способ маркировки изделий с помощью голограмм (варианты)

Формула изобретения

1. Способ маркировки изделий с помощью голограммы, основанный на формировании защитной голограммы в виде N наложенных отражательных объемных голограмм, соответствующих двоичному коду изделия; считывании такой голограммы путем освещения пучком белого света, измерения и декодирования спектрального состава отраженного или прошедшего света, отличающийся тем, что N наложенных отражательных объемных голограмм записывают одновременно и при этом обеспечивают взаимную некогерентность предметных пучков света путем расщепления пучка света от одного лазера на N пучков с помощью акустооптического модулятора света, подключенного к генератору, создающему одновременно N акустических частот, а соответствующие им опорные пучки образуют путем зеркального отражения предметных пучков, прошедших сквозь слой светочувствительной среды.

2. Способ маркировки изделий с помощью голограммы, основанный на формировании защитной голограммы в виде N наложенных отражательных объемных голограмм, соответствующих двоичному коду изделия; считывании такой голограммы путем освещения пучком белого света, измерения и декодирования спектрального состава отраженного или прошедшего света, отличающийся тем, что N наложенных отражательных объемных голограмм записывают одновременно и при этом обеспечивают взаимную некогерентность предметных пучков света путем использования N независимых лазеров с одинаковой длиной волны излучения, либо путем использования N лазеров со слегка отличающимися длинами волн излучения, например, N полупроводниковых лазеров, а соответствующие им опорные пучки образуют путем зеркального отражения предметных пучков, прошедших сквозь слой светочувствительной среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам маркировки изделий с помощью средств оптической голографии. Эти способы характеризуются операциями изготовления голограмм, содержащих информацию об изделии, установки голограмм на изделие или документ, последующего восстановления голограмм и считывания этой информации с помощью оптико-электронных средств.

Голограммы с явным или скрытым изображением маркировки нашли широкое практическое применение как средство защиты различных изделий (документов, денежных знаков, различных товаров, например чипов или CD с программным обеспечением) от подделки. Голограммы такого типа называют защитными. Способы получения защитных голограмм непрерывно развиваются, поскольку вслед за появлением новых видов таких голограмм возникают и их подделки, особенно это относится к традиционным радужным голограммам, рассчитанным только на визуальное восприятие. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется разработке способов маркировки изделий с помощью защитных голограмм, допускающих применение как визуальных, так и оптико-электронных средств считывания определенного кода, заложенного в голограмме [1].

Известны способы маркировки изделий с помощью прикрепленных на них синтезированных или голографических дифракционных решеток с некоторой комбинацией пространственных частот, создающих при дифракции лазерного пучка изображение штрих-кода [2], либо иное изображение [3, 4], которое считывается оптико-электронными средствами, и далее определяется подлинность изделия.

Голограммы с различающимися пространственными частотами могут располагаться на отдельных участках носителя [3, 4] либо на одном и том же участке [4, 5], в этом случае говорят о наложенных голограммах.

Основными недостатками способов [2, 3, 4] являются простота формирования рельефной структуры дифракционной решетки, создающей при ее освещении пучком лазера видимого светового диапазона визуально наблюдаемую световую картину. Такую структуру легко скопировать контактным способом или заново синтезировать (что равносильно подделке), имея необходимое изображение.

Недостатком способа [5] является последовательный характер формирования наложенных голограмм, усложняющий схему и процесс записи, ухудшающий характеристики восстановленного изображения.

Возможность контактного копирования принципиально отсутствует в объемных фазовых голограммах [6, 7]. В этом случае наблюдение изображения или считывание информации возможно лишь при освещении таких голограмм лазером с определенной длиной волны света и под определенным углом, чем и обеспечивается защита информации от несанкционированного доступа.

Известен способ маркировки изделий с помощью объемных фазовых голограмм [8], основанный на записи голограмм изображения двоичного кода маркировки изделия с последующим восстановлением и считыванием этого изображения. Согласно этому способу защитную голограмму получают путем последовательной записи N наложенных друг на друга объемных отражательных голограмм, причем число N равно количеству разрядов двоичного кода изделия, для записи голограмм используют один источник когерентного излучения, с его помощью образуют предметный S и опорный R пучки, а угол пересечения предметного и опорного пучков задают по определенному закону.

Недостатками рассматриваемого способа являются:

- последовательный характер записи наложенных объемных отражательных голограмм, когда процесс записи текущей голограммы влияет на величину дифракционной эффективности предыдущей голограммы;

- необходимость подбора индивидуальной энергии экспозиции для каждой из наложенных голограмм с целью обеспечения одинаковой величины их дифракционной эффективности;

- необходимость построения отдельного оптического канала опорных пучков;

- необходимость настройки угла падения опорных пучков для обеспечения заданного угла пересечения предметного S и опорного R пучков.

Предлагаемым изобретением указанные недостатки устраняются, и тем самым решается поставленная задача совершенствования способа маркировки изделий с помощью голограммы. Это достигается тем, что:

- обеспечивают взаимную некогерентность предметных пучков света;

- опорные пучки образуют путем зеркального отражения предметных пучков, прошедших сквозь слой регистрирующей среды;

- N наложенных объемных отражательных голограмм записывают одновременно.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:

- обеспечение взаимной некогерентности предметных пучков света;

- формирование опорных пучков путем зеркального отражения предметных пучков, прошедших сквозь слой регистрирующей среды;

- запись N наложенных объемных отражательных голограмм одновременно.

