|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2002
Czerwiec
Współczesne zabezpieczenia optyczne. Część I
|
|
Tekstem, który mają Państwo przed sobą, rozpoczynany cykl artykułów poświęconych charakterystyce, stosowaniu i technologii produkcji zabezpieczeń optycznych. Zabezpieczenia te stosowane są głównie w produkcji dokumentów. Jednym z rodzajów zabezpieczeń są hologramy, które zostaną dość szczegółowo opisane. Zostanie także przedstawiony rynek zabezpieczeń optycznych wraz z charakterystyką różnych przedsięwzięć prowadzących do uruchomienia produkcji zabezpieczeń optycznych. Cykl artykułów został opracowany na podstawie obronionej w Instytucie Poligrafii Politechniki Warszawskiej pracy magisterskiej wykonanej w 2001 roku przez Annę Stankiewicz pod kierunkiem dr inż. Stefana Jakucewicza.
|
Dokumenty o wysokim stopniu zabezpieczenia
Rozwój technologiczny dokonujący się w poligrafii i informatyce umożliwia w coraz większym stopniu podrabianie i fałszowanie dokumentów. Druk cyfrowy, kolorowe kopiarki, skanery, drukarki atramentowe - to przy ich użyciu popełniana jest największa liczba fałszerstw. Podrabiane są najczęściej banknoty oraz dokumenty takie jak: dowody osobiste, dokumenty samochodowe (prawa jazdy, dowody rejestracyjne, karty pojazdu), paszporty, czeki bankowe, karty płatnicze, bilety wstępu i komunikacyjne, papiery wartościowe (w tym znaki akcyzy) oraz inne dokumenty o dużej wartości.
Samo weryfikowanie dokumentów i identyfikacja fałszerzy nie jest wystarczającym środkiem w walce z oszustwem. Bardziej efektywne jest stosowanie zabezpieczeń, które powodują trudności w podrabianiu i przerabianiu dokumentów. Oczywiście, im cenniejszy dokument, tym więcej zabezpieczeń powinien zawierać. Najczęściej zabezpieczanie wprowadza się dwuetapowo: najpierw zabezpiecza się poszczególne części dokumentu (np. podłoże, zdjęcie itp.), później stosuje się zabezpieczenie całościowe (np. specjalna folia ochronna).
Dokument powinien ponadto charakteryzować się dużą trwałością mechaniczną, odpornością na związki chemiczne i doskonałą precyzją wykonania, oraz spełniać wymagania dotyczące ochrony środowiska. Ocena autentyczności dokumentu powinna być łatwa nawet dla laika.
Rodzaje zabezpieczeń
W odniesieniu do dokumentów wartościowych stosuje się następujące rodzaje zabezpieczeń:
- zabezpieczenia w papierze
• wstążki z mikrodrukiem lub magnetyczne
• znaki wodne wielotonalne
• specjalny skład papieru, np. wtrącenia świecące w UV
• włókna zabezpieczające (barwne)
• zabezpieczenia chemiczne
- zabezpieczenia w procesie drukowania - m.in.:
• staloryt
• offset CMYK (wielobarwny) + kolory specjalne
• druk kombinowany
• mikrodruk
• druk irysowy
• tło reliefowe
• tło zabezpieczające przed kopiowaniem kserograficznym
• recto-verso
• sitodruk
• farby UV, IR, optycznie zmienne, reaktywne, inne
- zabezpieczenia specjalne
• hologramy lub folie holograficzne
• zabezpieczenia perforacyjne
• podłoża poliwęglanowe i laserowe grawerowanie przy personalizacji
• maszynowa weryfikacja zabezpieczeń
• numeracja
• Scramble Indicia i JCJ
• zabezpieczenia SIS
• inne.
Obecnie występuje tendencja do zrównoważenia trzech wymienionych powyżej grup zabezpieczeń, co oznacza, że zalecane jest wprowadzanie do dokumentów zabezpieczeń z każdej z nich. Jednak zabezpieczenia specjale, a w szczególności zabezpieczenia optycznie zmienne, spełniają bardzo ważną rolę.
