RU149690U1

RU149690U1 - MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES

Info

Publication number: RU149690U1
Application number: RU2014111260/28U
Authority: RU
Inventors: Антон Александрович Гончарский; Александр Владимирович Гончарский; Святослав Радомирович Дурлевич
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии"
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-01-20

Abstract

1. Микрооптическая система формирования визуальных изображений, представляющая собой размещенный на плоской подложке однослойный фазовый оптический элемент, отличающаяся тем, что область оптического элемента Q разбита на две непересекающиеся области R и D, область R состоит из N элементарных областей R, i=1...N, каждая из которых имеет размер не более 50 мкм, причем в любом круге радиусом 300 мкм с центром в точке, принадлежащей области оптического элемента Q, содержится не менее 5 элементарных областей R, область D состоит из всех точек области Q за исключением точек области R, элементарные области Rзаполнены дифракционными решетками с периодами менее 0,7 мкм, в области D сформирован плоский оптический элемент, фазовая функция которого φ(х,у) равна сумме функции h(x,y), описывающей форму заданной поверхности, и линейной фазовой функции ψ(χ,у)=ах+by+с, a, b и с - заданные константы, x, у - декартовы координаты в плоскости оптического элемента, при этом при освещении микрооптической системы белым светом при углах наклона подложки относительно наблюдателя менее 40° наблюдатель на всей поверхности оптического элемента видит изображение трехмерной поверхности, заданной функцией h(x, у), а при углах наклона подложки более 40° наблюдатель видит на всей поверхности оптического элемента другое двухмерное цветное изображение, формируемое находящимися в элементарных областях Rдифракционными решетками.2. Микрооптическая система формирования визуальных изображений по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью частичного отражения и частичного пропускания света.3. Микрооптическая система формирования визуальных изображений по п. 1, о�1. A micro-optical system for generating visual images, which is a single-layer phase optical element placed on a flat substrate, characterized in that the region of the optical element Q is divided into two disjoint regions R and D, the region R consists of N elementary regions R, i = 1 .. .N, each of which has a size of not more than 50 μm, and in any circle of radius 300 μm centered at a point belonging to the region of the optical element Q, there are at least 5 elementary regions R, region D consists of all points of the region Q behind and by excluding points of the region R, the elementary regions of R are filled with diffraction gratings with periods less than 0.7 μm, a flat optical element is formed in the region D, the phase function of which φ (x, y) is equal to the sum of the function h (x, y) describing the shape of the given surface, and the linear phase function ψ (χ, y) = ax + by + c, a, b and c are the given constants, x, y are the Cartesian coordinates in the plane of the optical element, while illuminating the micro-optical system with white light at angles of inclination of the substrate relative to observer less than 40 ° observer on the entire surface opt of an optical element sees an image of a three-dimensional surface defined by the function h (x, y), and for angles of inclination of the substrate of more than 40 ° the observer sees on the entire surface of the optical element another two-dimensional color image formed by R-diffraction gratings located in elementary regions. 2. Micro-optical system for the formation of visual images according to claim 1, characterized in that it is configured to partially reflect and partially transmit light. Micro-optical visual imaging system according to claim 1,

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, 3^rd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2^nd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4). Дифракционные оптические элементы позволяют создавать различные дифракционные эффекты при изменении положения оптического элемента относительно источника света или наблюдателя.At present, 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 Cataloguing in Publication} Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2 ^nd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4). Diffractive optical elements allow you to create various diffraction effects when you change the position of the optical element relative to the light source or observer.

К последним разработкам в области оптических защитных элементов относятся микрооптические системы для формирования изображений с кинетическими эффектами движения (патенты США N 7,468,842 N 7,333,268). Эта технология получила название motion и используется для защиты банкнот. Основным недостатком технологии является достаточно большая толщина микрооптической системы, так как она состоит из двух слоев (слой микролинз и слой микроизображений).Recent developments in the field of optical security elements include micro-optical systems for imaging with kinetic motion effects (US Pat. Nos. 7,468,842 N 7,333,268). This technology is called motion and is used to protect banknotes. The main disadvantage of the technology is the rather large thickness of the microoptical system, since it consists of two layers (a layer of microlenses and a layer of microimages).

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 имитаций 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 imitations and allow mass replication.

