EA017829B1 - Microoptic system for visual control of product authenticity - Google Patents
Microoptic system for visual control of product authenticity Download PDFInfo
- Publication number
- EA017829B1 EA017829B1 EA201101548A EA201101548A EA017829B1 EA 017829 B1 EA017829 B1 EA 017829B1 EA 201101548 A EA201101548 A EA 201101548A EA 201101548 A EA201101548 A EA 201101548A EA 017829 B1 EA017829 B1 EA 017829B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- flat
- micro
- optical
- optical element
- type
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Заявляемая в качестве изобретения микрооптическая система для визуального контроля подлинности изделий относится к области оптических защитных технологий, преимущественно к приспособлениям, т.н. защитным меткам, используемым для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг и т.д.The inventive micro-optical system for visual authentication of products relates to the field of optical protective technologies, mainly to devices, the so-called security tags used to authenticate banknotes, plastic cards, securities, etc.
В настоящее время для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг широко используются голографические технологии. Один из известных применяемых эффектов в оптических защитных технологиях - это эффект смены изображения, который наблюдается на голограмме или на плоском оптическом элементе при изменении угла падающего света. Оптический элемент называется плоским, если превращение волнового фронта в этом элементе происходит как результат дифракции света на микрорельефе, глубина которого для элементов, работающих в видимом свете, не превосходит одного микрона.Currently, holographic technologies are widely used to authenticate banknotes, plastic cards, and securities. One of the known applied effects in optical protective technologies is the image change effect, which is observed on a hologram or on a flat optical element when the angle of incident light changes. An optical element is called flat if the wavefront transformation in this element occurs as a result of light diffraction by a microrelief, the depth of which for elements operating in visible light does not exceed one micron.
Известны различные технологии записи оригиналов голограмм и плоских оптических элементов, обеспечивающих создание указанного эффекта. Это оптическая запись, дот-матрикс, кинемакстехнология и другие (ΟρΙίοηΙ Эоситсп! 8еситйу, ТЫтй Εάίΐίοη, ВийоК Ь. Уаи Веиекке. Лг1ес11 Ноике, Вок1ои, Ьоийои, 2005). Все перечисленные технологии изготовления оригиналов формируют голограмму или плоский оптический элемент с симметричным микрорельефом.There are various known technologies for recording the originals of holograms and flat optical elements, providing the creation of this effect. This is an optical recording, dot-matrix, kinemaktekhnologiya and others (ΟρΙίοηΙ Eositsp! 8esityu, Tyty Εάίΐίοη, Viyok L. Wai Veyekke. Lges11 Noike, Vok1oi, Loyoi, 2005). All of the above technologies for the manufacture of originals form a hologram or a flat optical element with a symmetrical microrelief.
К оптическим элементам с симметричным профилем микрорельефа относятся, например, любые бинарные микроструктуры. Оптические элементы с симметричным профилем микрорельефа позволяют формировать изображения, симметричные относительно нулевого порядка дифракции.Optical elements with a symmetrical microrelief profile include, for example, any binary microstructures. Optical elements with a symmetrical microrelief profile make it possible to form images symmetric with respect to the zero diffraction order.
Вне зависимости от используемых технологий записи оригинала, при изменении угла наклона микрооптической системы наблюдается следующий эффект смены изображений: в нормальном положении голограммы наблюдатель видит одно изображение, а при повороте на 90° вместо первого изображения появляется другое изображение. Однако, если продолжить поворот с 90 до 180°, то при угле 180° получают исходное изображение. Это обусловлено тем, что перечисленные выше технологии изготовления оригиналов (оптическая запись, дот-матрикс, кинемакс-технология и др.) формируют голограмму с симметричным микрорельефом.Regardless of the original recording technologies used, when changing the angle of the micro-optical system, the following image change effect is observed: in the normal position of the hologram, the observer sees one image, and when rotated 90 °, another image appears instead of the first image. However, if you continue the rotation from 90 to 180 °, then at an angle of 180 ° you get the original image. This is due to the fact that the above-mentioned technologies for the manufacture of originals (optical recording, dot matrix, kinemax technology, etc.) form a hologram with a symmetrical microrelief.
Указанный эффект очень хорошо контролируется визуально, но имеет существенный для защитных технологий недостаток - воспроизводимость. Это значительно снижает защитные функции указанных микрооптических систем. Существует большое количество технологий изготовления оригиналов плоских оптических элементов с симметричным микрорельефом. С точки зрения защищенности от подделок, более перспективными являются визуальные признаки, синтезируемые плоскими оптическими элементами, имеющими более сложный ассиметричный микрорельеф.The indicated effect is very well controlled visually, but has a drawback that is significant for protective technologies - reproducibility. This significantly reduces the protective functions of these micro-optical systems. There are a large number of manufacturing techniques for originals of flat optical elements with symmetrical micro-relief. From the point of view of protection against fakes, visual signs synthesized by flat optical elements having a more complex asymmetric microrelief are more promising.
Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением по совокупности признаков является микрооптическая система, описанная в патенте И8 6417968 В1 (прототип).The closest to the claimed invention, the technical solution for the totality of features is a micro-optical system described in patent I8 6417968 B1 (prototype).
