KR100403420B1

KR100403420B1 - 광학적 회절 표지를 인식하기 위한 장치

Info

Publication number: KR100403420B1
Application number: KR10-1999-7011512A
Authority: KR
Inventors: 레네 스타우프; 바이네 로베르트 톰프킨
Original assignee: 오브이디 키네그람 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2003-10-30
Also published as: HK1027651A1; DE59806870D1; CA2297890C; EP0986795B1; US6365907B1; EP0986795A1; CH693693A5; KR20010013505A; WO1998055963A1; AU738610B2; CN1264481A; ATE230868T1; ES2190593T3; CN1179300C; CA2297890A1; AU7918098A; JP2002503368A; JP4094068B2; RU2208248C2

Abstract

본 발명은 보안 엘리먼트(4)의 Q 개의 회절 광학적 표지(11)를 기계적으로 동시에 인식하기 위한 기구에 관련된 것으로서, 기구는 평행광(10)을 보안 엘리먼트(4)와 함께 제공된 문서(3) 상에 조사하기 위한 광원(1), 광학적 응집 엘리먼트(2), 표지들(11) 상에서 회절된 빛(15; 16) 또는 기판(3) 상에서 반사된 광선들을 전기적 신호로 변환하기 위한 광검출기들(5; 6), 및 발생된 신호들을 평가하기 위한 평가 유니트를 구비한다. 광검출기들(5; 6)은 광학적 응집 엘리먼트(2)의 초점면(8') 내에 위치한다. 각각의 경우에, 두 광검출기(5; 6)는 광검출기 쌍을 형성한다. 각 쌍에서 발생된 전기적 신호들은 분석되고, 모든 광검출기 쌍의 결과가 평가 유니트에서 상응하는 기준값과 함께 비교된다. 모든 광학적 표지들(11)은 동시에 독출되고 보안 엘리먼트(4)를 인식하기 위한 코드를 형성한다.

Description

광학적 회절 표지를 인식하기 위한 장치{Device for recognizing diffraction optical markings}

광학적 회절 표지를 기계적으로 인식하기 위한 이러한 장치는, 상응하는 광학적 회절 표지를 포함하는 보안 특성을 가지는 문서, 우편용 우표, 지폐, 진품 문서, 통행증과 같은 것들을 진품으로 인증 하는데 적합하다.

독일의 공개된 특허 출원(DE-OS) 번호 제 23 52 366호는, 렌즈를 포함하는 적합한 광학적 조형물(arrangement)에 의하여, 푸리에 변환을 이용하는 투명한 보안 구조를 위한 독출 기구(reading device)의 기초적 조형물을 예시한다. 프리즘에 의해 거시적 보안 구조에 수직의 관계로 입사하는 평행광은 회절에 의하여 편향된다. 동일한 방위각(azimuth) 방향을 가지는 동일한 프리즘들은 빛을 평행 광선의 형태로 편향시키고, 편향된 빛은 광학적 조형물에 의하여 광학적 조형물의 초점면(focal plane) 내의 한 점에 집중된다. 초점면 내의 빛 강도 레벨의 분산에 따라 인식 작용이 일어난다.

독일의 공개된 출원(DE-OS) 번호 제 25 38 875호는, 광방사(irradiation)에 의하여, 균일한 회절 격자(diffraction grating)를 가지는 소정의 릴리프(relief) 구조를 인식하기 위하여 푸리에 변환을 사용한다. 독출 기구는, 서로 다른 강도의 회절 등급(diffraction order)에 의하여 편향된 빛 빔(light beam)의 강도 레벨을 비교하므로, 회절 격자에 사용된 릴리프 구조의 단면 모양을 유추할 수 있다. 연속적 회절 격자를 순차적으로 독출하거나, 기판 상에 서로 평행으로 다양한 소정의 지점에 위치한 회절 격자를 조사하는 다수의 독출 기구를 사용함으로써, 진품으로 인식하는 것과 관련한 보안 등급이 증가될 수 있다.

스위스 특허 명세서 번호 제 653 160호는, 부호화 수단으로, 상이한 회절 구조를 갖고 동시에 조사되는(illuminate) 다수의 부분을 포함하는, 독일 공개 출원 번호 제 25 38 875호에 나타난 독출 기구의 인증 특성을 개량한 모델을 설명한다. 회절 구조에 의하여 회절된 빛은 광학적 수단에 의하여 관련된 초점면 내에 집중된다. 초점면 내의 고강도의 빛의 위치는, 오직 다양한 회절 구조들의 공간 주파수(spatial frequency), 방위각(azimuth) 등의 파라미터(parameter)에 의해서만 결정된다. 만약 이러한 위치들이 소정의 형태로 정렬되어 있는 빛 수신기들의 그것과 일치한다면, 진품 특성은 동일하게 인식된다.

미국 특허 명세서 번호 제 4 034 211 및 4 023 010호는, 연속적인 동일 크기의 회절 격자를 구비하는 데이터 트랙을 회절 격자의 일부분만을 조사하는 빛 빔을 이용하여 광학적 스캔 작업을 연속적으로 행하기 위한 다른 독출 기구를 설명한다. 예를 들어, 이러한 공개서들은, 회절 격자의 면이 독출면에 비하여 기울어지거나 회절 격자 면이 독출면에 비하여 크게 혹은 작게 떨어져 있음으로 인하여 실제 적용하는 단계에서 발생할 수 있는 광학적 스캔에 영향을 주는 에러들에 관하여 언급하고 있다.

EP-0 718 834 A2는 고밀도의 저장 밀도(bits/cm²)를 가지는 광학적 데이터 반송자(carrier) 및 다수의 회절 격자로 이루어진 정보 패턴의 데이터 반송자의 시계열적 시리즈(series)를 안정되게 독출하기 위한 독출 기구를 설명한다.EP 0 533 448 A2로부터 알 수 있는 독출 기구는, 독출 빔 주위에 정렬되고 그들의 광-감각적(light-sensitive) 면들은 한 개의 원형 고리 또는 두 개의 동심원형 고리들의 일 부분을 이루는, 상호 대칭이며 큰 면적을 갖는 광검출기들을 구비하고 있다. 독출 기구는, 다수의 회절 격자로 구성된 정보 패턴을 가지고 데이터 반송자에 저장된 시계열적 시리즈를 인식한다.

이러한 모든 독출 기구들은, 데이터 반송자 상의 회절 패턴의 간격 및 정확한 방향성을 정밀하게 유지함으로써 데이터 반송자를 정밀하게 유도하여, 어느 경우에도 회절 패턴을 독출할 수 있도록 하기 위하여, 데이타 반송자를 정밀하게 유도할 것을 요구한다. 종래에 알려진 독출 기구들의 경우에, 독출 기구가 적당하게 정렬된 거울 또는 프리즘 표면에 의하여 쉽게 오동작 하는 것을 방지하는 것은 불가능했다.

스위스 특허 명세서 번호 제 653 162호에 따른 독출 기구는, 회절 격자를 조사하는 빛의 파장을 주기적으로 변화시킴으로써 회절각의 변화에 관련한 이러한 오동작을 방지했다.

복사하기가 상당히 난해한 보안 특성 및 이러한 보안 특성을 반사 회절 격자를 가지는 표면 엘리먼트(element)들로부터 생산하는 것은 EP-105 099, EP-169 326 및 미국 특허 명세서 번호 제 5 032 003호에 의하여 설명된다. 회절 격자들은 입사한 백색광을 반사하고, 이것을 다색광으로 분류하고, 주어진 방위각들에서 다양한 회절 등급으로 나누는데, 프로필(profile) 모양, 공간 주파수 및 방위각 방향과 같은 회절 격자의 파라미터들은 회절 특성에 매우 중요하다. 선명하지 않은 보안 엘리먼트의 선명하지 않은 기계적 독출용 정보 패턴을 위한 비대칭인 프로필 모양을 사용하는 것은 EP-360 969 A1 및 프로필 모양의 비대칭성을 인식할 수 있는 독출 기구의 실시예의 다이어그램을 함께 제시하는 EP-366 858 A1에서 설명된다.

본 발명은 청구항 제 1항 및 제 4항의 전제부에 제시된 종류의 광학적 회절 표지를 기계적으로 인식하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예들은 앞으로 다음의 도면을 참조하여 자세히 설명된다.

도 1은 독출 장치의 단면도이다.

도 2는 평가 차트이다.

도 3은 보안 특성을 가지는 문서를 나타내는 도면이다.

도 4는 초점면 내의 빛 패턴을 나타내는 도면이다.

도 5는 광원을 나타내는 도면이다.

도 6은 간섭광(extraneous light)을 억제하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.

도 7은 광검출기들을 다르게 배열한 독출 장치를 나타내는 도면이다.

도 8은 기울어진 조사(illumination) 작용이 이루어지는 독출 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적은, 광학적 특성이 기계적으로 동시에 독출될 수 있고 데이터 반송자의 방향에 크게 영향받지 않는, 광학적 회절 보안 구조를 가지는 데이터 반송자를 광학적으로 독출할 수 있는 저렴하고, 간단한 광학적 독출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면 이러한 목적은 청구항 제 1항 내지 제 4항의 특성에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 실시예는 종속항들에 제시되어 있다.

