KR100855436B1 - 회절 바코드를 갖는 라벨 및 그 판독장치 - Google Patents

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Abstract

라벨(1)은 광학적 활성 구조들이 채워진 좁은 직사각형 필드(4)와 사이 표면(5)들로 이루어진 하나 이상의 기계적으로 판독 가능한 회절 바코드(3)를 구비하는 층복합체(15)를 포함한다. 반사층에 의해 덮인 광학적 활성 구조들은 층복합체(15)의 층들 사이에 배치된다. 필드(4)를 위하여 회절 바코드(3)에 사용되는 회절 릴리프 구조는 입사광을 회절시키고 편광시키며, 회절된 빛을 회절 릴리프구조 위의 반공간 내부로 산란시킨다. 제 2 회절 릴리프구조는 제 1 회절 릴리프구조와 비교하여 편광적으로 회절된 빛의 편광도에서 차이가 있다. 제 2 회절 릴리프구조는 예를 들어 라벨(1) 상의 바코드 필드(9) 내의 제 2 바코드의 필드 표면들 또는 사이표면(5)들을 위하여 사용될 수 있다. 회절 바코드(3)에서 편광적으로 회절된 빛은 시중에서 구입할 수 있는 인쇄된 바코드용의 공지된 판독기기들 중 하나에 의해 감지될 수 있다. 인쇄에 의해 생성되는 바코드는 라벨(1)을 두드러지게 하는데 사용될 수 있다.

Description

회절 바코드를 갖는 라벨 및 그 판독장치{Label with a Diffractive Barcode and Reading Arrangement for such Labels}
본 발명은 청구항 제1항에 나타난 바와 같은 회절 바코드를 갖는 라벨 및 청구항 제13항에 나타난 바와 같은 회절 바코드를 갖는 라벨에 있는 정보를 인식하기 위한 판독장치에 관한 것이다.
회절 바코드가 있는 라벨은 물품, 아이디(ID: identity) 카드 또는 패스, 또는 주식 채권을 식별하는데 사용되며, 해당 물품, 아이디 카드 또는 채권과 관련된 숫자 정보를 담는다. 이러한 라벨의 바코드는 광학 도구를 사용하여 판독되며, 상기 바코드에 포함된 정보의 양호한 기계 판독가능성에 따라 구별된다.
여러 가지 종류의 바코드가 알려져 있는데, 예를 들어 MIL-STD-1189 또는 "유럽 물품 번호 코드(European Article Numbering Code)"에 따른 것으로서, 정보 아이템이 다양한 너비를 가진 바 부재(bar element)와 그 사이 공간의 배열 속에 포함되는 것이 있다. 바 부재는 사이 공간과 대비되는 색으로 보통 종이인 매개체에 단순한 인쇄 공정을 통해 적용된다. 이러한 바코드를 판독할 수 있는 판독기들 은 시중에서 구할 수 있다.
미국 특허 제5,900,954호에 의하면, 위조를 방지하기 위한 바코드의 안전조치 수준이 홀로그램으로 매개체에 바코드를 인쇄함으로써 증대될 수 있다. 바코드는 홀로그램을 통해 전적으로 또는 적어도 부분적으로 확장된다.
유럽 특허(EP) 제0366858A1호는 인쇄된 바 구성요소 대신 회절격자(diffraction gratings)를 갖는 표면 구성요소를 가지는 회절 바코드의 다양한 구성을 제시한다. 인쇄 공정을 통해 생성되는 바코드와 비교하여, 회절 바코드는 위조를 방지하는 수준이 높다. 그러나, 높은 수준의 위조방지 안전책이라는 장점은 인쇄 공정에 의한 바코드에 비해 낮은 수준의, 판독 장치의 판독 빔에 대한 회절 바코드의 배향에 관한 오차 허용도 및 판독 장치와 라벨 사이의 거리를 몇 센티미터 수준으로 제한하여야 하는 단점을 수반한다. 또한, 인쇄 공정을 통해 개별적으로 개별적 정보를 갖고 생성되는 바코드는 상당히 저렴한 반면에, 회절 바코드는 동일한 정보를 갖는 물량이 많은 경우에만 경제적인 가격 수준에서 합리적으로 생성될 수 있다는 점이 있다.
플라스틱재에 엠보싱 가공된 초소형 미세 회절 구조의 모자이크 식의 배열을 갖는 표면도 예를 들어 EP0105099B1 및 EP375833B1 공보를 통해 알려져 있다. 광학적 회절 효과를 지니는 구조를 갖는 보안 라벨의 디자인 구성 및 이 목적을 위해 사용될 수 있는 재료는 미국특허 제4856857호에 개시되어 있다.
DE-OS1957475호 및 CH653782호 공보에는 키노폼(kinoform)이라는 이름 하에 광학적 회절 효과를 갖는 초소형 미세 릴리프 구조(relief structure)의 유형이 개 시되어 있다. 키노폼이 상당한 간섭성 빛(coherent light)으로 조명될 때에만 빛이 키노폼에 의해 키노폼의 릴리프 구조에 의해 미리 정해진 단일 공간각(single spatial angle)으로 비동기적으로 편향된다.
따라서, 본 발명의 목적은 시장에서 구할 수 있는 판독 장치로 몇 십 센티미터의 거리에서 판독될 수 있는 적어도 하나의 회절 바코드를 갖는, 저렴하고 광학기계로 판독 가능한 라벨을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 상기 목적은 청구항 제1항에 나타난 특성에 의해 성취된다. 본 발명의 장점은 청구항에 나타나 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 아래에 더욱 상세히 기술되며 다음의 도면에 도시되어 있다.
도 1은 회절 바코드를 갖는 라벨을 도시한 것이다.
도 2는 상기 라벨의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 일부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 4는 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 회절 바코드를 도시한 것이다.