Известная микрооптическая система представляет собой поверхностную структуру, включающую в себя поверхностные элементы, которые расположены в мозаичном порядке и которые имеют микроскопические рельефные структуры и множество разделенных элементов, поверхности которых подразделяются, по меньшей мере, на первую и вторую части поверхности и разделенные элементы поверхности включают асимметричные дифракционные решетки, которые имеют оптический эффект дифракции, в которой подразделенные разделенные элементы поверхности, прилегающие к первым частям поверхности, разделяются вторыми частями поверхности, и решетки векторов асимметричный дифракционных решеток из первых частей поверхности и вторых частей поверхности отличаются друг от друга по азимуту, в котором асимметричные дифракционные решетки из первых частей поверхности всех разделенных элементов поверхности имеют одинаковое первое значение азимута и асимметричные дифракционные решетки из вторых частей поверхности всех разделенных элементов поверхности имеют одинаковое второе значение азимута и при этом отношение суммы всех первых частей поверхности Ν-го элемента разделенной поверхности к общей площади Ν-го элемента разделенной поверхности формирует значение поверхностного соотношения ΑΝ специфичного для Ν-го элемента разделенной поверхности, и вдоль заранее размеченной оси все элементы разделенной поверхности располагаются в соответствии с их значением поверхностного соотношения ΑΝ между элементами разделенной поверхности с пропорциональным значением поверхности ΑΝ = 0 и ΑΝ = 1 в мозаике всех элементов.The known micro-optical system is a surface structure that includes surface elements that are arranged in a mosaic pattern and which have microscopic relief structures and many divided elements, the surfaces of which are divided into at least the first and second parts of the surface and the divided surface elements include asymmetric diffraction gratings that have an optical diffraction effect, in which subdivided divided surface elements are adjacent the first parts of the surface are separated by the second parts of the surface, and the asymmetric diffraction grating vectors of the first surface parts and the second surface parts differ in azimuth, in which the asymmetric diffraction gratings of the first surface parts of all separated surface elements have the same first azimuth value and asymmetric diffraction gratings from the second parts of the surface of all separated surface elements have the same second azimuth value and The addition of the sum of all the first surface parts of the Νth element of the divided surface to the total area of the Νth element of the divided surface forms the value of the surface ratio соотношения Ν of the specific for the элементаth element of the divided surface, and along the pre-marked axis all the elements of the divided surface are arranged according the value of the surface ratio ΑΝ between the elements of the divided surface with the proportional value of the surface Α Ν = 0 and Α Ν = 1 in the mosaic of all elements.
Другими словами, в указанном патенте описана микрооптическая система, состоящая из элементарных участков, в каждом из которых записана асимметричная диффракционная решетка с разной ориентацией штрихов решеток и, соответственно, с разными азимутальными углами, под которыми отражается падающий свет.In other words, the said patent describes a micro-optical system consisting of elementary sections, in each of which an asymmetric diffraction grating is recorded with different orientation of the grating strokes and, accordingly, with different azimuthal angles at which incident light is reflected.
Структура поверхности известной микрооптической системы обеспечивает эффект изменения интенсивности отраженного света от областей голограммы, заполненных дифракционными решетками с асимметричным профилем микрорельефа, при наблюдении голограммы под разными углами.The surface structure of the known micro-optical system provides the effect of changing the intensity of reflected light from areas of the hologram filled with diffraction gratings with an asymmetric microrelief profile when observing the hologram at different angles.
Недостатки известной микрооптической системы (прототипа) связаны с использованием в качестве базового оптического элемента достаточно простых дифракционных решеток, ограниченных в возможности формирования диаграммы направленности рассеянного излучения. Так, при освещении известнойThe disadvantages of the known micro-optical system (prototype) are associated with the use of rather simple diffraction gratings as the basic optical element, which are limited in the possibility of generating a radiation pattern of the scattered radiation. So, when lighting the famous
- 1 017829 микрооптической системы точечным источником света изменение интенсивности рассеянного света от элементарных областей можно наблюдать лишь одним глазом, поскольку диаграмма направленности рассеянного от дифракционной решетки света представляет собой точку.- 1 017829 of a microoptical system by a point source of light, a change in the intensity of the scattered light from elementary regions can be observed with only one eye, since the directivity diagram of the light scattered from the diffraction grating is a point.
Задачей настоящего изобретения является микрооптическая система с более высокой степенью защиты от подделок и имитаций.The objective of the present invention is a micro-optical system with a higher degree of protection against fakes and imitations.
В соответствии с изобретением описывается микрооптическая система формирования изображений, структура которой представляет собой дифракционный оптический элемент, состоящий из элементарных областей трех различных видов. Указанные элементарные области сформированы с использованием, вместе или порознь, плоских фазовых оптических элементов двух типов с асимметричной диаграммой направленности. Элементарные области первого вида содержат исключительно плоские фазовые оптические элементы первого типа, которые имеют диаграмму направленности рассеянного излучения, сосредоточенную в прямоугольнике, покрывающем углы обзора микрооптической системы наблюдателем, а элементарные области второго вида содержат плоские фазовые оптические элементы исключительно второго типа, диаграмма направленности рассеянного излучения которых отличается от диаграммы направленности плоского фазового оптического элемента первого вида поворотом на 180°, элементарные области третьего вида состоят из двух приблизительно равных по площади частей, одна из которых содержит плоский фазовый оптический элемент первого типа, а вторая - плоский фазовый оптический элемент второго типа, при этом в стандартном положении микрооптической системы для наблюдателя формируется изображение, состоящее из светящихся элементарных областей первого и третьего видов, а при повороте микрооптической системы на 180° - второго и третьего вида, чем обеспечивается эффект смены изображения при повороте на 180°.In accordance with the invention, a micro-optical imaging system is described, the structure of which is a diffractive optical element consisting of elementary regions of three different types. These elementary regions are formed using, together or separately, two types of flat phase optical elements with an asymmetric radiation pattern. The elementary regions of the first type contain exclusively planar phase optical elements of the first type, which have a radiation pattern concentrated in a rectangle covering the viewing angles of the micro-optical system by an observer, and the elementary regions of the second type contain planar phase optical elements of exclusively the second type, whose radiation pattern differs from the radiation pattern of a flat phase optical element of the first type by rotation and 180 °, the elementary regions of the third kind consist of two parts of approximately equal area, one of which contains a flat phase optical element of the first type, and the second a flat phase optical element of the second type, while an image is formed in the standard position of the microoptical system for the observer, consisting of luminous elementary regions of the first and third types, and when the micro-optical system is rotated 180 ° - of the second and third types, which provides the effect of changing the image when rotated by 180 °.
