Диссертация (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 4

Даже в том случае, когда ЗГ неснабжены специальными защитными элементами, постановка задачи контроляподлинности и контроля качества отличаются.На основе анализа литературных источников [6, 22–24] предлагаетсяввести классификацию методов контроля ЗГ по признакам, связанным с типомконтролируемых параметров, а также по степени участия человека в процессеконтроля.Классификация по способам измерения параметров и характеристикМетоды контроля ЗГ на основе прямых измерений характеристик и1)параметров ЗГ защитных голограмм.– Методы контроля параметров дифракционных решёток на основерегистрации трёхмерного образа микрорельефа;– Методыконтролятопологиипространственногораспределениядифракционных решёток ЗГ.Методы контроля ЗГ на основе косвенных измерений.2)– Методы контроля на основе анализа распределения интенсивностиизлучения, дифрагированного на отдельных элементарных ДР;– Методы контроля ЗГ на основе анализа голографического изображенияЗГ.Классификацияметодовконтролячеловека-оператора1)Субъективные (визуальные).2)постепениучастияОбъективные.Рассмотрим подробнее суть методов контроля в соответствии с ихклассификациями.1.4.2.

Методы контроля защитных голограмм на основе прямыхизмерений параметров микрорельефаМетоды контроля ЗГ на основе прямых измерений параметровмикрорельефа заключаются в оценке значений параметров микрорельефаэлементарных ДР [25, 26], а также параметров, характеризующих взаимное21расположение и ориентацию элементарных ДР [27–33].При контроле микрорельефа элементарных ДР измеряются значения такихпараметров, как пространственный период, глубина микрорельефа, а такжепараметров, характеризующих форму профиля микрорельефа (синусоидального,пилообразного,предполагаеттрапецеидальногополучениеидр.).информацииТакимообразом,трёхмерномэтотметодраспределениимикрорельефа.Для контроля объёмного микрорельефа ДР ЗГ используют аппаратуру,принцип действия которой основан на методах сканирующей зондовоймикроскопии (СЗМ).

Достоинством контроля рельефа методами СЗМ являетсяполучение объективной информации о погрешностях объёмного профиляобразцов ЗГ, что особенно важно при контроле мастер-матриц ЗГ. Недостаткомданного метода контроля является его трудоёмкость и длительность проведенияизмерений,еслитребуетсяпроизвестиконтрольвсейповерхностимикрорельефа ЗГ. Естественно, можно уменьшить трудоёмкость метода за счётвыборочного контроля только фрагментов поверхностного рельефа ЗГ.МетодыконтроляЗГ,заключающиесявизмерениипараметров,характеризующих топологию пространственного распределения микрорельефа,позволяют оценить значение размеров элементарных ДР, их взаимноеположение и ориентацию.

Этот метод эффективен при контроле подлинностиЗГ. В случае контроля качества ЗГ перечисленные параметры заведомоизвестны и, как правило, не нуждаются в контроле. При контроле качества ЗГданный метод позволяет обнаружить дефекты на поверхности микрорельефа ввиде царапин, пятен и др., а также измерить размеры дефектов. Для реализацииметода можно использовать оптические микроскопы, оснащённые системойрегистрации изображений.

Описание этого метода приведено в [27–33].1.4.3. Методы контроля защитных голограмм на основе анализапараметров распределения интенсивности дифракционного поляМетоды контроля качества ЗГ на основе косвенных измерений позволяют22оценить значения параметров микрорельефа ДР ЗГ на основе анализарезультатовизмеренияинтенсивностипараметров,дифракционногополя,характеризующихвозникающегораспределениеприосвещенииповерхности ЗГ или её фрагментов.

Теоретическая возможность извлеченияинформации о параметрах рельефа таким способом следует из публикаций [34–37].В [38–40] приведено описание методики контроля подлинности ЗГ,основаннойнаанализерегистрируемыхцифровыхголографическихизображений при освещении ЗГ некогерентными источниками белого света подразличными углами. На основе анализа совокупности регистрируемыхизображений извлекается информации о микроструктуре микрорельефаголограммы. Каждый пиксель такого изображения характеризуется вектором,составляющими которого являются период соответствующей элементарнойдифракционнойдифракционнаярешётки,еёориентация,эффективность. Принятиеугловаярешенияселективностьио подлинности ЗГосуществляется путём сравнения векторов, характеризующих параметрыпикселей исследуемой голограммы с параметрами пикселей эталоннойголограммы.

Но в указанных публикациях отсутствует информация о том,какой критерий используется для принятия решения о подлинности ЗГ.Достоинством метода контроля ЗГ, основанного на анализе параметровраспределения интенсивности дифракционного поля, является относительнаяпростота процесса измерений. Недостатком метода является то, что этот методне позволяет производить раздельную оценку параметров, характеризующихформу профиля и глубину профиля микрорельефа, так как оба этих параметравлияют на значение дифракционной эффективности элементарных ДР,измеряемой в данном методе. Следует также отметить, что профиль реальногомикрорельефа может существенно отличаться от идеального, который заложенна этапе разработки ЗГ. Отличия профиля от идеального, имеющие, какправило, случайный характер [25, 26], должны влиять на дифракционную23эффективность. Этот фактор может существенно отграничивать возможностьприменения описанного косвенного метода для контроля качества ЗГ.

