RU174679U1

RU174679U1 - Micro-optical system for the formation of visual images with kinematic effects

Info

Publication number: RU174679U1
Application number: RU2017104534U
Authority: RU
Inventors: Антон Александрович Гончарский; Александр Владимирович Гончарский; Святослав Радомирович Дурлевич; Дмитрий Владимирович Мельник
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Компьютерной Голографии"
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2017-10-25

Abstract

Микрооптическая система формирования визуальных изображений состоит из фрагментов многоградационных плоских цилиндрических линз Френеля и дифракционных решеток. Выбор параметров многоградационных линз и дифракционных решеток обеспечивает возможность формирования изображения, состоящего из черных и белых полос с кинематическими эффектами движения, при углах дифракции менее 60°. При углах дифракции более 60° на всей области микрооптической системы наблюдатель видит другое цветное изображение. Технический результат заключается в расширении возможностей визуального контроля, а также в повышении защищенности микрооптической системы от подделок. 9 ил.The micro-optical system for the formation of visual images consists of fragments of multi-gradation flat cylindrical Fresnel lenses and diffraction gratings. The choice of parameters of multi-gradation lenses and diffraction gratings provides the possibility of forming an image consisting of black and white stripes with kinematic effects of motion, at diffraction angles of less than 60 °. At diffraction angles of more than 60 °, the observer sees a different color image throughout the entire area of the micro-optical system. The technical result is to expand the capabilities of visual control, as well as to increase the security of the micro-optical system from fakes. 9 ill.

Description

Заявляемая в качестве полезной модели микрооптическая система формирования визуальных изображений относится преимущественно к приспособлениям, используемым для удостоверения подлинности изделий, и может быть эффективно использована для защиты банкнот и ценных бумаг.Declared as a utility model, a micro-optical system for generating visual images relates mainly to devices used for authentication of products, and can be effectively used to protect banknotes and securities.

В настоящее время с целью предотвращения подделки банкнот, ценных бумаг, документов, пластиковых карт используют различные защитные технологии. Это могут быть водяные знаки, ныряющие нити, голограммы, внедренные жидкокристаллические оптические элементы, изменяющие поляризацию падающего света, латентные изображения и т.п. (van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 3^rd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2^nd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4).Currently, in order to prevent counterfeiting of banknotes, securities, documents, plastic cards, various protective technologies are used. It can be watermarks, diving threads, holograms, embedded liquid crystal optical elements that change the polarization of the incident light, latent images, etc. (van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 3 ^{rd ed. British Library Cataloguing in Publication} Data, 2005, ISBN 1-58053-258-6, van Renesse, Rudolf L, Optical Document Security, 2 ^nd ed. British Library Cataloguing in Publication Data, 1998, ISBN 0-89006-982-4).

Одной из основных проблем контроля подлинности документов, банкнот, пластиковых карт является разработка новых оптических элементов защиты для визуального контроля. Такие элементы должны допускать надежный визуальный контроль, слабо зависящий от условий освещения. Защитные элементы должны быть хорошо защищены от подделки или имитации и допускать массовое тиражирование. Современной тенденцией в области защиты банкнот и ценных бумаг является использование различных кинематических визуальных эффектов.One of the main problems of authenticating documents, banknotes, plastic cards is the development of new optical security elements for visual control. Such elements should allow reliable visual control, slightly dependent on lighting conditions. Protective elements should be well protected from counterfeiting or imitation and allow mass replication. The current trend in the protection of banknotes and securities is the use of various kinematic visual effects.

Близкой к заявленной полезной модели является микрооптическая система формирования визуальных изображений (ЕА 017394 (В1)). В этом патенте эффекты кинематического движения фрагментов изображения формируются внеосевыми плоскими линзами Френеля.Close to the claimed utility model is a micro-optical visual imaging system (EA 017394 (B1)). In this patent, the effects of the kinematic motion of image fragments are formed by off-axis flat Fresnel lenses.

Наиболее близкой (прототип) по совокупности признаков является патент на полезную модель (RU 127208).The closest (prototype) in terms of features is a patent for a utility model (RU 127208).

