НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЕГО АУТЕНТИЧНОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G06K19/16 

Область техники
Изобретение относится, в основном к носителям информации с дифракционными структурами, и может быть в частности использовано в носителях информации с дифракционными структурами, тип которых указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Такие носители информации особенно пригодны для использования в качестве защитных элементов для документов различных видов, так как они снабжаются информационными элементами, которые могут обнаруживаться невооруженным глазом или оптическими устройствами только при освещении когерентным светом.

Предшествующий уровень техники
В случае голограмм Фурье, Френеля и Фраунгофера голографически записанный объект невидим при освещении обычным, практически некогерентным светом. Однако объект может быть восстановлен как реальное или виртуальное изображение, если голограмму освещать когерентным светом. С другой стороны, в случае голограмм, полученных в белом свете, например радужных голограмм, или для некоторых объемных голограмм записанный объект может также различаться и при освещении обычным светом. С обзором области голографии можно ознакомиться в книге "Handbook of Optical Holography", выпущенной издательством Academic Press, Inc. в 1979 г.

В опубликованной заявке ФРГ (DE-OS) N 4237415 описывается носитель информации с голограммой преобразования Фурье, которая при освещении лазерным лучом воспроизводит изображение голографически записанного двумерного объекта, которое может быть показано на соответствующем экране. Для получения видимого изображения объекта на экране достаточно, чтобы лазерный луч освещал лишь небольшую часть голограммы. Более конкретно, голограммы Фурье обладают теми достоинствами, что изображение, реконструированное таким образом, независимо от перемещений носителя информации и имеет большую глубину фокуса. В вышеупомянутой книге в части, относящейся к голографии Фурье, указывается, что процесс реконструкции является получением не только единственного прямого изображения объекта, но и вторичного сопряженного изображения. При перпендикулярном падении лучей света образуются два изображения, точечно-симметричных по отношению к оси лазерного луча, имеющих одинаковую яркость.

Пример двух изображений объекта, представляющего слово "CSIRO", которые образуются при освещении голограммы Фурье когерентным светом, приведен на фотографиях в книге "Optical Holography", P. Hariharan в серии "Cambridge Studies in Modern Optics: 2", опубликованных издательством Cambridge University Press (ISBN О 521 31163 2).

Сочетание голограммы Фурье с голограммой, которая видима при освещении обычным светом, известно по карточке Eurocheck, буквы "ABNH" которой становятся видимыми на экране при освещении когерентным светом, например лазером.

Голограммы Фурье могут быть выполнены, например, в виде микрорельефных структур, так называемых поверхностных рельефов, так что они могут достаточно дешево тиражироваться тиснением в термопластичном слое или выдавливанием в материале, отверждаемом УФ-излучением. При освещении лазером, излучающим видимый свет, на соответствующем экране видны два изображения одинаковой яркости.

Вместо голографии Фурье также можно использовать голограммы, генерируемые компьютером, для получения заранее определенных изображений. Для этой цели наиболее подходит киноформ, который может быть выполнен в виде поверхностного рельефа.

Из заявки ЕР 0604943 известны носитель информации и устройство для проверки его аутентичности. Такой носитель информации относится к голограммам, которые записываются с помощью обычной техники голографии путем взаимного наложения объектного пучка и опорного пучка и которые невозможно скопировать. В частности, описывается голограмма, относящаяся к типу воспроизводимых в монохроматическом свете, которая имеет несколько голограмм с различными участками изображения, записанными в одной и той же области с использованием различных направлений падения опорного пучка. Для воспроизведения записанных голограмм и получения полного изображения устройство, известное из ЕР 0604943, должно одновременно направлять на голограмму несколько лучей монохроматического света. Это техническое решение рассматривается в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения.

Краткое описание сущности изобретения
Одним объектом настоящего изобретения является носитель информации, как изложено в п. 1 формулы изобретения. Возможные его варианты описаны в подчиненных пунктах формулы. Другим объектом изобретения является устройство для подтверждения аутентичности носителя информации, описанное в п. 9 формулы изобретения.

Воплощение изобретения представляет собой носитель информации, при освещении которого когерентным светом можно получить изображение, которое может быть сделано видимым на экране и/или которое может быть проверено в отношении распределения интенсивностей с помощью фотодетекторов, размещенных соответствующим образом, и которое не может быть ни имитировано, ни скопировано с использованием техники голографии.

Способ, посредством которого можно реализовать изобретение, основывается на идее устранения свойства, которое присуще голограммам, а именно, когда голограмма освещена когерентной световой волной, получается прямое и сопряженное изображения объекта, которые воспроизводят одинаковое содержание изображения и которые имеют примерно одинаковую яркость, или по крайней мере обеспечения различия двух изображений по силе света. Для случая носителя информации это достигается тем, что для получения изображения объекта используются такие дифракционные структуры, которые разделяют падающий когерентный свет на лучи, имеющие различные интенсивности. Для этой цели наиболее пригодны дифракционные структуры с асимметричным профилем.

