CZ297552B6 - Zpusob zhotovení opticky variabilních difraktivních struktur a zarízení k jeho provádení - Google Patents

Abstract

Zpusob zhotovení rotacne variabilních difraktivních struktur spocívá v tom, ze do tesné blízkosti pred záznamový materiál (10) se otocne umístí kontaktní mrízková maska (8) a tento záznamový materiál(10) se integrálne exponuje pres tuto kontaktní mrízkovou masku (8) optickou informací zobrazenou objektivem (6) z obrazové predlohy vytvorené na transparentní predloze (5), pricemz pozadovaná barva rekonstrukce dané rotacne variabilní difraktivní struktury se získává pouzitím kontaktní mrízkové masky (8) príslusné prostorové frekvence a pozadovaná orientace natocení této rotacne variabilní difraktivní struktury pri rekonstrukci se získává nastavením kontaktní mrízkové masky (8) do predvolené prostorové orientace vzhledem k záznamovému materiálu (10) v rovine kolmé na smer expozice. Zarízení k provádení zpusobu je tvoreno systémem skládajícím se z kvazikoherentního zdroje (1), optické záverky (2) pro ovládání délky expozice, expandéru (3) svazku, osvetlovacího optického systému (4), z transparentní predlohy (5), zobrazovacího objektivu (6) s clonou (7), z kontaktní mrízkové masky (8) ulozené v otácivé objímce (9) se stupnicí a z vlastního záznamového materiálu (10), kde vsechny tyto prvky jsou umísteny ve spolecné optické ose. V predmetové rovine zobrazovacího objektivu (6) lezí transparentní predloha (5) a v obrazové rovine tohotozobrazovacího objektivu (6) lezí záznamový materiál (10). Stred divergující vlny expandéru (3) svazku lezí v predmetové rovine osvetlovacího optického systému (4), jehoz obrazová rovina lezí ve stredu clony (7) zobrazovacího objektivu (6) a tento osvetlovací optický systém (4) lezí tesne pred transparentní predlohou

Description

Způsob zhotovení opticky variabilních difraktivních struktur a zařízení k jeho provádění

Oblast techniky

Uvedené řešení se týká způsobu zhotovování ochranných optických prvků na bázi difraktivních prvků pro dokumenty a značkové zboží a zařízení k jeho provádění.

Dosavadní stav techniky

Vzrůstající požadavky na ochranu dokumentů, stále dokonalejší formy prezentace firem v reklamě, efektnější obalová technika značkového zboží, aj., kladou stále vyšší požadavky na nové prvky, které jsou zejména nezbytné u ochranných prvků na dokumenty. Mezi nejžádanější vlastnosti všech těchto prvků patří zejména optická variabilita obrazů, která je často nepostradatelným požadavkem orientační i profesionální kontroly u ochrany dokumentů. Jedna z nej význačnějších cest, jak tuto variabilitu řešit, je použití hologramů a syntetických difraktivních struktur. Např. u lisovaných duhových hologramů se jistá optická variabilita dosahuje i automaticky, a to duhovostí hologramů, tj. plynulou variabilitou rekonstruovaných barev téhož obrazu při pozorování ve směru dopadové roviny rekonstrukčního úhlu.

Obecně je však při ochraně dokumentů žádána vyšší míra variability, související s celkovou změnou nebo i výměnou pozorovaného obrazu. U hologramů, či obecně u difraktivních struktur, je tato požadovaná vyšší míra variability možná. Dosahuje se jí například variabilitou obrazu ve vertikální rovině (jednorázovou výměnou obrazu u tzv. flip-flop hologramů) nebo variabilitou obrazu při náklonu ve směru očí pozorovatele, kterou je možné spojit s určitým kinetickým efektem obrazu. Obecně však největší možnosti nabízejí syntetické difraktivní struktury a hologramy, u nichž se variability dosahuje při rotaci prvku kolem své normály, obecně tzv. rotačně variabilní difrakční struktury, kde je možné zakódovat různé kinetické efekty obrazu, nebo naopak řešit požadavek statičnosti orientace obrazu i při otáčení prvku, apod.

Dnes již klasické duhové hologramy, při nasvětlení bílým bodovým světlem z daného směru, mají difuzní výstupní pupilu zobrazení ve tvaru horizontální štěrbiny, to je zároveň místo, kam by se měl umístit zrak pozorovatele, tedy ve směru pozorovatelových očí, což umožňuje pozorovat hologram při bodovém směrovém nasvětlení referenční vlny v určitém zorném úhlu v horizontální rovině.

