Диссертация (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 6

Следовательно, тема диссертации, посвящённаяразработкеметодикиконтролякачестваприизготовлениизащитныхголограмм, является актуальной.1.7.2. Цель и задачи диссертационной работыЦелью диссертационной работы является разработка методов контролякачествазащитныхголограммиоптико-электронныхприборов,предназначенных для реализации оперативного контроля качества.Для достижения цели диссертации должны быть поставлены и решеныследующие задачи:- предложен критерий принятия решения о качестве ЗГ;- исследованазависимостьпространственногораспределенияинтенсивности в главных максимумах дифракционной картины отгеометрическихпараметровпрофилядифракционныхрешётокипараметров поля случайных искажений этого профиля;- разработаны методы, позволяющие осуществлять автоматизированныйконтроль качества мастер-матриц, рабочих матриц и серийных образцовЗГ;- разработаныпринципыдействияоптико-электронныхприборов,предназначенных для контроля качества ЗГ при их изготовлении, иметодика проектирования таких приборов;- справедливость основных теоретических положений диссертации должнабыть подтверждена экспериментальными исследованиями.35Глава 2.

МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАЩИТНЫХГОЛОГРАММ2.1. Постановка задачи исследований при разработке методикиконтроля качества защитных голограммПри разработке методики контроля качества ЗГ требуется определить:• объекты, подлежащие контролю;• показатели качества или параметры, которые требуется измерять впроцессе контроля;• метод измерения показателей качества (параметров) – прямыеизмерения, косвенные или оба метода;• методика выбора фрагментов микрорельефа ЗГ, подлежащихконтролю;• критерии качества, в соответствии с которыми принимаетсярешение об отнесении объекта контроля к годной или бракованнойпродукции.Предлагаемая методика контроля ЗГ основана на объективном методеконтроля и должна обеспечить выполнение контроля на всех этапахтехнологического цикла изготовления ЗГ. В связи с этим объектами контроляявляются: одиночная мастер-матрица, групповая мастер-матрица, рабочаяматрица и серийные образцы ЗГ.Как отмечалось выше, ЗГ представляют собой рельефно-фазовыерадужныеголограммы,выполненныенатонкопленочномполимерномносителе.

В соответствии с используемыми в настоящее время технологиямиизготовления, микрорельеф ЗГ образуется элементарными ДР, каждая изкоторых характеризуется набором таких параметров, как: пространственныйпериод T , глубина рельефа d штрихов, линейные размеры lx × l y и ориентацияθ штрихов. Кроме этих параметров, микрорельеф задаётся параметрами формыпрофиля микрорельефа, который может быть не только синусоидальным, но36также трапецеидальным, пилообразным и др.Перечисленныхпараметровдостаточнодляхарактеристикиэлементарных ДР, если принять допущение о том, что в процессе изготовлениямастер-матриц, рабочих матриц и серийных образцов ЗГ удаётся получитьформу профиля микрорельефа ДР такую же, как у идеального образа, которыйполучен на этапе разработки дизайна в виде математической модели.

Напрактике реальный профиль микрорельефа ДР всегда отличается от идеального.В качестве примера на Рис. 2.1 приведена 3D-модель одной ДР мастер-матрицыЗГ, которая получена с использованием АСМ.Рис. 2.1. Изображение рельефа одной ДР мастер-матрицы ЗГИз Рис 2.1 следует, что профиль микрорельефа отличается от расчётногосинусоидального и представляет собой некую реализацию случайного поля, укоторого такие параметры, как период и глубина являются случайнымивеличинами.

Поэтому задание показателей качества в виде детерминированныхзначений параметров микрорельефа явно недостаточно для оценки реальныхДР ЗГ. В связи с этим, требуется проведение исследований по оценке влиянияслучайных искажений микрорельефа ДР на голографическое изображение,которое формирует ЗГ. Эти исследования необходимы также для выборапрямого или косвенного метода измерений при оценке качества изготовленияДР.Микрорельеф ЗГ образуется совокупностью элементарных ДР, которые37расположены в соответствии с определённой топологией, заданной при синтезеЗГ.

Параметрами, характеризующими топологию ЗГ, являются размерыэлементарных ДР, а также линейные и угловые размеры, определяющиевзаимное положение и ориентацию ДР на поверхности ЗГ. Очевидно, что приконтроле качества изготовления нет необходимости в измерении этихпараметров, так как на этапе разработки и изготовления оригинала голограммыдолжно быть обеспечены значения этих параметров, близкие к расчётным. Нона этапах изготовления мастер-матриц, рабочих матриц и образцов ЗГ наповерхности микрорельефа возможно появление дефектов в виде в видецарапин, пятен, вмятин, пылинок и др.

На Рис. 2.2 в качестве иллюстрацииприведеноизображениефрагментаповерхностимастер-матрицы,зарегистрированное с помощью микроскопа при подсветке в косых пучках сувеличением 50× .Рис. 2.2. Изображениефрагментаповерхностимастер-матрицыЗГ,зарегистрированного с увеличением 50×На изображении фрагмента мастер-матрицы ЗГ заметны многочисленныедефекты.

