EA030487B1

EA030487B1 - Микрооптическая система формирования изображений для инструментального и визуального контроля подлинности изделий

Info

Publication number: EA030487B1
Application number: EA201600483A
Authority: EA
Inventors: Антон Александрович ГОНЧАРСКИЙ; Александр Владимирович ГОНЧАРСКИЙ; Святослав Радомирович ДУРЛЕВИЧ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии"
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-08-31
Also published as: EA201600483A1

Abstract

Заявляемая в качестве изобретения микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля подлинности изделий относится преимущественно к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты от подделки акцизных марок, нотариальных, правоустанавливающих, товаросопроводительных, исполнительных документов и ценных бумаг, а также различных товаров народного потребления. Микрооптическая система согласно изобретению представляет собой плоский отражающий фазовый оптический элемент, формирующий в белом свете при малых углах дифракции линейный или двумерный бар-код. При больших углах дифракции микрооптическая система формирует другое цветное изображение для визуальной идентификации подлинности изделия. При освещении когерентным светом микрооптическая система формирует в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, изображение для инструментального контроля. Совокупность существенных признаков изобретения обеспечила достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности контроля защищаемых с его помощью изделий за счет получения легко контролируемого визуального эффекта, а также возможности инструментального контроля микрооптической системы в когерентном свете. Реализация микрооптической системы формирования визуальных изображений возможна с использованием существующего стандартного оборудования.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ

(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.08.31

(21) Номер заявки

201600483

(22) Дата подачи заявки 2016.03.09

(51) Int. Cl. G02B 5/32 (2006.01) G03H1/00 (2006.01)

(54) МИКРООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО И ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ИЗДЕЛИЙ

030487 B1

(43) 2017.09.29 (96) 2016000016 (RU) 2016.03.09 (71)(73) Заявитель и патентовладелец: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЦЕНТР КОМПЬЮТЕРНОЙ ГОЛОГРАФИИ" (RU)	(56) US-A1-2012318860 US-A1-2004240006 RU-U1-127208 RU-U1-149690
(72)	Изобретатель: Гончарский Антон Александрович, Гончарский Александр Владимирович, Дурлевич Святослав Радомирович (RU)

030487 B1

(57) Заявляемая в качестве изобретения микрооптическая система формирования изображений для визуального и инструментального контроля подлинности изделий относится преимущественно к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты от подделки акцизных марок, нотариальных, правоустанавливающих, товаросопроводительных, исполнительных документов и ценных бумаг, а также различных товаров народного потребления. Микрооптическая система согласно изобретению представляет собой плоский отражающий фазовый оптический элемент, формирующий в белом свете при малых углах дифракции линейный или двумерный баркод. При больших углах дифракции микрооптическая система формирует другое цветное изображение для визуальной идентификации подлинности изделия. При освещении когерентным светом микрооптическая система формирует в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, изображение для инструментального контроля. Совокупность существенных признаков изобретения обеспечила достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности контроля защищаемых с его помощью изделий за счет получения легко контролируемого визуального эффекта, а также возможности инструментального контроля микрооптической системы в когерентном свете. Реализация микрооптической системы формирования визуальных изображений возможна с использованием существующего стандартного оборудования.

030487

Заявляемая микрооптическая система предназначена для маркировки объектов и может найти применение при защите акцизных марок, нотариальных, правоустанавливающих, товаросопроводительных, исполнительных документов и ценных бумаг от фальсификаций.

Известен способ маркировки объекта путем нанесения на него линейного или матричного бар-кода, содержащего информацию об объекте, с последующим считыванием этой информации и сравнением ее с базой данных компьютера. Наиболее часто для нанесения линейного или матричного бар-кода используются типографские методы, при этом бар-код состоит из черных и белых прямоугольников разного размера. Недостатком такой маркировки объектов является ее полная незащищенность от копирования.

Этого недостатка лишен защищенный метод записи и идентификации бар-кодов, предложенный в патенте (патент РФ № 2132569), который авторы предлагают использовать для защиты ценных бумаг. Метод основан на использовании электронной цифровой подписи (ЭЦП). В этом патенте предлагается считывать информацию о структуре бумаги в месте нанесения на нее бар-кода. С помощью электронной цифровой подписи такая информация включается в бар-код. Прочесть информацию можно лишь с помощью ключей ЭЦП.