Взаимная некогерентность предметных пучков света является обязательной, поскольку в противном случае будет иметь место интерференция этих пучков, что приведет к образованию паразитных голограмм пропускающего типа, на которых при считывании будет происходить дополнительная дифракция зондирующего пучка белого света, что приведет к искажению результирующего спектрального отклика.

Предлагаемый метод формирования опорных пучков существенно упрощает оптическую систему записи голограмм, поскольку отпадает необходимость построения отдельной оптической системы формирования опорных пучков и их юстировки.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим графическим материалом:

Фигура 1. Схема получения защитной голограммы. На фиг.1 изображено формирование N взаимно некогерентных предметных пучков S _i, и соответствующих им N опорных пучков R_i (i=1, 2,...N), образующихся зеркальным отражением предметных пучков, прошедших сквозь светочувствительную среду, от плоского зеркала, расположенного непосредственно за светочувствительной средой (по ходу пучка S_i). В этом случае интерференция возможна лишь между парами пучков S_i и R_i . Согласно предлагаемому способу N пар таких пучков формируют параллельно и одновременно записывают N наложенных объемных отражательных голограмм, образующих защитную голограмму с кодовой информацией изделия.

Для практического реализации предлагаемого способа существуют несколько возможностей (вариантов):

а) взаимную некогерентность N предметных пучков обеспечивают путем расщепления пучка света от одного лазера на N пучков с помощью акустооптического модулятора света, подключенного к генератору, создающему одновременно N акустических частот;

б) взаимную некогерентность предметных пучков света обеспечивают путем использования N независимых лазеров с одинаковой длиной волны излучения либо путем использования N лазеров со слегка отличающимися длинами волн излучения, например, N полупроводниковых лазеров.

Процесс записи голограмм опишем подробно на примере варианта б). С помощью N независимых лазерных источников света с длиной волны ₀ одновременно формируют N предметных пучков, падающих на светочувствительную среду под углами _I (i=1, 2,...N) относительно нормали (фиг.1); непосредственно за светочувствительной средой располагают зеркало, с помощью которого отражают прошедшие сквозь светочувствительную среду предметные пучки, и тем самым формируют N опорных пучков, распространяющихся навстречу предметным пучкам под углами - _i. В силу независимости лазерных источников интерференция возможна лишь между предметным и опорным пучками, принадлежащими одному из лазерных источников. Поскольку запись N голограмм происходит одновременно, условия записи для каждой из них оказываются одинаковыми, тем самым обеспечиваются одинаковые характеристики восстановленных изображений для этих голограмм.

Фигура 2. Блок-схема считывания кодовой информации с защитной голограммы

Защитную голограмму в виде совокупности объемных отражательных голограмм (позиция 2, фиг.2), полученную согласно предлагаемому способу, освещают пучком белого света 1, падающим по нормали; пучок прошедшего света 3, спектральный состав которого зависит от ₀ и _i, направляют в фотоэлектронный спектроанализатор 4, данные из него посылают в декодирующее устройство 5 и получают кодовую информацию 6.

В качестве светочувствительной среды для изготовления голограммы в соответствии с предлагаемым способом могут быть использованы фотографические, неорганические, органические и гибридные материалы, позволяющие получать голограммы с высокими характеристиками в реальном времени.

Предлагаемый способ апробирован в ИАиЭ СО РАН экспериментально и подтвердил правильность предлагаемых решений и возможность их практической реализации. При записи объемных отражательных голограмм по варианту б) использовались He-Ne и полупроводниковые лазеры с длинами волн излучения в диапазоне 633 - 650 нм, голографические фотополимерные материалы [9], а при считывании кодовой информации применялся спектрометр типа USB2000 Miniature Fiber Optic Spectrometer фирмы Ocean Optics (США) [10].

Литература

1. Dausmann, Gunther et al., "Copy Proof Machine Readable Holograms for Security Applications", SPIE, vol. 2659, pp.198-201.

2. Zhiqiang Zhong, Jianping Ding, Zhou Jin, Peiying Liang and Gao Wenqi. Self-focusing hidden bar code. Applied Optics, vol. 41, no.2, pp.308-311 (2002).

3. Antes Gregor. Diffraction element and optical machine-reading device. Patent US 5101184 A, 31.03.1992.

4. Shindo Naoaki, et al. Monochromatic-light reproduction type hologram, and method and apparatus for its image reproduction. Patent US 5486933 A, 23.01.1996.

5. Компанец И.Н., Краснов А.Е., Чернопятов А.В., Дружинин Ю.О., Малов А.Н. Способ голографической идентификации изделий. Патент RU 2096834 С1, 20.11.1997.

6. L.Solymar and D.J.Cooke, "Volume Holography and Volume Gratings", Academic Press, New York (1981).

7. Matsuyama Tetsuya. Volume color hologram. Patent JP 2000-181331, 30.06.2000.

8. Пен Е.Ф., Шелковников В.В. Способ маркировки изделий с помощью голограмм. Патент RU 2236704 С1, 20.09.2004.

9. В.В.Шелковников, Т.Н.Герасимова, Е.Ф.Пен, В.А.Лоскутов, П.Е.Твердохлеб, Ю.А.Сазонов. Голографические фотополимерные материалы. Наука - производству, 2004, №5, с.2-6.

10. http://oceanoptics.com/products/usb2000.asp