Реферат: Голографический документ
Название: Голографический документ Раздел: Промышленность, производство Тип: реферат |
В свете того, что к нам обращаются множество клиентов, которые не до конца понимают суть вещей спрашивая одни и те же вопросы, мы решили написать некую статью, которая бы отвечала если не на все, то на большинство вопросов связанных с голографией. Начнем с азов науки голографии: Все самое интересное в нашей жизни изобретают, вернее, придумывают писатели-фантасты. Ученые только превращают эти "изобретения" в реальность. Есть такой человек и в истории голографии. Правда, можно ли его назвать ученым, судить Вам, потому что имя ему - Сальвадор Дали. Его голограммы Нью-Йорк увидел еще в 1972 году. Конечно, голограммы современости отличаются о тех самых исторических, но суть у них одна. Для того чтобы показать отличия голограммы от других видов изображений, лучше всего сравнивать ее с картиной. Изображение на картине отображает двухмерную проекцию трехмерного мира. Художники стараются показать трехмерность за счет разных уловок, типа уменьшения и размытия удаленных объектов, отображения перспективы, но все равно, это проекция и она ограничена двумя измерениями. Можно смотреть на картину под любым углом, и от этого ничего не изменится. Как ни крути, а обьем дело тонкое пусть даже и виртуальный. Поэтому лучше рассмотрим фотографию. Она тоже отражает двухмерную проекцию снимаемого объекта и так же статична под любым углом обзора. Можно только сказать, что один предмет находится дальше другого, но нельзя оценить расстояние между ними, если в глаза не видел снимаемой сцены. Информация о третьем измерении сохраняется на фотографии не полностью из-за того, что пленка регистрирует лишь интенсивность света. А самое главное, фаза световой волны, которая зависит от расстояния от объектива до предмета, на фотопленке не записывается. Больше всего,в свете всего выше сказанного поражает человеческий глаз. Ведь изображение, которое падает на сетчатку, ничем не отличается от него же на пленке фотоаппарата, и мы, по идее, должны получать проекцию трехмерного мира на наш глаз, теряя информацию об объеме. Но этого не происходит. Весь секрет в том, что у нас (вернее, у большинства из нас два глаза и один мозг. И глаз обладает интересным свойством - аккомодацией, а мозг по малейшим изменениям картинки способен синтезировать трехмерное изображение. Дело в том, что изображение, переданное в мозг симметричными участками сетчатки двух глаз, слегка различается, а сами глаза постоянно совершают мелкие установочные движения - и именно эта "небольшая" разница в 2D-изображениях позволяет мозгу в конечном итоге вычислять расстояние между предметами и воспринимать мир в 3D. Это называется "стереоскопическим зрением", оно совершенствуется в течение всей жизни - пока мозг собирает и анализирует информацию о строении различных предметов. Почему голограммы так быстро развиваются в последние несколько лет? Все очень просто - для многих корпораций это отличный способ защитить свой товар от подделок. Подделать голограмму в гаражных условиях очень сложно, хотя наши умельцы делают все. Существуют различные подделки, которые ничем не отличаются от оригинала. И в то же время, опыт показывает, что работа каждого отдельного лазера при производстве голограмм уникальна как отпечаток пальца, что легко подтверждается при лабораторной проверке подлинника и подделки. Так что с высокой долей вероятности можно утверждать, что использование голограмм на сегодняшний день пожалую самый дешевый способ хоть как то защитить свою продукцию от контрафакта который наводнил наши рынки.При этом с возросшей популярностью голографических технологий уменьшается стоимость и сложность производства голограмм. Так что же предлагает нам голограма в сфере защиты? Кинетический эффект При вертикальном и горизонтальном параллаксе наблюдается либо оборот солнечных лучей вокруг центра голограммы либо пульсация фона и противофазная пульсация гильйошного рисунка, охватывающего центральную часть голограммы. Муаровый эффект При наложении двух систем контрастных полос возникает узор, образованный их сгущениями в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между полосами другой системы. Возникновения таких узоров называют муаровым эффектом. Простейший муаровый узор возникает при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных полос (линий). Небольшое изменение угла поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между элементами муарового узора. Микротексты Микротексты – это внедренные в голограмму тексты с размером шрифта от 0.1 мм. Такой текст неразличим невооруженным глазом, его можно прочитать только при помощи увеличительного стекла или микроскопа. Гильежные сетки Гильйошная сетка – это