EA009686B1

EA009686B1 - Защитное устройство

Info

Publication number: EA009686B1
Application number: EA200601314A
Authority: EA
Inventors: Брайан Уилльям Холмс
Original assignee: Де Ля Рю Интернэшнл Лимитед
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US20070216975A1; EP1704447B1; UA88157C2; WO2005069085A1; EP1704447A1; US7839546B2; CA2553204A1; EA200601314A1; AU2005204754A1; AU2005204754B2; CN1910523A; CN1910523B; GB0400681D0

Abstract

Защитное устройство, содержащее поверхностную рельефную микроструктуру, которая под действием падающего излучения воспроизводит голограмму, наблюдаемую в зоне наблюдения, причем голограмма содержит по меньшей мере первый элемент голографического изображения (50, 52) в плоскости изображения, отстоящей от поверхности микроструктуры. Устройство демонстрирует по меньшей мере одно дополнительное изображение (54) в плоскости, отстоящей от плоскости изображения первого голографического элемента (50, 52). Промежуток между плоскостью изображения первого голографического элемента и плоскостью дополнительного изображения таков, что при наклоне устройства первый элемент голографического изображения (50, 52) демонстрирует видимое перемещение относительно дополнительного изображения (54), причем скорость перемещения составляет по меньшей мере 6 мм на радиан наклона, в котором, будучи выражена в радианах, скорость параллактического перемещения на радиан равна промежутку между плоскостями и произведение скорости перемещения и прилежащего угла зоны наблюдения задает расстояние по меньшей мере 20% от размера устройства в направлении перемещения первого элемента голографического изображения.

Description

Общеизвестная группа защитных устройств содержит поверхностные рельефные микроструктуры, которые, под действием падающего излучения, воспроизводят голограммы, кинеграммы, пиксельграммы и другие дифракционные эффекты.

Чтобы идти на шаг вперед фальсификаторов, разрабатываются все более и более сложные и замысловатые конструкции. Эти усложненные конструкции повышают уровень трудности для фальсификатора в создании убедительной подделки.

Однако сложные конструкции требуют больше усилий и более тщательного исследования для проверки, и простые члены общества не располагают достаточной информацией о признаках, чтобы иметь возможность судить об их подлинности. Когда ожидается, что проверять устройство будут члены общества, важно, чтобы устройство было как можно проще, и, в идеале, избегать необходимости в обеспечении какой-либо формы тренировки. Настоящее изобретение призвано обеспечить устройство, которое, с одной стороны, просто аутентифицировать, а с другой - представляет существенный вызов для фальсификаторов.

Согласно настоящему изобретению, защитное устройство содержит поверхностную рельефную микроструктуру, которая, под действием падающего излучения, воспроизводит голограмму, наблюдаемую в зоне наблюдения, голограмма содержит по меньшей мере первый элемент голографического изображения в плоскости изображения, отделенной от поверхности микроструктуры, устройство демонстрирует по меньшей мере одно дополнительное изображение в плоскости, отделенной от плоскости изображения первого голографического элемента, в котором промежуток между плоскостью изображения первого голографического элемента и плоскостью дополнительного изображения таков, что при наклоне устройства, первый элемент голографического изображения демонстрирует видимое перемещение относительно дополнительного изображения, причем скорость перемещения составляет по меньшей мере 6 мм на радиан наклона, и произведение скорости перемещения и прилежащего угла зоны наблюдения задает расстояние по меньшей мере 18% размера устройства в направлении параллакса.

Как объясняется более подробно ниже, изобретатели предприняли подробное исследование в отношении того, как голографические элементы демонстрируют параллакс, при наклоне устройства, и того, как это взаимосвязано с размытием изображения. Было обнаружено, что определенная выше конкретная комбинация параметров обеспечивает новое защитное устройство, которое решает вышеупомянутые проблемы за счет использования перемещения и глубины, что позволяет легко проверить устройство, но таким образом, что устройство трудно подделать.

Ранее использование глубины не применялось из-за ряда ограничений, которые также являются прямым следствием процесса создания. Главный фактор ограничения состоял в том, что, чем больше глубина признака, тем труднее различить его в условиях наблюдения, отличных от идеальных. Таким образом, в условиях неидеального освещения признак, присутствующий на заднем или переднем плане, будет размыт. Раньше это считалось неприемлемым, поскольку признак нельзя распознать детально. В данном подходе абсолютная четкость признака на переднем или заднем плане не столь важна, как наличие признака и/или его взаимодействие с другими элементами в защитном устройстве.

Один пример того, как методы классической голографии усиливают эффект параллакса для создания нового вида защитного признака с оптически изменяемым эффектом, описан в заявке И8-Л-569422 9, согласно которой муаровая картина голографически записывается в радужную голограмму Бентона с использованием общеизвестного двухэтапного (Н1-Н2) процесса переноса. Муаровая картина записывается в голограмму Н1 путем создания изображения объекта, генерируемого посредством параллактического взаимодействия между двумя компонентами оригинала (например, масками пропускания), размещенными один за другим на расстоянии нескольких миллиметров. Компоненты оригинала, проиллюстрированные согласно принципам изобретения, являются в каждом случае концентрической периодической повторяющейся картиной кругов, и результирующая анимированная муаровая картина является перемежающейся структурой светлых и темных полос, пространственная частота которой в любой точке определяется эффективной частотой «биений» между двумя периодическими картинами. Компоненты оригинала слегка смещены вдоль горизонтальной оси, но не по вертикальной оси, гарантируя тем самым, что муаровая интерференционная картина симметрична вдоль горизонтальной оси, но не симметрична относительно вертикальной оси.

Несколько важных признаков уровня техники, которые составляют его отличие от настоящего изобретения, прежде всего, что очень важно, состоят в том, что он не предполагает передачу ощущения глубины, как такового, что предусмотрено настоящим изобретением. Вместо этого относительное параллактическое перемещение двух компонентов изображения призвано передавать ощущение динамической анимации, когда наблюдатель перемещает свою позицию наблюдения вдоль горизонтальной оси параллакса. Патент предусматривает, что отдельные компоненты изображения/оригинала неразличимы по отдельности, только их взаимная интерференционная картина, и поэтому наблюдатель не сможет разглядеть, что один компонент изображения находится на расстоянии или на глубине позади другого.

Кроме того, основная идея ϋδ-Ά-5694229 состоит в том, что два компонента изображения описы

- 1 009686 ваются как имеющие межплоскостной промежуток, в целом, лишь 2-4 мм, что оказывается ниже минимального межплоскостного промежутка в 6 мм, имеющего место между компонентами голографического изображения согласно настоящему изобретению.

Другой пример устройства голографической записи, которое предусматривает использование эффекта параллакса, описан в заявке И8-А-2003/0151786А1, в которой изобретатель описывает, как традиционный метод записи и переноса Бентона Н1/Н2 можно модифицировать с использованием скрытой апертуры или «параллактического фильтра» для создания в последующем фоторезистном (Н2) мастере цветной дифракционной картины, которая будто бы совершает непрерывное поступательное движение вдоль линии или пути, образованной(ого) границами элемента оригинала или графики плоскости поверхности. В рамках этого подхода описаны способы, позволяющие использовать методы классической голографии для моделирования более строгим образом, «кинетических» поверхностных дифракционных картин, описанных в И8-А-4568141, в которых аутентичный признак представляет собой цветную дифракционную картину, движущуюся с постоянной скоростью по предварительно определенной траектории, когда документ поворачивается относительно нормали к своей подложке, в то же время исключая необходимость в трудоемких и занимающих много времени методах голографии со множественным экспонированием, ранее описанных Де Биттето.

Чтобы проиллюстрировать, как работает эта техника, обратимся к фиг. 27, где показано, как происходит запись голографического изображения горизонтальной стрелки с использованием традиционного процесса записи Н1. Мы освещаем стрелку в режиме пропускания целевым световым полем, генерируемым при пропускании свет лазера и его рассеянии рассеивающим экраном. Полученный целевой свет интерферирует со вторым пространственно привязанным пучком света лазера (из того же лазерного источника) в месте записи Н1 в щель. Вследствие рассеивающего характера рассеивателя любая точка на щели Н1 «видит» всю освещенную стрелку. Если же мы поместим апертуру, как показано на фиг. 28, между рассеивающим экраном и маской оригинала в виде стрелки, то каждая точка на щели Н1 принимает только объектный свет из соответствующей точки на стрелке, причем позиция щели Н1, положение стрелки и апертура параллакса оказываются на одной и той же линии наблюдения. Поэтому мы получаем прямое отображение между каждой точкой на щели Н1 и освещенным местом на стрелке. Затем когда эту Н1 перенесут и фокальную плоскость изображения оригинала сделают совпадающей с плоскостью Н2, результирующая голограмма Н2 обеспечит оптически изменяемое изображение, в котором при покачивании голограммы слева направо кажется, что стрелка имеет диапазон света или цвет, который непрерывно изменяется слева направо на протяжении промежутка, образованного границами графики стрелки. Если этот метод применяется правильно, то эффект будет заключаться в картине движения цвета поверхности. Апертура параллакса, поскольку она наблюдается в проходящем свете и ограничивается маской оригинала стрелки, не будет различаться как графическая сущность сама по себе, демонстрируя трехмерное зрительное восприятие. Если стрелка для защитных применений имеет горизонтальные размеры обычно 10 мм или более, то, чтобы гарантировать, что диапазон перемещения света полностью пересекает ширину стрелки, необходимо быть уверенным в том, что апертура выбора параллакса находится по меньшей мере в 6 мм позади маски стрелки. Это расстояние должно быть пропорционально величине необходимого перемещения.

Во многих случаях по меньшей мере одно дополнительное изображение является, по существу, пространственно инвариантным относительно устройства. Это дополнительное изображение может быть образовано голограммой или быть неголографическим, например, может быть включено в устройство как печатное изображение, частичная деметаллизация и т.п.

Особенно выгодно, если перемещение первого элемента голографического изображения приводит к перекрытию первым элементом голографического изображения дополнительного изображения или одного из дополнительных изображений. Это способствует проверке устройства.

Оптимальная степень перемещения составляет 5-6 мм. Это соответствует голографической глубине 8-10 мм и углу зрения приблизительно 40 градусов или 0,7 радиан. Это значит, что в шаблоне конструкции мы можем представить:

левый вид/переключение путем смещения символа(ов) на 2,5-3 мм влево, правый вид/переключение путем смещения символа(ов) на 2,5-3 мм вправо.

В некоторых случаях, когда голограмма задает первый и второй элементы голографического изображения, они могут быть оба сформированы перед плоскостью поверхностной рельефной структуры, или оба позади плоскости поверхностной рельефной структуры. Однако в предпочтительных вариантах осуществления элементы формируются в плоскостях, соответственно, перед и за плоскостью поверхностной рельефной микроструктуры.