В частном случае реализации заявленной микрооптической системы плоские оптические элементы сформированы с использованием многоградационных киноформов.In the particular case of the implementation of the claimed micro-optical system, flat optical elements are formed using multi-gradation kinoforms.
В другом частном случае реализации заявленной микрооптической системы используют плоские оптические элементы с гладкой фазовой функцией.In another particular case of the implementation of the claimed micro-optical system using flat optical elements with a smooth phase function.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения в элементарных областях первого и второго вида микрооптической системы плоский фазовый оптический элемент занимает приблизительно половину элементарной области. Это обеспечивает формирование эффекта смены двух однородных по яркости изображений при повороте на 180°.In a preferred embodiment of the invention, in the elementary regions of the first and second kind of micro-optical system, a planar phase optical element occupies approximately half of the elementary region. This provides the formation of the effect of the change of two images with uniform brightness in rotation by 180 °.
Центральным моментом заявляемого изобретения является использование плоских фазовых оптических элементов. Каждый плоский фазовый оптический элемент характеризуется своей фазовой функцией и наоборот, зная фазовую функцию, можно рассчитать микрорельеф плоского фазового оптического элемента.The central point of the claimed invention is the use of flat phase optical elements. Each flat phase optical element is characterized by its phase function, and vice versa, knowing the phase function, one can calculate the microrelief of a flat phase optical element.
Плоские оптические элементы были предложены Френелем более 200 лет назад и решали задачи фокусировки излучения в точку. В настоящее время плоская оптика может решать широкий набор задач формирования излучения. Одной из классических задач является синтез оптического элемента для формирования в фокальной плоскости равномерно освещенной прямоугольной области. Эта задача может быть решена в рамках плоской оптики. Задачу синтеза плоских оптических элементов можно разделить на две составляющие: расчет фазовой функции и синтез микрорельефа плоского фазового оптического элемента.Flat optical elements were proposed by Fresnel more than 200 years ago and solved the problem of focusing radiation to a point. Currently, planar optics can solve a wide range of radiation generation problems. One of the classical problems is the synthesis of an optical element to form a uniformly illuminated rectangular region in the focal plane. This problem can be solved within the framework of plane optics. The problem of synthesis of planar optical elements can be divided into two components: calculation of the phase function and synthesis of the microrelief of a planar phase optical element.
В настоящее время существуют эффективные алгоритмы решения обратных задач синтеза плоских оптических элементов. Различают два подхода. Первый позволяет рассчитать гладкую фазовую функцию (Сошри1ег Ор11С8 & Сошри1ег Но1одгарЬу Ьу А.У.ОопсЬагкку, А.А.ОопсЬагкку, Моксоте ишуегкйу Ргекк, Мозсоте, 2004). Во втором подходе фазовая функция не является гладкой, может быстро осциллировать. Такие элементы получили название киноформов.Currently, there are effective algorithms for solving inverse problems of the synthesis of plane optical elements. There are two approaches. The first makes it possible to calculate a smooth phase function (Sohril Eg11C8 & Sohril Ehlodgar LU A.U. Oopsbagku, A.A. Oopsbagku, Moksote Ishuegku Rgeck, Mozote, 2004). In the second approach, the phase function is not smooth; it can oscillate rapidly. Such elements are called kinoforms.
Киноформ как оптический элемент был представлен в работе Ь.В. Ьекеш, Р.М. Н1гксЬ, ТА. 1г. 1огйап, ТЬе кшоГогш: а пете теауеГгоп! гесопйгисйоп йеуюе, 1ВМ 1. Век. Эеу., 13 (1969), 105-155. В настоящем изобретении необходимо формировать асимметричную диаграмму направленности плоского фазового оптического элемента. Такие задачи решает многоградационный киноформ. Многоградационный киноформ формирует заданное изображение, но в отличие от тонких голограмм, записанных путём регистрации интерференционной картины, многоградационный киноформ формирует на заданной длине волны только одно изображение и при этом весь падающий на него свет дифрагирует в один порядок дифракции. Таким образом, многоградационный киноформ имеет максимальную теоретическую эффективность при формировании произвольных изображений. В отличие от объёмных фазовых голограмм, обладающих также 100%-ной дифракционной эффективностью, многоградационный киноформ допускает массовое тиражирование с оригинала, при этом энергетическая эффективность тиражных копий также теоретически близка к 100%.Kinoform as an optical element was presented in the work of L.V. Lekesh, R.M. HxGX, TA. 1g 1yyap, Thye kshoGogsh: and you sing teaueGgop! gesopigisyop yeuyu, 1VM 1. Century. Eee., 13 (1969), 105-155. In the present invention, it is necessary to form an asymmetric radiation pattern of a planar phase optical element. Such tasks are solved by multi-gradation kinoform. Multi-gradation kinoform forms a given image, but unlike thin holograms recorded by recording an interference pattern, multi-gradation kinoform forms only one image at a given wavelength, and all the light incident on it diffracts into one diffraction order. Thus, multi-gradation kinoform has maximum theoretical efficiency in the formation of arbitrary images. Unlike volume phase holograms, which also have 100% diffraction efficiency, multi-gradation kinoforms can be mass-replicated from the original, while the energy efficiency of printed copies is also theoretically close to 100%.
Существующие алгоритмы позволяют рассчитать микрорельеф дифракционного оптического элемента - многоградационного киноформа, если заданы геометрические параметры, характеристики источников света и диаграмма направленности, которую нужно сформировать.Existing algorithms make it possible to calculate the microrelief of a diffractive optical element, a multi-gradation kinoform, if geometric parameters, characteristics of light sources, and a radiation pattern to be formed are specified.
