ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК G06K19/16 G07D7/06 

Изобретение относится к защитному устройству, предназначенному для защиты документов и других ценных изделий от незаконного воспроизведения, подделки и пр.

Многие защитные устройства основаны на использовании структур, порождающих оптически изменяемые эффекты, которые генерируют голограммы и т.п., поскольку их трудно изготавливать. Примеры таких голографических структур и способов их изготовления можно найти в ЕР-А-0548142, ЕР-А-0632767 и WO-A-99/59036, принадлежащих фирме De La Rue International Limited, и идеи, изложенные в них, а также в других патентах, ссылки на которые содержатся в этих документах, включены в настоящее описание изобретения посредством ссылки. В заявке WO-A-92/094444, которая также определяет уровень техники, раскрыт способ создания детали изображения оптической микроструктуры, обеспечивающей повышенную устойчивость защиты и простоту проверки подлинности, предназначенной для визуальной проверки подлинности банкноты. Определенные визуальные защитные устройства на основе дифракционной решетки уже существуют, например, описанные в ЕР-А-0105099, где описано защитное устройство, демонстрирующее эффект кажущегося движения, состоящее из участков плоской дифракционной решетки, ориентированных в разных направлениях вдоль траектории, каждый из которых создает дифракцию падающего светового пучка в одном определенном направлении, хотя следует заметить, что это устройство на основе чисто дифракционных решеток и каждый участок, будучи чисто дифракционной решеткой, не способны формировать скрытую деталь в виде сфокусированного внеплоскостного изображения при когерентном освещении.

Что касается предыдущих аппаратно считываемых или наблюдаемых в когерентном освещении голографических защитных структур, в ЕР-А-0548142 описано, как с помощью голограммы можно создавать внеплоскостное изображение для проверки подлинности, хотя следует обратить внимание на то, что в этом случае было предусмотрено, что аппаратно считываемая структура полностью скрыта от визуального наблюдения со стороны наблюдателя голограммы и в действительности состоит из совмещенных слабых дифракционных решеток, которые не формируют сфокусированное внеплоскостное изображение. В DE-A-3840037 показан пример визуальной защитной голограммы, содержащей совмещенную дополнительную лазерную пропускающую голограмму, предназначенную для формирования внеплоскостного изображения, подлежащего обнаружению в свете лазера с помощью считывающей аппаратуры или визуализатора и нераспознаваемого при нормальном освещении.

Существует постоянная необходимость в повышении защищенности подобных защитных устройств с одновременным обеспечением простоты проверки их подлинности.

В US-A-5825478 описаны система и способ определения того, какой из совокупности визуально неотличимых объектов помечен скрытым индикатором, каковые система и способ предусматривают, что часть поверхности каждого объекта первого типа снабжена скрытым голографическим индикатором, который экспонируют для наблюдения, но обнаруживают только при освещении когерентным опорным светом определенной длины волны.

Согласно настоящему изобретению, защитное устройство содержит голографическую структуру, порождающую оптически изменяемые эффекты, содержащую, по меньшей мере, два отдельных участка, которые создают при освещении белым светом оптически изменяемое изображение, состоящее из, по меньшей мере, двух определенных графических элементов, расположенных в или вблизи плоскости изображения, совпадающей или соседствующей с плоскостью устройства, и которые при когерентном освещении создают, по меньшей мере, два отдельных скрытых изображения в виде знаков, плоскости изображения которых расположены на расстоянии от физической плоскости устройства, причем скрытые изображения восстанавливаются под разными углами к нормали основы, поддерживающей устройство, так что скрытые изображения пространственно разделены на своей плоскости изображения, и скрытые изображения практически невидимы при освещении белым светом.

Под голографической структурой, порождающей оптически изменяемые эффекты, мы, в данном случае, подразумеваем любое дифракционное устройство, способное формировать первое визуальное локализованное графическое изображение вблизи физической плоскости устройства, подлежащее визуальному наблюдению, а также формирующее внеплоскостное скрытое контролируемое лазером изображение (вместо более распространенной радужной щели), подлежащее наблюдению в когерентном свете. Такую структуру можно создать только голографическими средствами или путем компьютерного моделирования и непосредственной записи нужной интерференционной картины структуры, что представляет собой более медленный и требующий значительно большего времени способ создания такого элемента.

Особенно полезен такой вид голографической структуры, порождающей оптически изменяемый эффект, который предусматривает направления воспроизведения визуального оптически изменяемого изображения, создающие эффект кажущегося движения при повороте устройства вокруг определенной оси.

Это новое голографическое защитное устройство содержит структуру, которая создает при освещении белым светом, по меньшей мере, два определенных локализованных оптически изменяемых графических изображения в плоскости изображения, примыкающей к структуре, и при когерентном освещении, по меньшей мере, два скрытых изображения на удалении от плоскости изображения, расположенных под разными углами к нормали основы, поддерживающей устройство. Расстояние между скрытыми изображениями обычно составляет около половины их размера. Таким образом, при нормальном освещении белым светом наблюдатель видит обычное оптически изменяемое изображение, например голограмму или дифракционный эффект, состоящий, по меньшей мере, из двух или более частей, но при когерентном освещении, например светом лазера, наблюдатель видит два или более различных скрытых изображения.

Эти скрытые изображения предпочтительно имеют вид графических элементов, знаков или буквенно-цифровых символов, которые обычно бывают связаны с изделием или документом, для которого предусмотрено защитное устройство. Визуальные оптически изменяемые изображения также предпочтительно имеют вид небольших определенных фигур или знаков.

В предпочтительном случае скрытые изображения, восстановленные при когерентном освещении устройства лазером, можно наблюдать невооруженным глазом, хотя подобное восстановление можно также осуществлять на длине волны вне видимого диапазона, предусмотренной для аппаратного обнаружения.

Согласно одному варианту осуществления, структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, при освещении белым светом формирует два или более графических изображений или фигур, которые создают иллюзию движения при повороте устройства. В связи с этим следует различать кажущееся трехмерное голографическое явление и т.п. с эффектом движения, например поперечным смещением, обусловленным различием в углах дифракции между элементами.

Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что каждый элемент голографической структуры, порождающей оптический изменяемый эффект, выполнен в виде единой структуры, максимальный поперечный размер которой обычно не превышает 1,5 мм. Предпочтительно максимальный поперечный размер составляет не менее 0,5 мм и, наиболее предпочтительно, находится в пределах 0,5-0,75 мм, причем устройство содержит, по меньшей мере, два таких элемента, воспроизводящих разные скрытые изображения в разных направлениях.

Восстановление скрытых изображений можно усовершенствовать, обеспечив несколько пар или наборов (из трех или более) подобных участков, причем каждый элемент пары или набора предназначен для формирования при когерентном освещении того же скрытого изображения, что и другой(ие) элемент(ы) пары или набора. В этом случае отдельные элементы должны располагаться настолько близко друг к другу, чтобы их можно было одновременно осветить когерентным пучком и, таким образом, целиком восстановить скрытое сообщение. Обычно диаметр участка, освещенного лазерным пучком, создаваемым лазерной указкой или аналогичным устройством, составляет около 2 или 3 мм.

Чтобы повысить степень защиты за счет повышения сложности устройства в целом и чтобы скрыть присутствие этой новой голографической структуры, порождающей оптически изменяемые эффекты, одну структуру, порождающую оптически изменяемые эффекты, можно поместить в набор дополнительных структур, порождающих оптически изменяемые эффекты, предназначенных для создания только изображений или эффектов, видимых в белом свете, причем одна и дополнительные структуры, порождающие оптически изменяемые эффекты, будучи освещены белым светом, при повороте основы действуют совместно, создавая эффект движущегося изображения. Таким образом, неквалифицированный наблюдатель будет наблюдать эффект движущегося изображения при освещении белым светом, и только осветив правильный набор структур, порождающих оптически изменяемые эффекты, когерентным светом, он сможет обнаружить скрытые изображения. При нормальном освещении белым светом он не обнаружит различий в структурах и наличия в устройстве скрытых изображений.

Согласно другому варианту осуществления, участки структуры, порождающей оптически изменяемые эффекты, выполнены в виде отделенных друг от друга областей.

Как и в первом варианте осуществления, для усовершенствования восстановления скрытых изображений можно обеспечивать пары или наборы таких областей, каждая из которых обычно имеет максимальный поперечный размер, не превосходящий 1,5 мм. Предпочтительно максимальный поперечный размер составляет не менее 0,5 мм и, наиболее предпочтительно, находится в пределах 0,5-0,75 мм.

Этот второй вариант осуществления особенно полезен, когда структура при освещении белым светом создает изображение, движущееся при повороте устройства. Эту комбинацию деталей особенно трудно воспроизвести, но проверить ее подлинность несложно.

Голографическая структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, способная формировать скрытые внеплоскостные изображения, имеет вид голографической структуры, содержащей две плоскости изображения, плоскость визуального изображения, наблюдаемого в белом свете, и плоскость внеплоскостного изображения, наблюдаемого при освещении устройства когерентным светом.

Геометрические формы этих отделенных друг от друга участков, предпочтительно графические элементы, должны фокусироваться в непосредственной близости к плоскости поверхности голограммы, тогда как информация, закодированная в этих участках, фокусируется (или отображается) на достаточном удалении от этой плоскости поверхности и потому, чтобы наблюдать и, таким образом, контролировать ее, требуется когерентное освещение, например, с помощью лазера. Каждый графический элемент, будучи освещен упомянутым источником света, воспроизводит свой конкретный информационный элемент в определенном и уникальном угловом направлении, в результате чего, когда контролируемая лазером деталь в полном объеме сфокусирована в своей фокальной плоскости или плоскости изображения, каждый информационный элемент занимает свою собственную, строго определенную и отделенную от других зону или область наблюдения.

Скрытые изображения могут задавать, например, аппаратно считываемый рисунок, в частности штрих-код, при этом каждый графический элемент будет соответствовать определенному участку штрих-кода.

В некоторых случаях все отделенные друг от друга участки имеют одну и ту же простую геометрическую форму, которая не связана с или не зависит от графической композиции главного голографического изображения, например кругов (точек), квадратов или прямоугольников. Однако площадь этих графических элементов не должна превышать 3 мм².

В других случаях графические элементы можно скрыть от наблюдателя, полностью интегрировав их в композицию главного голографического изображения. Для этого сначала выбирают наименьший (по площади), но тем не менее полный графический элемент или объект, который образует часть композиции голографического изображения - предпочтительно графический элемент композиции, который повторяется как часть кинетической или лентикулярной последовательности движения, а затем делят этот графический элемент на две или более отдельные части. Каждую из этих графических частей голографически кодируют одним элементом информации, который содержит деталь, контролируемую лазером.

Обычно в качестве графических элементов используют знаки, например буквенно-цифровые символы и т.п.

Предпочтительно структуру, порождающую оптически изменяемые эффекты, формируют в виде единой непрерывной структуры. Однако элементы можно задавать посредством отделенных друг от друга подструктур, промежутки между которыми не вызывают дифракцию света. В этом случае элементы можно формировать на отдельных этапах.

Обычно устройство входит в состав защитной голограммы или защитной оптической микроструктуры (например, голограммы, кинеграммы, пикселеграммы, растровой структуры, стереограммы и т.п.). В этом случае предпочтительно часть структуры, которая дополнительно реагирует на когерентное освещение, характеризуется меньшей частотой решетки, чем часть структуры, которая формирует только такое(й) изображение или эффект, которое(ый) можно наблюдать в белом свете.

Альтернативно его можно использовать как самостоятельную защитную оптическую микроструктуру, в которой доступна лишь малая площадь, например волокно банкноты, где эта деталь может обеспечивать как анимацию или кажущееся движение для публичного распознавания, так и уникальное дополнительное скрытое защитное устройство, наблюдаемое с помощью лазера. Особенно полезно применять эту новую деталь в качестве дополнительного средства публичного распознавания, поскольку скрытые изображения допускают публичное распознавание, и в качестве защитного устройства для банкнот и, возможно, других важных документов, в которых оптическая микроструктура нанесена на негладкую или неплоскую бумажную основу, поскольку раскрытые здесь средства обеспечивают значительно более высокую устойчивость контролируемой лазером структуры к шероховатости бумаги и смятию по сравнению с ранее известными средствами, поскольку структура локализована на малой площади. Предусмотрено также применение устройства для защиты товаров, имеющих фабричное клеймо, финансовых пластиковых карт в качестве устройства защиты от подделки.