V dnešní době, právě v souvislosti se strukturami opticky variabilními, se nejčastěji užívají holografické motivy fokusované do roviny struktuiy, kdy výstupní pupila je velmi úzká a hologram je tvořen v podstatě po úsecích pravidelnou mřížkou a představuje tedy obecnější difraktivní strukturu. Toto sice na jedné straně ztěžuje pozorování oběma očima při rekonstrukci v bílém bodovém světle, například při nasměrované halogenové žárovce, na druhé straně však umožňuje zmíněnou vyšší variabilitu obrazů, kdy vznikají menší tzv. přeslechy mezi vedlejšími obrazovými kanály. Kromě toho je možné i použití poměrně nekvalitního rekonstrukčního světla difuzního typu, definovaného pouze určitým prostorovým úhlem, neboť při tomto osvětlení dochází k částečnému rozšíření výstupní pupily na difuzní formu prostřednictvím difuzního rekonstrukčního zdroje. Takovéto hologramy mají dobrou difrakční účinnost a jsou dobře pozorovatelné i za horších světelných podmínek, což jsou významné faktory např. pro ochranu dokumentů.

Jelikož základem takovýchto prvků jsou pravidelné difrakční mřížky, určuje jejich prostorová frekvence za dohodnutých podmínek požadovanou rekonstrukční barvu, což je při úhlu pozorování ve směru kolmém na difraktivní strukturu a úhlu osvětlení zpravidla cca 45°, přičemž orientace této difrakční mřížky určuje prostorovou orientaci pro pozorování této barvy, opět vzhledem k dané smluvní konfiguraci rekonstrukčního zdroje.

- 1 CZ 297552 B6

Hologram ve tvaru mikromřížek obecné difraktivní struktury pak umožňuje použití různých technik pro zhotovování optických masterů, sloužících jako tradiční předloha pro výrobu galvanoplastických matric pro masové lisování hologramů. Tyto techniky jsou založeny buď na interferenci pravidelných vln, nebo na záznamu mřížkové struktury bod po bodu.

Ve stávající době se hologramy a difraktivní struktury uvedených typů vyrábějí lisováním z předloh, jehož základem je hologram zhotovený opticky - též tzv. optický master; tyto mastery se dosud vyrábějí výhradně syntetickým postupem vycházejícím z počítačového grafického návrhu po elementárních úsecích, a to v podstatě dvěma základními ideovými přístupy: buď expozicí difrakční struktury bod po bodu (různé typy bodových litografů - optických, elektronových, iontových), které postupně skanováním fokusované stopy paprsku zachycují mapy elementárních mřížek, nebo formou postupných expozic tzv. mřížkových razítek či bodových matic, to je elementárních pravidelných mřížek, kdy každé mřížkové razítko svou orientací a prostorovou frekvencí mikromřížky již daný bod předurčuje k dané rekonstrukční barvě a orientaci čtení. Tato technika, která je patentována v různých konstrukčních formách a chráněných názvech, se též nazývá dot matrix podle způsobu generace mřížkového bodu, v angličtině dot.

Charakteristickým rysem obou stávajících technik je vysoká cena pořizovacího zařízení, která je zejména extrémně vysoká u elektronových litografů, kde dosahuje hodnot desítek mil. Kč. Doba zhotovení hologramů zpravidla nepřesahujícího formát nad cca 5 x 5 cm na litografů, představuje až desítky hodin. Technika dot matrix umožňuje sice získat formáty větší, a poněkud zkrátit záznam oproti bodovým technikám, avšak u většího hologramů s vyšším rozlišením je záznamová doba též poměrně dlouhá, neboť je třeba s daným rozlišením, které je až 3000 dpi, vyřádkovat celý záznam, i když se neřádkuje po bodech mikrostruktury, ale pozorované makrostruktury.