Для использования носителя информации в качестве защитного элемента с высокой степенью защиты от подделки, во-первых, необходимо устройство для проверки защитного элемента, которое должно быть сконструировано таким образом, чтобы прямое и сопряженное изображения единственного объекта были видны на экране одновременно наложенными друг на друга (или одно рядом с другим), но с различными уровнями яркости. Во-вторых, желательно, чтобы дифракционные структуры носителя информации имели такую конфигурацию, чтобы два разных объекта записывались на одной структуре. При восстановлении прямое изображение первого объекта перекрывается с сопряженным изображением второго объекта и наоборот. Поскольку прямые изображения значительно ярче, чем сопряженные изображения, то прямые изображения легко распознаются невооруженным глазом. В случае голографического воспроизведения или подделки прямое и сопряженное изображения двух объектов имеют примерно одинаковую яркость так, что, во-первых, изображения на экране могут восприниматься в большей или меньшей степени как светлое и темное грязные пятна и, во-вторых, оба изображения кажутся примерно одинаковыми.

Краткое описание чертежей
Конструктивное выполнение изобретения описано ниже более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет поперечное сечение носителя информации с дифракционными структурами в виде многослойной пленки,
фиг. 2 - вид документа с носителем информации,
фиг. 3а, 3b - изображения дифракционных узоров,
фиг. 4a - 4c - схемы дифракционных решеток с пилообразной формой профиля,
фиг. 5 - рисунки узоров, которые могут быть получены с помощью дифракционных структур,
фиг. 6 - дополнительные рисунки узоров, которые могут быть получены с помощью дифракционных структур,
фиг. 7 - изображения с текстом,
фиг. 8 - устройство для визуальной проверки информации, скрытой в носителе информации,
фиг. 9 - устройство для аппаратной проверки информации, скрытой в носителе информации.

На фиг. 1 приведен поперечный разрез (не в масштабе) носителя информации 2 в виде многослойной пленки 1. Многослойная пленка 1 состоит из несущей пленки 3, на которой в определенной последовательности размещены промежуточный слой 4, первый лаковый слой 5, отражающий слой 6, второй лаковый слой 7 и клейкий слой 8. Дифракционные структуры 9 вытиснены в двух лаковых слоях 5, 7. Дифракционные структуры 9 представляют собой микрорельефы, которые могут быть реализованы в виде решетчатых структур, геометрические параметры которых (расстояние между линиями, их ориентация и форма профиля) изменяются локально определенным образом. Дифракционные структуры 9, изображенные на фиг. 1, представляют собой одномерную решетку, ориентированную вдоль оси X, с асимметричной пилообразной формой профиля. Решетка 9 характеризуется расстоянием d между линиями и высотой h профиля. Решетка 9 преломляет и отражает часть падающих лучей 10 лазера в виде лучей 11 в направлении первого положительного дифракционного максимума и в виде лучей 12 в направлении первого отрицательного дифракционного максимума. Остальная часть падающих лучей 10 лазера отражается в нулевом дифракционном направлении. Лазер излучает лучи 10 монохромного когерентного света с длиной волны λ. Расстояние d между линиями выбрано таким образом, чтобы на основании соотношения sin⊖_n= n^*λ/d, где n - целое число и ⊖_n - угол n-го дифракционного максимума, дифракционные максимумы имели место только для n=1 и n=-1. Из-за асимметричной формы профиля решетки 9 интенсивность лучей 11 больше, чем интенсивность лучей 12. В связи с этим параметры d и h решетки 9 с пилообразным профилем желательно выбирать таким образом, чтобы сила света лучей 11 была по крайней мере в два раза больше силы света лучей 12. Однако при использовании пилообразных профилей, даже при массовом производстве, возможно получение отношений интенсивностей лучей 11 и 12 порядка 10:1, которое легко распознается глазом как различные уровни яркости.

Дифракционные структуры 9 получаются тиснением в лаковом слое 5, например, с помощью нагретого штампа, в виде микроструктур, для чего слой 5 должен включать термопластичный материал. Такой процесс тиснения известен, например, из описания патента Швейцарии N 661683. В другом процессе, известном из описаний патентов США N 4758296 и N 4840757, дифракционные структуры 9 формируются в лаковом слое 5 прессованием, для чего лаковый слой 5 должен содержать лак, отверждаемый УФ-излучением. Для нанесения отражающего слоя 6 могут использоваться металлы, например алюминий, или диэлектрические материалы с показателем преломления, заметно отличающимся от показателей преломления лаковых слоев 5 и 7.

В зависимости от оптических характеристик и от толщины отражающего слоя 6 и от оптических характеристик лаковых слоев 5 и 7 лучи 11 и 12 отражаются и/или пропускаются.

Рельеф дифракционных структур 9 имеет типичную высоту профиля, которая находится в диапазоне 0,1 - 1,5 мкм, в то время как диапазон расстояний между линиями дифракционных структур 9 составляет примерно 0,1 - 10 мкм. Нанесение второго лакового слоя 7, толщина которого может составлять от 0,15 мкм до 1,5 мкм (например, 1 мкм), полностью выравнивает рельеф. Одинаковый материал, например термопластичный акриловый полимерный лак, рекомендуется использовать для обоих лаковых слоев 5 и 7.

Второй лаковый слой 7 служит связующим грунтом между отражающим слоем 6 и клейким слоем 8. Этот слой также может и не использоваться.

