EA029448B1 - Способ защиты и идентификации оптических защитных меток - Google Patents

Abstract

Заявляемое изобретение относится преимущественно к технологиям, используемым для удостоверения подлинности документов, банкнот, брендов. Изобретение обеспечивает как визуальный, так и автоматизированный контроль подлинности оптических защитных меток. Предложены способ синтеза и способ идентификации оптических защитных меток. В защитную метку включают металлизированный или частично деметаллизированный плоский фазовый оптический элемент. В области оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, разбивающий область оптического элемента на две непересекающиеся области, которые заполняют дифракционными структурами с различными коэффициентами отражения. Камерой смартфона при малых углах дифракции фотографируют область оптического элемента. Полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент - киноформ. С помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталоном. Визуальный контроль подлинности оптического защитного элемента осуществляется при больших углах дифракции.

Description

изобретение относится преимущественно к технологиям, используемым для удостоверения подлинности документов, банкнот, брендов. Изобретение обеспечивает как визуальный, так и автоматизированный контроль подлинности оптических защитных меток. Предложены способ синтеза и способ идентификации оптических защитных меток. В защитную метку включают металлизированный или частично деметаллизированный плоский фазовый оптический элемент. В области оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, разбивающий область оптического элемента на две непересекающиеся области, которые заполняют дифракционными структурами с различными коэффициентами отражения. Камерой смартфона при малых углах дифракции фотографируют область оптического элемента. Полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент - киноформ. С помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталоном. Визуальный контроль подлинности оптического защитного элемента осуществляется при больших углах дифракции.

029448

Заявляемое изобретение относится преимущественно к технологиям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использовано для защиты от подделки банкнот, ценных бумаг, акцизных и идентификационных контрольных марок, а также различных товаров народного потребления.

Оптические (голографические) защитные технологии в настоящее время широко используются для защиты документов, банкнот, брендов от подделки. Современные оптические технологии предлагают широкий набор защитных признаков для визуального контроля, таких как 2Ό/3Ό элементы, 3Ό элементы, эффекты смены изображений и т.д. Кроме элементов визуального контроля, голографические защитные элементы содержат микронадписи и микроизображения, используемые для экспертного контроля. Экспертный контроль предполагает использование оборудования и высокую квалификацию эксперта. К достоинствам голографических технологий необходимо отнести возможность массового тиражирования защитных голограмм, их невысокую цену. Основным недостатком голографических защитных технологий является распространённость оборудования и, как следствие, низкая защищённость оптических элементов от подделки.

В последние 10 лет появилось и активно развивается новое направление в оптических защитных технологиях - нанооптические защитные элементы. Для их изготовления используется электроннолучевая литография. Оборудование для нанооптических защитных технологий очень дорого и не является распространённым. Технология синтеза нанооптических элементов является наукоёмкой. Всё это надёжно защищает нанооптические элементы от подделки. Нанооптические технологии предлагают широкий набор защитных признаков как для визуального, так и для экспертного контроля, которые невозможно подделать на стандартном оборудовании, используемом в голографических технологиях. Кроме этого, разработаны нанооптические защитные элементы и специальные портативные приборы, обеспечивающие автоматизированный контроль подлинности этих элементов. Базовой технологией, на которую ориентировано настоящее изобретение, являются нанооптические защитные технологии.

Метод маркировки и автоматизированного контроля защитных меток на печатной продукции и на голограммах известен и используется для идентификации подлинности защитных элементов. Примером такой разработки может служить заявка на патент И820130200144 А1. В этой заявке предлагается использовать двумерный штрих-код для маркировки защитных меток. Двумерный защитный код считывается смартфоном с помощью микрообъектива, увеличивающего изображение штрих-кода. К недостаткам предложенного метода относится его недостаточная защищённость от подделки. Копия штрих-кода, выполненная с достаточным разрешением и нанесённая на другой носитель, будет идентифицироваться как подлинный элемент.

Наиболее близким изобретением по совокупности признаков является патент ЕА 201100415 А1 "Способ защиты и идентификации оптических защитных меток (варианты) и устройство для его осуществления". В этом патенте предложен способ защиты и идентификации оптических защитных меток, заключающийся в том, что в защитные метки включают фрагменты плоского оптического элемента с асимметричным микрорельефом, который при освещении его лазерным излучением формирует в фокальной плоскости, параллельной плоскости защитной метки, асимметричное изображение, состоящее из п кольцевых секторов на окружности с центром на оси падающего лазерного излучения с заданными угловыми расстояниями между секторами. На основе контроля сформированного на окружности изображения, полученного в отражённом от защитной метки лазерном свете, осуществляют идентификацию подлинности оптической защитной метки путём формирования инвариантного относительно поворота оптической защитной метки признака подлинности, который сравнивают с заранее заданным эталоном.