Недостатком таких методов является значительная стоимость оборудования как для нанесения маркировки, так и для считывания и распознавания ее клиентом, малая скорость маркировки из-за необходимости точного позиционирования, высокая чувствительность даже к незначительным повреждениям контрольного участка на защищаемом объекте, необходимость содержания баз данных значительного объема. Однако основной недостаток - слабая защищенность от подделки идентификатора, нанесенного типографским способом, особенно для клиента, не имеющего доступа к дорогому контролирующему оборудованию и базам данных ключей ЭЦП.

Другое направление в маркировке изделий связано с использованием голографических технологий. Наиболее распространены рельефные голограммы, в которых визуальное изображение формируется в результате дифракции света на микрорельефе оптического элемента. Рельефные голограммы допускают массовое тиражирование и имеют невысокую тиражную стоимость. Такие оптические защитные элементы широко используются для защиты ценных бумаг, банкнот, товаров народного потребления и т.д. Существуют различные методы изготовления защитных голограмм, которые, прежде всего, отличаются по методам изготовления оригиналов. Для изготовления оригиналов используют оптические методы, технологию dot-matrix, электронно-лучевую литографию (Computer Optics & Computer Holography, A.V.Goncharsky, A.A.Goncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004). Защитные голограммы можно пронумеровать с помощью лазерного излучения или типографским способом. Недостатком обычных защитных голографических элементов является то, что они не предназначены для формирования баркодов. Тем не менее, существуют попытки использования голограмм для защиты бар-кодов.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является заявка на патент US 2012318860 А1 (прототип), в которой предлагается использовать двухслойную структуру. В этом патенте предлагается наносить линейный или матричный бар-код с помощью типографских технологий, а после нанесения бар-кода закрывать его сверху прозрачным голографическим элементом. Такая технология очень проста и естественным образом комбинирует типографскую и голографическую технологии, что несомненно относится к ее достоинствам. К недостаткам технологии, предложенной в прототипе, необходимо отнести затруднения при считывании бар-кода через прозрачную голограмму, а также невысокую защищенность от подделки. Контролировать визуальное изображение, формируемое прозрачной голограммой на отражение, представляется проблематичным. Во-первых, эффективность прозрачной голограммы на отражение существенно меньше, нежели эффективность металлизированных голограмм, которые невозможно использовать в предложенном в прототипе способе защиты бар-кода. Во-вторых, формируемое прозрачной голограммой изображение оказывается наложенным на полиграфическое изображение, при этом фрагменты голографического изображения, которые попадают на белую область бар-кода, практически не видны.

Задачей настоящего изобретения является повышение уровня защищенности документов, акцизных марок, ценных бумаг, в которых используются бар-коды. Для этой цели в заявке на изобретение предлагается использовать микрооптические системы, в которых совмещается две функции: возможность формирования бар-кода при освещении белым светом и одновременно формирование в отраженном свете изображений как для визуального, так и для инструментального контроля.

Поставленная задача решается путем создания микрооптической системы, формирующей бар-код при малых углах дифракции (менее 30°). При этом при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение. Кроме этого, микрооптическая система допускает экспертный контроль с помощью приборов визуализации скрытых CLR (Covert Laser-Readable) изображений.

В соответствии с изобретением (вариант по п.1 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области Я и белой области Q бар-кода область металлизированного плоского оптического элемента G разбивается на элементарные области Gy, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gy разбивается на две части G/¹) и Gj²'¹ с соотношением

- 1 030487

площадей, равным заданному числу у. Области О,,¹'²' заполняются дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R за исключением всех элементарных областей О,,¹'²; i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записывают оптический элемент с фазовой функцией, равной нулю. В области Q', представляющей собой область Q за исключением всех элементарных областей О,,²; i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записывают киноформ, формирующий диаграмму направленности рассеянного света в виде кольца с центром в нулевом порядке дифракции. При освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