Проблема, которая может возникнуть при наблюдении этих защитных устройств, состоит в том, что по-прежнему может быть неприемлемое размытие при наклоне устройства при наличии определенных источников света. Для решения этой проблемы предпочтительное устройство имеет поверхностную рельефную микроструктуру, которая отображает первый и/или второй голографический элемент в набор дискретных вспомогательных зон наблюдения с угловым разделением. Объяснение, почему получается такой эффект, приведено ниже.

- 2 009686

В некоторых случаях элемент голографического изображения или, по меньшей мере, один из них будет демонстрировать один и тот же цвет со всех направлений в пределах угла (или зоны) зрения. Однако в других случаях элемент голографического изображения или каждый из них может демонстрировать изменение цвета по мере своего движения.

Изображения могут образовывать различные фигуры, включая буквенно-цифровые указатели, графические конструкции, символы и т.д. Фигура может задавать символ благодаря своему характеру или форме (имеет визуальный смысл, ассоциацию или резонанс с наблюдателем). Предпочтительно символическая форма должна быть легко различаемой и может прямо (т.е. то же самое, что оригинал на документе) или косвенно (т.е. связана с темой, областью, ценностью документа) связываться или ассоциироваться с документом (или изделием), на котором обеспечено устройство. Символы обычно имеют минимальный размер или величину по меньшей мере 2 мм. Ширина и высота символа предпочтительно должны быть по меньшей мере 3 мм, но меньше 5 мм, т.е. символ должен выходить за рамки квадрата 3 х 3 мм, но должен быть заключен в квадрат 5x5 мм. До какой степени размер символа предпочтительно должен превышать 3 мм, определяется его конкретной формой.

Эти критерии размера, во-первых, гарантируют, что символ достаточно велик, чтобы его можно было распознать невооруженным глазом, и, во-вторых, поскольку ширина символа превышает типичное ожидаемое размытие, то контуры его левого края и правого края останутся четкими.

Примерами символов являются геометрические фигуры, товарные знаки, государственные гербы. Символы должны контрастировать с пикселями дифракционных структур, например, кинеграмм, которые имеют совершенно другой порядок величины. Такие пиксели сами по себе не могут образовывать символы, поскольку их нелегко распознавать.

В общем случае символы должны иметь простые дискретно ограниченные формы, отвечающие одному/ой из следующих вариантов осуществления или категорий:

в одном варианте осуществления глубинный символ предпочтительно должен состоять из одного вертикального структурного элемента или сегмента в сочетании с одним или несколькими горизонтальными секторами вплоть до 3:

например, единичный горизонтальный элемент может обеспечивать Т-образную структуру;

в то же время символ с тремя горизонтальными сегментами будет буквой Е.

В другом варианте осуществления, символ может содержать диагональные структурные элементы (под углом над горизонталью 45° или более) совместно с горизонтальным сегментом.

Согласно еще одному варианту осуществления, символ может иметь два диагональных сегмента, причем один сегмент расположен под углом 45° или больше над горизонталью, а другой сегмент - под углом 45° под горизонталью.

Устройства, согласно изобретению, могут быть обеспечены на или в изделиях, например, ценных бумагах, включая такие документы, как банкноты и т.д. Изделие может быть снабжено бумажной или пластмассовой подложкой. Кроме того, такие устройства могут быть обеспечены в виде переводных картинок на носителе традиционным образом.

Голограмму можно наблюдать при освещении белым светом.

Поверхностная рельефная микроструктура обычно снабжена отражающим задним слоем, например, металлизированным слоем (непрерывным или с шаблоном чернильной деметаллизации) или слоем с высоким показателем преломления, например, выполненный из Ζηδ.

Микроструктура может быть сформирована с помощью любого традиционного процесса, например, горячего тиснения и отливки. При горячем тиснении используется металлическая прокладка, которая запрессовывается в полимерный носитель под действием тепла и давления, в необязательном порядке, носитель может быть покрыт лаком тиснения. При отливке используется смола, отверждаемая под действием излучения. Смола отливается на поверхность и затем подвергается тиснению с голографическим рельефом в процессе тиснения или сразу после отверждения смолы, отверждаемой излучением. Это обеспечивает более долговечную голограмму.

Подробное объяснение принципов изобретения совместно с некоторыми примерами будет описано ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых фиг. 1 иллюстрирует принцип параллакса с использованием двух элементов голографического изображения;

фиг. 2А-2С показывают характеристики воспроизведения радужной голограммы в перспективе, сверху и сбоку, соответственно;

фиг. 3 - плоский вид геометрии голографического/дифракционного воспроизведения для голографического точечного изображения;

фиг. 4 - вид, аналогичный фиг. 3, но показывающий точечное изображение, наблюдаемое вблизи центральной зоны посредством лучей света, падающих в диапазоне углов в горизонтальной плоскости;

фиг. 5 иллюстрирует декартову систему координат;

фиг. 6 иллюстрирует освещение устройства протяженным источником света;

фиг. 7 и 8 иллюстрируют эффект углового рассеяния от неровной и гладкой поверхности фольги,

- 3 009686 соответственно;

фиг. 9 и 10 иллюстрируют внешний вид четырех разных устройств с разными ориентациями наклона при освещении точечным и протяженным источником света, соответственно;

фиг. 11 и 12 аналогичны фиг. 9 и 10, но относятся к другому-набору устройств;

фиг. 13 и 14 - изометрический и плоский виды, соответственно, оптической конструкции для создания пластины записи Н1;

фиг. 15 - плоский вид оптической конструкции для создания пластины записи Н2;

фиг. 16 иллюстрирует характеристики воспроизведения примера устройства, согласно изобретению;

фиг. 17 и 18 - плоский и перспективный виды, соответственно, характеристик воспроизведения другого устройства согласно изобретению;

фиг. 19 - вид, аналогичный фиг. 9, но для устройств, подобных тем, что показаны на фиг. 18;

фиг. 20 иллюстрирует модифицированную маску Н1 для использования при создании устройства, показанного на фиг. 18;

фиг. 21 иллюстрирует характеристики воспроизведения еще одного устройства, согласно изобретению;

фиг. 22 иллюстрирует маску Н1 для использования при создании устройства, показанного на фиг. 21;

фиг. 23 иллюстрирует характеристики воспроизведения устройства, согласно изобретению, которое демонстрирует изменение цвета;

фиг. 24 иллюстрирует маску Н1 для использования при создании устройства, показанного на фиг. 23;

фиг. 25 иллюстрирует два символа и промежуток между ними;

фиг. 26А - 26У иллюстрируют разные примеры изобретения; и, фиг. 27 и 28 иллюстрируют способы создания голограмм на основании примеров, описанных в И8А-2003/0151786А.

При разработке этого изобретения изобретатели исследовали явление параллакса. Параллакс - это видимое смещение объекта относительно другого объекта (или объектов), вызванное изменением направления наблюдения, которое обеспечивает новую линию наблюдения.

Этот эффект можно легко наблюдать в следующих условиях: пусть две палочки находятся прямо перед вами, так что одна палочка расположена позади другой и скрыта от вашего взора (т. е. они выровнены в направлении наблюдения), и расстояние между двумя палочками значительно больше их ширины. Если вы теперь сместите голову вправо или влево, так что направление наблюдения (т.е. линия наблюдения) изменится, то вы увидите, что относительное расположение палочек изменилось. Из наблюдения очевидно, что задняя палочка сначала выходит из выравнивания с передней палочкой, из-за чего становится видимой, а потом удаляется от передней палочки (т.е. они взаимно смещаются), причем взаимное смещение пропорционально угловому изменению положения наблюдения.

Следует заметить, что скорость взаимного/относительного смещения палочек, при изменении позиции или угла наблюдения, пропорциональна расстоянию между палочками, т.е., чем больше промежуток между палочками, тем быстрее происходит их видимое «удаление друг от друга» (или взаимное смещение), когда положение наблюдения смещается от центрального положения наблюдения «по линии».

В частности, мы наблюдаем, что перемещение положения наблюдения вправо приводит к движению или смещению задней палочки (в относительном смысле) вправо, и, наоборот, приводит к видимому движению передней палочки влево. Очевидно, что перемещение положения наблюдения влево дает результат, обратный вышеописанному.

Поэтому, в итоге, мы видим, что эти эффекты смещения, связанные с параллаксом, позволяют наблюдателю судить об относительном расстоянии между двумя объектами от него, а также о том, какой из двух объектов ближе. Если мы также понимаем, что информацию параллакса также можно использовать для составления визуальных суждений об относительных расстояниях двух точек на 3-мерном объекте от наблюдателя, нам будет очевидна важность параллакса для восприятия глубины, расстояния и трехмерности в нашей повседневной жизни - т. е. почему человеческий мозг развил возможность непрерывно и подсознательно оценивать информацию параллакса (благодаря бинокулярному зрению, обеспечивающему одновременную визуальную информацию с двух «линий наблюдения»).

В области голографии эффекты параллакса играют важнейшую роль в восприятии глубины, обеспечиваемой голографическим изображением. В частности, это относительное перемещение или смещение между элементами голографического изображения, которое позволяет воспринимать, что конкретный элемент изображения находится на некотором расстоянии за или перед поверхностью устройства.

Теперь определим некоторые термины.

1. Когда мы используем термин «голограмма», мы концентрируемся на визуальном эффекте, а не на способе, используемом для создания голограммы. Поэтому под «голограммой» мы подразумеваем любое оптически изменяемое изображение, содержащее поверхностную рельефную микроструктуру, генерирующую дифракционное изображение, и демонстрирующее эффекты движения/смещения, связанные с

- 4 009686 параллаксом, между элементами изображения по меньшей мере двух в плоских слоях, из которых по меньшей мере один элемент изображения является частью голограммы.

Такое устройство может быть создано посредством современной классической голографии, но в будущем может генерироваться посредством новых технологий прямой записи.

2. Элементы голографического изображения, которые могут демонстрировать взаимодействие, связанное с параллаксом, таковы:

элементы голографического изображения, которые выглядят так, как будто их плоскость изображения находится позади плоскости поверхности поверхностной рельефной микроструктуры или фольги, т.е. они демонстрируют параллакс по глубине в направлении назад;

элементы голографического изображения, которые выглядят так, как будто их плоскость изображения находится перед плоскостью поверхности поверхностной рельефной микроструктуры или фольги, т.е. они демонстрируют параллакс по глубине в направлении вперед;

элементы голографического изображения, которые выглядят так, как будто их плоскость изображения совпадает с поверхностной рельефной микроструктурой или поверхностью фольги, и не демонстрируют параллактического смещения (т.е. они позиционно или пространственно инвариантны);

элементы, задающие неголографическое изображение: они включают в себя деметаллизированные указатели, металлизированные границы голограммы и глубокую печать поверх или другие недифракционные признаки (опять же, их позиционная инвариантность позволяет им играть роль «опорных точек»).