Konvenční duhové nevariabilní hologramy je možno vyrábět pomocí masek. Zde se však užívají masky amplitudové a maska se osvětluje dvojicí interferujících vlnoploch; extrapolace této metody na variabilní struktury by byla velmi těžkopádná a pracná a není používaná. V tomto konvenčním záznamu se též někdy užívá optický prostorový modulátor, jehož informace je zobrazována přes štěrbinovou clonu na hologram, spolu se separátní referenční vlnou. I zde by extrapolace na variabilní struktury byla velmi těžkopádná, pracná a s nevalnou difrakční účinností v důsledku mnohonásobné expozice celé plochy záznamového prostředí referenční vlnou hologramu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob zhotovení rotačně variabilních difraktivních struktur podle předkládaného vynálezu. Jeho podstatou je, že do těsné blízkosti před záznamový materiál se otočně umístí kontaktní mřížková maska a tento záznamový materiál se integrálně exponuje přes tuto kontaktní mřížkovou masku optickou informací zobrazenou objektivem z obrazové předlohy vytvořené na transparentu. Požadovaná barva rekonstrukce dané rotačně variabilní difraktivní struktury se získává použitím kontaktní mřížkové masky příslušné prostorové frekvence a požadovaná orientace natočení této rotačně variabilní difraktivní struktury při rekonstrukci se získává nastavením kontaktní mřížkové masky do předvolené prostorové orientace vzhledem k záznamovému materiálu v rovině kolmé na směr expozice. Záznamový materiál se tedy integrálně exponuje při různých úhlech natočení téže kontaktní mřížkové masky nebo při postupném zařazování kontaktních mřížkových masek s různou prostorovou frekvencí.

Ve výhodném provedení je kontaktní mřížková maska pravidelná braggovská fázová mřížka definované prostorové frekvence, která difraktuje kolmo dopadající z kulovou vlnu do braggovského difrakčního řádu tak, že intenzitní poměr prošlých vln difrakčního řádu nultého a braggovského je v rozsahu 1 : 1 až 1 :3, resp. až 3 : 1, přičemž prostorová frekvence ξ této mřížky, odečítaná v rovině mřížky, se spočte z mřížkové rovnice,

-2CZ 297552 B6 siná λ

Π] kde a je zvolený úhel rekonstrukční osvětlovací vlny a Λ je vlnová délka požadované barvy rekonstruovaného světla, viditelného ze směru pozorování kolmého na rotačně variabilní difraktivní strukturu při rekonstrukci bílým světlem ze zvoleného rekonstrukčního úhlu a.

V jednom možném provedení se jako transparent obrazové předlohy použije počítačem řízený prostorový modulátor a transparent se osvětluje kvazikoherentním zdrojem, který se osvětlovacím optickým systémem fokusuje do vstupní pupily začleněného zobrazovacího objektivu. Nastavením clony se dosahuje různé míry fourierovské filtrace prostorových frekvencí vycházejících z transparentu, čímž se reguluje míra dovoleného zobrazení jednotlivých pixelů prostorového modulátoru.

Za účelem dosažení spojitého zobrazení plochy transparentu a odstranění obrazu jednotlivých pixelů z optického modulátoru v obrazové rovině je výhodné zobrazovací objektiv zaclonit na hodnotu clonového čísla (c) vyšší, než udává hodnota spočtená ze vztahu

[2] kde d je perioda vzdálenosti jednotlivých pixelů modulátoru, λ_Λ je vlnová délka záznamového světla hologramu, f je obrazová ohnisková vzdálenost použitého zobrazovacího objektivu, a je vzdálenost mezi transparentní předlohou a místem fokusace svazku z osvětlovacího optického systému.

Za účelem dosažení vyššího rozlišení při viditelnosti jednotlivých pixelů z optického modulátoru a umožnění na každý pixel adresovat jinou informaci, je výhodné zobrazovací objektiv zaclonit na hodnotu clonového čísla (c) nižší než udává vztah [2] kde d je perioda vzdálenosti jednotlivých pixelů modulátoru, λ_Λ je vlnová délka záznamového světla hologramu,/je obrazová ohnisková vzdálenost použitého objektivu, a je vzdálenost mezi transparentní předlohou a místem fokusace svazku z osvětlovacího optického systému.

Uvedený způsob lze s výhodou aplikovat i pro zhotovení konvenčního dvoudimenzionálního duhového hologramu s difuzní výstupní pupilou. V tomto případě se použije kontaktní mřížková maska, která je zhotovena jako braggovský hologram zaznamenaný referenční kulovou vlnou, dopadající ve směru kolmém na tuto kontaktní mřížkovou masku o poloměru rovném vzdálenosti objektivu od záznamového materiálu a dále signální vlnou vystupující z difuzní štěrbiny. Tato difuzní štěrbina je orientovaná kolmo na rovinu dopadu, vzdálenost difuzní štěrbiny od hologramu odpovídá vzdálenosti očí pozorovatele od budoucího duhového hologramu a střední úhel dopadu této signální vlny odpovídá úhlu <9 dle rovnice, siné?

[3]

-3CZ 297552 B6 kde λ_:η, je vlnová délka laseru při záznamu kontaktní mřížkové masky, λ je vlnová délka požadované rekonstrukční barvy duhového hologramu a a je zvolený úhel rekonstrukční vlny pro záznam požadovaného duhového hologramu pomocí zmíněné kontaktní mřížkové masky.

