PL177897B1

PL177897B1 - Element optycznie zmienny oraz sposób zapisu elementu optycznie zmiennego i urządzenie do zapisu elementu optycznie zmiennego

Info

Publication number: PL177897B1
Application number: PL95311192A
Authority: PL
Inventors: Remigiusz Gajda; Paweł Stępień
Original assignee: Remigiusz Gajda; Stepien Pawel
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2000-01-31
Also published as: DE69623311T2; PL311192A1; DE69623311D1; CN1201534A; EP0858622A1; RU2172513C2; AU7346496A; JP2000501516A; ATE223076T1; EP0858622B1; WO1997016772A1

Abstract

1 . Element optycznie zmienny, zawierajacy zbiór ko mórek dyfrakcyjnych, przy czym kazdy ze zbiorów jest czy- sto fazowym hologramem Fouriera mapy katów obserwacji, przyporzadkowanej kazdej z tych komórek, znamienny tym, ze zbiór komórek zawiera co najmniej dwa podzbiory komórek, a kazda z komórek pierwszego podzbioru komó- rek, znajdujacego sie w pierwszym obszarze (OA) jest halo gramem Fouriera pierwszej mapy katów obserwacji (PA), natomiast kazda z komórek drugiego podzbioru komórek znajdujacego sie w drugim obszarze (OB) jest hologramem Fouriera drugiej mapy katów obserwacji (PB). 4. Sposób zapisu elementu optycznie zmiennego, zna- mienny tym, ze obraz mapy komórki, bedacy graficznym odwzorowaniem fazy transformaty Fouriera mapy katów obserwacji przyporzadkowanej komórce oswietla sie po otwarciu migawki rozszerzona i zbiezna wiazka swiatla la- serowego a nastepnie obiektywem zmniejsza sie te mape do zadanej wielkosci, po czym odcina sie wiazke laserowa przy pomocy migawki, zas material swiatloczuly, z zapisywa- nym na nim elementem przesuwa sie do nastepnej komórki przy pomocy stolika XY, powtarzajac te operacje az do mo- mentu naswietlenia wszystkich komórek zbioru. 7. Urzadzenie do zapisu elementu optycznie zmienne- go, wyposazone w laser, migawke, ekspander wiazki lasero- wej, obiektyw i stolik XY, znamienne tym, ze miedzy ekspanderem (3) wiazki laserowej (L) a obiektywem (4) znajduje sie obraz (6) mapy komórki. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest element optycznie zmienny oraz sposób zapisu elementu optycznie zmiennego i urządzenie do zapisu elementu optycznie zmiennego.

Znane są elementy optycznie zmienne (EOZ) w postaci struktur dyfrakcyjnych i hologramów o typowej dla tego typu elementów rozdzielności rzędu 100 par linii/mm. Tego rodzaju elementami są mozaiki siatek dyfrakcyjnych. Jednym z najbardziej znanych elementów optycznie zmiennychjest tzw. „Kinegram” według szwajcarskiego zgłoszenia patentowego 04576, na którym widoczne są przy zmianie kąta obserwacji, różne płynnie zmieniające się obrazy. Efekt ten jest osiągany poprzez podział płaszczyzny elementu na komórki, z których każda jest z kolei podzielona na nierozróżnialne gołym okiem fragmenty przyporządkowane poszczególnym obrazom. Odpowiadające danemu obrazowi fragmenty różnych komórek zawierają siatki

ΠΊ 897 dyfrakcyjne w ten sposób, że przy odpowiednim kącie obserwacji wszystkie te komórki uginają światło w kierunku oka obserwatora. Przy zmianie kąta obserwacji widoczne stają się fragmenty komórek odpowiadające innemu obrazowi.

Wadą tych elementów jest ograniczenie ilości możliwych do zapisywania obrazów do pewnej ściśle zadanej liczby. W szczególności nie jest możliwe zrealizowanie takich obrazów o płynnie zmieniającym się obrazie optycznie zmiennym.

Znane sązjapońskich opisów patentowych JP 26684/91 i JP 79080 oraz międzynarodowego opisu zgłoszeniowego WO 91/03747 sposoby zapisu elementów optycznie zmiennych, w których stosuje się krzywoliniowe siatki dyfrakcyjne o ściśle określonym kształcie, co pozwala na osiągnięcie żądanych efektów zmienności optycznej. Znany też jest sposób zapisu elementu optycznie zmiennego metodą litograficzną.

