RU2110411C1

RU2110411C1 - Holographic device for reproduction of coding elements

Info

Publication number: RU2110411C1
Application number: RU95105798A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Гальперн; Н.В. Копий; Л.Е. Левандовская; А.А. Парамонов; Ю.С. Скворцов; М.Н. Сокольский; В.П. Трегуб; Б.И. Утенков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1998-05-10
Also published as: RU95105798A

Abstract

FIELD: protection of securities and documents against forgery. SUBSTANCE: in the known Fourier hologram reproduction system the point source of reference wave is transferred from the front focal plane of the Fourier optical system of object image transformation to infinity. The Fourier-transform optical system has a cylindrical lens and an optical round cylinder installed for rotation about its axis, and hologram is made on reflecting material. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике средств защиты ценных бумаг и документов от подделки, а более конкретно к голографическим средствам защиты. The invention relates to techniques for protecting securities and documents from counterfeiting, and more particularly to holographic security devices.

Известны схемы голографических устройств, которые основаны на использовании метода сопряженной опорной волны [1]. В этих схемах между объектом и плоскостью регистрации голограммы располагается фазово-искажающая среда (например, просветный диффузно-рассеивающий экран). При освещении зарегистрированной голограммы волной сопряженной опорной волне, использовавшейся при записи, за искажающей средой формируется действительное изображение объекта. Если на этапе восстановления изображения искажающая среда отсутствует, то изображение либо не формируется, либо искажается. Known schemes of holographic devices, which are based on the use of the conjugate reference wave method [1]. In these schemes, a phase-distorting medium (for example, a translucent diffuse-scattering screen) is located between the object and the plane of registration of the hologram. When a recorded hologram is illuminated by a conjugate reference wave used during recording, a real image of the object is formed behind the distorting medium. If at the stage of image restoration there is no distorting medium, then the image is either not formed or is distorted.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является голографическое устройство для воспроизведения кодирующих элементов по [2], состоящее из источника когерентного излучения, экрана, с окном для опорной волны и коном для визуализации голограммы, расположенного в передней фокальной плоскости оптической системы Фурье преобразования изображения объекта, в задней фокальной плоскости которой расположен фоточувстительный слой, на котором зарегистрирована голограмма. Излучение, продифрагировавшее на голограмме, пройдя через оптическую систему, формирует изображение объекта в том месте, где он находился при записи, т.е. в передней фокальной плоскости оптической системы. Closest to the proposed invention is a holographic device for reproducing coding elements according to [2], consisting of a coherent radiation source, a screen, with a window for the reference wave and a horse for visualizing a hologram located in the front focal plane of the optical Fourier transform system of the image of the object in the back the focal plane of which the photosensitive layer is located on which the hologram is recorded. The radiation diffracted on the hologram, passing through the optical system, forms an image of the object in the place where it was during recording, i.e. in the front focal plane of the optical system.

