яркая точка 4 смещается в пределах внеосевой линзы Френеля ограниченной белой пунктирной линией 5 при изменении угла наклона микрооптической системы относительно наблюдателя. Характер смещения определяется типом фазовой функции линзы Френеля. При наклонах подложки вправо-влево для параболоидной фазовой функции изображение источника смещается вправо-влево, а при наклонах подложки от себя - на себя, изображение смещается вверх-вниз. Для внеосевой линзы Френеля с седлообразной фазовой функцией изображение источника смещается вверх-вниз, при наклоне подложки вправо-влево, а при наклонах подложки от себя - на себя, изображение смещается вправо-влево. Эта идея положена в основу прототипа настоящего изобретения (заявка ЕАПВ 201000535/31).An off-axis Fresnel lens when illuminated with a point light source forms an image in the form of a bright dot for the observer. As shown in figure 4, the
Заявленный в полезной модели плоский оптический элемент разбит на элементарные области Rij, i=1, 2,…N; j=1, 2,…N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. Размер Rij не превосходит 50 микрон, причем часть площади каждой из элементарных областей Rij занимают оптические элементы с фазовой функцией равной константе (фрагменты оптического элемента без микрорельефа), либо фрагменты внеосевых линз Френеля с параболоидной фазовой функцией и, или фрагменты плоских внеосевых линз Френеля с седлообразной фазовой функцией. Сформированный ими микрорельеф обеспечивает заданную диаграмму направленности рассеянного света и позволяет синтезировать изображения, состоящие из отдельных точек, с визуальным эффектом смещения сформированных изображений при углах наклона подложки относительно наблюдателя менее чем на 40 градусов. Другую часть площади каждой из элементарных областей Rij занимает область Qij, внутри которой сформированы дифракционные решетки разной ориентации. Выбор периода решеток менее 0,7 микрон (1400 штрихов/мм) обеспечивает то, что диаграмма направленности рассеянного от решеток света, и диаграмма направленности света рассеянного от линз Френеля находятся в разных угловых диапазонах. Таким образом, при углах наклона подложки менее чем 40 градусов наблюдатель видит только изображение, сформированное внеосевыми линзами Френеля. При углах наклона подложки более чем 40 градусов наблюдатель видит только изображение, сформированное дифракционными решетками. Таким образом происходит эффект смены изображений так, что изображения из светящихся точек с кинематическим эффектом движения исчезает, а на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое изображение, формируемое только дифракционными решетками.The flat optical element claimed in the utility model is divided into elementary regions R ij , i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... N, where N is the number of partitions of the optical element into elementary regions along the coordinate axes. The size of R ij does not exceed 50 microns, and part of the area of each of the elementary regions R ij is occupied by optical elements with a phase function equal to constant (fragments of an optical element without a microrelief), or fragments of off-axis Fresnel lenses with a paraboloid phase function and, or fragments of flat off-axis Fresnel lenses with saddle phase function. The microrelief formed by them provides a given directional pattern of the scattered light and allows us to synthesize images consisting of individual points with a visual effect of the displacement of the formed images at angles of inclination of the substrate relative to the observer by less than 40 degrees. Another part of the area of each of the elementary regions R ij is occupied by the region Q ij , inside which diffraction gratings of different orientations are formed. Selecting a grating period of less than 0.7 microns (1400 lines / mm) ensures that the radiation pattern of the light scattered from the gratings and the radiation pattern of the light scattered from Fresnel lenses are in different angular ranges. Thus, at angles of inclination of the substrate of less than 40 degrees, the observer sees only the image formed by off-axis Fresnel lenses. At angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, the observer sees only the image formed by diffraction gratings. Thus, the effect of changing images occurs so that images from luminous points with a kinematic effect of motion disappear, and the observer sees another image formed only by diffraction gratings over the entire area of the optical element.