Предложены также варианты устройств для реализации способа, содержащих лазерный диод, блок детектирования, расположенный в плоскости, параллельной плоскости защитной метки, включающий в себя кольцевой детектор, электронный блок обработки сигналов детекторов, включающий в себя АЦП, интерфейс для задания эталонов, микроконтроллер, формирующий инвариантный признак контроля и обеспечивающий сравнение этого признака с эталоном. Таким образом, в патенте ЕА 201100415 А1, как в способе, так и в устройстве для его реализации, для идентификации подлинности используется лазерное излучение.

В настоящее время изобретение, защищенное патентом ЕА 201100415 (А1), широко используется для защиты от подделок. Разработанные специальные портативные приборы обеспечивают надёжный контроль подлинности защитных меток. К недостаткам изобретения можно отнести необходимость использования специального портативного прибора.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, обеспечивающего контроль подлинности оптических защитных меток с помощью широко распространённых портативных компьютеров или смартфонов, оснащённых фотокамерами. При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении надёжности контроля подлинности, а также в обеспечении возможности контроля подлинности защитных меток без использования специальных приборов, содержащих источники лазерного излучения. Защитная метка, используемая для идентификации, должна быть на 100% защищена от копирования на копировальных машинах.

- 1 029448

Поставленная задача с обеспечением достижения указанного технического результата решается в способе синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, тем, что в области К оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, представляющий собой две непересекающиеся области К! и К₂ с разными коэффициентами отражения. Одну из областей, К! либо К₂, заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм. Другую область заполняют либо дифракционными структурами с характерными периодами более 0,7 мкм, либо дифракционными структурами с характерными периодами менее 0,4 мкм.

В другом варианте способа синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, в области К оптического элемента выделяют элементарные области К,,. 1=1, ..., п, _)=1, ..., т, размером менее 50 мкм, которые заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм. В оставшейся области К' плоского оптического элемента формируют бинарный киноформ, создающий заданное эталонное изображение. Киноформ представляет собой две непересекающиеся области К'1 и К'2, которые заполняют микрорельефом с различным коэффициентом отражения при малых углах дифракции (менее 20°).

В третьем варианте способа синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, в области К оптического элемента формируют бинарный киноформ, создающий заданное эталонное изображение. Киноформ представляет собой две непересекающиеся области К₁ и К₂ с разными коэффициентами отражения. Одну из областей, К₁ либо К₂, заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм. Другая область представляет собой плоскую металлизированную поверхность.

В четвёртом варианте способа синтеза оптических защитных меток, представляющих собой частично металлизированный плоский фазовый оптический элемент, работающий как на прохождение, так и на отражение, в области К оптического элемента формируют бинарный киноформ, создающий заданное эталонное изображение. Киноформ представляет собой две непересекающиеся области К1 и К2 с разными коэффициентами отражения. Одну из областей, К1 либо К2, заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм. Другая область представляет собой плоскую деметаллизированную поверхность.

Независимые пп.5 и 6 формулы изобретения описывают способ контроля подлинности защитных меток по пп.1-4 формулы изобретения. Идентификация подлинности защитных меток осуществляется в двух диапазонах углов дифракции: при углах менее 20° и при углах более 60°. В п.5 формулы изобретения описан способ идентификации оптических защитных меток по пп.1-3 формулы изобретения, заключающийся в том, что контроль защитных признаков оптической метки осуществляется в двух диапазонах углов. С помощью смартфона при углах дифракции менее 20° фотографируют область оптического элемента К на защитной метке на отражение, когда источник света и смартфон находятся с одной стороны от защитной метки. Полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент - киноформ, коэффициент поглощения которого в каждой точке (х, у) пропорционален потемнению в этой точке на полученном снимке. С помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталонным изображением. При углах дифракции более 60° в области К визуально контролируют соответствие эталону другого цветного изображения, формируемого дифракционными решётками.

В п.6 формулы изобретения описан способ идентификации оптических защитных меток по п.4 формулы изобретения, заключающийся в том, что контроль защитных признаков оптической метки осуществляется в двух диапазонах углов. С помощью смартфона при углах дифракции менее 20° фотографируют область оптического элемента К на защитной метке на отражение, когда источник света и смартфон находятся с одной стороны от защитной метки, либо на прохождение, когда источник света и смартфон находятся с разных сторон от защитной метки. Полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент - киноформ, коэффициент поглощения которого в каждой точке (х, у) пропорционален потемнению в этой точке на полученном снимке. С помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталонным изображением. При углах дифракции более 60° в области К визуально контролируют соответствие эталону другого цветного изображения, формируемого дифракционными решётками.