В патенте на полезную модель (RU 127208) описана микрооптическая система, позволяющая визуально контролировать в углах дифракции не более 40° кинематический эффект движения фрагментов изображения, формируемых внеосевыми линзами Френеля. При больших углах дифракции изображение, формируемое линзами Френеля, исчезает, и наблюдатель видит другое цветное изображение. К недостаткам предложенных технических решений можно отнести то, что эта технология неприменима для узких нитей, шириной менее 4-5 мм.The utility model patent (RU 127208) describes a micro-optical system that allows you to visually control at the diffraction angles not more than 40 ° the kinematic effect of the motion of image fragments formed by off-axis Fresnel lenses. At large diffraction angles, the image formed by Fresnel lenses disappears, and the observer sees a different color image. The disadvantages of the proposed technical solutions include the fact that this technology is not applicable for narrow threads with a width of less than 4-5 mm.

Задачей является расширение по сравнению с прототипом возможностей визуального контроля на голографические защитные нити шириной менее 5 мм, а также повышение защищенности и ограничение круга технологий, которые позволяют синтезировать данный визуальный эффект.The objective is to expand, compared with the prototype, the possibilities of visual control on holographic security threads with a width of less than 5 mm, as well as increase security and limit the range of technologies that allow synthesizing this visual effect.

Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается в заявленной микрооптической системе формирования визуальных изображений, состоящей из размещенного на плоской подложке однослойного плоского дифракционного оптического элемента, отличающейся тем, что область оптического элемента разбита на две непересекающиеся области F⁽¹⁾ и F⁽²⁾. Каждая из областей состоит из областей R_ij, размером до 200 микрон, i=1, 2, … N; j=1, 2, … М, где N и М - число разбиений областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ на элементарные области по осям координат. Каждая из областей R_ij содержит элементарную область Q_ij, которая заполняется дифракционными решетками. В областях

и

которые состоят из всех точек (х, у) областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾, за исключением областей, заполненных дифракционными решетками, формируются плоские дифракционные оптические элементы с заданными фазовыми функциями, зависящими только от одной координаты ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у) соответственно. Фазовые функции ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у) отличаются только знаком, при этом при наклонах оптического элемента на углы менее 60° наблюдатель видит в каждой из областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ изображение, состоящее из черных и белых полос, причем изображения в областях F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ двигаются навстречу друг другу. При углах дифракции более 60° наблюдатель видит на всей области микрооптической системы другое цветное изображение.The problem is achieved with the achievement of the specified technical result is solved in the claimed micro-optical system for the formation of visual images, consisting of a single-layer flat diffractive optical element placed on a flat substrate, characterized in that the region of the optical element is divided into two disjoint regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ . Each of the regions consists of regions R _ij , up to 200 microns in size, i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M, where N and M are the number of partitions of the domains F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ into elementary regions along the coordinate axes. Each of the regions R _ij contains an elementary region Q _ij , which is filled with diffraction gratings. In areas

and

which consist of all points (x, y) of the regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ , with the exception of the regions filled with diffraction gratings, plane diffractive optical elements are formed with given phase functions that depend on only one coordinate ϕ ⁽¹⁾ (y ) and ϕ ⁽²⁾ (y), respectively. The phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y) differ only in sign, and when the optical element is tilted at angles less than 60 °, the observer sees in each of the areas F ⁽¹⁾ and F ^{(2) an} image consisting from black and white stripes, and the images in the areas F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ move towards each other. At diffraction angles of more than 60 °, the observer sees a different color image on the entire area of the microoptical system.

Микрооптическая система состоит из фрагментов бинарных дифракционных решеток и многоградационных дифракционных оптических элементов с заданной фазовой функцией.The micro-optical system consists of fragments of binary diffraction gratings and multi-gradation diffraction optical elements with a given phase function.

Микрооптическая система может быть синтезирована так, что область Q_ij занимает площадь в пределах 15-50% от площади каждой из элементарных областей R_ij. Микрооптическая система формирования визуальных изображений может быть выполнена, при необходимости, с возможностью частичного отражения и частичного пропускания света.The micro-optical system can be synthesized so that the region Q _ij occupies an area within 15-50% of the area of each of the elementary regions R _ij . The micro-optical system for forming visual images can be performed, if necessary, with the possibility of partial reflection and partial transmission of light.

В частном случае, микрооптическая система формирования визуальных изображений выполнена с возможностью отражения света.In the particular case, the micro-optical system for forming visual images is configured to reflect light.

Также в частном случае микрооптическая система формирования визуальных изображений выполнена с возможностью пропускания света.Also in the particular case, the micro-optical system for forming visual images is configured to transmit light.