도 1을 참조하면, 참조 번호 1은 광원을, 참조 번호 2는 광학적 수렴 엘리먼트(convergent element)를, 참조 번호 3은 문서를, 참조 번호 4는 보안 엘리먼트(security element)를, 참조 번호 5 및 6은 도 1에서 수렴 엘리먼트(2)의 광축(7)에 각각 좌측 및 우측에 도시되어 있는 광검출기를, 참조 번호 8은 광원(1)을 향하고 있는 수렴 엘리먼트(2)의 하나의 초점 표면(focal surface, 8')과, 광축(7) 및 광검출기(5 및 6)로 구성되는 광검출기 쌍으로 이루어지며 오직 더 개선된 설명을 위하여 도시된 관념상의 회절면(diffraction plane, 100)과의 교선을 나타낸다. 두 개의 광검출기들(5 및 6)은 광축(7)에 대하여 대칭적으로 배치되고 따라서 광축(7)으로부터 동일한 간격(R)만큼 떨어져 배열된다. 수렴 엘리먼트로는 렌즈, 오목 거울, 홀로그램(hologram), 회절 격자 등과 같은 것이 사용될 수 있다. 수렴 엘리먼트의 수차(aberration)에 의하여, 초점 표면(8')은 평면이 아니라 회절면(100)과의 곡선 모양의 교선(8)을 공유하는 휘어진 표면이다.

예를 들어, 광원(1)에서는 레이저, 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED), 또는 색 필터가 있는 백열등(incandescent lamp) 등이 적외선(infrared) 및/또는 가시광선 스펙트럼으로부터 소정 파장 λ인 거의 단색광인 방사광을 생산한다. 광원(1)의 방출 광학 시스템(exit optical system, 미도시)은 광원(1)의 방사광을 수렴 엘리먼트(2)의 초점 표면 상에 집중시켜서 방사광이 부채꼴로 펼쳐져 원추형 빔(beam cone, 9)을 형성하도록 한다. 원추형 빔의 꼭지점은 교선(8) 상에 있고 원추형 빔은 수렴 엘리먼트(2)의 큰 유효 구경(effective aperture)을 조사한다. 원추형 구조의 방사광이 입사되면, 수렴 엘리먼트(2)는 수렴 엘리먼트(2)의 유효 구경에 의하여 정의되는 광선의 평행 빔(10)을 생산한다. 빔(10)은 원추형 빔(9)의 축의 연장선에 평행이며 문서(3) 및 그 문서 상에 위치한 보안 엘리먼트(4)의 일부분을 안정적으로 조사한다. 수렴 엘리먼트(2)의 구경을 크게 선택한 것은 광선들의 빔(10)의 직경이 구경에 의해 결정되기 때문이고, 따라서 구경을 크게 선택하면 보안 엘리먼트(4) 또는 문서(3)들이 빔(10) 내에 어느 방향으로 위치되는지가 적은 영향을 미치기 때문이다. 원추형 빔(9)의 축은 광축(7)과 일치할 필요는 없지만, 도 1에는 간략화를 위하여 일치하는 것으로 도시되어 있다.

전형적으로, 보안 엘리먼트(4)는, 일부 또는 전부가 광학적 회절 효과를 일으켜서 독출 기구에 의하여 인식될 수 있는 정보를 내포하는 표지들(11)로서 동작하는, 반사 회절 구조체(reflective diffraction structure)를 가지는 다수의 내장 표면 엘리먼트들을 가지는 플라스틱 물질들로 이루어지며, 접착제에 의하여 문서(3) 상에 접착된 얇은 금속 조각(laminate)이다. 표면 엘리먼트들은 본 명세서의 첫부분에서 언급된 공개서들에 의해 알려지며, 얇은 금속 조각의 투명 덮개 층(cover layer)을 통하여 육안으로도 인식될 수 있는 패턴들 중 하나를 형성한다. 이러한 얇은 금속 조각으로 가능한 하나의 구조는 EP-401 466을 통해 알 수 있다. 광학적 표지(11)의 구조는 관련된 스위스 특허 출원(parallel Swiss application) 번호 제 1368-97호에 설명되어 있다.

평행 빔(10)은, 광학적 회절 효과를 나타내는 제 1 표지(11)와 수직의 관계로, 화살표로 표시되어 있는 두 개의 표면 포션(portion) 상에 입사한다. 그들은 동일한 회절 격자 파라미터(방위각 ψ, 프로필 모양, 공간 주파수 등)를 가지고, 방위각 ψ의 방향은 회절면(100)에 평행이다. 표면 포션은 보안 엘리먼트(4)의 표면 상의 다양한 지점에 분산되고 합쳐져서 관련된 패턴을 형성한다. 바람직하게는, 표지(11)가 위치한 모든 표면은, 표지(11)가 덮개 층의 손상에 민감하지 않도록 다수의 표면 포션들로 나누어진다. 예를 들면, 제 1 표지(11)는 파장 λ인 입사광을, 회절 등급(diffraction order) m=±1 및 입사 빔(10)에 대하여 대칭으로 회절각 ±α 만큼 회절시킨다. 회절면(10) 내에서 회절각 ±α로 회절된 평행광은 표지(11)가 있는 각 표면 포션으로부터 수렴 엘리먼트(2)로 이동한다. 알려진 바와 같이, 평행광 빔은 수렴 엘리먼트(2)를 지난 후, 광축(7)으로부터의 간격 r이 평행광 빔 및 광축(7) 사이의 각도에 의하여 결정되는, 초점면(8') 상의 단일 점(single point, 13 및 14)으로 집중된다. 따라서, 수렴 엘리먼트(2)는 회절각 -α으로 회절된 빛(15)으로부터, 교선(8) 상에 표면 전체의 균일한 점 분포의(punctiform) 제 1 이미지를 생산하는데, 교선(8)에는 빛을 전류로 변환하는 광검출기(5)의 표면(12)이 정렬되어 있다. 따라서, +α의 회절각으로 회절된 빛(16)은 광검출기(6)의 동작 표면(12'0) 상에 집중된다.

만약 또다른 표지(11)가 다른 공간 주파수를 가진다면, 동일한 조사작용에 대하여 다른 회절각으로 회절이 일어나는데, 회절각은 α와는 다르게 되어, 예를 들어, 회절광은 광축(7)에 대하여 대칭으로 위치된 점들(13 및 14) 상에 집중된다. 광축(7)에 관련된 간격 r은 간격 R과는 다르다. 만약에 반대 현상으로, 다른 광학적 표지(11)의 방위각 ψ의 방향이 회절면(100)에 어긋난다면, 그에 해당하는 회절 방사광의 두 개의 초점은 초점 표면(8') 상에 위치할 수 있지만, 회절면(100)으로부터는 방위각 ψ만큼 틀어지게 된다.

표지(11)를 포함하여, 광학적 회절 효과를 가지는 보안 엘리먼트(4)의 모든 표면 엘리먼트들에서 회절된 빛은, 빔(10) 내의 표면 포션의 위치와 관계없이, 조사되는 빛의 파장 λ, 회절각 및 극좌표 r, ψ, 및 r, ψ+180°를 포함하여 동일한 회절 등급(order)의 두 개의 초점을 갖는, 수렴 엘리먼트(2)의 초점면(8')의 회절 격자 파라미터에 상응하여 제 1 이미지를 생성한다.

좌표 시스템의 원점은 광축(7) 또는 0의 회절 등급을 갖는 빛 및 초점면(8')의 교점이다. 두 개의 광검출기(5, 6)의 동작 표면(12, 12')이 회절광(15, 16)이 입사하는 입체각(solid angle)을 결정한다. 허가표면(acceptance surface)의 중심은 극좌표 R, ψ, 및 R, ψ+180°를 포함하며 따라서 입사 면에 수렴하고, 다른 표지에서 회절된 빛이 아닌, 제 1 표지(11)의 표면 포션에서 회절된 방사광만을 접수할 수 있다.

광검출기(5 및 6)는 동작 표면(12 및 12')에 입사한 회절광(15 및 16)을 각각 회절광(15 및 16)의 강도에 비례하는 전기적 신호로 변환한다. 광검출기(5)에서 발생되는 신호(S1) 및 광검출기(6)에서 발생된 신호(S2)는 각각 전선을 통하여 평가 유니트(evaluation unit, 17)로 전달된다. 평가 유니트(17)는 두 개의 전기적 신호들(S1 및 S2)로부터 적어도 상대 차 RD=(S1-S2):(S1+S2)를 얻는다.

만약 상대 차 신호(RD)가 0이 아니라면, 표지(11)는 함수 부호(RD)가 표면(100) 내의 위상각 ψ의 방향을 나타내는 비대칭의 회절 격자 프로필을 갖는 것이다.