Размер элементарных областей не превосходит 50 микрон - предел визуального разрешения элементов изображения на плоском оптическом элементе для человеческого глаза. Таким образом, наблюдатель не может видеть границ разбиения микрооптической системы на элементарные области. Используя различные фрагменты линз Френеля можно синтезировать изображения, состоящие из отдельных ярких точек. Выбор параметров линз Френеля обеспечивает формирование диаграммы направленности отраженного излучения в диапазоне углов θ меньше 40 градусов. На фиг.6 приведен пример формирования такого изображения при нормальном положении подложки относительно наблюдателя (θ=0). На фиг.7 приведен пример, демонстрирующий смещение изображения при наклонах подложки вправо-влево для изображений, сформированных с помощью фрагментов внеосевых линз Френеля с седлообразной фазовой функцией при углах наклона подложки θ меньше 40 градусов.The size of the elementary regions does not exceed 50 microns - the limit of visual resolution of image elements on a flat optical element for the human eye. Thus, the observer cannot see the boundaries of the partition of the micro-optical system into elementary regions. Using various fragments of Fresnel lenses, it is possible to synthesize images consisting of separate bright points. The choice of parameters of Fresnel lenses provides the formation of a radiation pattern in the range of angles θ less than 40 degrees. Figure 6 shows an example of the formation of such an image at the normal position of the substrate relative to the observer (θ = 0). Fig. 7 is an example showing the image displacement when the substrate tilts left and right for images formed using fragments of off-axis Fresnel lenses with a saddle-shaped phase function at substrate angles θ of less than 40 degrees.
Заявленная микрооптическая система, кроме эффекта визуального смещения сформированных изображений, состоящих из точек, позволяет, в отличие от прототипа, создавать эффект смены изображений, так что наблюдатель видит разное изображение при углах наклона менее 40 градусов и более 40 градусов.The claimed micro-optical system, in addition to the effect of visual displacement of the formed images consisting of points, allows, unlike the prototype, to create the effect of changing images, so that the observer sees a different image at tilt angles of less than 40 degrees and more than 40 degrees.
Заявленная полезная модель предназначена для формирования визуальных изображений в видимом диапазоне длин волн (от 0.38 микрона до 0.74 микрона). Микрооптическая система имеет глубину микрорельефа 0,1-0,3 микрона. Внеосевая линза Френеля при ее освещении точечным источником формирует для наблюдателя изображение в виде яркой точки. Максимальная яркость изображения для многоградационной линзы Френеля соответствует глубине микрорельефа равной λ/2. Например при λ=0,56 микрона наибольшую эффективность имеют внеосевые линзы Френеля с глубиной 0,28 микрон. При падении на такую линзу Френеля оптического излучения с другой длиной волны формируется то же самое изображение, но с меньшей эффективностью. Таким образом, микрооптическая система при падении на нее оптического излучения и углах наблюдения менее 40 градусов видимого диапазона формирует визуальное изображение, состоящее из отдельных ярких точек.The claimed utility model is intended for the formation of visual images in the visible wavelength range (from 0.38 microns to 0.74 microns). The micro-optical system has a microrelief depth of 0.1-0.3 microns. The off-axis Fresnel lens, when illuminated by a point source, forms an image in the form of a bright dot for the observer. The maximum image brightness for a multi-gradation Fresnel lens corresponds to a microrelief depth of λ / 2. For example, at λ = 0.56 microns, off-axis Fresnel lenses with a depth of 0.28 microns are most effective. When optical radiation with a different wavelength is incident on such a Fresnel lens, the same image is formed, but with less efficiency. Thus, the micro-optical system when optical radiation is incident on it and the viewing angles are less than 40 degrees of the visible range forms a visual image consisting of separate bright points.
