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:
для идентификации аутентичности товаров, защиты товарных знаков производителей продовольственных и непродовольственных товаров;
защиты от копирования и подделок ценных бумаг, финансовых и юридических документов;
для нанесения на этикетку или упаковку товаров с целью повышения уровня их защиты от подделки или как элемент дизайна;
как имиджевая реклама печатных материалов и товаров;
технология защиты термотрансферного маркирования голограмм путем нанесения защитного голографического покрытия;
технология изготовления голографических оверлеев для защиты пластиковых карт;
технология изготовления ламинатов с голографической защитой.
Голография
Голография (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 голографии
Обычно 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. В процессе фотографирования на фотопластинке фиксируется лишь распределение интенсивности, то есть амплитуды электромагнитной волны, отражённой от объекта (интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды). Однако световая волна при отражении от объекта изменяет не только амплитуду, но и фазу в соответствии со свойствами поверхности объекта в данной точке. Голография
позволяет получить более полную информацию об объекте, так как представляет собой процесс регистрации на фотопластинке не только амплитуд, но и фаз световых волн, рассеянных объектом. Для этого на фотопластинку одновременно с волной, рассеянной объектом (сигнальная волна), необходимо направить вспомогательную волну, идущую от того же источника света (лазера), с фиксированной амплитудой и фазой (опорная волна). Интерференционная картина (чередование тёмных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе сигнальной волны, то есть об объекте. Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется Голограммой. Если рассматривать голограмму в микроскоп, то в простейшем случае видна система чередующихся светлых и тёмных полос. Интерференционный узор реальных объектов весьма сложен. Для того чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить той же опорной волной, которая использовалась при её получении. В простейшем случае - интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) - голограмма представляет собой обычную дифракционную решётку.
Способы записи голограммы
Запись 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. Интерференционная картина дифракции плоских волн, зарегистрированная на фоточувствительной среде, например, на фотопластинке, представляет собой хорошо известную дифракционную решетку. Если на решетку направить луч света в направлении, соответствующем одному из пучков при записи, например, 2 на рисунке, то в результате дифракции мы получим волну, распространяющуюся в том же направлении, что и волна 1 при записи. В действительности справа от пластинки мы увидим кроме волны 1 целый набор плоских дифрагировавших волн, соответствующих разным порядкам дифракции. Нулевой порядок, m =0, соответствует распространению падающей волны. Направление волны, отвечающей первому порядку дифракции m =1, точно соответствует направлению объектной волны 1 при записи, m =-1 – противоположному направлению под тем же углом. Дополнительные волны с порядком дифракции больше единицы возникают вследствие того, что ни одна реальная регистрирующая среда не может воспроизвести с высокой точностью распределение освещенности при записи, которое в нашем случае является синусоидальным. Описанный выше эксперимент показывает, что использование двух волн при записи позволяет регистрировать распределение фаз волны на поверхности и восстанавливать волну, участвовавшую в записи решетки, которая представляет собой простейшую голограмму.
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. Возможна также запись голограммы сферического источника при наклонном падении опорной волны. В этом случае при восстановлении голограммы дифрагированная волна все равно будет сходиться в той точке, где находился источник сферической волны при записи.