Близкой к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является микрооптическая система формирования изображений (евразийский патент EA 017394 (B1)). Микрооптическая система согласно патенту EA 017394 обеспечивает возможность синтеза легко контролируемого эффекта движения изображений, состоящих из светящихся точек, при наклонах подложки относительно наблюдателя. Согласно патенту EA 017394, 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.Close to the claimed utility model in terms of features is a micro-optical imaging system (Eurasian patent EA 017394 (B1)). The micro-optical system according to EA 017394 provides the possibility of synthesizing an easily controlled effect of the movement of images consisting of luminous dots when the substrate tilts relative to the observer. According to EA 017394, a micro-optical visual imaging system 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 predetermined radiation pattern of scattered light, which implements the synthesis of images consisting of individual points, with a visual effect of displacement formed images with tilts of the substrate relative to the observer.

Наиболее близкой (прототип) по совокупности признаков является патент на полезную модель RU 127208 ”Микрооптическая система формирования визуальных изображений.” Согласно этому патенту на полезную модель микрооптическая система состоит из фрагментов внеосевых линз Френеля и элементарных областей размером до 50 микрон, в которых сформированы дифракционные решетки. Специальное расположение элементарных областей и параметров дифракционных решеток обеспечивает эффект смены изображений при разных углах наблюдения. При углах наклона подложки менее 40 градусов наблюдатель видит двумерное изображение, состоящее из точек, сформированное линзами Френеля. В случае если угол наклона микрооптической системы превышает 40 градусов, наблюдатель видит другое цветное двумерное изображение, формируемое дифракционными решетками.The closest (prototype) in terms of features is the patent for utility model RU 127208 “Micro-optical system for forming visual images.” According to this patent for a utility model, the micro-optical system consists of fragments of off-axis Fresnel lenses and elementary regions up to 50 microns in size, in which diffraction gratings are formed . A special arrangement of elementary regions and parameters of diffraction gratings provides the effect of changing images at different viewing angles. At angles of inclination of the substrate of less than 40 degrees, the observer sees a two-dimensional image consisting of points formed by Fresnel lenses. If the angle of inclination of the micro-optical system exceeds 40 degrees, the observer sees another two-dimensional color image formed by diffraction gratings.

Задачей настоящей заявки на полезную модель является расширение возможностей визуального контроля 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.The purpose of this application for a utility model is to expand the capabilities of visual control compared to the prototype and 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.

При этом достигаемый технический результат заключается в возможности формирования, в отличие от прототипа, трехмерных изображений наблюдаемых при углах наклона менее 40 градусов. При наклонах подложки более чем на 40 градусов, происходит смена изображений так, что трехмерное изображение 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.Moreover, the technical result achieved consists in the possibility of forming, in contrast to the prototype, three-dimensional images observed at tilt angles of less than 40 degrees. When the substrate tilts more than 40 degrees, the image changes so that the three-dimensional image 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, занимающего область 0, состоящую из двух непересекающихся областей R и D, таких, что область R состоит из N элементарных областей R_i, i=1…N, каждая из которых имеет размер не более 50 микрон, причем в любом круге радиусом 300 микрон с центром в точке принадлежащей области оптического элемента Q, содержится не менее 5 элементарных областей R_i, а область D состоит из всех точек области Q за исключением точек области R. Элементарные области R_i заполнены дифракционными решетками с периодами менее 0,7 микрона. В области D сформирован плоский оптический элемент, фазовая функция которого φ(x,y) равна сумме функции h(x,y), описывающей форму заданной поверхности, и линейной фазовой функции ψ(x,y)=ax+by+c, a, b и c -заданные константы, x, y -декартовы координаты в плоскости оптического элемента. При освещении микрооптической системы белым светом при углах наклона подложки менее 40 градусов наблюдатель на всей поверхности оптического элемента видит изображение трехмерной поверхности, заданной функцией h(x,y), а при углах наклона подложки более 40 градусов наблюдатель видит на всей поверхности оптического элемента другое двухмерное цветное изображение, формируемое находящимися в элементарных областях R_i дифракционными решетками.The problem with the achievement of the specified technical result is solved in the claimed microoptical visual imaging system, consisting of a flat diffractive optical element placed on a flat substrate, occupying region 0, consisting of two disjoint regions R and D, such that region R consists of N elementary regions R _{i, i} = 1 ... N, each having a size of not more than 50 microns, wherein any radius of the disk 300 microns centered at the optical member belonging to the area Q, soderzh tsya not less than 5 elementary regions R _i, and D region consists of all points of the region except for the points Q region R. Elementary region R _i filled diffraction gratings with periods of less than 0.7 micron. A flat optical element is formed in region D, whose phase function φ (x, y) is equal to the sum of the function h (x, y) describing the shape of the given surface and the linear phase function ψ (x, y) = ax + by + c, a , b and c are the given constants, x, y are the Cartesian coordinates in the plane of the optical element. When the microoptical system is illuminated with white light at angles of inclination of the substrate of less than 40 degrees, the observer on the entire surface of the optical element sees an image of a three-dimensional surface defined by the function h (x, y), and at angles of inclination of the substrate of more than 40 degrees, the observer sees another two-dimensional on the entire surface of the optical element color image formed by diffraction gratings located in elementary regions R _i .

