EA018164B1 - Micro-optical system for forming images for visual control of product identity - Google Patents
Micro-optical system for forming images for visual control of product identity Download PDFInfo
- Publication number
- EA018164B1 EA018164B1 EA201101547A EA201101547A EA018164B1 EA 018164 B1 EA018164 B1 EA 018164B1 EA 201101547 A EA201101547 A EA 201101547A EA 201101547 A EA201101547 A EA 201101547A EA 018164 B1 EA018164 B1 EA 018164B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- micro
- optical system
- optical
- observer
- elementary
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Заявляемая микрооптическая система формирования изображений для визуального контроля подлинности изделий относится к области оптических защитных технологий, преимущественно к так называемым защитным меткам, используемым для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг и т.д.The inventive micro-optical imaging system for visual authentication of products relates to the field of optical security technology, mainly to 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 способы записи оригиналов голограмм и плоских оптических элементов, обеспечивающих создание указанного эффекта. Это - оптическая запись, дот-матрикс, кинемакстехнология и другие (ΟρΙίοαΙ ЭоситсШ 8есигйу, ТЫгб Εάίΐίοη, Вибо1Г Ь. Уаи Веиекке. Лг1ес11 Ноике, ВокΙοη. Ьоибои, 2005). Все перечисленные способы изготовления оригиналов формируют голограмму или плоский оптический элемент с симметричным микрорельефом.There are various ways of 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 (ΟρΙίοαΙ Eosits 8 Sigyu, Tybb Εάίΐίοη, Vibo 1G. Wai Veieekke. Lg 1es11 Noike, VokΙοη. Looiboi, 2005). All of the above methods of making 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: например, 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 другие) 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: for example, 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 manufacturing technologies of originals (optical recording, dot matrix, kinemax technology and others) 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. Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением по совокупности признаков является микрооптическая система, описанная в патенте И8 6417968 В1 (прототип).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. 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 на, по меньшей мере, 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 асимметричных 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 comprising surface elements that are arranged in a mosaic pattern and which have microscopic relief structures and a plurality of 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 to the first parts of the surface, are separated by the second parts of the surface, and the lattices of the vectors of asymmetric diffraction gratings from the first parts of the surface and the second parts of the surface differ in azimuth, in which the asymmetric diffraction gratings from the first parts of the surface of all separated surface elements have the same first azimuth asymmetric diffraction gratings from the second parts of the surface of all separated surface elements have the same second azimuth value and Ocean sum of all the first parts of the surface of Ν-th element of the divided surface to the total area Ν-th element divided surface forms a value of the surface ratio Α Ν-specific Ν-th element divided surface and along the pre-scribed axis all elements divided surface arranged according to their 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 источнике информации описана микрооптическая система, состоящая из элементарных участков, в каждом из которых записана асимметричная дифракционная решетка с разной ориентацией штрихов решеток и, соответственно, с разными азимутальными углами, под которыми отражается падающий свет.In other words, the indicated source of information describes a micro-optical system consisting of elementary sections, in each of which an asymmetric diffraction grating is recorded with different orientations of the lines of the gratings 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 известной микрооптической системы точечным источником света изменение интенсивности рассеянного света от элементарных областей можно наблюдать лишь одним глазом, поскольку диаграмма направленностиThe 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 illuminating a known micro-optical system with a point source of light, a change in the intensity of scattered light from elementary regions can be observed with only one eye, since the directivity pattern
- 1 018164 рассеянного от дифракционной решетки света представляет собой точку.- 1 018164 the light scattered from the diffraction grating is a point.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении защитной функции средств, используемых для удостоверения подлинности банкнот, пластиковых карт, ценных бумаг и т.д. Еще одной задачей, решаемой заявляемым изобретением, является снижение уровня доступности технологии изготовления указанных защитных средств.The objective of the present invention is to increase the protective function of the means used to authenticate banknotes, plastic cards, securities, etc. Another problem solved by the claimed invention is to reduce the level of accessibility of the manufacturing technology of these protective agents.