На фиг. 2 приведен вид документа 13 с носителем 2 информации, используемым в качестве защитного элемента. Таким документом может быть банкнота, паспорт, карточка удостоверения, кредитная карточка, ценная бумага и т. п. Носитель 2 информации наклеивается на документ 13 в процессе переноса, причем несущая пленка 3 многослойной пленки 1 (фиг. 1) удаляется после того, как носитель информации наклеен на документ 13. Носитель информации 2 включает три части поверхности 14, 15 и 16, одинакового размера, расположенные вплотную одна к другой и содержащие дифракционные структуры 9 (фиг. 1) в форме решеток с асимметричной формой профиля. Такое расположение трех частей поверхности вплотную одна к другой также называют соположением. Три решетки имеют одинаковую форму и высоту профиля h (фиг. 1), но разную ориентацию φ₁, φ₂ и φ₃, которые отличаются по отношению к опорному направлению и могут быть, например, -10^o, -180^o и 10^o. Дифракционные решетчатые структуры 9 трех частей поверхности 14, 15 и 16 формируют дифракционный узор 17. При освещении дифракционного узора 17 лучом 10 лазера или когерентным светом (фиг. 1), падающим перпендикулярно к поверхности, в результате дифракции на решетках трех частей поверхности 14, 15 и 16 возникают лучи в направлениях различных дифракционных максимумов, имеющие различные уровни интенсивности. Интенсивность различных лучей может быть достаточно просто сделана видимой как узор элементов, имеющих различный уровень яркости, на экране, расположенном в плоскости, параллельной плоскости носителя 2 информации, если длина волны λ луча 10 лазера находится в видимой части электромагнитного спектра (фиг. 8).

Размеры дифракционного узора 17 меньше, чем эффективный диаметр луча 10 лазера, имеющий, например, размер 1,0 мм. Обычные размеры узора 0,2 мм. Дифракционный узор 17, таким образом, воспринимается обычно невооруженным глазом как точка (а может и вообще не восприниматься) с нормального расстояния наблюдения 30 см при освещении обычным, некогерентным светом. Внутренняя структура узора 17 также не может быть различима невооруженным глазом и остается скрытой от него. Документ 13 преимущественно включает множество идентичных дифракционных узоров 17, которые разнесены таким образом, что всегда хотя бы один узор находится в луче 10 лазера.

На фиг. 3а представлен узор 18a, который дает на экране дифракционный узор 17. В узор 18a входят три элемента 19 с высокой яркостью и три элемента 20 малой яркости, которые производятся шестью лучами первого дифракционного порядка. Яркий элемент 19 показан на рисунке в форме очерченного светлого круга, в то время как элемент 20 малой яркости показан в форме черного круга. Такое представление ярких и неярких поверхностей используется и на следующих чертежах. Поскольку части поверхности 14, 15 и 16 (фиг. 2) имеют одинаковую площадь и их решетки ориентированы, как указано выше, то яркости трех элементов 19 одинаковы, также одинаковы и яркости элементов 20: узор 18a симметричен по отношению к направлению падения луча 10 лазера, который перпендикулярен к дифракционному узору 17, таким образом, что элементу, имеющему малую яркость и являющемуся точечно-симметричным, соответствует яркий элемент 19. Геометрическая форма частей поверхности 14, 15 и 16 и их взаимное расположение не имеют никакого влияния на узор 18, если расстояние d между линиями решетки в каждом случае достаточно мало по сравнению с размерами соответствующих частей 14, 15 и 16. Будут ли лучи, связанные с более высокими дифракционными порядками, также различаться на экране в виде элементов, зависит от различных условий. С одной стороны, расстояние d между линиями решетки и длина λ волны лазера определяют, какие дифракционные порядки имеют место. С другой стороны, размеры и форма экрана и его расположение относительно носителя 2 информации так же, как любые элементы апертуры, которые могут быть обеспечены, определяют, какие лучи попадут на экран. Интенсивности лучей также зависят от формы профиля решетки и его высоты h (фиг. 1).

На фиг. 3b показано распределение яркостей, которое имеет место на экране при освещении когерентным светом дифракционного узора 17 (фиг. 2), содержащего 9 частей, имеющих одинаковую площадь, с решетками пилообразного профиля, параметры которого: расстояние между линиями d и угловая ориентация φ принимают три значения d₁, d₂, d₃ и φ₁, φ₂, φ₃, соответственно.

Узор 18b (фиг. 3b) различается наблюдателем на экране, в соответствии с теорией голографии Фурье, в виде двух изображений 21 и 22 двумерного объекта, причем элементы 20 второго изображения 22, имеющие малую яркость, соответствуют элементам 19 первого изображения 21, имеющим высокую яркость, и наоборот. Если луч 10 лазера падает перпендикулярно на плоскость, содержащую дифракционный узор 17, то изображения 21 и 22 точечно-симметричны к оси падения луча 10 лазера, точка которой на плоскости изображена крестом, состоящим из пунктирных линий. Если луч 10 лазера падает на дифракционный узор 17 наклонно, то изображения 21 и 22 только приблизительно симметричны по отношению к оси луча. Однако при этом сохраняется симметрия относительных яркостей изображений 21 и 22. Углы φ решеток, входящих в дифракционный узор 17, преимущественно выбирают такими, чтобы лучи 11 и 12 (фиг. 1) разделялись пространственно настолько, чтобы узор 18b четко различался как два неперекрывающихся изображения 21 и 22.

