Результат интеллектуальной деятельности: ОПТИЧЕСКОЕ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛНОГО ПАРАЛЛАКСНОГО ДИФРАКЦИОННОГО ОПТИЧЕСКОГО ВАРЬИРУЕМОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к оптической технике для борьбы с подделками, а в частности - к оптическому защитному устройству с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Для предотвращения подделок широко применяют оптический защитный элемент с дифракционным оптическим варьируемым изображением (например, голограмму, динамическое дифракционное изображение и т.п.) в различной печатной продукции с высокой степенью защиты и высокой добавленной стоимостью, такой как банкноты, удостоверения личности и упаковки для продуктов, и удается достичь хорошего эффекта. Например, европейские банкноты большого номинала содержат участки горячей штамповки с дифракционным оптическим варьируемым изображением, в то время как банкноты малого номинала содержат полоски горячей штамповки с дифракционным оптическим варьируемым изображением. Валюта КНР, кроме номинала в один юань, содержит защитные нити типа «витражное окно» с дифракционным оптическим варьируемым изображением. Карты Visa, MasterCard и UnionPay содержат участки горячей штамповки с дифракционным оптическим варьируемым изображением; а в важных документах в Китае, таких как удостоверения личности, водительские права и паспорта, - также применяется технология защиты от подделок с использованием дифракционного оптического варьируемого изображения. В настоящее время в большинстве банкнот, кредитных карт, паспортов и т.п.в мире также применяется технология защиты от подделок с использованием дифракционного оптического варьируемого изображения.

[0003] Дифракционное оптическое варьируемое изображение в условиях освещения белым светом позволяет воссоздавать трехмерные изображения, динамически меняющиеся изображения, цветные меняющиеся изображения и т.п. и при освещении лазером или с помощью других вспомогательных средств (декодирующей пластины, лупы и т.п.) могут воссоздавать скрытый рисунок, кодированный рисунок и т.п. Первый представляет собой элемент для защиты от подделки, рассчитанный на широкую публику, в то время как последний элемент для защиты от подделки предназначен для профессионалов и экспертов. Оптическая структура этих продуктов для защиты от подделок представляет собой дифракционную решетку в виде поверхностного рельефа и обычно изготавливается путем переноса дифракционной структуры на базовый слой посредством прессовки.

[0004] Дифракционное оптическое варьируемое изображение в известных технических решениях может иметь параллакс только в одном направлении (в общем случае определенном как горизонтальное направление), и не иметь никакого параллакса в перпендикулярном направлении (определенном как вертикальное направление). То есть, трехмерные и динамические эффекты могут быть реализованы только в горизонтальном направлении, а не в вертикальном направлении. Это определяется оптическим строением решетки для существующего дифракционного оптического варьируемого изображения. Вследствие сильной хроматической дисперсии четкое изображение может быть получено при условии освещения белым светом, при этом приходится жертвовать параллаксом в вертикальном направлении. Кроме того, существующее дифракционное оптическое варьируемое изображение воссоздает изображение в направлении света уровня±1, но не воссоздает изображения в направлении отраженного света/проходящего света (уровень 0).

Сущность изобретения

[0005] Цель настоящего изобретения заключается в создании оптического защитного устройства с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения для решения проблемы создания полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения в условиях освещения белым светом.

[0006] Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение предлагает оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения, при этом указанное оптическое защитное устройство содержит: базовый слой; оптический блок, по меньшей мере частично покрывающий одну из поверхностей базового слоя и содержащий такую микрорельефную структуру, чтобы оптический блок представлял полное параллаксное изображение при воздействии на микрорельефную структуру путем освещения оптического блока белым светом.

[0007] В результате вышеуказанного технического решения настоящее изобретение путем комбинации с фазовой пластиной обеспечивает создание микрорельефной структуры и восстановление полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения в условиях освещения белым светом.

[0008] Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут детализированы в вариантах выполнения настоящего изобретения, описанных ниже.

Описание чертежей

[0009] Сопровождающие чертежи даны для облегчения более глубокого понимание настоящего изобретения и составляют часть настоящего документа. Они используются совместно с последующими вариантами выполнения настоящего изобретения для пояснения настоящего изобретения, но не должны пониматься как представляющие какое-либо ограничение настоящего изобретения. Сопровождающие чертежи даны для облегчения более глубокого понимания настоящего изобретения и составляют часть настоящего документа. На чертежах:

[0010] На фиг. 1 схематично показано оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению;

[0011] на фиг. 2 показана последовательность операций для вычисления фазы микрорельефной структуры согласно данному изобретению;

[0012] на фиг. 3 схематично показано другое оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению; и

[0013] на фиг. 4 схематично показано еще одно оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению.