Поставленная задача решается путем создания средств контроля подлинности изделий, имеющих признаки, синтезируемые плоскими оптическими элементами со сложным ассиметричным микрорельефом. Заявляемая микрооптическая система формирует новый защитный признак для визуального контроля оптических защитных меток.The problem is solved by creating means of authenticity control of products having features synthesized by flat optical elements with a complex asymmetric microrelief. The inventive micro-optical system forms a new security feature for visual inspection of optical security labels.
В соответствии с изобретением описывается микрооптическая система формирования изображений для визуального контроля подлинности изделий на основе дифракционного оптического элемента, в которой указанный элемент состоит из N элементарных областей, при этом каждая элементарная ί-ая область ί = 1, ... N характеризуется заданным цветом, видимым наблюдателю при нормальном положении микрооптической системы, в каждой ί-ой элементарной области расположен рассчитанный для указанного цвета плоский фазовый оптический элемент, диаграмма направленности которого для рассеянного излучения в верхней полуплоскости сосредоточена в области 01 углов φ и θ, такой, что {θ0 - Δθ1 < θ < θο + Δθ1, φο - Δφ < φ < φ0 + Δφ}, покрывающей оба глаза наблюдателя, где ( φ0, θ0) - направление на наблюдателя, Δφ, Δθ1 - заданные параметры, а в нижней полуплоскости диаграмма направленности рассеянного излучения сосредоточена в области О2 углов φ и θ, такой, что {θ0 - Δθ2 < θ < θ0 + Δθ2, 180° + φ0 - Δφ < φ < 180° + φ0 + Δφ}, где Δθ2 - заданный параметр, причем площадь О2 не менее, чем в 10 раз превышает площадь р1, что обеспечивает в стандартном положении микрооптической системы формирование для наблюдателя изображения, состоящего из цветных элементарных областей, которое при повороте микрооптической системы на 180° теряет цветность, становится серым и исчезает.In accordance with the invention, a micro-optical imaging system for visual authentication of products based on a diffractive optical element is described, in which said element consists of N elementary regions, with each elementary каждая -th region ί = 1, ... N characterized by a given color, visible to the observer at the normal position of the micro-optical system, in each ί-th elementary region there is a flat phase optical element calculated for the indicated color, the diagram to the right NOSTA which for scattered radiation in the upper half concentrated in the region 0 1 angles φ and θ, such that {θ 0 - Δθ 1 <θ <θο + Δθ 1, φο - Δφ <φ <φ 0 + Δφ}, covering both eyes of the observer, where (φ 0 , θ 0 ) is the direction to the observer, Δφ, Δθ 1 are the given parameters, and in the lower half-plane the radiation pattern of the scattered radiation is concentrated in the region of O 2 angles φ and θ, such that {θ 0 - Δθ 2 <θ <θ 0 + Δθ 2 , 180 ° + φ 0 - Δφ <φ <180 ° + φ 0 + Δφ}, where Δθ 2 is a given parameter, and the area of O 2 is no less than 10 times the area of p 1 that provides the standard Tnom position microoptical system for forming an image observer composed of colored elementary regions which, when turned on micro-optical systems 180 ° loses color, becomes gray and disappears.
Плоские фазовые оптические элементы согласно изобретению представляют собой плоские оптические элементы с кусочно-гладкой фазовой функцией либо многоградационные киноформы.Flat phase optical elements according to the invention are flat optical elements with a piecewise smooth phase function or multi-gradation kinoforms.
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. Пусть и(х,у,0-0) - скалярная волновая функция монохроматического излучения, падающего на плоский оптический элемент, расположенный в плоскости ζ=0. Пусть и(х,у,0+0) - скалярная волновая функция после прохождения плоского оптического элемента, если элемент работает на прохождение, или после отражения от него, если элемент работает на отражение. Каждый плоский оптический элемент характеризуется передаточной функцией 1(х,у), такой, что и(х,у,0+0)=и(х,у,0-0)-1(х,у). Плоский оптический элемент называется фазовым, если I Ау) I =1, в этом случае 1(х,у)=ехр(1к р(х,у)).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, conversely, knowing the phase function, one can calculate the microrelief of a flat phase optical element. Let u (x, y, 0-0) be the scalar wave function of monochromatic radiation incident on a flat optical element located in the plane ζ = 0. Let u (x, y, 0 + 0) be a scalar wave function after passing through a planar optical element, if the element works for passage, or after reflection from it, if the element works for reflection. Each flat optical element is characterized by a transfer function 1 (x, y), such that u (x, y, 0 + 0) = and (x, y, 0-0) -1 (x, y). A flat optical element is called phase if I Ay) I = 1, in this case 1 (x, y) = exp (1k p (x, y)).