В соответствии с изобретением (вариант по п.2 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного иди матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область О металлизированного плоского оптического элемента разбивается на элементарные области О, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область О, разбивается на две части О,,¹'¹' и О,,¹'²' с соотношением площадей, равным заданному числу γ. Области О,,¹'²' заполняются дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей О/²⁾, ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, записывают дифракционную структуру с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей О,,²; ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...М, записывают киноформ, формирующий диаграмму направленности рассеянного света в виде кольца с центром в нулевом порядке дифракции. При освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

В соответствии с изобретением (вариант по п.3 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область О металлизированного плоского оптического элемента разбивается на элементарные области О, ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область О,, разбивается на две части О,,¹'¹' и О,,¹'²' с соотношением площадей, равным заданному числу γ. Области О,,¹'²' заполняются дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей О,,¹'²; ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...М, записывают оптический элемент с фазовой функцией, равной нулю. В области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей О,,²: ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...М, записывают киноформ, формирующий изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции. При освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

В соответствии с изобретением (вариант по п.4 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область О металлизированного плоского оптического элемента разбивается на элементарные области О, ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область О,, разбивается на две части О,,¹'¹' и О,,¹'²' с соотношением площадей, равным заданному числу γ. Области О,,¹'²' заполняются дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей О,,¹'²; ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, записывают дифракционную структуру с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей О,,¹'²; ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, записывают киноформ, формирующий изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции. При освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

В соответствии с изобретением (вариант по п.5 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область О металлизированного плоского оптического элемента разбивается на элементарные области О, ί=1, 2,...N; ,=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная: область О,, разбивается на две части О,,¹'¹' и О,,¹'²' с соотношением площадей, равным заданному числу γ. Области О,,¹'²' заполняются дифракционными решетками разной

- 2 030487

ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gij⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записывают оптический элемент с фазовой функцией, равной нулю. В области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записывают киноформ, формирующий изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

В соответствии с изобретением (вариант по п.6 формулы изобретения) описывается микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбивается на элементарные области Gj i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gj разбивается на две части Gy⁽¹⁾ и Gy⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ. Области Gy⁽²⁾ заполняются дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записывают дифракционную структуру с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записывают киноформ, формирующий изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.

Центральным моментом заявляемого изобретения является использование плоских оптических элементов - киноформов, формирующих в когерентном свете заданное изображение в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента. Расчет фазовой функции киноформа в области оптического элемента G сводится к решению нелинейного операторного уравнения относительно фазовой функции 9(x,y). Известно (Computer Optics & Computer Holography by A.V.Goncharsky, A.A.Goncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004), что скалярные волновые функции ^ξ,η,0-0) в плоскости z=0 и u(x,y,f) в плоскости z=f связаны соотношением

u(x,y,f) = γ JJw(£,/7,O-O)exp(Z£^(£,77))exp{/£——⁺ —^Τ^—}άξάη g

Скалярная волновая функция u(x,y,f) имеет модуль |u(x,y,f)|=F(x,y) и фазу, которая неизвестна. Задание изображения в плоскости z=f эквивалентно заданию вещественной функции F(x,y). Таким образом, приходим к операторному уравнению относительно неизвестной фазовой функции 9(x,y)

A<p=F(x,y) _m

Здесь

В формуле (2)

а λ - длина волны когерентного излучения.

В настоящее время существуют эффективные алгоритмы решения обратных задач синтеза плоских оптических элементов. Такие элементы получили название киноформов (Computer Optics & Computer Holography by A.V.Goncharsky, A.A.Goncharsky, Moscow University Press, Moscow, 2004), (L.B.Lesem, P.M.Hirsch, J.AJr.Jordan, The kinoform: a new wavefront reconstruction device, IBM J. Res. Dev., 13 (1969), 105-155). Бинаризуя фазовую функцию, получаем маску бинарного киноформа.

Важным моментом в изобретении является наличие у плоского оптического элемента возможности формировать при малых углах дифракции бар-код, а при больших углах дифракции формировать на всей области оптического элемента другое цветное изображение, используемое для визуального контроля. Кроме визуального контроля, предоставляется возможность экспертного контроля с помощью скрытых изображений, визуализируемых с помощью лазерного излучения. Для решения этой задачи используется специальная конструкция оптического элемента, включающего в себя фрагменты дифракционных решеток, киноформов и дифракционных структур.