Как следует из нижеследующего, это изобретение относится к поверхностным рельефным микроструктурам и должно быть противопоставлено объемным голограммам.

Количественное описание параллактического движения в голограмме

На основании этого введения в концепцию параллакса, использующего пример двух выровненных палочек, на фиг. 1 показаны два элемента голографического изображения (в виде стрелок) 1, 2, расположенных в переднем и заднем слоях или плоскостях на расстоянии ЬЭ. Они подлежат наблюдению через прямоугольную апертуру 3 наблюдения длиной 8Ь (сродни радужной щели Бентона) на расстоянии Б.

Согласно рассмотренному выше, при смещении наблюдателя от центрального положения наблюдения (СУ) палочки 1, 2 утрачивают выравнивание, благодаря эффекту параллактического смещения. Для простоты предположим, что передний слой совпадает с поверхностным слоем микроструктуры, генерирующей голограмму, и остается в неизменном положении, из-за чего мы получаем три вида, представленные под апертурой наблюдения на фиг. 1.

В таком случае полное параллактическое смещение (РЭ) задней стрелки 1 между крайне правым видом (КУ) и крайне левым видом (ЬУ) задается как:

Р1) = ХК' + ХЬ'.

Однако

ХК' = ХЬ' = ХК со8ше(РЫМах) = ЬЭ * 1аидеи1(РЫМах) * соЦРЫМах) = ЬЭ * 8ш(РЫМах).

Отсюда

Р1) = 2 * 1.1) * 81и(РЫМЛХ), где РЫМах = угол зрения без прерывания, по любую сторону от нормали к поверхности, и согласно фиг. 1, можно видеть, что

81и(РЫМах) = 8Р/2(8('ЖТ|(Б + 1.Ι))² + 8Ь²/4) = 8Ь/2Б * 8СКГ [1 + (8Ь/2Б)²], поскольку Б обычно >> (ЬО).

Теперь, хотя мы рассмотрели весьма упрощенную геометрию, этот результат остается верным для всех случаев. В частности, мы для удобства предположим, что передний слой совпадает с плоскостью поверхности микроструктуры. Однако вышеуказанный результат также характеризует параллактическое смещение, когда первая стрелка формирует изображение перед плоскостью поверхности.

Сравнение величины параллактического смещения, записанного на заднем плане существующих голограмм на банкнотах, с той, которая присутствует в обычных 2/3-мерных голограммах, используемых на картах, и с той, которая присутствует в устройствах, согласно изобретению, показывает следующее:

Существующие голограммы на банкнотах, обеспеченные в тисненой пленке толщиной в несколько микрон на гибкой бумаге для банкнот с микрошероховатостями: глубина/расстояние между слоями 2 мм; угол зрения 22°; параллактическое смещение 0,8 мм (т.е. минимальное).

Типичные голограммы не для банкнот, т.е. для карт и т.д., обычно обеспечиваются либо как пленка толщиной в несколько микрон на гладких и жестких подложках (картах), либо как самостоятельная пленка толщиной 25-50 мкм (т.е. этикетка) на гладких или микрошероховатых поверхностях (фольга размерами менее 30 мм х 30 мм): глубина/расстояние между слоями 2-6 мм; угол зрения 22-40°; параллактическое смещение от 0,8 мм до 4,5 мм.

Типичные устройства, согласно изобретению: глубина 6, 8, 10 мм; при угле зрения 45° для образца 6 мм обеспечивается параллактическое смещение 5 мм; при угле зрения 38-40° для образцов 8 и 10 мм достигается параллактическое смещение 5,8 и 7,2 мм, соответственно.

Скорость параллактического смещения

Одно из наиболее заметных отличий между глубинными образцами, записанными на глубине 10 мм

- 5 009686 и 6 мм, состояло не столько в суммарной величине параллактического перемещения, сколько в быстроте или скорости перемещения при повороте подложки или изменении углового положения наблюдения вдоль оси параллакса.

Если определить скорость параллактического смещения РУ как РУ = суммарное параллактическое смещение/(суммарный угол зрения), выражая при этом угол зрения в радианах, то получаем

РУ = РЭ/(2*РЫМах) = 2 * БЭ * Ыи(РЫМах)/(2*РЫМах).

Таким образом, если выражать угол в радианах, то скорость параллактического перемещения на радиан равна расстоянию между взаимодействующими плоскостями или слоями.

Размытие изображения, связанное с глубиной

Наибольшим недостатком, присущим поверхностно-рельефной или тисненой голографии как визуальной среде, является степень хроматической аберрации и размытие изображения, которое имеет место в условиях освещения неточечным полихроматическим источником (т. е. белым светом).

Радужная голография плоскости изображения (инвертированная по Бентону) призвана ограничивать хроматическую аберрацию ценой вертикального параллакса, т.е. никакие вертикальные параллактические эффекты, связанные с вертикальной глубиной, не разрешены, что позволяет сильно снизить хроматическую аберрацию. Это проиллюстрировано на фиг. 2А-2С, где показаны характеристики воспроизведения радужной голограммы в перспективе, сверху и сбоку, соответственно.

В частности, можно видеть, что свет определенного цвета воспроизводится в горизонтальную зону наблюдения или «щель», и если наблюдатель изменит свое положение наблюдения вдоль горизонтальной оси, то он увидит эффекты горизонтального параллакса и перспективы. Напротив, изменяя свое положение наблюдения по вертикальной оси, он увидит радужную последовательность щелей наблюдения, и потому - конкретный элемент изображения, одни и те же параллактические эффекты в последовательности цветов радуги. Однако остается значительное размытие тех элементов изображения, которые находятся в более чем нескольких миллиметрах от плоскости поверхности. Теперь, чтобы охарактеризовать соотношение между глубиной и размытием, изобретатели выявили необходимость в распознавании оптических последовательностей ввиду того, что все элементы изображения генерируются посредством перенаправления или дифракции света на поверхности/плоскости фольги.

Рассмотрим фиг. 3, где показано голографическое точечное изображение 5, находящееся на расстоянии Ό позади плоскости рельефной поверхности или дифракционного интерфейса 6 голографического устройства. На этой схеме показан плоский вид геометрии голографического/дифракционного воспроизведения, так что все углы дифракции связаны с горизонтальной плоскостью, т.е. плоскостью, содержащей горизонтальные параллактические перемещения/эффекты. Крайне левое и правое положения наблюдения помечены как ЬУ и КУ, соответственно, а центральный вид - как СУ.

Предположим, что это голографическое точечное изображение 5 оптически записано так, чтобы воспроизводиться в пределах предварительно определенного угла зрения, равного (2*РЫМАХ), затем будет необходимо сгенерировать поверхностную рельефную микроструктуру «отпечаток» 7 длиной X на дифракционном интерфейсе, где

X = 2 * Ό * 1аидеШ(РЫМАХ).

Эта область отпечатка микроструктуры совместно с угловой протяженностью освещающего источника света (вдоль оси параллакса) задает размеры размытия изображения. Чтобы понять, по меньшей мере, на качественном уровне, почему это так, рассмотрим фиг. 4, где показано то же точечное изображение микроструктуры, наблюдаемое вблизи центральной зоны СУ, но освещенное лучами света, падающими в диапазоне углов внутри горизонтальной плоскости. Теперь на практике, в соответствии с этой геометрией, размеры отпечатка 7 вдоль оси параллакса будут, самое большее, порядка нескольких миллиметров, тогда как размеры щели наблюдения будут обычно составлять 150-300 мм (при условии, что глаз наблюдателя находится примерно в 200-300 мм от плоскости устройства (реалистическое расстояние наблюдения для любого оптического устройства)), поэтому на плоском виде мы можем предположить, что все дифрагировавшие лучи, полученные в центральной точке наблюдения, по существу, параллельны и имеют пренебрежимо малый угол дифракции относительно нормали к плоскости поверхности.

Если мы теперь приведем в соответствие нашу геометрию наблюдения, проиллюстрированную на фиг. 2-4, с декартовой системой координат, показанной на фиг. 5, где стандартные углы дифракции А1рЫа и Вс1а связаны основным уравнением дифракции кп Вс1а - кп А1р1а = ιηλ. то можно показать, что все падающие лучи, которые не попадают в угол восприятия ±РЫМАХ относительно нормали к устройству плоского вида, не будут перенаправляться или дифрагировать в глаз наблюдателя в центральной точке наблюдения; один такой луч (обозначенный жирной пунктирной линией) показан на фиг. 4.

Рассмотрим показанный на фиг. 6 протяженный источник света 10, расположенный на расстоянии Ζ от исходного точечного изображения и имеющий размер Ь вдоль оси параллакса. Задавая противолежащий угол Сашша линейного источника света как

1апдсп1(Сатта) = (Ε/2Ζ), получаем, что угол Сатта больше или равен углу восприятия РЫМАХ, суммарная ширина отпечатка микроструктуры точечного изображения будет воспроизводиться в центральную зону наблюдения,

- 6 009686 смазывая/размывая точечное изображение источника до ширины отпечатка X. Если противолежащий угол Оашша линейного источника света вдоль оси параллакса меньше РЫМАХ, то только часть отпечатка микроструктуры, пропорциональная отношению 1апдеЫ(Оашша)ЛапдеЫ(РЫМАХ), будет воспроизводиться в центральную зону наблюдения.

Чтобы выразить это более наглядно, рассмотрим конкретный пример, в котором предположим, что голограмма записывается так, чтобы иметь суммарный угол зрения 45°, поэтому РЫМАХ равен 22,5° (0,39 радиан) и, таким образом, ЫпдеЫ(РЫМАХ) =0,4.

Предположим, что эта голограмма наблюдается при освещении линейным источником света, наибольший размер которого, равный 1 м, первоначально, согласно нашей геометрии наблюдения, выровнен вдоль оси параллакса и располагается в 1,5 м от устройства. Поэтому, согласно определению 1апдеЫ(Оашша) = Ε/2Ζ = 0,333, что дает нам значение отношения 1апдеЫ(Оашша)ЛапдеЫ(РЫМАХ) = 0,333/0,4, т.е. 0,8 Х.

Отсюда следует, что наблюдаемое размытие исходного точечного изображения источника будет 0,8 Х.

Предположим, что теперь мы изменили геометрию наблюдения так, что горизонтальная ось параллакса выровнена с самым малым размером лампы, который, в данном случае, полагаем равным 0,1 метра, что дает значение для ЫпдеЫ(Оашша), равное Ш2Б, и потому 1апдеЫ(Оашша)/1:апдеЫ(РЫМАХ) = (0,03/0,4) » 0,08, следовательно, наблюдаемое размытие точечного изображения ~ 0,08 Х.