Описание позиций

101 базовый слой

102 оптический блок

103 дублирующий слой

104 покрывающий слой

Подробное описание вариантов выполнения настоящего изобретения

[0014] Ниже подробно описаны некоторые варианты выполнения настоящего изобретения. Подразумевается, что варианты выполнения настоящего изобретения, описанные здесь, должны использоваться только для пояснения и интерпретации настоящего изобретения, но не для его ограничения.

[0015] На фиг. 1 схематично показано оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1, оптическое защитное устройство содержит базовый слой 101 и оптический блок 102, по меньшей мере частично покрывающий поверхность базового слоя 101. Как показано на фиг. 1, оптический блок 102 содержит такую микрорельефную структуру, чтобы, когда белый луч освещает оптический блок 102, этот оптический блок 102 при воздействии света на микрорельефную структуру выдает изображение с полным параллаксом. Термин «микрорельефная структура» относится к неоднородной микроструктуре, сформированному на двумерной поверхности согласно требованиям. Пояснение к «параллаксному изображению» следующее: вследствие того, что расстояние между двумя глазами человека равно приблизительно 65 мм, изображения объекта, видимые этими двумя глазами, немного отличаются, и это различие называется параллаксом. Параллаксное изображение может интерпретироваться как набор изображений объекта, имеющих определенную параллаксную зависимость и представленных под различными углами наблюдения. Параллаксная зависимость позволяет параллаксному изображению представлять динамические и трехмерные эффекты. «Полное параллаксное изображение» включает не только параллакс в горизонтальном направлении, но также и параллакс в других направлениях. «Полное параллаксное дифракционное оптическое варьируемое изображение» представляет дифракционное оптическое варьируемое изображение, восстанавливаемое белым светом и имеющее параллакс в горизонтальном направлении и параллакс в других направлениях, что отличается от дифракционного оптического варьируемого изображения, восстанавливаемого белым светом при наличие параллакса только в горизонтальном направлении, как имеет место в известных технических решениях.

[0016] Форма в сечении микрорельефного блока микрорельефной структуры может быть одной из следующих: синусоидальная, зигзагообразная и прямоугольная или может быть комбинацией любых двух или трех из синусоидальной, зигзагообразной и прямоугольной форм. Специалистам в данной области техники очевидно, что допустимы и другие формы кроме перечисленных. Термин «микрорельефный блок» относится к области, сформированной кривыми, соединяющими соседние точки минимумов или соседние точки максимумов в микрорельефной структуре, при этом эти кривые делят микрорельефную структуру на множество областей, каждая из которых представляет собой микрорельефный блок, и все микрорельефные блоки формируют микрорельефную структуру. То есть, микрорельефная структура состоит из множества микрорельефных блоков.

[0017] Фаза микрорельефной структуры, показанная на фиг. 1, получена посредством комбинирования фазовой пластины, а конкретный вариант выполнения настоящего изобретения описан со ссылкой на фиг. 2 следующим образом.

[0018] На фиг. 2 показана последовательность операций для вычисления фазы микрорельефной структуры согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 2, фаза микрорельефной структуры может быть получена посредством вычисления с использованием следующего способа:

[0019] На шаге 201 разлагают исходное представленное изображение на множество кадров изображения, соответствующих различным направлениям наблюдения.

[0020] Исходное изображение может быть создано посредством любого критерия согласно полному параллаксному динамическому и/или трехмерному эффектам, которые должны быть достигнуты. Можно использовать фотокамеру или видеокамеру для получения изображения фактического объекта под различными углами, программные продукты 3DS MAX, CAD, PhotoShop, CorelDRAW и т.п.могут использоваться для конструирования изображения, и изображения могут выводиться согласно соответствующим углам зрения.

[0021] В предположении, что после разложения имеются кадры m×n, где m и n --- положительные целые числа, амплитудное распределение кадров изображение равно O_p,q(x₀,y₀), где р=1,2,,…,m, q=1,2,,…,n и (х₀,у₀) - представляет точку на соответствующем кадре изображения, а вектор распространения равен , где е_р,q - единичный вектор соответствующего кадра изображения в направлении наблюдения, и λ - длина волны света для соответствующего кадра изображения в направлении наблюдения. В кадрах изображения m×n каждый кадр изображения содержит M×N пикселей, где М и N - положительные целые числа.