Микрооптическая система формирования визуальных изображений используется в виде защитной метки для защиты банкнот и ценных бумаг.The micro-optical visual imaging system is used as a security label to protect banknotes and securities.

Совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение заявленного технического результата.The combination of the claimed features ensures the achievement of the claimed technical result.

Сущность полезной модели поясняется изображениями, где на фиг. 1 приведена схема наблюдения микрооптической системы; на фиг. 2 приведена схема разбиения микрооптической системы на области F⁽¹⁾ и F⁽²⁾; на фиг. 3 приведена схема разбиения областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ на области R_ij; на фиг. 4 приведено изображение области

на фиг. 5 приведены графики фрагментов фазовых функций ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у); на фиг. 6 приведены фрагменты микрорельефов микрооптической системы в областях

и

на фиг. 7 приведено изображение микрооптической системы при углах дифракции θ, равных 30° и 35°; на фиг. 8 приведена схема наблюдения микрооптической системы при больших углах дифракции; на фиг. 9 приведено изображение, видимое при больших углах дифракции более 60°.The essence of the utility model is illustrated by images, where in FIG. 1 shows a diagram of the observation of a micro-optical system; in FIG. Figure 2 shows a diagram of the partition of a micro-optical system into F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ ; in FIG. 3 shows a partition scheme of the domains F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ into the regions R _ij ; in FIG. 4 shows an image of the area

in FIG. Figure 5 shows graphs of fragments of the phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y); in FIG. Figure 6 shows fragments of microreliefs of a microoptical system in regions

and

in FIG. 7 shows an image of a micro-optical system at diffraction angles θ equal to 30 ° and 35 °; in FIG. Figure 8 shows the observation scheme of a micro-optical system at large diffraction angles; in FIG. Figure 9 shows an image visible at large diffraction angles of more than 60 °.

Микрооптическая система, заявленная в настоящем техническом решении, представляет собой плоский фазовый оптический элемент, состоящий из дифракционных решеток и многоградационных дифракционных элементов. На фиг. 1 приведена схема наблюдения микрооптической системы 1 при освещении ее точечным источником 2, видимого наблюдателем 3 под углом θ. На фиг. 2 приведена схема разбиения микрооптической системы на области F⁽¹⁾ и F⁽²⁾. Граница между областями F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ на фиг. 2 является прямой линией. Микрооптическая система может быть изготовлена так, что линия раздела будет волнистой или ломаной линией. На фиг. 3 приведена схема разбиения областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ на области R_ij, i=1, 2, … N; j=1, 2, … M, где N и М - число разбиений областей F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ на элементарные области по осям координат. Размеры элементарных областей R_ij не превышают 200 микрон. Внутри областей R_ij содержатся элементарные области Q_ij, которые заполнены дифракционными решетками разного периода и разной ориентации. На фиг. 4 приведено изображение области

Точки (х, у), принадлежащие

закрашены серым цветом. Аналогично, построена структура области

В областях

и

формируются многоградационные дифракционные оптические элементы, фазовые функции которых ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у) являются функциями только аргумента (у). Направление оси Оу совпадает с направлением защитной нити. В заявке на полезную модель используются как многоградационные, так и бинарные плоские оптические элементы - дифракционные решетки, расположенные в областях Q_ij. Фазовая функция бинарного оптического элемента имеет только два уровня.The micro-optical system claimed in this technical solution is a flat phase optical element consisting of diffraction gratings and multi-gradation diffraction elements. In FIG. Figure 1 shows the observation scheme of a micro-optical system 1 when illuminated by a point source 2, which is visible to observer 3 at an angle θ. In FIG. Figure 2 shows a diagram of the partition of a microoptical system into the regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ . The boundary between regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ in FIG. 2 is a straight line. The micro-optical system can be made so that the dividing line is a wavy or broken line. In FIG. 3 is a diagram of the partition of regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ into regions R _ij , i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M, where N and M are the number of partitions of the domains F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ into elementary regions along the coordinate axes. The sizes of the elementary regions R _ij do not exceed 200 microns. Inside areas R _ij contains elementary regions Q _ij, which are filled with different grating periods and different orientations. In FIG. 4 shows an image of the area

Points (x, y) belonging

grayed out. Similarly, the structure of the region

In areas

and

multigradation diffraction optical elements are formed whose phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y) are functions of only argument (y). The direction of the Oy axis coincides with the direction of the security thread. The application for a utility model uses both multi-gradation and binary flat optical elements - diffraction gratings located in the regions Q _ij . The phase function of a binary optical element has only two levels.

