устройство для контроля подлинности голограмм

Формула изобретения

Устройство контроля подлинности голограмм, содержащее последовательно расположенные на оптической оси когерентный источник света, коллимирующую оптическую систему, рамку для установки голограммы, фазовую маску, Фурье-объектив и диффузный экран, отличающееся тем, что фазовая маска выполнена в виде растра периодически расположенных микролинз, причем задняя фокальная плоскость микролинз совмещена с передней главной плоскостью Фурье-объектива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области голографии, а именно к контролю подлинности информации, скрытой в голограммах и дифракционных решетках и может быть использовано для контроля подлинности ценных бумаг, предметов и т.п., на которых нанесена голограмма со скрытой информацией.

Известно устройство, содержащее последовательно расположенные по оптической оси когерентный источник света, формирующий параллельный пучок лучей, фазовую маску, вносящую случайную разность хода лучей по апертуре пучка (например матовое стекло), афокальную систему, голограмму и экран, на котором формируется действительное кодовое изображение, рассматриваемое глазом. По виду восстановленного изображения оператор визуально оценивает подлинность голограммы [1].

Недостатком такого устройства является: 1) жесткие требования к позиционированию фазовой маски и голограммы относительно друг друга при восстановлении изображения (допуск на взаимные смещения составляет единицы микрон); 2) возможность восстановления изображения с голограммы при отсутствии случайной фазовой маски точечным когерентным источником света.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее последовательно расположенные на оптической оси когерентный источник света (лазер), осветительную оптическую систему, голограмму, случайную фазовую маску (например, матовое стекло) и экран, на котором формируется восстановленное с голограммы действительное кодовое изображение, рассматриваемое глазом. По виду изображения оператор визуально оценивает подлинность голограммы [2].

Недостатком такого устройства является: 1) также жесткие требования к позиционированию случайной фазовой маски и голограммы относительно друг друга при восстановлении изображения с голограммы (допуск на взаимные смещения обычно составляют единицы микрон); 2) возможность восстановления изображения с голограммы при отсутствии случайной фазовой маски точечным когерентным источником света (лазером).

Устранение указанного недостатка достигается тем, что фазовая маска вносит не случайный фазовый сдвиг, а выполнена в виде растра из периодически расположенных (гексагонально, ортогонально или иначе) фазосдвигающих элементов в виде растра микролинз (например, растра положительных плоско-выпуклых линз). При этом передняя главная плоскость фурье-объектива совмещена с задней фокальной плоскостью микролинз для того, чтобы в задней фокальной плоскости микуролинз проходили гомоцентрические пучки лучей.

На фиг. 1 представлена предлагаемая фазовая маска в виде растра положительных плоско-выпуклых сферических линз. На фиг. 1,а - оптическая схема фазовой маски, а на фиг. 1,б и на фиг. 1,в - возможные варианты расположения фазосдвигающих элементов на плоскости маски (гексагональная и ортогональная упаковки соответственно); на фиг. 2 - функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - пояснение к выводу формулы для определения допуска на смещения голограммы относительно устройства.

Маска из материала с показателем преломления n состоит из периодически расположенных сферических линз радиуса r. Фокусное расстояние f_м таких линз равно f_м=r/(n-1).

Устройство (фиг. 2) содержит последовательно расположенные на оптической оси когерентный источник света (лазер) 1, коллимирующий объектив 2, рамку для установки голограммы 3, фазовую маску 4, фурье-объектив 5, диффузный экран 6.

Устройство работает следующим образом. Когерентный источник света 1 и коллимирующий объектив 2 формируют параллельный пучок лучей, освещающих голограмму. Голограмма, помещаемая в рамку 3, восстанавливает волновой фронт, который проходит через фазовую маску 4 и фурье-объектив 5.

Задняя фокальная плоскость растра из сферических микролинз (фазовой маски) 4 и передняя главная плоскость фурье-объектива 5 совмещены, т.е. главная плоскость фурье-объектива является фокальной плоскостью микролинзы. В каждой точке задней фокальной плоскости микролинз проходит гомоцентрический пучок лучей, угол расходимости w которого определяется диаметром экрана d_э и фокусным расстоянием фурье-объектива f_о, а именно



Этот пучок лучей является предметным для каждой микролинзы. Размер линейной апертуры пучка лучей d для каждой микролинзы можно найти из угла расходимости пучка и фокусного расстояния микролинзы. Линейная апертура пучка лучей d, проходящего через каждую микролинзу, будет равна



Допустимый сдвиг голограммы относительно устройства можно определить по виньетированию половины пучка каждой микролинзой (фиг. 3). Величина рассовмещения x центра пучка лучей и оси микролинзы определяет допустимый сдвиг. Найдем рассовмещение x такое, чтобы площадь взаимного перекрытия двух кругов диаметра d была равна половине площади каждого круга.

Составим уравнение для нахождения x:

.

После упрощения получим

.

Из фиг. 3 имеем





Тогда, подставляя 2 и 3 в 1 исходное уравнение, получаем



Решение уравнения удобно искать в виде

x = kd (5).

Тогда, подставляя 5 в 4, получим



Решением уравнения 6 является значение k = 0,404.

Тогда, согласно 5 имеем x = 0,404d.

Тогда допуск на сдвиг голограммы равен



Диффузный экран 6 расположен в задней фокальной плоскости фурье-объектива 6. На рабочей поверхности диффузора формируется действительное изображение, которое рассматривается глазом. По виду изображения оператор визуально оценивает подлинность голограммы.

Реализация устройства иллюстрируется следующим примером. При следующих параметрах конструкции:

фокусном расстоянии фурье-объектива f_о= 20 мм,

размере диффузора-экрана d_э= 10 мм,

радиусе микролинз растра r = 1,5 мм,

показателе преломления растра n = 1,465,

инвариантность к сдвигу устройства относительно голограммы составляет 0,67 мм.