Комбинация нескольких поверхностных частей 14, 15, 16 и т.д. с различными структурами решеток, формирующих дифракционный узор 17, в котором части 14, 15. . . расположены вплотную одна с другой, дает в результате пространственную модуляцию лучей 11 и 12, которая связана с структурами отдельных решеток. Элементы 19 и 20 изображений, наблюдаемых на экране, представляют, таким образом, распределение яркостей, которое приблизительно соответствует преобразованию Фурье расположения частей 14, 15... Будет ли это распределение яркостей различимым, зависит от геометрических размеров частей 14, 15. .. по сравнению с расстоянием d между линиями решетки.

На фиг. 4a показан узор 18c, который получается на экране при освещении перпендикулярно падающим лучом лазера первой дифракционной решетки с пилообразным профилем с расстоянием d₁ между линиями и угловой ориентацией φ₁. Элемент изображения, показанный в виде квадрата, соответствует световому пятну, соответствующему дифракционному максимуму нулевого порядка. На фиг. 4b показан узор 18d второй дифракционной решетки с пилообразным профилем с расстоянием d₂ между линиями и угловой ориентацией φ₂. Расстояние d₂ выбирается больше, чем d₁ так, что расстояние между элементами узора 18d меньше, чем расстояние между элементами узора 18c. Наконец, на фиг. 4c приведен узор 18e третьей дифракционной структуры, которая представляет собой наложение первой и второй дифракционной решеток. Узор 18e соответствует свертке дифракционных характеристик первой и второй дифракционных решеток, то есть узоров 18c и 18d. Поскольку третья дифракционная решетка пространственно асимметрична, то различные элементы изображения имеют различную яркость, что не показано на фиг. 4c.

Если вторая дифракционная решетка заменяется дифракционной структурой, имеющей более общий характер текстуры поверхности, то могут появиться узоры с линиями и поверхностями, вместо узоров 18c-e, с дискретными элементами изображения. На фиг. 5a показан узор 18c, который наблюдается на экране при освещении перпендикулярно падающим лучом лазера первой решетки с пилообразным профилем с расстоянием d₁ между линиями и угловой ориентацией φ₁. На фиг. 5b показан узор 18f второй дифракционной структуры, которая имеет грубую поверхность с текстурой, имеющей преимущественное направление и диффузно рассеивающей перпендикулярно падающий свет в определенном диапазоне углов. Узор 18f представляет световое пятно в виде линии приблизительно одинаковой яркости. На фиг. 5c показан узор 18g третьей дифракционной структуры, полученной наложением первой дифракционной решетки и второй дифракционной структуры. Поворот дифракционной структуры, которая дает узор 18f, на 90^o и наложение на нее решетчатой структуры, которая дает узор 18c, дает четвертую дифракционную структуру, позволяющую получить узор 18h, показанный на фиг. 5d. Наконец, на фиг. 5e показан узор 18i, который получается, когда третья и четвертая структуры, дающие узоры 18g и 18h, расположены рядом друг с другом на частях 14, 15 поверхности (фиг. 2). Здесь необходимо отметить, что узоры 18g и 18h могут быть также получены с другими дифракционными решетками, имеющими переменное расстояние между линиями или криволинейные канавки и асимметричную форму профиля.

Соположение и наложение могут комбинироваться произвольно таким образом, чтобы получить из простых основных дифракционных структур конфигурации, позволяющие получать любые узоры. Этот процесс иллюстрируется узорами, приведенными на фиг. 6a-g. На фиг. 6a показан узор 18j, получаемый на экране с помощью дифракционной структуры, построенный на основе голографии Фурье. Крестом 23 отмечена точка оси луча. Узор 18j включает прямое и сопряженное изображения первого объекта. На фиг. 6b показан узор 18k прямого и сопряженного изображений второго объекта, который должен находиться в том же месте экрана, что и первый объект. На фиг. 6c и 6d показаны узоры 18m и 18n соответственно асимметричных решетчатых структур, которые повернуты на 180^o один относительно другого. Узоры 18p и 18q, показанные на фиг. 6e и 6f соответственно получены путем наложения дифракционных структур, которые использовались для получения узоров 18j, 18m и 18k, 18n соответственно. Наконец, соположение дифракционных структур, формирующих основу узоров 18p и 18q, позволяют получить узор 18r, на котором два объекта видны по два раза с разными уровнями яркостей и с взаимным чередованием.

Для использования в качестве дифракционных узоров 17 (фиг. 2), позволяющих получать любые двумерные изображения, особенно подходят киноформы. Киноформ в его первоначальной форме является исключительно фазовым объектом, то есть локально изменяет фазу когерентного луча 10, используемого для получения изображения (фиг. 1). Однако амплитуда луча 10 света при этом не меняется. Воспроизводимое изображение появляется в направлении нулевого дифракционного максимума, то есть изображение формируется, и при этом падающий или отраженный луч 10 пространственно не разделяется. В модификации киноформа, которая была предложена фирмой Kirk & Jones в 1971, амплитуда луча 10 света также локально изменяется путем наложения на киноформ дополнительной дифракционной решетки с локально переменной высотой профиля. Дополнительная дифракционная решетка, с одной стороны, обеспечивает получение вместо единственного изображения в направлении нулевого дифракционного максимума дополнительных частично искаженных изображений в направлении положительных и отрицательных дифракционных максимумов, причем направления дифракционных максимумов определяются расстоянием между линиями решетки и ориентацией дополнительной дифракционной решетки, а также длиной λ волны луча 10 света. С другой стороны, вклад света, дифрагированного в данном дифракционном максимуме каждым поверхностным элементом киноформа, зависит от локальной высоты профиля дополнительной дифракционной решетки, и это соответствует амплитудной модуляции. Однако амплитудная модуляция верна только для единственного заданного дифракционного максимума.