рисунок, состоящий из сложного переплетения тонких линий. Такой рисунок может быть фоновым, внедряться в любой элемент изображения или накладываться на любую часть голограммы. Скрытое изображение Скрытые изображения – это невидимые невооруженным глазом и неразличимые при помощи микроскопа. Такие изображения можно увидеть при помощи специальных приборов в лазерных лучах. Нумерация Каждый голографический элемент может иметь индивидуальный номер, выполненный несмываемыми чернилами, на термотрансферном принтере или методом лазерной гравировки. Деметаллизация С заданных участков голограммы удаляется отражающий металлизированный слой. Такая голограмма содержит прозрачные изображения или надписи. Данные защитные свойства делают голограмму уникальной. И не много о том, какие задачи решает голограмма: Голографические элементы, используются для:
ГолографияГолография (от греч. holos - весь, полный и ...графия), метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн. Идея голографии была впервые высказана Д. Габором (Великобритания, 1948), однако техническая реализация метода оказалась чрезвычайно сложной и голография не получила распространения. Только с появлением лазеров открылись многочисленные и разнообразные возможности практического использования голографии в радиоэлектронике, оптике, физике и различных областях техники. Принцип голографииОбычно для получения изображения какого-либо объекта фотографическим методом пользуются фотоаппаратом, который фиксирует на фотопластинке излучение, рассеиваемое объектом. Каждая точка объекта в этом случае является центром рассеяния падающего света; она посылает в пространство расходящуюся сферическую световую волну, которая фокусируется с помощью объектива в небольшое пятнышко на светочувствительной поверхности фотопластинки. Так как отражательная способность объекта меняется от точки к точке, то интенсивность света, падающего на соответствующие участки фотопластинки, оказывается различной. Поэтому на фотопластинке возникает изображение объекта. Это изображение складывается из получающихся на каждом участке светочувствительной поверхности изображений соответствующих точек объекта. При этом трёхмерные объекты регистрируются в виде плоских двухмерных изображений. Способы записи голограммыЗапись голограммы плоской волны Рисунок иллюстрирует схему записи голограммы плоской волны (напомним, что плоская волна – это волна, амплитуда которой одинакова в любой точке пространства). Пусть на фоточувствительную среду Н падают две плоских когерентных волны равной интенсивности. Их когерентность достигается тем, что в качестве источника света используется лазер с подходящими свойствами, и его излучение делится с помощью специального делителя на два пучка. На фоточувствительной среде образуется интерференционная картина, имеющая вид параллельных периодических полос. Для того чтобы фоточувствительная среда зафиксировала интерференционную картину, ее разрешающая способность должна составлять более 1000 линий/мм. Голографическая запись сферической волны На рисунке изображена схема голографической записи сферической волны. На фоточувствительную среду падают две волны – сферическая волна от источника S и плоская волна F, которая с помощью пластинки P направляется перпендикулярно к плоскости фоточувствительной среды. В плоскости фоточувствительной среды мы будем наблюдать интерференционную картину в виде концентрических колец, центр которой находится в точке пересечения плоскости перпендикуляром, проведенным из S . Расстояние между кольцами убывает по мере роста их радиуса. Зарегистрированная картина представляет собой хорошо известную зонную пластинку Френеля. На рисунке показана схема опыта по восстановлению волнового фронта, зарегистрированного фоточувствительной средой. Освещая пластинку плоской волной, мы увидим справа от голограммы, по крайней мере, две волны. Одна из них, распространяющаяся в направлении исходной падающей волны соответствует нулевому порядку дифракции, вторая расходится из точки S ’, воспроизводя действительное изображение источника, и третья волна сходится в точку S ’’, воспроизводя мнимое изображение. Последняя находится в той же самой точке, в которой находился источник сферической волны при записи голограммы. Если бы пропускание среды в точности воспроизводило распределение освещенности в интерференционной картине при записи, то никаких других волн, соответствующих высшим порядкам дифракции, не наблюдалось бы. В действительности будут наблюдаться еще несколько слабых волн. Голограмма ДенисюкаВ пятидесятых годах двадцатого века советский физик Ю.