ЗдесьHere
λ - длина волны монохроматического излучения. Функция <р(х,у) называется фазовой функцией плоского фазового оптического элемента.λ is the wavelength of monochromatic radiation. The function <p (x, y) is called the phase function of a planar 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 или нескольких равномерно засвеченных прямоугольников. Задачу синтеза плоских оптических элементов можно разделить на две составляющие: расчет фазовой функции для каждой элементарной области и синтез микрорельефа плоского фазового оптического элемента. Расчет фазовой функции в элементарной области О1 плоского оптического элемента сводится к решению нелинейного операторного уравнения относительно фазовой функции р(х,у). Известно, что скалярные волновые функции в плоскости ζ=0 и ζ=ί связаны соотношени ем и(х,у,У) = γ ДЦх,у,0 - О)ехр(;ВДехр{гЛ ——+ —^',ίΐξάη , о, 9Flat 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 for the formation in the focal plane of a uniformly illuminated rectangular region or several uniformly illuminated rectangles. The problem of synthesis of planar optical elements can be divided into two components: the calculation of the phase function for each elementary region and the synthesis of the microrelief of a planar phase optical element. The calculation of the phase function in the elementary region O 1 of a planar optical element reduces to solving a nonlinear operator equation with respect to the phase function p (x, y). It is known that scalar wave functions in the plane ζ = 0 and ζ = ί are related by the relation u (x, y, Y) = γ ДЦх, у, 0 - О) exp (; ВДехр {гЛ —— + - ^ ', ίΐξάη about 9
Поскольку наблюдение осуществляется из плоскости ζ=ί, задание диаграммы направленности плоского фазового оптического элемента эквивалентно заданию I υ(χΆ 1 =Г(х,у), где Р(х,у). заданная функция. Сформулируем нелинейное уравнение для определения фазовой функции плоского оптического элемента:Since observation is carried out from the ζ = плоскости plane, defining the radiation pattern of a planar phase optical element is equivalent to defining I υ ( χ Ά 1 = Г (х, у), where Р (х, у) is a given function. We formulate a nonlinear equation for determining the phase function flat optical element:
ЗдесьHere
А(р = Р(х,у) (1)A (p = P (x, y) (1)
- 2 018164- 2 018164
гдеWhere
Задавая длину волны λ для каждой элементарной области, мы тем самым определяем ее цвет в стандартном положении микрооптической системы. Решая уравнение (1) для каждой элементарной области С, при заданном λ, находим фазовую функцию для каждой элементарной области.By setting the wavelength λ for each elementary region, we thereby determine its color in the standard position of the micro-optical system. Solving equation (1) for each elementary region C, for a given λ, we find the phase function for each elementary region.
В настоящее время существуют эффективные алгоритмы решения обратных задач синтеза плоских оптических элементов. Различают два подхода. Первый позволяет рассчитать кусочно-гладкую фазовую функцию. Во втором подходе фазовая функция не является кусочно-гладкой и может быстро осциллировать. Такие элементы получили название киноформов (Сошри1ег ОрЬск & СотрШег Но1одгарЬу Ьу А.У. СопсЬагкку, А.А. СопсЬагкку, Моксоте Ишуегайу Ргекк, Моксоте, 2004).Currently, there are effective algorithms for solving inverse problems of the synthesis of plane optical elements. There are two approaches. The first allows you to calculate a piecewise smooth phase function. In the second approach, the phase function is not piecewise smooth and can oscillate rapidly. Such elements are called kinoforms (Soslieger Orsk & SotrSheg No1odgarbu A.U. Sopsbagkku, A.A.