Недостатки аналогов и прототипа заключаются в следующем:
1. Размеры голограммы должны быть настолько велики, чтобы она перехватывала все лучи, рассеянные фазовоискажающей средой в противном случае в изображении появляется шум, величина которого быстро растет с уменьшением размера голограммы;
2. При реальном использовании схемы в кодирующих устройствах этап записи и восстановления изображения осуществляется в двух устройствах, в которых должны быть использованы полностью идентичные образцы фазово-искажающих сред;
3. Простота расшифровки объекта зарегистрированного на голограмме, так как достаточно осветить голограмму плоской волной, пропустить продифрагировавшее излучение через любую оптическую систему, осуществляющую преобразование Фурье и получить в фокальной плоскости кодируемое изображение;
4. Высокая чувствительность к заклонам и поворотам голограммы. Она должна быть плоской и располагаться перпендикулярно оптической оси устройства, в противном случае резко снижается качество изображения. Последнее обстоятельство делает практически невозможным использование прототипа для контроля ценных бумаг и документов, имеющих неровные, смятые поверхности, т. к. при этом из-за снижения качества изображения уменьшается степень распознаваемости подлинности документа;
5. Устройство считывания, используемое для контроля подлинности ценных бумаг и документов должно быть достаточно компактным, потому в нем могут быть использованы малогабаритные полупроводниковые лазеры или светодиоды, которые являются маломощными источниками излучения, поэтому желательно все излучение от восстанавливающего источника сфокусировать на голограмме. Схема прототипа не позволяет этого, так как голограмма освещается плоской волной.The disadvantages of analogues and prototype are as follows:
1. The dimensions of the hologram must be so large that it intercepts all the rays scattered by the phase-distorting medium; otherwise, noise appears in the image, the value of which increases rapidly with decreasing size of the hologram;
2. When the circuit is actually used in encoding devices, the image recording and restoration step is performed in two devices in which completely identical samples of phase-distorting media should be used;
3. The simplicity of decoding the object recorded on the hologram, since it is enough to illuminate the hologram with a plane wave, pass the diffracted radiation through any optical system that performs the Fourier transform, and obtain an encoded image in the focal plane;
4. High sensitivity to slopes and turns of the hologram. It should be flat and located perpendicular to the optical axis of the device, otherwise the image quality sharply decreases. The latter circumstance makes it practically impossible to use the prototype to control securities and documents having uneven, wrinkled surfaces, because at the same time, the recognition of the authenticity of the document is reduced due to a decrease in image quality;
5. The reader used to verify the authenticity of securities and documents must be compact enough, because it can use small-sized semiconductor lasers or LEDs, which are low-power radiation sources, so it is desirable to focus all the radiation from the reducing source on the hologram. The prototype scheme does not allow this, since the hologram is illuminated by a plane wave.

Задачей предлагаемого изобретения является:
1. Увеличение сложности несанкционированной расшифровки информации, зарегистрированной на голограмме, за счет уменьшения размеров голограммы и увеличения разрешающей способности устройства;
2. Увеличение степени распознаваемости подлинности документа;
3. Уменьшение требуемой мощности излучения восстанавливающего источника.The objective of the invention is:
1. An increase in the complexity of unauthorized decryption of information recorded on a hologram by reducing the size of the hologram and increasing the resolution of the device;
2. The increase in the degree of recognition of the authenticity of the document;
3. Reducing the required radiation power of the reducing source.

Задача решается в предлагаемом устройстве для воспроизведения кодирующих элементов, состоящем из установленных последовательно источника когерентного излучения, помещенного в фокальную плоскость коллимационной линзы, экрана, содержащего окно для формирования опорной волны, оптической системы Фурье преобразования изображения объекта и слоя, на котором зарегистрирована голограмма. Экран расположен в передней, а голограмма в задней фокальных плоскостях оптической системы Фурье преобразования изображения объекта. Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что в него дополнительно введены фотодиоды, расположенные в передней фокальной плоскости оптической системы Фурье преобразования изображения объекта, которая состоит из цилиндрической линзы и оптического круглого цилиндра, установленных так, что оптическая ось круглого цилиндра лежит в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оптической оси устройства, а самая дальняя образующая цилиндра по ходу оптического луча, лежащая в плоскости пересечения оптической оси устройства и оптической оси цилиндра, принадлежит задней фокальной плоскости оптической системы Фурье преобразования и соприкасается со слоем, на котором зарегистрирована голограмма. Голограмма выполнена на отражательном материале. Оптический круглый цилиндр может быть установлен с возможностью вращения вокруг своей оси. The problem is solved in the proposed device for reproducing coding elements, consisting of a coherent radiation source installed in series, placed in the focal plane of a collimation lens, a screen containing a window for forming a reference wave, an Fourier optical system for transforming the image of the object and the layer on which the hologram is recorded. The screen is located in the front, and the hologram in the rear focal planes of the Fourier optical system transforms the image of the object. The proposed device differs from the prototype in that it additionally incorporates photodiodes located in the front focal plane of the optical Fourier transform system of the image of the object, which consists of a cylindrical lens and an optical round cylinder, installed so that the optical axis of the round cylinder lies in the horizontal plane and is perpendicular optical axis of the device, and the farthest generatrix of the cylinder along the optical beam lying in the plane of intersection of the optical axis of the device and the optical The horizontal axis of the cylinder belongs to the rear focal plane of the optical Fourier transform system and is in contact with the layer on which the hologram is recorded. The hologram is made on reflective material. An optical round cylinder can be mounted rotatably around its axis.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известной схеме воспроизведения Фурье голограмм сферическая оптическая система Фурье преобразования заменена на цилиндрическую, состоящую из цилиндрической линзы и оптического круглого цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а голограмма выполнена на отражательном материале. The essence of the invention lies in the fact that in the well-known scheme for reproducing Fourier holograms, the spherical optical Fourier transform system is replaced by a cylindrical one consisting of a cylindrical lens and an optical round cylinder mounted for rotation around its axis, and the hologram is made on reflective material.