Wadątego sposobujest wysoki koszt samego procesu oraz urządzeń do jego realizacji oraz zawężony zakres możliwych do uzyskania elementów optycznie zmiennych.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 5262879 znany jest też sposób zapisu elementu optycznie zmiennego (EOZ), w którym przetwarza się obrazy płaskie, wprowadzone przy pomocy skanera do pamięci komputera, na podzieloną na piksele siatkę dyfrakcyjną, tworzącą element optycznie zmienny. Siatka ta jest zapisywana komórka po komórce przy pomocy układu optycznego.

Wadą i tego sposobu jest także mała elastyczność, tzn. ograniczony zakres możliwych do uzyskania elementów optycznie zmiennych.

Znane są urządzenia do zapisu elementu optycznie zmiennego, złożone z lasera, migawki, ekspandera, obrotowo zamocowanej siatki dyfrakcyjnej, soczewki skupiającej, w której ognisku umieszczona jest przesłona w postaci ciemnego punktu zasłaniającego wiązkę nieugiętą przez siatkę dyfrakcyjną. Dalej znajduje się druga soczewka, która daje odpowiednio pomniejszony obraz siatki dyfrakcyjnej o podwójnej ilości linii na materiale światłoczułym, znajdującym się na stoliku XY.

Wadą tych urządzeń jest bardzo ograniczony zakres możliwych do uzyskania elementów optycznie zmiennych (EOZ), które mogą zawierać tylko siatki dyfrakcyjne o różnych orientacjach.

Wykonany zgodnie z wynalazkiem element optycznie zmienny, zawierający zbiór komórek dyfrakcyjnych, z których każda jest czysto fazowym hologramem Fouriera mapy kątów obserwacji, przyporządkowanej każdej z tych komórek, charakteryzuje się tym, że zbiór komórek ma co najmniej dwa podzbiory komórek. Każda z komórek pierwszego podzbioru komórek, znajdującego się w pierwszym obszarze, zgodnie z wynalazkiem jest halogramem Fouriera pierwszej mapy kątów obserwacji, natomiast każda z komórek drugiego podzbioru komórek, usytuowanego w drugim obszarze jest halogramem Fouriera drugiej mapy kątów obserwacji.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnie co najmniej jedna z komórek zbiorujest usytuowana w sąsiedztwie hologramu tęczowego (Bentona). Zbiór komórek może zawierać trzeci podzbiór komórek, usytuowanych w obszarze, który stanowi część wspólną pierwszego obszaru i drugiego obszaru, a każda z komórek tego trzeciego podzbiorujest hologramem Fouriera mapy kątów obserwacji, która jest sumą pierwszej mapy kątów obserwacji i drugiej mapy kątów obserwacji.

Wynalazek dotyczy także sposobu zapisu elementu optycznie zmiennego. Zgodnie z tym sposobem obraz mapy komórki, będący graficznym odwzorowaniem fazy transformaty Fouriera mapy kątów obserwacji przyporządkowanej komórce, najpierw oświetla się po otwarciu migawki rozszerzoną i zbieżną wiązką światła laserowego. Następnie obiektywem zmniejsza się tę mapę do żądanej wielkości, po czym odcina się wiązkąlaserowąprzy pomocy migawki. Materiał światłoczuły z zapisywanym na nim elementem przesuwa się do następnej komórki przy pomocy stolika i powtarza się te operacje aż do momentu naświetlenia wszystkich komórek zbioru.

Transformatę Fouriera mapy kątów obserwacji najlepiej oblicza się iteracyjnie. Po przeprowadzeniu przez obraz mapy komórki, rozszerzoną i zbieżną wiązkę światła laserowego korzystnie można modyfikować przy pomocy filtru, który umieszcza się w płaszczyźnie widma Fouriera obrazu mapy komórki.

1771897

Wynalazek dotyczy także urządzenia do zapisu elementu optycznie zmiennego, wyposażonego w laser, migawkę, ekspander wiązki laserowej, obiektyw i stolik, które charakteryzuje się tym, że między ekspanderem wiązki laserowej a obiektywem znajduje się obraz mapy komórki. Ponadto w ognisku ekspandera przed obiektywem znajduje się filtr, przeznaczony do modyfikacji widma Fouriera obrazu komórki.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest odtworzony na rysunku w ujęciu schematycznym, na którym fig. 1 przedstawia element optycznie zmienny wraz z mapąkątów obserwacji dla jednej komórki, fig. 2 ukazuje realizację sposobu zapisu elementu optycznie zmiennego, zaś fig. 3 przedstawia urządzenie do zapisu elementów optycznie zmiennych.