Киноформ, как оптический элемент и метод его расчета был представлен в работе Ь.В. Ьекет, Р.М. Н1гксЬ, 1. А. 1г. 1огбап. ТЬе кшоГогт: а пете теауеГгоШ гесоп51гис11оп беуюе. 1ВМ 1. Век. Эсу.. 13 (1969), 105-155. В настоящем изобретении необходимо формировать асимметричную диаграмму направленности плоского фазового оптического элемента. Такие задачи решает многоградционный киноформ. Существующие алгоритмы позволяют рассчитать микрорельеф дифракционного оптического элемента - многоградационного киноформа, если заданы геометрические параметры, длина волны падающего монохроматического света и диаграмма направленности, которую нужно сформировать.Kinoform, as an optical element and its calculation method, was presented in the work of L.V. Leket, R.M. H1gxb, 1. A. 1d. 1gbap. THY KshoGogt: But you peteaueGGoS hesop51gis11op beuyu. 1VM 1. Century Esu .. 13 (1969), 105-155. In the present invention, it is necessary to form an asymmetric radiation pattern of a planar phase optical element. Such problems are solved by multicultural kinoform. Existing algorithms make it possible to calculate the microrelief of a diffractive optical element - a multi-gradation kinoform, if geometric parameters, the wavelength of the incident monochromatic light, and the radiation pattern to be formed are specified.
Поскольку фазовая функция киноформов не является кусочно-гладкой и может осциллировать, это накладывает определенные требования к точности воспроизведения микрорельефа при синтезе плоского оптического элемента.Since the phase function of kinoforms is not piecewise smooth and can oscillate, this imposes certain requirements on the accuracy of reproducing the microrelief in the synthesis of a planar optical element.
Для широкого класса задач формирования излучения можно рассчитать кусочно-гладкую фазовую функцию, решающую задачу синтеза. К таким задачам относится задача формирования в фокальной плоскости с помощью плоской оптики равномерно засвеченной прямоугольной области или нескольких прямоугольников, что используется в настоящем изобретении. Как в случае киноформа, так и в случае плоского элемента с гладкой фазовой функцией, на этапе синтеза плоского оптического элемента необходимо сформировать микрорельеф с высокой точностью, которая для оптического диапазона может составлять порядка 20 нм (Об одной задаче синтеза нанооптических элементов, А. А. Гончарский, Вычислительные методы и программирование, 2008, т. 9, № 2), что предъявляет высокие требования к технологии формирования микрорельефа.For a wide class of problems of radiation formation, a piecewise-smooth phase function that solves the synthesis problem can be calculated. Such tasks include the task of forming in the focal plane using flat optics a uniformly illuminated rectangular region or several rectangles, which is used in the present invention. As in the case of kinoform, and in the case of a planar element 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 can be of the order of 20 nm (On a problem of synthesis of nano-optical elements, A. A. Goncharsky, Computational Methods and Programming, 2008, vol. 9, No. 2), which places high demands on the technology of microrelief formation.
Оба подхода к расчету и формированию плоских оптических элементов, представляющих собой киноформ и плоский элемент с кусочно-гладкой фазовой функцией, применимы для реализация настоящего изобретения.Both approaches to the calculation and formation of planar optical elements, which are kinoforms and a planar element with a piecewise smooth phase function, are applicable to the implementation of the present invention.
Базовой технологией для формирования микрорельефа плоских оптических элементов в оптическом диапазоне может быть технология электронно-лучевой литографии (Сотри1ег Орйск & Сотри1ег Но1одгарЬу Ьу А.У. СопсЬагкку, А.А. СопсЬагкку, Моксоте Ишуегайу Ргекк, Моксоте, 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 the microrelief of flat optical elements in the optical range can be the technology of electron beam lithography (Sotrieg Orysk & Sotrieg HoLodgaru, A.U. Sopsagkku, A.A. Sopsagkku, Moksote Ishuegayu Rgeck, Moksote, 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.
