способ маркировки изделий с помощью голограмм

Формула изобретения

Способ маркировки изделий с помощью голограмм, основанный на записи голограмм изображения двоичного кода маркировки изделия с последующим восстановлением и считыванием этого изображения, отличающийся тем, что изображение кода формируют путем записи нескольких наложенных друг на друга объемных отражательных голограмм и тем самым получают многоцветную отражательную голограмму, причем число N наложенных голограмм равно количеству разрядов двоичного кода, а угол пересечения записывающих предметного и опорного пучков 2_i для i-й голограммы задают по закону

где i=1, 2....N;

₀ - длина волны света лазера, используемого при записи голограмм;

_i - соответствующая i-му разряду цифрового кода длина волны света, отраженного от голограммы при ее восстановлении,

полученную совокупность голограмм освещают пучком белого света, отраженный (или прошедший) свет направляют в спектроанализатор, на выходе которого получают комбинацию спектральных пиков, соответствующую заданному цифровому коду.

Описание изобретения к патенту

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

Голограммы нашли широкое практическое применение как средство защиты различных изделий 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 [1]. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется разработке способов маркировки изделий с помощью защитных голограмм, допускающих применение как визуальных, так и цифровых средств считывания определенного кода, заложенного в голограмме [2, 3].

Известен способ маркировки изделий с помощью синтезированных дифракционных решеток с некоторой комбинацией пространственных частот, создающих при дифракции на них лазерного пучка изображение штрих-кода, который считывается фотоэлектронным устройством [2].

Основным недостатком данного способа является простота формирования рельефной структуры дифракционной решетки, создающей при ее освещении пучком лазера видимого светового диапазона визуально наблюдаемую одномерную картину световых полосок, соответствующих логическим “1” и “0” (штрих-код). Такую структуру легко скопировать контактным способом или заново синтезировать (что равносильно подделке), зная кодовую комбинацию логических “1” и “0”.

Возможность контактного копирования принципиально отсутствует в объемных фазовых голограммах [4] или подобных им многослойных интерференционных структурах [5, 6]. Наблюдение изображения или считывание информации (в том числе цифровой, как в обычных компакт-дисках) возможно лишь при освещении такой структуры лазером с определенной длиной волны света и под определенным углом, чем и обеспечивается защита информации от несанкционированного доступа.

Вместе с тем существенным недостатком подобных многослойных структур является сложность их изготовления, обусловленная напылением в вакууме чередующихся тонких диэлектрических слоев с определенными свойствами, кроме того, практически невозможно оперативно изменить комбинацию слоев с целью придания таким структурам индивидуального кода.

Известен способ маркировки изделий с помощью рельефных голограмм с защитой от подделки, состоящий в нанесении поверх рельефа слоя прозрачного вещества с определенным показателем преломления, что предотвращает непосредственный контакт с рельефом голограммы и вместе с тем сохраняет способность дифракции на ней считывающего пучка света [7].

Этот способ применен в устройстве, описанном в [7] и содержащем оптически связанные между собой: источник света; Фурье-голограмму, создающую двумерное изображение цифрового кода (в виде массива светлых и темных пятен) за счет дифракции света на рельефной структуре, скрытой в глубине голограммы; фотоэлектронное устройство для считывания изображения цифрового кода и пороговое устройство для преобразования этого изображения в цифровой код.

Недостатками данного способа и устройства, его реализующего, являются:

- использование визуально наблюдаемой двумерной картины световых пятен, соответствующих логическим “1” и “0” цифрового кода, что позволяет подделать такую дифракционную решетку (голограмму), например, путем изготовления Фурье-голограммы фотоснимка наблюдаемого изображения;

- необходимость формирования Фурье-образа исходного изображения цифрового кода при записи голограммы и выполнения обратного Фурье-преобразования при ее считывании;

- необходимость использования монохроматического источника света, а именно лазера, для получения четкого изображения цифрового кода;

- необходимость использования многоэлементного фотоприемника, а именно так называемой CCD матрицы (charge coupled device), для считывания изображения цифрового кода.

Предлагаемым изобретением указанные недостатки устраняются и решается задача защиты голограмм, используемых при маркировке изделий, от подделки.

Это достигается тем, что:

- с помощью лазерного источника света с длиной волны ₀ формируют два когерентных пучка (предметный и опорный), пересекающихся под углом 2 ₁ (практически этот угол выбирают в интервале 120 <2 ₁ 180 );

- в области их пересечения размещают объемную регистрирующую среду вдоль биссектрисы угла пересечения, экспонируют в течение времени t₁ и получают отражательную голограмму;

- записывают в одном и том же месте регистрирующей среды N наложенных друг на друга объемных отражательных голограмм (N равно количеству двоичных разрядов цифрового кода) при различных значениях угла пересечения записывающих пучков 2 _i, который изменяют по закону

где i=1, 2,... N;

₀ - длина волны света лазера, используемого при записи голограмм;

_i - соответствующая i-му разряду цифрового кода длина волны света, отраженного от голограммы при ее восстановлении;

- восстанавливают полученную совокупность наложенных голограмм путем освещения пучком белого света, падающим по нормали к поверхности регистрирующей среды;

- наблюдают пучок отраженного (или прошедшего) света, спектральный состав которого содержит комбинацию пиков, соответствующую заданному цифровому коду.