바람직하게는, 평가 유니트(17)는 광원(1)의 강도 레벨을 제어하여 광검출기(5, 6) 및 광원(1)이 최적 범위 내에서 동작하도록 한다. 광전자적 전지(photoelectric cell, 18)는, 광원(1)에서 발생되는 허가표면속(light flux)의 고정 비율을 측정하여 광원(1)의 강도를 모니터한다. 전선(19)을 통하여 평가 유니트(17)로 전달된 광전자적 전지(18)의 출력 신호(AS)는 광원(1)에서 방출되는 허가표면속을 제어하는데 이용된다. 만약 발광 다이오드(LED)에서 빛이 발생된다면, 전원선(20)을 통하여 발광 다이오드(LED)에 공급되는 전류의 양을 조절함으로서 허가표면속은 손쉽게 제어될 수 있다.

광검출기 쌍(5, 6)에 의하여 인식될 수 있는 표지(11)의 표면 포션은, 광검출기(5, 6)가 각각 충분히 큰 전기적 출력 신호(S1 및 S2)를 발생할 수 있도록 소정의 최소 표면 면적 이상의 면적을 가져야 한다. 바람직하게는, 광전자적 전지(18)의 출력 신호(AS)는 광검출기(5 및 6)의 출력 신호들(S1 및 S2)의 표준화(standardization)에 사용될 수 있다. 즉, S1/AS 및 S2/AS의 비율이 형성된다. 이러한 신호들(S1/AS, S2/AS)은 빔(10)의 허가표면속의 유효 강도(effective strength)에는 관계없지만, 그들은 동일한 표지(11)의 모든 표면 포션의 합 및 보안 엘리먼트(4)의 일반 상태(general state)에 의해 영향받는다.

도 2는 출력 신호들 X=S1 및 X=S1/AS 및 Y=S2, Y=S2/AS를 각각 광검출기 쌍에 대하여 회절면(100)에 관련하여 계산하는 과정을 보여준다. 평가 유니트(17, 도 1 참조)는 두 출력 신호들의 합 X+Y 및 상대 차 RD=(X-Y):(X+Y)가 허용 범위들(S, N, 및 P) 내에 있는지를 조사한다. 만약 합 신호가 허용 범위(S)를 벗어난 값을 갖는다면, 제 1 표지(11, 도 1참조)는 소정의 최소 전 면적(total area)을 갖는 것이며, 또한, 회절면(100)의 광검출기(5, 6)의 소정 회절 격자 파라미터를 갖는 대칭 또는 비대칭의 릴리프 구조(relief structure)를 갖는 것이다. 만약 상대 차(RD)가 음의 값이고 허용 범위(N) 내에 포함된다면, 릴리프 구조는 비대칭이며, 우측에 있는 광검출기(6)가 좌측의 광검출기(5)보다 더 강하게 조사되는 것이다. 만약 상대 차(RD)가 양의 값을 갖고 허용 범위(P) 내에 있다면, 릴리프 구조는 비대칭이지만 180° 큰 위상각(ψ'=ψ+180°)을 갖는 것이다. 이러한 경우에는, 좌측의 광검출기(5)에 조사되는 빛의 강도 레벨이 우측의 광검출기(6)에 조사되는 빛의 강도 레벨보다 크다. 만약 반대의 경우에, 상대 차(RD)가 범위(N 및 P)의 값들 사이 값을 갖고, 다시 말해서 거의 0에 가깝고, 만약 합 신호(X+Y)가 허용 범위(S)를 벗어난다면, 두 개의 광검출기(5 및 6)는 대칭인 릴리프 구조의 회절광의 경우와 같이 거의 같은 강도로 조사되는 것이다.

만약 반대로, 합 신호(X+Y)가 허용 범위(S)의 하한값(U)보다 작으면, 두 개의 광검출기(5 및 6)는 강도 레벨이 낮은 빛만을 접수하는 것이다. 회절면(100)의 광검출기(5, 6)에 맞게 결정된 회절 격자 파라미터를 갖는, 빛을 회절시키는 릴리프 구조는 소정의 최소 전 면적보다 작은 값을 갖는다. 예를 들어, 이러한 릴리프 구조대신에, 보안 엘리먼트(4, 도 1 참조) 내의 광학적 표지(11)로서, 매트 구조(matt structure), 수직선이 빔(10)과 관련하여 평행인 평면 거울 표면, 다른 회절 격자 파라미터를 갖는 릴리프 구조, 인쇄 과정에 의해 도모된 잉크 및 등등, 또는 얇은 금속 조각(laminate)의 반사층 내의 투명한 윈도우 등이 사용될 수 있다. "결정된 릴리프 구조가 없다"는 결론은 평가 유니트(17)내의 다른 연산 작업에 의해서도 영향을 받는다.

만약 반대의 경우에, 합 신호(X+Y)가 하한값(U)보다 크고 합 신호(X+Y)가 그럼에도 불구하고 허용 범위(S)에 해당하지 않거나 또는 상대 차(RD)의 값이 상한값(L)보다 크면, 평가 유니트(17)는 신호들(X, Y)을 무시하고 광검출기(5 및 6)의 하나 또는 둘이 지나치게 큰 강도 레벨을 갖는 빛을 접수할 경우 더 이상의 평가 작업이 일어나지 않게 하는데, 이러한 일은 거울 표면을 적당히 기울였을 때 일어나는 눈부심 현상(dazzle)의 경우 발생할 수 있다. 만약 상대 차(RD)가 0으로부터 많이 떨어진 값을 갖고 범위들(N 및 P) 내에 속하지 않는다면, 더 이상의 평가 작업 역시 금지된다.

따라서, 단일 회절면(100) 및 광검출기의 한 쌍에 의하여 인식될 수 있는 광학적 표지(11)의 수는 4개인데 그것은 하나의 대칭 릴리프 구조, 두 개의 비대칭 릴리프 구조, 및 하나의 결정되지 않은 릴리프 구조이다. 회절면(100)의 출력 신호(X 및 Y)를 연산한 결과는 수 C₁로 부호화 된다. 예를 들면, 결정되지 않은 릴리프 구조의 경우 C₁=0이고, 대칭인 릴리프 구조의 경우 C₁=1이며, 두 개의 비대칭인 릴리프구조의 경우 각각에 대하여 C₁=2 및 C₁=3이다.

회절면(100)은 도 1에 나타난 지점들(13 및 14)에 광검출기의 제 2 쌍을 가지고, 광학적 표지(11)의 네 개의 프로필 타입을 광검출기의 다른 쌍에 관계없이 구별할 수 있다. 광검출기의 두 쌍의 결정된 릴리프 구조는 오직 회절각에서만 차이가 있다.

회절면(100)의 경우와 동일하게 설명될 수 있는 다수의 회절면들(100, 101, 102, 103, 등)의 조합은, Q개의 서로 다른 회절 격자 파라미터를 갖는 광학적 표지(11)를 동시에 검출할 수 있게 한다. 조합은 모두 광검출기 쌍 Q 개를 갖는다. 이러한 회절면들(100, 101, 102, 103, 등)은 광축(7) 상에서 교차하고 10° 내지 90°사이의 교차 각(intersection angle)을 포함한다. 다시 말하면, 동시에 인식될 수 있는 광학적 표지(11)들은 적어도 방위각 φ에 관련하여 차이점을 가진다. 신호들은 동시에 검출되고 평가된다. 그들은 동시에 숫자(C₁, C₂, C₃, C₄등)에 기초한 기계적으로 독출 가능한 정보의 양에 대한 실효적인 기초를 제공한다. 데이터 처리 유니트(21)는, 광검출기 쌍 Q 개 각각에서 동시에 실행된 광학적 표지(11) 인식의 결과를 q번째 광검출기 쌍에 관련된 숫자 C_q와 함께 평가하여 [수학식 1]의 고유 숫자(characteristic number)를 얻어낸다.

고유 숫자(Z) 중 특정한 사용예를 위하여 허용되는 값(KS)은, 허용 범위들(S, P 및 N)의 값들 및 하한 및 상한 값(U, L)과 함께 데이터 처리 유니트(data, processing unit, 21)의 메모리(22)에 기준 값으로 저장된다. 만약 고유 숫자(Z)가 허용 값들(KS)의 많은 숫자들에 속한다면, 고유 숫자(Z)는 데이터 처리 유니트(21)에 의하여 또는 보안 엘리먼트(4, 도 1 참조)의 부호화작용에 의하여 파악될 수 있는 정보의 허용 가능한 아이템이다. 따라서, Q=4라면, 256개의 조합 또는 5 개의 보안 엘리먼트를 구별하는 것이 가능하다. 데이터 처리 유니트(21)는, 예를 들어 보안 엘리먼트(4)의 부호화된 정보를 인식했다는 또는 인식하지 못했다는 인식 결과를, 예를 들면 가시적 디스플레이, 분류기 또는 합산기 등으로 전기적 경로(23)를 통하여 적합한 형태로 전송한다.