Для широкого класса задач формирования излучения можно рассчитать гладкую фазовую функFor a wide class of radiation formation problems, a smooth phase function can be calculated
- 2 017829 цию, решающую задачу синтеза. К таким задачам относится задача формирования фокальной плоскости с помощью плоской оптики, равномерно засвеченной прямоугольной области, что используется в настоящем изобретении. Задав геометрические параметры и характеристики источников света, можно рассчитать фазовую функцию плоского фазового оптического элемента, формирующего в фокальной плоскости равномерно засвеченный прямоугольник (Гончарский А.А., Туницкий Д.В. Об обратной задаче синтеза оптических элементов для лазерного излучения. Вычислительные методы и программирование, т. 7, № 2). Как в случае киноформа, так и в случае с гладкой фазовой функцией, на этапе синтеза плоского оптического элемента необходимо сформировать микрорельеф с высокой точностью, которая для оптического диапазона составляет порядка 20 нм, что предъявляет высокие требования к технологии формирования микрорельефа (Об одной задаче синтеза нано-оптических элементов А.А. Гончарский, Вычислительные методы и программирование, 2008, т. 9, № 2).- 2017829 tion, solving the synthesis problem. Such tasks include the task of forming a focal plane using flat optics, uniformly illuminated by a rectangular region, which is used in the present invention. Having set the geometric parameters and characteristics of the light sources, it is possible to calculate the phase function of a planar phase optical element that forms a uniformly illuminated rectangle in the focal plane (Goncharsky A.A., Tunitsky D.V. On the inverse problem of the synthesis of optical elements for laser radiation. Computational methods and programming , v. 7, No. 2). As in the case of kinoform, and in the case with a smooth phase function, at the stage of synthesis of a planar optical element, it is necessary to form a microrelief with high accuracy, which for the optical range is about 20 nm, which places high demands on the technology of forming a microrelief (On one problem of nano synthesis -optical elements A. A. Goncharsky, Computational Methods and Programming, 2008, v. 9, No. 2).
Базовой технологией для формирования микрорельефа плоских оптических элементов в оптическом диапазоне может быть технология электронно-лучевой литографии (Сотри!ет Орйск & СошрШсг Но1одтарйу Ьу Α.ν. ОопсЬаткку, А.А. ОопсЬаткку, Мозсоте Ишуегайу Рге55. Мо5со\\'. 2004). Указанная технология позволяет формировать микрорельеф плоского оптического элемента с точностью, необходимой для синтеза заявленных микрооптических систем. Оборудование для электронной литографии весьма дорогостоящее, технология наукоемка и имеет ограниченное распространение. Все это создает надежный барьер для защиты заявленной системы от подделок.The basic technology for the formation of a microrelief of flat optical elements in the optical range can be electron beam lithography technology (Erases Orisk and SosrSsg No1odtaryu LU ν.ν. Oopsbatkku, A.A. Oopsbatkku, Mozote Ishuegayu Rge55. Mo5 \\ 2004. . The specified technology allows you to form the microrelief of a flat optical element with the accuracy necessary for the synthesis of the claimed micro-optical systems. Equipment for electronic lithography is very expensive, technology is knowledge-intensive and has limited distribution. All this creates a reliable barrier to protect the claimed system from fakes.
Для массового тиражирования плоских оптических элементов, формирующих эффект смены изображений на 180°, может быть использовано стандартное оборудование для голографических технологий: гальваника, установки мультипликации, оборудование для прокатки, нанесения клеевых покрытий и т.п. Необходимо отметить, что на всех этапах тиражирования обеспечивается точность, достаточная для устойчивого воспроизведения заявленного эффекта.For mass replication of flat optical elements forming the effect of changing the image by 180 °, standard equipment for holographic technologies can be used: electroplating, animation plants, equipment for rolling, applying adhesive coatings, etc. It should be noted that at all stages of replication accuracy is ensured sufficient for stable reproduction of the claimed effect.
В заявленной микрооптической системе эффект смены изображения наблюдается двумя глазами. Визуальный эффект смены изображений более устойчив по сравнению с прототипом относительно изменений положения источника света или микрооптической системы. Заявленная микрооптическая система обладает более высокой степенью защиты от подделок и имитаций. Технология изготовления оригиналов микрооптических систем не является общедоступной, в то время как технология массового тиражирования микрооптических систем является доступной и дешевой, что обеспечивает низкую цену при массовом производстве.In the claimed micro-optical system, the effect of image change is observed with two eyes. The visual effect of the change of images is more stable compared to the prototype relative to changes in the position of the light source or micro-optical system. The claimed micro-optical system has a higher degree of protection against fakes and imitations. The manufacturing technology of originals of micro-optical systems is not publicly available, while the technology of mass replication of micro-optical systems is affordable and cheap, which ensures a low price for mass production.
На фиг. 1 приведена схема наблюдения эффекта смены изображений при повороте на 180°.In FIG. Figure 1 shows a pattern of observing the effect of changing images when rotating through 180 °.
На фиг. 2 приведен плоский фазовый оптический элемент, состоящий из дифракционных решеток с асимметричньм профилем микрорельефа.In FIG. Figure 2 shows a flat phase optical element consisting of diffraction gratings with an asymmetric microrelief profile.
На фиг. 3 приведена диаграмма направленности плоского фазового оптического элемента - дифракционной решетки с асимметричным профилем микрорельефа.In FIG. Figure 3 shows the directivity pattern of a planar phase optical element — a diffraction grating with an asymmetric microrelief profile.
На фиг. 4, 5 приведены диаграммы направленности плоских оптических элементов первого и второго типов соответственно.In FIG. Figures 4 and 5 show radiation patterns of planar optical elements of the first and second types, respectively.
На фиг. 6 приведен фрагмент фазовой функции плоского оптического элемента многоградационного киноформа.In FIG. Figure 6 shows a fragment of the phase function of a flat optical element of a multi-gradation kinoform.
На фиг. 7 приведен фрагмент микрорельефа плоского оптического элемента - многоградационного киноформа.In FIG. Figure 7 shows a fragment of the microrelief of a flat optical element — a multi-gradation kinoform.
На фиг. 8 приведен фрагмент фазовой функции плоского оптического элемента, решающего задачу синтеза с гладкой фазовой функцией.In FIG. Figure 8 shows a fragment of the phase function of a planar optical element that solves the synthesis problem with a smooth phase function.