도 6은 두 개의 평행 바코드를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 바코드가 포개어진 상태를 도시한 것이다.
도 8은 판독장치의 일례를 나타낸 것이다.
도 9는 판독장치 다른 예를 나타낸 것이다.
도 1에서 1은 라벨을, 2는 회절 바코드(3)를 갖는 영역을, 4는 바코드(3)의 필드(field)들을, 5는 사이 표면(intermediate surface)들을 나타낸다. 필드(4)와 사이 표면(5)들은, 직사각형 바(bar) 형상을 가지며, 그들의 길이방향 면들이 접하도록 상기 영역(2)을 가로질러 배열되어 있다. 이웃하는 두 개의 필드(4)는 하나의 사이 표면(5)에 의해 분리되며, 정보는 서로 다른 폭을 가지는 필드(4)와 사이 표면(5)의 연속 배열 내에 코드화된다. 적어도 상기 필드(4) 부분이 라벨(1)에 장착되는 회절 구조를 갖는다. 사이 표면(5)은 예를 들어 반사 또는 흡수 바의 형태를 가진다. 다른 실시예로서는, 사이 표면(5) 또한 회절 구조를 가져, 그 방위각이 필드(4)의 회절 구조의 방위각과 최소한 180도 기준으로 ±20도의 편차를 갖을 수 있다. 모든 필드(4)와 모든 사이 표면(5)은 각기 동일한 광학적으로 효과적인 구조로 바람직하게 위치한다. 라벨(1)은 예를 들어 물품(6)에 고정되고, 바코드(3)는 물품(6)에 대한 정보를 포함한다. 물품(6)은 문서, 종이 한 장, 스티커 또는 3차원 물체 등일 수 있다. 사용의 편의를 위해, 라벨(1)의 나머지 표면 영역에는 라벨(1)의 출처를 시각적으로 인식할 수 있도록 하는 기장(emblem)(7), 숫자 혹은 문자(8)가 위치한다. 위와 같은 정보 아이템은 인쇄 공정에 의해 표현 되거나, 그 회절 구조 역시 상기 라벨(1)에 새겨지는 상술한 EP0105099B1 및 EP0375833B1 공보에 개시된 회절 표면 패턴의 형태로 표현될 수 있다. 상기 라벨(1)의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 인쇄 공정을 통해 생성되는 추가적인 바코드 또는 추가적인 회절 바코드가 배열되는 추가의 바코드 필드(9)를 위한 공간이 존재한다. 상기 바코드 필드(9)는 바람직하게 상기 영역(2)과 평행하게 위치하여, 동일한 판독 장치가 바코드 필드(9)의 추가 바코드와 상기 영역(2)의 회절 바코드를 기계 판독할 수 있도록 한다.
도 2는 상기 라벨(1)의 단면을 도시한다. 상기 라벨(1)은 복수의 층(10~14)으로 이루어진 층복합체(15)이며, 한 쪽은 커버층(10)에 의해 다른 한 쪽은 접착층(14)에 의해 경계가 그어진다. 커버층(10) 아래에, 엠보싱층(11), 반사층(12), 보호층(13) 및 접착층(14)이 특정한 순서로 연속하여 배치된다. 적어도 커버층(10)과 엠보싱층(11)은 라벨(1)에 입사하는 빛의 최소한 하나의 파장에 대해 투명하다. 초소형 미세 릴리프구조(16)가 엠보싱층(11)에 형성되어, 예를 들어 가시광선인 입사 광(17)을 회절시킨다. 두께가 100nm 이하인 반사층(12)은 상기 초소형 미세 릴리프구조(16)를 그 형태 그대로 덮는다. 보호층(13)은 상기 릴리프구조(16)의 오목한 곳들을 채우고 상기 구조화된 반사층(12)을 덮는다. 상기 접착층(14)은 물품(6)과 층복합체(15) 사이의 안전한 결합이 가능하게 해준다.
상기 층복합체(15)의 여러 가지 디자인 구성과 이의 생성을 위해 적합한 재료의 여러 가지 형태가 상기 미국특허 제4856857호의 표 1 내지 6에 개시되어 있다. 인쇄 공정을 통해 빛 흡수 잉크로 인쇄되는 표시(18)는 층복합체(15)의 상기 층들(10~14) 중 적어도 하나의 층에 위치한다. 라벨(1)의 일 실시예에 있어서, 상기 층들은 표시(18)의 형태로 커버층(10)에 인쇄 공정을 통해 생성되는 상기 바코드 필드(9)(도 1)의 추가 바코드에 의해 개별화되거나, 제조 순서에 따라 번호가 붙여진다.
도 3은 평평한 회절격자의 사각형 프로파일의 예로서, 사각형 프로파일의 홈(19)에 대해 가로로 도시한 단면도이다. 따라서, 회절 벡터(grating vector) k 가 도면에 나타나있다. 상기 사각형의 프로파일은 D로 표시된 기하학적 측면 깊이를 갖는다. 빛(17)이 커버층(10) 및 엠보싱층(11)을 통과해 반사층(12)에 의해 형성된 회절격자에 입사하고, 홈(19)은 엠보싱층(11)의 재질로 채워진다. 여기에서 기하학적 측면 깊이 D 대신, 광학적 측면 깊이 d=D·n이 의미를 갖는데, n은 엠보싱층(11)을 이루는 재질의 굴절률이다. 상기 사각형 프로파일은 이하에 설명되는 회절 릴리프구조(16)(회절 구조) 대신에 단순화를 위해 도시된 것뿐이다.