비대칭적 회절 구조들은 그들의 프로필의 모양에 따른 상대 차(RD)를 제공한다. 예를 들면, 제 1 프로필의 경우에 상대 차(RD)의 값은 제 1 범위 0.3<RD<0.6 내에 있을 수 있고, 제 2 프로필은 제 2 범위 0.7<RD<0.8 내에 있을 수 있는데, 여기서 두 영역의 상한 및 하한값들은 그들이 중첩하지 않는다는 것을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐이다. 이러한 경우에 상대 차(RD)는 각각 N₁또는 N₂및 P₁또는 P₂에 속하는 값을 가질 수 있다. 이러한 비대칭 릴리프 구조는 단지 RD값의 부호 뿐만 아니라 RD의 절대값에 대해서도 서로 다르다. 따라서, C 값의 한계치(extent)는, 절대값에 의해 명확하게 구분될 수 있는 비대칭 릴리프 구조의 개수 M에 의해 결정된다(여기서). 따라서, M=2인 앞서의 예들에서는 6개의 구조를 구별하는 것이 가능했다. 만약 K 개의 구조가 구분가능하고 또한 그 집합은 광검출기 Q 쌍을 갖는다면, 고유 숫자는 [수학식 2]에 의해서 계산된다.

도 3에서, 만약 전술한 스위스 특허 명세서 번호 제 653 162호에서처럼, 광원(1)이 주기적으로 변동하는 파장 λ를 갖는 방사광을 방출한다면, 회절각 α(도 1 참조)의 값은 그에 따라서 변한다. 예를 들면, 만약 방사광이 녹색광() 에서 적색광() 으로 변한다면, 회절각 α의 값은 증가하고, 회절광(16')은 빛(16)처럼 광검출기(6)에 입사하는 대신에, 광검출기(6)보다 광축(7)에서 훨씬 많이 떨어져 있는 제 2 광검출기(6')의 위치에서 접수된다. 다시 말하면, 새로운 간격(R')은 기존의 간격(R, 도 1 참조)보다 커진다. 도 3에서는, 간략화를 위하여 광축(7)에 대하여 대칭인 회절광은 나타나 있지 않다. 공통의 원칙이 광검출기(5; 5') 및 회절각 -α(도 1 참조)을 갖고 편향되는 빛(15)에도 적용된다. 평가 유니트(17, 도 1 참조)는 우선 파장 λ₁을 갖는 빛으로 조사했을 때의 보안 엘리먼트(4)의 고유 숫자(Z₁)를 결정하고, 파장 λ₂를 갖는 빛으로 조사했을 때의 고유 숫자(Z₁)를 결정한다. 보안 엘리먼트(4)가 능동적으로 인식되기 위해서는, 연속적인 측정 과정에서 각각의 고유 숫자(Z)는, 파장 λ₁, λ₂를 갖는 빛으로 조사했을 때의 값(KS)의 배열에 속해야 한다.

문서(3, 도 1 참조)는 열린 상태의 책(24)의 모양으로 도시되어 있다. 예를 들면, 이것은 한 페이지 상에 보안 엘리먼트(4)가 부착되어 있는 통행증 철(24)일 수 있다. 문서를 철함으로 해서, 책(24)의 페이지들은 철한 부분에 가까울수록 많이 휘어지는 곡선 모양이고, 보안 엘리먼트(4)의 두께는 얇으므로 보안 엘리먼트 역시 곡선 모양이 된다. 보안 엘리먼트(4)의 표면의 곡률이 국지적으로 변함에 따라서, 빔(10)의 광선들은 연직선에 어긋난 각을 가지고 표지(11, 도 1 참조) 상에 입사한다. 도 3은, 두 개의 동일한 표지(11)의 경우에, 입사각이 다름으로 인하여, 평행이 아니라 상호 발산하는 회절광의 두 경로를 나타낸다. 따라서, 회절광(15 및 16 및 16')은 각각 더 이상 하나의 지점(13, 도 1 참조)에 모이지 않고 광축(7)에 대하여 상호 다른 간격 r(도 1 참조)을 가지고 초점면(8')에 입사한다. 예를 들어, 은행 수표, 주식 혹은 채권 등의 가치 함유적 문서의 경우와 같이 주름지거나 구겨진 문서의 경우에도 동일한 현상이 발생한다. 또한, 이러한 경우에도, 보안 엘리먼트(4)는 문서의 표면을 따르므로, 국지적으로 회절된 회절광(16, 16')은 상응하는 회절면(100)을 벗어나게 된다. 이렇게 기울어진 표지(11)에서 회절되는 빛(15 또는 16 또는 16')을 신뢰성이 높게 검출하기 위해서, 광검출기(5; 5'; 6; 6')의 바람직한 동작 표면(12, 12', 도 1 참조)은 수직 방향(radial direction) 및 방위각 방향 모두에서 소정의 한계치를 갖는다. 특히, 소정의 방위각 한계치는, 또한, 보안 엘리먼트(4) 또는 기판(3, 24)가 회절면들(100, 101, 102, 103, 등)과 방위각이 고르게 정렬되지 않았을 경우에 어긋난 표지(11)를 독출하는 것을 가능하게 한다. 광검출기들(5, 6, 6')의 동작 표면(12, 12')이 이미 결정되어 있고 크기 및 모양을 변형할 수 없기 때문에, 광검출기들(5, 5', 6, 6') 전면에 바람직하게 정렬된 광학적 수단(26, 26', 프리즘, 렌즈, 필터, 홀로그램, 회절 격자 등과 같은)이 소정의 입체각(solid angle)으로 회절된 빛(15, 16, 16')을 모아서 동작 표면(12, 12') 상으로 유도할 수 있다. 이러한 소정의 입체각들이 광검출기(5, 6, 6')의 초점면(8') 상에 허가 표면(acceptance surface)을 정의한다. 관련된 사용의 목적에 맞추어 크기 및 모양(원형 고리, 원, 섹터, 사각형의 포션 등과 같은)은 조절될 수 있다. 간략화를 위하여, 도 4는 원형(A 내지 D, A' 내지 D', 및 a 내지 d, a' 내지 d')의 모양을 갖는 허가 표면들을 나타낸다.

도 3에서, 예를 들어, 지면에 평행인 표면을 갖는 유리 접시와 같은 평평한 투명의 접시는 수렴 엘리먼트(2)와 표면이 떨어져 있는 독출면(25)을 구성한다. 유리 접시는 테스트되는 문서(3)를 충분히 평평하게 지지해 줄 수 있고, 보안 엘리먼트(4)를 부드럽게 하여 회절광이 허가 표면 내에 잘 집중될 수 있게 한다. 유리 접시는 또한 광학적 구성 요소들을 구비하는 장치의 내부 공간을 먼지, 지문 등과 같은 불순물로부터 보호한다. 만약, 장치가 뒤집어지고, 광원(1)이 유리 접시 상에 놓여서 부드럽게 된 보안 엘리먼트(4)를 하부에서 조사한다면 이것은 특별히 중요하다. 광축(7)이 독출면(25)에 수직일 필요는 없다는 것이 여기서 다시 한번 강조된다.

도 4는, 광축(7) 상에서 서로 교차하는 네 개의 회절면들(100, 101, 102, 및 103)을 갖는 장치의 한 실시예의 초점면(8')를 나타낸다. 도 4에서, 광축(7)은 도면의 면에 수직이며, 무형의 회절면들(100, 101, 102, 및 103)은 초점면(8')과 그들의 교선으로 예시되고, 광검출기 쌍들의 허가 표면들(A, A', B, B', C, C', D, D')은 원형의 표면으로 나타난다. 이러한 원형 표면들은, 만약 보안 엘리먼트(4)가 빔(10) 내를 지나고 간격들(R₁및 R₂)이 빔(10)의 공간 주파수 또는 회절각 및 파장 λ에 의해 결정되는 값을 갖는다면, 각각 광학적 회절 효과를 발생하고 상응하는 방위각 ψ 및 ψ+180°의 방향에 정렬된 보안 엘리먼트(4, 도 1 참조)의 표지(11, 도 1 참조)에 의하여 회절된 회절광(15, 도 1 참조) 및 회절광(16, 도 2 참조)에 발견될 수 있는 영역을 나타낸다.

표 1은, 한 예로써, 적색광()으로 독출했을 경우에 도 4에 도시된 구성 요소들의 파라미터들의 집합을 나타낸다. 광검출기들은 그들의 허가 표면들(A, A', B, B', C, C', D, D')에 대해서 동일하다. 광검출기 쌍(A-A', B-B')이 동일한 간격 R₁=9.9mm을 갖는 회절면(100 및 101) 사이의 교차각(β)은 β=90°이나, 광검출기 쌍(A, A') 및 광검출기 쌍(B, B') 각각의 간격이 R₁=9.9mm인 회절면들(100 및 102) 및 광검출기 쌍(C, C') 및 광검출기 쌍(D, D') 각각의 간격이 R₂=16.6mm인 회절면들(103 및 101) 각각의 교차각(γ)은 γ=30°이다. 그러므로, 회절면(102 및 103)에 관련된 중간 각(intermediate angle)은 α-2γ=30°의 값을 갖는다. 공칭(nominal) 초점 길이 25mm를 갖는 스핀들러 엔드 호이어(Spindler Hoyer) 사의 무색성(achromatic) 렌즈 번호 322284가 수렴 엘리먼트(2, 도 3 참조)로서 사용되었다. 무색성 렌즈의 상대적으로 작은 구경 때문에 독출면(25, 도 3 참조) 및 수렴 엘리먼트(2, 도 3 참조) 사이의 간격은 약 3mm이다.