Голограмма Денисюка
В 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. Интерференционное поле представляет собой сложную структуру, проявляющуюся в виде чередования светлых и темных полос. После проявления и закрепления фотопластины, внутри желатинового слоя оказываются микрообласти с различными показателями преломления и поглощения. При просвечивании голограммы в отраженном свете восстанавливается изображение объекта. Важное для практического применения свойство голограмм Денисюка заключается в возможности восстановления голограммы с помощью расходящегося пучка белого света. Это объясняется тем, что при освещении голограммы условия дифракции выполняются только для тех длин волн и тех направлений распространения света, которые удовлетворяют условиям дифракции. Весь остальной свет проходит сквозь голограмму, не взаимодействуя с ней. Поэтому голограмма видна в том цвете, в котором она была записана. Возможно также получение цветных голографических изображений. Для этого в фотопластинке нужно зарегистрировать три элементарных голограммы при длинах волн синего, зеленого и красного света. При восстановлении голограммы белым светом каждая из элементарных голограмм формирует свое изображение в соответствующем цвете. Эти три изображения образуют полноцветную картину, подобно тому, как это происходит на экране цветного телевизора. Таково упрощенное описание этого метода. Рассмотрим теперь практические аспекты применения голограмм Денисюка. Наиболее широкое распространение получили голограммы, изображающие предметы искусства. Отсюда, кстати, пошло общеупотребительное наименование голограмм этого типа как «изобразительные». Существуют целые галереи изобразительных голограмм редких золотых украшений и прочих раритетов из коллекций различных музеев. Более того, когда лет двадцать назад появились сравнительно недорогие импульсные лазеры, появилась возможность съемки голографических портретов. Существуют коммерческие студии, которые осуществляют запись портретов людей и животных, но, в силу достаточно высокой стоимости процесса и материалов, этот бизнес эксклюзивен и не имеет широкого распространения. Дополнительные трудности, обусловленные необходимостью снабдить каждую голограмму источником света, капризность желатиновых фотоматериалов к условиям хранения (они очень чувствительны к влажности) и неудобство обращения с хрупким стеклянным носителем, наряду с дороговизной процесса и материалов существенно ограничивают область применимости таких проектов. Около десяти лет назад корпорацией «Дюпон» был разработан фотополимер, который, подобно галогенид-серебряной желатиновой эмульсии способен регистрировать голографические изображения при использовании данной методики записи. Это событие позволило реализовать массу проектов, связанных с производством сувенирной продукции, поскольку разрешило проблему прочности и безопасности продукта. Теперь стало возможным изготовление изобразительных голограмм в картонных паспарту, а также в виде открыток, и, даже, самоклеящихся этикеток. Самоклеящиеся голограммы этого типа нашли применение, в том числе, и для защиты от подделок. Наиболее крупный проект реализован в России для маркировки голограммами из фотополимера контрольно-кассовых машин. Для большего распространения этой технологии в сфере защиты от подделки существуют препятствия, связанные как с низкой производительностью изготовления таких голограмм, дороговизной монопольного материала, так и с конкуренцией со стороны голографической продукции, изготовленной другими методами.
Голограмма Френеля
В 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.
Каждый отдельный участок голограммы несет информацию обо всем объекте. Это связано с тем, что любой участок зонной решетки восстанавливает изображение точки. Естественно, что уменьшение площади участка голограммы, восстанавливающей объект, ведет к ухудшению качества изображения (появление зернистости изображения)
Негативный и позитивный отпечаток голограммы всегда дают позитивное изображение. Это следует из того, что регистрируется интерференционная картина, являющаяся совокупностью светлых и темных областей, и она же впоследствии используется для восстановления изображения.
Голограмма восстанавливает стереоскопическое изображение объекта, поскольку более далекие точки объекта восстанавливаются дальше. Параллакс голограммы позволяет наблюдать объект под разными углами.
Возможно наложение на одну и ту же пластинку голограмм разных объектов или частей объекта, которые при восстановлении будут образовывать независимые изображения.
Запись голограмм методом Бентона
Этот 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. На первом этапе записывается голограмма Френеля объекта методом, рассмотренным выше. В принципе достаточно записать голограмму в виде полосы. На втором этапе голограмму освещают расходящимся светом через цилиндрическую щель S и фоточувствительную среду одновременно экспонируют плоской опорной волной. В результате получается голограмма, обладающая специфическими свойствами, обусловленными двухступенчатостью процесса ее записи. С одной стороны она восстанавливает изображение объекта, записанное на стадии, но из-за наличия второй ступени это изображение восстанавливается только в плоскости щели. Глаза наблюдателя видят изображение, восстановленное светом определенной длины волны. Это изображение обладает горизонтальным параллаксом – при повороте голограммы объект также можно рассматривать с разных сторон. При повороте голограммы в вертикальном направлении параллакс изображения отсутствует, но изменяются условия дифракции, и в глаза наблюдателя попадает свет с другой длиной волны. Таким образом, при повороте голограммы в вертикальном направлении последовательно меняется цвет изображения, и поэтому такие голограммы называют радужными. Радужная голограмма может быть восстановлена как в прошедшем, так и в отраженном свете. Для регистрации изображений обычно используют материалы, которые называют фоторезистами. Традиционно эти материалы используют в фотолитографических процессах при производстве микросхем и в полиграфии для производства печатных форм. Применяя фоторезист в качестве фоточувствительной среды, можно зарегистрировать голограмму в виде модуляции рельефа. Именно таким образом, как правило, регистрируют голограммы Бентона. Если голограмма зарегистрирована в виде модуляции рельефа, то, как мы увидим ниже, она может быть легко размножена в любых тиражах. Для усиления яркости изображения на поверхность рельефной структуры наносят тонкий отражательный слой алюминия.