만일 상기 회절 구조가 밀리미터 당 2300 라인 보다 많은 라인을 갖는다면 스펙트럼의 가시범위에서 수직으로 편광되지 않은 상태로 입사하는 빛(17)은 제로 오더(zero order)로만 회절된다. 상기 회절 구조로 비스듬히 입사하는 빛(17)의 경우, 라인 밀도가 상응하게 증가하여, 예를 들어 밀리미터 당 2800 라인의 값으로부터 3000 라인의 값까지도 증가하게 된다. 평면거울의 경우와 같이, 입사광선(17)과 회절구조 평면에 대한 수직선 사이의 각도는, 회절된 빛과 상기 수직선 사이의 각과 같다. 이러한 회절 구조를 제로-오더(zero-order) 회절 구조라 한다. 백색의 햇빛(daylight)으로 조명하는 경우, 평면거울의 경우와 달리, 제로- 오더 회절 구조에서 회절되는 빛은 스펙트럼의 가시부분에서 갭(gap)을 갖게 되어, 제로-오더 회절 구조가 마치 색을 띄고 반사하는 거울과 같은 역할을 하게 된다.
도 4는 광학 측면 깊이 d=D이며 굴절률 n=1인 경우, TE 및 TM 편광된 빛에 대한 평면 회절 구조의 회절 효율 E를 나타내는 그래프이다. TE 편광된 빛은 측면 깊이 D와 거의 상관없이 높은 수준의 효율 E를 갖고 회절된다. 이와 대조적으로, TM 편광된 빛의 회절 효율 E는 측면 깊이 D와 밀접한 의존 관계를 가지며, TM 편광된 빛의 회절 효율 E는 측면 깊이 D가 증가함에 따라 급속히 첫번째 미니멈(first minimum)으로 감소한다. 편광되지 않은 상태로 입사하는 빛(17)의 방향과 회절 구조의 회절 벡터 k (도 3)가 한 평면 위에 있을 때, s-편광된 빛이 해당 평면에 수직으로 진동하는 반면, p-편광된 빛의 전기장 벡터는 해당 평면에 평행으로 진동한다. 바코드(3)에 사용되는 회절 구조는 회절되는 빛의 편광이 최대일 때의 위치인 첫번째 미니멈 근접 부분에서 측면 깊이 TG를 갖는 것이 바람직하다. 회절된 빛은 따라서 선형적으로 편광된다. 즉, 회절 릴리프구조(16)는 편광판으로서의 역할을 하거나, 편광되지 않은 상태로 입사하는 빛(17)의 경우에는(도3) 분광기로서의 역할을 한다. 기하학적 측면 깊이 D의 사용 가능 범위는 50nm에서 350nm 사이의 TG 값을 포함한다. 상기 미국특허 제4856857호의 표 6에 나타난 바와 같이, 엠보싱층(11)에 적합한 재질은 1.4 내지 1.6 사이 범위의 굴절률(n)을 갖는다.
만일 회절 구조가 그의 평면에서 90도 회전하여 홈(19)들은 도3에서의 평면에 대하여 평행이 되고 회절 벡터는 수직이 되면, 입사광(17)(도3)의 평면에 대하 여 s-편광되는 빛은 흡수되고, p-편광되는 빛은 효율곡선 TE에 의해 나타난 바와 같이 회절된다. 회절 벡터 k의 방향(도3)은 회절 구조의 편광 능력에 의하여 정해진다.
도 5의 라벨(1)은 층복합체(15)(도2)에서 잘려진 것이다. 초소형 미세 광학 활성 구조, 즉, 층복합체(15)의 층(11)과 층(13)(도2) 사이에 배치되고 반사층(12)(도2)에 의해 덮여진 회절 구조, 거울 등은, 상기 영역(2) 내의 기계 판독 가능한 회절 바코드(3)의 좁은 사각형 필드들(4)과 사이 표면(5)을 정의한다. 제 1 회절 릴리프구조(16)(도3)가 상기 필드들(4)의 엠보싱층(11)에 형성된다. 상기 제 1 회절 릴리프구조(16)는, 제 1 회절 벡터 k1을 갖는 제 1 제로-오더 회절 구조와, 초소형 미세, 광분산(light-scattering) 릴리프구조로 이루어진 부가적인 중첩물이다. 상기 초소형 미세, 광분산 릴리프구조는 등방성 또는 이방성으로 분산된 무광택 구조, 키노폼(kinoforms) 또는 푸리에(Fourier) 홀로그램으로 이루어진 그룹 중의 한 구조이다. 이러한 방법으로 생성된 회절 릴리프구조(16)는 평면 회절 구조에 비해, 회절 릴리프구조(16)(도3)로 입사하는 빛(17)의 각도와 상관없이, 회절 릴리프구조(16) 위의 반공간(half-space) 전체로 회절된 빛이 반사된다는 장점을 갖는다. 광분산 릴리프구조는 회절된 빛이 판독장치 방향으로 바람직하게 다시 분산화될 수 있도록 선택되어지는 것이 좋다. 이는 실제로 위조방지 기능을 갖는 바코드(3)를 판독하는 데 인쇄를 통해 생성된 바코드를 판독하는 시중에 있는 판독장치를 사용하기 위해 필요한 조건이다. 만일, 초소형 미세, 광분산 릴리프구조가 키노폼이라면, 판독 기기의 광원은 간섭성빛을 생성해야만 한다. 그렇게 하 지 않으면 의도된 분산 효과가 일어나지 않기 때문이다.
바코드(3)의 다른 실시예에서, 제 1 회절 벡터 k1의 방위각에서 180도 기준으로 최소한 ±20도의 편차를 보이는 방위각의 추가 회절 벡터 k2를 갖는 적어도 하나의 추가 회절 구조가 사이 표면(5)에 형성된다. 다른 실시예에서, 사이 표면(5)은 반사 표면 구조, 예를 들어, 평면거울 표면 또는 제로-오더 회절 구조를 갖는다.
