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JPH0820564B2 - 回折素子 - Google Patents

回折素子

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JPH0820564B2
JPH0820564B2 JP1191611A JP19161189A JPH0820564B2 JP H0820564 B2 JPH0820564 B2 JP H0820564B2 JP 1191611 A JP1191611 A JP 1191611A JP 19161189 A JP19161189 A JP 19161189A JP H0820564 B2 JPH0820564 B2 JP H0820564B2
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diffraction
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グレゴール・アンテス
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エルゲーツエット・ランディス・ウント・ギール・ツーク・アクチエンゲゼルシヤフト
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Publication date
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    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回折素子に係り、さらに詳細には50本/mm以
上の空間周波数を有する光学的で微視的な刻印された凹
凸構造を備え、可視画像を構成する部分面に分割された
書類の真性を特徴づける回折素子に関するものである。
［従来の技術］ この種の回折素子は例えば紙幣、小切手、クレジット
カード等の有価証券の真性を特徴づけるものとして適し
ている。
冒頭で述べた種類の回折素子は、スイス特願第00805/
88−４号に記載されている。この回折素子には凹凸構造
が設けられており、その凹凸構造は真性情報を例えば見
る角度に従って色彩と輝度が変化する画像の形で有し、
従って従来の複写装置では複製することができないよう
に構成されている。この凹凸構造には、例えば可視光の
回折に有効な10本/mm以上の空間周波数を有する公知の
周期的な断面形状が設けられている。実際に利用できる
範囲は製造技術上の限界によって約2500本/mmに限定さ
れる。しかしまた、例えばマット構造など前記範囲の一
部の空間周波数を有する非周期的な断面形状を利用する
ことも可能である。この凹凸構造の高低差は50nmから10
000nmの間で選択されることが多い。
スイス特許公報第594936号に記載されている回折素子
には、回折光学的にコード化され、機械的に読み取り可
能で複写の困難なマークが設けられている。このマーク
は微視的な凹凸構造として、例えば紙の上にコーティン
グされた薄い熱可塑性の支持体に刻印され、光学的に作
用する被覆材料によって保護され、投射される光を回折
させる。
［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の回折素子はまだ十分に納得の行く
ものではなく、本発明の課題は従来の回折素子を改良す
ること及びその回折素子を機械で光学的に読み取る読取
装置を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために本発明の回折素子によれ
ば、50本/mm以上の空間周波数を有する光学的で微視的
な刻印された凹凸構造を備え、可視画像を形成する部分
面に分割された書類の真性を特徴づける回折素子におい
て、回折素子にそれぞれ所定の非対称の凹凸構造を有す
る第１の部分面と第２の部分面からなる鏡面対称な対と
なった部分面が設けられており、第１の部分面のアジマ
ス角と第２の部分面のアジマス角の差がほぼ180゜であ
って、各部分面における凹凸構造の少なくとも１つのパ
ラメータが隣接する部分面の凹凸構造とは異なってお
り、さらに、所定の非対称な凹凸構造を有する光学的な
マークが部分面に設けられる構成が採用されている。
さらに上記の本発明の回折素子を機械で読み取る本発
明の読取装置においては、光学的コリメータを用いて読
取光線を発生する光源が設けられており、読取平面にお
いて読取光線に対して対称に１対のフォトセンサが配置
されており、このフォトセンサが所定の回折角度で回折
される光を検出し、前記対の各フォトセンサがリード線
によって電子回路と接続されており、前記電子回路の出
力端子からは同電子路がリード線を介して２つのフォト
センサから得た信号から連続的に形成された差が出力さ
れる構成が採用されている。
［作用］ 本発明は以上のように構成されているので、機械的に
読取可能で、偽造が困難な優れた回折素子と、その回折
素子を機械で光学的に読み取る読取装置を提供すること