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.

Сущность полезной модели поясняется изображениями, где на фиг. 1 приведена схема наблюдения визуальных изображений; на фиг. 2 приведена схема расположения элементарных областей R_i на области оптического элемента Q; на фиг. 3 приведена схема расположения области D на области оптического элемента Q; на фиг. 4 приведен фрагмент области оптического элемента Q, иллюстрирующий формирование микрорельефа плоского оптического элемента в областях R_i; на фиг. 5 приведена трехмерная поверхность z=h(x,y), видимая наблюдателю при освещении микрооптической системы белым светом; на фиг. 6 и фиг. 7 приведены примеры двумерных цветных изображения, видимых наблюдателю при углах наклона микрооптической системы более 40 градусов.The essence of the utility model is illustrated by images, where in FIG. 1 is a diagram of the observation of visual images; in FIG. 2 shows an arrangement of elementary regions R _i on a region of an optical element Q; in FIG. 3 shows the arrangement of the region D on the region of the optical element Q; in FIG. 4 is a fragment of a region of an optical element Q illustrating the formation of a microrelief of a flat optical element in regions R _i ; in FIG. 5 shows a three-dimensional surface z = h (x, y), visible to the observer when the micro-optical system is illuminated with white light; in FIG. 6 and FIG. Figure 7 shows examples of two-dimensional color images visible to an observer at angles of inclination of the micro-optical system of more than 40 degrees.