또 다른 실시예에서, 제 2 회절 릴리프구조(20)(도3)가 모든 사이 표면(5)에 형성된다. 상기 제 2 회절 릴리프구조(20)는, 제 2 회절 벡터 k2를 갖는 제 2 제로-오더 회절 구조와, 상기의 초소형 미세, 광분산 릴리프구조 중의 하나를 포함하여 추가로 얹어진 것이다. 회절 벡터 k1과 k2는 45도와 135도 사이의 방위각을 포함하여, 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 수직으로 배향된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 제로-오더 회절 구조와 제 2 제로-오더 회절 구조는, 회절 벡터 k1과 k2의 방향을 제외하고는 동일한 파라미터를 갖는다. 만일, 제 1 릴리프구조(16)와 제 2 릴리프구조(20)가 상기 두 제로-오더 회절 구조의 회절 벡터 k1 및 k2와 방향만 다르면, 바코드(3)는 관찰자의 입장에서 필드(4)와 사이 표면(5)이 모두 동일하게 밝고 같은 색을 가진 것으로 보이므로, 보조 수단이 없이는 판독할 수 없게 된다. 여기서, 보조 수단이란 바코드(3)를 편광된 빛으로 조명하거나, 광학 편광 필터를 통해 바코드(3)를 보는 것이다. 바코드(3)를 광학 편광 필터를 통해 보는 경우, 관찰자는 예를 들어 어두운 막대들로 보이는 사이 표면들(5)에 의해 분리되는 밝은 막대 형태로 필드들(4)을 보게 된다. 평면에서 편광 필터를 90도 회전시키면, 필드들(4)이 어두운 막대가 되고, 사이 표면들(5)이 밝은 막대가 된다.
바코드(3)의 상기 실시예는 또한 다음과 같은 장점을 가진다. 즉, 인쇄 공정을 통해 생성된 추가의 바코드(18)가 영역(2) 내에 상기 회절 바코드(3) 위로 배열되어도 회절 바코드(3)가 여전히 판독가능하다는 것이다. 표시(18)는 추가 바코드의 바(21)들을 나타내며 이는 무색의 사이 공간들에 의해 분리되며 층복합체(15)(도2)의 커버층(10) 상에 또는 그 아래에 인쇄된다. 인쇄공정에 의해 생성된 상기 추가 바코드는 역시 시중에서 판매되는 판독장치에 의해 판독될 수 있다. 바(21)들 및 그 사이의 무색의 사이 공간은 상기 회절 바코드(3)의 상기 필드들(4)과 사이 표면들(5)과 평행하게 배향된다. 도 5에서는 예로서 단지 한 쌍의 바(21)들만이 도시되었다. 회절 바코드(3)의 좁은 바들의 판독성이 성공적인 판독 동작을 위한 조건이다. 추가 바코드의 바(21)는 회절 바코드(3)의 좁은 바의 최대 50% 내지 70%의 범위를 커버할 수 있다. 즉, 각 필드(4)와 각 사이 표면(5)의 표면의 적어도 30%는 무색의 사이 공간을 통하여 보이게 된다. 각 라벨(1)은 추가의 바코드를 통해, 예를 들어 일련번호를 붙이는 방법 등으로, 저렴하게 개별화될 수 있다.
도 6은 제 1 회절 바코드(3)를 가진 영역(2)과, 필드 표면(22)과 사이 필드(23)에 의해 형성된 제 2 회절 바코드(24)를 가지는, 상기 영역(2)에 평행한 바코드 필드(9)를 도시한다. 라벨(1)의 일 실시예에서, 만일 상기 영역(2)과 상기 바코드 필드(9)가 그들의 세로 면으로 접하면, 상기 영역(2)과 바코드 필드(9)는 라벨(1)의 필드부(25)를 구성한다. 두개의 회절 바코드(3, 24)는 서로 병치되어 필드부(25)에 병렬로 배열된다. 두 바코드(3, 24)들이 기계 판독 과정에서 분리되어 인식되도록, 상기 제 1 바코드(3)의 필드(4)는 제 2 바코드(24)의 필드 표면(22)들과 적어도 편광 능력 면에서 차이가 있다. 상기 필드(4)는 상술한 제 1 회절 릴리프구조(16)(도 3)를 구비한다. 제 2 바코드(24)의 필드 표면(22)들은 상술한 제 2 회절 릴리프구조(20)(도 3)로 채워진다. 제 1 및 제 2 회절벡터 k1(도 5), k2(도 5)는 서로 수직하게 배향되는 것이 바람직하다. 상기 사이 표면(5) 및 사이 필드(23)들은, 방위각이 상기 제 1 및 제 2 회절벡터 k1, k2와 적어도 ±20도의 차이가 나는 추가 회절 벡터 k를 가지는 하나 이상의 추가 회절 릴리프구조, 또는 상술한 반사 표면구조들 중 하나를 구비한다. 하나의 편광 효과를 가지는 입사광(17)(도 3)에서, 광원 방향으로부터 보았을 때, 필드(4)는 밝게 보이며, 사이 표면(5)과 제 2 회절 바코드(4)는 어둡게 보인다. 다른 편광 효과를 가지는 입사광(17)에서는, 필드 표면(22)은 밝고, 사이 필드(23)와 제 1 회절 바코드(3)는 어둡게 된다.
상술한 회절 바코드(3, 24)들은 0.8㎝ 내지 2㎝의 높이 H를 가진다. 좁은 바들의 폭 B는 적어도 90㎛이다.