[0022] На шаге 202 получают комплексную амплитуду плоскости объекта согласно амплитуде различных кадров изображения и направляющих коэффициентов, связанных с различными кадрами изображения. Ниже это показано подробно: соответственно умножаем амплитуду каждого кадра изображения на направляющий коэффициент exp(jk_p,q⋅r_p,q(x₀,y₀)) каждого кадра изображения почленно и суммируем полученные результаты с получением комплексной амплитуды плоскости объекта, где r_p,q(х₀,у₀) - вектор положения.

[0023] Проиллюстрируем объяснение следующим образом:

[0024] Предположим, что комплексная амплитуда некоторого кадра изображения равна:

[0025] о_р,q(х₀,у₀)=O_p,q(х₀,у₀)ехр(jk_p,q⋅r₀(х₀,у₀))

[0026] где O_p,q(х₀,у₀) - амплитуда некоторого кадра изображения, а r₀(х₀,у₀) - вектор положения для этого определенного кадра изображения в точке (x₀,y₀);

[0027] Комплексная амплитуда плоскости объекта равна:

[0028] .

[0029] На шаге 203 выполняют обратное преобразование Френеля на комплексной амплитуде плоскости объекта с получением комплексной амплитуды света объекта на поверхности оптического блока 102. Поскольку расстояние между плоскостью объекта и оптическим блоком 102 мало, для того, чтобы удовлетворить условию преобразования Френеля берут, соответственно, пиксель в качестве блока для выполнения преобразование Френеля, в результате чего требуется произвести преобразования Френеля M×N раз.

[0030] На шаге 204 извлекают фазу комплексной амплитуды света объекта на поверхности оптического блока 102, полученную после обратного преобразования Френеля, принимают амплитудное значение комплексной амплитуды за 1 и удерживают фазу с получением фазы ψ(х,у) микрорельефной структуры.

[0031] На шаге 205 определяют, закончить ли операцию; если да, выполняют шаг 209, в противном случае выполняют шаг 206. Есть два способа, чтобы определить условие, при котором операцию заканчивают. Первый - вычисление комплексной амплитуды восстановленной микрорельефной структуры с фазой ψ(х,у) и сравнение ее с о(х₀,у₀), полученной на шаге 202; и когда погрешность меньше заданного значения (например, 10%), операцию завершают. Способ вычисления погрешности известен специалистам в данной области техники и здесь опущен, чтобы не загромождать изложения. Второй способ - задание количества циклов. В общем случае 5-10 операций в цикле позволяют добиться идеального результата. Поэтому стандартом для определения, следует ли закончить операцию, может быть проверка, выполнен ли цикл операции 5-10 раз. Например, можно задать значение, равное 6 раз.

[0032] На шаге 206 умножают комплексную амплитуду ехр(jψ(х,у)) микрорельефной структуры на заранее заданную комплексную амплитуду фазовой пластины.

[0033] На шаге 207 выполняют преобразование Френеля на результате умножения, полученном на шаге 206.

[0034] На шаге 208 разлагают результат, полученный после преобразования Френеля на шаге 207, на множество кадров изображения, соответствующих различным направлениям наблюдения, а затем принимают амплитуду комплексной амплитуды в каждом кадре изображения во множестве кадров изображений за 1 и удерживают фазу, а затем умножают ее на амплитуду из кадров исходного изображения с получением новой комплексной амплитуды плоскости объекта, и возвращаются на шаг 203 для проведения нового цикла.

[0035] На шаге 209 выводят результат.

[0036] Следует отметить, что специалистам очевидно, что в способе, показанном на фиг. 2, преобразование Френеля может быть выполнено на шаге 203, а обратное преобразование Френеля может быть выполнено на шаге 207. Специалистам очевидно, что в случае выполнения только одного цикла фаза микрорельефной структуры также быть получена, но эффект может не быть удовлетворительным. Если выполняют только 1 цикл, выполняют с шага 201 по шаг 208, а затем выполняют шаги 203-205 и шаг 209.

[0037] Функция фазовой пластины состоит в уменьшении хроматической дисперсии и увеличении резкости восстановленного изображения. Способ создания фазы фазовой пластины заключается в следующем: разложение фазовой пластины на множество пикселей; при этом размер и количество пикселей согласованы с размером и количеством пикселей каждого кадра изображения вышеуказанного исходного изображения. Таким образом, фазовая пластина оказывается разделена на пиксели. Затем повторно разделяют каждый пиксель фазовой пластины на подпиксели, имеющие то же самое количество кадров изображения, анализируемых из исходного изображения. Таким образом, каждый пиксель оказывается повторно разделен на подпиксели. Сопоставляют каждый подпиксель с фазовым значением, ассоциированным с направляющим коэффициентом соответствующего кадра изображения, с формированием фазы фазовой пластины.