Киноформ как фазовый объект может быть изготовлен в виде поверхностного рельефа, который может производиться массово путем использования простого дешевого способа отливки или тиснения. Подробное описание киноформа может быть найдено в серии "Progress in Optics", том XVI, выпускаемой фирмой Е. Wold, North-Holland Publishing Company (ISBN 0 444 85 087 2).

Киноформ представляет специфический пример голограммы, сконструированной компьютером. Обзор голограмм, сконструированных компьютером, можно найти в статье Wai-Hon Lee вышеуказанного выпуска "Progress in Optics", том XVI. Первоначально голограммы, сконструированные компьютером, были реализованы в форме амплитудных голограмм. Затем дальнейшие разработки привели к появлению киноформа, то есть голограмм, сконструированных компьютером, в виде поверхностных рельефов.

Известен ряд способов, используемых для производства голограмм, сконструированных компьютером. Например, возможен синтез с помощью масок, применяемых в технологии изготовления полупроводниковых схем. Такой способ описан в статье J.J. Clair и C.I. Ambitol вышеуказанного выпуска "Progress in Optics", том XVI. В другом способе используется электроннолучевая литография, при которой электронный луч непосредственно рисует в слое резиста. Затем поверхностный рельеф формируется путем травления, степень которого и соответственно поверхностного рельефа определяется местным применением электронного облучения. Поверхностный рельеф киноформа, на который накладывается решетчатая структура, являющаяся несущим профилем, может быть также рассчитан на компьютере и изготовлен с использованием вышеуказанных способов.

Наложение дифракционной решетки с асимметричным профилем, но с заданной постоянной высотой профиля на поверхностный рельеф киноформа приводит к получению изображений в пространственно разделенных направлениях при освещении когерентным светом, причем изображения имеют различные уровни яркостей. Такое наложение соответствует вышеупомянутому наложению двух взаимно независимых дифракционных структур.

На фиг. 7 приведено изображение, получаемое на экране при освещении дифракционного узора 17 (фиг. 2) когерентным светом и содержащее две надписи. Каждая надпись отображается дважды: с высокой и с малой яркостью, одного цвета. Яркая надпись изображается жирным шрифтом, а надпись малой яркости изображается контурным шрифтом. Первая надпись содержит слово "Schweiz", а вторая надпись - слово "Swiss". Надпись "Schweiz" высокой и малой яркости имеет одинаковую ориентацию. Взаимное расположение надписей "Schweiz" и "Swiss" может быть легко изменено. Например, надписи могут быть повернуты одно относительно другого. Желательно, чтобы яркое изображение первой надписи накладывалось хотя бы частично на слабое изображение второй надписи. При данной технологии яркое изображение второй надписи автоматически наложится на слабое изображение первой надписи. Наблюдатель увидит на экране два относительных представления двух различных объектов, а именно яркое и слабое изображение в каждом из двух пространственно разнесенных направлений. При отношении яркостей двух изображений одной надписи, равном 10:1, яркое изображение воспринимается как доминирующее. Напротив, слабое изображение будет восприниматься, только если наблюдатель вглядится более пристально. Дифракционный узор 17 для получения надписей содержит, например, две дифракционные структуры 9, которые расположены рядом в частях 14, 15 поверхности, обе эти структуры, как это описано выше, представляют собой киноформ с наложенной решетчатой структурой с асимметричным профилем, являющейся несущим профилем.

Разрешающая способность в отношении надписей "Schweiz" и "Swiss", то есть в общем случае в отношении изображений 21, 22 на экране, которая может быть получена в случае когерентного освещения, увеличивается с увеличением размера дифракционного узора 17. Если площадь дифракционного узора составляет несколько десятых долей квадратного миллиметра, то может случиться, что при нормальном освещении дифракционного узора 17 на носителе 2 информации возникнет различимое изменение дифракционных эффектов из-за наложенного несущего профиля. Однако информация, записанная на киноформе, остается при этом скрытой.

При голографическом копировании соответствующего дифракционного узора с использованием контактного способа информация, содержащаяся в форме асимметричного профиля, теряется, так что при освещении когерентным светом обе надписи "Schweiz" и "Swiss" будут воспроизводиться на прямом и сопряженном изображениях с примерно одинаковой яркостью. Из-за наложения обеих надписей они будут наблюдаться на экране в виде плохо различимых ярких пятен так, что копия будет существенно отличаться от оригинала. При использовании других голографических способов копирования копия будет давать одинаковую яркость по обеим сторонам от освещающего луча так, что в этом случае копия будет легко определяться.