다른 실시예에서, 두개의 바코드(3, 24)들은 서로 평행하게 나란히 배열되지 않고, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 두개의 바코드(3, 24)들이 포개어진 바코드(26)의 제 1 및 제 2 표면부(27, 28)들의 광확 효과 구조들을 결정하는 방식으로 영역(2) 내에 배열되며, 제 1 바코드(3)와 연관되는 각 두개의 인접한 제 1 표면부(27)들은, 제 2 바코드(24)와 연관되는 제 2 표면부(28)들 중 하나에 의하여 분리된다. 상기 끼움 바코드(26)의 각 표면부(27, 28)들은, 각각 필드(4)와 사이 표면(5) 및 필드 표면(22)과 사이 필드(23)로 형성된 바코드(3, 24)들의 바들의 면적의 반으로 이루어진다. 포갬 효과는 매우 미세하게 분할될 수 있으며, 각 바들은 그 폭 B(8)(도 6)와 관계없이, 표면부(27, 28)들이 오직 15㎛의 최소 폭을 갖도록 표면부(27, 28)들의 총수로 분할된다.
도 7a에서, 예를 들어 바코드(3, 24)들의 좁은 바들은 각각 하나의 표면부(27, 28)와 연관되며, 넓은 바들은 두개의 표면부(27, 28)와 연관된다. 동일한 사이즈의 제 1 표면부(27)와 제 2 표면부(28)는 그들의 세로방향 면들이 영역(2)에서 교대로 배열되므로, 하나의 제 1 표면부(27)는 각각 하나의 제 2 표면부(28)에 후속하여 배열된다. 제 1 표면부(27)와 제 2 표면부(28) 내에서의 광학적으로 효과적인 구조들은 바코드(3)와 바코드(24)에 의하여 미리 정하여진 순서로 배열된다. 명확한 표현을 위하여 표면부(27, 28)들은 바들(4, 5, 22, 23)과의 연관관계에 대응하여 해칭되어 있다. 필드(4)의 제 1 표면부(27)들은 영역(2)의 세로방향 길이에 대하여 종방향으로 줄무늬를 이룬다. 사이 표면(5)의 제 1 표면부(27)들은 우측으로 상향 경사진 해칭을 포함한다. 필드 표면(22)과 결합되는 제 2 표면부(28)들은 해칭되지 않으며, 반면에 사이 필드(23)의 제 2 표면부(28)들은 좌측으로 상향 경사지게 해칭된다.
대략 90㎛ 내지 120㎛의 폭을 가지는 좁은 바들은, 최소 25㎛의 폭을 가지는 표면부(27, 28)들에 의하여 최대 8배로 세분화된다. 시중에서 구할 수 있는 판독장치는, 영역(2)을 세로로 광학적으로 스캔하는 광선으로, 대략 0.1mm의 직경을 가지 는 조명점에서 바코드를 비춘다. 조명점(31)은 각각 좁은 바들 중 하나에 속하는 표면부(27, 28)들을 넘어 연장된다.
상술한 두개의 바코드(3, 24)들의 겹침은 단지 다수의 가능한 옵션들 중 하나에 불과하다. 도 7b에 도시된 것처럼, 겹쳐진 바코드(26)의 다른 실시예는, 측면 길이가 대략 15㎛ 내지 25㎛인 픽셀형의 동일한 크기의 표면부(27, 28)들이 체스판과 같이 배열된 형태를 이루는데, 여기서 제 1 회절 바코드(3)의 표면부(27)는 체스판의 검은 사각형 부분을 차지하고, 제 2 회절 바코드(24)의 표면부(28)는 흰 사각형 부분을 차지한다. 상기 표면부(27, 28)들은 2개의 바코드(3, 24)들의 연속적인 바들의 광학적으로 활성화된 구조들이다.
바코드(3, 24)의 바들의 높이 H(도 7a)는 0.8㎝ 내지 2㎝이다. 한계치에서의 높이 H는, 영역(2, 9(도 6), 25(도 6))의 길이방향 끝단에 대하여 경사진 방향으로 상술한 바코드(3, 24, 26)들의 판독을 가능하게 한다. 이하에서 영역(2, 9, 25)은 또한 바코드 필드(9)와 필드부(25)를 나타낸다.
도 8은 바코드(3, 24, 26)의 판독기(32)를 구비한 판독장치를 도식적으로 나타낸 것이다. 광원(33)은 편광되거나 또는 편광되지 않은 빛을 구비하는 판독빔(34)을 발생시키며, 상기 판독빔은 굴절장치(미도시)를 구비한 판독기(32)에 의하여 판독영역(35)과의 사이를 연속적으로 왕복한다. 물품(6) 상의 라벨(1)의 영역(2, 9, 25)이 판독영역(35) 내로 들어오자마자, 조명점(31)(도 7)에서 후방산란(backscatter)되는 빛(36)은 바코드(3, 24, 26)에 따라 세기가 변조된다. 후방산란된 빛(36)은 판독장치(32) 내의 적어도 하나의 포토디텍터(photodetector)(37) 로 입사된다. 후방산란된 빛(36)은 포토디텍터(37)에 의하여 후방산란된 빛(36)의 세기와 비례하는 전기적 신호로 변환되며, 전기적 신호는 판독장치(36)에 의하여 분석된다. 만일 상기 판독기(36)가 상기 빛 변조를 알려진 바코드의 것으로 인식하면, 바코드(3, 24, 26)의 정보에 대응하는 코드 번호가 코드 번호의 후처리를 위한 장치(38)로 전달된다.
만일 회절 바코드가 편광기(polarizer)로 기능하는 상술한 회절 릴리프구조(16) 하나만 구비한다면, 제 1 광학 편광필터(optical polarization filter)(39)가 적어도 포토디텍터(37) 앞에 설치되어 있으며 편광된 후방산란 빛(36)이 감쇄되지 않는 상태로 제 1 광학 편광필터(39)를 통과할 수 있는 방향으로 위치하는 경우, 회절 바코드의 상기 후방산란된 빛(36)은 상술한 판독기(32)로 판독할 수 있다.