Микрооптическая система, заявленная в настоящем техническом решении, представляет собой расположенный на плоской подложке плоский оптический элемент. На фиг. 1 приведена схема наблюдения микрооптической системы. Микрооптическая система обозначена цифрой 1, источник света обозначен цифрой 2, наблюдатель, обозначенный цифрой 3, видит изображение под углом θ. Область Q оптического элемента разбита на две непересекающиеся области R и D. Схема расположения элементарных областей R_i, составляющих область R приведена на фиг. 2. Элементарные области R_i имеют черный цвет. На фиг. 3 приведена область D. Точки, принадлежащие области D, показаны черным цветом. Область D является дополнением области R в Q. Фиг. 4 иллюстрирует схему формирования микрорельефа оптического элемента в элементарных областях R_i. Как видно из фиг. 4 элементарные области R_i заполнены дифракционными решетками. Периоды решеток не превышают 0,7 микрона. Штрихи решеток могут располагаться под разными углами. Глубина микрорельефа дифракционных решеток может варьироваться от 50 до 300 нанометров. На фиг. 5 приведена трехмерная поверхность z=h(x,y), видимая наблюдателю при освещении микрооптической системы белым светом. Плоский оптический элемент согласно формуле полезной модели имеет фазовую функцию φ(x,y) равную сумме функции h(x,y), описывающей форму заданной поверхности, и линейной фазовой функции ψ(x,y)=ax+by+c, т.е. φ(x,y)=h(x,y)+ax+by+c, a, b и c - заданные константы, x, y - декартовы координаты в плоскости оптического элемента. Оптический элемент с линейной фазовой функцией представляет собой отражающую наклонную плоскость. Линейное слагаемое в фазовой функции φ(x,y) обеспечивает возможность синтеза предложенной микрооптической системы для разного расположения источника света и наблюдателя относительно плоского оптического элемента. Каждый плоский фазовый оптический элемент однозначно задается своей фазовой функцией. Фазовая функция однозначно определяет микрорельеф плоского оптического элемента. Зная φ(x,y) можно рассчитать и изготовить плоский фазовый оптический элемент с глубиной микрорельефа порядка длины волны, формирующий заданное изображение (А.В. Гончарский, В.В. Попов, В.В. Степанов “Введение в компьютерную оптику” Изд-во МГУ, Москва, 1991, ISBN 5-211-00953-3); На фиг.6 и фиг.7 приведены примеры двумерных цветных изображений, видимых наблюдателю при углах наклона микрооптической системы более 40 градусов. На фиг. 6 приведен пример цветного изображения, которое занимает всю область оптического элемента и состоит из полос двух разных цветов, один цвет соответствует белой области на рисунке, второй цвет соответствует темному цвету. Выбор периодов дифракционных решеток позволяет формировать различные цвета двумерных изображений, видимых наблюдателю под определенным углом. На фиг. 7 приведен пример двумерного изображения из трех цветов (показаны белым, серым и черным цветом).The micro-optical system claimed in this technical solution is a flat optical element located on a flat substrate. In FIG. Figure 1 shows the observation scheme of a micro-optical system. The micro-optical system is indicated by the number 1, the light source is indicated by the number 2, the observer indicated by the number 3, sees the image at an angle θ. The region Q of the optical element is divided into two disjoint regions R and D. The arrangement of elementary regions R _i constituting the region R is shown in FIG. 2. The elementary regions R _i are black. In FIG. Area 3 is shown in Figure 3. Points belonging to area D are shown in black. Region D is a complement to region R in Q. FIG. 4 illustrates a microrelief formation pattern of an optical element in elementary regions R _i . As can be seen from FIG. The 4 elementary regions R _{i are} filled with diffraction gratings. The lattice periods do not exceed 0.7 microns. Grill strokes can be placed at different angles. The microrelief depth of diffraction gratings can vary from 50 to 300 nanometers. In FIG. Figure 5 shows the three-dimensional surface z = h (x, y), visible to the observer when the micro-optical system is illuminated with white light. The flat optical element according to the formula of the utility model has a phase function φ (x, y) equal to the sum of the function h (x, y) describing the shape of the given surface and the linear phase function ψ (x, y) = ax + by + c, t. e. φ (x, y) = h (x, y) + ax + by + c, a, b and c are the given constants, x, y are the Cartesian coordinates in the plane of the optical element. An optical element with a linear phase function is a reflective inclined plane. The linear term in the phase function φ (x, y) makes it possible to synthesize the proposed micro-optical system for different positions of the light source and the observer relative to a planar optical element. Each flat phase optical element is uniquely determined by its phase function. The phase function uniquely determines the microrelief of a flat optical element. Knowing φ (x, y), it is possible to calculate and fabricate a flat phase optical element with a microrelief depth of the order of the wavelength that forms a given image (A.V. Goncharsky, V.V. Popov, V.V. Stepanov “Introduction to computer optics” Issue -Moscow State University, Moscow, 1991, ISBN 5-211-00953-3); Fig.6 and Fig.7 are examples of two-dimensional color images visible to the observer at angles of inclination of the micro-optical system of more than 40 degrees. In FIG. Figure 6 shows an example of a color image that occupies the entire region of an optical element and consists of strips of two different colors, one color corresponds to the white region in the figure, and the second color corresponds to dark color. The choice of periods of diffraction gratings allows the formation of various colors of two-dimensional images visible to the observer at a certain angle. In FIG. 7 is an example of a two-dimensional image of three colors (shown in white, gray and black).

Заявленный в полезной модели плоский оптический элемент содержит элементарные области R_i, i=1, 2, … N, где N - число разбиений оптического элемента на элементарные области по осям координат. Размер элементарных областей не превосходит 50 микрон - предел визуального разрешения элементов изображения на плоском оптическом элементе для человеческого глаза. Наблюдатель не может видеть структуру разбиения микрооптической системы на элементарные области R_i. Расстояние между ближайшими элементами R_i не превышает 100 микрон. Таким образом, при углах наблюдения больше 40 градусов наблюдатель визуально будет видеть цветное изображение, занимающее всю область плоского оптического элемента. С другой стороны, при углах наклона менее 40 градусов, ввиду того, что размер областей R_i меньше предела визуального разрешения, в области D наблюдатель видит трехмерное изображение поверхности z=h(x,y) на всей плоскости оптического элемента.The flat optical element declared in the utility model contains elementary regions R _i , i = 1, 2, ... N, where N is the number of partitions of the optical element into elementary regions along the coordinate axes. 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. The observer cannot see the structure of the partition of the micro-optical system into elementary regions R _i . The distance between the nearest elements R _i does not exceed 100 microns. Thus, at viewing angles of more than 40 degrees, the observer will visually see a color image occupying the entire region of a planar optical element. On the other hand, at tilt angles of less than 40 degrees, due to the fact that the size of the regions R _{i is} less than the limit of visual resolution, in region D the observer sees a three-dimensional image of the surface z = h (x, y) on the entire plane of the optical element.