회절면(기준 번호)	광검출기	간격R(mm)	공간 주파수(라인/mm)	방위각 φ[°]
100	AA'	R₁=9.9R₁=9.9	638638	135315
101	BB'	R₁=9.9R₁=9.9	638638	45225
102	CC'	R₂=16.6R₂=16.6	986986	105285
103	DD'	R₂=16.6R₂=16.6	986986	75255

도 5에 도시된 하나의 실시예에서, 파장 λ₁의 빛을 방출하는 빔 소스(27) 외에, 광원(1)은 더 큰 파장 λ₂로 평행 빔(29)을 방출하는 레이저 다이오드(28)를 더 구비한다. 예를 들면, 이중 프리즘, 반투명성 거울 등과 같은 빔 커플러(beam coupler, 30)는 광 빔(29)을 빔 소스(27)의 방사광(31)에 평행하게 편향시킨다. 광 빔(29) 및 방사광(31)은 렌즈(32)에 의해 모아지고, 출구 퓨필(33)과 같은 초점은 초점면(8') 내에 위치하여 원추형 빔(9)의 꼭지점을 형성한다. 예를 들면, 광학적 표지(11, 도 1 참조)는 연속적인 측정 과정에서, 단색광의 경우에는 파장 λ₁및 λ₂의 두 파장을 번갈아 가지거나 다색광의 경우에는 λ₁및 λ₂의 두 파장 모두를 동시에 가지는 광원(1)에 의하여 조사된다. 만약, 표지(11)를 조사하는 빛의 파장 λ가 λ₁의 값에서 더 큰 파장 λ₂로 바뀐다면, 회절광(16', 도 3 참조)이 광검출기 쌍(a-a', b-b', c-c', 및 d-d')의 점선으로 구분된 허가 표면에 입사하는 것과 같이, 광검출기 쌍(A-A', B-B', C-C', 및 D-D')의 허가 표면들로부터 도 4에 나타난 것처럼 ΔR만큼 어긋난다. 고유 숫자들(Z₁및 Z₂)은 광검출기의 각 여덟 개의 쌍(Q=8)의 출력 신호들(X 및 Y)에서 확정되는데, 고유 숫자(Z₁)는 파장 λ₁으로 조사했을 경우에 계산되고, 고유 숫자(Z₂)는 파장 λ₂로 조사했을 경우에 계산된다. 다색광으로 보안 엘리먼트(4, 도 3 참조)를 조사하는 경우에, 동일한 회절면(100, 101, 102, 및 103) 각각에 대하여, 회절광은 예를 들면 A-A', a-a' 등과 같은 광검출기의 모든 쌍의 허가 표면에서 발견될 수 있다. 이러한 경우에, 단지 Q=8인 하나의 고유 숫자(Z)만이 확정된다. 몇 가지 환경에서는, 광학적 수단(26, 26', 도 3 참조)들은 각각 λ₁및 λ₂각각의 대역 통과 필터와 함께 제공되는 것이 바람직하다. 파장들(λ₁및 λ₂)의 값의 범위는 전자기파의 가시광선 및 적외선 스펙트럼 영역이다. 예를 들어, 레이저 다이오드(28)는 레이저 다이오드(28)의 타입에 따라 λ=430nm(청색) 내지 λ≥1070nm인 적외선 범위 내의 파장 λ인 단색광을 방출한다. 예를 들면, 적외선은 검정색으로 채색된 얇은 금속 조각의 덮개 층을 통과할 수 있으므로 육안으로는 보이지 않는 광학적 표지(11)의 양각된(embossed) 릴리프 구조는 광학적으로 스캔되고 정보가 독출될 수 있다.

스위스 특허 출원 번호 제 2172/96(WO 98/10324)호는 입사광의 극성 편광면에 의존하며, 특히 회절 격자 내의 선 사이 간격 d가 광원(1, 도 5 참조)에 의하여 방출되는 파장 λ의 세 배보다 작을 경우 강조되는 비대칭성을 갖는 회절 격자를 설명하고 있다. 이러한 회절 격자들은 위조 방지에 대한 요구가 특히 높은 조건을 만족하는 광학적 표지(11)를 위하여 유용하게 사용될 수 있다. 광학적 표지(11)는 빛의 편광에 회절광 강도의 의존도가 높은 부가적인 보안 특성을 가진다. 만약, 도 3에서 광검출기들(5, 5', 6, 6')의 동작 표면(12, 12')의 전면에 배치된 광학적 수단(26, 26')이 적당히 방향이 맞춰진 편광 필터들을 구비한다면, 부가적인 보안 특성을 가진 광학적 표지(11)는 동일한 광검출기들(A-A', B-B', C-C' 및 D-D') 쌍에 의하여 체크될 수 있다.

적어도 한 쌍의 광검출기들(A-A', B-B', C-C' 및 D-D') 의 전면에 배치된, 방향이 적당히 맞춰진 편광 필터들을 구비한 장치는, 그들의 편광 특성에 기초하여 볼륨 홀로그램(volume holograms)에 의하여 위조된 보안 특성의 복사본을 인식할 수 있다는 장점을 가진다. 볼륨 홀로그램은, H.J. 콜필드의 1979년 대학 출판사에서 출판한 ISBN 0-12-165350-1 "광학적 홀로그래피 핸드북"이라는 책 202ff 페이지(H.J. Caulfield: "Handbook of Optical Holography", pages 202ff, Academic press, Inc, 1979, ISBN 0-12-165350-1)에 나타나 있다. 편광 필터들의 방향 및 편광 필터들을 구비한 광검출기 쌍을 선택하는 것은 광학적 표지(11)에서 사용된 편광 회절 격자 파라미터에 의하여 좌우된다.

예를 들어, 광검출기(5, 5') 전면에 위치하는 편광 필터는 광검출기(6, 6') 전면에 배치된 편광 필터들에 대하여 90°만큼 회전된 채로 배열될 수 있다.

광원(1)의 다른 실시예는, 도 5에 나타난 다이아그램을 가지며 광학적 표지(11)를 선형적으로 편광된 빛으로 조사하도록 설계된다. 편광된 소스(34 또는 35)는 각각 레이저 다이오드(24) 및 빔 커플러(30)를 포함한다. 빔 소스(27)는, 빔(29) 내의 빛은 빔 분배기(beam splitter, 30)에서 편향된 후 방사광(31)에 평행으로 방향이 조절되고 방사광(31)에 대한 관계에서 직각인 방향으로 선형으로 편광 되는 동안, 도 5의 도면의 면 내에서 선형으로 편광된 방사광(31)을 방출하도록 설계된다. 빔(10, 도 1 참조)의 편광 면(polarization plane)의 방향은 빛의 시발점(origin)에 기초한다. 제 1 측정 과정에서, 빔(10) 내의 편광면은 빔 소스(27)가 켜질 때의 방사광(31) 내의 편광면과 같다. 계속되는 측정 과정에서, 빔(29)은 단독으로 광학적 표지(11)를 조사하여, 빔(10) 내의 빛의 편광면이 제 1 측정 과정에서의 편광면에 비하여 90°만큼 회전되도록 한다. 상응하는 편광 방향 각각의 고유 숫자(Z)는 두 번의 연속 측정 과정에서 결정된다. 보안 엘리먼트(4)를 능동적으로 인식하기 위해서는, 고유 숫자(Z)가 상응하는 편광 방향에 맞도록 결정된 값(KS)의 배열에 속할 것을 요구한다. 동일한 파장 λ가 두 가지 경우 모두에 사용되었으므로, 편광의 영향을 인식하기 위해서 광검출기 쌍을 더 사용할 필요가 없다.

빔 소스(27) 대신에 광원(1)은, 90°만큼의 변위를 갖는 제 2 선형 편광 소스(linearly polarized source, 35)를 포함할 수 있다. 두 개의 빔 커플러(30)들은 소스(34, 35)의 빔(29)들을 렌즈(32)의 광학 축에 수평으로 정렬한다.

소스들(27, 28)을 켜고 끄는 것 대신에, 기계적인 또는 전자기학적인 광셔터(photoshutter)가 빔 커플러(30)에서부터 발생되는 빔 경로 각각의 원치 않은 빛을 차단할 수 있다. 광원(1, 도 1 참조)의 더욱 복잡하고 고가인 구조가 파장 λ에 관해서 뿐만 아니라 편광 및 방향의 측면에서도 빛의 품질을 바꿀 수 있다. 광검출기 쌍 및 광원(1)의 구조와 함께 제시된 회절면들(100, 101, 102, 103 등)의 개수는 구별될 보안 특성(4, 도 1 참조)의 정도에 의존한다.