Для простых дифракционных структур 9, например для решеток, при освещении когерентным светом будет возникать конечное число дискретных лучей 11, 12, которые могут быть сделаны видимыми в форме узоров с дискретными, раздельными элементами изображения 19 и 20. При освещении когерентным светом дифракционные структуры 9, имеющие более сложную текстуру поверхности, например киноформ, дают пространственно непрерывное распределение яркости, которое будет наблюдаться на экране в виде узора с непрерывным распределением яркости.

Распределение яркости, создаваемое дифракционным узором 17 или набором пространственно разделенных, но одинаковых узоров 17 при одновременном их освещении, имеет большую глубину фокуса: узор 18, который появляется на экране, имеет отличную четкость в большом диапазоне расстояний между носителем 2 информации и экраном.

Это свойство проявляется благодаря малой площади, освещаемой лучом 10 лазера, которая имеет размеры меньше, чем 2 или 3 мм². При этом при увеличении расстояния между носителем информации и экраном только увеличивается размер узора 18.

Качество узоров 18 (фиг. 3 - 7) или изображений носителя 2 информации (фиг. 2), которые возникают при освещении когерентным светом, зависит не только от качества дифракционных узоров 17, но также и от природы поверхности документа 13, на которую нанесен носитель 2 информации. Для плоской поверхности дифракционные структуры 9 могут быть структурированы локально очень тонко для получения изображения со многими деталями. Для грубой поверхности, на которой носитель 2 информации, содержащий дифракционные структуры, держится более крепко, угловое соотношение между освещающим лучом 10 и контуром дифракционных структур 9 теряется в большей или меньшей степени. В результате вместо монохроматического изображения с тонким распределением яркостей воспроизводится нечеткое и/или размытое изображение, на котором теряются тонкие детали. Поэтому при использовании носителя 2 информации в качестве защитного элемента на документе 13, имеющем грубую поверхность, таком, например, как банкнота, желательно в дифракционных узорах 17 использовать дифракционные структуры 9, которые дифрагируют падающий луч 10 в ограниченное число дискретных, пространственно четко разнесенных лучей, которые можно наблюдать визуально в виде отдельных элементов 19 и 20 изображения или считать с помощью фотоэлектрического датчика. Подходящим является, например, дифракционный узор 17, показанный на фиг. 2 и дающий узор 18a, показанный на фиг. 3a только с шестью элементами 19 и 20 изображения, если разница между углами φ₁, φ₂ и φ₃ достаточно велика. Поскольку поверхность документа 13 грубая, то части лучей подвергаются в большей или в меньшей степени рассеянию, то есть они могут существенно расходиться. Расходимость лучей изменяется локально, и поэтому является статистически распределенным параметром. Однако отношения интенсивностей различных лучей остается одинаковым и может быть замерено, если угловое разделение лучей больше, чем расхождение отдельных лучей. Более того, если диаметр луча 10 существенно больше, чем размеры отдельного дифракционного узора 17 и он освещает целый набор дифракционных узоров 17, то расхождение лучей практически уже не является функцией расположения освещенной поверхности, то есть направление и размеры лучей примерно постоянны. Поэтому соотношения интенсивностей могут быть все-таки определены на глаз или техническим устройством непосредственно на экране или с помощью фотодетекторов, положение которых и светочувствительная поверхность настроены на максимальное расхождение лучей, и они могут подтвердить аутентичность документа 13.

На фиг. 8 показана схема устройства визуализации на экране 24 двух изображений 21 и 22 информации, записанной в носителе 2 информации (фиг. 2) в виде дифракционного узора 17. В состав устройства входит платформа 25 для документа 13 с информационным носителем 2 и лазер 26, являющийся источником когерентного света. Луч 10 лазера падает перпендикулярно на по крайней мере одну часть поверхности носителя 2 информации. Для визуализации лучей, дифрагированного и отраженного дифракционным узором 17 носителя 2 информации, экран 24 изготовлен из молочно-матового стекла, которое рассеивает диффузно падающий свет так, что изображения 21 и 22, которые получаются в результате освещения дифракционного узора 17, могут наблюдаться снаружи. Поэтому отсутствует риск облучения наблюдателя лучом лазера. Форма и размеры экрана 24 выбираются таким образом, что видны все смежные части воспроизводимого изображения. Также возможно использовать дешевый лазерный диод, работающий в диапазоне длин λ волн 670 нм видимого света. С ярким элементом 19 одного изображения 21, 22 связан слабо освещенный элемент 20 другого изображения 22 и 21 соответственно, в отношении которых изображения 21, 22 могут быть точечно-симметричными или не точечно-симметричными.

Желательно, чтобы на носитель 2 информации было нанесено несколько дифракционных узоров 17 и чтобы луч 10 лазера имел такой диаметр, при котором всегда захватывался хотя бы один дифракционный узор 17. Таким образом, распределение яркостей изображения, видимого на экране 24, не зависит от положения носителя 2 информации на платформе 25.

