具有衍射条型码的标签和用于这种标签的读解设备

摘要

一种包括薄层组合物(15)的标签(1)包括至少一个由光学有源结构占有的狭矩形场(4)和中间表面(5)所组成的机器易读的衍射条型码(3)。由反射层覆盖的光学有源结构被埋置在薄层组合物(15)的薄层之间。用于场(4)的，在衍射条型码(3)中所使用的衍射的凸纹结构衍射并使入射光偏振及把被衍射的光散射到在衍射凸纹结构上面的半空间。第二衍射凸纹结构相对于第一衍射凸纹结构至少在关于已偏振的背散射光的偏振方面有区别。第二衍射凸纹结构可用于，例如，在标签(1)上条型码场(9)中的第二条型码的场表面或用于中间表面(5)。在衍射条型码(3)处已偏振的背散射的光可通过用于由印刷产生的条型码的一种已知在市场上能买到的读解装置工具来探测。由印刷产生的条型码可用于使之具有各自特性的标签(1)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种如在权项1的分类部分中所述的具有衍射条型码的标签和如在权项13的分类部分中所述的用于辨别信息的读解设备。

背景技术

这样一种标签用于识别物件，身份证或通行证或股票证券并载有有关物件，身份证或证券的数字信息。这样一种标签的条型码通过光学方法读取并通过包含于条型码中信息的良好的机器易读性来加以区别。

已知有各种各样的条型码，诸如作为例子的有根据MIL-STD-1189或根据“欧洲的物件数字编码”，其中在各种宽度的条形单元和中间距离的排列中包含着一条信息条目。通过用简单的印刷工艺以与中间距离形成对比的彩色把条形单元印到通常是纸的载体上。在市场上可买到能读取这种条型码的读解装置。

根据US第5,900,954号，通过用全息图把条型码印刷在载体上来提高条型码的防止赝品措施的水平。通过全息图，条型码得以全面地或至少部分地得以扩展。

EPO 366 858A1描述了衍射条型码的各种结构，它具有带着衍射光栅的表面单元，而不是印刷的条纹单元。与通过印刷工艺产生的条型码相比，衍射的条型码具有高水准的防止赝品的措施。但是要注意，高度的反赝品防卫措施，就关于相对于读解设备的读解光束的衍射条型码取向而言，在容许偏差和读解装置和标签之间距离极限达几个厘米方面是作出些牺牲而取得的。而与通过印刷工艺产生的条型码相比，其容许偏差是低的。另外，通过印刷工艺个别生产的，具有各自信息的条型码是很便宜的，而衍射条型码只是在具有相同信息的大批量情况下，才能以可行的成本合理地生产。

作为例子，从EP-O 105 099 B1和EP 375 833 B1中知道具有微观上精细衍射结构的以拚花图形排列的压印到塑胶材料中的表面。在US第4 856 857号中总结了具有带着光衍射作用结构的安全标签的设计结构和能用于那个目的的材料。

DE-OS第1 957 475号和CH 653 780揭示了另外一类在微观上具有衍射作用的精细凸纹结构，称为“kinoform”。只是当采用基本上是相干光束照射kinoform时，该光才被kinoform非对称地反射到事先由kinoform的凸纹结构所决定的单一的立体角中。