В качестве еще одной возможности применения этого устройства можно рассматривать символ типа торгового знака, контролируемый лазером. Например, многие защитные голографические образования могут содержать одну и ту же, на первый взгляд, простую деталь для публичного распознавания, включенную в одну область в виде набора точек или графических элементов, обеспечивающую простой визуальный эффект кажущегося движения (например, набор из 2 линий по 3 точки в каждой, которые перемещаются друг к другу, поворачиваясь), которая могла бы стать стандартизованной деталью, но которая при когерентном освещении с помощью лазера может воспроизводить совершенно другие наблюдаемые в лазерном свете сообщения, обнаруживаемые лишь в когерентном освещении. Таким образом, можно усовершенствовать все виды защитных голограмм и защитных устройств на основе дифракционной решетки, например растровые устройства и более специализированные средства, например кинеграммы (OVD Kinegram Corp.) и эксельграммы (Государственная организация по научно-промышленным исследованиям (CSIRO), Австралия), которые можно использовать для защиты любых секретных документов и в защитных метках, в том числе применяемых в защитных клеймах или банкнотах, например, в виде волокон в бумаге или голографических полосок и наклеек, присоединяемых к бумаге или другим изделиям и основам.

Особую пользу может представлять применение в цепочке окон, обычно используемой в банкнотах и других защищенных документах, где, несмотря на наличие голографических волокон, площадь обзора в каждом окне сильно ограничивает степень защиты, которой может обладать голографическое изображение. Тот факт, что обнаружить визуальное изображение можно на столь малой площади окна, усложняет как изготовление визуального защитного устройства для простого эффективного публичного распознавания, так и присоединение дополнительной оптической защиты в отношении аппаратно считываемых или лазерно считываемых изображений. Согласно настоящему изобретению, цепочка может содержать простой публично контролируемый переключающийся или движущийся рисунок (потенциально, однако, в достаточной степени упрощенный для имитации посредством растрового рисунка), который также мог бы воспроизводить защитную скрытую деталь, контролируемую лазером. Аналогично эта деталь может быть включена в повторяющийся точечный или графический рисунок на полоске или наклейке банкноты для повышения степени защиты оптических микроструктур банкноты, поскольку раскрытые здесь средства значительно устойчивее к смятию, шероховатости бумаги и другим неблагоприятным условиям эксплуатации по сравнению с ранее раскрытыми деталями.

Еще один полезный, но немного другой вариант использования такого рода усовершенствованного аппаратно контролируемого устройства представляет собой усовершенствованное защитное устройство на банкноте, основанное на идеях WO-A-92/094444. В полезном, более защищенном варианте защитного устройства для публичного распознавания в виде защитной голограммы, используемой на банкноте, предусмотрено использование повторяющихся элементов, согласно WO-A-92/094444, но, в отличие от рассматриваемой там ситуации, попарно воспроизводящих многократно повторяющееся простое переключающееся изображение с использованием одного или обоих из этих голографических элементов, чтобы обеспечивать эффект кажущегося движения (например, поступательного или вращательного), которые труднее подделать в голографической лаборатории, и также обеспечивающих полезную голографическую анимационную деталь для публичного распознавания. В этой последовательности повторяющихся элементов, которые могут выглядеть не перекрывающимися или слегка перекрывающимися для обеспечения, например, эффекта, имитирующего 3-мерную глубину, или эффекта, имитирующего увеличение при повороте, некоторые или все эти элементы могут содержать детали, контролируемые лазером и наблюдаемые при относительно простых условиях когерентного освещения, создаваемых, например, лазерной указкой.

Другое преимущество предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в том, что они обеспечивают возможность дополнительного, третьего уровня проверки защиты для защитного устройства, составляющего отличие от предыдущих систем. Первый уровень защиты представляет собой анимационное видимое изображение, создаваемое для визуального наблюдения, потенциально, как часть композиции защитной голограммы. Второй уровень защиты заключается в наличии скрытого сообщения, контролируемого лазером, обнаружить которое может даже относительно неквалифицированный наблюдатель, воспользовавшись простым источником когерентного света, например лазерной указкой и просмотровым экраном. Дополнительный, третий уровень защиты предусматривает анализ углов воспроизведения и, возможно, плоскостей изгиба изображения, наблюдаемого с помощью лазера. Это можно делать для более изощренной проверки защиты с использованием либо лабораторного оборудования, либо считывающей аппаратуры или просмотрового устройства на основе лазера, предназначенного для идентификации геометрии воспроизведения деталей, контролируемых лазером, дающей более точные результаты по сравнению с теми, которые можно получить с помощью лазерного карандаша, чтобы обеспечивать дополнительную характеристическую проверку защиты.

Ниже приведены некоторые примеры защитных устройств, отвечающих настоящему изобретению, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг.1 - схема действия первого варианта осуществления устройства, освещаемого белым светом;
фиг. 2 - различные изображения, которые можно создавать с помощью устройства, показанного на фиг.1;
фиг. 3 - схема действия первого варианта осуществления устройства при лазерном освещении;
фиг. 4 - схема формирования структуры для использования согласно первому варианту осуществления;
фиг. 5А и 5В - схема действия второго варианта осуществления устройства, освещаемого соответственно белым светом и светом лазера;
фиг.6 и 7 - схемы, аналогичные фиг.3, иллюстрирующие дополнительные примеры устройств при лазерном освещении.

Согласно первому варианту осуществления, устройство внедрено в тисненую радужную голограмму в целях защиты.