Заявленная микрооптическая система, в отличие от прототипа, позволяет формировать эффект смены изображений одно из которых является трехмерным. В прототипе происходит эффект смены двух двумерных изображений. Формирование трехмерного эффекта с помощью плоских оптических элементов представляет собой сложную задачу. Микрооптические системы, формирующие трехмерные изображения, надежнее защищены от подделок по сравнению с микрооптическими системами, формирующими двумерные изображения. К достоинствам заявленной микрооптической системы можно отнести слабую зависимость от условий освещения.The claimed micro-optical system, in contrast to the prototype, allows you to create the effect of changing images, one of which is three-dimensional. In the prototype, the effect of changing two two-dimensional images occurs. The formation of a three-dimensional effect using flat optical elements is a complex task. Micro-optical systems forming three-dimensional images are more reliably protected from fakes in comparison with micro-optical systems forming two-dimensional images. The advantages of the claimed micro-optical system include a weak dependence on lighting conditions.

Центральным моментом технологии изготовления микрооптической системы, заявленной в полезной модели, является изготовление оригинала микрооптической системы. Для изготовления оригинала прототипа (RU 127208) микрооптической системы можно использовать электронно-лучевую литографию или оптические технологии формирования микрорельефа высокого разрешения. Запись оригиналов микрооптической системы, заявленной в полезной модели, включающей фрагменты решеток с диапазоном периодов 0,3-0,7 микрона, 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 имитаций.The central point of the manufacturing technology of the micro-optical system, as claimed in the utility model, is the manufacture of the original micro-optical system. For the manufacture of the original prototype (RU 127208) of a micro-optical system, electron beam lithography or optical high-resolution microrelief formation technologies can be used. The originals of a micro-optical system claimed in a utility model, 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 формирует эффект смены двух изображений, одно из которых является изображением трехмерной поверхности. В прототипе возможно формирование только двумерных изображений. Таким образом, заявленная полезная модель расширяет по сравнению с прототипом возможности формирования визуальных изображений.1. Compared with the prototype, the claimed micro-optical system generates the effect of changing two images, one of which is an image of a three-dimensional surface. In the prototype, only two-dimensional images can be formed. Thus, the claimed utility model expands the possibilities of forming visual images in comparison with the prototype.

2. Формирование трехмерных изображений является сложной наукоемкой задачей, включающей в себя расчет фазовой функции и микрорельефа оптического элемента, его изготовление с высокой точностью. Предложенные в полезной модели микрооптические системы невозможно записать оптическими методами записи, включая такие распространенные технологии как dot-matrix и др. (Гончарский А.В., Гончарский А.А. ”Компьютерная оптика. Компьютерная голография” Изд-во МГУ, Москва 2004, ISBN 5-211-04902-0). Базовой технологией для изготовления оригиналов является малораспространенная технология электронно-лучевой литографии. Таким образом, сужен круг технологий, которые позволяют изготовить заявленную микрооптическую систему, что повышает ее защищенность от подделок.2. The formation of three-dimensional images is a complex science-intensive task, which includes the calculation of the phase function and microrelief of the optical element, its manufacture with high accuracy. Microoptical systems proposed in the utility model cannot be recorded using optical recording methods, including such common technologies as dot-matrix and others (Goncharsky A.V., Goncharsky A.A. “Computer Optics. Computer Holography”, Moscow State University Publishing House, Moscow 2004, ISBN 5-211-04902-0). The basic technology for the manufacture of originals is the rare technology of electron beam lithography. Thus, the range of technologies that make it possible to manufacture the claimed micro-optical system has been narrowed, which increases its protection against fakes.

Заявляемая полезная модель 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 полезной модели микрооптические защитные системы по низкой цене.The inventive utility model 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 flat optical elements forming protective images; the formation of the calculated microrelief on a flat carrier using electron beam lithography. The following is the standard technology for the mass replication of holograms, namely: electroplating, rolling, applying adhesive layers, cutting, etc. The possibility of using standard holographic equipment for mass replication makes it possible to produce microoptical protective systems declared as a utility model at a low price.