Podstatou zařízení k provádění uvedeného způsobu zhotovení rotačně variabilních difraktivních struktur je, že je tvořeno systémem skládajícím se z kvazikoherentního zdroje, optické závěrky pro ovládání délky expozice, expandéru svazku který může být tvořen spojným nebo rozptylovým krátkoohniskovým objektivem ke generaci divergující kulové vlny, osvětlovacího optického systému, z transparentní předlohy, zobrazovacího objektivu s clonou, z kontaktní mřížkové masky uložené v otáčivé objímce se stupnicí a z vlastního záznamového materiálu. Všechny tyto prvky jsou umístěny ve společné optické ose, přičemž v předmětové rovině zobrazovacího objektivu leží transparentní předloha a v obrazové rovině tohoto zobrazovacího objektivu leží záznamový materiál. Střed divergující vlny expandéru svazku leží v předmětové rovině osvětlovacího optického systému, jehož obrazová rovina leží ve středu clony zobrazovacího objektivu a tento osvětlovací optický systém leží těsně před transparentní předlohou.

Optický kvazikoherentní zdroj je s výhodou tvořen laserem, generujícím ve spektrální oblasti citlivé na záznamový materiál.

Expandér svazku může být v jednom provedení tvořen spojným objektivem, v jehož ohnisku se nachází prostorový filtr pro provádění filtrace laserového svazku od parazitních interferencí a difrakcí.

Transparentní předloha může být tvořena filmem, fotografickou deskou nebo optickým prostorovým modulátorem propojeným s řídícím počítačem.

Daným způsobem, díky integrálnímu způsobu záznamu přes celou plochu difrakční struktury, je možno master zaznamenat mnohem rychleji než dosud všechny známé výše zmíněné metody.

Způsob umožňuje vysokou variabilitu experimentu, zejména z hlediska zvětšení obrazu, formátu, počtu úhlových snímků a je velmi mechanicky stabilní, neboť zde nedochází k interferenční nestabilitě.

Při předkládaném způsobu je možno získat vysokou difrakční účinnost masteru a to bez ohledu na orientaci čteného směru, a to jednak díky srovnatelné intenzitě zaznamenávaných svazků, jednak díky vyšší spojitosti exponované plochy, kdy není nutno řešit problém neúplného pokrytí plochy diskrétními elementárními mřížkami, jako tomu je při použití dot matrix systému, příp. i litografů, a posléze i díky skutečnosti, že jsou exponována jen ta místa, navržená pro rekonstrukci. Nedochází tedy k expozici ani samotným referenčním svazkem, jak tomu nastává u zmíněné modifikace klasické holografické metody.

Systém umožňuje řešit rekonstrukci zvolené jednobarevné informace spojitě přes celou zobrazenou plochu, rekonstruovaný obraz tedy není diskretizován jako u metody dot matrix, nebo litografíckých technik, naopak je integrální. Mikroskopicky je proto tento způsob rozpoznatelný od jiných technik.

Variantním použitím difuzní mřížkové masky, na které je zaznamenána informace kulové vlny a difuzní vlny od štěrbiny, je možné vytvářet i syntetické konvenční dvoudimenziální duhové hologramy, které zmíněné stávající syntetické techniky již neumožňují.

Systém založený na předkládaném způsobu je oproti stávajícím systémům řádově cenově levnější.

-4CZ 297552 B6

Přehled obrázku na výkrese

Předkládané řešení bude dále popsáno pomocí přiloženého výkresu, kde je schematicky naznačeno zařízení k provádění způsobu zhotovení rotačně variabilních difraktivních struktur.

Příklady provedení vynálezu

Při provádění způsobu podle předkládaného vynálezu se do těsné blízkosti před záznamový materiál 10 otočně umístí kontaktní mřížková maska 8 a tento záznamový materiál 10 je exponován integrálně přes tuto kontaktní mřížkovou masku 8 optickou informací pro danou barvu a daný rekonstrukční úhel. Expozice na záznamový materiál 10 je prováděna jednoduchou kvazikulovou vlnoplochou prostřednictvím zobrazení z transparentní předlohy 5. Požadovaná barvy a úhel rekonstrukce se získává kombinací kontaktních mřížkových masek 8 příslušných prostorových frekvencí a jejich prostorové orientace vzhledem k zaznamenávané rotačně variabilní difraktivní struktuře v rovině kolmé na směr expozice. Tedy volbou prostorové frekvence kontaktní mřížkové masky 8 je určena požadovaná barva při rekonstrukci, kdežto jejím polohováním respektive otáčením v rovině kontaktní mřížkové masky 8, resp. hologramu kolem kolmice je dán úhel pro čtení informace v dané barvě při rekonstrukci. Tudíž jednou kontaktní mřížkovou maskou 8 je možný záznam pro libovolně požadovaný počet obrazů viditelných v dané barvě vždy ze směru požadovaného referenčního svazku a celkový počet potřebných kontaktních mřížkových masek 8 je určen pouze počtem požadovaných barev.