Стандартная радужная тисненая голограмма 1 (фиг.1), которая может дополнительно содержать другие голографические защитные детали (не показаны), содержит 6 дополнительных точек 2, включенных в одну область композиции, в данном случае предусмотренную в достаточной степени различимой. В данном случае используют маленькие точки (диаметром от 0,25 мм до 1 мм), хотя можно использовать набор графических элементов или других символов, например буквы, составляющие слово. При повороте 50 голограммы в данном случае слева направо, при освещении белым светом или нормальном дневном освещении 51, голографическое воспроизведение точек таково, что возникает впечатление весьма необычного их движения относительно друг друга, причем в данном случае 6 точек расположены в 2 линии по 3 точки с образованием 3 пар точек, создающих изображение. Направление голографического воспроизведения точек выбрано так, чтобы казалось, что точки одновременно движутся в противоположных направлениях при горизонтальном повороте голограммы слева направо, как схематически показывают позиции 3-5, соответствующие разным углам поворота. Это кажущееся движение обеспечивает анимационную дифракционную деталь для публичного распознавания, причем изображения формируются вблизи поверхности устройства.

На фиг. 2 показаны различные другие типы изображения, которые можно использовать вместо изображений точек в плоскости, в соответствии с фиг.1. В этих примерах предусмотрены наборы букв, последовательно появляющихся по мере поворота устройства. Эта последовательность может быть прямолинейной (фиг. 2А и 2В), образовывать круг (фиг.2С) или расширяться, иными словами, появляющиеся друг за другом буквы оказываются все дальше от центральной точки (фиг.2D), или состоять из повторяющихся букв, как показано на фиг.2Е.

В предпочтительном примере, где используют, по меньшей мере, три направления воспроизведения, как показано на фиг.1, и обычно три или более пар или наборов точек или графических элементов, причем каждый элемент пары воспроизводится в одном и том же направлении, полезное минимальное требование состоит в том, чтобы сформировать эффективное защитное устройство для публичного распознавания, а также обеспечить эффективное лазерное воспроизведение и некоторую устойчивость к повреждениям в любой отдельной области и некоторую степень простоты выравнивания для лазерного воспроизведения.

Второй элемент этой новой защитной детали можно наблюдать только при лазерном освещении, и в этом случае предусмотрены скрытые детали, наблюдаемые с помощью лазера, которые неквалифицированный контролер может без труда проконтролировать, просто осветив 6 (фиг.3) деталь диодно-лазерной указкой, лазерным карандашом или другим подобным устройством и воспользовавшись простейшим просмотровым экраном (7), позволяющим визуализировать внеплоскостное воспроизведение скрытого графического изображения, хотя, конечно, можно сконструировать специальное устройство считывания, т.е. детектор подлинности. Однако преимущество этой системы в том, что она обеспечивает повышенную четкость воспроизведения внеплоскостной детали (описано ниже) и позволяет очень легко проверять подлинность детали, наблюдаемой в лазерном свете, с помощью очень простого, недорогого средства, например коммерчески доступной лазерной указки и простого просмотрового экрана для получения изображения скрытой детали. В качестве просмотрового экрана 7 можно использовать просто лист бумаги. Каждый элемент устройства, будучи освещен когерентным светом лазера, восстанавливает, вне плоскости изображения, наблюдаемого в белом свете, действительное изображение соответствующей скрытой детали с многократным увеличением (например, при диаметре элемента 0,75 мм размер действительного изображения на удалении 250 мм составляет около 25 мм, на удалении 100 мм - около 15 мм). Небольшая пространственная протяженность каждого элемента позволяет сделать деталь невидимой в отсутствии освещения когерентным пучком.

Как явствует из фиг.3, шесть точек 2 организованы в пары, каждая из которых участвует в восстановлении соответствующего скрытого изображения 7-9. Точки 10, 11 образуют первую пару, восстанавливающую изображение 7, точки 12, 13 образуют вторую пару, восстанавливающую второе скрытое изображение 8, а точки 14, 15 образуют третью пару, восстанавливающую третье скрытое изображение 9.

Поскольку эти скрытые изображения 7-9 формируются вне плоскости нормального изображения и на удалении от устройства, где они сфокусированы, в обычном белом свете они являются нормально невидимыми для наблюдателя.

Для удобства точки 2 располагают достаточно близко друг к другу, что позволяет одновременно осветить их всех одним лазерным пучком, диаметр которого обычно составляет 3 мм.

Заметим, что, в отличие от предыдущих систем, поскольку отдельные детали, наблюдаемые в лазерном свете, локализованы в малых областях основы, то угол конуса света, восстанавливаемого для формирования изображения, мал, что обеспечивает очень широкую глубину поля для формирования приблизительно сфокусированного изображения, наблюдаемого в лазерном свете, и позволяет наблюдать изображение на экране, расположенном относительно близко (примерно 50-75 мм, если требуется) к основе, обеспечивая высокую яркость детали, и в то же время узкий угол обзора и малая площадь плоскости изображения позволяют хорошо скрывать изображение, наблюдаемое в свете лазера. В этом состоит отличие от других известных систем наблюдения в свете лазера, где скрытое изображение распределено по большей площади, что препятствует обеспечению близости изображения к носителю и достаточной яркости из-за того, что скрытое изображение становится легко различимым в свете прожектора, и ввиду того, что для изображения в ближней плоскости требуется широкий диапазон углов воспроизведения, значительно ухудшает любое совмещенное с ним голографическое изображение, тогда как раскрытый здесь способ предусматривает полную локализацию детали, наблюдаемой в лазерном свете, и, таким образом, полностью исключает ухудшение каких-либо других аспектов присоединенной защитной голограммы.

Заметим, что, согласно предпочтительному варианту осуществления, каждая контролируемая лазером элементарная деталь голографической структуры, порождающей оптически изменяемые эффекты, представляет собой голограмму, создающую 2 различных изображения в 2 различных фокальных плоскостях, одно (изображение в белом свете) - в фокальной плоскости, близкой или совпадающей с плоскостью отображающей голограммы, где элементарная деталь фокусируется для демонстрации визуально распознаваемой графической детали наблюдателю, рассматривающему голограмму, другое - во второй фокальной плоскости, где можно нормально визуализировать проектируемую "радужную щель" в тисненой радужной голограмме. В данном случае элементарные голограммы при когерентном освещении лазером восстанавливают простую графическую деталь, например букву или форму, причем эта скрытая контролируемая лазером внеплоскостная деталь видима только при когерентном (лазерном) освещении и в противном случае невидима обычному наблюдателю в так называемом "белом свете" в таких условиях освещения, как прожектор, искусственное или естественное освещение.