Таким образом, оптическая защитная метка признаётся подлинной, если получен положительный результат при контроле двух защитных признаков: при контроле оптического защитного элемента с помощью смартфона при малых углах дифракции (менее 20°) и при визуальном контроле изображения, наблюдаемого на защитной метке при больших углах дифракции (более 60°). Визуальный контроль изображения при больших углах дифракции на 100% гарантирует защиту оптической метки от попыток её имитации с помощью любой множительной техники. Оптическая защитная метка согласно формуле изобретения содержит дифракционные решётки малого периода - 0,4-0,7 мкм. Решётки с такими мелкими периодами невозможно воспроизвести с помощью любой копировальной техники.

- 2 029448

В заявленном изобретении возможны два варианта идентификации подлинности оптической защитной метки с помощью смартфона. В п.7 формулы изобретения описан способ идентификации оптических защитных меток по пп.5, 6 формулы изобретения, в котором рассчитанное с помощью микропроцессора смартфона изображение, формируемое амплитудным киноформом, визуализируют на экране смартфона. Идентификация подлинности защитной метки осуществляется пользователем путём сравнения изображения на экране смартфона с эталонным изображением.

В п.8 формулы изобретения описан способ идентификации оптических защитных меток по пп.5, 6 формулы изобретения, в котором процедура сравнения рассчитанного с помощью микропроцессора смартфона изображения, формируемого амплитудным киноформом, с эталонным изображением осуществляется микропроцессором смартфона автоматически.

Для расчёта нанооптических элементов используется наукоёмкая технология расчёта структуры плоских фазовых оптических элементов - киноформов, формирующих заданное изображение. Киноформ, как оптический элемент, был представлен в работе (Ь.В. Бекет, Р.М. НпксН, РА. 1г. 1огбаи, ТНе кшоГогт: а пеи иамсГгоШ гесопк1гис1юп бсу1ес, 1ВМ 1. Кек. Иеу., 13 (1969), 105-155). Различают амплитудные и фазовые киноформы. Фазовые киноформы бывают многоградационными или бинарными. Энергетическая эффективность фазовых киноформов теоретически может достигать 100%. (А.У. СопсЬагкку, А.А. СопсЬагкку Сотри1ег ОрИск & Сотри1ег Но1одгарЬу, Моксои ИшуегкИу Ргекк, 2004).

Бинарный киноформ, в отличие от многоградационного, имеет всего два уровня глубины микрорельефа, что соответствует двум уровням яркости сфотографированного смартфоном изображения. Бинарный киноформ позволяет сформировать произвольное симметричное относительно нулевого порядка дифракции изображение, однако существенно уступает многоградационному киноформу в дифракционной эффективности. Теоретическая расчётная энергетическая эффективность бинарного киноформа не превышает 50%. Наиболее эффективными для процедуры автоматизированной идентификации с помощью смартфона являются оптические защитные элементы, включающие бинарные киноформы. Существующие алгоритмы позволяют рассчитать микрорельеф дифракционного оптического элемента как многоградационного, так и бинарного киноформа, если заданы геометрические параметры, характеристики источников света, и изображение, которое необходимо сформировать в фокальной плоскости (А.У. СопсЬагкку, А.А. СопсЬагкку Сотри1ег ОрОск & Сотри1ег Но1одгарЬу, Моксои ИшуегкИу Ргекк, 2004). Задача расчёта и изготовления микрорельефа оптических элементов, формирующих изображение с помощью киноформа, является наукоёмкой, что является надёжной защитой от подделки. То изображение, которое пользователь может наблюдать визуально на оптическом элементе, даже отдалённо не напоминает формируемое киноформом изображение, которое используется в процессе идентификации.

Надёжную защиту предложенных нанооптических элементов от подделки обеспечивает электронно-лучевая технология формирования микрорельефа. Эта технология является наукоёмкой и малораспространённой.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:

на фиг. 1 приведена схема съёмки области оптического защитного элемента с помощью смартфона в отражённом свете;

на фиг. 2 и 3 приведены варианты изображений, используемых в процедуре идентификации; на фиг. 4 приведена схема формирования изображения плоским оптическим элементом - киноформом;

на фиг. 5 приведены профили микрорельефов бинарного (а) и многоградационного (б) киноформов; на фиг. 6 приведён фрагмент бинарного киноформа, формирующего изображение, показанное на

фиг. 2;

на фиг. 7 приведён фрагмент бинарного киноформа, формирующего изображение, показанное на фиг. 3;

на фиг. 8 приведена структура фрагмента плоского фазового оптического элемента по п. 1 формулы изобретения;

на фиг. 9 приведена структура фрагмента плоского фазового оптического элемента по п.2 формулы изобретения;

на фиг. 10 приведена структура фрагмента плоского фазового оптического элемента по п.3 и 4 формулы изобретения;

на фиг. 11 приведено сфотографированное смартфоном изображение бинарного плоского оптического элемента при малых углах дифракции;

на фиг. 12 приведены фрагменты неповреждённого (а) и повреждённого (б) бинарного киноформа; на фиг. 13 приведены изображения, формируемые неповреждённым (а) и повреждённым (б) бинарным киноформом;

на фиг. 14 приведено изображение, формируемое киноформом, показанным на фиг. 6;

на фиг. 15 приведена схема наблюдения изображения, видимого при больших углах дифракции;

на фиг. 16 приведён пример изображения, видимого при больших углах дифракции.