Заявленная микрооптическая система формирует новый признак визуального контроля, когда смена изображений происходит не при повороте на 90°, а при повороте на 180°, при этом в стандартном положении микрооптической системы наблюдатель видит цветное изображение, которое при повороте на 180° теряет свою цветность и исчезает.The claimed micro-optical system forms a new sign of visual control when the image change occurs not at a 90 ° rotation, but at a 180 ° rotation, while in the standard position of the micro-optical system, the observer sees a color image that, when rotated through 180 °, loses its color and disappears .
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 - плоский фазовый оптический элемент, состоящий из дифракционных решеток с асимметричным профилем микрорельефа.In FIG. 2 - a flat phase optical element consisting of diffraction gratings with an asymmetric microrelief profile.
На фиг. 3 - диаграмма направленности плоского фазового оптического элемента - дифракционной решетки с асимметричным профилем микрорельефа.In FIG. 3 is a directivity diagram of a planar phase optical element — a diffraction grating with an asymmetric microrelief profile.
На фиг. 4 - диаграмма направленности плоского оптического элемента в одной из элементарных областей.In FIG. 4 is a radiation pattern of a planar optical element in one of the elementary regions.
На фиг. 5 - фрагмент фазовой функции плоского оптического элемента - многоградационного киноформа.In FIG. 5 is a fragment of the phase function of a planar optical element — a multi-gradation kinoform.
На фиг. 6 - фрагмент микрорельефа плоского оптического элемента - многоградационного киноформа, формирующего диаграмму направленности, представленную на фиг. 4.In FIG. 6 is a fragment of the microrelief of a flat optical element — a multi-gradation kinoform forming the radiation pattern shown in FIG. 4.
На фиг. 7 - фрагмент кусочно-гладкой фазовой функции.In FIG. 7 is a fragment of a piecewise smooth phase function.
На фиг. 8 - фрагмент микрорельефа плоского оптического элемента с кусочно-гладкой фазовойIn FIG. 8 is a fragment of the microrelief of a flat optical element with a piecewise smooth phase
- 3 018164 функцией.- 3 018164 functions.
На фиг. 9 приведена схема разбиения микрооптической системы на элементарные области.In FIG. Figure 9 shows a scheme for dividing a microoptical system into elementary regions.
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, расположенном 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 θ (0 < θ < π) отсчитывается от оси ζ, угол φ (0 < φ < 2 π) отсчитывается от оси 0х, θ0, φ0 - направление на наблюдателя. Не уменьшая общности, фиг. 1 выполнена 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 θ (0 <θ <π) is counted from the z axis, and the angle φ (0 <φ <2 π) 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).The 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).
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, при наблюдении голограммы под разными углами. В заявляемой микрооптической системе используются плоские фазовые оптические элементы, которые имеют сложную 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°.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 observing the hologram at different angles. The inventive micro-optical system uses flat phase optical elements that have a complex 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 °.
Используя плоский фазовый оптический элемент, можно сформировать любую диаграмму направленности, например прямоугольник с заданным положением в пространстве и размерами или несколько прямоугольников. На фиг. 4 приведена диаграмма направленности плоского оптического элемента с ассиметричной диаграммой направленности в одной из элементарных областей. В стандартном положении микрооптической системы полоска Οι накрывает оба глаза наблюдателя, при этом наблюдатель двумя глазами видит элементарную светящуюся область. Расчет диаграммы направленности плоского оптического элемента для каждой элементарной области осуществляется при заданном значении длины волны λ, что обеспечивает цветность изображения в нормальном положении оптического защитного элемента.Using a flat phase optical element, it is possible to form any radiation pattern, for example, a rectangle with a given position in space and dimensions or several rectangles. In FIG. 4 shows the radiation pattern of a planar optical element with an asymmetric radiation pattern in one of the elementary regions. In the standard position of the micro-optical system, the Οι strip covers both eyes of the observer, while the observer sees with two eyes an elementary luminous region. The radiation pattern of a flat optical element for each elementary region is calculated at a given wavelength λ, which ensures the color of the image in the normal position of the optical protective element.