ができる。
［実施例］ 以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明
する。
第１図において符号１は書類、２は回折素子、３及び
３′は部分面を示している。書類１は有価証券、紙幣、
証明書、クレジットカード等である。書類の少なくとも
１つの所定箇所には、真性の特徴として微視的に細微な
刻印の凹凸構造が設けられている。
書類１が熱可塑性のプラスチックからなる場合には、
回折素子２は書類１上に直接刻印される。
一方、書類１が紙からできている場合には、回析素子
２は好ましくは支持体５上に刻印される。支持体５は例
えば接着ラベルとして形成され、書類１に堅固に固定さ
れて、支持体５を書類１から剥そうとすると凹凸構造４
が破壊されるようになっている。スイス特許公報第5949
36号に記載されているように、支持体５としては紙の上
にコーティングした薄い熱可塑性のインク層あるいは熱
刻印フィルムを使用することも可能である。
凹凸構造４は少なくとも50本/mmの空間周波数ｆを有
し、従って凹凸構造４上に入射する光６を所定の角度回
折させることができる。凹凸構造４のこの特性は、凹凸
の輪郭、空間周波数及び格子ベクトル７、７′で表され
る凹凸構造４の方位という少なくとも３つのパラメータ
によって決定される。
格子ベクトル７、７′は回折素子２の平面にあって、
この面上の所定の方向８に関して例えば反時計方向に測
定したアジマス角φを有し、このアジマス角φが凹凸構
造４の方位を示す。
凹凸構造４には対称な形状及び非対称な形状の凹凸輪
郭が使用される。凹凸構造が非対称である場合には、凹
凸構造４の方位は０゜から360゜の範囲で所定のアジマ
ス角φを持つことができるが、凹凸構造が対称である場
合には０゜から180゜の範囲に限定される。
この凹凸構造４における光の回折の反射と透過を観察
することができ、透過の場合には、書類１と場合によっ
ては支持体の材料の選択が著しく制限される。凹凸構造
４はよく知られているように光学的にアクティブな被覆
で覆われており、それによって凹凸構造の保護が行われ
る。
回折素子２は少なくとも２つの部分面３、３′に分割
されている。図示されている種々の部分面３、３′の境
界は図で見えるようにするために示されているだけであ
る。というのは、各部分面３ないし３′の凹凸構造４は
微視的であって、少なくとも１つのパラーメータが隣接
する凹凸構造４と異なっていればよいからである。
好ましくは回折素子２はモザイク状に多数の部分面
３、３′に分割されており、この分割は図形的に行われ
る。通常多色照明を行う場合には、回折素子２を視認し
ようとすると、照明の方向と種類に応じた画像が見え
る。部分面３、３′の色は、凹凸構造４と観察方向と入
射する光によって決まる。昼光の場合には、この回折素
子２の部分面３、３′は輝度の大きい色となる。
暗色部は、画像を形成するために不可欠なエレメント
である。マット構造はこの要請を満たすことは満たす
が、吸収する顔料によって暗色に見せかけることができ
るものであって、他の情報を仲介することができないと
いう欠点がある。
回折素子２の少なくとも１つの関連する部分において
部分面３、３′の最大寸法が0.1mmより小さい場合に
は、裸眼では部分面３、３′の形状を区別することはで
きない。この種の小さい部分面３、３′の凹凸構造が回
折素子２の平面で任意の方位の格子ベクトル７、７′を
有する場合には、観察者にとってはこの小さい関連する
部分面３、３′で回折される周囲の光が混合されて、光
学的効果でマットな面に見える。このマットな面はより
大きな部分面３、３′から回折される光の輝く色から著
しく際立って見える。従ってこの効果を有する部分面
３、３′は好ましくはマット構造の代わりに画像を図的
にするのに適している。
少なくとも１つの第１の部分面３の凹凸構造４と少な
くとも１つの第２の部分面３′の凹凸構造４は（第２
図）、同じ空間周波数ｆを有する所定の非対称の凹凸輪
郭を持っている。両格子ベクトル７、７′のアジマス角
φ、φ′は約180゜の差だけ異なっており、従って２つ
の凹凸構造４の非対称性によって２つの凹凸輪郭の鏡面
対称が形成される。図においては２つの凹凸輪郭の鏡面
対称は共通の境界10に関して非対称な三角関数によって
表され、この場合に凹凸構造の方位は図の平面において
対向している格子ベクトル７、７′によって示される。
２つの部分面３、３′は直接境界を接しており、鏡面対
称の対９を形成している。
凹凸構造４を有する部分面３、３′へ単色の光６が垂
直に入射する場合には、入射する光６の光線と格子ベク
トル７、７′の回折平面を決定し、この回折平面は第２
図では図の平面と一致している。部分面３、３′は光６
を回折角度α回折した第１の光線11ないし11′に回折
し、入射する光６の光線に対して対称に−α回折した第
２の光線12ないし12′に回折させる。光６の波長と空間
周波数ｆによって回折角度αが決定される。
凹凸構造４が非対称であることによって、光線11、12
ないし11′、12′の強度は回折平面においては入射する
光６に対して対称には分布しない。図では例えば入射す