[0038] Фазовое значение фазовой пластины может быть получено множеством способов. Ниже приводятся два примера, поясняющие способ получения фазового значения фазовой пластины:

[0039] Первый способ: желательное значение получают посредством умножения абсолютного значения вектора k_p,d распространения множества кадров изображения на первую константу C₁ и затем добавления второй константы С₂. Множество кадров изображения получают посредством разложения исходного изображения, которое представлено на шаге 201. Это --- простейшая фазовая пластина, и оптический блок 102, полученный посредством вычисления фазовой пластины указанным способом, имеет эффект радуги. Если желательно получить фазовую пластину с помощью этого способа, на исходное изображение накладывают следующие ограничения: количество пикселей, перекрывающихся в различных кадрах изображения (пиксели с интенсивностью 0 сюда не входят), должно быть как можно меньше, и доля наложения должна составить меньше 20%, предпочтительно - меньше 10%, иначе это влияет на резкость онлайн-изображения.

[0040] Второй способ: фазовое распространение фазовой пластины равно поверхности второго порядка плюс константа С3. В этом случае на исходное изображение нет почти никакого ограничения. Оптический блок 102, полученный посредством вычисления фазовой пластиной этим способом, дает эффект обесцвечивания.

[0041] Константа С₁ в вышеуказанных двух способах определяет область наблюдения полного параллаксного изображения, а С₂ и С₃ - определяют фронтальное направление наблюдения. Когда константы С₂ и С₃ равны 0, направление наблюдения - это направление отраженного света от защитного устройства.

[0042] Выходной сигнал, то есть фаза ψ(х,у) микрорельефной структуры, является фазовой функцией микрорельефной структуры, содержащей оптический блок 102, и имеет линейную зависимость от функцией типа h(x,y) поверхности микрорельефной структуры. Поэтому использование ψ(х,у) для управления устройством создания пластины позволяет создать оптическое защитное устройство согласно настоящему изобретению. Затем его превращают в продукт посредством процессов, таких как гальванопластика, тиснение/ультрафиолетовое копирование, покрытие, продольная резка и т.д.

[0043] Кроме того, каждый микрорельефный блок микрорельефной структуры, показанный на фиг. 1, может иметь размер 0,3-10 мкм по меньшей мере в одном боковом направлении, и предпочтительно 0,8-6 мкм. Указанное по меньшей мере одно боковое направление - это по меньшей мере одно направление в плоскости, где расположено оптическое защитное устройство или параллельное такой плоскости, а размеры других боковых направлений не ограничены. Скважность микрорельефной структуры (отношение выступающих частей к сумме выступающих и утопленных частей ниши) может составлять 0,2-0,8, а предпочтительно - 0,35-0,65.

Глубина микрорельефной структуры (также называемая продольным размером) может быть 0,02-3 мкм, а предпочтительно - 0,07-1 мкм. Предпочтительно, чтобы глубина микрорельефной структуры подчинялась следующим условиям: когда луч естественного (белого) света падает на микроструктуру, свет некоторой длины волны конструктивно интерферирует в направлении прошедшего и/или отраженного света так, чтобы оптическое защитное устройство выдавало первый цвет в направлении прошедшего и/или отраженного света, представляя второй цвет в направлении дифракции света. Если в материалах, составляющих оптическое защитное устройство, не содержится никакого селективного поглотительного материал, вышеуказанные первый и второй цвета - это дополнительные цвета.

[0044] «Глубина микрорельефной структуры» относится к разности высот между соседней максимальной и минимальной величинами микрорельефной структуры.

[0045] На фиг. 3 схематично показано другое оптического защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. З, оптическое защитное устройство может также содержать дублирующий слой 103, расположенный между базовым слоем 101 и оптическим блоком 102, при этом первая поверхность дублирующего слоя 103 связана с базовым слоем 101, а микрорельефная структура оптического блока 102 сформирована на второй поверхности дублирующего слоя 103. Добавление дублирующего слоя 103 позволяет легче дублировать микрорельефную структуру, и профиль углублений, сформированный во время процесса изготовления, может быть выполнен точнее.