Но наличие заметных на двумерной фотографии дефектов ещё неозначает, что эти дефекты являются дефектами микрорельефа, которыесущественно ухудшают голографическое изображение. Поэтому в областях38предполагаемыхдефектовмикрорельефа,которыемогутбытьзарегистрированы визуально или автоматически с помощью микроскопов,следует производить измерение параметров элементарных ДР. Наличиеподобных дефектов следует контролировать для мастер-матриц, так как этидефекты будут сохраняться и на рабочих матрицах, что может привести квыпуску бракованных изделий. Как отмечалось в первой главе, некоторые издефектов, которые обнаружены на мастер-матрице, но существенно невлияющие на голографическое изображение, формируемое ЗГ, могут бытьиспользованы как дополнительные признаки подлинности.При контроле мастер-матриц, рабочих матриц и образцов ЗГ можноставить задачу проведения прямых или косвенных измерений параметров всегомикрорельефа, или отдельных его фрагментов.

Очевидно, что временныезатраты на проведение измерений отдельных фрагментов могут бытьсущественно меньше, особенно, при прямых измерениях. Поэтому предлагаетсяследующая методика отбора фрагментов ЗГ, подлежащих обязательномуконтролю:1) на основе анализа особенностей дизайна ЗГ выбираются фрагментыи отдельные ДР в этих фрагментах, которые имеют значенияпараметров микрорельефа, уникальные с точки зрения сложностиизготовления или формирования оптических эффектов;2) наначальнойстадииконтроляспомощьюмикроскопапроизводится регистрация всех фрагментов микрорельефа с цельюобнаружения,измерениякоординатиразмероввозможныхдефектов.Рассмотрим теперь задачу, связанную с определением критериев дляпринятия решения об отнесении объектов контроля – мастер-матриц, рабочихматриц или образцов ЗГ, к категории годной или бракованной продукции.Общий подход к контролю качества при изготовлении ЗГ основан насравнении с эталоном.

Но объектами контроля при изготовлении являются:39одиночная мастер-матрица, групповая мастер-матрица, рабочая матрица иготовые образцы ЗГ. Для каждого из этих объектов контроля эталоны длясравнения различны. Для одиночной мастер-матрицы эталоном может бытьидеализированный образ, который синтезируется на этапе разработки в видематематической модели. Для групповой мастер-матрицы, рабочей матрицы иобразцов ЗГ эталоном является одиночная мастер-матрица.Обсудим вопрос о параметрах, значения которых используются длясравнения с эталоном. В отличие от задачи проверки на подлинность, в задачеоценки качества изготовления ЗГ перечень параметров микрорельефа, которыемогут использоваться для сравнения с эталоном, может отличаться.В частности, для мастер-матриц значения таких параметров ДР, какпространственный период, линейные размеры и ориентация штрихов, а такжепараметры, определяющие взаимное положение и ориентацию ДР, свероятность,близкойкединице,немогутотличатьсяотэталона.Следовательно, показателями мастер-матриц, которые подлежат контролю,являютсяпараметры,характеризующие,глубинуиформупрофилямикрорельефа ДР с учётом их искажений в процессе изготовления.Можно предположить, что для рабочих матриц, кроме параметров,характеризующих глубину и форму профиля микрорельефа, к параметрам,подлежащим контролю относится период штрихов элементарных ДР, которыйможет изменяться за счёт деформации рабочих матриц в процессе печати ЗГ.То, насколько существенным может быть изменение значений периодаштрихов, требуется определить в процессе экспериментальных исследований.Для принятия решения о достаточности соответствия образца ЗГ эталону,т.е.

годности, требуется определить критерий, который определяет мерудопустимого (порогового) отклонения показателей качества контролируемогообразца ЗГ от соответствующих показателей эталона. Сформулированнаязадача является одной из ключевых задач контроля ЗГ, подход к решениюкоторой будет изложен ниже.402.2.Исследованиевлиянияпараметровмикрорельефанараспределение интенсивности в дифракционной картинеО качестве мастер-матриц, рабочих матриц и образцов ЗГ можно судитьна основе сравнения параметров микрорельефа с параметрами эталона.

Какотмечалось в главе 1, измерение параметров микрорельефа можно производитьпрямым методом с помощью АСМ или КФМ. Недостатками такого методаявляются трудоёмкость и длительность проведения измерений параметровмикрорельефа, а также дороговизна измерительного оборудования.Альтернативой методу прямых измерений является косвенный методизмерения, когда о параметрах ДР судят на основе анализа распределенияинтенсивности в дифракционной картине при подсветке контролируемогообразца под известным углом к нормали. В [38–40] изложена методикаконтроля подлинности, в которой качество ЗГ оценивается вектором,составляющими которого являются: период дифракционной решётки, еёориентация и дифракционная эффективность.

Но для контроля качества ЗГуказанныхпараметровнедостаточно,таккакнадифракционнуюэффективность, кроме глубины профиля микрорельефа, оказывает влияниеформа профиля отражающей ДР [37]. Чтобы исследовать возможностьконтролякачестваЗГнаосноверезультатовкосвенныхизмерений,заключающегося в анализе распределения интенсивности в дифракционнойкартине, рассмотрим в рамках скалярной теории математическое описаниеявления дифракции на отражающей ДР.2.2.1. Математическое описание дифракции на отражающей фазовойдифракционной решёткеИзвестны математические выражения, описывающие в рамках скалярнойтеории явление дифракции на отражающей фазовой дифракционной решётке[10, 14, 34–37].Рис. 2.3 иллюстрирует возникновение фазового набега в направленииугла β к нормали при падении плоского волнового фронта (лучи 1' и 2' ) под41углом α на отражающую фазовую ДР с синусоидальным профилем, которыйописывается уравнением2π x Z ( x ) = Z 0 ⋅ 1 − cos ,T (2.1)где A и T − амплитуда и период синусоидального профиля соответственно.Рис.