Диссертация (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 2

Даже втом случае, когда ЗГ не снабжены специальными защитными элементами,постановка задачи контроля подлинности и качества изготовления отличаются.Известные методы контроля ЗГ на основе прямых измеренийгеометрических параметров профиля ДР с помощью атомно-силовыхмикроскопов являются трудоёмкими, что недопустимо в технологическомпроцессе производства ЗГ. В настоящее время не разработаны методы дляосуществления оперативного контроля указанных параметров формы профиляДР ЗГ. Поэтому остаётся потребность в методах оперативного контролякачества ЗГ, а также в специализированной аппаратуре, реализующей данныеметоды.Из изложенного выше следует, что в настоящее время отсутствуютметоды и методика оперативного контроля качества защитных голограмм, атакже специализированная аппаратура, предназначенная для реализацииоперативного контроля качества, которые позволили бы повысить выпускгодной продукции в процессе изготовления ЗГ.

Следовательно, темадиссертации,посвящённаяразработкеметодикииоптико-электронныхприборов контроля качества защитных голограмм, является актуальной.9Целью диссертационной работы является разработка методов контролякачествазащитныхголограммиоптико-электронныхприборов,предназначенных для реализации оперативного контроля качества.Для достижения поставленной цели были сформулированы и решеныследующие задачи:- предложен критерий принятия решения о качестве ЗГ;- исследованаинтенсивностизависимостьвглавныхпространственногомаксимумахраспределениядифракционнойкартиныотгеометрических параметров профиля дифракционных решёток и параметровполя случайных искажений этого профиля;- разработаны методы, позволяющие осуществлять автоматизированныйконтроль качества мастер-матриц, рабочих матриц и серийных образцов ЗГ;- разработаныпринципыдействияоптико-электронныхприборов,предназначенных для контроля качества ЗГ при их изготовлении, и методикапроектирования таких приборов;- справедливостьосновныхтеоретическихположенийдиссертацииподтверждена экспериментальными исследованиями на макетном образцеоптико-электронного прибора контроля качества ЗГ.Научная новизна работы заключается в следующем:- предложен критерий принятия решения о качестве ЗГ на основесравнениязначенийпараметровпрофилядифракционныхрешётокконтролируемого и эталонного образцов ЗГ;- впервые выведены аналитические выражения, устанавливающие связьмеждупространственныммаксимумахдифракционнойраспределениемкартинысинтенсивностипараметрамиполявглавныхслучайныхискажений профиля ДР;- разработан метод контроля качества защитных голограмм на основекосвенных измерений пространственного периода и глубины профиля10дифракционных решёток по распределению интенсивности в главныхмаксимумах дифракционной картины;- предложенаметодикаобъективногоконтролякачествазащитныхголограмм, которая базируется на прямых и косвенных измерениях параметровпрофиля дифракционных решёток и предназначена для контроля качествазащитных голограмм на всех стадиях технологического процесса ихизготовления, включая изготовление мастер-матриц, рабочих матриц исерийных образцов защитных голограмм.Практическая значимость диссертационной работы заключается в том,что разработанные методы контроля качества защитных голограмм и оптикоэлектронные приборы, реализованные по предложенным оригинальнымфункциональным схемам, позволяют обеспечить оперативность контролякачества защитных голограмм и снизить потери от брака при их серийномпроизводственапредприятияхАО«Гознак»,АО«НПО«Криптен»,ФГУП «НТЦ «Атлас», ООО «ХолоГрэйт» и др.Методыисследований.Длярешенияпоставленныхзадачиспользовались методы скалярной теории дифракции, цифровой обработкиизображений, теории случайных процессов и полей.Положения, выносимые на защиту:• метод оперативного контроля качества защитных голограмм на основекосвенных измерений позволяет определять пространственный период иглубинупрофилядифракционныхрешётокзащитныхголограммспогрешностями, не превышающими нескольких нанометров;• методика контроля качества защитных голограмм, основанная на прямыхи косвенных измерениях параметров профиля дифракционных решёток,позволяет контролировать их качество при изготовлении;• полученные аналитические выражения устанавливают связь междупространственным распределением интенсивности в главных максимумах11дифракционной картины и параметрами поля случайных искажений профилядифракционных решёток.Достоверностьвыводовдиссертационнойработыобеспечиваетсясогласованностью теоретических положений и результатов экспериментальныхисследований.Апробация результатов.

Основные результаты диссертационной работыдоложены на 6 международных конференциях:-SPIE Optics + Optoelectronics (Прага, Чехия, 2013);-3-я и 4-я Международные конференции по фотонике и информационнойоптике (НИЯУ МИФИ, Москва, 2014 и 2015);-10th International Symposium on Display Holography (Санкт-Петербург,2015);-12-я и 13-я Международные конференции «ГОЛОЭКСПО» (Казань, 2015;Ярославль, 2016).Внедрение результатов работы.