Двумерное (2D) изображение формируется фрагментами дифракционных решеток, имеющими разную ориентацию и период меньший 0,7 микрона. Дифракционные решетки расположены в каждой из областей Qij (фиг.5). Размеры областей Qij (менее 50 микрон) и расстояния между соседними областями выбраны так, что при углах наклона подложки более 40 градусов и освещении микрооптической системы источником белого света позволяют формировать цветное 2D-изoбpaжeниe, заполняющее всю область микрооптической системы.A two-dimensional (2D) image is formed by fragments of diffraction gratings having different orientations and a period of less than 0.7 microns. Diffraction gratings are located in each of the regions Q ij (Fig. 5). The sizes of the Q ij regions (less than 50 microns) and the distances between neighboring regions are chosen so that when the substrate tilt angles are more than 40 degrees and the micro-optical system is illuminated with a white light source, a 2D color image can be formed that fills the entire area of the micro-optical system.
Выбор периода дифракционных решеток менее 0,7 микрона и параметров внеосевых линз Френеля обеспечивает формирование диаграмм направленности внеосевых линз Френеля и дифракционных решеток в разных угловых диапазонах. Как следствие наблюдатель видит при углах наклона менее 40 градусов только изображение из светящихся точек, формируемое линзами Френеля, а при углах более 40 градусов только 2D-изoбpaжeниe, формируемое дифракционными решетками.The choice of the period of diffraction gratings of less than 0.7 microns and the parameters of off-axis Fresnel lenses ensures the formation of radiation patterns of off-axis Fresnel lenses and diffraction gratings in different angular ranges. As a consequence, the observer sees at angles of less than 40 degrees only an image from the luminous points formed by Fresnel lenses, and at angles of more than 40 degrees only a 2D image formed by diffraction gratings.
Формирование микрорельефа заявленной микрооптической системой представляет собой более сложную задачу, чем изготовление прототипа. Контролируемый эффект смены изображения слабо зависит от условий освещения и типов источников света, что является несомненным достоинством с точки зрения практического применения предлагаемой микрооптической системы формирования изображений. Следует отметить, что заявляемая микрооптическая система позволяет формировать изображения, как в режиме отражения света, так и в режиме пропускания, который может быть использован как элемент защиты банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт от подделки.The formation of the microrelief of the claimed micro-optical system is a more difficult task than the manufacture of the prototype. The controlled effect of the image change weakly depends on the lighting conditions and types of light sources, which is an undoubted advantage from the point of view of practical application of the proposed micro-optical system for image formation. It should be noted that the inventive micro-optical system allows you to create images, both in the light reflection mode and in the transmission mode, which can be used as an element of protection of banknotes, securities, documents, plastic cards from counterfeiting.
Центральным моментом технологии изготовления микрооптической системы, заявленной в изобретении, является изготовление оригинала микрооптической системы. Для изготовления оригинала прототипа (ЕАПВ 201000535/31) микрооптической системы можно использовать электронно-лучевую литографию или оптические технологии формирования микрорельефа высокого разрешения. Запись оригиналов микрооптической системы, включающей фрагменты решеток с диапазоном периодов 0,3-0,7 микрон, можно осуществить только с помощью электронно-лучевой литографии. Эта технология мало распространена, стоимость электронно-лучевых литографов составляет несколько миллионов евро. Электронно-лучевая технология синтеза оригиналов наукоемка. Все это сужает технологии, которые могут быть использованы для синтеза заявленной микрооптической системы и обеспечивает надежную защиту от подделок и имитации.The central point of the manufacturing technology of the micro-optical system claimed in the invention is the manufacture of the original micro-optical system. For the manufacture of the original prototype (EAPV 201000535/31) of a micro-optical system, electron beam lithography or optical technologies for the formation of high-resolution microrelief can be used. The originals of a micro-optical system, including fragments of gratings with a period range of 0.3-0.7 microns, can be recorded only using electron beam lithography. This technology is not common, the cost of electron beam lithographs is several million euros. Electron beam technology for the synthesis of originals is knowledge-intensive. All this narrows down the technologies that can be used to synthesize the claimed micro-optical system and provides reliable protection against fakes and imitations.