На фиг. 9 приведен фрагмент микрорельефа плоского оптического элемента с гладкой фазовой функцией.In FIG. Figure 9 shows a fragment of the microrelief of a planar optical element with a smooth phase function.
На фиг. 10 приведена схема разбиения микрооптической системы на элементарные области.In FIG. 10 shows a diagram of the partition of a micro-optical system into elementary regions.
На фиг. 11 темным цветом показаны области ОА, Св, ОАВ, ОА/В и Св/А.In FIG. 11 shows a dark color region G A, C, D AB, O A / B and C / A.
Оптическая схема наблюдения эффекта смены изображений приведена на фиг. 1. Здесь Л и П - это положения левого глаза и правого глаза наблюдателя соответственно. Микрооптическая система расположена в плоскости ζ = 0 и освещается источником света, расположенным на оси 0ζ. Плоские оптические элементы, расположенные в элементарных областях, имеют диаграмму направленности рассеянного излучения, зависящую от углов в сферической системе координат (θ,φ), угол в (0 <θ< π) отсчитывается от оси ζ, угол φ (0 <φ< 2π) отсчитывается от оси 0х, θ0, φ0 - направление на наблюдателя. Не уменьшая общности фиг. 1 выполнен для φ0 = 0.The optical scheme for observing the effect of image change is shown in FIG. 1. Here L and P are the positions of the left eye and the right eye of the observer, respectively. The micro-optical system is located in the plane ζ = 0 and is illuminated by a light source located on the axis 0ζ. Flat optical elements located in elementary regions have a radiation pattern of scattered radiation, depending on the angles in the spherical coordinate system (θ, φ), the angle in (0 <θ <π) is counted from the ζ axis, and the angle φ (0 <φ <2π ) is counted from the axis 0x, θ 0 , φ 0 is the direction to the observer. Without loss of generality, FIG. 1 is satisfied for φ 0 = 0.
Заявляемая микрооптическая система для визуального контроля подлинности изделия (фиг. 1) имеет следующие отличия от прототипа. В известной микрооптической системе используются асимметричные диффракционные решетки, которые состоят из прямых параллельных штрихов с фиксированным расстоянием между штрихами (фиг. 2). Диаграмма направленности диффракционной решетки строго определена и представляет собой точку, т.е. решетка отражает падающий свет на фиксированном расстоянии фактически в небольшое пятно на фокальной плоскости (фиг. 3), что обеспечивает эффект изменения интенсивности элементарных областей, заполненных решетками с асимметричным профилем, приThe inventive micro-optical system for visual verification of the authenticity of the product (Fig. 1) has the following differences from the prototype. In the known micro-optical system, asymmetric diffraction gratings are used, which consist of straight parallel strokes with a fixed distance between the strokes (Fig. 2). The radiation pattern of a diffraction grating is strictly defined and represents a point, i.e. the grating reflects the incident light at a fixed distance in fact into a small spot on the focal plane (Fig. 3), which provides the effect of changing the intensity of elementary regions filled with gratings with an asymmetric profile, when
- 3 017829 наблюдении голограммы под разными углами. В заявляемой микрооптической системе используются плоские фазовые оптические элементы, которые имеют сложную точно рассчитанную структуру микрорельефа. Плоские фазовые оптические элементы дают возможность сформировать любую диаграмму направленности рассеянного излучения. Асимметричность диаграммы направленности многоградационных плоских фазовых оптических элементов обеспечивает эффект смены изображения при повороте на 180°. Используя плоский фазовый оптический элемент, можно сформировать любую диаграмму направленности, например прямоугольник с заданным положением в пространстве и размерами. На фиг. 4, 5 приведены диаграммы направленности плоских оптических элементов первого и второго типа соответственно. В заявленной микрооптической системе прямоугольник, формируемый плоским оптическим элементом, накрывает оба глаза наблюдателя так, что в отличие от прототипа оптический эффект будет наблюдаться сразу обоими глазами. Оптический эффект, синтезированный с помощью плоского фазового оптического элемента, является более устойчивым по сравнению с дифракционными решетками. Относительно небольшие изменения направления падающего света, ориентации самой микрооптической системы не влияют на формируемый визуальный эффект.- 3 017829 observing the hologram from different angles. In the inventive micro-optical system, flat phase optical elements are used that have a complex, precisely calculated microrelief structure. Flat phase optical elements make it possible to form any radiation pattern of the scattered radiation. The asymmetry of the radiation pattern of multi-gradation flat phase optical elements provides the effect of image change when rotating through 180 °. Using a flat phase optical element, any radiation pattern can be formed, for example, a rectangle with a given position in space and dimensions. In FIG. Figures 4 and 5 show radiation patterns of planar optical elements of the first and second types, respectively. In the inventive micro-optical system, a rectangle formed by a flat optical element covers both eyes of the observer so that, unlike the prototype, the optical effect will be observed immediately with both eyes. The optical effect synthesized using a planar phase optical element is more stable compared to diffraction gratings. Relatively small changes in the direction of the incident light and the orientation of the micro-optical system itself do not affect the visual effect formed.
Плоские оптические элементы первого и второго типа могут представлять собой киноформы и иметь разрывную (быстроосциллирующую) фазовую функцию (фиг. 6). Фрагмент многоградационного киноформа приведен на фиг. 7. Высота микрорельефа в каждой точке фиг. 7 пропорциональна потемнению в этой точке.Flat optical elements of the first and second type can be kinoforms and have a discontinuous (rapidly oscillating) phase function (Fig. 6). A fragment of the multi-gradation kinoform is shown in FIG. 7. The height of the microrelief at each point of FIG. 7 is proportional to the darkening at this point.