Плоский оптический элемент однозначно задается своей фазовой функцией, которая в общем случае является функцией двух координат ϕ(х, у). Фазовая функция однозначно задает микрорельеф дифракционного оптического элемента. При нормальном падении излучения на отражающий плоский фазовый оптический элемент глубина микрорельефа дифракционного элемента h(х, у) вычисляется как h(x, y)=0.5 ϕ(х, у) (Гончарский А.В., Гончарский А.А. «Компьютерная оптика. Компьютерная голография». Изд-во МГУ, Москва 2004, ISBN 5-211-04902-0).A flat optical element is uniquely determined by its phase function, which in the general case is a function of two coordinates ϕ (x, y). The phase function uniquely sets the microrelief of the diffractive optical element. Under normal incidence of radiation on a reflecting flat phase optical element, the microrelief depth of the diffraction element h (x, y) is calculated as h (x, y) = 0.5 ϕ (x, y) (Goncharsky A.V., Goncharsky A.A. “Computer optics. Computer holography. "Publishing House of Moscow State University, Moscow 2004, ISBN 5-211-04902-0).

Дифракционные оптические элементы в областях

и

задаются фазовыми функциями ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у), которые отличаются только знаком. На фиг. 5(а) приведен график фрагмента фазовой функции ϕ⁽¹⁾(у) в области

На фиг. 5(б) приведен график фрагмента фазовой функции ϕ⁽²⁾(у) в области

На сегменте [ef] фазовые функции ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у) равны нулю. Такие участки дифракционного оптического элемента, где фазовая функция равна нулю, отвечают за формирование черных полос на изображении. Белые полосы на изображении формируются в областях сегмента [fg], где фазовая функция отлична от нуля. Различие знаков фазовых функций ϕ⁽¹⁾(у) и ϕ⁽²⁾(у) обеспечивает встречное движение изображений в областях F⁽¹⁾ и F⁽²⁾, формируемых при углах дифракции θ<60°. На фиг. 6(а) и 6(б) представлены фрагменты микрорельефов дифракционного оптического элемента в областях

и

соответственно. Глубина микрорельефа в точке (х, у) на фиг. 6(а) и 6(б) пропорциональна потемнению в этой точке. Ось Оу направлена по горизонтали. Размер фрагментов не превышает 500 микрон.Diffractive optical elements in areas

and

are determined by the phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y), which differ only in sign. In FIG. Figure 5 (a) shows a graph of a fragment of the phase function ϕ ⁽¹⁾ (y) in the region

In FIG. 5 (b) shows a graph of a fragment of the phase function ϕ ⁽²⁾ (y) in the region

On the segment [ef], the phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y) are equal to zero. Such sections of the diffractive optical element, where the phase function is equal to zero, are responsible for the formation of black bands in the image. White stripes in the image are formed in areas of the [fg] segment, where the phase function is nonzero. The difference in the signs of the phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y) ensures counter-motion of the images in the regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ formed at diffraction angles θ <60 °. In FIG. Figures 6 (a) and 6 (b) show fragments of microreliefs of a diffractive optical element in regions

and

respectively. The depth of the microrelief at the point (x, y) in FIG. 6 (a) and 6 (b) is proportional to the darkening at this point. The Oy axis is directed horizontally. The size of the fragments does not exceed 500 microns.

На фиг. 7 приведено изображение микрооптической системы (нити, шириной 3 миллиметра) при углах дифракции θ, равных 30° (фиг. 7(a)) и 35° (фиг. 7(б)). Как видно из фиг. 7(a) и 7(б) изображения в областях F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ состоят из черных и белых полос, которые двигаются навстречу друг другу при увеличении или уменьшении угла θ.In FIG. 7 shows an image of a micro-optical system (filament, 3 mm wide) at diffraction angles θ equal to 30 ° (Fig. 7 (a)) and 35 ° (Fig. 7 (b)). As can be seen from FIG. 7 (a) and 7 (b), the images in the areas F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ consist of black and white stripes that move towards each other with increasing or decreasing angle θ.