Jako kvazikoherentní zdroj 1 se nejčastěji užívá laser vhodné vlnové délky, pro záznam na fotorezisty např. laser He-Cd (442 nm), nebo Ar laser (458 nm).

Jako transparentní předlohu 5 pro zaznamenávanou informaci je možno s výhodou použít počítačem řízeného optického prostorového modulátoru, přičemž vlna z kvazikoherentního zdroje 1 je optickým osvětlovacím systémem, umístěným před optickým prostorovým modulátorem, fokusována do vstupní pupily objektivu 6, který při začlenění zároveň provádí fourierovskou prostorovou filtraci nežádoucích prostorových frekvencí z optického prostorového modulátoru, a tím odstraňuje často nežádoucí strukturu stop, (tzv. pixelů.), z promítané informace transparentní předlohy 5, a mimo to dále zvyšuje bodovost exponované vlny.

Kontaktní mřížková maska 8 je braggovská fázová transmisní mřížka definované prostorové frekvence dle požadované barvy, rekonstruovatelná kulovou vlnou ze směru kolmého na mřížku, s difrakční účinností základního řádu blízkou hodnotě 50 % a zaručuje tak v důsledku srovnatelného poměru prošlých svazků maximální kontrast zaznamenávané struktury. Jako kontaktní mřížkovou masku 8 je možno použít též hologram, kde je zaznamenána vlna kulová, a to ve směru kolmém na masku a vlna z difuzní štěrbiny, orientovaná kolmo na rovinu dopadu, přičemž rekonstrukční úhel středu štěrbiny odpovídá dané zvolené barvě rekonstrukce spočtené dle známé mřížkové rovnice. Tato varianta kontaktní mřížkové masky 8 umožňuje zaznamenávat dvoudimenzionální hologramy s difuzní štěrbinovou výstupní pupilou, které mohou mít výhodu v případech, kdy není požadována tak vysoká míra úhlové variability difraktivní struktury.

Daným způsobem, díky integrálnímu způsobu záznamu přes celou plochu rotačně variabilní difraktivní struktury, je možno master zaznamenat mnohem rychleji než dosud všechny známé výše zmíněné metody. Způsob umožňuje vysokou variabilitu experimentu, zejména z hlediska zvětšení obrazu, formátu, počtu úhlových snímků a je velmi mechanicky stabilní, neboť zde nedochází k interferenční nestabilitě.

Jako zobrazované předlohy je možno s výhodou užít optického prostorového modulátoru světla, umožňující informaci pro expozici přímo adresovat z počítače, přičemž nevzniká problém chybného soutisku jednotlivých promítaných obrazů. Dále prostorová filtrace začleněným objektivem

-5 CZ 297552 B6 umožňuje odstranit z obrazu strukturu pixelů, kterou prostorový modulátor díky své struktuře vykazuje a tudíž je zvyšována míra spojitosti optické informace.

Lokální difrakční účinnost v daném bodě hologramu je možno měnit hodnotou z expoziční energie, která je při dané expoziční době lokálně řízena intenzitou světla promítané informace, tedy nastavenou denzitou optického modulátoru.

Zařízení k provádění popsaného způsobu je schematicky znázorněno na přiloženém výkrese. Zařízení sestává z optického kvazikoherentního zdroje 1, nejčastěji laseru, optické uzávěrky 2, expandéru svazku 3, dále z osvětlovacího optického systému 4, z transparentní předlohy 5 tvořené filmem, deskou, nebo nejčastěji prostorovým modulátorem, řízeným počítačem 11, ze zobrazovacího objektivu 6, opatřeného clonou 7, z kontaktní mřížkové masky 8, držené otáčivou objímkou 9 se stupnicí a z vlastního záznamového materiálu JO. Expandér svazku 3 může být tvořen spojným nebo rozptylným krátkoohniskovým objektivem ke generaci divergující kulové vlny. V případě spojného objektivu může být s výhodou v jeho ohnisku umístěn prostorový filtr, který provádí filtraci laserového svazku od parazitních interferencí a difrakcí. V předmětové rovině zobrazovacího objektivu 6 leží transparentní předloha 5 a v obrazové rovině tohoto zobrazovacího objektivu 6 leží záznamový materiál ]0. Střed divergující vlny expandéru 3 svazku leží v předmětové rovině optického osvětlovacího systému 4, jehož obrazová rovina leží ve středu clony 7 zobrazovacího objektivu 6. Osvětlovací optický systém 4 leží těsně před transparentní předlohou 5.