Таким образом, можно видеть, что одно и то же голографическое изображение может, при наблюдении при освещении линейным источником света, иметь очень разную нерезкость или размытие изображения, связанное с глубиной, в зависимости от того, выровнена ли ось параллакса вдоль или поперек длинной оси линейного источника света.

Теперь рассмотрим, как множественные углы падения лучей света, обеспеченные простым линейным источником света, увеличивают воспринимаемое размытие, связанное с глубиной, посредством простого углового отношения (Оашша/РЫМАХ). Мы находим удобным ввести коэффициент освещения БЕ источника света/голограммы, который, в общем случае, задает эффективную геометрию противолежащий угол/вход для конфигурации источника света. Это значение для более сложных конфигураций будет представлять взвешенное среднее каждого источника света, вносящего вклад; применительно к противолежащим углам, полярному распределению интенсивности света, пространственным координатам и т.д. Значение БЕ будет больше нуля, но меньше или равно 1, в зависимости от его значения в отношении заранее определенного угла воспроизведения РЫМАХ устройства или, конкретнее, 1апдеЫ(РЫМАХ).

Мы также понимаем, что, хотя при наблюдении вдоль центра параллакса, свет, падающий по любую сторону от нормали вплоть до углов падения +/- РЫМАХ, будет способствовать размазыванию или размытию вплоть до максимального значения Х, этого не будет при наблюдении голографического точечного изображения под некоторым углом РЫ слева или справа от центральной линии наблюдения. В частности, при наблюдении с крайне правого или левого положения наблюдения, так что РЫ = +/- РЫМАХ, то только соответствующая половина отпечатка микроструктуры по любую сторону от центра может перенаправлять падающие лучи света от протяженного источника в глаз наблюдателя. Следовательно, хотя максимальное размытие исходного точечного изображения может иметь значение Х при наблюдении в центральной точке параллакса, его значение будет снижаться до Х/2 в крайне левой или правой точке наблюдения.

Это изменение размытия в зависимости от угла зрения РЫ можно приблизительно охарактеризовать посредством выражения яп \РЫМах I - 8ш ™ ’ * <.........

_β и для \РМ I = \РММах | в 1 ДЛЯ |РЙ|· | о где вышеупомянутые углы взяты по модулю или по абсолютной величине.

Наконец, собрав воедино все вышеупомянутые аргументы и выводы, получаем обобщенное выражение для размытия/нерезкости 8 голографического точечного изображения:

= БЕ (Оашша,РЫМАХ) * УР(РЫ) * 2 * Ό * 1апдеЫ(РЫМАХ), которое для простого случая линейного источника света, расположенного непосредственно над наблюдателем, в котором

БЕ = 1апдеЫ(Оашша)ЛапдеЫ(РЫМАХ) для Оашша < РЫМАХ

БЕ = 1 для Оашша > РЫМАХ дополнительно упрощается до = 2 * УР(РЫ) * 1апдеЫ(Оашша) * Ό для Оашша < РЫМАХ

- 7 009686 = 2 * УР(РЫ) * 1апдеп1(РЫМАХ) * Ό для Сатта > РЫМАХ.

Из этого результата изобретатель выяснил следующее:

Случай I: когда противолежащий угол линейного/распределенного источника света вдоль оси параллакса превышает предварительно определенный угол голографического наблюдения/воспроизведения, размытие, связанное с глубиной, определяется как произведение (половинного) угла наблюдения и глубины.

Случай II: когда противолежащий угол линейного/распределенного источника света вдоль оси параллакса меньше предварительно определенного угла голографического наблюдения/воспроизведения, размытие, связанное с глубиной, определяется как произведение противолежащего угла (половинного угла) источника света вдоль оси параллакса и глубины.

Рассмотрение выражений, выведенных для размытия/размазывания 8 и параллактического смещения РЭ. показывает, что это тесно связанные явления, поскольку обе эти величины являются произведением углового члена и члена глубины/расстояния.

Что касается углового члена, он будет одинаковым (т.е. 1ап(РЫМАХ)) только при условии освещения Сатта > РЫМах. Тогда как более типично, что размытие будет обусловлено противолежащим углом Сатта источника света, т.е., чем больше источник света отличается от идеального точечного источника, тем заметнее будет размытие для данной глубины. Что касается члена глубины/расстояния, размытие будет обусловлено расстоянием конкретного слоя от дифракционного интерфейса (иногда именуемого плоскостью изображения), т.е., попросту говоря, глубиной вперед или назад; тогда как параллактическое смещение или перемещение будет конкретно обусловлено межплоскостным промежутком или расстоянием между двумя взаимодействующими изображениями. Поэтому, если параллактическое смещение, необходимое в конструкции голограммы, требует промежутка Ό между слоями, то, если мы выбираем разместить наши плоскости изображения симметрично перед и за плоскостью поверхности или микроструктуры, мы имеем размытие изображения в сравнении со сценарием, где мы имеем один элемент на поверхностном слое и другой элемент в Ό мм за или перед ним.

Короче говоря, для минимизирования размытия изображения в связи с параллактическим перемещением выгодно создавать параллактические эффекты на основании взаимодействия между элементами, имеющими глубину переднего и заднего плана.

Для получения некоторых типичных значений для размытия рассмотрим точку изображения, находящуюся в 2 мм либо 6 мм за плоскостью поверхности, предположим, что голографическое изображение было записано с углом зрения приблизительно 40° и освещается довольно типичным протяженным или линейным источником света длиной Ь = 0,75 м и шириной = 0,1 м, находящимся в 1,5 м над плоскостью изображения. Это дает значения для Сатта с осью параллакса, параллельной/выровненной с и поперечной длине линейного источника, 0,25 и 0,03, соответственно.

Также для простоты предположим, что среднее значение коэффициента положения наблюдения УР(РЫ) равно 0,75.

Тогда для поперечного наблюдения (1апдеп1(Сатта) = 0,03, следовательно, 8 = 0,05 * Ό).

Размытие 8 при 2 мм «0,1 мм; 8 при 6 мм «0,3 мм,

т. е. размытие, связанное с глубиной, является минимальным, и элементы изображения с размерами в несколько миллиметров визуализируются с резкостью, приближающейся к освещению точечным источником.

Хотя для наблюдения с осью параллакса, выровненной по длине источника света (1апдеп1 Сатта = 0,25, следовательно, 8 = 0,375 * Ό).

Размытие 8 при 2 мм « 0,75 мм; 8 при 6 мм « 2 ,25 мм,

т. е. элементы изображения с размерами порядка нескольких миллиметров окажутся слегка размытыми/нечеткими, но очерченными и распознаваемыми при глубине 2 мм, но окажутся значительно размытыми, так что сложные графические детали будут неразличимы, при глубине 6 мм.

В итоге важной частью процесса конструирования является возможность предвидеть эффект размытия при освещении линейным источником света.

Этого можно добиться следующим образом:

При условии глубинного перемещения 5-6 мм можно вычислить типичное размытие при освещении линейным источником света примерно 2-3 мм. Это предполагает типичную длину линейного источника света 0,75 м.

При данном значении размытия мы начинаем с того, что берем копию символа и накладываем ее на исходный символ со смещением 1,5 мм вправо. Затем повторяем этот процесс, но на этот раз со смещением влево.

Затем мы берем другие копии и снова накладываем их слева и справа от центрального изображения, но на этот раз в 0,5 и 1,0 мм.

Этот процесс следует повторить, снова взяв копии и наложив их слева и справа от центрального изображения в 0,25, 0,75 и 1,25 мм.

Благодаря этому этапу, мы имеем достаточно непрерывную суперпозицию движений - общая результирующая фигура дает точное впечатление о символе в рассеянном свете.

- 8 009686

Нерезкость или размытие изображения, полученного горячим тиснением, вследствие шероховатости подложки

При конструировании голограммы на банкноте следует учитывать не только эффекты протяженных источников света, но также угловое рассеяние (потерю зеркального блеска - см. фиг. 7 и 8) ее характеристик воспроизведения вследствие тенденции микроскопически тонкого горяче-фольгового лака «принимать» волнистости нижележащей бумаги банкноты при наложении в условиях нагрева и давления. Например, типичный диапазон углов рассеяния составляет от 6 до 12°. Голографическое изображение, восстановленное из микроструктуры на такой неровной поверхности, будет рассеиваться аналогично, в результате чего будет происходить размытие изображения и смазывание цветов. Это не столько амплитуда поверхностных вариаций на бумажной подложке, но вариации угла наклона относительно горизонтали, от которых сильно зависит угол рассеяния. До какой степени эти вариации угла наклона воспринимаются фольгой, зависит от таких факторов, как тип клея, вес, температура при наложении (относительно критическая температура размягчения лака тиснения) и т.д.

Теперь легко показать, что размытие изображения вследствие угла диффузии приблизительно определяется произведением глубины Ό и тангенса угла рассеяния. Предполагая, что рабочий угол рассеяния равен 8°, получаем значения подложечного размытия для глубины 2, 4 и 8 мм, приблизительно равные 0,3, 0,6 и 1,2 мм, соответственно. Таким образом, из этих результатов мы видим, что размытие изображения - следствие неровности поверхности - сравнимо с наименьшим размытием или нерезкостью вследствие типичных протяженных источников света и потому почти удваивает размытие/нерезкость «в худшем случае» для любого элемента изображения, расположенного перед или за плоскостью устройства.

Использование анализа параллакса и размытия для оптимизации обеспечения «глубины»

Следующий раздел призван решить следующие вопросы.

Во-первых, каков минимальный уровень и скорость параллактического движения или смещения, который(ую) человек, имеющий мало или вовсе не имеющий опыта рассматривания голограмм, может легко различить?

Во-вторых, с учетом сопутствующих эффектов глубинного размытия, каковы критерии оригинала в отношении размера и графической формы, которые гарантируют, для требуемой/го глубины уровня или параллактического смещения, различение основной символической формы при всех разумных условиях освещения?

Первое, на что нужно обратить внимание, это то, что явление параллакса является относительным понятием, поскольку воспринимаемый уровень видимого смещения, на физиологическом уровне, масштабируется в отношении размеров взаимодействующих элементов: которые, применительно к защитным голограммам или дифракционным ОУО, будут эффективным размером области видимого изображения (в большинстве случаев, размерами ОУО) вдоль оси параллакса или, проще говоря, «направления движения», и/или размерами элементов голографического изображения, в частности, в направлении движения, и/или размерами вдоль направления движения любых оптически инвариантных признаков, например, печатных шаблонов деметаллизации; последние также обычно задают размеры видимого изображения.