На фиг. 1 приведена схема расположения смартфона в процессе фотосъёмки изображения области

оптического защитного элемента в отражённом свете по п.5 формулы изобретения. Смартфон 1 распола- 3 029448

гается в плоскости, параллельной или незначительно наклонённой относительно плоскости защитного элемента. Угол наклона составляет не более 20°. С помощью камеры 2 фотографируют расположенный на защитной метке 3 фазовый оптический элемент 4.

Схема фотографирования области оптического защитного элемента на прохождение по п.6 формулы изобретения отличается от схемы фотографирования на отражение по п.5 формулы изобретения, представленной на фиг. 1, только тем, что источник света и смартфон в схеме на прохождение расположены по разные стороны от оптического защитного элемента. Полученное изображение интерпретируется как амплитудный оптический элемент - киноформ.

С помощью амплитудного киноформа можно формировать произвольное 20-изображение. Примеры таких изображений приведены на фиг. 2 и 3. На фиг. 4 приведена схема формирования изображения плоским оптическим элементом - амплитудным киноформом, работающим на прохождение. Киноформ расположен в области К оптической защитной метки. Амплитудный киноформ состоит из прозрачной области К₁ и непрозрачной для излучения области К₂. Изображение формируется в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента. Расстояние от оптического элемента до плоскости формирования изображения должно превосходить размеры области К и размеры области изображения.

Кроме амплитудных киноформов, существуют фазовые киноформы, в которых, в отличие от амплитудных, поглощение отсутствует. Формирование изображения в фазовых киноформах, как в металлизированных, так и в прозрачных, осуществляется благодаря наличию микрорельефа. Различают два типа фазовых киноформов: бинарные и многоградационные. Пример профиля микрорельефа бинарного киноформа приведён на фиг. 5а. На фиг. 5б приведён пример профиля микрорельефа многоградационного киноформа. Многоградационные фазовые киноформы позволяют формировать как симметричные, так и асимметричные относительно нулевого порядка дифракции изображения, а бинарные киноформы - только симметричные относительно нулевого порядка дифракции изображения. Наиболее перспективными для реализации настоящего изобретения являются бинарные киноформы.

Оптическая схема формирования изображения фазовым киноформом отличается от оптической схемы для амплитудного киноформа, приведённой на фиг. 4, только направлением падения волны на плоский оптический элемент. Для амплитудных киноформов источник света и формируемое изображение находятся по разные стороны от оптического элемента. Для киноформа, работающего на отражение, формируемое изображение находится с той же стороны от оптического элемента, что и источник света. Существуют разработанные алгоритмы расчёта киноформов, формирующих заданное изображение. Большинство этих алгоритмов основываются на итерационном методе, предложенном Лиземом (Ь.В. Бекеш, Р.М. Н1Т8сй, ТА. 1т. 1отйаи, Тйе кшоГотш: а пс\у ^ауе&оп! гесопкОисйоп йсОес. ΙΒΜ ί. Кек. Ώβν., 13 (1969), 105-155; А.У.Оопсйаткку, А.А.Оопсйаткку СошрШег Орйск & СошрШег Но1одтарйу, Моксоте ипшеткйу Ргекк, 2004).

Для расчёта структуры киноформа задаётся эталонное изображение и длина падающей на элемент плоской волны (фиг. 4). Эталонное изображение, формируемое бинарным киноформом, является симметричным относительно нулевого порядка дифракции. Результатом расчёта структуры бинарного киноформа, формирующего эталонное изображение, являются области К1 и К2 с разными коэффициентами отражения или пропускания.

На фиг. 6 приведён фрагмент бинарного киноформа, формирующего изображение, приведённое на фиг. 2. На фиг. 7 приведён фрагмент бинарного киноформа, формирующего изображение, приведённое на фиг. 3. На примере бинарного киноформа, представленного на фиг. 7, будем считать, что область К₁, обозначенная цифрой 5, состоит из всех белых точек области К, а область К₂, обозначенная цифрой 6, состоит из всех чёрных точек области К.

Для синтеза оптического фазового элемента, который расположен на защитной метке, необходимо выполнить следующую последовательность действий. Используя заданное эталонное изображение, примеры которого приведены на фиг. 2 и 3, формируют бинарный киноформ, который разбивает область оптического элемента на две непересекающиеся области К1 и К2.