Element optycznie zmienny (EOZ), (fig. 1) zawiera strukturę, składającą się z małych komórek 1 będących czysto fazowymi halogramami Fouriera obrazów będących mapami M kątów widzialności komórek. W każdym z tych obrazów, na czarnym tle, występuje złożony z jasnych punktów obraz. Kąt alfa pomiędzy odcinkiem wiodącym od środka O mapy kątów do każdego z tych punktów i osiąOX reprezentuje jeden kierunek obserwacji elementu, długość tego odcinka R reprezentuje częstość przestrzenną i kąt pochylenia elementu, przy którym komórka ugina światło w tym kierunku, a jego jasność - względne natężenie światła odtwarzanego w tym kierunku i kolorze. Kompletny obraz złożony z powyższych punktów stanowi mapę kierunków, w których świecić będzie dana komórka przy oświetleniu jej światłem monochromatycznym. Przykładowo EOZ zawierający dwa, częściowo nakładające się na siebie obrazy OA i OB widoczne w różnych zakresach kątów obserwacji PA i PB, zawiera co najmniej 3 rodzaje komórek 1:

1. komórki zawarte tylko w obszarze obrazu OA, których mapa kątów obserwacji zawiera jasny obszar PA,

2. komórki zawarte tylko w obszarze obrazu OB, których mapa kątów obserwacji zawiera jasny obszar PB,

3. komórki zawarte w części wspólnej obrazów OA i OB, których mapa kątów obserwacji zawiera jasny obszar będący sumą obszarów PA i PB.

Mapa takajest przedstawiana w pamięci komputera w postaci macierzy liczb zespolonych, których moduły amplitudy są równe jasnościom odpowiednich punktów mapy, natomiast fazy dobrane są w postaci tzw. rozpraszacza (Dallas, Wyrowski), będącego macierzą liczb zespolonych o module 1, dobranego w sposób zapewniający możliwie maksymalnie równomierne rozłożenie modułu amplitudy w transformacie Fouriera tej macierzy. Macierz poddawana jest transformacji Fouriera, po czym z otrzymanej macierzy liczb zespolonych zapamiętywane sątylko wartości ich fazy (argumentu). Tabela wartości faz jest przedstawiana w postaci obrazu komórki, na której kolejne stopnie szarości reprezentują kolejne wartości fazy. Typowo obraz ten składa się z nieregularnych prążków. Odległości między tymi prążkami są w przybliżeniu stałe. Obraz komórki jest zapisywany w odpowiedniej skali na reliefowym materiale światłoczułym (fotorezyście), na którym stopnie szarości mapy komórki sąodzwierciedlane przez głębokość reliefu. Kolorowy, płaski obraz niezmienny optycznie lub zestaw takich obrazówjest przetwarzany na EOZ składaj ący się z opisanych powyżej komórek, w sposób zapewniaj ący maksymalnie czytelne odtworzenie go przy oglądaniu EoZ oświetlonego światłem białym z wcześniej założonych kierunków obserwacji. W powyższym przykładzie obraz OA jest widoczny przy stałym pionowym pochyleniu EOZ w szerokim zakresie kątów poziomych, a obraz OB jest widoczny przy dowolnym kącie obrotu EOZ wokół osi do niego prostopadłej i przy odpowiednim pochyleniu EOZ w jego płaszczyźnie.

Poza komórkami będącymi hologramami Fouriera, EOZ może na części swego obszaru zawierać hologram tęczowy (Bentona), standardowo stosowany jako element zabezpieczający. Hologram tęczowy może być zapisany w sposób analogowy, w tradycyjnym układzie optycznym lub po policzeniu go przez komputer, przy pomocy sterowanego komputerem urządzenia opisanego w dalszej części. Wzbogacenie opisanego tu EOZ przez hologram tęczowy zwiększa walory estetyczne EOZ.

Element optycznie zmienny (EOZ) zapisuje się w ten sposób, że oświetla się rozszerzoną i zbieżną wiązką L światła laserowego obraz 6 mapy komórki. Obraz ten jest otrzymany jako

177 897 graficzne odwzorowanie transformaty Fouriera mapy kątów obserwacji. Następnie, obiektywem 4, zmniejsza się tę mapę do żądanej gęstości prążków. Następnie odcina się wiązkę L przy pomocy migawki 2, a materiał światłoczuły, na którym zapisywanyjest element optycznie zmienny, przesuwa się stolikiem XY 5 do następnej komórki. Tę procedurę powtarza się tak długo, aż zostaną zapisane wszystkie komórki EOZ.

Korzystne jest, jeśli zbieżna wiązka L światła laserowego po przejściu przez obraz 6 mapy komórki jest modyfikowana przez filtr 7. Modyfikacja polega na tym, że zasłaniane są obszary odpowiadające kierunkom obserwacji, w których element optycznie zmienny (EOZ) ma nie być widoczny.