[0046] На фиг. 4 схематично показано другое оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 4, оптическое защитное устройство дополнительно содержит покрывающий слой 104, который расположен на оптическом блоке 102 и может покрывать оптический блок 102, имея ту же форму, то есть, с использованием формы микрорельефной структуры для покрытия оптического блока 102 при сохранении формы. Конечно, настоящее изобретение не ограничено этим. Слой 104 может также покрывать оптический блок 102, имея любую форму. Покрывающий слой 104 может быть однослойной структурой или многослойной структурой. Покрывающий слой 104 может иметь рисунок, а если он представляет собой многослойную структуру, один слой, несколько слоев, или все ее слои могут иметь рисунок.

[0047] Материалы и структура покрывающего слоя 104 могут быть разными. Использование различных материалов и структур позволяет сформировать оптическое защитное устройство с использованием полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения, которое характеризуется различными эффектами. Например, если покрывающий слой 104 является единственным слоем диэлектрика с большим показателем преломления (ZnS, TiO₂ и т.п.), может быть сформировано прозрачное оптическое защитное устройство; если покрывающий слой 104 является единственным металлическим слоем (AI, Си и т.п.), может быть сформировано отражающее оптическое защитное устройство; и если покрывающий слой 104 является трехслойной оптической варьируемой структурой, содержащей металлический отражающий слой, диэлектрический слой, и поглощающий слой, оптическое защитное устройство может давать эффект изменения цвета. В этом случае различные толщины покрывающего слоя 104 также дают различные цветовые эффекты.

[0048] Кроме того, оптическое защитное устройство согласно настоящему изобретению может также содержать защитный слой и разделительный слой (не показан). Если имеется покрывающий слой 104, защитный слой может быть расположен на покрывающем слое 104; а если покрывающего слоя 104 нет, защитный слой может быть расположен на дублирующем слое 103. Добавление защитного слоя позволяет улучшить прочность защитного устройства. Разделительный слой расположен между базовым слоем 101 и дублирующим слоем 103. Цель добавления разделительного слоя состоит в возможности использования горячей штамповки. Конечно, настоящее изобретение этим не ограничено. Кроме того, между разделительным слоем и дублирующим слоем 103 можно ввести защитный слой. Кроме того, в любой слой можно ввести флуоресцирующее вещество, чтобы защитное устройство имело флуоресцентные свойства или флуоресцентный рисунок. В любые два диэлектрические слоя можно ввести магнитный диэлектрический слой, чтобы обеспечить чтение информации магнитным считывающим устройством.

[0049] Вышеуказанные примерны описывают некоторые предпочтительные решения для реализации настоящего изобретения. Кроме того, специалистам очевидно, что без отхода от концепции и духа настоящего изобретения могут быть сделаны различные эквивалентные преобразования или модификации. Кроме того, полученные технические решения также относятся к объему настоящего изобретения.

[0050] Конструкция полного параллаксного дифракционного оптического варьируемого изображения позволяет перегруппировать различные кадры изображения в естественном порядке параллакса согласно установленному правилу, что позволяет не только получить неожиданный визуальный эффект, но и улучшить рабочие характеристики защитного устройства в отношении борьбы с подделками. Например, изображение с горизонтальным параллаксом может быть заменено на изображение с вертикальным параллаксом, чтобы получить полные параллаксное динамическое и/или трехмерное изображение, которое характеризуется ортогональным динамическим эффектом.

[0051] Следует пояснить, что микрорельефная структура, создаваемая согласно настоящему изобретению, может использоваться в комбинации с микроструктурами других известных форм (например, голограммами, динамическими дифракционными диаграммами и т.п.).

[0052] Хотя выше описаны некоторые предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения, это изобретение не ограничено деталями описанных вариантов его выполнения, и специалисты в данной области техники могут делать модификации и вариации технической схемы данного изобретения без отхода от его духа, однако все эти модификации и вариации входят в объем настоящего изобретения.

[0053] Кроме того, следует отметить, что технические функции, описанные в вышеуказанных вариантах выполнения настоящего изобретения, могут сочетаться любым подходящим образом при условии, что в комбинации не возникает никакого конфликта технических признаков. Чтобы избежать ненужного повторения, такие возможные комбинации здесь не описаны.

[0054] Кроме того, различные варианты выполнения настоящего изобретения могут свободно комбинироваться по требованию, пока эти комбинации не отклоняются от идеала и духа настоящего изобретения. Однако такие комбинации следует рассматривать как попадающие в объем настоящего изобретения.