На фиг. 1 представлено полиграфическое изображение линейного бар-кода. На фиг. 2 представлено полиграфическое изображение двумерного бар-кода. На фиг. 3 представлен увеличенный фрагмент ли- 3 030487

нейного бар-кода. На фиг. 4 представлен увеличенный фрагмент двумерного бар-кода. На фиг. 5 представлено разбиение области оптического элемента G на элементарные области Gj. Структура областей

в области оптическоGij представлена на фиг. 6. Фиг. 7 иллюстрирует расположение областей Gj⁽¹⁾ и Gj²'¹' го элемента G. На фиг. 8 представлен фрагмент двумерного бар-кода. Структура множеств R' и Q' представлена на фиг. 9 и 10. Фиг. 11, 12 иллюстрируют формирование микрорельефа микрооптической системы. На фиг. 13 представлен фрагмент киноформа. На фиг. 14, 15 и 16 представлены варианты диаграммы направленности киноформов, используемых в изобретении. Фиг. 17 иллюстрирует расположение смартфона при фотографировании бар-кода. На фиг. 18 представлена оптическая схема наблюдения визуального изображения, формируемого микрооптической системой в белом свете. На фиг. 19 приведен пример двухцветного изображения, видимого при больших углах дифракции.

На фиг. 1 представлено полиграфическое изображение линейного бар-кода. Область оптического элемента обозначена как G. На фиг. 2 представлено полиграфическое изображение двумерного бар-кода. Область оптического элемента обозначена как G. Как линейный, так и двумерный бар-код состоят из прямоугольных областей, закрашенных черным или белым цветом. На фиг. 3 и 4 представлены увеличенные изображения фрагментов линейного и двумерного бар-кодов соответственно. Все точки бар-кода, окрашенные в черный цвет, обозначены на фиг. 3 и 4 как R, а все точки, окрашенные в белый цвет, обозначены буквой Q. Конструкция оптического элемента предполагает его разбиение на прямоугольные элементарные области Gij, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, размер которых не превосходит 50 мкм. На фиг. 6 представлена конструкция элементарной области, состоящей из двух областей G_ij⁽¹) и Gij⁽²⁾. При формировании рельефа области Gjj⁽²⁾ заполняются дифракционными решетками с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. Фиг.7 иллюстрирует расположение Gij⁽¹⁾ и G_ij ⁽²⁾ в области оптического элемента. На фиг. 8 представлен фрагмент двумерного бар-кода, состоящего из черной области R и белой области Q. На фиг. 9 представлена структура области R'. Фиг. 10 иллюстрирует структуру области Q'.

При формировании микрорельефа все элементарные области G_ij ⁽²⁾ заполняются дифракционными решетками с периодами от 0.4 до 0.6 мкм. В соответствии с изобретением микрорельеф в областях R' и Q' можно формировать разными способами. Для формирования микрорельефа в области Q' используется киноформ. Для формирования микрорельефа в области R' используется либо плоское зеркало с фазовой функцией, равной нулю, либо микроструктуры, период которых не превышает 0.35 мкм. При освещении белым светом область R' при наблюдении в малых углах дифракции выглядит как черная область. Поскольку размер областей дифракционных решеток, формирующих визуальное изображение, не превосходит 50 мкм, визуально область бар-кода R выглядит однородной и черной.

Для формирования белого цвета бар-кода область Q' заполняется киноформом, который может иметь разную диаграмму направленности. Киноформ формирует диаграмму направленности рассеянного света в виде яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции, либо изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции, либо изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции. Если освещать микрооптическую систему белым светом, то область Q' будет выглядеть белой. Из-за малых размеров фрагментов дифракционных решеток области Q и Q' выглядят одинаково белыми.

Различные варианты формирования микрорельефа в областях R и Q представлены на фиг. 11 и 12. На фиг. 11 в левом верхнем углу черная область бар-кода R формируется с помощью зеркала. На фиг. 12 черная область формируется с помощью микроструктур, период которых не превышает 0.35 мкм. Белая область бар-кода на фиг. 11 и 12 формируется с помощью киноформа. Увеличенный фрагмент киноформа представлен на фиг. 13. Варианты диаграммы направленности киноформа представлены на фиг. 14, 15, 16. На фиг. 14 киноформ формирует изображение в виде однородного белого кольца с центром в нулевом порядке дифракции. На фиг. 15 киноформ формирует изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции. На фиг. 16 киноформ формирует изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции.