В варианте способа по п.1 формулы изобретения область Κι, обозначенная на фиг. 8 цифрой 5, заполняется решётками малого периода (от 0,4 до 0,7 мкм). Решётки с такими малыми периодами создают изображение, видимое при больших углах дифракции. Варьируя период решёток от 0,4 до 0,7 мкм и их расположение в области К₁ можно формировать разные изображения при больших углах дифракции. Область К₂, обозначенная цифрой 6, заполняется дифракционными структурами, которые имеют коэффициент отражения при малых углах дифракции, отличный от коэффициента отражения дифракционных структур, заполняющих область К₁. Это либо дифракционные структуры с характерными размерами менее 0,4 мкм, либо дифракционные структуры с характерными периодами более 0,7 мкм. Таким образом, в областях К1 и К2 формируется микрорельеф, который имеет разные коэффициенты отражения. Как результат, область К представляет собой фазовый оптический элемент, работающий на отражение.

На фиг. 9 приведён другой вариант синтеза микрорельефа фазового оптического элемента в области К, согласно п.2 формулы изобретения. В области К плоского фазового оптического элемента выделяют элементарные области Κι· 1=1, ..., п, _)=1, ..., ш, размером менее 50 мкм. Области К, обозначены на фиг. 9 цифрой 7. В оставшейся области К' плоского оптического элемента формируют бинарный киноформ,

- 4 029448

создающий заданное эталонное изображение и разбивающий область К' на две непересекающиеся области Κ'ι и К'₂. Области К'₃ и К'₂ заполняют микрорельефом с различным коэффициентом отражения при углах дифракции не более 20°. Область Κ'ι обозначена цифрой 5, а К'₂ - цифрой 6. Выделенные области К,,, обозначенные цифрой 7, заполняют дифракционными решётками с периодами 0,4-0,7 мкм. Дифракционные решётки в областях К,, формируют изображение, видимое при больших углах дифракции. Размер областей К,, выбирается настолько малым, чтобы на изображении, снятом с помощью смартфона, их не было видно. Как результат, получаем фазовый оптический элемент, работающий на отражение, в каждой из областей которого сформирован микрорельеф.

Фиг. 10 иллюстрирует ещё несколько вариантов синтеза микрорельефа плоского фазового оптического элемента в области К. Согласно п.3 формулы изобретения металлизированный микрорельеф в области К₁, обозначенной цифрой 5, сформирован дифракционными решётками с малыми периодами 0,40,7 мкм, формирующими визуальное изображение, видимое при больших углах дифракции. В металлизированной области К2, обозначенной цифрой 6, микрорельеф является плоским. В варианте по п.4 формулы изобретения область К2 деметаллизирована. Существуют различные методы деметаллизации, которые обеспечивают высокоточное удаление металла с голографической фольги (патенты АО 02/089338 А2, И8 6932451 В2).

С помощью смартфона изображение области К фотографируют в отражённом свете, когда смартфон и источник света находятся с одной стороны защитной метки, либо в проходящем свете, когда смартфон и источник света находятся с разных сторон защитной метки. Съёмка осуществляется при малых углах дифракции. В результате получается полутоновое черно-белое изображение. Разный коэффициент отражения дифракционных структур в областях К₁ и К₂ позволяет получить на фотоснимке, сделанном с помощью смартфона, контрастное изображение. Такое изображение, снятое с реального оптического элемента, представлено на фиг. 11. Полученное изображение интерпретируется как амплитудный киноформ, в котором коэффициент поглощения в каждой точке (х, у) пропорционален потемнению на полученном снимке в этой точке. С помощью программы, предустановленной на смартфон, рассчитывают изображение, формируемое амплитудным киноформом.

Расчёт изображения, формируемого амплитудным киноформом, в скалярном волновом приближении Френеля сводится к вычислению двойного интеграла по области оптического элемента К от заданной двумерной функции (Гончарский А.А. Об одной задаче синтеза нанооптических элементов, Вычислительные методы и программирование. Том 9. 2008, с. 405-408). С вычислительной точки зрения эта задача является простой и легко решается на микропроцессорах современных смартфонов за время менее 0,1 с.

Киноформ обладает уникальными свойствами. Формируемое им изображение чрезвычайно устойчиво относительно повреждений киноформа, изменения параметров съёмки и т.п. На фиг. 12 представлены два фрагмента киноформа, на фиг. 13 - формируемые этими киноформами изображения. Неповреждённый киноформ, представленный на фиг. 12а, формирует изображение, представленное на фиг. 13а. Точка в центре - нулевой порядок дифракции. Если частично испортить киноформ, например, так, как это показано на фиг. 12б, мы всё равно получим хорошее изображение, вполне пригодное для идентификации, представленное на фиг. 13б. Видно, что при этом в нулевой порядок дифракции уходит больше энергии. Устойчивость киноформа к частичным повреждениям чрезвычайно важна, поскольку в процессе изготовления, транспортировки и использования защитные метки могут повреждаться.