Диаграмма направленности плоских оптических элементов ассиметрична и в нижней полуплоскости формирует область р2, площадь которой намного (более чем в 10 раз) превышает площадь полоски Р1. Большой размер области О2 обеспечивает эффект смены изображений при повороте на 180°. Таким образом, микрооптическая система формирует новый признак для визуального контроля, заключающийся в том, что цветное изображение в стандартном положении микрооптической системы меняется при повороте на 180°: теряет цветность и становится серым пятном. Сформированная диаграмма направленности (фиг. 4) обеспечивает устойчивый контроль изображений. Относительно небольшие изменения направления падающего света, ориентации самой микрооптической системы не влияют на формируемый визуальный эффект. Визуальный эффект легко контролируется.The directivity pattern of planar optical elements is asymmetric and forms a region p 2 in the lower half-plane, the area of which is much (more than 10 times) larger than the area of the strip P 1 . The large size of the O 2 region provides the effect of changing images when rotating through 180 °. Thus, the micro-optical system forms a new feature for visual control, namely, that the color image in the standard position of the micro-optical system changes when rotated through 180 °: it loses color and becomes a gray spot. The formed radiation pattern (Fig. 4) provides stable image control. 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. The visual effect is easily controlled.
Плоские оптические элементы могут представлять собой киноформы и иметь разрывную (быстро осциллирующую) фазовую функцию (фиг. 5). Фрагмент микрорельефа многоградационного киноформа приведен на фиг. 6. Высота микрорельефа в каждой точке фиг. 6 пропорциональна потемнению в этой точке.Flat optical elements can be kinoforms and have a discontinuous (rapidly oscillating) phase function (Fig. 5). A fragment of the microrelief of a multi-gradation kinoform is shown in FIG. 6. The height of the microrelief at each point of FIG. 6 is proportional to the darkening at this point.
Та же задача может быть решена с помощью плоского оптического элемента с кусочно-гладкой фазовой функцией. На фиг. 7 приведен фрагмент кусочно-гладкой фазовой функции, решающей задачу формирования диаграммы направленности рассеянного излучения, представленной на фиг. 4. Фрагмент микрорельефа плоского фазового оптического элемента с кусочно-гладкой фазовой функцией представлен на фиг. 8. Высота микрорельефа в каждой точке фиг. 8 пропорциональна потемнению в этой точке. Вариант разбиения оптического элемента на элементарные плоскости приведен на фиг. 9.The same problem can be solved using a planar optical element with a piecewise smooth phase function. In FIG. 7 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. A fragment of the microrelief of a planar phase optical element with a piecewise smooth phase function is shown in FIG. 8. The height of the microrelief at each point of FIG. 8 is proportional to the darkening at this point. A variant of dividing an optical element into elementary planes is shown in FIG. nine.
Заявленная микрооптическая система позволяет обеспечить простой и надежный визуальный контроль для наблюдателя. Технология изготовления оригиналов плоских оптических элементов с ассиметричной 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 электроннолучевая 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 штампаAn important parameter that determines, first of all, the quality of the formed images in the effect of the change of images 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 allow microrelief to be formed with stamps of the order of 0.1 by 0.1 microns, the best of them have a stamp size