На фиг. 8 приведена схема наблюдения микрооптической системы при больших углах дифракции. В этом случае наблюдатель видит изображение нити под углом более 60°. При углах дифракции более 60° изображение формируется фрагментами дифракционных решеток из областей Q_ij, i=1, 2, … N; j=1, 2, … M. Размер элементарных областей Q_ij не превышает 200 микрон, что находится за пределами разрешающей способности зрения человека. При углах θ менее 60° изображение формируется дифракционными оптическими элементами, расположенными в областях

и

In FIG. Figure 8 shows the observation scheme of a microoptical system at large diffraction angles. In this case, the observer sees the image of the thread at an angle of more than 60 °. At diffraction angles of more than 60 °, the image is formed by fragments of diffraction gratings from the regions Q _ij , i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M. The size of the elementary regions Q _ij does not exceed 200 microns, which is beyond the resolution of human vision. At angles θ less than 60 °, the image is formed by diffractive optical elements located in regions

and

Изображение при углах θ менее 60° является монохроматическим в отличие от изображения, видимого при углах θ более 60°, которое является цветным. На фиг. 9 приведен вариант двухцветного изображения (в красном и зеленом цвете). Красный цвет на фиг. 9 условно обозначен как черный, зеленый - условно обозначен как серый. Для формирования цветного изображения периоды решеток выбираются в диапазоне от 0.4 до 0.7 микрона. Дифракционные оптические элементы в областях

и

изготавливаются как многоградационные микрооптические элементы, глубина микрорельефа которых для элементов, работающих на отражение, составляет порядка 0.3 микрона. Точность изготовления микрорельефа дифракционных микрооптических элементов должна составлять порядка 20 нанометров (Гончарский А.А. «Об одной задаче синтеза нанооптических элементов». Журнал «Вычислительные методы и программирование». 2008. Т. 9. С. 405). Такие точности недостижимы для широко распространенных оптических методов записи оригиналов оптических защитных элементов. В настоящее время существуют сотни компаний, работающих в области оптических защитных технологий. Практически все компании используют оптические методы записи оригиналов. Предложенную микрооптическую систему нельзя подделать или имитировать с использованием такого оборудования.The image at angles θ less than 60 ° is monochromatic, in contrast to the image visible at angles θ more than 60 °, which is color. In FIG. Figure 9 shows a variant of a two-color image (in red and green). The red color in FIG. 9 is conventionally designated as black, green is conventionally designated as gray. To form a color image, the periods of the gratings are selected in the range from 0.4 to 0.7 microns. Diffractive optical elements in areas

and

They are made as multi-gradation micro-optical elements, the microrelief depth of which for elements operating on reflection is about 0.3 microns. The accuracy of manufacturing the microrelief of diffractive micro-optical elements should be about 20 nanometers (A. Goncharsky, “On a Problem of the Synthesis of Nano-Optical Elements.” Journal “Computational Methods and Programming.” 2008. V. 9. P. 405). Such accuracy is unattainable for widespread optical recording methods of originals of optical security elements. Currently, there are hundreds of companies operating in the field of optical security technology. Almost all companies use optical methods for recording originals. The proposed micro-optical system cannot be faked or imitated using such equipment.

Центральным моментом технологии является запись оригинала микрооптической системы. Микрооптические системы, предложенные в заявленной полезной модели, изготавливаются с помощью электронно-лучевой технологии. Электронно-лучевая литография имеет очень высокое разрешение (не хуже 0.1 микрона) и требуемую точность изготовления микрорельефа порядка 20 нанометров. Электронно-лучевая технология не является распространенной и очень наукоемка, что надежно защищает заявленные в полезной модели микрооптические системы от подделок.The central point of the technology is the recording of the original micro-optical system. Micro-optical systems proposed in the claimed utility model are manufactured using electron beam technology. Electron beam lithography has a very high resolution (no worse than 0.1 microns) and the required accuracy of the microrelief manufacturing is about 20 nanometers. Electron beam technology is not common and very high-tech, which reliably protects the micro-optical systems declared in the utility model from fakes.

Таким образом, основные отличия заявленной микрооптической системы от прототипа заключаются в следующем:Thus, the main differences of the claimed microoptical system from the prototype are as follows:

1. Заявленная микрооптическая система состоит из многоградационных дифракционных оптических элементов (плоских цилиндрических линз) и фрагментов дифракционных решеток, в отличие от прототипа, в котором кинематические эффекты движения формируются с помощью дифракционных линз Френеля.1. The claimed micro-optical system consists of multi-gradation diffractive optical elements (flat cylindrical lenses) and fragments of diffraction gratings, in contrast to the prototype, in which the kinematic effects of motion are formed using Fresnel diffraction lenses.