Если освещать область Q оптического элемента лазерным излучением, то в когерентном свете можно контролировать изображение, формируемое киноформом в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента. Варианты изображения представлены на фиг. 14, 15, 16. Для инструментального контроля можно использовать приборы для визуализации CLR-изображений (промышленный образец № 64311 и № 74441).

Формируемый микрооптической системой бар-код можно считывать с помощью смартфона. Фиг. 17 иллюстрирует расположение смартфона при фотографировании бар-кода. С помощью смартфона 1 и его фотокамеры 2 осуществляют съемку микрооптической системы. Микрооптическая система расположена в плоскости 3. При малых углах дифракции считывается бар-код, расположенный в области оптического элемента 4. На фиг. 18 представлена оптическая схема наблюдения визуального изображения, формируемого микрооптической системой в белом свете. Нормаль к плоскости оптического элемента обозначена цифрой 5. Оптический элемент освещается с помощью источника белого света 6. Угол между нормалью и направлением на источник обозначен как θ₁. Угол между нормалью и направлением на на- 4 030487

блюдателя обозначен θ₂. За угол дифракции принимают угловое расстояние между направлением на наблюдателя и отраженным от оптического элемента лучом света. В принятых обозначениях угол дифракции θ равняется сумме углов θ₁ и θ₂. Если источник расположен на нормали к оптическому элементу, то угол θ₁=0. В этом случае угол дифракции θ=θ₂. Фотографирование бар-кода осуществляется при малых углах θ, не превышающих 30°. Визуальное изображение формируется оптическим элементом при больших углах θ >65°. На фиг. 19 приведен пример двухцветного изображения, видимого при больших углах дифракции.

Изготовление заявленных микрооптических систем возможно с помощью существующего оборудования. На каждый экземпляр микрооптической системы можно наносить дополнительную информацию. Например, микрооптические системы можно пронумеровать по порядку с помощью устройства лазерной маркировки.

Заявленные микрооптические системы надежно защищены от подделки. Для синтеза микрорельефа необходимо высокое разрешение, поскольку дифракционные структуры имеют характерные периоды вплоть до 0.3 мкм. Изготовление таких микроструктур представляет сложную задачу, которую можно решать только с помощью технологии электронно-лучевой литографии. В мире существует всего несколько компаний, работающих в области защитных технологий с использованием электронно-лучевой литографии. Для тиражирования микроструктур можно использовать стандартное оборудование для массового производства голограмм (установки прокатки, нанесения клеевых слоев и т.п.) Высокая стоимость оборудования и наукоемкость технологии электронно-лучевой литографии является надежной защитой микроструктур, используемых в заявленном изобретении, от подделки.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечила достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности контроля защищаемых с его помощью изделий за счет получения легко контролируемого визуального эффекта, а также возможности инструментального контроля микрооптической системы в когерентном свете.

Основные отличия заявленного изобретения от прототипа:

1. В отличие от прототипа в заявленном изобретении используется однослойный оптический элемент, который решает одновременно две задачи: формирование бар-кода при малых углах дифракции и формирование цветного визуального изображения при больших углах дифракции.

2. Заявленная микрооптическая система допускает экспертный контроль, осуществляемый с помощью лазерного излучения. При освещении микрооптической системы лазерным излучением формируется CLR-изображение, которое можно контролировать с помощью существующих приборов.

3. Для изготовления заявленных микрооптических систем необходимо использовать наукоемкую технологию электронно-лучевой литографии. Малая распространенность этой технологии является гарантией надежной защиты заявленных микрооптических систем от подделки.

Нижеприведенный пример конкретного выполнения изобретения подтверждает возможность осуществления изобретения, не ограничивая его объем.

Пример.