Следует обратить внимание на то, что характеристики воспроизведения каждого отдельного графического элемента скрытых изображений почти неотличимы от характеристик воспроизведения цветов элемента простой дифракционной решетки либо простой лентикулярной голографической детали (т.е. детали, воспроизводящей очень короткую радужную голографическую щель, приближающуюся, в отношении зрительного восприятия наблюдателем, к характерному воспроизведению чисто дифракционной решетки), которая делает характеристики воспроизведения цветов и кажущегося движения контролируемой лазером области почти неотличимыми от стандартной голографической движущейся детали. Это позволяет эффективно скрывать наличие дополнительного контролируемого сообщения, считываемого лазером. Это сильно отличается от ранее известных контролируемых лазером голографических деталей, имеющих коммерческое применение.

В этих других системах используются различные способы, которые не столь эффективны по сравнению с описанной здесь новой системой, которая имеет несколько отличительных и важных преимуществ над предыдущими методиками. Некоторые предыдущие способы предусматривают наложение контролируемого лазером (или аппаратно контролируемого) изображения поверх всей голограммы или большого участка голограммы, что ухудшает видимое изображение за счет так называемого "шума" воспроизведения при определенном угле. Для этих систем также характерна пониженная четкость изображения, наблюдаемого в свете лазера, при воспроизведении в когерентном свете, частично из-за того, что распределенное изображение в значительно большей степени подвержено искажениям, обусловленным шероховатостью бумаги (например, в случае фольги для горячего тиснения) или неровностью поверхности (например, в случае ярлыков), которые вызывают размывание границ внеплоскостного изображения в силу малых угловых изменений в направлении восстановления изображения, обусловленных неплоскостностью основы.

Кроме того, аппаратно считываемые детали, будучи локализованы в области композиции голограммы дифракционной структуры, часто бывают весьма заметны в силу относительно большого объема информации, хранящейся в контролируемой лазером детали, создающей большой угол воспроизведения и более тусклый, наподобие матово-белого, цвет восстановленного изображения по сравнению с более насыщенными цветами дифракционной картины, что делает очевидным наличие дополнительной детали. Это часто приводит к ухудшению детали при изготовлении по причине широкого диапазона пространственных частот в этой области, из-за чего возникают нелинейности, проблемы воспроизведения и шум в готовых устройствах - для хранения такого относительно большого объема информации другим системам обычно требуется совмещать большое количество различных пространственных частот, которым свойственно конкурировать, что приводит к конкуренции интерференционных полос, насыщению носителя и, таким образом, к снижению эффективности контролируемой лазером детали и повышению шума. Эти вопросы изготовления не создают проблемы в новой системе, поскольку каждый элемент контролируемого лазером сообщения разделен на отдельные малые участки, содержащие ограниченное количество пространственных частот, в значительно большей степени подобных частотам в голографических областях, что гарантирует простоту изготовления и минимизацию ухудшения при тиснении в процессе изготовления.

В отличие от этих предыдущих систем раскрытая здесь система лазерного контроля имеет несколько отличительных преимуществ.

Во-первых, каждый отдельный контролируемый лазером элемент раскрытой системы локализован в малых областях (например, точках), что минимизирует искажения восстановленного изображения, обусловленные недостаточной плоскостностью основы или шероховатостью бумаги, тем самым обеспечивая визуализируемое лазером изображение более высокого качества с меньшими ухудшением и шумом, обусловленными неоднородностями поверхности, более просто контролируемое с помощью когерентного освещения.

Во-вторых, каждый элемент, контролируемый лазером, содержит только одиночный простой графический элемент (например, букву) в качестве контролируемой лазером детали, выступающий в качестве компонента целого сообщения. Это дает возможность максимально упростить микроструктуру в отношении ширины диапазона пространственных частот, каждой отдельной детали, наблюдаемой с помощью лазера (т. е. минимизировать количество пространственных частот, чтобы минимизировать конкуренцию интерференционных полос). Это уменьшение необходимой ширины диапазона пространственных частот позволяет воспроизводить в белом свете визуальную деталь, которая выглядит практически так же, как деталь дифракционной решетки, поскольку обеспечивает воспроизведение, по существу, насыщенных цветов (а не воспроизведение тусклых цветов), а также позволяет более эффективно тиснить деталь и делать ее менее чувствительной к шуму, возникающему в процессе тиснения по причине насыщения носителя, которое наступает быстрее для более низких яркостей для более сложных оптических микроструктур.

В-третьих, локализация простого графического элемента в каждом контролируемом лазером пятне, но с последующим использованием различных пятен, воспроизводящих в самых разных направлениях другие символы сообщения, опять же, делает деталь более устойчивой к недостатку плоскостности поверхности и микроскопической шероховатости поверхности, поскольку позволяет обеспечить хорошее угловое и пространственное разделение деталей, наблюдаемых с помощью лазера, во избежание перекрытия.

В-четвертых, преимущественное размещение контролируемых лазером пятен или графических элементов позволяет использовать расстояние между графическими деталями для того, чтобы в любой отдельно взятый момент времени пятно обычного лазерного карандаша освещало только одну деталь, несущую тот или иной символ, наблюдаемый с помощью лазера, тем самым гарантируя наибольшую возможную четкость детали, наблюдаемой с помощью лазера, для каждого символа, за счет исключения слабо отличающихся углов восстановления, возможных в случае освещения нескольких элементов, соответствующих одному и тому же считываемому лазером символу, в то время как повторение контролируемых лазером элементов в наборах или парах упрощает выравнивание и повышает считываемость без точного выравнивания благодаря тому, что, например, в неограничивающих применениях, в любой отдельно взятый момент времени освещается для считывания только один контролируемый лазером символ каждого типа, а это значит, что каждая деталь, наблюдаемая с помощью лазера, повторяется, по меньшей мере, один раз, что делает деталь в целом более устойчивой, например, к местному смятию, ухудшению или поверхностным царапинам, тем самым обеспечивая повышение качества лазерного контроля старых или мятых ярлыков или документов, например банкнот.