る光６は第１の部分面３において回折される。この場合
に第１の光線11の強度は第２の光線12の強度よりも大き
い。第１の部分面３と鏡面対称の対９を形成する第２の
部分面３′に関しては、光線11′、12′の強度の分布は
全く鏡面対称である。従って回折素子２を角度α側で観
察すると、第１の部分面３は第２の部分面３′よりも明
るく見える。回折素子２を角度−α側で観察すると、部
分面３、３′の輝度は変わる。それに対して対称な凹凸
構造４を有する回折素子２の部分の輝度は変化しない。
例えば書類１を傾けた時などの、このような画像の変化
は、視覚的に非常に目立つものである。従ってこのよう
に部分面３、３′の輝度の変化が、容易に識別可能でか
つ覚え易い真性の特徴となる。
第１の光線11、11′の強度と第２の光線12、12′の強
度の比の代表的な値は３である。この場合に凹凸輪郭の
形状が最適であれば、30以上という値に達する場合もあ
る。
回折素子２の１実施例の場合には（第１図と第２
図）、第１の部分面３に分割することによって図的な表
示が行われる。各部分面３は非対称の凹凸輪郭と、０゜
〜180゜の範囲の凹凸構造のアジマス角φを有する。こ
のように最初に行われる分割に、縁14を有する少なくと
も１つの他の光学的なマーク13が付加される。縁14の内
側に位置する第１の部分面３のすべてを該当する鏡面対
称の対９の第２の部分面３′に入れ換える。縁14は部分
面３、３′の一方を分割して鏡面対称の対９になる部分
面をつくることになる。従ってマーク13は凹凸輪郭の非
対称性によって形成される。裸眼では画像の印象はこの
マーク13によってはほとんど影響されない。
例えばすべての非対称な凹凸構造４は同一の空間周波
数ｆを有する。部分面３、３′は凹凸構造４のアジマス
角φ、φ′が異なるだけである。好ましくは第１の部分
面３におけるアジマス角φは30゜から150゜の範囲に限
定され、第２の部分面３′におけるアジマス角φ′は21
0゜から330゜の範囲に限定され、それによって所定の読
取方向８が定まる。方向８に対して垂直でかつ回折素子
２の平面にある軸を中心に書類１を傾ける場合に、入射
する光６の方向に対して対称に傾けると、光学的なマー
ク13と画像はその強度を変える。
光学的マーク13は数字、文字あるいは他の図形の形状
を有する。これらは最初行われる回折素子２の分割を芸
術的に構成するエレメントとして使用することができ
る。
例えばマーク13は、小売りで使用される機械読取可能
なバーコードの形状を有し、読取可能な情報を含んでい
る。第２の部分面３′は、第１の部分面３を背景として
設けられたバーコードの印刷部分（バー）に相当する。
第３図に示す読取装置15は回折素子２から光学情報を
機械的に読み取るものであって、この読取装置15には光
源16とフォトセンサ17が設けられている。光学的なコリ
メータ18によって読取光線19が形成され、この読取光線
19は部分面３ないし３′上で凹凸構造４の所定に形成さ
れた面20、例えば円とか矩形などを照射する。
好ましくは光源16は半導体レーザである。というのは
強度の大きい単色光６は機械的に読みとるには非常に適
しているからである。
読取装置15の読取光線19が書類１上に垂直に入射する
場合に、読取光線19によって回折素子２の所定方向８を
有する読取平面21が決定される。前記読取平面21には２
つのフォトセンサ17が読取光線19に対して対称に配置さ
れており、前記フォトセンサ17によって光線11、12ない
し11′、12′がα、−αと回折角度で検出されて電気信
号に変換される。
リード線22を介してフォトセンサ17と接続されている
電子回路23の出力端子24には２つのフォトセンサ17の信
号の差が出力され、この差は面20内で照射される凹凸構
造４の非対称性を示す基準となる。マーク13内のコード
化されている情報が自己クロックを内蔵してコード化さ
れている場合には、例えば回路23からはよく知られてい
るように不図示の装置に使用するクロック信号を有する
２値の信号列が発生される。
また、少なくとも１つの凹凸構造４に所定の空間周波
数幅Ａで変調された空間周波数f0を持たせることも可能
である。従って凹凸構造４内には、f0−Ａからf0＋Ａの
範囲のすべての空間周波数ｆが存在することになる。そ
れによって回折平面では光線11、11′、12、12′の所定
の多重化が行われ、支持体５が平坦でない場合にも確実
に読み取れる度合いが高まり、読取距離と入射する読取
光線19に対する要請が減少される。
部分面３、３′において多数の空間周波数f0を使用す
れば、芸術的に形成する上での自由度が増す。
読取装置15において、少なくとも１つの空間周波数領
域とアジマス角領域を有する回折素子２を読み取るため
に、フォトセンサ17には回折角度αとアジマス角度φに
対応した所定の領域を有する大きなアパーチャが設けら
れている。この大きなアパーチャはフォトセンサ17の受
光面を大きくすることによって、あるいは各フォトセン
サ17と照射すべき面20の間に投影光学手段25を配置する
ことによって得ることができる。
読取装置15の一実施例においては、アパーチャは回折