Развитие этого аспекта дополнительно предусматривает самый элементарный сценарий конструкции ОУО, состоящего из одного элемента голографического изображения, находящегося в центре изображения/устройства «заплаточного» типа. Предположим, что размеры заплатки составляют 22 мм х 22 мм, что является типичным размером голограммы/ОУЭ для применения к банкнотам. Размеры изображения или символа составляют около 3 мм в направлении движения (восток-запад).

Если теперь предположить, что эта голограмма имеет угол зрения 2 * РЫМАХ, равный 40°, что очень типично для радужной голограммы Бентона, то, применяя формулы, выведенные для параллактического смещения и размытия к диапазону глубин Ό= ЬП =2, 4, 6, 8 мм, мы приходим к результатам, которые сведены на фиг. 9 и 10, где показан внешний вид в натуральную величину.

На фиг. 9 показано видимое расположение глубинного изображения в трех соответствующих видах слева, по центру и справа, хотя и наблюдаемого при освещении точечным источником в вышеописанном диапазоне глубин. Ключевой момент состоит в том, что типичный угол голографического воспроизведения, используемый в этой модели, отчетливый и распознаваемый параллакс или глубинное перемещение происходит только на глубинах 6 мм и выше в том смысле, что в каждом из трех видов центр тяжести изображения отчетливо сдвинут относительно левой и правой границ устройства, которые действуют как позиционные опорные точки.

Заметим также, что параллактическое смещение ΡΌ в случае 6 мм равно 4,1 мм, что составляет долю ширины изображения, равную 18,6%.

Наконец, заметим, что параллактическое перемещение в изображении на глубине 6 мм составляет около 150% выбранной ширины символа/изображения, равной 3 мм. Мы прокомментируем важность ширины и типа символа далее.

- 9 009686

Рассмотрим следующую фиг. 10, где показаны конфигурация и матрица глубин того же изображения, на этот раз, освещенного линейным источником света длиной 0,75 м. Мы попытались моделировать эффект размытия, смещая и накладывая копию центрального изображения на +/- 0,5 8. Как ожидалось, нерезкость или размытие становится визуально заметным на глубине 4 мм и выше, однако, фигура и графическая форма изображения, в сущности, все еще распознаваемы на нужной минимальной глубине 6 мм. В частности, средняя нерезкость 8 по зоне наблюдения на этой глубине, вычисленная ранее, равна 2,25 мм. Мы понимаем, что причина, отчасти, состоит в том, что 8 меньше ширины/максимального размера символов, равной 3 мм вдоль оси движения.

Дополнительно и более скрупулезно, мы понимаем, что эта фигура «допускает глубину до 6 мм», поскольку разность между максимальным размером и минимальным размером данного конкретного символа вдоль направления перемещения, а именно 2 мм, сравнима со средним размытием 8.

В итоге, визуальное выражение нашего анализа и результаты, показанные на фиг. 9 и 10, демонстрируют, что для голограммы или ОУЭ высокой степени защиты обычного размера межплоскостной промежуток или глубина в 6 мм обеспечивает (для типичных углов зрения параллакса) критический порог параллактического смещения, который можно отчетливо различить в контексте самой простой конструкции изображения, который, сам по себе, составляет по меньшей мере 20% от ширины или размеров изображения вдоль оси движения/параллакса. Уместно отметить, что тестирование или проверка того, что голограмма содержит межплоскостной промежуток (ЬИ), равный 6 мм, чрезвычайно трудна, полезнее для измерения вспомнить, что ЬН численно равен скорости перемещения на радиан РУ. Это позволяет переформулировать вышесказанное, сказав, что мы требуем в качестве первого условия, чтобы глубинное изображение демонстрировало перемещение минимум 6 мм на радиан.

Заметим, что если мы рассмотрим практический максимум для угла зрения вдоль оси параллакса, равный одному радиану, то мы требуем, чтобы ширина устройства вдоль направления движения была меньше 5-кратного межплоскостного промежутка или глубины. В случае, когда ЬЭ равен минимум шести миллиметрам, то ширина или размер голограммы вдоль направления движения должен быть меньше 30 мм. В случае, когда ЬЭ равен 8 мм, ширина или размер голограммы вдоль направления движения должен быть меньше 40 мм.

Мы также понимаем, что в предпочтительных примерах, где размер изображения/символа равен по меньшей мере 3 мм вдоль оси параллакса/движения, мы гарантируем, что он превышает размытие, обычно проявляющееся на таких глубинах, и поэтому его форма остается распознаваемой в большинстве условий освещения.

Наконец, мы также понимаем, что глубинное перемещение будет более отчетливо различаться, если символ перемещается, по меньшей мере, на его собственную ширину или максимальный размер, в основном, в силу того факта, что будет малое или никакого перекрытия между центрами тяжести изображений символа, соответствующих крайне левому и правому видам.

Указав на примитивном уровне предпочтительные критерии для скорости перемещения, масштаб движения как процент от размера устройства вдоль оси параллакса, масштаб движения в отношении размеров символов, демонстрирующих параллакс, и, наконец, соответствующие размеры и форму для самих символов, рассмотрим теперь, как можно изменять композицию или конструкцию голограммы или ОУЭ. чтобы дополнительно подчеркнуть эффекты параллакса или глубины. Это лучше всего достигается со ссылкой на фиг. 11 и 12, где показана та же матрица изображения, что и прежде, при освещении точечным и протяженным источником излучения. Однако на этот раз, глубинные изображения или символы 50, 52 располагаются слева направо вокруг центрального изображения 54 и сверху вниз между повторным размещением изображений-спутников, причем центральное изображение и изображения-спутники находятся на плоскости поверхности или дифракционном интерфейсе и, таким образом, позиционноинвариантны. Инвариантные изображения могут быть сформированы голограммой или, альтернативно, быть неголографическими.

Первое, что мы замечаем, это то, что, поскольку глубинные элементы теперь расположены гораздо ближе к позиционным опорным точкам с любой стороны, то, хотя абсолютные перемещения такие же, как раньше, восприятие движения гораздо сильнее. Этот эффект дополнительно усиливается, когда происходит событие перекрытия, когда часть или все глубинные изображения проходят за или перед центральным экраном или краями изображения.

Очевидно, что если мы имеем два или более символов на одной и той же плоскости голографической глубины (перед или за плоскостью поверхности), то необходимо гарантировать, что в худшем случае размытия, связанного с источником света, не существует визуального перекрытия двух соседних глубинных символов. Мы может гарантировать это, потребовав, чтобы промежуток между двумя символами превышал уровень параллактического движения ΡΌ, установленный на этапе конструирования. Мы определяем значение термина «промежуток» более точно, рассматривая два символа оригинала конструкции вдоль горизонтальной оси параллакса. Если мы строим две вертикальные линии, одна из которых касается правого края левого символа и одна из которых касается левого края правого символа (см. фиг. 25), то «промежуток» разделяет эти две линии вдоль направления движения. В иллюстративных целях мы рассмотрели направление движения как горизонтальную ось параллакса, однако вероятно, что на

- 10 009686 правление движения будет вдоль вертикальной оси или некоторой наклонной оси между ними.

Для дополнительной простоты, на стадии конструирования мы можем дополнительно усиливать это ограничение, требуя, чтобы поперечное расстояние между двумя символами было численно равно межплоскостному расстоянию (глубине), где максимальный угол зрения вряд ли превышает 1 радиан.

Способы изготовления

В настоящее время в отрасли оптической защиты известно несколько отдельных подходов, способов или систем записи, используемых для создания дифракционных ОУЭ (оптически изменяемых устройств), и многие правила конструирования в этой заявке будут применяться к другим методам, помимо классического способа «радужной голографии Бентона» Н1/Н2, который до сего времени был предпочтительным способом авторов настоящего изобретения. Мы используем примеры классической голографии лишь для того, чтобы проиллюстрировать практическое применение настоящего изобретения, и мы считаем, что многие из принципов применяются ко всем методам и в некоторых случаях, например, когда необходим вертикальный параллакс, мы полагаем, что технологии прямой записи могут обеспечивать преимущества над классической голографией. Это - визуальная оптическая вариация, представленная какому-либо человеку, неопытному в данной области техники, в целях публичного распознавания и проверки в диапазоне условий освещения, что является главной целью изобретения.

Мы можем предвидеть, что эта оптическая изменяемость, проявляющаяся посредством предварительно определенных уровней, скоростей и типов смещения параллакса, обеспечивается по горизонтальной оси, вертикальной оси или под некоторым углом к любой из осей. Классическая голография имеет то свойство, что она эффективно реконструирует волновой фронт исходного изображения, записанный путем облучения объекта лазерным излучением, в оптической таблице.

Для более подробного описания концепций, лежащих в основе голографии и, в частности, классической «радужной голографии Бентона», нужно обратиться к Ртасйса1 Но1одгарЬу С. 8ахЬу.

В целях построения устройств, в соответствии с изобретением, первые этапы процесса записи представлены на фиг. 13 и 14, где геометрия записи Н1 показана на изометрическом и плоском виде, соответственно. Объект, обеспечивающий изображение, представленный на схеме, обычно представляет собой стопку стеклянных фотографических или ортографических пластин (масок пропускания) 20, 21, содержащих ряд слоев плоского оригинала (обычно 1-3, иногда больше). Объектный волновой фронт, передаваемый сборкой или стопкой 20, 21 масок пропускания оригинала, может перекрываться со вторым пучком света, так называемым опорным пучком. Волновой фронт последнего обычно является простым коллимированным или сферическим пучком по своей природе. Результирующая интерференционная картина между объектным и опорным пучками (которая, в сущности, определяет голографический процесс) может экспонировать области пластины 22 записи, известной из уровня техники как мастер Н1, через маску 23. Мастер Н1 22 обычно является оптически плоской и однородной стеклянной пластиной, покрытой галогенидсеребряной эмульсией высокого разрешения.

Экспонированные области пластины 22 записи Н1 обычно имеют удлиненную и прямоугольную форму и поэтому обычно называются «щелями». Различные щели в Н1, каждая из которых по отдельности соответствует цветовому/анимационному компоненту или глубинным компонентам (т.е. слоям) окончательного изображения, экспонируются последовательно, поэтому на пластине записывается фазовая запись каждого отдельного компонента оригинала. Поверхность полностью экспонированной пластины записи Н1 содержит зоны записанной информации изображения. Простая многоцветная радужная голограмма обычно содержит в своей маске ряд апертур в форме щели, которые соответствуют отдельным цветовым компонентам, включая признаки переднего и заднего плана.

Последующее освещение Н1 сопряженным лазерным опорным пучком приводит к реконструкции действительного изображения, содержащего все эти компоненты в положении, отстоящем от пластины Н1 приблизительно на 200-300 мм.