Та же задача может быть решена с помощью гладких фазовых функций. На фиг. 8 приведен фрагмент кусочно-гладкой фазовой функции, решающей задачу формирования диаграммы направленности рассеянного излучения, представленной на фиг. 4, 5. Фрагмент плоского фазового оптического элемента с гладкой фазовой функцией представлен на фиг. 9. Глубина микрорельефа пропорциональна потемнению в каждой точке фиг. 9.The same problem can be solved using smooth phase functions. In FIG. 8 shows a fragment of a piecewise smooth phase function that solves the problem of generating the radiation pattern of the scattered radiation shown in FIG. 4, 5. A fragment of a planar phase optical element with a smooth phase function is shown in FIG. 9. The depth of the microrelief is proportional to the darkening at each point of FIG. nine.
Заявленная микрооптическая система для визуального контроля подлинности состоит из элементарных областей (фиг. 10) трех различных видов, которые сформированы с использованием, вместе или порознь, многоградационных плоских фазовых оптических элементов двух типов с асимметричным микрорельефом, обеспечивающим асимметричную диаграмму направленности рассеянного излучения, при этом элементарные области первого вида содержат исключительно плоские фазовые оптические элементы первого типа, которые имеют диаграмму направленности рассеянного излучения, сосредоточенную в прямоугольнике θ0 - Δθ <θ <θ0 + Δθ, φ0 - Δφ <φ <φ0 + Δφ, покрывающем углы обзора микрооптической системы наблюдателем (фиг. 4). Элементарные области второго вида содержат плоские фазовые оптические элементы исключительно второго типа, диаграмма направленности рассеянного излучения как функция от углов θ, φ в сферической системе координат (угол θ отсчитывается от оси 0ζ, угол φ отсчитывается от оси 0х), которых сосредоточена в прямоугольнике θ0 - Δθ <θ <θ0 + Δθ, π + φ0 - Δφ <π + φ0 + Δφ, где (θ0, φ0) - направление на наблюдателя, а Δθ, Δφ - некоторые заданные параметры (фиг. 5). Элементарные области третьего вида состоят из двух приблизительно равных по площади частей, одна из которых содержит плоский фазовый оптический элемент первого типа, а вторая - плоский фазовый оптический элемент второго типа, при этом в стандартном положении микрооптической системы для наблюдателя формируется изображение, состоящее из светящихся элементарных областей первого и третьего видов, а при повороте микрооптической системы по углу φ на 180° - второго и третьего вида. В стандартном положении (фиг. 1) микрооптической системы для наблюдателя формируется изображение, состоящее из светящихся элементарных областей первого и третьего видов, а при повороте на 180° - второго и третьего вида. Последнее обеспечивает новый защитный признак для визуального контроля, а именно эффект смены изображения при повороте на 180°.The claimed micro-optical system for visual authentication authenticity consists of elementary regions (Fig. 10) of three different types, which are formed using, together or separately, multi-gradation flat phase optical elements of two types with an asymmetric microrelief, providing an asymmetric radiation pattern, while elementary areas of the first kind contain exclusively flat phase optical elements of the first type, which have a radiation pattern scattered radiation concentrated in the rectangle θ 0 - Δθ <θ <θ 0 + Δθ, φ 0 - Δφ <φ <φ 0 + Δφ, covering the viewing angles of the micro-optical system by the observer (Fig. 4). The elementary regions of the second type contain flat phase optical elements exclusively of the second type, the radiation pattern of the scattered radiation as a function of the angles θ, φ in the spherical coordinate system (the angle θ is counted from the axis 0ζ, the angle φ is counted from the axis 0x), which are concentrated in the rectangle θ 0 - Δθ <θ <θ 0 + Δθ, π + φ 0 - Δφ <π + φ 0 + Δφ, where (θ0, φ0) is the direction to the observer, and Δθ, Δφ are some given parameters (Fig. 5). The elementary regions of the third kind consist of two approximately equal in area parts, one of which contains a flat phase optical element of the first type, and the second a flat phase optical element of the second type, while in the standard position of the microoptical system for the observer an image is formed consisting of luminous elementary areas of the first and third types, and when the micro-optical system is rotated through an angle φ by 180 °, the second and third types. In the standard position (Fig. 1) of the micro-optical system, an image is formed for the observer, consisting of luminous elementary regions of the first and third types, and when rotated 180 °, of the second and third types. The latter provides a new security feature for visual inspection, namely the effect of changing the image when rotated 180 °.
Заявленная микрооптическая система позволяет обеспечить простой и надежный визуальный контроль для наблюдателя. Технология изготовления оригиналов плоских оптических элементов с асимметричной диаграммой направленности рассеянного излучения не является общедоступной, что обеспечивает надежную защиту заявленных микрооптических систем от подделок. Технология массового тиражирования доступна и обеспечивает низкую цену микрооптических систем при массовом тиражировании.The claimed micro-optical system allows for simple and reliable visual control for the observer. The manufacturing technology of the originals of flat optical elements with an asymmetric radiation pattern is not publicly available, which provides reliable protection of the claimed micro-optical systems from fakes. The technology of mass replication is available and provides a low price for micro-optical systems for mass replication.