角度αに関しては10゜から70゜の値を有し、アジマス角
度φに関しては＋25゜から155゜の値を有し、かつアジ
マス角φ′に関しては205゜から335゜の値を有する。こ
の大きなアパーチャによって、読取装置15が回折素子２
上に正確に向けられていない場合でも、光学マークをよ
り正確に読み取ることが可能になる。
第３図では光学手段25はレンズとして例示されてい
る。このレンズは、光線11、12を該当するフォトセンサ
17に合焦する反射型の回折格子に代えることもできる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明によれば、機械
的に読取可能で偽造の困難な回折素子と、その回折素子
を機械で光学的に読み取る読取装置を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は部分面を有する回折素子の１実施例の斜視図、
第２図は非対象の凹凸構造を有する部分面を鏡面対称に
１対に組み合わせた部分面の断面図、第３図はマークを
読み取る装置を示す説明図である。 ２……回折素子、３、３′……部分面 ４……凹凸構造、５……支持体 ９……対称の対、13……マーク 16……光源、17……フォトセンサ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】50本/mm以上の空間周波数を有する光学的
    で微視的な刻印された凹凸構造を備え、可視画像を形成
    する部分面に分割された書類の真性を特徴づける回折素
    子において、 回折素子（２）にそれぞれ所定の非対称の凹凸構造
    （４）を有する第１の部分面（３）と第２の部分面
    （３′）からなる鏡面対称な対となった部分面（９）が
    設けられており、第１の部分面（３）のアジマス角
    （φ）と第２の部分面（３′）のアジマス角（φ′）の
    差がほぼ180゜であって、 各部分面（３、３′）における凹凸構造（４）の少なく
    とも１つのパラメータが隣接する部分面（３、３′）の
    凹凸構造（４）とは異なっており、 さらに、所定の非対称な凹凸構造を有する光学的なマー
    ク（13）が部分面（３、３′）に設けられることを特徴
    とする回折素子。
  2. 【請求項２】前記鏡面対称な対（９）を構成する２つの
    部分面（３、３′）が共通の境界（10）を有することを
    特徴とする請求項第１項に記載の回折素子。
  3. 【請求項３】回折素子（２）の少なくとも一部分におい
    て部分面（３、３′）が0.1mmより小さい最大寸法を有
    し、各部分面（３、３′）におけるアジマス角（φ）が
    ランダムになることを特徴とする請求項第１項あるいは
    第２項に記載の回折素子。
  4. 【請求項４】回折素子（２）の部分面（３、３′）への
    分割が図的に行われることを特徴とする請求項第１項か
    ら第３項のいずれか１項に記載の回折素子。
  5. 【請求項５】第１の部分面（３）に対応するアジマス角
    （φ）の値が180゜より小さいことを特徴とする請求項
    第１項から第４項のいずれか１項に記載の回折素子。
  6. 【請求項６】マーク（13）が数字、文字あるいは他の図
    形であることを特徴とする請求項第１項から第５項のい
    ずれか１項に記載の回折素子。
  7. 【請求項７】マーク（13）の部分面（３、３′）が機械
    的に読取可能なバーコードであることを特徴とする請求
    項第５項に記載の回折素子。
  8. 【請求項８】回折素子（２）の支持体（５）が書類
    （１）を固定する接着ラベルであることを特徴とする請
    求項第１項から第７項のいずれか１項に記載の回折素
    子。
  9. 【請求項９】請求項第５項から第８項に記載の回折素子
    を機械で光学的に読みとる読取装置において、 光学的コリメータ（18）を用いて読取光線（19）を発生
    する光源（16）が設けられており、 読取平面（21）において読取光線（19）に対して対称に
    １対のフォトセンサ（17）が配置されており、このフォ
    トセンサが回折角度（α、−α）で回折される光を検出
    し、 前記対（９）の各フォトセンサ（17）がリード線（22）
    によって電子回路（23）と接続されており、 前記電子回路（23）の出力端子（24）からは同電子回路
    （23）がリード線（22）を介して２つのフォトセンサ
    （17）から得た信号から連続的に形成された差が出力さ
    れることを特徴とする読取装置。
  10. 【請求項１０】フォトセンサ（17）に光学手段（25）に
    よって形成されるアパーチャが設けられていることを特
    徴とする請求項第９項に記載の読取装置。
JP1191611A 1988-09-30 1989-07-26 回折素子 Expired - Fee Related JPH0820564B2 (ja)

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