На фиг. 9 показано устройство для аппаратной проверки информации, которая в скрытой форме записана в носителе 2 информации. Оно отличается от предыдущего устройства прежде всего тем, что вместо экрана 24 используются фотодетекторы 27 или по крайней мере одномерный или двумерный массив фотодетекторов. Дифракционный узор 17 и фотодетекторы 27 расположены таким образом, что области изображения или части лучей от дифракционного узора 17 попадают на фотодетекторы 27 так, что возможно определить уровни интенсивностей выбранных частей лучей. Кроме того, устройство осуществляет формирование информационного сигнала, соответствующего измеренным значениям интенсивностей и в особенности их отношениям, позволяющим определить подлинность носителя 2 информации.

Дифракционный узор 17 представляет невидимый защитный элемент, содержащий скрытую информацию, которая становится видимой в результате освещения когерентным светом.

Вышеописанное наложение любой дифракционной структуры, которая при освещении когерентным светом дает изображение объекта на экране, и дифракционной решетки с пилообразным профилем, или в общем случае асимметричной дифракционной структуры, может также рассматриваться в виде модуляции формы профиля упомянутой любой дифракционной структуры с пространственно асимметричным несущим профилем. В результате полученная дифракционная структура при освещении когерентным светом в соответствии с характером несущего профиля дает по крайней мере два геометрически идентичных изображения одного объекта, которые разнесены пространственно и имеют различные яркости. В данном случае существует симметрия в форме обращения контрастности, поскольку с каждой яркой точкой первого изображения связана относительно слабо освещенная точка второго изображения. Это обращение контрастности представляет легко распознаваемый защитный признак. Если несущий профиль изменяется локально и в связи с этим включает симметричную форму профиля в определенных областях, то части первого изображения и второго изображения могут также включать одинаковые уровни яркости вместо различных уровней яркости. Кроме того, в зависимости от конфигурации дифракционного узора 17, элементы 19 и 20 изображения могут иметь лишь два уровня яркости, сильную и слабую - или светлый и темный тона, или множество градаций яркости. Симметрия обращения контрастности в этом случае будет означать, что второму по яркости элементу соответствует предпоследний по яркости элемент и т. д.

Дифракционные узоры 17, содержащие скрытые элементы информации, могут различным образом сочетаться на носителе 2 информации с дополнительными дифракционными структурами 9, геометрические параметры которых: расстояние между линиями, ориентация и форма профиля локально изменяются по заданному закону таким образом, что когда носитель 2 информации наблюдается и перемещается при нормальных условиях освещения, то возникают сильные оптико-дифракционные эффекты, такие как цветовые эффекты или изменение яркости. Может обеспечиваться дополнительный оптический эффект, заключающийся в том, что соседние элементы поверхности имеют различный цвет или различную яркость. В этом случае при повороте или наклоне носителя 2 информации изменяется относительная яркость или цвет элементов поверхности. В особенности дифракционные структуры 9 могут производить меняющиеся оптические эффекты, которые известны по голограммам или по устройствам с переменными оптическими характеристиками, как это изложено в описании европейского патента N 375833. Оптические эффекты дифракционных структур 9 представляют собой признак, который легко может быть проверен визуально. В описании европейского патента N 105099 описаны оптически-дифракционные защитные элементы, в которых в общем случае только часть поверхности, занятая защитным элементом, имеет дифракционные структуры 9. Остальная часть поверхности не является оптически-дифракционно активной и для наблюдателя представляется зеркальной. Эта часть поверхности, которая не используется для получения видимых эффектов, пригодна для нанесения множества дифракционных узоров, в которых записывается скрытая информация. Эти дифракционные узоры могут быть все одинаковые, или они могут содержать информацию, которая меняется от одного узора к другому по заранее заданной схеме. Другой возможной формой является подразделение оптически-дифракционного элемента на растровые поля, как это изложено в описании европейского патента N 375833. Каждое растровое поле далее делится по крайней мере на два поля. Для каждого растрового поля первый элемент поля занят дифракционным узором, в котором записана скрытая информация, в то время как другие элементы поля содержат любые дифракционные узоры для дифракции некогерентного света. Второй, третий и т. д. элементы поля представляют, например, изображение, которое наблюдается под другим углом.

В соответствии с другой конфигурацией такой дифракционный узор может как содержать части информации, которые становятся различимыми только при освещении когерентным светом, так и производить чередующиеся оптические эффекты вышеуказанного типа при нормальном освещении.

Расстояние между линиями d и высоты профиля h двух наложенных дифракционных структур могут быть различными или иметь сопоставимые размеры. Отражающий слой 6 и второй лаковый слой 7 могут быть также реализованы в виде одного слоя с показателем преломления, который существенно отличается от показателя преломления лакового слоя 5 так, что многослойная пленка 1, в основном, прозрачна в большей части видимого диапазона электромагнитного спектра.