- 4 018164 вплоть до 20 нм на 20 нм. Точность формирования микрорельефа по высоте также составляет порядка 10-20 нм. При глубине микрорельефа плоского оптического элемента порядка 300 нм (Сотри1ет Орбс8 & Сотри1ет Но1одтарйу Ьу Л.У. Соискаткку, А.А. Соискаткку, Мо5со\т Ишуегайу Рге55. Мо5со\\'. 2004) электронно-лучевая технология позволяет изготовить асимметричный микрорельеф для синтеза микрооптических систем формирования эффекта смены изображения при повороте на 180°. Визуальный эффект легко контролируется, микрооптическая система хорошо защищена от подделок.- 4 018164 up to 20 nm at 20 nm. 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 (Eraser Orbs 8 & Eraser HoLodtaryu L.U. Soiskatkku, A.A.Siskatkku, Mo5co \ t Ishuegayu Rge55. Mo5co \\ '. 2004) the electron beam technology makes it possible to produce an asymmetric micrometer synthesis of micro-optical systems of the formation of the effect of image change when rotating through 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°. 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 °. For the synthesis of the original planar optical element was used electron beam technology. 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 микрооптической системы решалась с помощью плоских фазовых оптических элементов в двух вариантах исполнения: многоградационных киноформов (фиг. 6) и кусочно-гладких плоских фазовых оптических элементов (фиг. 8). Плоский оптический элемент размером 20 мм на 20 мм разбивался на элементарные области размером 50 мкм на 50 мкм, как это сделано на фиг. 9. Общее число элементарных областей составило 160000. Диаграмма направленности плоских оптических элементов, расположенных в элементарных областях, представлена на фиг. 4. Расчет диаграммы направленности производился при заданной длине волны λ для каждой элементарной области.The synthesis problem of the micro-optical system was solved using flat phase optical elements in two versions: multi-gradation kinoforms (Fig. 6) and piecewise-smooth flat phase optical elements (Fig. 8). A flat optical element measuring 20 mm by 20 mm was divided into elementary regions measuring 50 μm by 50 μm, as was done in FIG. 9. The total number of elementary regions was 160,000. The directivity pattern of planar optical elements located in elementary regions is shown in FIG. 4. The radiation pattern was calculated at a given wavelength λ for each elementary region.
В каждой ί-ой элементарной области был расположен рассчитанный для указанного цвета плоский фазовый оптический элемент, диаграмма направленности которого для рассеянного излучения в верхней полуплоскости сосредоточена в области 01 углов φ и θ, такой, что {θ0 - Δθ1 < θ < θ0 + Δθ1, φ0 - Δφ < φ < φ0 + Δφ}, покрывающей оба глаза наблюдателя, где ( φ0, θ0) - направление на наблюдателя, Δφ, Δθ1 заданные параметры, а в нижней полуплоскости диаграмма направленности рассеянного излучения сосредоточена в области О2 углов φ и θ, такой, что {θ0 - Δθ2 < θ < θ0 + Δθ2, 180° + φ0 - Δφ < φ < 180° + φ0 + Δφ}, где Δθ2 - заданный параметр, причем площадь О2 не менее, чем в 10 раз превышает площадь р1. Параметры θ0, Δθ1 Δθ2, φ0, Δφ выбирались равными:In each ί-th elementary region, a flat phase optical element calculated for the specified color was located, whose radiation pattern for the scattered radiation in the upper half-plane is concentrated in the region of 0 1 angles φ and θ, such that {θ 0 - Δθ 1 <θ <θ 0 + Δθ 1 , φ 0 - Δφ <φ <φ 0 + Δφ}, covering both eyes of the observer, where (φ 0 , θ 0 ) is the direction to the observer, Δφ, Δθ 1 are the specified parameters, and the radiation pattern of the scattered radiation in the lower half-plane radiation is concentrated in the region of О 2 angles φ and θ, such that {θ 0 - Δθ 2 <θ <θ 0 + Δθ 2 , 18 0 ° + φ 0 - Δφ <φ <180 ° + φ 0 + Δφ}, where Δθ 2 is a given parameter, and the area of O 2 is no less than 10 times the area of p 1 . The parameters θ 0 , Δθ 1 Δθ 2 , φ 0 , Δφ were chosen equal to:
Отношение площадей областей О2 и Οι = 30.The ratio of the areas of O 2 and Οι = 30.
В нормальном положении микрооптической системы для наблюдателя формировалось цветное изображение, состоящее из элементарных цветных областей (фиг. 1), а при повороте на 180° цветность изображения пропадала, оно становилось серым и исчезало.In the normal position of the micro-optical system, a color image was formed for the observer, consisting of elementary color areas (Fig. 1), and when rotated 180 °, the color of the image disappeared, it turned gray and disappeared.