판독빔을 위하여 편광된 빛을 사용하는 경우, 상기 빛은 제 1 릴리프구조(16)에서 최대 효율로 회절이 일어날 수 있도록 편광되어야 한다. 이는 예를 들어 판독빔(34)과 후방산란 빛(35)이 판독기(32)의 윈도우(40) 앞에 배치된 동일한 편광필터(39)를 통과하고, 제 1 회절 릴리프구조(16)가 편광필터(39)의 편광 평면 상에서의 방위각에 대하여 분광기(analyzer)로서 맞추어진 경우이다.
편광기(도 3)로 기능하는 두개의 회절 릴리프구조(16, 20)를 구비하는 표면들이 라벨(1) 상에 배열되고, 상기 회절 릴리프구조(16, 20)들이 적어도 편광 능력 면에서 다른 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 판독장치는 제 1 및 제 2 회절 릴리프구조(16, 20)(도 3)에 포함된 정보의 아이템들을 분리적으로 판독할 수 있다. 만일 편광되지 않은 판독빔(34)이 사용되면, 제 2 포토디텍터(43)는 편광기로 기능하는 제 2 릴리프구조(20)에서 후방산란된 빛(36)을 동시에 받을 수 있다. 제 2 광학 편광필터(41)는, 제 2 릴리프구조(20)에서 후방산란된 빛(36)이 통과될 수 있도록 배향된 제 2 포토디텍터(43)의 전방에 배치된다.
간단한 일 실시예에서, 상기 판독장치는, 시중에서 구할 수 있는 2개의 판독기(32, 42)들을 포함하며, 상기 판독기들은 상기 후방산란된 빛(36)이 제 1 판독기(32)의 제 1 포토 디텍터(37)와 제 2 판독기(42)의 제 2 포토디텍터(43)로 입사되도록 배향된다. 제 1 판독기(32)의 광원(33)으로부터 방사되는 판독빔(34)의 편광되지 않은 빛은, 회절 바코드(3)의 두개의 회절 릴리프구조(16, 20)에서 바코드(3) 위의 반공간(half-space)으로 산란된다. 제 1 포토디텍터(37) 앞에 배치된 제 1 편광필터(39)는 오직 제 1 회절 릴리프구조(16)에서 후방산란된 빛(36)만 투과시키는데 비하여, 편광필터(41) 뒤의 제 2 포토디텍터(43)는 제 2 회절 릴리프구조(20)에 의해 후방산란된 빛(36)만을 투과시킨다.
제 1 포토디텍터(36)의 출력(45)과 제 2 포토디텍터(43)의 출력(46)은, 판독장치의 분석기(47)에 연결된다. 분석기(47)는 그와 연결된 후속 처리용 장치(38)를 위한 코드 번호를 생성한다. 상술한 판독장치에서는 포토디텍터(36, 43)에 의해 생선된 신호들이 동시에 처리되며, 대응 코드 번호들이 처리 장치(38)로 전송된다.
시중에서 구할 수 있는 2개의 판독기(32, 42)를 구비하는 판독장치는, 그 필드(4)(도 5)들이 제 1 회절 릴리프구조(16)와, 제 2 회절 릴리프구조(20)로 채워진 사이 표면(5)(도 5)으로 채워지는, 상술한 회절 바코드(3)를 판독하는데 유용하다. 따라서, 2개의 출력(45, 46)에서, 바코드(3)를 판독하는 과정에서 포토디텍터(37, 43)에 의하여 생성된 신호들은 항상 상호 보완적이다. 이는 판독 바코드(3)의 검사를 가능하게 하므로, 안전성 측면에서 유용하다.
상술한 바와 같이, 예를 들어 인쇄 공정에 의해 제 1 회절 릴리프구조(16)와 제 2 회절 릴리프구조(20)로 이루어진 회절 바코드(3) 위의 커버층(10)에 적용된 추가 바코드의 바(21)(도 5)들은, 조명점(31)(도 7)으로 입사한 빛(36)을 흡수한다. 좁은 바(21)들은 판독빔(34)에 의해 비춰지는 조명점(31)의 직경과 거의 같은 폭을 가지며, 넓은 바(21)들은 상기 좁은 바(21)에 비하여 적어도 두배의 폭을 가진다. 회절 바코드(3)의 좁은 바들은 적어도 3개의 좁은 바들의 폭 B(도 6)를 가지므로, 추가 바코드의 무색의 사이 공간들에서, 필드(4)와 사이 표면(5)의 면적의 적어도 30％를 볼 수 있다. 만일 조명점(31)이 바(21)를 덮으면, 후방산란 빛(36)이 생성되지 않으며, 2개의 출력(45, 46)에서 포토디텍터(37, 43)로부터의 신호가 생성되지 않는다. 논리유닛(48)의 입력들은 2개의 출력(45, 46)과 연결되어 있다. 2개의 출력(45, 46)에서의 "무신호(no signal)" 상태의 일치를 지속하기 위하여, 논리유닛(48)은 그의 출력 신호를 변화시키고, 논리유닛(48)과 분석기(47) 사이의 라인에서, 바(21)들로 이루어진 추가 바코드를 위한 판독 신호를 발생시킨다. 분석기(47)는, 판독된 추가 바코드에 포함되어 있는 라벨(1)(도 1)의 개별 정보에 대응하는 코드 번호를 생성한다. 추가 바코드와 동시에 판독된 회절 바코드(3)의 정보는 예를 들어 라벨(1)의 발행자에 대한 정보를 제공한다. 이러한 판독장치는 인 쇄에 의해 생성된 추가 바코드와 회절 바코드(3)를 동시에 판독할 수 있으며, 시중에서 구입할 수 있는 판독기(32, 42)로 제조할 수 있다는 장점이 있다.