Zařízení pracuje tak, že světlo vystupující z kvazikoherentního zdroje 1 je po průchodu optickou uzávěrkou 2, ovládající délku expozice, expandérem svazku 3 upraveno na divergující kulovou vlnu, která je případně vyčištěna od parazitních interferencí, a tato kulová vlna poté dopadá na optický osvětlovací systém 4. Tímto osvětlovacím systémem 4 je vlna upravena na konvergující kulovou vlnu, prochází transparentní předlohou 5, přičemž je zároveň fokusována do vstupní pupily zobrazovacího objektivu 6, kde prochází clonou 7 takovým způsobem, že i při plně začleněném objektivu 6 prochází svazek tímto objektivem 6 a zobrazuje celý rozměr transparentní předlohy 5. Z důvodů jednodušší výměny a dokonalejšího soutisku obrazů transparentní předlohy 5 je výhodné, jestliže je tato transparentní předloha 5 tvořena optickým prostorovým modulátorem. Pak cloněním dle vztahu [2] je ovládána míra fourierovské filtrace vyšších prostorových frekvencí, takže umožňuje odstranit eventuálně rušivé zobrazení jednotlivých pixelů, čímž vyhlazuje obraz. Menší clonění, než hodnota daná vztahem [2], umožňuje zobrazení jednotlivých pixelů, které je vhodné např. pro zobrazení mikrotextu, směsných barevných komponent, apod. Transparentní předloha 5 je černobílá a hodnotou propustnosti a délkou expozice je ovládána hodnota expozice záznamového materiálu 10. V případě, že je použít optický prostorový modulátor řízený počítačem 11, je výměna transparentních předloh 5 prováděna elektronicky. Transparentní předloha 5 je zobrazena do roviny záznamového materiálu 10 a kontaktní mřížková maska 8 je v těsném kontaktu s tímto záznamovým materiálem 10. Pro odstranění rušivých reflexí mezi rozhraními kontaktní mřížkové masky 8 a záznamového materiálu 10, je vhodné použít mezi kontaktními plochami imerzní kapalinu, která díky srovnatelným indexům lomu: kontaktní mřížkové masky 8 - záznamového materiálu 10 - imerze, dané rozhraní opticky odstraní. Vlastní kontaktní mřížková maska 8 je držena otočnou objímkou 9, která umožňuje pohodlněji nastavovat polohu kontaktní mřížkové masky 8 dle požadovaných úhlů, a tím i polohu čtené informace při daném natočení rotačně variabilní difraktivní struktury. Záznamový materiál 10 je exponován a poté zpracován podle doporučení výrobce daného záznamového materiálu 10.

Dále jsou uvedeny dva konkrétní příklady zhotovení rotačně variabilní difraktivní struktury podle předkládaného řešení.

-6CZ 297552 B6

Příklad 1

Pro rotačně variabilní difraktivní strukturu při rekonstrukci bílým světlem, dopadajícím na rotačně variabilní difraktivní strukturu pod úhlem 45°, je požadavek pozorovat v kolmém směru na rotačně variabilní difraktivní struktuře 6 odlišných obrazů v barvách červené (650 nm) a zelené (530 nm), variabilních při natáčení struktury po 30 stupních. Zde je zapotřebí dvou kontaktních mřížkových masek 8 s prostorovými frekvencemi, spočtenými dle vztahu [1] (R -červená, G zelená). Expozice obou barev se provádí v 6 úhlových segmentech, tj. pro úhly natočení struktury v rovině této struktury: 0°, 30°, 60°, 90°. 120°, 150°. Obsazuje se pouze informace v rozsahu 180°, při dalším otáčení se informace opakuje, díky známé vlastnosti existence záporného difrakčního řádu struktury. Je tudíž třeba zaznamenat 12 odlišných informací transparentní předlohy 5 v barvě i úhlech. Je požadován spojitý záznam bez textury pixelů.