Pierwsze hologramy
Hologram jest definiowany jako zabezpieczenie optycznie zmienne - obraz holograficzny. Słowo ‘hologram’ pochodzi od greckiego holos, co znaczy całość, oraz gramma, czyli zapis. Obraz holograficzny jest generowany przez układ mikrostruktur dyfrakcyjnych (np. w wyniku dyfrakcji światła). Na każdy milimetr obrazu przypada 2000-4000 linii.
Za początek holografii uznaje się rok 1947, kiedy to Dennis Gabor zaproponował metodę rejestracji i rekonstrukcji obrazu holograficznego. Pierwszy hologram monochromatyczny powstał dopiero po wprowadzeniu lasera. W 1969 roku otrzymano wielobarwny hologram na warstwie aluminiowej. Wykonał go Stephen Benton.
Pierwsi producenci hologramów przypuszczali, że obrazy holograficzne będą cieszyć się dużym zainteresowaniem ze względu na to, że podnoszą efektowność produktu. Jednak mylili się, gdyż dużo bardziej liczyła się cena artykułu, a była ona dość wysoka. Dopiero zastosowanie hologramu jako zabezpieczenia przed kopiowaniem wzmocniło jego pozycję na rynku.
Pierwszym emitentem, który zastosował znak holograficzny na swoich banknotach, był Bank Australijski. Hologram umieszczono na okolicznościowym banknocie 10-dolarowym. Pierwszy hologram jako zabezpieczenie pojawił się w roku 1982 na karcie kredytowej MasterCard. Firmą dostarczającą etykiety holograficzne zabezpieczające był American Bank Note.
Zabezpieczenia optycznie zmienne - zadania, zalety i wady
Zabezpieczenia optycznie zmienne spełniają następujące zadania:
• zabezpieczenie przed podrobieniem i przerobieniem (jest to zabezpieczenie przed powielaniem kserograficznym - powielanie jest możliwe tylko z wykorzystaniem matrycy bazowej, nie ma możliwości kserowania kolorowego oraz skanowania hologramu ze względu na jego wieloobrazowość)
• zabezpieczenie przed usunięciem, przeniesieniem hologramu ze względu na tendencję do samozniszczenia
• ochrona informacji oraz poświadczanie autentyczności produktu, umożliwienie szybkiej i łatwej identyfikacji produktu
• umożliwienie identyfikacji maszynowej.
Jako jedną z podstawowych zalet hologramu wymienia się niemożność skopiowania po zeskanowaniu. Wszelkie próby podrobienia hologramu o wysokiej jakości i skomplikowanych kształtach kończą się, jak dotąd, niepowodzeniem. Kopiowanie nowoczesnych, zaawansowanych technologicznie hologramów, nawet przy użyciu najbardziej wyrafinowanych technik, jest praktycznie niemożliwe ze względu na fakt, że zarówno barwy, jak i charakterystyczne zestawienie obiektów hologramu powstają na zasadzie dyfrakcji światła na ultraprecyzyjnej siatce wytworzonej przez laser w układzie przestrzenno-optycznym i technologicznym, znanym tylko producentowi.
W praktyce stosuje się także dodatkowe zabezpieczenia hologramów:
• nacięcia zabezpieczające (zabezpieczają przed zdejmowaniem folii holograficznej)
• właściwości samoniszczenia się przy próbie odklejenia i działania środkiem chemicznym (następuje rozwarstwienie hologramu, tak że zostaje oddzielona warstwa folii ochronnej, co powoduje nieodwracalne zniszczenie obrazu holograficznego
• wykonywanie obrazów trójwymiarowych (obrazy te są trudne do zreprodukowania w połączeniu z innymi dodatkowymi zabezpieczeniami, dają wrażenie przestrzenne i są ciekawe wizualnie)
• numeracja (zmiana pewnych typów numeracji nie może być zastosowana ze względu na samozniszczenie hologramu w razie próby ingerencji)
• ukryte obrazy odczytywane jedynie za pomocą specjalnego urządzenia optycznego; nie mogą to być obrazy holograficzne, choć wykonane są tymi samymi technologiami, nie są możliwe do skopiowania ani do odwzorowania (np. Scrambled Indicia - specjalne szkiełko do odczytania obrazu ukrytego)
• mikrotekst (charakteryzuje się ostrością brzegową oraz czytelnością przy powiększeniu)
• częściowa demetalizacja (podłoże metalizowane zawierające okienka demetalizowane, transparentne, umiejscowione w stosunku do obrazu holograficznego, trudne do otrzymania)
• tzw. znak wodny dyfrakcyjny (efekt zmiany kontrastu obrazu z jasnego na ciemny przy zmianie kąta obserwacji, trudny do podrobienia)
• odczytywanie maszynowe (weryfikacja za pomocą urządzenia sprawdzającego autentyczność dokumentu, umożliwia stosowanie szyfrowania informacji)
• efekt animacji (wraz ze zmianą kąta obserwacji następuje efekt zmiany obrazu, jak i barwy)
• inne kombinacje.