2. Заявленные микрооптические системы расширяют возможности использования кинематических эффектов движения по сравнению с прототипом. Предложенная в заявке на полезную модель технология позволяет изготавливать защитные оптические нити с минимальной шириной порядка 2 мм. С помощью дифракционных линз Френеля (прототип) можно изготавливать защитные оптические нити шириной не менее 4 мм. Защитные нити шириной более 4 мм, как правило, используются для защиты банкнот больших номиналов. Для защиты банкнот меньших номиналов используются нити шириной 3 мм и менее. Такие нити высокого уровня защищенности могут быть изготовлены с использованием технологии, предложенной в данной заявке на полезную модель.2. The claimed micro-optical systems expand the possibilities of using kinematic effects of motion in comparison with the prototype. The technology proposed in the application for a utility model makes it possible to produce protective optical fibers with a minimum width of about 2 mm. Using Fresnel diffraction lenses (prototype), it is possible to produce protective optical filaments with a width of at least 4 mm. Security threads wider than 4 mm are typically used to protect large denominations. To protect banknotes of lower denominations, threads of a width of 3 mm or less are used. Such high security threads can be made using the technology proposed in this application for a utility model.

3. Заявленная микрооптическая система обладает большей защищенностью, поскольку используемые дифракционные оптические элементы в областях

и

являются многоградационными. Такие элементы можно изготовить только с помощью электронно-лучевой литографии с точностью формирования микрорельефа не хуже 20 нанометров. (Гончарский А.А. «Об одной задаче синтеза нанооптических элементов». Журнал «Вычислительные методы и программирование». 2008. Т. 9. С. 405).3. The claimed micro-optical system has greater security, since the used diffractive optical elements in the areas

and

are multi-grad. Such elements can only be made using electron beam lithography with an accuracy of microrelief formation of at least 20 nanometers. (A. Goncharsky, “On a Problem of the Synthesis of Nano-Optical Elements”. Journal “Computational Methods and Programming.” 2008. V. 9. P. 405).

Заявляемая полезная модель допускает массовое тиражирование оптических элементов, поскольку для их изготовления можно использовать стандартную технологию тиражирования голограмм. На практике, процесс изготовления плоского оптического элемента включает следующие стадии: расчет параметров и структуры микрорельефа плоских оптических элементов, формирующих защитные изображения, формирование рассчитанного микрорельефа на плоском носителе с помощью электронно-лучевой литографии. Далее следует стандартная технология массового тиражирования голограмм, а именно, гальванопластика, прокатка, нанесение клеевых слоев, резка и т.д. Возможность использования стандартного голографического оборудования для массового тиражирования позволяет изготавливать заявляемые в качестве полезной модели микрооптические защитные системы по низкой цене.The inventive utility model allows for mass replication of optical elements, because for their manufacture, you can use the standard technology for replicating holograms. In practice, the manufacturing process of a flat optical element includes the following stages: calculation of the parameters and structure of the microrelief of the flat optical elements forming protective images, the formation of the calculated microrelief on a flat medium using electron beam lithography. The following is the standard technology for the mass replication of holograms, namely, electroforming, rolling, applying adhesive layers, cutting, etc. The possibility of using standard holographic equipment for mass replication makes it possible to produce microoptical protective systems declared as a utility model at a low price.

В качестве примера реализации полезной модели была изготовлена отражающая голографическая нить для защиты банкнот и ценных бумаг шириной 3 мм. Для изготовления нити был изготовлен оригинал защитного оптического элемента размером 30×30,42 мм.As an example of the implementation of the utility model, a reflective holographic thread was made to protect banknotes and securities with a width of 3 mm. For the manufacture of the thread was made the original protective optical element measuring 30 × 30.42 mm

Схема деления нити на области F⁽¹⁾ и F⁽²⁾ приведена на фиг. 2. Каждая из областей представляет собой полосу шириной 1.5 мм. Для формирования изображения нити при больших углах дифракции θ>60° использовались дифракционные решетки с периодами 0.45 и 0.55 микрона, расположенные в областях Q_ij, i=1, 2, … N; j=1, 2, … M. Размер областей R_ij, i=1, 2, … N; j=1, 2, … M равен 200 микрон (фиг. 3). Общая площадь областей Q_ij составляла 20% от площади нити. В областях