광학적 표지(11)를 인식하기 위한 모든 장치들과 같이, 현재까지 설명된 장치들도 역시 외광(extraneous light)에 의해 영향받는다. 도 6은 차폐 수단(impeding screening means)을 사용하지 않는, 외광을 억제하는데 바람직한 장치를 도시한다. 광원(1)에는 디지털 또는 아날로그 변조 신호를 이용하여 주파수가 f인 빔(10) 내의 빛의 강도를 변조하는 변조기(modulator, 36)가 제공된다. 광학적 표지(11)에서 회절된 빛(15, 16, 16', 도 3 참조)은, 주파수 f로 변조되고, 각각 자연 또는 인공적인 유광(流光, stray light)과 함께 광-전자적 변환기(opto-electronic transducer, 37)의 동적 표면(12, 12', 도 3 참조) 상에서 광검출기(5, 5', 6' 또는 6')에 의하여 접수되고, 전기적 신호로 변환된다. 각각의 광검출기(5, 5', 6, 6', 등)는 변환기(37)의 출력에 연결된 고역 통과 필터(38), 변조기(36)에 연결되어 변조 신호를 인가받기 위한 복조기(39), 및 저역 통과 필터(40)를 더 구비한다. 우선, 변환기(37)의 전기적 신호는, 걸러지는 유광으로부터 기인하는 하한 주파수 f_u를 가지고 고역 통과 필터(38)를 통과한다. 고역 통과 필터(38)를 통과하고 남는 신호는, 변조 신호를 제거하는 복조기(39) 내로 들어간다. 복조기(39)의 출력단에 있는 저역 통과 필터(40)는 상한 주파수 f_o를 가지고 있고, 회절광(15, 16, 16')에 의해 생성되며 광검출기(5, 5', 6, 6') 각각의 출력 신호(S1 및 S2) 각각과 같은 출력으로 동작하는 유용한 신호를 평활 한다. 예로 든 일 실시예의 경우, 주파수 f=18.4kHz의 경우에 상한 주파수 f_o가 10.kHz로 선택된 반면에, 하한 주파수 f_u는 2.7kHz가 되도록 선택되었다.

광원(1)이 변조가 되던 되지 않던가에 관계없이, 광원(1)의 방사광은 예를 들어 순환적으로 켜지고 꺼질 수 있다. 평가 유니트(17)는 상응하는 신호를 변조기(36)의 공급선(20)을 통해 광원(1)의 허가표면속을 제어하기 위하여 변환하는데, 측정 사이클은 적어도 측정 상태(measurement phase) 및 휴지 상태(rest phase)를 포함한다. 측정 상태의 스위치-온 주기는 플래시의 경우에서와 같이 매우 짧아서, 은행 수표나 신용 문서들과 같이 신속하게 독출면(25, 도 3 참조) 내에 운반되는 문서들(3) 상의 보안 특징(4)은 거의 안정적으로 독출되고 인식될 수 있다. 예를 들면, 문서(3)의 경우 측정 사이클의 스위치-온 주기는 빛을 차단하는 기구(assembly)를 이용하여 조절될 수 있다.

빔(10)은 문서(3, 24, 도 3 참조)의 거친 표면에 확산 산란 빛(diffuse scatter light)을 생성한다. 유광의 이러한 성분은 유용한 신호의 강도의 수 퍼센트의 강도 등급 레벨을 가지며 전술한 기구들로는 제거될 수 없다. 따라서, 도 2에 나타난 처리를 수행하기 이전에, 평가 유니트(17)가 광검출기(5, 6, 및 6') 각각에 의해 제공된 출력 신호(S1 및 S2)를 검사하여 이것이 한계 값(G)을 초과하는지를 확인하는 것이 바람직하다. 한계 값(G)은 빔(11)에 의해 조사된 문서 표면으로부터 발생되는 유광에 의해 생성되는 신호의 레벨에 상응한다. 유광 만에 의해서 발생된 출력신호들(S1, S2)은 한계 값(G) 이하의 값을 가지며 평가 유니트(17)의 입력단의 석별기(discriminator)에 의해 억제되어 이후의 처리 과정에 영향을 주지 않는다.

도 7에서는, 반투명 거울(42)이 원추형 빔(9) 내에, 수렴 엘리먼트(2, 양측으로 화살표 표시가 되어 있음)의 광축(7, 도 1 참조)이 예를 들어 90°만큼 어긋나서 제 2 광축(43)을 생성하도록 배치된다. 회절 등급 0 및 ±1로 회절된 빛(44, 15, 16, 도 1 참조)이 이제는 초점면(8') 상에 집중되지 않고, 제 2 광축(43)을 연직선으로 하는 초점면(34) 상에 보안 엘리먼트(4)의 제 1 이미지로서의 광 패턴의 이미지를 생성한다. 만약 광검출기 면(46)이 광축(7)으로부터 더 떨어진다면, 이미징 시스템(imaging system, 47)은 제 2 광축(43) 상의 초점면(45) 및 광검출기 면(46) 사이에 중첩된다. 이미징 시스템(47)의 두 개의 초점들은 두 면(45 및 46) 내에 위치한다. 광원(1)은, 충분한 양의 직각 방사광이 작용하도록 문서(3) 및 보안 엘리먼트(4)를 빔(10)으로 조사한다. 회절 등급 0으로 회절된 빛 및 문서(3)에 의해 반사된 빛(44)이 제 2 광축(43) 상에 결합된 지점으로 초점면(45)을 통과하여 지나가고, 그의 이미지는 다시 광검출기 면(46) 상의 제 2 광축(43)의 통과 지점(passage, 48)에 이미징 시스템(47)에 의해 형성된다. 제 1 회절 등급으로 회절된 빛(15, 16)은 통과 지점(48)에 대하여 r, ψ, 및 r, ψ+180°의 극좌표를 가지고 광검출기 면(46) 상을 통과한다. 만약 문서(3)가 빔(1)에 평행인 회전축과 θ의 각을 이룬다면, 광검출기 면(46) 상의 광 패턴 역시 통과 지점(48) 주위를 회전한다. 다시 말해서, 모든 극좌표는 r, ψ+θ, 및 r, ψ+180°+θ가 된다.

불연속적인 광검출기들(5, 5', 6, 6') 대신에, 광검출기 면(46) 내에 광검출기 열 또는, 예를 들면 캠코더에 사용되는 것으로 알려진 커플링된 전하 기구(Charge Coupled Device)가 유용하게 사용될 수 있다. 광검출기 열은 커플링된 전하 기구의 경우보다 평가 유니트(17)에 의해 빠른 속도로 독출될 수 있다. 본 발명의 개념은 검출기의 타입의 특성에 의지하는 것이 아니다; 두가지 경우 모두 이제부터는 CCD 49라고 참조된다. 하나의 CCD 49 대신에, 도 5에서는 2개 이상의 CCD 49가 출구 퓨필(33) 또는 광축(7, 도 1 참조)의 주위에 배치된다.

이제, 도 4를 참조하여 독출 기구로 CCD 49를 사용하는 장점을 설명한다. CCD 49는 1cm²보다 적은 면적 상에 감광 변환기(light-sensitive transducer, 37, 도 6 참조)를 가진 500000이상의 검출기 셀(50)을 가지는 광검출기 그룹(square)으로 이루어진다. 표 1에 나타난 예에서, 638 라인/mm의 공간 주파수는 간격 R₁에 연관되고, 986 라인/mm의 공간 주파수는 간격 R₂를 결정한다. 광학적 표지(11)로부터 방출되는 빛이 보안 엘리먼트(4)가 주름지거나 구겨지더라도 안정적으로 인식되려면, 보안 엘리먼트(4, 도 1 참조)의 다른 회절 엘리먼트들에 사용되는 공간 주파수들에 관련하여, 예를 들어 ±50 라인/mm의 안정 간격이 보장되어야 한다. 표지(11, 도 3 참조)에 관련되어 사용된 공간 주파수는, R₁및 R₂의 평균 직경을 갖는 두 개의 원형 고리들(K1, K2, 원형 고리의 어두운 두 포션으로 예시된) 내의 검출기 셀들(50)에 의하여 접수되는 빛이 표지(11)로부터 명확하게 나올 수 있도록, 보안 엘리먼트(4)의 다른 회절 엘리먼트들에는 사용되어서는 안 된다.