Н. Денисюк разработал метод регистрации голографических изображений во встречных пучках. В основе метода лежит то обстоятельство, что интерференционное поле в области перекрытия опорной и предметной волн распределено во всем пространстве пересечения. Используя подходящие светочувствительные материалы, трехмерную интерференционную картину возможно зарегистрировать. Для этого используют стеклянные фотопластины, политые слоем желатины, в котором распределены микрокристаллы галогенидов серебра. Эти фотопластинки должны обладать полной прозрачностью до проявления. Толщина желатинового слоя порядка 10 мкм достаточна, чтобы регистрировать объемную интерференционную картину, поскольку эта величина много больше, чем длина волны света, порядка 0.5 мкм. Схема регистрации приведена на рисунке. Фотопластинку располагают в оптической схеме таким образом, что с одной стороны ее освещает равномерное поле лазерного света, которое играет роль опорной волны, а с другой свет от того же лазера, отраженный от объекта, голограмму которого необходимо получить. Так как желатин прозрачен для света, в толщине его слоя происходит интерференция этих световых полей, в результате которой происходит формирование интерференционной картины. Голограмма ФренеляВ 1961 году Э.Лейт и Ю.Упатниекс предложили двухлучевую схему голографирования (иначе её называют схемой голографирования с опорным пучком). В этой схеме регистрируемый предмет освещается отдельным когерентным пучком света. Свет, рассеянный объектом, интерферирует на фотопластинке с опорной волной. Совокупность точек объекта, рассеивающих свет можно рассматривать как совокупность точечных объектов, излучающих сферические волны. В результате в плоскости фотопластинки регистрируется распределение волнового поля в виде, на первый взгляд, беспорядочного распределения светлых и темных областей, которое на самом деле является результатом сложения индивидуальных зонных решеток. При восстановлении волны все эти зонные решётки интерферируют независимо: каждая восстанавливает свою точку предмета на том самом месте, где она была при записи голограммы. Если точка более яркая, то соответствующая ей решётка будет более контрастной и при восстановлении она даёт более яркую точку изображения. Поэтому при восстановлении такой голограммы с помощью опорной волны мы, как и в случае голограммы сферической волны, будем наблюдать мнимое и истинное изображение объекта. В качестве объекта для съемок могут использоваться любые предметы – прозрачные и непрозрачные, живые и мертвые. Однако голограммы Френеля восстанавливают объект только при освещении их монохроматическим светом лазера. Это обстоятельство препятствует их широкому применению для потребительских целей, в том числе в качестве защитных голограмм. Как правило, голограммы Френеля используют в качестве промежуточных оригиналов для интерференционного копирования.
Возможно наложение на одну и ту же пластинку голограмм разных объектов или частей объекта, которые при восстановлении будут образовывать независимые изображения. Запись голограмм методом БентонаЭтот метод, предложенный С. Бентоном в 1969 г., позволяет создавать голограммы, восстанавливаемые белым светом и, что не менее важно, эти голограммы могут быть легко механически размножены в любых требуемых количествах. Схема метода приведена на рисунке. Цифровые методы записи голограммКаждый микроскопический участок поверхности голограммы представляет собой дифракционную решетку в виде чередования светлых и темных полос. Эта совокупность может быть получена не только путем съемки реального объекта, но и путем синтеза из отдельных элементов. Под цифровыми методами синтеза (записи) голограмм обычно понимают такие методы записи, при которых голограмма записывается из отдельных элементов по предварительно заданной программе. Цифровая голограмма может состоять как из отдельных элементарных голограмм (обычно плоских дифракционных решеток), так и из отдельных элементов (штрихов). Цифровые голограммы сегодня – это практически только рельефные голограммы, записываемые, как правило, на слоях фоторезиста. Это обстоятельство вызвано отсутствием подходящих средств и материалов для цифровой записи трехмерных голограмм. «Дот матрикс» (Dot Matrix) – технологияЭтот метод записи дифракционных оптических элементов, видимо, наиболее близок к полиграфическим технологиям. Дело в том, что по своей сути он очень напоминает цветную струйную печать. С рассмотрения этой аналогии и начнем. Изображение, выполненное методом струйной печати, выглядит как растр, набранный пикселями разного цвета. В этом растре каждый пиксель имеет собственные координаты по оси « X » и по оси « Y ». Кроме этих двух степеней свободы каждый пиксель имеет цвет. Таким образом, на каждый из пикселей приходится по три степени свободы. Теперь рассмотрим, по тем же критериям, устройство «дот матрикс» голограммы. В данном случае, каждый пиксель