Таким образом, основные отличия заявленной микрооптической системы от прототипа заключаются в следующем:Thus, the main differences of the claimed microoptical system from the prototype are as follows:
1. По сравнению с прототипом, заявленная микрооптическая система имеет фасеточную структуру, в которой оптический элемент разбит на элементарные области размером менее 50 микрон, где находятся не только фрагменты внеосевых линз Френеля, но и фрагменты дифракционных решеток.1. Compared with the prototype, the claimed micro-optical system has a facet structure in which the optical element is divided into elementary regions smaller than 50 microns in size, where not only fragments of off-axis Fresnel lenses are located, but also fragments of diffraction gratings.
2. Специальный выбор параметров внеосевых линз Френеля и параметров дифракционных решеток позволяет формировать эффект смены изображений. При углах наклона подложки менее 40 градусов наблюдатель может видеть изображение, состоящее из ярких точек с эффектом смещения изображений, как это имеет место в прототипе. При углах наклона подложки более 40 градусов, в отличие от прототипа, микрооптическая система формирует цветное 2D изображение.2. A special choice of the parameters of off-axis Fresnel lenses and the parameters of diffraction gratings allows the formation of the effect of image change. When the angle of inclination of the substrate is less than 40 degrees, the observer can see the image, consisting of bright points with the effect of the displacement of the images, as is the case in the prototype. At angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, in contrast to the prototype, the micro-optical system forms a 2D color image.
Заявленная микрооптическая система расширяет возможности визуального контроля по сравнению с прототипом, поскольку при углах наклона подложки более 40 градусов изображение из светящихся точек исчезает и наблюдатель видит другое 2D изображениеThe claimed micro-optical system expands the possibilities of visual control compared to the prototype, since at angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, the image from the luminous points disappears and the observer sees another 2D image
3. Заявленная микрооптическая система обладает большей защищенностью от подделок и имитаций, поскольку оригинал микрооптической системы можно изготовить только с помощью наукоемкой электронно-лучевой технологии, которая не является широко распространенной.3. The claimed micro-optical system is more protected from fakes and imitations, since the original micro-optical system can only be made using high-tech electron beam technology, which is not widespread.
Заявляемое изобретение допускает массовое тиражирование оптических элементов, поскольку для их изготовления можно использовать стандартную технологию тиражирования голограмм, в том числе в виде фольги горячего тиснения. На практике процесс изготовления плоского оптического элемента включает следующие стадии: расчет параметров и структуры микрорельефа плоских оптических элементов, формирующих защитные изображения, формирование рассчитанного микрорельефа на плоском носителе с помощью электронно-лучевой литографии. Далее следует стандартная технология массового тиражирования голограмм, а именно, гальванопластика, прокатка, нанесение клеевых слоев, резка и т.д. Возможность использования стандартного голографического оборудования для массового тиражирования позволяет изготавливать заявляемые в качестве изобретения микрооптические защитные системы по низкой цене.The claimed invention allows for mass replication of optical elements, because for their manufacture, you can use the standard technology for replicating holograms, including in the form of hot stamping foils. In practice, the manufacturing process of a flat optical element includes the following stages: calculation of the parameters and structure of the microrelief of the flat optical elements forming protective images, the formation of the calculated microrelief on a flat medium using electron beam lithography. The following is the standard technology for the mass replication of holograms, namely, electroforming, rolling, applying adhesive layers, cutting, etc. The possibility of using standard holographic equipment for mass replication makes it possible to produce the microoptic security systems claimed as an invention at a low price.