В качестве примера были рассчитаны и изготовлены микрооптические системы по пп.1-6 формулы изобретения, формирующие бар-код в белом свете при малых углах дифракции θ <30°. Размер оптического элемента составлял 25x25 мм. Изображение бар-кода приведено на фиг. 2. При больших углах дифракции θ >65° микрооптические системы формировали двухцветное изображение, приведенное на фиг. 19. Для формирования цветного изображения при больших углах дифракции использовались дифракционные решетки разной ориентации, период решеток составлял 0.4 и 0.5 мкм. Для формирования черной области бар-кода использовалось плоское зеркало и дифракционная структура с характерным периодом 0.35 мкм. При освещении лазерным излучением с длиной волны λ=0.63 мкм микрооптические системы формировали в плоскости, параллельной плоскости оптического элемента, изображения, приведенные на фиг. 14-16. Размер областей Gij равнялся 50 мкм.

Для формирования микрорельефа использовалась установка электронно-лучевого экспонирования с изменяемой формой луча и с минимальным размером пиксела 0.1x0.1 мкм. Глубина микрорельефа составляла порядка 0.2 мкм. Для изготовления образцов микрооптических систем были изготовлены мастер-матрицы размером 6x6 дюймов. С помощью этих мастер-матриц были изготовлены тиражные микрооптические системы на стандартном голографическом оборудовании.

Проведенные исследования показали высокую эффективность предложенных в заявке решений. Изготовленные образцы продемонстрировали возможность надежного считывания двумерного бар-кода с помощью смартфона. При больших углах дифракции на всех образцах формировалось двухцветное изображение для визуальной идентификации. Скрытое CLR-изображение наблюдается в любой части области Q микрооптической системы при освещении лазерным светом.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизирован- 5 030487

ного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gj, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gij разбита на две части Gij⁽¹⁾ и Gij⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области Gij⁽²⁾ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gij⁽²⁾, i=1, 2, ... N; j=1, 2,...М, записан оптический элемент с фазовой функцией, равной нулю, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей G_ij ⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записан киноформ, формирующий диаграмму направленности рассеянного света в виде кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.
2. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gij, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gij разбита на две части Gij⁽¹⁾ и GiJ⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области Gij⁽²⁾ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записана дифракционная структура с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей Gij⁽²⁾, i=1, 2,.. N; j=1, 2,...М, записан киноформ, формирующий диаграмму направленности рассеянного света в виде кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.
3. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gij, i=1,2,...N; |=1.2....М. размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gij разбита на две части G_ij⁽¹⁾ и G_ij ⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области Gij⁽²⁾ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записан оптический элемент с фазовой функцией, равной нулю, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей Gij⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записан киноформ, формирующий изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.
4. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gj i=1, 2,...N; ]=1,2,...М, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gij разбита на две части Gjj⁽¹⁾ и Gij⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области Gij⁽²⁾ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записана дифракционная структура с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей G_ij⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записан киноформ, формирующий изображение, состоящее из ярких букв и/или цифр, расположенных на окружности с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.
5. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gj, i=1, 2,...N; j=l, 2,...М, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gij разбита на две части Gij⁽¹⁾ и G_1j ⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области Gij⁽²⁾ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записан оптический элемент с фазо- 6 030487

вой функцией, равной нулю, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей Gy⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, записан киноформ, формирующий изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.
6. Микрооптическая система для формирования линейного или матричного бар-кода, отличающаяся тем, что для формирования черной области R и белой области Q бар-кода область G металлизированного плоского оптического элемента разбита на элементарные области Gj i=1, 2,...N; j=1, 2,...М, размер которых не превосходит 50 мкм, каждая элементарная область Gjj разбита на две части G_ij ⁽¹⁾ и Gij⁽²⁾ с соотношением площадей, равным заданному числу γ, области G,/²’ заполнены дифракционными решетками разной ориентации с периодами от 0.4 до 0.6 мкм, в области R', представляющей собой область R, за исключением всех элементарных областей Gij⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записана дифракционная структура с характерными периодами менее 0.35 мкм, а в области Q', представляющей собой область Q, за исключением всех элементарных областей G_ij ⁽²⁾, i=1, 2,...N; j=1, 2,...M, записан киноформ, формирующий изображение, состоящее из темных букв и/или цифр, расположенных внутри яркого кольца с центром в нулевом порядке дифракции, при этом при освещении плоского оптического элемента белым светом в нормальном положении в плоскости оптического элемента формируется изображение бар-кода, состоящее из черной области R и белой области Q, а при больших углах дифракции (более 65°) на всей области оптического элемента наблюдатель видит другое цветное изображение.