и

были сформированы многоградационные микрооптические элементы, фазовые функции фрагментов которых приведены на фиг. 5. Глубина микрорельефа дифракционных оптических элементов порядка 0.3 микрона.A scheme for dividing the filament into the regions F ⁽¹⁾ and F ^{(2) is} shown in FIG. 2. Each of the areas is a strip 1.5 mm wide. To image the filament at large diffraction angles θ> 60 °, we used diffraction gratings with periods of 0.45 and 0.55 microns located in the regions Q _ij , i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M. The size of the regions R _ij , i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M is 200 microns (Fig. 3). The total area of the Q _ij regions was 20% of the yarn area. In areas

and

multi-gradation micro-optical elements were formed, the phase functions of the fragments of which are shown in FIG. 5. The depth of the microrelief of diffractive optical elements of the order of 0.3 microns.

Микрорельеф оригинала плоского оптического элемента размером 30×30,42 мм записывался с помощью электронно-лучевой литографии (электронный литограф Carl Zeiss ZBA-21) на пластинах с электронным резистом. Разрешение электронного литографа - 0,1 микрона. Из изготовленных пластин с электронным резистом после их металлизации с помощью гальванопластики были изготовлены мастер-матрицы микрооптических систем. После стандартной голографической процедуры мультипликации были изготовлены мультиплицированные мастер-матрицы, с которых были изготовлены рабочие матрицы для прокатки. На стандартном оборудовании для прокатки была изготовлена голографическая фольга шириной 20 см. После нанесения клеевых слоев и резки были изготовлены образцы голографической нити шириной 3 мм.The microrelief of the original 30 × 30.42 mm flat optical element was recorded using electron beam lithography (Carl Zeiss ZBA-21 electronic lithograph) on plates with an electronic resist. The resolution of the electronic lithograph is 0.1 microns. Master plates of micro-optical systems were made from manufactured plates with an electronic resist after metallization using electroforming. After the standard holographic animation procedure, multiplied master matrices were made, from which working matrices for rolling were made. A holographic foil 20 cm wide was made using standard rolling equipment. After applying adhesive layers and cutting, samples of a holographic thread 3 mm wide were made.

Изготовленные образцы нити продемонстрировали высокую эффективность предложенной в заявке на полезную модель технологии. Цветное изображение, видимое при больших углах дифракции, более 60°, приведено на фиг. 9. Монохроматическое изображение, видимое при углах дифракции менее 60°, представлено на фиг. 7. Монохроматическое изображение является ярким, состоящим из черных и белых полос, двигающихся навстречу друг другу при наклоне голографической нити вверх-вниз.The fabricated yarn samples demonstrated the high efficiency of the technology proposed in the application for a utility model. The color image visible at large diffraction angles of more than 60 ° is shown in FIG. 9. A monochromatic image visible at diffraction angles of less than 60 ° is shown in FIG. 7. The monochromatic image is bright, consisting of black and white stripes moving towards each other when the holographic filament is tilted up and down.

Приведенный пример продемонстрировал высокие возможности заявленной в полезной модели технологии синтеза микрооптических систем для защиты банкнот и ценных бумаг.The given example demonstrated the high capabilities of the synthesis technology of micro-optical systems declared in a utility model for protecting banknotes and securities.

Claims

Micro-optical system for the formation of visual images, consisting of a single-layer plane diffractive optical element located on a flat substrate, characterized in that the region of the optical element is divided into two disjoint regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ , each of the regions consists of regions R _ij , size up to 200 microns, i = 1, 2, ... N; j = 1, 2, ... M, where N and M are the number of partitions of the domains F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ into elementary regions along the coordinate axes, each of the regions R _ij contains an elementary region Q _ij , which is filled with diffraction gratings, in areas of

and

, which consist of all points (x, y) of the regions F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ , with the exception of the regions filled with diffraction gratings, planar diffractive optical elements are formed with given phase functions that depend on only one coordinate ϕ ⁽¹⁾ ( y) and ϕ ⁽²⁾ (y), respectively, with the phase functions ϕ ⁽¹⁾ (y) and ϕ ⁽²⁾ (y) differing only in sign, while the observer sees in each of the tilts of the optical element at angles less than 60 ° areas F ⁽¹⁾ and F ^{(2) the} image consisting of black and white stripes, and the images in areas F ⁽¹⁾ and F ⁽²⁾ move towards each other, and at diffraction angles of more than 60 ° the observer sees a different color image on the entire area of the micro-optical system.