В качестве примера реализации, изобретения были изготовлены две микрооптические системы. В первом примере была изготовлена микрооптическая система на подложке, которая при наклоне подложки меньше 40 градусов, формировала изображение из цифр "50 50 50 50" (фиг.6). Для формирования изображения на фиг.6 использовались фрагменты внеосевых линз Френеля с седлообразной фазовой функцией (фиг.3). Для формирования изображений, состоящих из ярких точек, использовались внеосевые линзы Френеля диаметром 920 микрон. Высота букв «50» составляла 2,8 мм. При наклонах подложки меньше 40 градусов имел место эффект смещения фрагментов изображения так, как показано на фиг.7. При высоте цифры «50» в 2,8 мм максимальный эффект смещения составляет порядка 0,9 мм. При углах наклона подложки более 40 градусов, микрооптическая система формировала 2D-изображение, представленное на фиг.8. Для формирования 2D-изображения использовались дифракционные решетки с периодом 0,5 микрона. Размер изображения составил 3×50 мм.As an example implementation, two micro-optical systems were manufactured. In the first example, a micro-optical system was made on a substrate, which, when the inclination of the substrate is less than 40 degrees, formed an image from the numbers "50 50 50 50" (Fig.6). To form the image in Fig.6, fragments of off-axis Fresnel lenses with a saddle-shaped phase function were used (Fig.3). For the formation of images consisting of bright points, off-axis Fresnel lenses with a diameter of 920 microns were used. The height of the letters “50” was 2.8 mm. When the inclination of the substrate is less than 40 degrees, there was an effect of displacement of image fragments as shown in Fig. 7. With the height of the figure “50” of 2.8 mm, the maximum displacement effect is about 0.9 mm. At angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, the micro-optical system formed a 2D image shown in Fig. 8. To form a 2D image, diffraction gratings with a period of 0.5 microns were used. Image size was 3 × 50 mm.
Микрорельеф плоских оптических элементов записывался с помощью электроннолучевой литографии (электронный литограф Carl Zeiss ZBA-21) на пластинах с электронным резистом. Разрешение электронного литографа - 0,1 микрона. Из изготовленных пластин с электронным резистом после их металлизации с помощью гальванопластики были изготовлены мастер матрицы микрооптических систем. После стандартной голографической процедуры мультипликации были изготовлены мультиплицированные мастер-матрицы, с которых были изготовлены рабочие матрицы для прокатки. На стандартном оборудовании для прокатки фирмы James River была изготовлена голографическая фольга. После нанесения клеевых слоев были изготовлены образцы голографической нити и банкнотной бумаги с защищенной ныряющей нитью. Толщина голографической фольги составляла 19 микрон.The microrelief of flat optical elements was recorded using electron beam lithography (Carl Zeiss ZBA-21 electronic lithograph) on plates with an electronic resist. The resolution of the electronic lithograph is 0.1 microns. After fabrication of plates with an electronic resist after metallization using electroplating, the master of the matrix of micro-optical systems was made. After the standard holographic animation procedure, multiplied master matrices were made, from which working matrices for rolling were made. Holographic foil was made using standard James River rolling equipment. After applying the adhesive layers, samples of a holographic thread and banknote paper with a protected diving thread were made. The thickness of the holographic foil was 19 microns.
В качестве второго примера была изготовлена микрооптическая система на подложке, которая при наклоне подложки меньше 40 градусов, формировала изображение из цифр "50 50 50 50" (фиг.6). Для формирования изображения на фиг.6 использовались фрагменты внеосевых линз Френеля с параболоидной фазовой функцией (фиг.2). При углах наклона подложки более 40 градусов, микрооптическая система формировала изображение, представленное на фиг.9.As a second example, a micro-optical system was made on a substrate, which when the inclination of the substrate is less than 40 degrees, formed an image from the numbers "50 50 50 50" (Fig.6). To form the image in FIG. 6, fragments of off-axis Fresnel lenses with a paraboloid phase function were used (FIG. 2). At angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, the micro-optical system formed the image shown in Fig.9.