Это реконструированное, спроецированное изображение тщательно фокусируется соответствующим средством и затем используется для формирования объекта второй голограммы (Н2), в общем случае, записанной в фоторезистном материале 24 (фиг. 15), способном принимать микроструктуру поверхностной рельефной голограммы, пригодную для металлизации и производственного тиснения.

Голограмму обычно тиснят в лак на носителе, металлизируют и затем переносят на подложку. Это может быть документ или другое ценное изделие, в частности, подложка на бумажной основе для банкноты и т.п., поскольку структуры, в соответствии с изобретением, хорошо воспроизводят, даже будучи размещены на шероховатой бумаге.

Перенос голографического изображения из, по существу, объемной записи в галогениде серебра на поверхностно-рельефную запись в фоторезисте известен в технике как процесс переноса Н1 > Н2. Важно понимать, что это место на поверхности фоторезиста (которая образует дифракционный интерфейс) относительно переднего и заднего слоев, которое определяет соответствующие глубины этих уровней. Согласно фиг. 15, передний слой, по существу, компланарен поверхности резиста, и поэтому его глубина Ό, по существу, равна нулю, тогда как задний слой образует глубину мнимого изображения Ό = ЬЭ за поверхностью резиста. Таким образом, в показанной фокальной конфигурации, передний слой будет позиционно инвариантным, тогда как задний слой, посредством его видимого смещения относительно при

- 11 009686 знаков плоскости поверхности, будет обеспечивать психооптическое восприятие глубины.

Первый параметр параллакса, который требуется закодировать в голографическое ОУЭ. это скорость параллактического перемещения на радиан РУ. Если два элемента изображения. которые обеспечивают относительный параллактический эффект или смещение. представляют собой две маски 20. 21 пропускания оригинала. показанные на фиг. 13. 14. то из более ранней теории мы знаем. что межплоскостной промежуток между масками ЬЭ нужно сделать численно равным требуемой скорости смещения РУ.

Например. если требуемая скорость движения равна 6 мм на радиан. то промежуток ЬЭ между масками пропускания должен быть задан равным 6 мм.

Сконфигурировав голографические настройки в соответствии с необходимым межплоскостным промежутком ЬО. мы должны затем отрегулировать геометрию записи. чтобы задать соответствующее значение РЫМах согласно дополнительным предпочтительным правилам конструирования. А именно:

параллактическое смещение ΡΌ должно составлять не менее 20% от эффективной ширины ОУЭ в направлении «перемещения».

параллактическое смещение ΡΌ должно быть больше или равно ширине по меньшей мере одного из движущихся символов (предпочтительно. ширине символа наименьшего размера).

усредненное размытие или нерезкость 8. связанное с освещением. не должно превышать ширину движущегося символа.

Теперь. экспериментально установив скорость перемещения РУ. мы считаем уместным напомнить. что:

РО/ЬЭ = 2 * 8ш(РЫМах) = Р1УРУ.

где окончательное выражение предполагает. что мы допускаем приближение РУ = ЬО для значений РЫМах менее 0.5 радиан.

и аналогично. что

8/РЭ = <ЬЕ> * УР(РЫ = 0) * [Ό * 1ап(Р1и\1ах)/Р1) * <51п(РЫМах)] = <ЬЕ> * УР(РЫ = 0) * |О/ЕО|/ео5(РЫМах) что. для РЫМах меньше 0.5 радиан. дает еоЦРЫМах) =1.0 и поэтому упрощение

8/РЭ = <ЬЕ> * УР(РЫ = 0) * [Ό/ΕΌ].

Угловые скобки вокруг ЬЕ указывают. что мы берем его значение. усредненное по спектру условий освещения.

Предположим. что среднее значение ЬЕ является средним арифметическим ЬЕ практического точечного источника (= 0.1) и ЬЕ протяженного линейного источника в наихудшем случае (= 1) . что дает = 0.55.

Поэтому. поскольку значение УР при (РЫ = 0) равно 1.0. вышеприведенное выражение упрощается до 8/РЭ = 0.55 * Ό/ΕΌ.

Предположим. в сценарии А. мы выбираем в качестве нашего конструкционного выбора символ размером 3 мм. который мы далее выбираем разместить в 6 мм за плоскостью поверхности; другие элементы. с которыми он взаимодействует. располагаются на плоскости поверхности. Следовательно. Ό = ЬО = 6 мм. Теперь. когда мы требуем. чтобы 8 было меньше 3 мм. из сценария А следует. что параллактическое смещение должно быть меньше 3/0.55 или 5.45 мм.

Чтобы более точно указать необходимый уровень перемещения РЭ. мы выдвигаем второе требование. а именно. что РО должно составлять менее 18% от эффективной ширины устройства. которую. согласно сценарию А. мы полагаем равной 22 мм. Таким образом. необходимо. чтобы параллактическое движение РО лежало в пределах от 5.45 мм до 4.4 мм. Какое значение в этом диапазоне выбирать для РЭ. будет зависеть от того. движение или же «разграничение символов» при освещении линейным источником света важнее для конструктора голограммы или ОУЭ.

Предположим. справедливо последнее. и мы выбираем. что РО имеет значение 4.4 мм. тогда 8ш(РЫМах) = 4.4/(2 * 6) = 0.366. Поэтому для обеспечения нужного угла зрения (половинного) РЫМах в геометрии записи на фиг. 13. мы размещаем маски на любом конце щели записи Н1. так что его длина

8Ь = 1аидеи1(РЫМах) * 2 * Е.

Если предположить. что Е равно 250 мм. это дает значение 8Ь. равное 183 мм.

Однако для сценария В предположим. что эффективная ширина ОУЭ задана равной 35 мм. что дает минимальный уровень движения РЭ. равный 7 мм. Теперь мы знаем из вышесказанного. если только один из взаимодействующих элементов или символов был изображен за или перед плоскостью дифракции или плоскостью поверхности. так что Ό = ЬО. то соответствующее среднее размытие изображения. связанное с источником света. будет иметь значение 0.55*7 мм. т.е. около 4 мм. Поэтому. чтобы остаться в одном из предпочтительных вариантов осуществления принципа изобретения. а именно. размер символа вдоль оси движения должен быть больше типичного размытия. мы должны увеличить размер символа до по меньшей мере 4 мм.

Альтернативно. если конструкция требует. чтобы размер символа был меньше 4 мм. то мы можем изменить конфигурацию записи. чтобы «задний» символ или элемент изображения (демонстрирующий глубину назад). в основном. не взаимодействовал с позиционно инвариантными элементами на плоско

- 12 009686 сти поверхности, но вместо этого с одним или более другими символами или элементами изображения, которые расположены перед плоскостью поверхности, тем самым, демонстрируя «глубину вперед».

В частности, в ходе записи Н1, как показано на фиг. 13, 14, мы по-прежнему требуем, чтобы межплоскостное расстояние ЬИ между двумя плоскостями оригинала, задающими плоскости «заднего» и «переднего» символа или изображения, было равно 6 мм. Однако на этот раз на стадии переноса мы помещаем поверхность слоя фоторезиста в объеме проекционного изображения, так что передний глубинный слой или план фокусируется в 2 мм перед плоскостью поверхности, и задний слой оказывается во мнимом фокусе в 4 мм за плоскостью изображения. Это позволяет гарантировать, что скорость относительного параллактического движения между взаимодействующими элементами остается на 6 мм.

Теперь среднее размытие или нерезкость, демонстрируемое «задним» символом, будет задано 0,55 * 4/6 * ΡΌ, что равно 2,6 мм, тогда как «передний» глубинный элемент будет демонстрировать среднее размытие 0,55 * 2/6 * ΡΌ, что равно 1,3 мм. Таким образом, благодаря совместному использованию размытия или нерезкости, связанного с возросшим уровнем параллактического смещения, мы возвращаемся к предпочтительному сценарию, в котором среднее размытие или нерезкость меньше размера символа в направлении параллактического смещения, который в данном конкретном примере равен 3 мм.

Наконец, согласно вышеизложенным принципам, новый половинный угол зрения или параллакса РЫМах, необходимый для обеспечения перемещения на 7 мм, заданный как 8ш(РЫМах), теперь равен 7/(2 * 6) или 0,58, поэтому длина щели 8Ь, полученная в результате вычисления 250 * 2 * 1аидеи1(РЫМах) = 355 мм.

Снижение глубинного размытия посредством прерываемого или модулированного параллактического движения

Из фиг. 3 и 4 можно видеть, как размытие в тисненой голограмме или ОУЭ определяется эффективным «отпечатком» микроструктуры, сформированным на дифракционном интерфейсе (т.е. на поверхности фоторезиста в процессе записи Н2 и на интерфейсе тисненого лака/отражающего покрытия в окончательном фольговом устройстве).

В частности, «отпечаток», сформированный любой точкой на голографическом изображении, пропорционален произведению суммарного угла зрения без прерываний и расстояния голографического изображения за или перед плоскостью поверхности. Характеристики воспроизведения такого ОУИ, обеспечивающие непрерываемое или неизменяемое параллактическое движение по горизонтальной оси, показаны на фиг. 16. В этой связи имеем в виду параллактическое движение, при котором «движущ(и)ееся изображение(я)», когда они не проходят за или не перекрываются другими элементами изображения, оказываются с, по существу, неизменной яркостью или цветом по всей зоне наблюдения параллакса и также перемещаются с постоянной скоростью РУ (выражаемой здесь в мм на радиан).

Однако изобретатели поняли, что если полная угловая зона наблюдения сегментируется посредством записи или создания поверхностной рельефной структуры, которая значительно изменяет или модулирует видимую/ый яркость или цвет движущего(их)ся изображения(й), что наблюдается при его параллактическом перемещении, то возможно радикально изменять соотношение между глубиной голографического изображения и сопутствующим размытием или нерезкостью вследствие освещения неточечным источником.

Рассмотрим фиг. 17 и 18, на которых показаны плоский и объемный виды первого варианта осуществления этой концепции прерываемого или изменяемого параллактического движения, где показано голографическое «глубинное» изображение, воспроизводящееся в N (=5) дискретных угловых зон на горизонтальной оси, т. е. изображение наблюдается в каждой из этих зон, но невидимо в угловых промежутках между ними.

Если предположить для простоты, что зоны наблюдения и промежуточные пустые зоны имеют равную угловую протяженность, то угловая ширина каждой зоны наблюдения = (Угол зрения)/(2N - 1).

Если предположить, что суммарный угол зрения равен 40° (0,7 радиан), то при наличии 5 сегментированных зон наблюдения каждая такая зона наблюдения будет охватывать 4,5° (0,08 радиан).