В заявке на изобретение предложены два варианта идентификации подлинности защитных меток с помощью смартфона. В варианте идентификации по п.7 формулы изобретения изображение, рассчитанное микропроцессором смартфона, визуализируется на экране. Пример такого изображения приведён на фиг. 14. Идентификация подлинности защитной метки осуществляется пользователем путём сравнения изображения на экране с эталонным изображением (фиг. 2).

В варианте идентификации подлинности защитных меток с помощью смартфона по п.8 формулы изобретения процедура идентификации осуществляется автоматически с помощью микропроцессора смартфона. Для этого выделяют признаки для автоматизированного контроля, которые сравнивают с эталонными признаками. В случае изображения, представленного на фиг. 13, в качестве инвариантного признака можно использовать последовательность угловых расстояний между яркими точками изображения. Таким образом, для идентификации подлинности достаточно выделить яркие точки, посчитать угловые расстояния между ними и сравнить их с эталонными значениями признака, которые составляют (45, 45, 45, 45, 45, 45, 45, 45°). Выделенные признаки являются инвариантными к повороту смартфона относительно контролируемого защитного элемента.

Конструкция оптического элемента в способах по пп.1-4 формулы изобретения позволяет формировать оптические изображения как при малых углах дифракции, так и при больших углах дифракции. Съёмка изображения области оптического элемента с помощью смартфона осуществляется при малых углах дифракции. Напротив, при больших углах дифракции пользователь может видеть изображение, формируемое дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм, работающими на отражение. Схема наблюдения плоского оптического элемента при больших углах дифракции представлена на

- 5 029448

фиг. 15. Здесь цифрой 8 обозначена нормаль к поверхности оптического элемента. От нормали отсчитываются угол θ₁ на источник излучения 9 и угол θ₂ на глаз наблюдателя 10. Большими углами дифракции считаются такие углы θ₁ и θ₂, сумма синусов которых больше 1. Например, если угол θ₂>θ₁>45°, это условие выполняется. В варианте способа по п.2 формулы изобретения для формирования изображения, видимого под большими углами дифракции, используются области В,,, заполненные дифракционными решётками с периодами 0,4-0,7 мкм. Размеры областей В,, не превышают 50 мкм. Если расстояния между соседними областями В,, настолько малы, что глаз их не различает, а области В,, расположены так, как показано на фиг. 9, то формируемое при больших углах дифракции изображение будет занимать всю область В, как это показано на фиг. 16. В вариантах способа по пп.1, 3 и 4 формулы изобретения изображение при больших углах дифракции формируется дифракционными решётками, расположенными в области В! оптического защитного элемента, обозначенной цифрой 5 на фиг. 8 и 10. Аналогично варианту по п.2 формулы изобретения, если характерные размеры структур областей В1 и В2 меньше разрешения человеческого глаза, пользователь при больших углах дифракции видит изображение, занимающее всю область В, пример которого приведён на фиг. 16. На приведённом схематическом изображении на фиг. 16 белые и серые области соответствует разным цветам.

Оптическая защитная метка признаётся подлинной, если получен положительный результат как при контроле смартфоном оптического защитного элемента при малых углах дифракции (менее 20°), так и при визуальном контроле при больших углах дифракции (более 60°).

Для изготовления оригиналов нанооптических элементов используется технология электроннолучевой литографии, обеспечивающая разрешающую способность не хуже 0,1 мкм. Такая разрешающая способность обеспечивает возможность прецизионного изготовления дифракционных решёток с периодом 0,4-0,7 мкм. Точность формирования микрорельефа по высоте составляет порядка 20 нм. (Гончарский А.А. Об одной задаче синтеза нанооптических элементов, Вычислительные методы и программирование. Том 9. 2008, с. 405-408). Широко распространённая в настоящее время голографическая технология, в которой запись оригиналов осуществляется с помощью оптического излучения, характеризуется в несколько раз более низким разрешением и не позволяет изготавливать такие оптические элементы. Оборудование для электронно-лучевой литографии стоит очень дорого, технология является наукоёмкой. Всё это надёжно защищает оптические защитные элементы, предложенные в настоящем патенте, от подделки или имитации.

Для тиражирования защитных элементов может быть использована стандартная технология массового тиражирования оптических защитных элементов. Элементы этой технологии (мультипликация, прокатка, нанесение клеевых покрытий и т.п.) позволяют поддерживать необходимую точность воспроизведения микрорельефа на всех этапах производства.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, обеспечивающего контроль оптических защитных меток с помощью широко распространённых портативных компьютеров или смартфонов, оснащённых фотокамерами. Основные отличия настоящей заявки на изобретение от наиболее близкого изобретения ЕА 201100415 А1 на способ и устройство контроля подлинности оптических меток заключаются в следующем.

1. В отличие от способа и устройства контроля подлинности, предложенных в изобретении ЕА 201100415 А1, где предполагается использование лазерного излучения для процедуры идентификации подлинности, в настоящей заявке на изобретение лазерное излучение не используется. С помощью смартфона фотографируют оптический защитный элемент в белом свете.