发明内容

本发明的目的是提供便宜的具有至少一个衍射条型码的、在光学上可用机器读解的标签，而该条型码可用在市场上能买到的读解装置，在离几个分米的距离时来读解。

根据本发明那个目的通过在权项1的特征部分中所述特点来达到。本发明有利的结构在附件权利要求书中陈述。

附图简述

本发明的实施例在下文作较为详细的描述并在附图中用图解说明，其中：

图1示出具有衍射性条型码标签；

图2示出通过该标签的横截面；

图3以放大的比例示出图2中的一部分；

图4示出一曲线图；

图5示出衍射条型码；

图6示出两个平行的条型码；

图7a和7b示出嵌套的条型码；

图8示出第一读解装置；以及

图9示出第二读解装置。

具体实施方式

图1中的参考数字1指标签，参考数字2是具有衍射条型码3的区域，4是场以及5是条型码3的中间表面。场4和中间表面5是矩形的条纹，这些条纹以它们的纵向侧接触，横向地排列在区域2中。每两个相继的场4由一中间表面5隔开，其中把信息编码在一个接一个的、不同宽度的场4和中间表面5中。至少场4具有埋置在标签1中的衍射结构。中间表面5，例如，是用反射或吸收的条纹形式。在另一实施例中，中间表面5也有衍射结构，它的方位角与在场4中衍射结构的方位角至少有±20°模180°的不同。所有的场4和所有的中间表面5分别由在光学上相同的有效结构所有利地占有。譬如说标签1被固定到物件6。有关物件6的信息包含在条形码3中。物件6可以是一份文件，一张纸，一种标纸或一种三维的物体等等。根据应用的意图，配置在标签1的剩余的表面区域是标记7，数字或字母8，它们起到目视识别标签1来历的作用。这些信息条目可通过印刷工艺来把它印上，或使用上面提到的EP 0 105 099B1和EP 0 375 833 B1中的衍射表面图形的形式，其衍射结构也埋置于标签1中。在标签1的另一实施例中还有用于附加的条型码场9的空隙，在这些空隙中安排着由印刷工艺生产的另外的条型码或另外的衍射的条型码。条型码9有利地取向于与区域2有平行关系，使得相同的读解装置可读解从条型码场9的另外条型码和从区域2的衍射条型码。

图2示出标签1的横截面视图，标签1是一种薄层组合物15，它包括从10直到14的多层薄层，且在由覆盖层10一侧以及由粘结层14另一侧来限定边界。在覆盖层10的下面依次配置的规定序列中是压纹层11，反射层12，防护层13和粘结层14。至少覆盖层10和压纹层11是透明的，用于至少把一个波长的光17入射到标签1上。在微观上是精细的凸纹结构16形成于压纹层11中并衍射，例如，可见的入射光17。厚度小于100nm的反射层12以与结构16的形状真实的方式覆盖在微观上精细凸纹的结构16上。防护层13填塞了凸纹结构16的凹处并覆盖已构成的反射层12。粘结层14使得在物件6和薄层组合物15之间有牢固的连接。

在上面提到的US第4 856 857号的表1到表6中总结薄层组合物15的各种设计和适于其产品的各种类型的材料。通过印刷工艺用吸收光的油墨印上的标记18配置在薄层组合物15的薄层10到14中的至少一层上。在一个实施例中，通过在条型码场9中另外的条形码(图1)使薄层1在其制作的顺序中使各层具有特性或给以编号，这另外的条形码是在覆盖层10上用标记18的形式通过印刷工艺生产的。

作为例子图3以横向地相对于矩形剖面的凹槽19的横截面示出平直衍射光栅的矩形剖面。所以光栅矢量k是在图的平面内。矩形剖面具有在D处指出的几何剖面深度。当光线17通过覆盖层10和压缩层11入射到由反射层12形成的衍射光栅上时，该凹槽19充满着压纹层11的材料。这里运算的光学剖面深度d＝D·n，而不是几何的剖面深度D。其中n是压纹层11的材料折射率。为了简单起见，该矩形剖面仅是代替将在下文描述的衍射凸纹结构16(衍射结构)。

如果这衍射结构具有每毫米超过2,300线，则以垂直关系并从光谱的可见光范围，在非偏振条件下入射的光线17仅被衍射至零级。对斜入射到衍射结构的光线17，其线密度要相应地提高，例如提高到每毫米2,800线到每毫米3,000线的值。如在平直的平面镜场合下，在入射光线17和在衍射结构平面上的法线之间的角度等于在衍射光和该法线之间的角度。这样一种衍射结构，在下文称为零级衍射结构。在用白色日光照射之后，与平直的平面镜不一样，在零级衍射结构处被衍射的光在光谱的可见部分具有间隙，使得这零级衍射结构的作用就象反射彩色的平面镜一样。

图4的曲线图，示出的TE和TM偏振光的平坦衍射结构的衍射效率E与光学剖面深度d＝D的依赖关系，此外折射率n＝1。TE偏振光以高度的衍射效率E衍射，实际上与剖面深度D无关。与此相反，对TM偏振光的衍射效率E强烈地依赖于剖面深度D，其中随着剖面深度D增加到第一最小值，对TM偏振光的衍射效应E急速地下降。当在非偏振条件下入射的光线17的方向和衍射结构的光栅矢量K(图3)是在一个平面上时，p-偏振光的电场矢量以与那个平面平行的关系振荡，而s-偏振光的电场矢量向该处垂直振荡。用于条型码3的衍射结构在第一最小值的附近的剖面深度TG是有利的，因为它是在衍射光的偏振为它的最大的位置处。所以衍射光是线性偏振的，就是说衍射的凸纹结构16起着偏振器作用，或对在偏振条件(图3)下入射的光线17来说起着检偏振器的作用。一个有用的几何剖面深度D的范围包括在50nm和350nm之间的T_G值。正如在上面提到的US第4 856 857号中表6所示的，适于用作压纹层11的材料具有的折射率n是在1.4和1.6之间的范围。