예를 들어, 도 4에서 형성된 광 패턴은, 원형 고리들(K1, K2) 및 통과 지점(48)의 일점(spot, 51) 내에서 각각 조사된 원형 표면(A에서 D, 또는 A'에서 D')으로부터 형성된다. 만약 보안 엘리먼트(4)의 방위각이 변한다면, 원형(A에서 D 또는 A'에서 D')은, 미리 결정된 방식에 따라, 두 원형 고리들(K1, K2) 상에서 고정된 패턴을 갖는 모양으로 통과 지점(48) 주위를 이동한다. 보안 엘리먼트(4)가 기울어지면, 일점(51)은 움직이고 광 패턴은 왜곡된다. 수학적 재변환을 통하여, 광 패턴의 왜곡 현상은 제거되고 허용된 기준 패턴에 비견하거나 상호 연관(correlated)될 수 있다. 우선, CCD 49에 연결된 평가 유니트(17)가 원형(A에서 D, 또는 A'에서 D') 모양으로 조사되는 검출기 셀들(50)의 특정한 극좌표 r, ψ, 및 r, ψ+180°를 결정하고, 메모리(22, 도 2 참조) 내의 광 패턴의 이미지를 생성하며, 생성된 이미지를 메모리(22) 내에 저장된 기준 패턴과 비교한다. 광 패턴들은 적어도 세 쌍의, 두 개의 원형 고리(K1, K2) 내에서 광축(7, 43)의 양측 모두에 기대되는 회절광의 강도의 농도 포인트 쌍을 포함한다. 두 개의 원형 고리들(K1, K2) 상에 있지 않는, 검출기들(50)에서 발생되는 모든 신호들은 표지(11)에서부터 나온 것이 아니고 억제된다. CCD 49의 고해상도 때문에, 조사된 원(A 내지 D 또는 A' 내지 D') 각각 중 어느 한 원의 출력 신호(X 및 Y) 각각은 인접한 많은 검출기 셀들(50)에 의하여 형성되고, 각 신호의 좌표는 조사 강도의 농도 포인트로부터 계산된다. 좌표(r, ψ)를 갖는 원의 출력 신호(X) 및 좌표 (r, ψ+180°)를 갖는 원의 출력 신호(Y)는, 소정의 회절 격자 파라미터를 갖는 광학적 표지(11)의 회절광에 의해 형성된 신호(X, Y)의 쌍을 생성한다. 서로 다른 회절 격자 파라미터를 갖는 광학적 표지(11)의 숫자에 따라서, 도 2에 도시된 과정에 의해서 분석되는 그만큼의 수의 출력(X,Y)의 쌍이 있다. 신호(X, Y)의 쌍 각각은 광검출기 쌍(5, 6 및 5', 6') 각각의 두 개의 출력 신호들(S1, S2)에 해당하며 예를 들면, A-A'로 그에 상응하여 명명될 수 있다. 모든 출력 신호들(S1 및 S2)의 그룹을 얻기 위해 요구되는 다른 기준 값들이 메모리(22)에 저장되는데, 예를 들면, 직경들(R1 및 R2), 원형 고리들(K1, K2)의 너비, 인식될 기준 패턴, 등과 같은 것들이다. 표지(11)를 성공적으로 독출하기 위하여, 그들은 빔(10) 내에 있기만 하면 된다; 방위각의 방향, 독출면(25, 도 3 참조)으로부터의 간격 및 문서(3, 도 7 참조)의 측면 변위(lateral displacement)는 문서(3)가 기울어지는 것이 보상될 수만 있으면 아무런 영향도 주지 않는다.

도 8은 각 δ(바람직하게는 0°≤δ≤45°) 만큼 독출면(25, 도 3 참조) 상에서 연직선(54)에 대하여 기울어진 조사 축(illumination axis, 52)을 가지는 독출 기구를 나타낸다. 이러한 구조의 장점은 간단한 구성에 있다. 광원(1)으로부터 방출되는 빛은 확산되어 원추형 빔(9)을 형성하고 광학적 입력 엘리먼트(optical entry element, 53)를 통해 평행 빔(10)으로 변환된다. 광학적 입력 엘리먼트(53)의 예로는 렌즈, 오목 거울, 홀로그램, 회절 격자 등이 있다. 반사 및 회절된 빛(44 및 15, 16)은 수렴 엘리먼트(2)에 의하여 빛이 광검출기(5, 5', 6, 6') 상에 또는 CCD 49(도 7 참조) 상에 입사하는 초점면(45)으로 전송된다. 수렴 엘리먼트(2)의 광축(7)은 연직선(54)에 대해 Φ의 각을 갖는데, 예를 들어 δ=Φ이고 조사 축(52)은 광축(7) 및 연직선(54)과 동일한 면에 위치할 수 있다. 조사 축(52) 및 광축(7)들 자체도 그들이 독출면(25, 도 3 참조)과 만나기만 한다면, 보안 엘리먼트(2) 상의 어느 공간 내의 어느 방향이든지 가질 수 있다. 마찬가지로, 각 δ, Φ는 동일할필요가 없다(δ≠Φ). 각 δ, Φ를 어떻게 선택하느냐는 자유이지만 인식될 광학적 표지(11, 도 6 참조)의 회절 격자 파라미터 및 광원(1)의 파장 λ와는 매칭되어야 한다. 전술하였던, 회절면(도 1 참조) 등의 간단한 회절 조건은 도 8에 도시된 구조에서는 더 이상 적용되지 않는다. 소정의 회절 격자에서 빔(1)의 빛이 회절되는 방향은 더 이상 회절면 내에 있지 않고 원추형 표면 상에 있다. 다시 말하면, 초점면(45) 상의 광 패턴은 빛의 연직선에 대하여 왜곡된다. R-페티트, 쉬프링거에 의해 작성되고 베를린에서 1980년에 출판된 "격자의 전자기학적 이론"이라는 책 내의 "원추형 회절"부분("Conical Diffraction" in "Electromagnetic Theory of Gratings" edited by R. Petit, Springer-Verlag, Berlin, 1980)에 연관된 정보에 따라서 패턴들의 각 δ는 계산될 수 있고, 메모리(22, 도 2 참조)에 기준 패턴으로서 저장된다. CCD 49의 검출기 셀들(50)로부터 발생되는 신호를 평가하는 것은, 또다시 광 패턴의 이미지를 기준 패턴과 비교하고, 검출기들(50, 도 4 참조)로부터 발생되는 신호들을 다양한 광학적 표지(11)로부터 발생되는 신호들(X, Y)의 쌍들과 쌍쌍이 비교하고, 전술한 바와 같이 신호들(X, Y)의 모든 쌍을 처리함으로써 영향받게 된다.

전술한 예에는 오직 0, ±1의 회절 등급만 언급되었다. 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않으면서 예를 들어 ±2 번째 회절 등급 또는 -1 번째 및 -2 번째 회절 등급과 같은 회절 등급을 포함하여 분석하는 것이 가능하다.

Claims

적어도 하나의 소정 파장 λ를 갖는 빛을 독출 면(25) 상에 조사하는 광원(1);

광축(7)에 대하여 대칭으로 배열되고 회절 면(100; 101; 102; 103)을 구성하며 표지(11)에서 회절되거나 또는 기판(3; 24)에서 반사된 방사광(15; 16; 16')을 각각 광검출기 쌍(5; 5'; 6; 6')의 전기적 신호들(S1, S2)로 변환하도록 조절된 각각 두 개의 광검출기들(5; 5'; 6; 6')을 구비하는 적어도 세 쌍의 광검출기 쌍(A-A'; a-a'; B-B'; b-b'; C-C'; c-c'; D-D'; d-d;); 및

상기 신호들(S1, S2)을 평가하기 위한 평가 유니트(17)를 구비하는, 독출 면(25) 내에 정렬된 기판(3; 24) 상의 보안 엘리먼트(4)의 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치에 있어서,

상기 광원(1) 및 상기 독출 면(25) 사이에 정렬되며, 출구 퓨필(33)로부터 발생하는 원추 빔(9)으로부터 상기 독출 면(25)을 조사하는 평행 빔(10)을 생산하도록 동작하는, 독출 면(25)으로부터 떨어진, 큰 구경을 갖는 수렴 엘리먼트(2 및 53)의 초점 면(8;) 내에 상기 광원(1)의 상기 출구 퓨필(33)이 위치하며;

상기 표지(11)에서 회절되고 상기 기판(3; 24)에서 반사된 상기 평행 방사광(15; 16; 16')을 각각 동작 표면이 상기 수렴 엘리먼트(2)의 초점면(8' 및 45 및 46) 내에 정렬되어 있는 광검출기들(5; 6 및 5';6')의 동작 표면(12; 12') 상에 집중시키도록 조절된 상기 수렴 엘리먼트(2)는 상기 표지(11) 및 상기 광검출기들(5; 5'; 6; 6') 사이에 위치하며;

상기 광검출기들(5; 5'; 6; 6')은 상기 동작 표면(12 및 12')에 입사하는 회절광(15 및 16)의 강도에 비례하여 각각 전기적 신호(S1 및 S2)를 생산하도록 적응되고; 및

상기 평가 유니트(17)는 상기 전기적 신호들(S1, S2) 각각으로부터 출력 신호들(X, Y)을 형성하고, 광검출기들(A-A'; a-a', B-B'; b-b'; C-C'; c-c'; D-D'; d-d;)의 쌍들 각각으로부터의 상기 출력 신호들(X, Y)로부터 적어도 상대 차 RD=(X-Y):(X+Y)를 계산할 수 있고, 상기 계산된 상대 차(RD)를 이용하여 보안 엘리먼트(4)를 인식할 수 있도록 조절되는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,

상기 수렴 엘리먼트(2)의 상기 광축(7 및 43)으로부터 대칭적으로 제 1 간격 R₁만큼 떨어진 적어도 두 쌍의 광검출기(A-A', B-B')가 제공되며, 상기 회절 면(100; 101)은 교차 각 β를 가지고 상기 광축(7 및 43)과 교차하며,