Но визвестных автору публикациях отсутствует сведения об исследованиях,посвящённых оценке влияния случайных отклонений профиля микрорельефаЗГ на дифракционную эффективность.1.4.4.Объективныеисубъективныеметодыконтролязащитных голограммСубъективный метод, который также называют методом визуальногоконтроля, осуществляется специально обученными людьми – экспертами. Внастоящее время этот метод имеет наибольшее распространение на российскихпредприятиях, серийно выпускающих ЗГ.При визуальном контроле эксперт «вооружённым» или «невооружённым»глазом оценивает качество голографического изображения при различных углахподсветки голограммы естественными или искусственными источникамиизлучения.

Контроль осуществляется экспертом на основе субъективногозрительного восприятия характерных элементов дизайна (гильоширных линий,микротекста и др.), а также особенных оптических эффектов (кинеграмм, 3Dобразов и др.), которые могут быть реализованы в контролируемых образцахЗГ.Достоинством визуального метода является простота при возможностиоценки, как элементов дизайна, так и сколь угодно сложных оптическихэффектов, формируемых ЗГ. Недостатком визуального метода являетсясубъективность оценок качества и, как следствие, относительно низкаядостоверность.

При визуальном контроле возможны ошибки в принятиирешения об идентификации дефектов голограмм, а также в оценке значенийпараметров дизайна, на основании которых выносится суждение о качествеизготовления или подлинности образцов ЗГ. Для повышения достоверностирезультатов субъективного контроля к контролю привлекают несколькихэкспертов, а результат определяется «голосованием».24Альтернативой визуальным методам являются объективные методыконтроля ЗГ, в которых используется специальные приборы или приборыобщего назначения, а человек исключен из процесса контроля, по крайней мере,на этапах проведения измерений и принятия решения о факте наличии дефектовмикрорельефа. Объективные методы контроля могут быть основаны на прямоми косвенном методах измерений.Рассмотримаппаратныесредства,которыевнастоящеевремяиспользуются для объективного контроля ЗГ на основе прямых и косвенныхизмерений параметров микрорельефа.1.5.

Обзор аппаратуры для контроля защитных голограмм на основепрямых измерений параметров микрорельефаОбъективный контроль качества ЗГ, основанный на прямых измерениях,позволяет получить наиболее полную информацию о параметрах микрорельефаэлементарных ДР, в том числе, их размерах, ориентации, взаимногорасположения, а также параметрах дефектов микрорельефа.

Так как период иглубинамикрорельефаэлементарныхдифракционныхрешётокмогутсоставлять доли микрометра, то, для измерения параметров объёмногомикрорельефа элементарных ДР используют приборы, принцип действиякоторых основан на методах сканирующей зондовой микроскопии. ДляконтроляЗГнаибольшеераспространениеполучилиатомно-силовыемикроскопы (АСМ) [25] и конфокальные микроскопы (КФМ) [26]. Дляизмеренияпараметров,характеризующихтопологиюпространственногораспределения микрорельефа, достаточно использовать обычные оптическиемикроскопы.1.5.1. Контроль микрорельефа дифракционных решёток атомносиловыми микроскопамиПринцип действия АСМ основан на анализе силового взаимодействияиглы (зонда) кантилевера, с поверхностью исследуемого образца в процессесканирования. Под силовым взаимодействием понимают притяжение зонда и25поверхности под действием сил Ван-дер Ваальса и отталкивание за счетэлектростатических сил.

Существует целый ряд модификаций метода санализом иных взаимодействий, например, электростатических, магнитных,сил трения. На Рис. 1.1 представлен общий вид АСМ.1 - блок подвода и сканирования, 2 – измерительная головка, 3 – эквивалентсканера; 4 – виброизолирующая платформа, 5 – система видеонаблюденияРис. 1.1. Общий вид АСМ СОЛВЕР PROТехнические характеристики АСМ:−линейные размеры измеряемых образцов до 150 × 150 мкм 2 ;−пространственное разрешение в плоскости образца до 1 нм;−погрешность измерения высоты рельефа ±3 нм ;−диапазон измеряемых размеров по высоте рельефа несколько мкм;−скорость сканирования до 48 мм с .Достоинством АСМ по сравнению с электронными сканирующимимикроскопами является возможность регистрации трёхмерного профиля безнанесения токопроводящего покрытия на образцы и без необходимостивакуумирования рабочего объёма.Таким образом, АСМ обеспечивают измерение [25] микрорельефадифракционных элементарных решёток ЗГ с достаточно высокой точностью.26Недостатками АСМ как средства измерения при контроле качества ЗГ являютсятрудоёмкость процесса измерений и значительные временные затраты напроведение измерений.

Недостатком метода контроля на основе измеренногомикрорельефа является то, что принятие решения о качестве ЗГ остаётся зачеловеком-оператором. Недостатком АСМ, как средства контроля, являетсяневозможность контроля ЗГ с закрытым рельефом. Открытым является рельефв мастер-матрицах, рабочих матрицах, а также в полуфабрикатах ЗГ, т.е. настадияхтехнологическогопроцесса,предшествующихнанесениюнамикрорельеф клеевого слоя.1.5.2.Контрольмикрорельефадифракционныхрешётокконфокальными микроскопамиКонфокальный микроскоп – оптический микроскоп, обладающийзначительным контрастом по сравнению с обычным микроскопом, чтодостигается использованием апертуры, размещённой в плоскости изображенияи ограничивающей поток фонового рассеянного света.