На фиг. 1 и 2 показана оптическая схема голографического устройства для воспроизведения кодирующих элементов (фиг.1 - вид сбоку, фиг.2 - вид сверху)
Голографическое устройство для воспроизведения кодирующих элементов состоит из установленных последовательно источника когерентного излучения 1, помещенного в фокальную плоскость коллимационной линзы 2, экрана 3, содержащего фотодиоды 4 и окно для формирования опорной волны 5; оптической системы Фурье преобразования изображений объекта, которая состоит из цилиндрической линзы 6 и оптического круглого цилиндра 7, голограммы 8. При этом экран 3 расположен в передней, а голограмма 8 в задней фокальных плоскостях оптической системы Фурье преобразования изображения объекта. Цилиндрическая линза 6 и оптический круглый цилиндр 7, расположены так, что оптическая ось круглого цилиндра лежит в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оптической оси устройства, а самая дальняя образующая цилиндра по ходу оптического луча, лежащая в плоскости пересечения оптической оси устройства и оптической оси цилиндра, принадлежат задней фокальной плоскости оптической системы Фурье преобразования и соприкасается со слоем, на котором зарегистрирована голограмма 8. Голограмма 8 выполнена на отражательном материале.In FIG. 1 and 2 show an optical diagram of a holographic device for reproducing coding elements (Fig. 1 is a side view, Fig. 2 is a top view)
A holographic device for reproducing coding elements consists of a sequentially installed coherent radiation source 1 placed in the focal plane of a collimation lens 2, a screen 3 containing photodiodes 4 and a window for generating a reference wave 5; optical Fourier system for transforming images of an object, which consists of a cylindrical lens 6 and an optical round cylinder 7, a hologram 8. In this case, the screen 3 is located in the front and the hologram 8 in the rear focal planes of the optical Fourier transform of the image of the object. The cylindrical lens 6 and the optical round cylinder 7 are arranged so that the optical axis of the round cylinder lies in the horizontal plane and is perpendicular to the optical axis of the device, and the farthest generatrix of the cylinder along the optical beam lying in the plane of intersection of the optical axis of the device and the optical axis of the cylinder the back focal plane of the optical Fourier transform system and is in contact with the layer on which the hologram 8 is registered. The hologram 8 is made on reflective material.

В схеме используется ОКП 880.30.091, СГ-94 Ю-30.76.011 в качестве источника когерентного излучения 1. The scheme uses OKP 880.30.091, SG-94 Yu-30.76.011 as a source of coherent radiation 1.

Голограмма 8 записана на рельефно-фазовом светочувствительном материале (фоторезисте) "Композиция светочувствительной" СК-17 ТУ6-14-14-158-86 затем, используя метод гальванопластики, изготовлена металлическая матрица, с помощью которой осуществляется тиснение голограммы на металлизированной пленке. Пленка приклеивается или выпечатывается на различных бумагах и документах. The hologram 8 is recorded on a phase-sensitive photosensitive material (photoresist) “Photosensitive Composition” SK-17 TU6-14-14-158-86 then, using the method of electroforming, a metal matrix is made by means of which the hologram is embossed on a metallized film. The film is glued or printed on various papers and documents.