Теперь отпечаток микроструктуры слева от каждой зоны наблюдения на дифракционном интерфейсе, который можно видеть на фиг. 17, также будет уменьшаться в масштабе с коэффициентом (2Ν-1). Таким образом, из основной геометрии следует, что размытие или нерезкость 8_П, связанное с глубиной, будет задаваться как

8_П = 2 * ЬЕ * И ίаηдеηΐ(ΡЫМАX)/(2N - 1).

Если положить глубину равной 8 мм и выбрать посредством либо процесса записи Н1, либо процесса переноса Н2, ограничение РЫМАХ 20 градусами или 0,35 радианами, то также подставляя N = 5 и ЬЕ = 0,55, получаем значение для нерезкости/размытия 8, связанного с глубиной, равной 0,35 мм для изображения, при наблюдении в каждой из зон наблюдения при довольно протяженных линейных источниках света. Это следует сравнить со значением нерезкости 8_П 3,2 мм, когда поверхностная микроструктура должна формировать изображение, непрерывно наблюдаемое по полному углу зрения.

Таким образом, мы имеем способ обеспечения для голографического изображения значительного расстояния за плоскостью поверхности, которое все же остается достаточно хорошо разрешаемым при

- 13 009686 освещении линейным источником света.

Однако при применении этого способа, опять же, нужно быть очень внимательным. Например, противолежащий угол полосковой или линейной осветительной сборки (т.е. 20°) допускает изображения из соседних зон наблюдения и связанных с ними участков микроструктуры. Короче говоря, в любой конкретной зоне наблюдения мы увидим (в случае 5-градусных зон наблюдения) 2-3 изображения щели, состоящих из центрального изображения для этой зоны наблюдения и прилегающих вторичных изображений.

Полное визуальное представление движения, размытия и содержимого изображения для каждого из пяти каналов показано на фиг. 19.

Теперь из начального рассмотрения кажется, что если мы сосредоточимся на снижении размытия и множественных изображениях, мы должны сделать наши угловые зоны наблюдения как можно уже и увеличить угловой зазор между зонами наблюдения. Однако иллюстративные голограммы, сделанные с дискретно сегментированной зоной наблюдения, говорят о том, что когда отношение зоны наблюдения к зазору наблюдения уменьшается, глубинное изображение в действительности не становится более резким, тогда как из-за этого впечатление глубины до некоторой степени ослабевает. В частности, параллактическое перемещение проявляется как мультиплексированное движение поверхностных элементов, потенциально более подверженных фальсификации с использованием растровых и литографических методов маскирования.

В отчетливой зависимости от необходимого баланса между традиционным непрерывным глубинным перемещением и заданием изображения в условиях протяженных источников света, оптимальное количество зон наблюдения и оптимальное отношение зоны к зазору будет определяться методом проб и ошибок.

Способ обеспечения первого варианта осуществления прерываемого/модулируемого движения

Генерацию эффекта дискретного движения с остановкой/возобновлением, проиллюстрированного на фиг. 17, можно, применительно к классической голографии Н1/Н2, обеспечить более непосредственно, маскируя соответствующую щель Н1, согласно фиг. 20. Это маскирование можно применять либо на стадии записи Н1, либо позже, на стадии переноса Н2.

Однако помимо создания дискретных зон наблюдения, можно сохранить непрерывное движение, значительно ослабив яркость в угловых областях, соответствующих пустым или промежуточным зонам, так что глубинное изображение, по мере его перемещения по суммарной угловой зоне наблюдения, периодически становится ярким, а затем тускнеет, но при этом всегда остается видимым. Эти характеристики воспроизведения проиллюстрированы на фиг. 21. Это прерывание зоны наблюдения даст характеристики воспроизведения, промежуточные между непрерывным однородным воспроизведением и дискретным сегментированным воспроизведением, показанным на фиг. 17. Степень снижения размытия также будет промежуточной по своему значению или протяженности.

Эту модуляцию яркости «движущегося изображения» можно продемонстрировать, изменяя маскирование соответствующей щели Н1, согласно фиг. 22. В частности, можно видеть, что зазоры или области между секторами, обеспечивающими полную яркость воспроизведения, на этот раз щели Н1, нельзя полностью блокировать или маскировать, но зато можно значительно уменьшить ее активную ширину.

Другие варианты осуществления изобретения предусматривают глубинное изображение, попеременно воспроизводящееся в контрастных цветах (оранжевый - зеленый) по мере его перемещения по полной угловой зоне наблюдения, характеристики воспроизведения такого ОУЭ показаны на фиг. 23.

Этот подход предусматривает сегментирование отпечатка микроструктуры на две перемежающиеся последовательности микроструктур с разными шагами, которые дают эффект повторного разделения размытия и ослабления его видимого эффекта до степени, достигаемой в предыдущем варианте осуществления. Это изменение цвета в «движущемся изображении» можно наиболее непосредственно обеспечить, записывая движущееся изображение одновременно или, более предпочтительно, последовательно в две отдельные радужные щели, которые попеременно маскируются, как показано на фиг. 24.

Фиг. 26 иллюстрирует ряд примеров применения изобретения, которые будут кратко описаны ниже. На каждой фигуре заштрихованные области показывают эффекты глубинного/параллактического перемещения, и области, полностью закрашенные, позиционно инвариантны.

Фиг. 26А иллюстрирует обеспечение по меньшей мере двух плоскостей 100, 101 голографического изображения. По меньшей мере один план будет показывать глубину вперед или назад относительно другого.

Фиг. 26В иллюстрирует пример взаимодействия между двумя плоскостями 102, 103 голографического изображения, в котором имеется своего рода управляемая позиционная геометрия (регистрация), являющаяся результатом связанных с ним эффектов параллактического движения. Таким образом, изображение 103 может быть центрировано с изображением 102.

Фиг. 26С подобна фиг. 26В, за исключением того, что голографическое изображение 102' теперь позиционно инвариантно. Это выгодно тем, что изображение 102' отчетливо видно во всех условиях освещения и поэтому оптимизировано для обеспечения оптически распознаваемой графической информа

- 14 009686 ции.

На фиг. 26Ό показано устройство, аналогичное показанному на фиг. 26В, с дополнением еще одного позиционно инвариантного голографического изображения 104. Позиционно инвариантное изображение может задавать другие признаки, например, множественно избыточные голограммы, информацию, обеспечивающую графические знаки или сквозные отверстия, ведущие к другим плоскостям глубины.

Фиг. 26Е иллюстрирует простую модификацию устройства, согласно изобретению, в котором голографическое изображение 106 демонстрирует горизонтальное перемещение (для ясности показана только одна плоскость).

На фиг. 26Е снова показана одна плоскость, только с голографическим изображением 107, демонстрирующим вертикальное перемещение с последовательной сменой цветов. Заметим, что для этого негоризонтального перемещения необходимы цифровые методы создания.

Фиг. 26С иллюстрирует устройство, которое может демонстрировать горизонтальное и вертикальное перемещение, и снова для простоты показана только одна плоскость.

Фиг. 26Н иллюстрирует, что движение может быть горизонтальным, вертикальным и даже диагональным, и снова для простоты показана только одна плоскость.

Фиг. 261 и 261 иллюстрируют, как можно использовать вращение устройства для переключения каналов движения или для включения и выключения каналов движения. Здесь устройство поворачивается на 90 градусов по часовой стрелке.

Фиг. 26К иллюстрирует, что два (или более) голографических элемента 110, 111 могут быть сонаправленными. В этом случае оба элемента изображения должны быть на одном и том же переднем или заднем плане глубины.

Фиг. 26Ь иллюстрирует, как два (или более) элемента 111, 112 формируются на переднем и заднем планах, соответственно, чтобы демонстрировать поставленное движение.

Фиг. 26М иллюстрирует для одного элемента голографического изображения, как изменение угла зрения приводит к видимому перемещению элемента голографического изображения 115. (Показана только одна плоскость.) В этом случае элемент изображения находится на переднем плане относительно поверхности структуры.

Фиг. 26Ν иллюстрирует конфигурацию, противоположную показанной на фиг. 26М, в которой элемент голографического изображения 116 сформирован на переднем или заднем плане, тем самым, демонстрируя противоположное перемещение.

Фиг. 260 иллюстрирует, как один элемент голографического изображения может выглядеть движущимся в нескольких направлениях относительно общей точки отсчета.

Фиг. 26Р иллюстрирует, что для оптимизации конструкции элементов голографического изображения предпочтительно создавать искажение в направлении перемещения. Звезда на фиг. 26Р искажается так, что точки в направлении перемещения (восток-запад) вытягиваются по сравнению с точками в направлении отсутствия движения (север-юг). В этом контексте «искажение» относится к оригиналу изображения и отличается от размытия, которое является результатом условий освещения и качества поверхности подложки.

Фигуры 260. 26В и 268 иллюстрируют, как можно создавать эффекты наложения, которые могут быть позади (260), впереди (26В) или двоякими (268).

Элемент движения также может визуализироваться через «окна», как показано на фиг. 26Т. Фигура 26Т иллюстрирует идею маскирования движущихся элементов голографического изображения неподвижными элементами, которые также могут быть голографическими. Здесь предусмотрены граница и центральная конструкция, которые являются статическими (показаны темными элементами). Дополнительно, обеспечен круглый движущийся элемент голографического изображения, показанный в трех секциях, иллюстрирующих центральный вид и крайне левый и правый виды. Можно видеть, что элемент движения периодически маскируется и открывается неподвижным элементом почти подобно окну. Эту информацию можно скрывать и открывать, перемещая ее из-за непрозрачного фона, при этом информация открывается в прозрачном окне.

Фиг. 26и и 26У иллюстрируют, что, при обеспечении комбинации движущихся и позиционно инвариантных элементов, они могут быть устроены и размещены так, что относительное перемещение между ними может приводить к формату распознаваемого символа или отображения.

В приложении приведено сравнение изобретения с глубинными голограммами.

Приложение

Голограммы объемного отражения или голограммы Брэгга.

Очевидно, что наш анализ соотношения между межплоскостным промежутком ('глубиной'), параллактическим движением и размытием изображения относится только к поверхностным рельефным голограммам, в которых «размытие» проявляется потому, что уравнение дифракции, которому подчиняются фазовые и амплитудные дифракционные решетки с периодическим рельефом поверхности, не предусматривает строгой избирательности по углу или длине волны входящего или падающего света.

Однако этот анализ не относится к классу голограмм, известных как «голограммы объемного отражения», которые исторически возникли из техники голографической записи, разработанной Юрием Де

- 15 009686 нисюком в начале 1960-х вскоре после изобретения лазера (см. Ке1’ Эетзуик, Υιιπ Ν., Ор11са1 8рес1гозсору., Уо1 15, 1963, рр.279-284).