Nejprve se nastaví požadované zvětšení z transparentní předlohy 5 na záznamový materiál 10 a zaostří se jednak obraz z transparentní předlohy 5 s výhodou z optického prostorového modulátoru, do roviny záznamového materiálu 10, jednak se zaostří osvětlovací optický systém 4 tak, aby se kulová vlna, nejlépe z laseru, fokusovala do vstupní pupily zobrazovacího objektivu 6 a zobrazovala celý formát z transparentní předlohy 5, který se zacloní na hodnotu clony vyšší než určuje rovnice [2], Do zaostřené roviny se vloží záznamový materiál 10, např. rezist, a dále se vloží první kontaktní mřížková maska 8, např. R. Mezi kontaktní mřížkovou masku 8 a záznamový materiál 10 se kápne vhodný imerzní roztok, např. olej nebo petrolej, k eliminaci parazitních odrazů. Nyní se exponuje nejprve informace pro červenou barvu, díky zvolené mřížce R, a to tak, že z počítače 11 se na optický prostorový modulátor adresují postupně informace pro jednotlivé úhlové segmenty a exponuje se při postupném natočení kontaktní mřížkové masky 8 v úhlech 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, odečítané od zvoleného referenčního směru v rovině rotačně variabilní difraktivní struktury. Poté se proces obdobně opakuje pro kontaktní mřížkovou masku 8 G a exponují se jednotlivé informace ve stejných úhlových segmentech natočení kontaktní mřížkové masky 8, celkem tedy 12 expozic.

Příklad 2

Požaduje se zaznamenat rotačně variabilní difraktivní strukturu v obecných směsných barvách, včetně bílé, které budou pozorovány při osvětlení rotačně variabilní difraktivní struktury bílým světlem pod úhlem 45° od kolmice a při natočení rotačně variabilní difraktivní struktury ve dvou úhlech 0° a 90° měřené od zvoleného referenčního směru v rovině rotačně variabilní difraktivní struktury. Zde se využije systému barevné syntézy z RGB mřížek komponent a trojice pixelů, např. v pořadí R.G.B, bude representovat jeden zobrazovaný bod směsné barvy, který se bude promítat na záznamový materiál 10. Použijí se tři kontaktní mřížkové masky 8, např. R 650 nm, G 530 nm, B 450 nm a na optický modulátor adresujeme informaci o potřebné denzitě tvořící příslušnou barvu. Postup bude obdobný jako u příkladu 1 jen se clonou 7 odcloní zobrazovací objektiv 6 a exponují se každou kontaktní mřížkovou maskou 8 dva úhlové segmenty, to tedy znamená 6 expozic.

Průmyslová využitelnost

Předkládaného způsobu zhotovení opticky variabilních difraktivních struktur a příslušného zařízení je možno bezprostředně použít pro výrobu masterů opticky variabilních struktur vhodných k ochraně dokumentů, k výrobě motivů nekonečných difrakčních fólií pro obalovou techniku a dále všude tam, kde nacházejí uplatnění současné, pracněji zhotovitelné variabilní i klasické struktury.

Claims (12)

1. Způsob zhotovení rotačně variabilních difraktivních struktur, vyznačující se tím, že do těsné blízkosti před záznamový materiál se otočně umístí kontaktní mřížková maska a tento záznamový materiál se integrálně exponuje přes tuto kontaktní mřížkovou masku optickou informací zobrazenou objektivem z obrazové předlohy vytvořené na transparentu, přičemž požadovaná barva rekonstrukce dané rotačně variabilní difraktivní struktury se získává použitím kontaktní mřížkové masky příslušné prostorové frekvence a požadovaná orientace natočení této rotačně variabilní difraktivní struktury při rekonstrukci se získává nastavením kontaktní mřížkové masky do předvolené prostorové orientace vzhledem k záznamovému materiálu v rovině kolmé na směr expozice.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní mřížková maska je pravidelná braggovská fázová mřížka definované prostorové frekvence, která difraktuje kolmo dopadající kulovou vlnu do braggovského difrakčního řádu tak, že intenzitní poměr prošlých vln difrakčního řádu nultého a braggovského je v rozsahu 1 : 1 až 1 : 3, resp. až 3 : 1, přičemž prostorová frekvence ξ této mřížky, odečítaná v rovině mřížky, se spočte z mřížkové rovnice, siná [1] kde a je zvolený úhel rekonstrukční vlny a λ je vlnová délka požadované barvy rekonstruovaného světla, viditelného ze směru pozorování kolmého na rotačně variabilní difraktivní strukturu při rekonstrukci bílým světlem ze zvoleného úhlu rekonstrukční vlny a.