Do wad zabezpieczeń optycznie zmiennych - hologramów należą: wysoki koszt wytworzenia (im bardziej skomplikowany hologram, tym większy koszt wyprodukowania) oraz nietrwałość (jest to wada, ale i zaleta, gdyż hologram ulega zniszczeniu w trakcie użytkowania, ale także w przypadku naruszenia struktury dokumentu przez fałszerza). Powoduje to konieczność określania czasu użytkowania dokumentu.
Wytwarzanie hologramów
Hologramy można otrzymać metodą tradycyjną (dziś rzadko już stosowaną) oraz metodą z wykorzystaniem komputera. Wytwarzanie hologramu drugą z tych metod wiąże się z zastosowaniem wysokiej klasy sprzętu komputerowego i grawerującego. Sprzęt komputerowy służy do generowania obrazu, zaś za pomocą sprzętu grawerującego nanosi się ten obraz na matryce. Matryca służy następnie do wykonywania hologramów. Obraz holograficzny otrzymywany jest w wyniku wytłoczenia warstwy poliestru refleksyjnego na gorąco przy odpowiednim nacisku. Do tego celu stosuje się maszyny rotacyjne.
Wytwarzanie hologramu przebiega w następujących etapach:
• generowanie hologramu
• wytwarzanie niklowego negatywu i form wtórnych; wytłaczanie hologramów w folii z napyloną warstwą metalu lub z warstwą wysoko refleksyjną (high refractive index HRI)
• nanoszenie warstwy adhezyjnej na folię
• wykańczanie.
W pierwszym etapie przy użyciu lasera wysokiej mocy wykonuje się hologram obrazowy. Laser emituje wiązkę światła, którego jedna połowa pada bezpośrednio na podłoże matrycy (fala odniesienia), a druga pada na tę samą warstwę podłożową fotoczułą po odbiciu od obiektu, który ma zostać zreprodukowany (fala przedmiotowa). Podział wiązki laserowej na dwa promienie może być dokonany za pomocą lustra półprzepuszczalnego. (Rys. 1) Fala odniesienia i fala właściwa interferują, czyli nakładając się na siebie wzmacniają się lub osłabiają wzajemnie. Wpływ na to ma obiekt reprodukowany, przesunięcie fazy oraz zmiany amplitudy. Wzmocnienie następuje wtedy, gdy szczyt fali odniesienia i szczyt fali właściwej trafią na siebie, osłabienie natomiast - gdy szczyt jednej fali trafi na dolinę drugiej.
Wiązki świtała nakładają się na siebie, osłabiają lub wzmacniają, tworząc w ten sposób obrazy - siatki dyfrakcyjne. Tak otrzymany hologram charakteryzuje się monochromatycznością, a głębia ostrości obrazu jest znikoma przy odtwarzaniu w świetle białym. Obraz holograficzny nie jest widzialny w świetle białym.
Otrzymany hologram zbudowany jest z obrazu rzeczywistego i obrazu pozornego powstającego w miejscu, gdzie podczas zapisu umieszczony był obiekt rzeczywisty (rys. 2, rys. 3).