바코드(3, 24, 26)의 기계적 판독 과정에서, 기장(7)(도 8)에서 회절된 빛과, 모자이크 형상으로 배열된 회절격자 구조로 이루어진 숫자와 문자(8)(도 8)로 인하여 발생되는 오류가 없게 하기 위하여, 회절격자 구조의 회절벡터 k의 방위각은, 회절 바코드(3, 24, 26)에 사용되는 회절 구조들의 회절벡터 k1, k1 및 k2 각각의 방위각과 적어도 ±20도의 차이가 난다. 예를 들어 회절벡터 k1 및 k2가 방위각 0도 및 90도를 포함하는 경우, 회절벡터 k의 방위각은 180도를 기준으로 20도 내지 70도 사이, 그리고 110도 및 160도 중에서 선택되어야 한다.
가시광선 대신 시각적으로 가시광선의 스펙트럼에 인접한 범위, 특히 적외선에 가까운 범위가 사용될 수 있다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 비편광 입사광(17)(도 9)은, 제 1 및 제 2 회절 릴리프구조(16)(도 9)에서 완전히 선형적으로 편광되지 않는다. 후방산란된 빛(36)(도 9)은, 각 회절 릴리프 구조(16)를 위하여, 효율곡선 TE를 따라 회절되는 강한 성분 외에 효율곡선 TM을 따라 회절되는 성분도 가진다. 그러나 후방산란된 빛(36)의 2개의 편광된 성분들 중 하나의 세기는, 예를 들어 하나의 판독기(32)(도 9)가, 상대적으로 약한 성분이 제 2 편광 필터(41)(도 9)를 통하여 다른 판독기(42)(도 9)에 도달하는 동안, 제 1 편광 필터(39)(도 9)를 통과한 더 많은 강한 성분 받을 수 있도록, 두드러진다. 판독기(32, 42)는 큰 세기를 가지는 후방산란된 빛(36)의 성분에만 반응한다.

Claims (15)

  1. 층복합체(15)의 층(11, 13)들 사이에 형성되며, 반사층(12)에 의해 덮여지고, 띠 모양의 영역(2, 9, 25)에서 기계적으로 판독 가능한 하나 이상의 회절 바코드(3, 24)를 형성하며, 좁은 직사각형 필드(4)와 상기 필드(4)와 분리된 사이 표면(5)의 형태로 배열되는 초소형 미세 광분산 릴리프 구조를 구비한 층복합체(15)를 포함하는 라벨(1)에 있어서,
    상기 회절 바코드(3)의 하나 이상의 상기 필드(4)는 회절 릴리프 구조(16)를 구비하며,
    상기 회절 릴리프구조(16)의 매개변수들은 상기 회절 릴리프구조(16)에 입사하는 빛(17)이 상기 회절 릴리프 구조(16) 위의 반공간으로 회절되고 후방산란되는 미리 정해진 방식으로 선택되고,
    상기 회절되고 후방산란된 빛(36)은 미리 정해진 평면 내에서 선형적으로 편광되며,
    다른 초소형 미세 광 활성 구조들은 상기 회절 릴리프구조(16)와 적어도 편광 능력에서 차이가 있는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    필드 표면(22)과 사이 필드(23)으로 이루어진 제 2 회절 바코드(24)가 상기 영역(2, 9, 25) 내의 제 1 회절 바코드(3)에 평행하게 배열되며, 상기 제 1 바코드(3)의 상기 필드(4)는 초소형 미세 광분산 릴리프 구조를 갖는 제 1 제로-오더 회절 구조의 중첩물로 형성된 제 1 회절 릴리프 구조(16)를 구비하며, 상기 제 2 바코드(24)의 상기 필드 표면(22)은 상기 초소형 미세 광분산 릴리프 구조를 갖는 제 2 제로-오더 회절 구조의 중첩물인 제 2 회절 릴리프구조(20)를 구비하고,
    상기 제 1 제로-오더 회절 구조의 제 1 회절 벡터(k1)와 상기 제 2 제로-오더 회절 구조의 제 2 회절 벡터(k2)는, 45도 내지 135도 사이의 방위각을 가지며,
    상기 사이 표면(5)과 상기 사이 필드(23)는, 그 방위각이 상기 제 1 및 제 2 회절 벡터(k1, k2)의 방위각과 상이한 추가 회절 벡터(k)를 갖는 하나 이상의 추가 회절 릴리프 구조, 또는 반사 표면 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 회절 바코드(3, 24)는 서로 포개어지며, 상기 제 1 회절 바코드(3)의 상기 필드(4)와 상기 사이 표면(5)은 제 1 표면부(27)로 미리 정해진 분리된 부분을 구비하고, 상기 제 2 회절 바코드(24)의 상기 필드 표면(22)과 상기 사이 필드(23) 역시 제 2 표면부(28)로 미리 정해진 동일한 분리된 부분을 구비하며, 상기 영역에서 상기 2개의 회절 바코드(3, 24)에 의하여 미리 정해진 순서에 따라, 상기 제 1 표면부(27)와 제 2 표면부(28)들은, 각 2개의 상호 인접하는 제 1 표면부(27)들이 하나의 제 2 표면부(28)에 의해 분리되는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 바코드(3)의 상기 필드(4)는 제 1 회절 릴리프구조(16)를 구비하며, 상기 제 1 회절 릴리프구조(16)는 제 1 회절 벡터(k1)를 갖는 제 1 제로-오더 회절 구조를 구비한 초소형 미세 광분산 릴리프구조의 중첩물이며, 상기 회절 바코드(3)의 상기 사이 표면(5)은, 그 방위각이 상기 제 1 회절 벡터(k1)의 방위각과 상이한 추가 회절 벡터(k)를 갖는 하나 이상의 추가 회절 릴리프구조, 또는 반사 표면 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사이 표면(5) 내의 상기 추가 회절 릴리프 구조는 제 2 회절 릴리프 구조(20)이며, 상기 제 2 회절 릴리프구조(20)는 제 2 제로-오더 회절 구조를 구비한 초소형 미세 광분산 릴리프구조의 중첩물에 의해 제조되며, 상기 제 2 제로-오더 회절 구조의 제 2 회절 벡터(k2)는 상기 제 1 회절 벡터(k)와 동일한 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  6. 제 2 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제로-오더 회절 구조들은 상기 제1 및 제2 회절 벡터(k1, k2)들의 방향을 제외하고는 동일한 매개변수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  7. 