2. В изобретении ЕА 201100415 А1 запатентована конструкция специального прибора, который осуществляет автоматизированную идентификацию подлинности защитного оптического элемента. Прибор состоит из лазерного диода, системы оптоэлектронных детекторов, АЦП, микропроцессора. В настоящей заявке на изобретение для процедуры идентификации предлагается использовать смартфоны и планшеты, которые снабжены обычной фотокамерой. В настоящее время смартфоны и планшеты широко распространены и доступны, только за последний год было выпущено более 1 млрд штук.

3. Технические решения, предложенные в настоящей заявке на изобретение, обеспечивают уровень защищённости нанооптических элементов не ниже, чем в изобретении ЕА 201100415 А1. Защитные метки, включающие нанооптические защитные элементы, предлагаемые в настоящей заявке на изобретение, на 100% защищены от подделки с помощью копировальной техники. При больших углах дифракции, более 60°, на всей области оптического защитного элемента визуализируется другое изображение, формируемое дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм. Нанооптические элементы с такими параметрами невозможно копировать с помощью копировальной техники. Изображение, формируемое нанооптическим элементом при малых углах дифракции, менее 20°, анализируется с помощью смартфона. Процедура идентификации включает в себя расчёт изображения, формируемого амплитудным киноформом. Видимое глазом изображение оптического элемента при малых углах дифракции, в отличие от патента И8 20130200144 А1, не имеет ничего общего с рассчитываемым микропроцессором смартфона изображением, используемым для идентификации.

- 6 029448

Нижеприведённые примеры конкретного выполнения изобретения подтверждают возможность осуществления изобретения, не ограничивая его объём. Эффективность патентуемого изобретения демонстрируется нижеследующими примерами:

Пример 1.

Защитная метка состояла целиком из оптического защитного элемента размером 15x15 мм. Вся область К оптического элемента была заполнена дифракционными структурами в соответствии с п.1 формулы изобретения. Используя изображение, представленное на фиг. 3, был рассчитан бинарный киноформ, фрагмент которого показан на фиг. 7. В выделенных областях К! и К₂ был сформирован микрорельеф, структура которого показана на фиг. 8. Характерные размеры деталей структуры областей К! и К₂ - порядка 80-100 мкм. Периоды дифракционных решёток в области К₁, формирующих изображение при больших углах дифракции, составляли 0,45 и 0,55 мкм. Средние характерные периоды дифракционных структур в области К₂ составляли 1,6 мкм. Для изготовления оригинала оптического защитного элемента использовался электронно-лучевой литограф с разрешением 0,1 мкм. После изготовления оригинала была изготовлена мультиплицированная мастер-матрица. С использованием стандартного оборудования для массового тиражирования голограмм были изготовлены образцы защитных меток в виде голографических наклеек. При больших углах дифракции формировалось изображение, представленное на фиг. 16.

Изготовленные защитные метки были использованы для тестирования процедуры идентификации подлинности защитных меток с помощью планшета и смартфона. Для тестирования использовался планшет Ниа\\'С1 МеФаРай Х1 с 14-мегапиксельной фотокамерой и смартфон Зашкиид Са1аху 84 с аналогичной по характеристикам фотокамерой. Оптическая метка была сфотографирована с расстояния 10 см. Была написана программа для ОС Άηάτοίά, осуществляющая фотосъёмку, расчёт, вывод на экран формируемого киноформом изображения и осуществляющая процедуру автоматизированного контроля подлинности. В качестве признака подлинности были заданы угловые расстояния между соседними точками, которые должны составлять 45±7°. Сфотографированные изображения (фиг. 11) были успешно распознаны как подлинные.

Пример 2.

Защитная метка также состояла целиком из оптического защитного элемента размером 15x15 мм. Расчёт бинарного киноформа, фрагмент которого показан на фиг. 7, проводился так же, как в примере 1, только в области К', оставшейся после выделения из области К областей К,,. Размеры элементарных областей Ку, заполненных дифракционными решётками с периодами 0,4 и 0,5 мкм, составляли порядка 50 мкм. В выделенной области К'₂ был сформирован микрорельеф, а область К'₁ была оставлена пустой. Средние характерные периоды в области К'₂ составляли 1,6 мкм. С использованием стандартного оборудования для массового тиражирования голограмм с мультиплицированной мастер-матрицы были изготовлены образцы защитных меток в виде фольги горячего тиснения. При больших углах дифракции формировалось изображение, представленное на фиг. 16, но меньшей яркости, чем в примере 1. Оптическая метка была сфотографирована с расстояния 10 см и также была распознана, как подлинная.

Пример 3.