상기 광축(7 및 43)으로부터 대칭적으로 제 2 간격 R₂만큼 떨어진 두 쌍의 광검출기(A-A', B-B')가 더 제공되며, 그들의 광학 면들(102; 103)은 β-2γ의 각을 가지고 상기 광축(7 및 43)과 교차하며,

네 개의 회절 면들(100; 101; 102; 103)은 상기 각들 β 및 β-2γ를 2등분 하며 상기 광축(7 및 43)을 포함하는 공통면을 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,

광학 엘리먼트들(26; 26')은 회절된 빛(15; 16; 16'; 44)을 동적 표면(12; 12') 상에 집중시키고 및/또는 수용을 위한 빛의 품질(색깔, 편광성)을 선택하기 위해 상기 광학적 수렴 요소(2) 및 각 광검출기(5; 5'; 6; 6') 각각의 동적 표면(12; 12') 사이에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,

상기 평가 유니트(17)는 광속을 제어함으로써 상기 광원(1)으로부터 방출된 빛의 강도 및 품질을 제어하고 모니터할 수 있도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 4항에 있어서,

상기 광원(1)은 두 개의 평균 파장들 λ₁및 λ₂를 가지고 다색광을 방출할 수 있도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 4항에 있어서,

상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 방출되는 빛의 파장 람다가 소정의 값 들 λ₁, λ₂사이에서 전환되도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 4항에 있어서,

빔(10) 내의 빛은 선형적으로 편광되고, 상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 방출된 빛의 편광 방향에 상호 직각인 두 방향 사이에서 순환적으로 전환되도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 4항에 있어서, 상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 주파수 f를 가지고 방출되는 빛의 자속의 강도를 제어하기 위한 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,

상기 평가 유니트(17)는,

a) 모든 참조 값을 저장하기 위한 메모리(22)와 함께 데이터 처리 유니트(21),

b) 출력 신호들 X 및 Y의 모든 쌍으로부터 합산 신호 X+Y를 형성하기 위한 장치,

c) 모든 합산 신호들(X+Y)을 제 1 소정 범위(S) 내에 있는 메모리(22)에 저장된 값들의 배열 및 하한값들의 배열과 비교하고, 모든 상대 차들(RD)을 상한값(L)의 메모리(22)에 저장된 값들 및 소정의 허가된 범위(N 및 P)와 비교하는 테스트 장치,

d) 상기 보안 엘리먼트(4)를 대표하는 모든 테스트 장치들의 결과(Z)를 형성하기 위한 유니트, 및

e) 대표 값(Z)을 상기 메모리(22)로 부터의 참조 값들(KS)과 비교하여 상기 보안 엘리먼트(4)를 인식하기 위한 유니트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
적어도 하나의 소정 파장 λ를 갖는 빛을 독출 면(25) 상에 조사하는 광원(1);

표지(11)에서 회절되거나 또는 기판(3; 24)에서 반사된 방사광(15; 16; 16')을 각각 반사된 방사광(15; 16; 16')의 강도에 비례하여 전기적 신호들(S1, S2)로 변환하도록 조절된 광검출기들(5; 5'; 6; 6'; 50); 및

상기 신호들(S1, S2)을 평가하기 위한 평가 유니트(17)를 구비하는, 독출 면(25) 내에 정렬된 기판(3; 24) 상의 보안 엘리먼트(4)의 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치에 있어서,

상기 광원(1) 및 상기 독출 면(25) 내에 정렬되며, 출구 퓨필(33)로부터 발생하는 원추 빔(9)으로부터 상기 독출 면(25)을 조사하는 평행 빔(10)을 생산하도록 동작하는, 독출 면(25)으로부터 떨어진, 큰 구경을 갖는 수렴 엘리먼트(2 및 53)의 초점 면(8;) 내에 상기 광원(1)의 상기 출구 퓨필(33)이 위치하며;

상기 표지(11)에서 회절되고 상기 기판(3; 24)에서 반사된 상기 평행 방사광(15; 16; 16')을 각각 동작 표면이 상기 수렴 엘리먼트(2)의 초점면(8' 및 45 및 46) 내에 정렬되어 있는 광검출기들(5; 6 및 5'; 6'; 50)의 동작 표면(12; 12') 상에 집중시키도록 조절된 상기 수렴 엘리먼트(2)는 상기 표지(11) 및 상기 광검출기들(5; 5'; 6; 6'; 50) 사이에 위치하며;

상기 평가 유니트(17)는 상기 광검출기들(5; 5'; 6; 6'; 50)의 전기적 신호들(S1, S2)을 독출하고, 상기 초점면(8' 및 45 및 46) 내의 광학적 표지(11)들을 조사할 때 발생하는 빛의 패턴을 인식하도록 조절되고, 평가 작업은:

a) 상기 수렴 엘리먼트(2)의 광축(7 및 43)에 대하여 대칭은 강도의 농도 포인트의 적어도 세 개의 쌍으로 메모리(22)에 저장된 기준 패턴들과 상기 광검출기들(5; 5'; 6; 6'; 50)에 의하여 등록된 빛의 패턴을 비교하는 단계

b) 상응하는 광검출기들(5; 5'; 6; 6'; 50)의 출력 신호들 쌍(X 및 Y)을 기준 패턴의 강도의 농도 포인트의 쌍들과 결합하는 단계, 여기에서 출력 신호들(X 및 Y)은 회절된 방사광(15; 16; 16')의 상응하는 광 패턴내의 강도의 농도 포인트에서의 신호들(S1, S2)과 상응하며 출력 신호들(X 및 Y)의 각 쌍들은 소정의 등급 파라미터를 가지고 광학적 표지(11)의 하나에 의하여 생성된다.

d) 신호들(A-A'; a-a'; B-B'; b-b'; C-C'; c-c'; D-D'; d-d)의 쌍들 각각의 출력들(X, Y)로부터 상대 차 RD=(X-Y):(X+Y)를 계산하는 단계로 구성되고,

상기 평가 유니트(17)는 상기 보안 엘리먼트(4)를 계산된 상대 차(RD)를 이용하여 인식하도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 10항에 있어서,

상기 광원(1)의 출구 퓨필(33)은 조사 축(52) 상의 광학적 입력 엘리먼트(53)의 초점에 정렬되고,

상기 조사 축(52) 및 평행 광선 빔(10)은 독출 면(25)의 수직선(54)에 대하여 각 -세타만큼 기울어져 있으며,

상기 수렴 엘리먼트(2)의 상기 광축(7 및 43)은 상기 수직선(54)과 +파이의 각을 이루며,

회절 축(52), 수직선(54) 및 상기 광축(7 및 43)은 모두 한 면에 위치하며,

상기 광검출기 면(8'; 45; 46) 상에, 회절되고 반사된 방사광(15, 16, 16, 44)을 집중시키는 것은 상기 수렴 엘리먼트(2)에 의하여 영향받는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 10항에 있어서,

상기 광검출기(5; 5'; 6; 6'; 50)는, 상기 평가 유니트(17)에 연결되며 상기 광축(7 및 43)에 대하여 대칭으로 배열된 적어도 하나의 CCD-유니트(49)의 검출기들인 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 10항에 있어서,

상기 평가 유니트(17)는 광속을 제어함으로써 상기 광원(1)으로부터 방출된 빛의 강도 및 품질을 제어하고 모니터할 수 있도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 13항에 있어서,

상기 광원(1)은 두 개의 평균 파장들 λ₁및 λ₂를 가지고 다색광을 방출할 수 있도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 13항에 있어서,

상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 방출되는 빛의 파장 λ가 소정의 값 들 λ₁, λ₂사이에서 전환되도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 13항에 있어서,

빔(10) 내의 빛은 선형적으로 편광되고, 상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 방출된 빛의 편광 방향에 상호 직각인 두 방향 사이에서 순환적으로 전환되도록 조절된 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 13항에 있어서, 상기 광원(1)은 광원(1)으로부터 주파수 f를 가지고 방출되는 빛의 자속의 강도를 제어하기 위한 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.
제 10항에 있어서,

상기 평가 유니트(17)는,

a) 모든 참조 값을 저장하기 위한 메모리(22)와 함께 데이터 처리 유니트(21),

b) 출력 신호들 X 및 Y의 모든 쌍으로부터 합산 신호 X+Y를 형성하기 위한 장치,

c) 모든 합산 신호들(X+Y)을 제 1 소정 범위(S) 내에 있는 메모리(22)에 저장된 값들의 배열 및 하한값들의 배열과 비교하고, 모든 상대 차들(RD)을 상한 값(L)의 메모리(22)에 저장된 값들 및 소정의 허가된 범위(N 및 P)와 비교하는 테스트 장치,

d) 상기 보안 엘리먼트(4)를 대표하는 모든 테스트 장치들의 결과(Z)를 형성하기 위한 유니트, 및

e) 대표 값(Z)을 상기 메모리(22)로 부터의 참조 값들(KS)과 비교하여 상기 보안 엘리먼트(4)를 인식하기 위한 유니트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 회절 표지(11)를 동시에 인식하기 위한 장치.