представляет собой дифракционную решетку определенной пространственной частоты. Каждая из этих решеток также как и в случае струйной печати обладает координатами «Х» и « Y ». Пространственная частота дифракционной решетки, определяет цвет, под которым этот пиксель будет виден наблюдателю. Здесь сходство со струйной печатью заканчивается, поскольку существует еще одна степень свободы, которая заключается в возможности поворота направления штрихов решетки. Именно это обстоятельство, оптическая анизотропия, позволяет создавать объемные изображения и изображения с динамическими эффектами. Необходимо сказать о разрешающей способности этого метода. Здесь применяют понятную полиграфистам единицу измерения dpi . Стандартными для этого метода являются разрешения от 100 до 1300 dpi . Столь внушительный разброс значений определяется задачами, для решения которых изготавливают изображение. Для декоративных изделий достаточно применять изображения, созданные с применением низкого разрешения, и, соответственно, большего диаметра пикселя. Для голограмм защитного характера применяют максимальные разрешения и минимальные размеры пикселей. С этой целью в последние годы созданы приборы, позволяющие достигать разрешения в 4000 dpi . Дот матрикс технология как метод синтеза голографических изображений получила большее распространение по сравнению с электронно-лучевой записью в силу относительной простоты, дешевизны, и надежности оборудования, а также в силу более высокой скорости записи. Дело в том, что в отличие от электронного литографа, который «вычерчивает» лучом каждый штрих каждой элементарной дифракционной решетки, приборы «дот мэтрикс» записывают эту ячейку изображения – целиком. Стоит, в заключение, отметить, что цифровые методики записи голограмм появились в тот момент, когда существовала уже голографическая индустрия, выросшая на классических голограммах Бентона. Поэтому, как в электронно-лучевой, так и в «дот мэтрикс» технологии, существуют свои торговые марки такие, как «холо макс», «холо пикс», «спаркл» и т.д. Это не есть какие-то самостоятельные методики. Это лишь разновидности одной технологии с общепринятым англоязычным названием Dot Matrix . Защитные голограммы и эффекты в нихНасколько хорошо конкретная голограмма защищает конкретный объект от подделки, зависит от трех ее свойств. Во-первых, сама по себе голограмма обладает высоким защитными свойствами благодаря тому, что она не может быть изготовлена или скопирована с помощью ни одной из современных полиграфических технологий. На бытовом уровне при контроле подлинности обычный потребитель, как правило, и ограничивается контролем самого факта наличия защитной голограммы на изделии, на котором, как ему известно, она должна быть. Во-вторых, голографическое изображение может быть достаточно сложным, содержать несколько различных элементов с различными дифракционными эффектами, видимыми невооруженным глазом, и одновременно содержать элементы, видимые только при определенных условиях, так называемые скрытые метки. Этот уровень защиты усложняет подделку голограммы, т.к. любая ее имитация с помощью каких-либо доступных материалов с дифракционными эффектами становится очевидной, а полная подделка является слишком трудоемким процессом, требующим специального оборудования и высококвалифицированного персонала. Даже в случае полной подделки при профессиональной экспертизе возможна ее идентификация, т.к. каждый оптический прибор, используемый для записи голограмм, обладает своими индивидуальными не воспроизводимыми характеристиками. Наконец, третий уровень защиты заключается в технологии изготовления голограммы и ее устойчивости к отделению и копированию рельефа. Использование дот-матрикс принтера для изготовления голограмм позволяет вводить в голограмму также элементы, невидимые невооруженным глазом. Поскольку разрешающая способность таких принтеров превышает 1000 dpi , то размер микроэлементов может составлять величину порядка 100 мкм. 2D (двухмерная) голограммаДвухмерная голограмма представляет собой набор дифракционных решеток, различающихся частотой и углом наклона штрихов. Строго говоря, это не голограммы, а дифракционные оптические элементы, синтезированные, как правило, из отдельных дифракционных решеток. Этот набор образует плоское многоцветное изображение. При изменении угла наблюдения меняется цвет отдельных частей изображения. 