В качестве примера реализации полезной модели были изготовлены две микрооптические системы. В первом примере была изготовлена микрооптическая система, которая при углах наклона менее 40 градусов, формировала изображение трехмерной поверхности представленной на фиг. 5. При углах наклона более 40 градусов, микрооптическая система формировала 2D-изображение, состоящее из цветных полос как показано на фиг.6. Для формирования 2D-изображения использовались дифракционные решетки с периодами 0,5 микрона и 0,4 микрона. Размер изображения составил 10×20 мм. Глубина микрорельефа микрооптической системы составляет от 150 до 250 нанометров.As an example of the implementation of the utility model, two micro-optical systems were manufactured. In the first example, a micro-optical system was made which, at tilt angles of less than 40 degrees, formed an image of a three-dimensional surface shown in FIG. 5. At angles of inclination of more than 40 degrees, the micro-optical system formed a 2D image consisting of color bars as shown in Fig.6. To form a 2D image, diffraction gratings with periods of 0.5 microns and 0.4 microns were used. The image size was 10 × 20 mm. The microrelief depth of the micro-optical system is from 150 to 250 nanometers.

В качестве второго примера была изготовлена микрооптическая система, которая при углах наклона менее 40 градусов, формировала изображение трехмерной поверхности представленной на фиг. 5. При углах наклона более 40 градусов, микрооптическая система формировала трехцветное изображение, представленное на фиг. 7. Для формирования 2D-изображения использовались дифракционные решетки с периодами 0,6 микрона, 0,5 микрона и 0,4 микрона. Размер изображения составил 10×20 мм. Глубина микрорельефа микрооптической системы составляет от 150 до 250 нанометров.As a second example, a micro-optical system was manufactured which, at tilt angles of less than 40 degrees, formed an image of a three-dimensional surface shown in FIG. 5. At tilt angles of more than 40 degrees, the micro-optical system formed a three-color image shown in FIG. 7. To form a 2D image, diffraction gratings with periods of 0.6 microns, 0.5 microns and 0.4 microns were used. The image size was 10 × 20 mm. The microrelief depth of the micro-optical system is from 150 to 250 nanometers.

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. Толщина голографической фольги составляла 23 микрона.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 the electroplating, the master of the matrix of micro-optical systems were 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. The thickness of the holographic foil was 23 microns.

Изготовленные образцы показали высокую эффективность предложенных технических решений.Fabricated samples showed high efficiency of the proposed technical solutions.

Claims

1. A micro-optical system for generating visual images, which is a single-layer phase optical element placed on a flat substrate, characterized in that the region of the optical element Q is divided into two disjoint regions R and D, the region R consists of N elementary regions R, i = 1 .. .N, each of which has a size of not more than 50 μm, and in any circle with a radius of 300 μm centered at a point belonging to the region of the optical element Q, contains at least 5 elementary regions R _i , region D consists of all points of the region Q for with the exception of the points of the region R, the elementary regions R _{i are} filled with diffraction gratings with periods less than 0.7 μm, a flat optical element is formed in the region D, the phase function of which φ (x, y) is equal to the sum of the function h (x, y) describing the shape of the given of the surface and the linear phase function ψ (χ, y) = ax + by + c, a, b and c are the given constants, x, y are the Cartesian coordinates in the plane of the optical element, while illuminating the micro-optical system with white light at tilt angles substrate relative to the observer less than 40 ° observer on the entire surface the optical element sees an image of a three-dimensional surface defined by the function h (x, y), and for angles of inclination of the substrate of more than 40 °, the observer sees on the entire surface of the optical element another two-dimensional color image formed by diffraction gratings located in elementary regions R _i .

2. Micro-optical system for the formation of visual images according to claim 1, characterized in that it is made with the possibility of partial reflection and partial transmission of light.

3. Micro-optical system for the formation of visual images according to claim 1, characterized in that it is configured to transmit light.

4. Micro-optical system for the formation of visual images according to claim 1, characterized in that it is configured to reflect light.

5. Micro-optical system for the formation of visual images according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that it is made in the form of a protective label for banknotes, securities, documents, plastic cards, bank payment cards, excise, identification, control marks, as well as various goods that protect them from counterfeiting.