Изготовленные образцы оптической защитной нити, внедренной в банкнотную бумагу, с визуальным эффектом смены изображения, состоящего из светящихся точек при углах наклона подложки менее 40 градусов, на цветное 2D-изображение при углах наклона более 40 градусов, продемонстрировали высокие возможности заявленной микрооптической системы для защиты банкнот, сертификатов, чеков, пластиковых карт.The manufactured samples of an optical security thread embedded in banknote paper, with the visual effect of changing the image consisting of luminous dots at angles of inclination of the substrate of less than 40 degrees, to a color 2D image at angles of inclination of more than 40 degrees, demonstrated the high potential of the claimed micro-optical system for protecting banknotes , certificates, checks, plastic cards.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012143475/28U RU127208U1 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012143475/28U RU127208U1 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU127208U1 true RU127208U1 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=49153982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012143475/28U RU127208U1 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU127208U1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA026552B1 (en) * | 2014-03-20 | 2017-04-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Microoptical system for formation of dynamic visual images |
| RU174679U1 (en) * | 2017-02-13 | 2017-10-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Micro-optical system for the formation of visual images with kinematic effects |
| RU2645613C1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "БИГПРИНТЕР ЦИФРОВЫЕ ИННОВАЦИИ" | Method of printing optical lenses on the substrate for creation of stereo effect |
| EA030487B1 (en) * | 2016-03-09 | 2018-08-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Microoptical imaging system for instrumental and visual control of product authenticity |
| WO2018169450A2 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects |
-
2012
- 2012-10-11 RU RU2012143475/28U patent/RU127208U1/en active IP Right Revival
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA026552B1 (en) * | 2014-03-20 | 2017-04-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Microoptical system for formation of dynamic visual images |
| EA030487B1 (en) * | 2016-03-09 | 2018-08-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Microoptical imaging system for instrumental and visual control of product authenticity |
| RU2645613C1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "БИГПРИНТЕР ЦИФРОВЫЕ ИННОВАЦИИ" | Method of printing optical lenses on the substrate for creation of stereo effect |
| RU174679U1 (en) * | 2017-02-13 | 2017-10-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Micro-optical system for the formation of visual images with kinematic effects |
| WO2018169450A2 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects |
| WO2018169450A3 (en) * | 2017-03-15 | 2019-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10525758B2 (en) | Security element, value document comprising such a security element, and method for producing such a security element | |
| KR102630381B1 (en) | Optical products, masters for manufacturing optical products, and methods for manufacturing masters and optical products | |
| US8878844B2 (en) | Representation system | |
| US20210023870A1 (en) | Micro-optic device with integrated focusing element and image element structure | |
| CN103260893B (en) | Have be arranged in suprabasil optical element, for generation of the display element of the light spot image be suspended in above or below substrate | |
| US8786521B2 (en) | Representation system | |
| RU127208U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| EP2546070B1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| RU2430836C1 (en) | Multilayer protective element with alternate optical effect and counterfeit-proof document | |
| CN108254937B (en) | Double-imaging method, device and application thereof | |
| WO2018225801A1 (en) | Optical structure | |
| CN107206831B (en) | Optically variable security element | |
| CN106864161B (en) | Security feature identification method and reflective security element film | |
| RU149690U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| EP3598204A2 (en) | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects | |
| RU190048U1 (en) | Micro-optical system for the formation of 2D images | |
| AU2011101251B4 (en) | Optically variable device | |
| RU140190U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| EP3929001A1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| RU212103U1 (en) | MICRO-OPTIC IMAGING DEVICE FOR VISUAL CONTROL | |
| JP5503658B2 (en) | Dynamic stereoscopic image forming sheet and manufacturing apparatus thereof | |
| EP3466712B1 (en) | Micro-optic system for forming visual images with kinematic effects of movement | |
| EP3842252A1 (en) | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction | |
| EP2955564B1 (en) | Optically variable element | |
| RU152465U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140311 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20141012 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20160320 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171012 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20180905 |
|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191015 Effective date: 20191015 |