В схеме использованы фотодиоды 4 КФДМ гр А (СГ-94 АГЦ 368. 030 ТУ). The photodiodes 4 KFDM gr A (SG-94 AGC 368. 030 TU) were used in the circuit.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На окно 5 для формирования опорной волны падает параллельный пучок когерентного излучения от источника 1, расположенного в фокусе коллимационной линзы 2. Оптическая система Фурье преобразования изображения объекта 6, 7 фокусирует излучение в виде узкой полоски на голограмме 8 расположенной вдоль образующей круглого цилиндра 7 в непосредственном контакте с ним. Продифрагировавший на голограмме 8 пучок света 6, 7 попадает на фотодиоды 4, расположенные там, где располагалась матрица 4 с кодирующими элементами, которые выдают соответствующий сигнал. Круглый цилиндр 7 на этапе воспроизведения может вращаться вокруг своей оси. Такое вращение позволяет осуществить относительное перемещение считывающего устройства и контролируемого документа при поиске кодированной голограммы. Цилиндр 7 прижимает документ к ровной поверхности, за счет чего происходит выравнивание поверхности голограммы. A parallel beam of coherent radiation from a source 1 located at the focus of a collimation lens 2 is incident on a window 5 for forming a reference wave. The Fourier optical system for transforming the image of an object 6, 7 focuses the radiation in the form of a narrow strip on a hologram 8 located along a generatrix of a circular cylinder 7 in direct contact with him. The beam of light 6, 7, diffracted on the hologram 8, falls onto the photodiodes 4 located where the matrix 4 was located with coding elements that provide the corresponding signal. The round cylinder 7 in the reproduction step can rotate around its axis. Such rotation allows for relative movement of the reader and the document being monitored when searching for an encoded hologram. The cylinder 7 presses the document to a flat surface, due to which the surface of the hologram is aligned.

Использование цилиндрических оптических элементов позволяет увеличить сложность несанкционированной расшифровки информации, зарегистрированной на голограмме, а, следовательно, и сложность подделки документов. Так как ширина кодированной голограммы может составлять сотые доли миллиметра. Она может скрываться в окружающем орнаменте. Кроме того, для воспроизведения изображения кодирующих элементов надо использовать цилиндрическую оптику, изготовление которой сложно трудоемко. Использование прижимного вращающегося цилиндра при воспроизведении кодирующих элементов позволяет выровнить поверхность голограммы и тем самым повысить качество восстановленного изображения, что увеличивает распознаваемость подлинного документа. Фокусировка восстанавливающего излучения на голограмму позволяет уменьшить требуемую мощность излучения восстанавливающего источника и использовать в качестве последнего полупроводниковые лазеры, что значительно сокращает габариты и стоимость устройства контроля. The use of cylindrical optical elements allows to increase the complexity of unauthorized decryption of information recorded on the hologram, and, consequently, the complexity of forgery of documents. Since the width of the encoded hologram can be hundredths of a millimeter. She can hide in the surrounding ornament. In addition, to reproduce the image of the coding elements, it is necessary to use cylindrical optics, the manufacture of which is difficult time-consuming. The use of a clamping rotating cylinder during the reproduction of coding elements makes it possible to smooth the surface of the hologram and thereby improve the quality of the reconstructed image, which increases the recognition of the original document. Focusing the reducing radiation on the hologram reduces the required radiation power of the reducing source and uses semiconductor lasers as the latter, which significantly reduces the size and cost of the control device.

Используемая литература:
1. Р. Кольер "Оптическая голография", М., "Мир", 1973, с. 416 - 417.Used Books:
1. R. Collier "Optical holography", M., "Mir", 1973, p. 416 - 417.

2. Р. Кольер "Оптическая голография", М., "Мир", 1973, с. 436 (прототип). 2. R. Collier "Optical holography", M., "Mir", 1973, p. 436 (prototype).

Claims

1. A holographic device for reproducing coding elements, consisting of a coherent radiation source sequentially placed in the focal plane of a collimation lens, a screen containing a window for generating a reference wave, an optical Fourier transform system for the image of the object and the layer on which the hologram is recorded, the screen is located in the front, and the hologram is in the rear focal planes of the optical system of the Fourier transform of the image of the object, characterized in that in additionally introduced photodiodes located in the front focal plane of the optical Fourier transform system of the image of the object, which consists of a cylindrical lens and an optical round cylinder, installed so that the optical axis of the round cylinder lies in a horizontal plane and is perpendicular to the optical axis of the device, and the farthest the cylinder generatrix along the optical beam lying in the plane of intersection of the optical axis of the device and the optical axis of the cylinder belongs to the rear focal plane optical system of the Fourier transform and is in contact with the layer on which the hologram is recorded, while the hologram is made on reflective material.

2. The device according to claim 1, characterized in that the optical round cylinder is mounted to rotate around its axis.