Важным параметром, определяющим, в первую очередь, качество формируемых изображений в эффекте смены изображений, является угол отклонения лучей. Чем больше этот угол, тем более чистый эффект можно получить. Базовой технологией для формирования микрорельефа плоского фазового оптического элемента может быть электронно-лучевая технология. Чем выше разрешающая способность в технологии формирования микрорельефа, тем больше угол отклонения лучей. Электронно-лучевая технология уникальна тем, что обеспечивает очень высокое разрешение. Современные литографы позволяют формировать микрорельеф штампами порядка 0,1 на 0,1 мкм, лучшие из них имеют размер штампа вплоть до 20 нм на 20 нм. В реальности разрешение ограничиваются не размером штампа, а свойствами электронного резиста, на котором формируется микрорельеф. Точность формирования микрорельефа по высоте также составляет порядка 10-20 нм. При глубине микрорельефа плоского оптического элемента порядка 300 нм (Сошри1ег ОрЬск & Сошри1ег Но1одтарЬу Ьу Α.ν. СоисЬаткку, А.А. Соисйаткку, Моксоте Ишуегкйу Ргекк, Моксоте, 2004) электронно-лучевая технология позволяет изготовить асимметричныйAn important parameter that determines, first of all, the quality of the generated images in the effect of image change is the angle of deviation of the rays. The larger this angle, the more pure the effect can be obtained. The basic technology for the formation of the microrelief of a flat phase optical element can be electron beam technology. The higher the resolution in the technology of microrelief formation, the greater the angle of deviation of the rays. Electron beam technology is unique in that it provides a very high resolution. Modern lithographs make it possible to form a microrelief with stamps of the order of 0.1 by 0.1 microns, the best of them have stamp sizes up to 20 nm at 20 nm. In reality, the resolution is not limited by the size of the stamp, but by the properties of the electronic resist on which the microrelief is formed. The accuracy of the formation of the microrelief in height is also about 10-20 nm. At a depth of the microrelief of a flat optical element of the order of 300 nm (Soshrieg Orbsk & Sogrieg Hoiodtaruu U.u. Soisbatku, A.A. Soisyatkku, Moksote Ishuegku Rgekk, Moksote, 2004), the electron beam technology makes it possible to produce asymmetric
- 4 017829 микрорельеф для синтеза микрооптических систем формирования эффекта смены изображения при повороте на 180°. Визуальный эффект легко контролируется, микрооптическая система хорошо защищена от подделок.- 4 017829 microrelief for the synthesis of micro-optical systems for the formation of the effect of image change when turning 180 °. The visual effect is easily controlled, the micro-optical system is well protected from fakes.
Нижеприведенный пример конкретного выполнения изобретения подтверждает возможность осуществления изобретения, не ограничивая его объем.The following example of a specific implementation of the invention confirms the possibility of carrying out the invention without limiting its scope.
Пример.Example.
В качестве примера была рассчитана и изготовлена микрооптическая система для формирования эффекта смены изображений при повороте на 180°. В нормальном положении микрооптической системы наблюдатель видит изображение А, при повороте на 180° - изображение В. Для синтеза оригинала плоского оптического элемента была использована электронно-лучевая технология. Оригинал был мультиплицирован. С помощью мультиплицированных матриц были изготовлены микрооптические системы в виде наклеек, демонстрирующие эффект смены изображений при повороте на 180°.As an example, a micro-optical system was designed and manufactured for the formation of the effect of changing images when rotating through 180 °. In the normal position of the micro-optical system, the observer sees image A, while rotating through 180 ° - image B. For the synthesis of the original flat optical element, electron-beam technology was used. The original has been multiplied. Using the multiplicated matrices, micro-optical systems were made in the form of stickers, demonstrating the effect of changing images when rotating through 180 °.
Задача синтеза плоского оптического элемента, формирующего эффект смены изображений при повороте на 180°, решалась с помощью плоских фазовых оптических элементов двух типов: типа 1, имеющего диаграмму направленности, как на фиг. 4, и типа 2, имеющего диаграмму направленности, как на фиг. 5. Плоский оптический элемент размером 10 мм на 10 мм разбивался на элементарные области размером 50 мкм на 50 мкм, как это сделано на фиг. 10. Для синтеза плоского оптического элемента использовались элементарные области трех видов.The problem of synthesizing a planar optical element that forms the effect of changing images when rotated through 180 ° was solved with the help of planar phase optical elements of two types: type 1, which has a radiation pattern, as in FIG. 4 and type 2 having a radiation pattern as in FIG. 5. The flat optical element measuring 10 mm by 10 mm was divided into elementary regions measuring 50 μm by 50 μm, as was done in FIG. 10. For the synthesis of a planar optical element, three types of elementary regions were used.
1. Области первого вида содержат лишь плоские фазовые оптические элементы первого типа.1. The regions of the first type contain only planar phase optical elements of the first type.
2. Области второго вида содержат лишь плоские фазовые оптические элементы второго типа.2. The regions of the second type contain only planar phase optical elements of the second type.
3. Области третьего вида состоят из двух равных по площади частей, одна из которых содержит плоские фазовые оптические элементы первого типа, а другая - плоские фазовые оптические элементы второго типа.3. Areas of the third type consist of two parts of equal size, one of which contains flat phase optical elements of the first type, and the other contains flat phase optical elements of the second type.
В нормальном положении микрооптической системы для наблюдателя формировалось изображение, состоящее из ярких светящихся элементарных областей первого и третьего типов, а при повороте на 180° - из ярких светящихся элементарных областей второго и третьего типов.In the normal position of the micro-optical system, an image was formed for the observer, consisting of bright luminous elementary regions of the first and third types, and when rotated 180 ° - from bright luminous elementary regions of the second and third types.
Плоские фазовые оптические элементы первого и второго типа были изготовлены как в варианте киноформов, так и с кусочно-гладкой фазовой функцией. Плоские фазовые оптические элементы первого типа имеют диаграмму направленности рассеянного излучения, сосредоточенную в прямоугольнике θ0 Δθ <θ <θ0 + Δθ, φ0 - Δφ <φ <φ0 + Δφ, покрывающем углы обзора микрооптической системы наблюдателем. Плоские фазовые оптические элементы второго типа имеют диаграмму направленности рассеянного излучения, как функцию от углов θ, φ в сферической системе координат, которая сосредоточена в прямоугольнике θ0 - Δθ < θ < θ0 + Δθ, π + φ0 - Δφ <φ <π + φ0 + Δφ. Параметры θ0, φ0, Δθ, Δφ были выбраны так, что θ0 = 30°, φ0 = 180°, Δθ = 3°, Δφ = 15°.Flat phase optical elements of the first and second type were made both in the form of kinoforms and with a piecewise-smooth phase function. Flat phase optical elements of the first type have a radiation pattern concentrated in the rectangle θ 0 Δθ <θ <θ 0 + Δθ, φ 0 - Δφ <φ <φ 0 + Δφ, which covers the viewing angles of the micro-optical system by the observer. Flat phase optical elements of the second type have a radiation pattern of scattered radiation, as a function of angles θ, φ in a spherical coordinate system, which is concentrated in the rectangle θ 0 - Δθ <θ <θ 0 + Δθ, π + φ 0 - Δφ <φ <π + φ 0 + Δφ. The parameters θ 0 , φ 0 , Δθ, Δφ were chosen so that θ 0 = 30 °, φ 0 = 180 °, Δθ = 3 °, Δφ = 15 °.