Получен акт о внедрении результатовдиссертационной работы от ДЗТ АО «Гознак».Публикации результатов. Основные результаты диссертационнойработы изложены в 14 публикациях общим объёмом 4,1 п.л., в том числе в 5статьях, опубликованных в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёхглав, заключения и списка литературы. Она изложена на 163 страницахмашинописного текста, содержит 78 рисунков и 21 таблицу, список литературывключает 51 библиографическое описание.Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертации, сформулированацель и задачи работы, определена научная новизна, практическая ценность,изложены положения диссертации, выносимые на защиту.Первая глава содержит обзор литературных источников в областиметодов и приборов, предназначенных для контроля ЗГ.

На основе анализа12сведений из литературных источников, определена цель и задачи исследованийдиссертации.Вторая глава содержит теоретическое обоснование методики контроляЗГ, которая базируется на использовании как прямых, так и косвенныхизмерений.ТретьяглавасодержитописаниефункциональныхсхемОЭП,предназначенных для реализации методики контроля ЗГ, а также основныхположений методики проектирования этих ОЭП.

В главе изложена методикаэкспериментальных исследований и результаты проведённых экспериментов.Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.13Глава 1. ОБЗОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАЩИТНЫХГОЛОГРАММ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ1.1.

Особенности защитных голограмм как носителей оптическихизображенийЗащита материальных объектов от подделки [1–6] является одной изсерьезных проблем, стоящих перед мировой экономикой и государственнымиорганизациями различных стран. В наибольшей степени в защите от подделкинуждаются бумажные и пластиковые документы, в том числе, паспорта иудостоверения личности, пластиковые банковские карты, векселя, налоговыеакцизныемарки,таможенныедокументы,нотариальныедокументы,свидетельства о регистрации прав собственности и др.В настоящее время для защиты документов от подделки во всем миреуспешно используются защитные голограммы (ЗГ).

Особенностью ЗГ, какносителей, на которых записана информация об изображении объектов илисцен, является то, что они представляют собой рельефно-фазовую радужнуюголограмму, выполненную на тонкопленочном полимерном носителе. Такиеголограммыпозволяютнаблюдатьголографическиеизображенияприестественном или искусственном освещении с присущими для радужныхголограммам переливами цветов, с особыми эффектами объемности, движенияи др. К числу таких особых эффектов ЗГ относятся [3, 6]: кинеграммы,многоракурсные изображения, полутоновые изображения, изображения сэффектами переднего и заднего плана, трёхмерные образы объектов,стереограммы, изображения в натуральных цветах и др.

Использованиеперечисленных эффектов при синтезе дизайна ЗГ позволяет повысить ихзащитные свойства.Кроме этого, в ЗГ используют специальные защитные элементы дизайна,которые не видны невооруженным глазом, и об их наличии могут знать толькопроизводитель и заказчик ЗГ. К таким защитным элементам относятся14микротексты, нанотексты, наноизображения, а также скрытые изображения[6–9, 51], для наблюдения которых требуются специальные средства.Кроме сложности дизайна и наличия специальных защитных элементов,ЗГ обладают рядом уникальных свойств, в том числе:невозможностью прямого копирования ЗГ современными сканерами•и копирами в силу сверхвысокой разрешающей способности структуры рельефа(пространственный период менее 1 мкм, глубина сотни нм);невозможностью повторения (подделки) мастер-оригиналов ЗГ на•обычном лазерно-оптическом оборудовании из-за сложнейшей технологии ихполучения на дорогостоящем оборудовании;полная (или частичная) разрушаемость ЗГ при попытке их•отделения от документов.Совокупность перечисленных особенностей ЗГ позволяет значительноповысить степень их уникальности как элементов защиты, так как осуществитьих несанкционированное копирование становится сложной и дорогостоящейзадачей.Разработка ЗГ заключается в решении обратной задачи, котораяформулируется как задача определения пространственного распределениямикрорельефа голограммы, для которого при заданных углах подсветки ЗГ инаблюденияформируетсяизображениестребуемымиоптическимихарактеристиками и эффектами.

В соответствии с технологией Dot-matrixголограмма разбивается на элементы – голопиксели, каждый из которыхпредставляетсобойэлементарнуюдифракционнуюрешёткухарактеризуемую следующими параметрами:− пространственный период T = ( 0,5...1,5 ) мкм ;− глубина рельефа d = ( 0,01...0,2 ) мкм ;− линейные размеры элементарной ДР lx , y = (10...100 ) мкм ;− ориентация элементарной ДР α = ( 0...180 ) .(ДР),15Перечисленных параметров достаточно, если профиль синусоидальный.Но, кроме синусоидального профиля, в ЗГ используют профили, близкие ктрапецеидальному, пилообразному и др., для получения которых используютэлектронно-лучевыелитографы.Вэтомслучаеследуетуказыватьдополнительные параметры, характеризующие форму профиля.Существуетспециальноепрограммноеобеспечение,позволяющеерассчитать распределение пространственного микрорельефа, для которого придифракции света могут быть получены разнообразные оптические эффекты отпростейшего эффекта радуги до трёхмерных образов объектов.Но из-за сложности и несовершенства современного уровня технологииизготовления ЗГ реальные параметры микрорельефа в той или иной степениотличаются от расчётных значений.