3. Způsob podle kteréhokoli z nároků la 2, vyznačující se tím, že jako transparent obrazové předlohy se použije počítačem řízený prostorový modulátor a transparent se osvětluje kvazikoherentním zdrojem, který se osvětlovacím optickým systémem fokusuje do vstupní pupily zacloněného zobrazovacího objektivu, přičemž nastavením clony se dosahuje různé míry fourierovské filtrace prostorových frekvencí vycházejících z transparentu, čímž se reguluje míra dovoleného zobrazení jednotlivých pixelů prostorového modulátoru.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že za účelem dosažení spojitého zobrazení plochy transparentu a odstranění obrazu jednotlivých pixelů z optického modulátoru v obrazové rovině se objektiv zacloní na hodnotu clonového čísla (c) vyšší, než udává hodnota spočtená ze vztahu [2] kde d je perioda vzdálenosti jednotlivých pixelů modulátoru, λ_ζ^ je vlnová délka záznamového světla hologramu,/je obrazová ohnisková vzdálenost použitého zobrazovacího objektivu, a je vzdálenost mezi transparentní předlohou a místem fokusace svazku z osvětlovacího optického systému.

5. Způsob podle nároku 3, vy z n a č uj í c í se t í m , že za účelem dosažení vyššího rozlišení při viditelnosti jednotlivých pixelů z optického modulátoru a umožnění na každý pixel adresovat jinou informaci, se objektiv zacloní na hodnotu clonového čísla (c) nižší než udává vztah [2]

-8CZ 297552 B6 kde ďje perioda vzdálenosti jednotlivých pixelů modulátoru, Z_zh je vlnová délka záznamového světla hologramu,/je obrazová ohnisková vzdálenost použitého objektivu, a je vzdálenost mezi transparentní předlohou a místem fokusace svazku z osvětlovacího optického systému.

6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se aplikuje pro zhotovení konvenčního dvoudimenzionálního duhového hologramu s difuzní výstupní pupilou, přičemž se použije kontaktní mřížková maska, která je zhotovena jako braggovský hologram zaznamenaný referenční kulovou vlnou, dopadající ve směru kolmém na tuto kontaktní mřížkovou masku o poloměru rovném vzdálenosti objektivu od záznamového materiálu a dále signální vlnou vystupující z difuzní štěrbiny, přičemž tato difuzní štěrbina je orientovaná kolmo na rovinu dopadu, vzdálenost difuzní štěrbiny od hologramu odpovídá vzdálenosti očí pozorovatele od budoucího duhového hologramu a střední úhel dopadu této signální vlny odpovídá úhlu θ dle rovnice, [3] kde λ_ζη je vlnová délka laseru při záznamu hologramu kontaktní mřížkové masky, λ je vlnová délka požadované rekonstrukční barvy duhového hologramu a a je zvolený úhel rekonstrukční vlny pro záznam požadovaného duhového hologramu pomocí zmíněné kontaktní mřížkové masky.

7. Zařízení k provádění způsobu podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že je tvořeno systémem skládajícím se z kvazikoherentního zdroje (1), optické závěrky (2) pro ovládání délky expozice, expandéru (3) svazku, osvětlovacího optického systému (4), z transparentní předlohy (5), zobrazovacího objektivu (6) s clonou (7), z kontaktní mřížkové masky (8) uložené v otáčivé objímce (9) se stupnicí a z vlastního záznamového materiálu (10), kde všechny tyto prvky jsou umístěny ve společné optické ose, přičemž v předmětové rovině zobrazovacího objektivu (6) leží transparentní předloha (5) a v obrazové rovině tohoto zobrazovacího objektivu (6) leží záznamový materiál (10), střed divergující vlny expandéru (3) svazku leží v předmětové rovině osvětlovacího optického systému (4), jehož obrazová rovina leží ve středu clony (7) zobrazovacího objektivu (6) a tento osvětlovací systém (4) leží těsně před transparentní předlohou (5).

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že optický kvazikoherentní zdroj (1) je tvořen laserem, generujícím ve spektrální oblasti citlivé na záznamový materiál.

9. Zařízení podle nároků 7a 8, vyznačující se tím, že expandér (3) svazku je tvořen spojným objektivem, v jehož ohnisku se nachází prostorový filtr pro provádění filtrace laserového svazku od parazitních interferencí a difrakcí.

10. Zařízení podle nároku 7 a kteréhokoli z nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že transparentní předloha (5) je tvořena filmem.

11. Zařízení podle nároku 7 a kteréhokoli z nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že transparentní předloha (5) je tvořena fotografickou deskou.

12. Zařízení podle nároku 7 a kteréhokoli z nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že transparentní předloha (5) je tvořena optickým prostorovým modulátorem propojeným s řídicím počítačem (11).