Новая система лучше защищена по сравнению с предыдущими системами за счет улучшения маскировки аппаратно считываемой детали защитной голограммы, а также ввиду того, что организации, специализирующейся на голографических и дифракционных процессах, труднее ее подделывать, и, кроме того, выступает в качестве дифракционной защитной детали для публичного распознавания. Далее следует объяснение этих преимуществ. Деталь лучше замаскирована в защитной голограмме, поскольку, во-первых, она воспроизводит более чистый дифракционный цвет, чем другие, предыдущие детали, наблюдаемые с помощью лазера, из-за чего ее трудно отличить от других поверхностных дифракционных решеток и лентикулярных деталей голограммы, что позволяет эффективно маскировать набор и наличие деталей, контролируемых лазером. Деталь можно также дополнительно замаскировать в защитной голограмме либо в композиции, либо в виде пространственно отделенной области как набор деталей или графических элементов, обеспечивающих деталь кажущегося движения для публичного распознавания, отображающуюся наблюдателю при повороте голограммы, например вращения, изменения формы, смены изображения или эффекта линейного перемещения. Таким образом, новая защитная деталь действует как устройство для публичного распознавания за счет характера деталей кажущегося движения, который может быть свойственен используемым методам углового разделения контролируемого лазером отображения по отдельным различным направлениям, присваиваемым отдельным пространственно различимым областям.

На фиг. 5 показан второй вариант осуществления, который предусматривает защитное устройство 20 в качестве единой структуры в виде точки, причем структура выполнена как часть линии точек, образованных деталями поверхностной дифракционной решетки, в виде лентикулярных бегущих полосок. При вращении 21 устройства, освещенного белым светом 22, детали поверхностной дифракционной решетки, включающие в себя устройство 20, действуют совместно, обеспечивая отображение движущихся точек. Само по себе устройство 20 состоит из четырех участков 23-26, которые образуют пары 23, 25 и 24, 26, обеспечивающие при повороте устройства, освещенного белым светом, пару чередующихся изображений, указанных позициями 27, 28.

Кроме того, каждый сектор 23-26 также устроен так, что воспроизводит соответствующее скрытое изображение 29, 30 при лазерном освещении. Как явствует из фиг.5В, пара секторов 23, 25 формирует скрытое изображение 30, а пара секторов 24, 26 формирует скрытое изображение 29.

В некоторых случаях устройство 20 можно использовать отдельно.

Создание элементов аппаратно считываемой детали на стадии изготовления оптической микроструктуры также затруднено по сравнению с предыдущими устройствами, поскольку требует создания нескольких отдельных сфокусированных графических элементов на или вблизи плоскости изображения видимой голограммы, воспроизводящей в нескольких различных направлениях дифракции, в идеале для обеспечения эффекта кажущегося движения или эффектов смены фигур при повороте, а также создания в этих направлениях воспроизведения раздельно фокусируемого изображения, наблюдаемого с помощью лазера, которое можно наблюдать только в когерентном свете. Для формирования этой детали обычно используют традиционные голографические процессы, обычно преобразование H1 в Н2, а затем вместо того, чтобы использовать короткую радужную щель для проектирования элементарного изображения, радужной щели придают форму нужного графического элемента, наблюдаемого с помощью лазера. Затем этот процесс повторяют для каждого из нескольких графических элементов, причем каждый рисунок объединяет в себе несколько деталей движения и минимум две, предпочтительно больше, отдельные контролируемые лазером детали. На практике используют 3 или более пар или наборов отдельных графических символов или точек в соответствии с уровнем сложности создания и сложности деталей, контролируемых лазером, при котором другие методики начинают давать худшие результаты, причем такое количество отдельных деталей целесообразно использовать для создания распознаваемой и достаточно сложной детали движения для визуального публичного распознавания как части голограммы визуального отображения или других дифракционных защитных устройств по мере необходимости.

Это полезная деталь для предотвращения подделок, использующая коммерчески доступные, так называемые "растровые" аппараты, в которых подложка с фоторезистом экспонируется двум интерферирующим лазерным пучкам для формирования точечной дифракционной решетки, а затем шаблон ступенчато перемещается между положениями экспонирования для создания массива дифракционных решеток, записанных под управлением компьютера поэтапно и с повторениями (коммерчески доступные аппараты и в литературе от, например, Dimensional Arts and Ahead Optoelectronics Inc.).

Раскрытое здесь новое защитное устройство является полезным устройством для предотвращения подделок в отличие от подобных растровых систем, поскольку раскрытое здесь устройство обеспечивает внешне простое визуальное голографическое устройство для публичного распознавания, в котором визуальный рисунок отображает простую движущуюся деталь для непосредственного публичного распознавания, и в то же время содержит значительно усовершенствованную скрытую защитную деталь, контролируемую лазером, которую осведомленный контролер может без труда визуализировать с помощью лазерной указки и простого экрана, чтобы восстановить и проконтролировать лазерно визуализируемое сообщение.

В этом случае, хотя визуальную деталь движения можно подделать с помощью растрового рисунка, внеплоскостные визуализируемые лазером детали, подлежащие наблюдению в когерентном свете, невозможно копировать с помощью растровой системы, которая может обеспечить воспроизведение чисто дифракционной решетки (в этом случае предпочтительной формой визуального графического элемента детали, наблюдаемой с помощью лазера, может быть либо точечный, либо непрерывный графический символ), поскольку любая попытка скопировать как визуальную деталь, так и деталь, наблюдаемую с помощью лазера, при помощи растровой системы была бы недопустимо сложна, поскольку для копирования деталей, визуализируемых лазером, требуется разбиение отдельного графического символа на отдельные точки, каждая из которых отображается в разных направлениях, что было бы чрезвычайно трудно, если вообще возможно, с учетом пространственного и углового разрешения почти для всех существующих растровых систем.