Такие голограммы записываются как периодическое изменение показателя преломления в объеме прозрачного материала записи, обычно галогенидсеребряной (фотографической) пленки/слоя бихромированной желатины или фотополимера. В частности, материал записи размещается в интерференционной картине когерентного света, генерируемой распространяющимися в противоположном направлении опорным и объектным пучками; интерференционные полосы обычно ориентируются более или менее параллельно плоскости слоя записывающего материала. Таким образом, плоская интерференционная картина записывается в объем слоя и, посредством соответствующей обработки, преобразуется в периодические плоскости изменения показателя преломления. Обычно бывают десятки таких плоскостей в толщине слоя со взаимным оптическим разделением, которое, как можно показать, равно (см. Ке1’ К. ναη Кепеззе, Орйса1 Эосишеп! 8есигйу, 8есопб ебйюп. Аг1есй Ноизе риЪИзкегз.) ¢-----ή---2яяп(90-г)

Л где λ - длина волны записи, п - средний показатель преломления и (90-г) - угол, который два интерферирующих пучка образуют с биссектрисой между ними. Когда световая волна проходит через слой голограммы, ее усиленная часть последовательно отражается на каждой плоскости модуляции показателя преломления.

Если частичные отражения последовательных плоскостей модуляции показателя преломления отличаются оптическим путем, проходящим через среду, на целое количество длин волны, они будут конструктивно интерферировать с образованием яркого голографического воспроизведения. По функции, плоскости модуляции показателя преломления (интерференции) в объеме голограммы аналогичны слоям оксида металла, осажденным в вакууме, в оптической многослойной стопке.

Условием конструктивной интерференции является λ = 2п1 соз (г), где г - угол падения и отражения относительно плоскостей показателя преломления, порождаемых интерференцией, а не плоскости подложки. Это общеизвестное условие интерференции Брэгга (названное в честь Вильяма Лоренса Брэгга), и по этой причине глубинные голограммы иногда называют голограммами Брэгга, и плоскости показателя преломления, порождаемые интерференцией, плоскостями Брэгга.

Если мы понимаем, что угол, который два интерферирующих пучка образуют с биссектрисой между ними, дополнителен углу, который они образуют с результирующими плоскостями интерференции, т.е. зше(90-г) = соз(г), то мы видим, что условие Брэгга идентично уравнению, задающему межплоскостной промежуток.

Следовательно, если глубинная голограмма освещена белым светом и наклонена так, что ее плоскости Брэгга образуют тот же угол с источником света, что и исходный опорный пучок записи, то она будет отображать монохроматическое изображение исходной длины волны записи X, т.е. глубинная голограмма избирательна по длине волны в отношении освещающего света. Степень избирательности возрастает с количеством плоскостей Брэгга, присутствующих в глубинной голограмме.

Аналогично конкретной длине волны, если мы рассмотрим протяженный линейный источник света (эквивалентный множественным точечным источникам), глубинная голограмма будет отражать по Брэггу только свет, который падает под тем же углом, что и исходный опорный пучок, т.е. глубинная голограмма избирательна по углу по отношению к освещающему свету. Опять же степень избирательности возрастает с количеством плоскостей Брэгга. Теперь в полихроматическом свете, очевидно, диапазон углов отражения г, а следовательно, и углов падения (обеспечиваемый протяженным источником света) может удовлетворять условию Брэгга, однако общая тенденция к выбору длины волны и угла в отношении падающего освещения гарантирует, что для данных голографической глубины и параллактического смещения в глубинной голограмме будет наблюдаться значительно меньшее размытие, чем в поверхностной рельефной голограмме, при наблюдении в условиях освещения неточечным источником. В частности, выражение, выведенное нами для размытия голографического точечного изображения 8, относится к поверхностным рельефным голограммам, а не к данному случаю.

Из вышеприведенного рассмотрения следует, что если отчетливая визуализация «г.тубиншых» элементов изображения или символов при освещении протяженными источниками света была единственным предметом рассмотрения, то основной технологией для крупномасштабного производства и коммерческого применения в промышленности должны быть объемные или брэгговские голограммы, а не поверхностные рельефные голограммы.

Однако этого не происходит по ряду причин: во-первых, способ дублирования голограмм Брэгга, а именно оптического или голографического контактного копирования, по существу, является гораздо более дорогим процессом массового производства, чем процесс тиснения, используемый для дублирования поверхностных рельефных голограмм.

Во-вторых, однослойные глубинные голограммы, являются, по существу, монохромными в своих характеристиках воспроизведения, т.е. конкретный элемент изображения в любой глубинной голограмме воспроизводит только один цвет и не демонстрирует ярких радужных изменений цвета, которые соответ- 16 009686 ствующие элементы изображения в поверхностных рельефных устройствах демонстрируют при вертикальном наклоне. Глубинные голограммы, воспроизводящие 2 или 3 цвета, могут также быть изготовлены путем обеспечения дополнительных второго и третьего слоев записи (каждый слой записывается отдельным лазерным светом, цвет или длина волны которого близок к требуемому цвету воспроизведения из этого слоя компонента). Или в случае определенных фотополимеров, путем пространственно избирательного нанесения рассеивающего мономера, после голографической записи интерференционной картины, что изменяет эффективное расстояние между слоями Брэгга, но не наклон слоев Брэгга. Однако в любом случае обеспечение дополнительных цветов значительно увеличивает блок дублирования и увеличивает разрыв в стоимости с тиснеными голограммами.

В-третьих, в настоящее время имеется значительно больше разнообразных технологий голографической записи (оптический и электронный пучок), которые можно использовать для генерации дифракционной/голографической поверхностно-рельефной технологии, чем для объемной голографии, которая, по существу, является разновидностью классической техники голографии Денисюка. Кроме того, основной материал, используемый для записи глубинных голограмм для коммерческих и защитных применений, сильно ограничен и находится в частной собственности, из-за чего поставщики таких устройств ограничены только парой компаний.

Наконец, толщина слоя, необходимая для объемной голографии (т.е. 10 микрон и более) значительно больше, чем требуется для поддержки поверхностной рельефной структуры (самое большее, один или два микрона в структуре горячей фольги). Толщина объемного слоя делает его устойчивым к линейному растрескиванию, что необходимо для горячей штамповки или горячего фольгирования (особенно, если слой состоит из УФ-отверждаемого и снабженного поперечными связями фотополимера). Однако в термопластичном слое толщиной один-два микрона это линейное растрескивание или обламывание краев, задаваемое периметром пуансона горячей штамповки, часто происходит под действием тепла и давления.

Поэтому глубинные голограммы могут наноситься на документы только в качестве предварительного выштампованного ярлыка (не путем горяче-фольгового переноса), что делает их непригодными для применений сверхбольшого объема. Кроме того, толщина глубинной голограммы (особенно, когда она выполнена из фотополимера с поперечными связями) делает ее недостаточно гибкой для нанесения на тонкие гибкие (и легко сминаемые) бумажные документы.

Поэтому, несмотря на внутренние технические преимущества объемной или брэгговской голограммы относительно обеспечения более резких, лучше распознаваемых эффектов глубины при освещении неточечным источником, дифракционные/голографические поверхностные устройства по-прежнему остаются преобладающей технологией для крупномасштабных экономичных применений, например, банкнот, дорожных чеков, финансовых карт и т.д. Поэтому принципы изобретения, изложенные в этом документе, сосредоточены на максимизации визуальных преимуществ глубинных/параллактических эффектов в дифракционных поверхностно-рельефных оптически переменных устройствах в связи с особой важностью их применения к сложной поверхности подложки, обеспечиваемой бумажными защищенными документами.

Claims

1. Защитное устройство, содержащее слой с поверхностной рельефной микроструктурой, который под действием падающего излучения воспроизводит голограмму, наблюдаемую в зоне наблюдения, причем голограмма содержит по меньшей мере первый элемент голографического изображения в плоскости изображения, отстоящей от поверхности микроструктуры, при этом устройство имеет по меньшей мере одно дополнительное изображение в плоскости, отстоящей от плоскости изображения первого голографического элемента, в котором видимое расстояние между первым голографическим элементом плоскости изображения и плоскостью дополнительного изображения таково, что при наклоне устройства относительно оси наблюдения первый элемент голографического изображения демонстрирует видимое перемещение относительно дополнительного изображения, причем скорость перемещения составляет по меньшей мере 6 мм на радиан наклона и произведение скорости перемещения и прилежащего угла зоны наблюдения соответствует расстоянию по меньшей мере 20% от размера устройства в направлении перемещения первого элемента голографического изображения.

2. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере одно дополнительное изображение, по существу, пространственно инвариантно относительно устройства.

3. Устройство по п.2, в котором перемещение первого элемента голографического изображения приводит к тому, что первый элемент голографического изображения перекрывает дополнительные изображения или одно из них.

4. Устройство по п.2 или 3, в котором по меньшей мере одно дополнительное изображение является неголографическим.

5. Устройство по п.1 или 2, в котором голограмма образует по меньшей мере одно дополнительное изображение в качестве одного или нескольких вторых элементов голографического изображения.

- 17 009686

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором плоскость(и) дополнительного изображенной), по существу, совпадает с плоскостью поверхностной рельефной микроструктуры.

7. Устройство по п.5, в котором первый и второй элементы голографического изображения сформированы в плоскостях, соответственно, перед и за плоскостью поверхностной рельефной микроструктуры.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхностная рельефная микроструктура воспроизводит первый и/или второй голографический элемент в набор дискретных, разделенных угловыми промежутками вспомогательных зон наблюдения.

9. Устройство по п.8, в котором элемент или каждый из них не наблюдаем в промежутках между вспомогательными зонами наблюдения.

10. Устройство по п.8 или 9, в котором вспомогательные зоны наблюдения, по существу, разнесены на равное расстояние друг от друга.

11. Устройство по п.9 или 10, в котором зоны наблюдения и промежутки между зонами наблюдения имеют, по существу, одинаковую угловую протяженность.

12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором первый и/или второй элементы голографического изображения имеют размер по меньшей мере 3 мм в направлении видимого перемещения.

13. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором элемент голографического изображения или по меньшей мере один из них демонстрирует изменение цвета при своем движении.

14. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором первый элемент голографического изображения образует символ.

15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одно дополнительное изображение образует символ.

16. Устройство по п.14 или 15, в котором символы или каждый из них содержат фигуру, имеющую визуальный смысл, ассоциацию или резонанс с наблюдателем.

17. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором первое голографическое изображение и по меньшей мере одно дополнительное изображение относительно подвижны для формирования распознаваемого символа.

18. Применение устройства по любому из предыдущих пунктов для защиты изделий от подделки.

19. Применение по п.18, в котором изделием является бумага.

20. Применение по п.18 или 19, в котором изделием является банкнота.

21. Применение по п.18 или 19, в котором изделием является чек, ваучер, удостоверение подлинно-

- 18 009686

Фиг. 2(С)