Цифровые методы записи голограмм
Каждый 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. Синтез голограммного изображения осуществляется путем решения задачи, каково должно быть чередование полос для того, чтобы при его восстановлении получить требуемое изображение. Современное программное обеспечение позволяет рассчитать дифракционную структуру, при восстановлении которой может быть получено даже трехмерное изображение объекта.
«Дот матрикс» (Dot Matrix) – технология
Этот 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 них
Насколько 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. По характеру изображения защитные голограммы делятся на три основных класса – двухмерные или плоские (2D ), объемные или трехмерные (3D ) и смешанные (2 D /3 D ). 2D – голограммы представляют собой голограммы сфокусированных изображений двумерных (плоских) объектов, с видимыми шириной и длиной. Характеризуются яркими цветными восстановленными изображениями, изменяющими свои цвета при повороте голограммы относительно источника света. 2 D/ЗD – голограммы позволяют восстанавливать одноцветные и цветные объемные изображения трехмерных объектов, располагаемых вблизи плоскости регистрации и характеризуются эффектом разноцветных объемных планов. В голограммах этого типа, по крайней мере, один слой кажется находящимся позади другого. При повороте голограммы относительно источника света наблюдается изменение цвета изображения и взаимное смещение планов.3 D - голограммы представляют собой трехмерные изображения объектов, обладающих шириной, длиной и глубиной.
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. Отдельный элемент защиты голограмм от подделок – так называемая скрытая метка. Как правило, это голограмма, которая восстанавливает некое изображение на определенном расстоянии при определенных условиях ее освещения. Чаще всего для восстановления используют свет лазерного диода, падающего на голограмму под определенным углом, и изображение восстанавливается на экране, помещенном также в определенном месте. Обычно это реализовано в специальных устройствах для считывания скрытых меток. Скрытые метки могут также быть сделаны машинно-считываемыми, чтобы автоматически определять подлинность голограммы с помощью специального устройства. Однако в реальной жизни машинно-считываемые дифракционные метки практически не используются in situ , поскольку при этом предъявляются слишком высокие требования к ориентации голограммы в пространстве относительно считывающего устройства и к ее деформации.
2D (двухмерная) голограмма
Двухмерная 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) голограммы
3D-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 D голограммы, подобной рассмотренной, задаются ее истинно объемным изображением реального объекта.
2D/3D голограмма
Радужная 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. Важная особенность этого типа голограмм – их резкость зависит от характера источника света. Наиболее резкое изображение видно, когда голограмма освещается светом точечного источника. Если источник света протяженный, например, множество светильников на потолке, то задний план голограммы становится нерезким. Чем больше расстояние между двумя планами, тем более жесткие требования предъявляются к качеству источника света для того, чтобы второй план не выглядел размытым и был читаем. Строго говоря, это характерно для всех дифракционных изображений. Многоплановые голограммы могут иметь более двух планов. Они достаточно сложны в изготовлении и потому не могут быть легко подделаны, т.к. для их изготовления требуются соответствующее оборудование и персонал.
Производство голограмм
Изготовление матрицы голограммы
Для 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 голограмм
Технология 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. Оригинал голограммы, записанный на фоторезисте, или его копия используются как подложка для получения металлической матрицы методом гальванопластики. Матрица закрепляется на цилиндрический вал эмбоссера или в плоский штамп. Использование цилиндрического вала эмбоссера более предпочтительно, чем использование плоского штампа, т.к. позволяет организовать непрерывный процесс тиснения. При определенных температуре и давлении рельеф матрицы копируется в термопластичный материал. Этот материал, как правило, многослойный, причину чего мы обсудим ниже. Многослойный материал может уже заранее содержать отражательный слой металла, и тогда стадия металлизации рельефного слоя, полученного на полимере, не требуется. На полученную рельефную структуру наносят слой клея и голограмма в принципе готова к применению после вырубки ее из непрерывной полимерной ленты. Ниже мы рассмотрим основные стадии процесса тиражирования.