Проведенные исследования показали высокую эффективность предложенных в заявке решений. Эффект смены изображений при повороте на 180° наблюдался двумя глазами и был устойчив относительно изменений положения источника света или микрооптической системы.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 and was stable with respect to changes in the position of the light source or micro-optical system.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201101547A EA018164B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201101547A EA018164B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201101547A1 EA201101547A1 (en) | 2013-03-29 |
| EA018164B1 true EA018164B1 (en) | 2013-05-30 |
Family
ID=47988428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201101547A EA018164B1 (en) | 2011-09-26 | 2011-09-26 | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA018164B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3842252A1 (en) | 2019-12-23 | 2021-06-30 | Holography Systems International Limited | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417968B1 (en) * | 1998-01-27 | 2002-07-09 | René Staub | Diffractive surface pattern |
| US7102823B2 (en) * | 2002-01-18 | 2006-09-05 | Ovd Kinegram Ag | Diffractive security element having an integrated optical waveguide |
| US20100045024A1 (en) * | 2007-02-07 | 2010-02-25 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Security element for a security document and process for the production thereof |
| US7680274B2 (en) * | 2002-04-05 | 2010-03-16 | Ovd Kinegram Ag | Security element comprising micro- and macrostructures |
-
2011
- 2011-09-26 EA EA201101547A patent/EA018164B1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417968B1 (en) * | 1998-01-27 | 2002-07-09 | René Staub | Diffractive surface pattern |
| US7102823B2 (en) * | 2002-01-18 | 2006-09-05 | Ovd Kinegram Ag | Diffractive security element having an integrated optical waveguide |
| US7680274B2 (en) * | 2002-04-05 | 2010-03-16 | Ovd Kinegram Ag | Security element comprising micro- and macrostructures |
| US20100045024A1 (en) * | 2007-02-07 | 2010-02-25 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Security element for a security document and process for the production thereof |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3842252A1 (en) | 2019-12-23 | 2021-06-30 | Holography Systems International Limited | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201101547A1 (en) | 2013-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2972563B1 (en) | Variable device exhibiting non-diffractive three-dimensional optical effect | |
| US20060018021A1 (en) | Diffraction-based optical grating structure and method of creating the same | |
| US10642221B2 (en) | Method and master for producing a volume hologram | |
| JP2016513028A (en) | Security equipment | |
| JP2011510339A (en) | Film element | |
| JP4905824B2 (en) | Printed information | |
| CN104249597A (en) | Optical anti-counterfeiting element | |
| WO2011110185A1 (en) | Micro-optical system for forming visual images | |
| US10438515B2 (en) | Labeling element for items | |
| RU127208U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| RU190048U1 (en) | Micro-optical system for the formation of 2D images | |
| RU149690U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR FORMING VISUAL IMAGES | |
| WO2018169450A2 (en) | Micro-optical system for forming visual images with kinematic movement effects | |
| US11529823B2 (en) | Security device and method of manufacture thereof | |
| EA018164B1 (en) | Micro-optical system for forming images for visual control of product identity | |
| EP2699951B1 (en) | Asymmetric optically effective surface relief microstructures and method of making them | |
| RU152465U1 (en) | MICROOPTICAL SYSTEM FOR IMAGE FORMATION FOR VISUAL CONTROL OF AUTHENTICITY OF PRODUCTS | |
| EA017829B1 (en) | Microoptic system for visual control of product authenticity | |
| EP3466712B1 (en) | Micro-optic system for forming visual images with kinematic effects of movement | |
| EP3842252B1 (en) | Microoptical system for the formation of the 3d image in the zero order of diffraction | |
| EP3332276B1 (en) | Azimuthally modulated scattering device | |
| CN113056376B (en) | Optically variable element, security document, method for producing an optically variable element, method for producing a security document | |
| EA031709B1 (en) | Micro-optic system for forming 2d images with kinematic motion effects | |
| RU140190U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL | |
| RU140180U1 (en) | MICRO-OPTICAL IMAGE FORMING SYSTEM FOR VISUAL AND INSTRUMENTAL CONTROL |
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 |
|
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state | ||
| 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 |
|
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state | ||
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state |