2D голограммы характеризуются высокой яркостью дифракционной картины и нетребовательностью к качеству источника света. По сравнению с другими видами голографических изображений, они сравнительно легко подделываются или имитируются и потому сами по себе редко используются для защиты, за исключением малоценных товаров. Трехмерные (3D) голограммы3D-голограммы представляют собой трехмерные изображения объектов, обладающих шириной, длиной и глубиной. Простейший пример трехмерной голограммы - изображение голубя на карточке VISA. Изображение может рассматриваться при освещении белым светом. При повороте голограммы в вертикальном направлении мы увидим, смену цвета голубя и отсутствие параллакса, что характерно для радужной голограммы. При внимательном рассмотрении этой голограммы путем поворота ее в горизонтальном направлении видно, что на ней записано объемное изображение модели голубя. Изображение, восстанавливаемое голограммой, представляет собой изображение реального объекта – модели голубя. Голограмма кажется очень простой и, на первый взгляд, не представляет трудностей для подделки. Само по себе, изображение голубя может быть сымитировано достаточно просто, однако это возможно только в плоском варианте. Цифровые методы также не позволяют создать голограмму, несущую полноценное трехмерное изображение. Таким образом, защитные свойства 3 в голограммы, подобной рассмотренной, задаются ее истинно объемным изображением реального объекта. 2D/3D голограммаРадужная голограмма этого типа имеет два плана. Первый план совпадает с поверхностью голограммы, и на этом плане может содержаться некое изображение или буквенная информация. Позади первого плана в глубине находится второй план, также содержащий некую информацию. При повороте голограммы в горизонтальном направлении мы видим смещение одного плана относительно другого (объемность) и изменение цвета, характерное для радужной голограммы при повороте ее в вертикальном направлении. Объемность изображения в данном случае обеспечивается существованием двух плоских (двумерных) планов. Производство голограммИзготовление матрицы голограммыДля производства традиционной печатной продукции используют фотоформы. В нашем случае их аналогом выступает печатная матрица. Обычно оригинальную голограмму получают в единственном экземпляре в виде стеклянной пластины с проявленным рельефом в слое фоточувствительного материала. С этой пластины снимают металлическую реплику – копию. Самый распространенный способ ее получения состоит в следующем. На пластину с голограммой наносят тонкий слой серебра. Его либо напыляют в вакууме, либо осаждают по реакции серебряного зеркала. Далее, используя этот слой в качестве токопроводящей «затравки», наращивают в гальванической ванне никелевое покрытие толщиной несколько десятков микрометров. Полученная металлическая реплика является точной зеркальной копией той микрорельефной структуры, которая была сформирована на фотопластине. Далее, этой реплике из фольги путем обрезки придают форму, позволяющую закрепить ее в головке специального устройства, которое называется рекомбинатором (мультипликатором). Сущность работы рекомбинатора такова. На двухкоординатном столе закрепляют пластину из специального пластика. Пластина посредством передвижения по координатам позиционируется под головкой, на которой закреплена реплика голограммы. Головка имеет подвижность в направлении перпендикулярном плоскости координатного стола с пластиной. Эту подвижность обеспечивает гидравлический цилиндр. Таким образом, головка с большим усилием давит на поверхность полимерной пластины, затем поднимается, пластина перемещается, головка опускается, и т.д., пока вся поверхность пластины не будет заполнена рельефными голографическими оттисками. Остается только добавить, что в каждый момент, когда головка рекомбинатора опускается на поверхность полимерной пластины через металлическую реплику голограммы, закрепленную на ней, пропускают импульс электрического тока, который вызывает мгновенный нагрев реплики. Таким образом, пластиковая пластина локально подплавляется, и под действием давления полимер течет и принимает форму рельефа голограммы. Далее повторяют операцию нанесения слоя серебра на поверхность пластины. Только теперь пластина уже содержит не одно, а много одинаковых голографических изображений, размультиплицированных (скомбинированных) по поверхности. Далее опять наращивают в гальванической ванне никелевое покрытие и отделяют его в виде реплики. Это, собственно, и есть рабочий инструмент – матрица. Производство голограммТехнология тиражирования В силу того, что голографические изображения, получившие наибольшее распространение, имеют микрорельефную природу, то этим, соответственно, и определяется технология массового производства голограмм. Наиболее распространенным способом тиражирования рельефно-фазовых голографических изображений является тиснение, часто называемый также эмбоссированием, от английского emboss – давить. Этот способ заключается в том, что микрорельеф голограммы под действием температуры и давления копируется с твердой матрицы-оригинала на гибкий термопластичный носитель. |