Jest pożądane, aby transformata Fouriera mapy kątów obserwacji (MKO) obliczana była iteracyjnie dla uzyskania jednorodnego modułu amplitudy zespolonej transformaty, co nie jest możliwe przy tradycyjnym, bezpośrednim sposobie liczenia transformaty. Iteracyjna metoda liczenia transformaty Fouriera polega na tym, że po policzeniu prostej transformaty Fouriera wszystkim składnikom macierzy wyjściowej, zmienia się moduły na moduł równy (taki rezultat jest najbardziej pożądany z punktu widzenia realizacji EOZ), liczy się odwrotną transformatę (wracając do MKO) i modułom elementów macierzy nadaje się wartości jasności elementów mapy bez zmiany fazy elementów macierzy. Wielokrotne (np. 20-krotne) powtórzenie tej procedury z zakończeniem po prostej transformacie, pozwala na uzyskanie bardzo dużej jednorodności modułów amplitudy macierzy wynikowej, przy minimalnych błędach odtworzenia mapy kątów obserwacji.

W urządzeniu do zapisu elementu optycznie zmiennego (EOZ), fig. 3, znajduje się laser, który stanowi źródło wiązki L światła monochromatycznego. Za laserem znajduje się migawka 2, a następnie ekspander 3 wiązki laserowej L. Ten ekspander 3 formuje rozszerzonąi zbieżną wiązkę L światła laserowego, której ognisko znajduje się przed obiektywem 4. Między tym ekspanderem 3, a obiektywem 4, znajduje się obraz 6 mapy komórki.

Urządzenie to może także posiadać w ognisku obrazowym ekspandera 3, znajdującym się przed obiektywem 4, filtr 7. Filtr ten modyfikuje widmo Fouriera obrazu komórki. Z urządzeniem połączony jest zewnętrznie komputer, sterujący migawkę 2 i przesuwem stolika XY 5.

ΥΊ 897

177 897

FIG. 3

177 897

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 eg?

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Element optycznie zmienny, zawierający zbiór komórek dyfrakcyjnych, przy czym każdy ze zbiorów jest czysto fazowym hologramem Fouriera mapy kątów obserwacji, przyporządkowanej każdej z tych komórek, znamienny tym, że zbiór komórek zawiera co najmniej dwa podzbiory komórek, a każda z komórek pierwszego podzbioru komórek, znajdującego się w pierwszym obszarze (OA) jest halogramem Fouriera pierwszej mapy kątów obserwacji (PA), natomiast każda z komórek drugiego podzbioru komórek znajdującego się w drugim obszarze (OB) jest hologramem Fouriera drugiej mapy kątów obserwacji (PB).
2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiór komórek zawiera trzeci podzbiór komórek zawartych w obszarze będącym częścią wspólną pierwszego obszaru (OA) i drugiego obszaru (OB); przy czym każda z komórek trzeciego podzbiorujest hologramem Fouriera mapy kątów obserwacji będącej sumą pierwszej mapy kątów obserwacji (PA) i drugiej mapy kątów obserwacji (PB).
3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że co naj mniej j edna z komórek jest usytuowana w sąsiedztwie halogramu tęczowego.
4. Sposób zapisu elementu optycznie zmiennego, znamienny tym, że obraz mapy komórki, będący graficznym odwzorowaniem fazy transformaty Fouriera mapy kątów obserwacji przyporządkowanej komórce oświetla się po otwarciu migawki rozszerzoną i zbieżną wiązką światła laserowego a następnie obiektywem zmniejsza się tę mapę do żądanej wielkości, po czym odcina się wiązkę laserową przy pomocy migawki, zaś materiał światłoczuły, z zapisywanym na nim elementem przesuwa się do następnej komórki przy pomocy stolika XY, powtarzając te operacje aż do momentu naświetlenia wszystkich komórek zbioru.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że po przeprowadzeniu przez obraz mapy komórki rozszerzonąi zbieżnąwiązkę (L) światła lasero wego modyfikuje się przy pomocy filtru, który umieszcza się w płaszczyźnie widma Fouriera obrazu mapy komórki.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że transformatę Fouriera mapy kątów obserwacji oblicza się literacyjnie.
7. Urządzenie do zapisu elementu optycznie zmiennego, wyposażone w laser, migawkę, ekspander wiązki laserowej, obiektyw i stolik XY, znamienne tym, że między ekspanderem (3) wiązki laserowej (L) a obiektywem (4) znajduje się obraz (6) mapy komórki.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że w usytuowanym przed obiektywem ognisku ekspandera (3) znajduje się filtr (7), modyfikujący widmo Fouriera obrazu komórki.