Właściwości polichromatyczne ma hologram tęczowy. Powstaje on poprzez wykonanie hologramu z hologramu, przy czym zapis hologramów jest płaski. Pierwszy hologram jest zapisany w układzie konwencjonalnym (hologram transmisyjny). Drugi etap polegający na zapisie hologramu z hologramu przedstawiony jest na rysunku 4. Hologram transmisyjny znajduje się za przesłoną z poziomą szczeliną o szerokości kilku milimetrów. Odtwarzany z tak zamaskowanego hologramu obraz zostaje zarejestrowany na drugim fotorezyście, tworząc hologram, który zrejestrował także obraz szczeliny. Podczas rekonstrukcji wiązką lasera między obserwatorem a hologramem powstaje obraz przedmiotu oraz w innej płaszczyźnie, bliżej obserwatora, obraz przesłony ze szczeliną. Jeżeli taki hologram oświetlimy światłem białym, to wraz ze zmianą długości fali obrazy przesłon i obrazy przedmiotu dla różnych długości fali wypadną w innym miejscu. Ruch oka w kierunku poziomym powoduje powstawanie efektu obrazu, widzialnego tylko w jednym kolorze. Przesuwanie oka w kierunku prostopadłym do szczeliny daje zmianę obrazu od czerwieni do fioletu - stąd też się wzięła nazwa ‘hologram tęczowy’. Wykonanie hologramu tęczowego stanowi drugi etap technologiczny prowadzący do otrzymania hologramu tłoczonego (rys. 4).
Następnie z tego hologramu wykonuje się hologram obrazowy. Tego typu proces przeprowadza się w celu zwiększenia głębi ostrości obrazu holograficznego (poprzez wykorzystanie soczewki). Otrzymany zostaje wówczas obraz pozorny widziany przez obserwatora za płaszczyzną obrazu holograficznego na warstwie światłoczułej (fotorezyście).
Zasada otrzymywania matrycy holograficznej
W celu otrzymania odpowiedniej formy stosuje się matrycę wykonaną w fotorezyście. Po naświetleniu odbiela się (trawi) fotorezyst w celu usunięcia nienaświetlonych elementów (otrzymuje się relief obrazu o szerokości 1 mikrometra). Warstwa ta będzie stanowić matrycę. W celu zwiększenia wytrzymałości nanosi się na matrycę (metodą galwaniczną) warstwę niklu. Następnie zdejmuje się matrycę z fotorezystu. Jest ona określana jako „matryca matka” - stosuje się ją do wykonania form wtórnych.
*
Proces otrzymania matrycy metodą tradycyjną jest bardzo czasochłonny. Zreprodukowany obraz holograficzny charakteryzuje się tą samą skalą co obraz rzeczywisty. Nie ma możliwości zmiany skali obrazu na hologramie. Jakiekolwiek zmiany przy projekcie hologramu powodują, że cały proces musi być przeprowadzany od nowa.
Po wykonaniu form wtórnych przeprowadza się przy ich użyciu proces wytłaczania hologramu na specjalnej folii holograficznej (lewoczytelne) z napyloną warstwą metalu lub z wysokim współczynnikiem odbicia światła. Potem następuje obróbka wykończeniowa, podczas której m.in. nanosi się na folię z hologramem warstwę substancji adhezyjnej (rys. 6).
Po oświetleniu światłem dziennym lub sztucznym następuje dyfrakcja światła prowadząca do odtworzenia obrazu. Podczas dyfrakcyjnego odbicia światła powstają efekty barwne będące kombinacją trzech podstawowych barw.
Hologram otrzymany metodą tradycyjną ma następujące cechy:
• obraz powstaje w wyniku inter-ferencji promieni lasera
• wszystkie mikrorowki są naświetlane jednocześnie
• obrazy odbierane jako dwuwymiarowe są w rzeczywistości trójwymiarowe
• dla najlepszego powielenia obrazu wymagana jest duża dokładność źródła promieniowania
• głębia ostrości i rozdzielczość obrazu jest uzależniona od rodzaju lasera.
Zabezpieczenia optycznie zmienne można podzielić na hologramy przestrzenne i hologramy oparte na siatkach dyfrakcyjnych. Oba rodzaje różnią się pod względem technologii otrzymywania obrazu oraz zastosowanych efektów wizualnych. Tym zagadnieniom zostanie poświęcona następna część artykułu.
Anna Stankiewicz
Stefan Jakucewicz
|
|
|
|