Для считывания этого кода можно использовать устройство, содержащее последовательно расположенные источник белого света, фотоэлектронный спектроанализатор, декодирующее устройство.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в:

- использовании нескольких, наложенных друг на друга, интерференционных структур типа объемных отражательных голограмм с целью получения определенного спектрального состава отраженного (или прошедшего) пучка света;

- отсутствии визуального изображения кода в отраженном (или прошедшем) свете.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг.1 - формирование объемной отражательной голограммы с несколькими дифракционными структурами.

Фиг.2 - вид расчетного спектрального отклика голограммы.

Фиг.3 - вид экспериментального спектрального отклика голограммы.

Фиг.4 - функциональная схема устройства восстановления голограммы и считывания кода маркировки.

Для получения объемной отражательной голограммы с несколькими дифракционными структурами (фиг.1) вначале, используя лазерный источник света с длиной волны ₀, формируют два когерентных пучка (предметный - S₁ и опорный - R₁), пересекающихся под углом 2 ₁ (практически этот угол выбирают в интервале 120 <2 ₁ 180 ); затем в области их пересечения вдоль биссектрисы угла пересечения размещают объемную регистрирующую среду 3, экспонируют в течение времени t₁ и получают одну объемную отражательную голограмму, дифракционная структура которой условно обозначена на фиг.1 совокупностью сплошных линий, расположенных параллельно поверхности регистрирующей среды с некоторым периодом; аналогично записывают в одном и том же месте регистрирующей среды N объемных отражательных голограмм (соответственно количеству двоичных разрядов цифрового кода) при времени экспозиции t_i и различных значениях угла 2 _i, который изменяют по закону

где i=1, 2,... N;

₀ - длина волны света лазера, используемого при записи голограмм;

_i - соответствующая i-му разряду цифрового кода длина волны света, отраженного от голограммы при ее восстановлении.

Голограмма, соответствующая углу 2 _i, показана на фиг.1 совокупностью пунктирных линий, расположенных параллельно поверхности регистрирующей среды с периодом, отличным, чем вышеописанный.

Полученную совокупность голограмм восстанавливают пучком белого света, падающим по нормали; пучок отраженного (или прошедшего) света, спектральный состав которого зависит от ₀ и 2 _i, направляют в фотоэлектронный спектроанализатор, данные из которого посылают в декодирующее устройство и получают кодовую информацию.

Предлагаемый способ реализован экспериментально. На фиг.2 и фиг.3 показаны расчетный и экспериментальный вид спектрального отклика голограммы, полученной в соответствии с предлагаемым способом, для значения двоичного кода 11101101. Пунктирной линией показан условный пороговый уровень коэффициента отражения света от голограммы, выше которого световой сигнал интерпретируется как логическая “1”, а ниже - как логический “0”.

В экспериментах для записи объемных отражательных голограмм применялась голографическая установка на основе Аr+ лазера. Изменение угла падения предметного и опорного пучков осуществлялось с помощью вращающегося столика с точностью отсчета 0,1 . В качестве регистрирующей среды использовался фотополимерный материал, что позволило получать голограммы в реальном времени и тем самым оперативно формировать код маркировки. В качестве спектроанализатора использовался прибор типа USB-2000 фирмы Ocean Optics (США).

Функциональная схема устройства восстановления голограмм и считывания кода маркировки показана на фиг.4, где 1 - источник белого света; 2 - восстанавливающий коллимированный пучок белого света, падающий по нормали к поверхности объемной отражательной голограммы 3 с несколькими дифракционными структурами; 4 - пучок света на выходе голограммы с изменившимся спектральным составом по сравнению с исходным пучком 2; 5 - фотоэлектронный спектроанализатор; 6 - поток данных с информацией о спектральном составе пучка света на выходе голограммы; 7 - вид этого спектрального состава после обработки информации в компьютере; 8 - пороговое устройство; 9 - итоговая кодовая информация.

Сходство расчетного и экспериментального вида спектрального отклика голограммы, полученной в соответствии с заявляемым способом, подтверждает возможность его реализации и практического применения.

Источники информации

1. Гальперн А.Д., Смаев В.П. Методы регистрации и тиражирования изобразительных рельефно-фазовых голограмм. // Оптико-механическая промышленность. - 1988. - №11. - С.49-57.

McGrew, Steve, "Countermeasures Against Hologram Counterfeiting", New Light Industries Ltd., 1996.

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

3. Kevin G. Brown, Jeff Weil and Marc O. Woontner. Origination and Mass Replication of Holographic Imagery Counterfeit Proof and Machine Readable Holographic Technology Verigram Security Systems TM. International Hologram Manufacturers Association (IHMA) Security Conference on November 17, 1995.

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

4. P.Кольер, К.Беркхард, Л.Лин, Оптическая голография, М., Мир, 1973.

5. Kennet M. Baird et al. Optical interference authenticating means. U.S. Patent №3858977.

6. L. Li. Optical recording media having optically-variable security properties. U.S. Patent №5549953.

7. Grot Annette C.; Hoch John S.; Taber Robert C. High-security machine-readable holographic card. U.S. Patent №6005691.