Изобретение относится к носителям информации с дифракционными структурами. При его использовании достигается технический результат в виде обеспечения получения изображения от освещения носителя когерентным светом, которое нельзя ни сымитировать, ни скопировать с использованием техники голографии. Носитель (2) информации по крайней мере с одним дифракционным узором содержит дифракционные структуры (9), выполненные из микрорельефных структур, причем указанный носитель информации выполнен, при его освещении лучом когерентного света (10), с обеспечением дифракции световых лучей (11, 12), визуализируемых на экране. Технический результат достигается благодаря тому, что носитель информации выполнен с возможностью создания первого изображения в первом направлении и второго изображения во втором направлении с угловым разделением указанных первого и второго направлений, при этом указанный дифракционный узор выполнен с обеспечением наличия в первом изображении по меньшей мере ярких элементов, а во втором изображении по меньшей мере неярких элементов, причем неяркий элемент второго изображения сопоставлен с ярким элементом первого изображения. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Носитель (2) информации по крайней мере с одним дифракционным узором (17), содержащим дифракционные структуры (9), выполненные из микрорельефных структур, причем указанный носитель информации выполнен при его освещении лучом когерентного света (10) с обеспечением дифракции световых лучей (11, 12), визуализируемых на экране (24), отличающийся тем, что носитель информации выполнен с возможностью создания первого изображения (21) в первом направлении и второго изображения (22) во втором направлении с угловым разделением указанных первого и второго направлений, при этом указанный дифракционный узор (17) выполнен с обеспечением наличия в первом изображении (21) по меньшей мере ярких элементов (19), а во втором изображении (22) по меньшей мере неярких элементов (20), причем неяркий элемент (20) второго изображения (22) сопоставлен с ярким элементом (19) первого изображения (21). 2. Носитель информации по п.1, отличающийся тем, что дифракционный узор (17) образован наложением любой микрорельефной дифракционной структуры (9), которая при освещении лучом когерентного света (10) визуализируется на экране (24) в виде первого и второго изображений (21, 22) объекта на асимметричную дифракционную структуру (9) с асимметричной формой профиля, служащую несущим профилем. 3. Носитель информации по п.2, отличающийся тем, что указанная микрорельефная дифракционная структура (9) относится к группе, включающей голограмму Фурье и киноформ. 4. Носитель информации по п.1, отличающийся тем, что при когерентном освещении дифракционного узора (17) лучом света, падающим перпендикулярно, первое и второе изображения (21, 22) точечно-симметричны относительно направления падения луча. 5. Носитель информации по п.1, отличающийся тем, что включает дополнительные дифракционные структуры (9), производящие при окружающем некогерентном освещении оптические эффекты, изменяющиеся при поворотах или наклонах носителя информации. 6. Носитель информации по п.5, отличающийся тем, что его поверхность разделена на растровые поля, каждое из которых подразделено по меньшей мере на два элемента поля, из которых по меньшей мере один занят указанным дифракционным узором (17), и по меньшей мере один занят одной из указанных дополнительных дифракционных структур (9), создающих визуальные оптические эффекты. 7. Носитель информации по п.5, отличающийся тем, что он содержит несколько идентичных дифракционных узоров (17), расположенных в сочетании с дополнительными дифракционными структурами (9). 8. Носитель информации по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть его поверхности является оптически дифракционно-неактивной, и на этой оптически дифракционно-неактивной поверхности расположено несколько дифракционных узоров (17). 9. Носитель информации по п.7 или 8, отличающийся тем, что площадь дифракционного узора (17) составляет примерно несколько десятых долей квадратного миллиметра. 10. Носитель информации по п.1, отличающийся тем, что первый дифракционный узор (17) отображает первый объект, а второй дифракционный узор (17) отображает второй объект, при этом первое изображение (21) включает яркий образ первого объекта и неяркий образ второго объекта, причем указанные образы первого изображения (21) по крайней мере частично перекрываются, а второе изображение (22) содержит неяркий образ первого объекта и яркий образ второго объекта, причем указанные образы второго изображения (22) по крайней мере частично перекрываются. 11. Носитель информации по п.1 или 10, отличающийся тем, что один из дифракционных узоров (17) содержит простые дифракционные структуры (9) с возможностью получения при освещении когерентным светом (10) только ограниченного количества лучей (11, 12) отраженного и дифрагированного света, причем пространственное разделение лучей (11, 12) больше, чем максимальное расхождение лучей (11, 12). 12. Носитель информации по п.10, отличающийся тем, что указанные первый и второй дифракционные узоры (17) представляют собой первое наложение голограммы Фурье или киноформа на первую дифракционную структуру (9) с обеспечением воспроизведения первого изображения (21) и второе наложение голограммы Фурье или киноформа на вторую дифракционную структуру (9) с обеспечением воспроизведения второго изображения (22), причем дифракционные структуры (9) служат несущими профилями с асимметричными формами профиля. 13. Носитель информации по п.10, отличающийся тем, что включает дополнительные дифракционные структуры (9), производящие при окружающем некогерентном освещении оптические эффекты, изменяющиеся при поворотах или наклонах носителя информации. 14. Носитель информации по п.13, отличающийся тем, что его поверхность разделена на растровые поля, каждое из которых подразделено по меньшей мере на два элемента поля, из которых по меньшей мере один занят одним из указанных дифракционных узоров (17), и по меньшей мере один занят одной из указанных дополнительных дифракционных структур (9), создающих визуальные оптические эффекты. 15. Устройство для проверки аутентичности носителя (2) информации по п. 1, содержащее источник (26) когерентного света (10), платформу (25) для установки носителя (2) информации или документа (13), экран (24) обзора, установленный с возможностью одновременного визуального отображения двух изображений (21, 22) по меньшей мере одного объекта с обращенной контрастностью, производимых носителем (2) информации, и/или фотодетекторы (27), установленные с возможностью измерения уровней интенсивностей лучей (11, 12) света, которые дифрагируются носителем (2) информации.