如果这衍射结构在它的平面上转过90°，在这个场合下，现在凹槽19对图3中的附图平面是平行的而光栅矢量k是垂直的，关于入射光17(图3)的平面是s-偏振的光被吸收，而p-偏振光则被衍射，正如由效率曲线TE所指出的。光栅矢量k(图3)的方向可根据衍射结构的偏振能力来建立。

示于图5中的标签1是从薄层组合物15(图2)中切出来的。在微观上精细的、在光学上有源的结构，就是说衍射结构，平面镜等，它们是埋置在薄层组合物15的薄层11和13之间(图2)，且它们用反射层12覆盖(图2)，限定在区域2中机器易读出衍射条型码3的狭的矩形场4和中间表面5。第一衍射凸纹结构16(图3)形成在场4的埋置层11中。第一衍射凸纹结构16是一辅助的附加物，它由具有第一光栅矢量K1和在微观上精细的、光散射凸纹结构的第一零级衍射结构所组成。这在微观上精细的、光散射凸纹结构是由各向同性地或各向异性地散射的不光滑结构，“kinoform”或傅里叶全息图的这个组的一种结构。用那个方法生产的衍射凸纹结构16，和平直衍射结构形成对比，它提供把衍射光反射回到在衍射凸纹结构16上面的全部半空间，与入射到该衍射凸纹结构16上的光17的角度(图3)无关的优点。这光散射凸纹结构要被这样有利地选择使得衍射光较佳在朝向读解装置的方向作背散射。这是一个能采用在市场上能买到的用于通过印刷工艺产生的条形码的读解装置来读解在实质上防伪的条型码3的先决条件。如果在微观上精细的，光散射凸纹结构是kinoform，则读解装置的光源必须产生相干光，否则不能产生所要的散射作用。

在条型码3的另一实施例中，该中间表面5由至少一个另一衍射的衍射结构所占有，这结构具有另一光栅矢量K2，它的方位角与第一光栅矢量K1的方位角至少有±20°模180°的不同。在另一实施例中，该中间表面5具有，好比说，平直平面镜即零级衍射结构的反射表面结构。

在又一实施例中，所有的中间表面5由第二衍射凸纹结构20(图3)所占有。该第二衍射凸纹结构20是由第二零级衍射结构组成的附加物，这零级衍射结构具有第二光栅矢量K2和上面提到的，在微观上是精细的，光散射凸纹结构中的一个。光栅矢量K1和K2围成一在45°和135°之间的范围内的方位角，其中该两个光栅矢量K1和K2较佳的彼此垂直取向，如在图5的附图中所图解说明的。

在一较佳实施例中，第一零级衍射结构和第二零级衍射结构，除光栅矢量K1和K2的方向之外，包含相同的参数。如果第一凸纹结构16和第二凸纹结构20仅在关于这两个零级衍射结构的光栅矢量K1和K2的方向上有区别的话，则在没有辅助方法的情况下，不能识别条件型码3，因为对观察者来说，场4还有中间表面5显得是同等亮度且是相同的颜色。在这里的辅助方法是用偏振光照射条型码3或通过光学偏振滤波片来观察条型码3。当通过光学偏振滤光来观察条型码3时，观察者，例如，是在由显现为暗条的中间表面5所隔开的亮条的形式下看场4的。在偏振滤光片在它的平面上转90°之后，场4是暗条而中间表面5则为亮条。

条型码3的那个实施例具有另外的优点：如果另一由印刷工艺生产的条型码作为在衍射条型码3上的标记18(图2)被安排在区域2中，则条型码3仍旧是易读的。标记18是另一条型码的条纹21，它被无色的中间间距隔开，并用吸收光的油墨被印刷在薄层组合物15的覆盖层的上面或下面。也能用在市场上能买到的读解装置来识别由印刷工艺生产的另一条型码。配置在其间的条纹21和无色的中间间距以与衍射条型码3的场4和中间表面5相平行的关系来取向。为了说明起见，在图5的附图中仅示于一对条纹21。衍射条型码3狭条的可识别度是为成功的读解操作的一个条件。另一条型码的条纹21至多可在50％和70％之间的范围内覆盖衍射条型码3的条纹，就是说，通过无色的中间间隔可看到的各个场4和各中间表面5的至少30％的表面。每个标签1可用另一条型码便宜地使其各有特性，例如给其顺序编号即可。