제 2 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제로-오더 회절 구조들은 상기 제1 및 제2 회절 벡터(k1, k2)들의 방향을 제외하고는 동일한 매개변수들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 회절 벡터(k1, k2)들은 서로 수직하게 배향되는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  8. 제 2 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제로-오더 회절 구조들은 소정의 기하학적 깊이(D)를 가지는 형상을 가지며, 상기 기하학적 깊이(D)는 50nm 내지 350nm이고, 상기 제1 및 제2 제로-오더 회절 구조의 공간 주파수는 밀리미터 당 2,300 라인 이상인 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 층복합체(15)의 층(10, 11)들 중 하나 이상은 광흡수 잉크로 인쇄된 표시(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 층복합체(15)의 층(10, 11)들 중 하나 이상은 광흡수 잉크로 인쇄된 표시(18)를 구비하며,
    상기 표시(18)의 일부는 인쇄 공정에 의해 생성되는 광학적으로 기계적 판독 가능한 바코드의 라인(21)들을 형성하며, 상기 라인(21)들은 그들 사이에 위치하는 무색의 사이 공간들에 의해 분리되고, 상기 필드(4)와 상기 하나 이상의 회절 바코드(3, 24)의 사이 표면(5)과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 층복합체(15)의 층(10, 11)들 중 하나 이상은 광 흡수 잉크로 인쇄된 표시(18)를 구비하고, 상기 표시(18)의 일부는 인쇄 공정에 의해 생성되는 광학적으로 기계적 판독 가능한 바코드의 라인(21)들을 형성하며, 상기 라인(21)들은 그들 사이에 위치하는 무색의 사이 공간들에 의해 분리되고, 상기 필드(4)와 상기 회절 바코드(3)의 사이 표면(5)과 평행하게 배치되며, 상기 인쇄공정에 의해 생성된 바코드는 상기 회절 바코드(3) 위에 배치되고, 상기 회절 바코드(3)의 각 필드(4)와 각 사이 표면(5)의 30% 이상은 상기 무색 사이 공간들을 통하여 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 초소형 미세 광분산 릴리프 구조는, 등방성으로 분산된 무광택 구조, 이방성으로 분산된 무광택 구조, 키노폼 및 푸리에(Fourier) 홀로그램으로 이루어진 그룹 중의 한 구조인 것을 특징으로 하는 라벨(1).
  13. a) 투명 윈도우(40)와, 판독 영역(35)을 광학적으로 스캔하기 위하여 상기 윈도우(40)를 통하여 조사되는 판독빔(34)과, 상기 판독 영역(35)에서 후방산란되는 상기 판독빔(34)의 빛(36)을 받는 제 1 포토디텍터(37)와, 상기 제 1 포토디텍터(37)의 전방에 설치되어 미리 정해진 방식으로 선형적으로 편광되지 않은 상기 후방산란된 빛(36)을 필터링 하는 제 1 광학 편광필터(39)를 구비하는 제 1 바코드 판독기(32);
    b) 상기 투명 윈도우(40)와, 비활성 광원(44) 및 제 2 포토디텍터(43)와, 상기 제 2 포토디텍터(43)의 전방에 설치되고 상기 제 1 광학 편광필터(39)에 대하여 소정 각도만큼 회전된 상태로 배향되어 미리 정해진 방식으로 선형적으로 편광되지 않은 상기 후방산란된 빛(36)을 필터링 하는 제 2 광학 편광 필터(41)를 구비하며, 상기 판독 영역(35)에서 후방산란된 상기 빛(36)을 받는 동일한 구조의 제 2 바코드 판독기(42);
    c) 상기 제1 및 제2 포토디텍터(37, 43)들에서의 후방산란된 빛(36)의 세기에 비례하여 전기적인 신호들이 발생되는, 상기 제 1 포토디텍터(37)의 제 1 출력(45)과 상기 제 2 포토디텍터(43)의 제 2 출력(46); 및
    d) 상기 제 1 출력(45) 및 상기 제 2 출력(46)에 연결되어, 상기 제 1 출력(45) 및 상기 제 2 출력(46)으로부터 전달되는, 상기 제1 및 제2 포토디텍터(37, 43)로부터의 상기 전기적 신호들을 위한 코드 번호를 생성하는 신호 분석기(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 4 항의 라벨(1) 상의 영역(2, 9, 25) 외의 정보 아이템들을 광학적으로 판독하기 위한 판독장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    논리 요소(48)를 더 포함하며,
    상기 논리 요소(48)의 개별 입력은 상기 제1 및 제2 출력(45, 46)들과 연결되고, 상기 논리 요소(48)의 출력은 라인(49)에 의해 상기 신호 분석기(47)로 연결되며, 상기 제1 및 제2 출력(45, 46)들에서의 상기 2개의 포토디텍터(37, 43)의 전기적 신호들의 동시적인 부재 하에서, 상기 논리 요소(48)는 추가 코드 번호를 생성하기 위하여 상기 라인(49)을 통하여 상기 신호 분석기(47)로 출력 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 판독장치.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 제로-오더 회절 구조는 소정의 기하학적 깊이(D)를 가지는 형상을 가지며, 상기 기하학적 깊이(D)는 50nm 내지 350nm이고, 상기 제로-오더 회절 구조의 공간 주파수는 밀리미터 당 2,300 라인 이상인 것을 특징으로 하는 라벨(1).
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