Такое воспроизведение представляет большую проблему для других средств создания защитного изображения, основанных на дифракционных решетках, например, основанных на рекомбинации стандартных рисунков решетки, в том числе "кинеграмм", или основанных на методах электронно-лучевой записи, в том числе "эксельграмм", и предусматривает намного более высокие уровни управления и сложности по сравнению с доступными большинству традиционным образом оборудованных голографических лабораторий, поскольку это устройство обычно является составляющей защитного голографического изображения, содержащего много других деталей.

Согласно предпочтительному подходу, устройство голографическим способом формируют в фоторезисте, создавая поверхностный рельефный рисунок, пригодный для электроформовки металлической формы прослойки для дальнейшего изготовления путем тиснения. Для голографического формирования можно использовать вариант известного процесса Н1-Н2 бентоновского типа, чтобы сформировать поверхностную рельефную голограмму, в которой данное устройство может быть объединено с 2-/3-мерной или 3-мерной голограммой или стереограммой или любой другой дифракционной решеткой или дифракционным защитным устройством, известным в технике. При восстановлении контролируемой лазером детали с использованием когерентного освещения лазером графическая информация, которую она содержит, поступает и фокусируется или отображается на той же плоскости, что и бентоновские радужные щели, которые восстанавливаются аналогичным образом, когда видимая главная голограмма освещается тем же источником когерентного света.

Поверхностную рельефную голограмму затем копируют с помощью известных в технике процессов гальванопокрытия, чтобы сформировать металлические копии, а, стало быть, прослойки для голографического тиснения, которые можно использовать для тиснения устройства известным методом тиражирования для голографического или дифракционного тиснения оптических микроструктур. Затем устройства включают в состав ярлыков, ярлыков, раскрывающих подделку, фольги для горячего тиснения и других подобных материалов, используемых для массового тиражирования оптических защитных деталей, которые можно затем прикреплять к защищенным документам, пластиковым картам и ценным изделиям.

Один аспект использования данного изобретения, обеспечивающий его преимущество, состоит в том, что контролируемая лазером деталь, отвечающая этому изобретению, будучи записана как часть защитной голограммы, дифракционной решетки или подобной системы, всегда использует пространственную частоту дифракционной решетки-носителя, которая меньше, чем у голографической интерференционной структуры. Считывание контролируемой лазером детали с помощью лазерной указки или аналогичного источника дает то преимущество, что, поскольку недорогие лазерные источники почти всегда (на сегодняшний день) являются лазерными устройствами, работающими на длине волны красного цвета, красный лазерный свет дифрагирует на контролируемой лазером детали под меньшим углом, чем на визуальной голографической структуре, что позволяет проводить угловое разделение контролируемой лазером детали от визуальной защитной голограммы для облегчения наблюдения контролируемой лазером детали. Поэтому для простоты проверки подлинности, предпочтительно записывать деталь, наблюдаемую с помощью лазера, в грубую дифракционную структуру (т.е. в решетку-носитель с меньшей пространственной частотой), а затем сопутствующую визуальную голографическую деталь, чтобы обычно красный лазерный свет дифрагировал на ней под меньшим углом, чем на визуальной голограмме, для обеспечения углового разделения. Эта методика использования грубой дифракционной решетки для скрытой (например, аппаратно контролируемой) детали предусматривает, что нередко наименьший дисперсионный элемент защитного устройства помогает минимизировать размытость изображения при восстановлении за счет малых изменений углов дифракции на разных участках устройства, обусловленных шероховатостью основы. Поэтому использование этого меньшего угла дифракции для контролируемой лазером детали гарантирует, что дифрагированное воспроизведение из дифрагированных воспроизведений контролируемой лазером детали является наименее ухудшенным за счет шероховатости поверхности из всех компонентов голографического или дифракционного защитного устройства.

Согласно фиг. 4, способ включения этой дополнительной аппаратно считываемой детали предусматривает запись второй независимой голограммы H1 60 (фиг. 4А), соответствующей различным областям оригинала детали для лазерного контроля, скажем, 3 участков оригинала, записанных в 3 области 60А, 60В, 60С голограммы Н1, при этом вместо обычных методов маскирования H1 радужной щелью участки H1 маскируют в форме нужной детали, контролируемой лазером. Эту H1 затем можно использовать в общеизвестной последовательности Н1-Н2 для преобразования изображения, контролируемого лазером, в плоскость изображения голограммы Н2 61 (фиг.4В). Затем создают, обычно в фоторезисте, содержащем плоскость визуального изображения, контролируемую лазером деталь голограммы Н2, анимируемую согласно направлениям дифракции, которые определяются первоначальной композицией H1 в качестве контролируемой лазером детали. Использование угла опорного пучка, меньшего, чем на любой сопутствующей визуальной защитной голограмме или дифракционном защитном устройстве, гарантирует запись контролируемой лазером детали на дифракционную решетку с большим шагом, чем визуальное дифракционное защитное устройство. Впоследствии это изображение можно объединить с визуальной защитной голограммой, записав вторую голограмму Н2 на фоторезист из отдельной H1, соответствующей необходимому визуальному защитному изображению. Затем пластину с фоторезистом проявляют обычным способом, чтобы сформировать поверхностную рельефную голограмму. Можно применять и другие методы, например создание единой комплексной составной H1, содержащей все элементы как визуальной голограммы, так и областей лазерного контроля, записанные в отдельных участках, причем голограмма Н2 записывается в один этап преобразования.

Другие альтернативные и одинаково пригодные методы формирования контролируемой лазером детали и 2-/3-мерных защитных голограмм могут предусматривать использование масок для задания графических деталей визуального изображения на голограмме в плоскости изображения и использование размытых или лентикулярных рассеивающих листов, маскированных соответствующими формами, для формирования объектного пучка с добавлением отдельного опорного пучка, согласно известному уровню техники.

Еще одна методика изготовления изображения предусматривает создание единой мультиплицируемой голограммы контролируемой лазером детали, копирование ее на металлический оригинал путем электроформовки с последующим использованием методов механической рекомбинации (т.е. избирательного тиснения областей с помощью плоскопечатной машины) для включения этой детали в защитную голограмму или чисто дифракционное устройство, например кинеграмму или эксельграмму, для повышения степени защиты этих устройств.