В отличие от примера 1 для расчёта бинарного киноформа, фрагмент которого приведён на фиг. 6, использовалось изображение из чисел "15", представленное на фиг. 2. При этом характерные размеры деталей структуры областей К1 и К2 получились порядка 40-60 мкм. При больших углах дифракции формировалось изображение, представленное на фиг. 16, такой же яркости, как в примере 1. При тестировании процедуры идентификации подлинности защитных меток с помощью смартфона была отключена функция автоматизированного контроля подлинности. Выведенное на экран смартфона с помощью этой программы изображение позволило легко распознать эталонное изображение (цифры "15") визуально.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, отличающийся тем, что в области К оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, представляющий собой две непересекающиеся области К₁ и К₂ с разными коэффициентами отражения, причём одну из областей, К, либо К₂, заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм, а другую область заполняют либо дифракционными структурами с характерными периодами более 0,7 мкм, либо дифракционными структурами с характерными периодами менее 0,4 мкм.
2. 2. Способ синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, отличающийся тем, что в области К оптического элемента выделяют элементарные области Ку, ί=1, ..., η, _)-1, ..., т, размером менее 50 мкм, которые заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм, в оставшейся области К' плоского оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, представляющий собой две непересекающиеся области К'1 и К'2, которые заполняют микрорельефом с различным коэффициентом отражения при малых углах дифракции, менее 20°.

   - 7 029448
3. 3. Способ синтеза оптических защитных меток, представляющих собой отражающий металлизированный плоский фазовый оптический элемент, отличающийся тем, что в области К оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, представляющий собой две непересекающиеся области К! и К₂ с разными коэффициентами отражения, причём одну из областей, К! либо К₂, заполняют дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм, а другая область представляет собой плоскую металлизированную поверхность.
4. 4. Способ синтеза оптических защитных меток, представляющих собой частично металлизированный плоский фазовый оптический элемент, работающий как на прохождение, так и на отражение, отличающийся тем, что в области К оптического элемента формируют создающий заданное эталонное изображение бинарный киноформ, представляющий собой две непересекающиеся области Κι и К₂ с разными коэффициентами отражения, причём одна из областей, Κι либо К₂, металлизирована и заполнена дифракционными решётками с периодами от 0,4 до 0,7 мкм, а другая область представляет собой плоскую деметаллизированную поверхность.
5. 5. Способ идентификации оптических защитных меток по п.1, или 2, или 3, заключающийся в том, что контроль защитных признаков оптической метки осуществляется в двух диапазонах углов: с помощью смартфона при углах дифракции менее 20° фотографируют область оптического элемента К на защитной метке на отражение, когда источник света и смартфон находятся с одной стороны от защитной метки, полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент киноформ, коэффициент поглощения которого в каждой точке (х, у) пропорционален потемнению в этой точке на полученном снимке, с помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталонным изображением; при углах дифракции более 60° в области К визуально контролируют соответствие эталону другого цветного изображения, формируемого дифракционными решётками; оптическая защитная метка признаётся подлинной, если получен положительный результат как при контроле смартфоном оптического защитного элемента при малых углах дифракции, менее 20°, так и при визуальном контроле изображения, формируемого дифракционными решётками при больших углах дифракции, более 60°.
6. 6. Способ идентификации оптических защитных меток по п.4, заключающийся в том, что контроль защитных признаков оптической метки осуществляется в двух диапазонах углов: с помощью смартфона при углах дифракции менее 20° фотографируют область оптического элемента К на защитной метке на отражение, когда источник света и смартфон находятся с одной стороны от защитной метки, либо на прохождение, когда источник света и смартфон находятся с разных сторон от защитной метки, полученное полутоновое изображение интерпретируют как амплитудный оптический элемент - киноформ, коэффициент поглощения которого в каждой точке (х, у) пропорционален потемнению в этой точке на полученном снимке, с помощью микропроцессора смартфона рассчитывают формируемое амплитудным киноформом изображение, которое сравнивают с эталонным изображением; при углах дифракции более 60° в области К визуально контролируют соответствие эталону другого цветного изображения, формируемого дифракционными решётками; оптическая защитная метка признаётся подлинной, если получен положительный результат как при контроле смартфоном оптического защитного элемента при малых углах дифракции, менее 20°, так и при визуальном контроле изображения, формируемого дифракционными решётками при больших углах дифракции, более 60°.
7. 7. Способ идентификации оптических защитных меток по п.5 или 6, отличающийся тем, что рассчитанное с помощью микропроцессора смартфона изображение, формируемое амплитудным киноформом, визуализируют на экране смартфона, идентификация подлинности защитной метки осуществляется пользователем путём сравнения изображения на экране с эталонным изображением.
8. 8. Способ идентификации оптических защитных меток по п.5 или 6, отличающийся тем, что процедура сравнения рассчитанного с помощью микропроцессора смартфона изображения, формируемого амплитудным киноформом, с эталонным изображением осуществляется микропроцессором смартфона автоматически.

   - 8 029448