Сформулируем алгоритм синтеза плоского оптического элемента, формирующего эффект смены изображений с поворотом на 180°. Предположим, мы хотим, чтобы изображение буквы А после поворота на 180° превратилось в том же месте в изображение буквы В. Обозначим за Од множество всех точек (х,у) на плоскости ΟΧΥ, которые формируют изображение А, за Ов множество всех точек (х,у) на плоскости ΟΧΥ, которые формируют изображение В, обозначим за ОАв пересечение ОА и Ов, а СЛ.-в = СА/Св. Множество СА.в состоит из тех точек множества А, которые не принадлежат изображению В. Обозначим за Св.Л=Св/СЛ. Ов/А состоит из точек изображения В, которые не являются точками изображения А. На фиг. 8 представлены САв. ОА/в и Ов/А. Если заполнить область ОА/в элементарными областями 1 типа, Ов/А - 2 типа, а ОАв - 3 типа, то при нормальном положении голограммы наблюдатель будет видеть букву А, а при повороте на 180° букву В.We formulate an algorithm for the synthesis of a flat optical element that forms the effect of changing images with a rotation of 180 °. Suppose we want the image of the letter A after turning through 180 ° to turn in the same place into the image of the letter B. Let O denote the set of all points (x, y) on the plane ΟΧΥ that form the image A, for O the set of all points (x, y) on the plane ΟΧΥ that form the image B, we denote by O Av the intersection of O A and O c , and C L. - c = C A / C c . The set With A. c consists of those points of the set A that do not belong to the image B. Denote by C c . L = C in / C L. O / A consists of image points B, which are not image points A. FIG. 8 presents From Av . About A / V and O / A. If the region О А / в is filled with elementary regions of type 1, О в / А - 2 types, and О Ав - 3 types, then in the normal position of the hologram the observer will see the letter A, and when rotated 180 °, the letter B.
Проведенные исследования показали высокую эффективность предложенных в заявке решений. Эффект смены изображений при повороте на 180° наблюдался двумя глазами при освещении микрооптической системы как монохроматическим, так и белым светом.Studies have shown the high efficiency of the solutions proposed in the application. The effect of changing images when rotating through 180 ° was observed with two eyes when illuminating the micro-optical system with both monochromatic and white light.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201101548A EA017829B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Microoptic system for visual control of product authenticity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201101548A EA017829B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Microoptic system for visual control of product authenticity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201101548A1 EA201101548A1 (en) | 2013-02-28 |
| EA017829B1 true EA017829B1 (en) | 2013-03-29 |
Family
ID=47890734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201101548A EA017829B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Microoptic system for visual control of product authenticity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA017829B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA030504B1 (en) * | 2016-03-01 | 2018-08-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии" | Microoptical imaging system for visual and instrumental control of product authenticity |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5886798A (en) * | 1995-08-21 | 1999-03-23 | Landis & Gyr Technology Innovation Ag | Information carriers with diffraction structures |
| US6417968B1 (en) * | 1998-01-27 | 2002-07-09 | René Staub | Diffractive surface pattern |
| US20090162756A1 (en) * | 2006-04-06 | 2009-06-25 | Rene Staub | Multi-Layer Body With Volume Hologram |
| US7680274B2 (en) * | 2002-04-05 | 2010-03-16 | Ovd Kinegram Ag | Security element comprising micro- and macrostructures |
-
2011
- 2011-09-26 EA EA201101548A patent/EA017829B1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5886798A (en) * | 1995-08-21 | 1999-03-23 | Landis & Gyr Technology Innovation Ag | Information carriers with diffraction structures |
| US6417968B1 (en) * | 1998-01-27 | 2002-07-09 | René Staub | Diffractive surface pattern |
| US7680274B2 (en) * | 2002-04-05 | 2010-03-16 | Ovd Kinegram Ag | Security element comprising micro- and macrostructures |
| US20090162756A1 (en) * | 2006-04-06 | 2009-06-25 | Rene Staub | Multi-Layer Body With Volume Hologram |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201101548A1 (en) | 2013-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2972563B1 (en) | Variable device exhibiting non-diffractive three-dimensional optical effect | |
| JP6068145B2 (en) | Moire expansion element | |
| JP6550338B2 (en) | Security device | |
| JP2016505161A (en) | Security document with decorative elements and decorative elements | |
| AU2016101590B4 (en) | A 3d micromirror device | |
| JP2007223100A (en) | Information printed matter | |
| EP2546070B1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| JP6574702B2 (en) | Security device | |
| RU127208U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| EP3598204B1 (en) | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects | |
| US11345178B2 (en) | Security element, and method for producing a security element | |
| RU149690U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| RU190048U1 (en) | Micro-optical system for the formation of 2D images | |
| EA017829B1 (en) | Microoptic system for visual control of product authenticity | |
| EP3332276B1 (en) | Azimuthally modulated scattering device | |
| RU152465U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS | |
| EP3466712B1 (en) | Micro-optic system for forming visual images with kinematic effects of movement | |
| CN113056376B (en) | Optically variable element, security document, method for producing an optically variable element, method for producing a security document | |
| EP3929001A1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| EP3842252B1 (en) | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction | |
| EA031709B1 (en) | Micro-optic system for forming 2d images with kinematic motion effects | |
| EA018164B1 (en) | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity | |
| RU140190U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| RU140180U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| RU174679U1 (en) | Micro-optical system for the formation of visual images with kinematic effects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |
|
| NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): RU |