Заметим также, что, хотя эту методику обычно используют для создания поверхностной рельефной тисненой оптической микроструктуры, контролируемую лазером деталь, наподобие раскрытой здесь, можно использовать в объемном голографическом защитном устройстве с использованием таких регистрирующих материалов, как эмульсии галоидов серебра, бихромированная желатина и голографические фотополимеры (например, производства E.I. Dupont, Holographics Division and Polaroid Corporation, Holographics Division), с использованием отражательной голографии, известной в технике (например, G. Saxby, "Practical Holography", Prentice Hall).

В этом случае методы формирования и изготовления будут отличаться в деталях. Однако принцип создания усовершенствованной скрытой детали, наблюдаемой в когерентном свете лазера, для множественных малых графических символов, используемых также для получения эффекта кажущегося движения для публичного распознавания, остается пригодным, т.е. использование нескольких голографических элементов, имеющих как графическое изображение в плоскости визуального изображения, предназначенное для визуальной проверки подлинности, в виде фигуры или графического элемента, так и графическую фигуру во внеплоскостной детали, образующую контролируемую лазером скрытую деталь, наблюдаемую только в свете лазера.

В описанных выше примерах защитное устройство при освещении белым светом воспроизводит несколько малых точек. На фиг. 6 показан пример того, как структура 70 воспроизводит графические знаки, в данном случае буквы NAME, при освещении белым светом обычно последовательно по мере поворота устройства, тогда как при лазерном освещении 6 восстанавливаются знаки CODE, указанные позицией 71, причем в другой плоскости.

На фиг.7 показан видоизмененный пример, соответствующий фиг.6, в котором при лазерном освещении восстанавливается штрих-код 72 в качестве скрытого изображения при лазерном освещении. Каждый участок структуры, который формирует буквы NАМЕ при освещении белым светом, соответствует соответствующему участку штрих-кода 72.

Изобретение относится к средствам защиты документов и других ценных изделий от незаконного воспроизведения или подделки. Технический результат заключается в повышении защиты ценных изделий. Защитное устройство содержит голографическую структуру, порождающую оптически изменяемые эффекты, состоящую, по крайней мере, из двух участков. При освещении белым светом формируется изображение из двух графических элементов, расположенных на или вблизи плоскости, соседствующей или совпадающей с плоскостью устройства. При когерентном освещении участки формируют скрытые изображения в виде знаков, плоскости которых расположены на удалении от физической плоскости устройства, скрытые изображения восстанавливаются под разными углами к нормали основы, поддерживающей устройство, что приводит к пространственному разделению скрытых изображений на их плоскости изображения. Скрытые изображения не видны при освещении белым светом. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Защитное устройство для защиты документов и других ценных изделий от незаконного воспроизведения или подделки, содержащее голографическую структуру, порождающую оптически изменяемые эффекты, содержащую, по меньшей мере, два отдельных участка, каждый из которых выполнен с возможностью создания, при освещении белым светом, оптически изменяемого изображения, состоящего из, по меньшей мере, одного определенного графического элемента, расположенного в или вблизи плоскости изображения, совпадающей или соседствующей с плоскостью устройства, и который выполнен с возможностью при когерентном освещении создания, по меньшей мере, одного отдельного скрытого изображения, которое связано с изделием или документом, для которого предусмотрено защитное устройство, в виде знака, плоскость изображения которого расположена на расстоянии от физической плоскости устройства, причем скрытые изображения восстанавливаются под разными углами к нормали основы, поддерживающей устройство, так что скрытые изображения пространственно разделены на своей плоскости изображения, и скрытые изображения практически невидимы при освещении белым светом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, выполнена с возможностью создания, при освещении белым светом, оптически изменяемого изображения, которое перемещается при повороте устройства.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, выполнена в виде одиночной непрерывной структуры.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждый элемент голографической структуры, порождающей оптически изменяемые эффекты, имеет максимальный поперечный размер, менее 3 мм и, предпочтительно, менее 1,5 мм.5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что содержит несколько пар или наборов из, по меньшей мере, трех подобных участков, причем каждый элемент пары или набора предназначен для формирования, при когерентном освещении, того же скрытого изображения, что и другой(ие) элемент(ы) пары или набора.6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что одиночная голографическая структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, включена в набор дополнительных структур, порождающих оптически изменяемые эффекты, причем одиночная и дополнительные структуры, порождающие оптически изменяемые эффекты, выполнены с возможностью, будучи освещенными белым светом, при повороте основы совместного действия создания эффекта движущегося изображения.7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что участки структуры, порождающей оптически изменяемые эффекты, выполнены в виде отделенных друг от друга областей.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что содержит несколько пар или наборов областей, причем каждый элемент пары или набора имеет практически одну и ту же конструкцию.9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что каждая область имеет максимальный поперечный размер менее 3 мм и, предпочтительно, менее 1,5 мм.10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, выполнена в виде дифракционной решетки или голографической структуры, например защитной голограммы.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что часть структуры, дополнительно реагирующая на когерентное освещение, характеризуется меньшей частотой решетки, чем часть структуры, реагирующая на освещение белым светом.12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что структура, порождающая оптически изменяемые эффекты, является поверхностной рельефной структурой.13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что скрытые изображения содержат графические элементы, буквенно-цифровые символы, знаки или аппаратно-считываемые рисунки, такие, как штрих-коды.14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что каждый участок выполнен с возможностью формирования скрытого изображения, составляющего часть аппаратно-считываемого рисунка.15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что участки имеют практически одинаковую форму.16. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что участки имеют простую геометрическую форму, например круга, квадрата или прямоугольника.17. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что участки имеют форму графических знаков.18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что участки задают буквенно-цифровые символы.19. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что формируется голографическими средствами с помощью преобразования H1 в Н2 бентоновского типа.20. Документ или ценное изделие, отличающееся тем, что снабжено защитным устройством по любому из предшествующих пунктов.