图6示出具有第一衍射条型码3和与区域2平行的条型码场9和区域2，这条型码场9具有从场表面22和中间场23形成的第二衍射条型码24。如果在标签1的一实施例中，区域2和条型码场9在它们的纵向侧上相遇，则区域2和条型码场9形成标签1的场区段25。这两个衍射条型码3，24被安置在互相并置的关系，并在场区段25中平行。所以在机器读解过程中，分别识别这两个条型码3，24，第一条型码3的场4与第二条型码24的场表面22至少根据它们的偏振能力有区别。场4具有上面描述的第一衍射的凸纹结构16(图3)。第二条型码24的场表面22由上面描述的第二衍射的凸纹结构20(图3)所占有。第一和第二光栅矢量K1(图5)；K2(图5)有利地以互相垂直的关系取向。中间表面5和中间场23具有至少一个另一衍射的凸纹结构，它具有另一光栅矢量K，这矢量的方位角与第一和第二光栅矢量K1；K2的方位角有至少±20°的区别，或与上面提到的反射的表面结构中的一个有区别。在具有一个偏振效应的入射光17中(图3)，当从光源方向观察时，场4显示亮的而中间表面5和第二衍射条型码24则是暗的。在具有另外的偏振效应的入射光17，场表面22是亮的而中间场23和第一衍射条型码3是暗的。

上面讨论的衍射条型码3，24的高度H在0.8cm和2cm之间的范围内。狭条纹的宽度B至少为90μm。

在另一实施例中，两个条型码3，24不是安排在互相平行的并置关系上但是，如图7a和7b所示，它们以这样一种方式被安排在区域2中，就是这两个条型码3和24决定了嵌套的条型码26的第一和第二表面区段27，28的在光学上有效的结构，其中与第一条型码3有关联的每两个相邻的第一表面区段27由与第二条型码24有关联的第二表面区段28中的一个所隔开。嵌套条型码26的表面部段27，28分别是条型码3和24的条纹面积的一半，而且它们分别从场4与中间表面5和从场表面22与中间场23形成。可把嵌套作用非常精细地再分割，当表面区段必须只包含15μm的最小宽度时，在哪个着眼点，不考虑它们的宽度B(图6)，把这些条纹分别以表面区段27和28的整数来分割它们。

例如，在图7a的附图中，条型码3和24的狭条纹分别与一个表面区段27和28相关联。尺寸相等的第一表面区段27和第二表面区段28在区域2中被如此与它们的纵向侧边交替地安排的，即有关的第一表面区段27中的一个区段继之以第二表面区段28中的一个区段。在第一表面区段27和在第二表面区段28中的在光学上有效的结构被安排在由条型码3和条型码24预先决定的顺序中。在图7的附图中，箭头29，30表明了嵌套条型码26如何由两个条型码3和24组成的。为了清楚起见，在表面区段27，28中画以阴影以与相关联的条纹4，5，22，23相对应。场4的第一表面区段27相对于区域2的纵向范围纵向地加上划线。中间表面5的第一表面区段27包含斜向右方的阴影线。与场表面22相关联的第二表面区段28是没有阴影线的，而斜向左面的阴影线则标志出中间场23的第二表面区段28。

宽度约在29μm和120μm之间的狭条纹被宽至少为25μm的表面区段27，28细分最大为8次。在市场能买到的读解装置用直径约为0.1mm的照射光点31的光束在长度方向光扫描区域2来照射该条型码。该照射光点在属于狭条纹中的一条的表面区段28和27上延伸。

上面描述的两个条型码3，24的嵌套只有一个是大数目的可能选择。如图7b所示的嵌套条型码26的另一实施例具有侧长在约15μm和25μm之间的、似象素样的相同尺寸的表面区段27，28的似棋盘样的配置，其中第一衍射条型码3的第1表面区段27占有在棋盘中黑方块的位置，而第二衍射条型码24的第二表面区段28则占有白方块的位置。与表面区段27，28相联的是在两个条型码3，24的一连串条纹中的光有源结构。

条型码3，24，26的条线高度H(图7a)是在0.8cm和2cm之间范围内的一个值。在极限处的高度H要在相对于区域2，9(图6)，25(图6)的纵向边缘呈斜形的关系的方向中有可能读解在本文讨论的条型码3，24，26。在下文中，区域2，9，25也是关于条型码场9和场区段25的代表。

图8用图示出具有用于条型码3，24，26的读解装置32的一种读解设备。光源33产生一束具有偏振和非偏振光的读解光束34，它用具有反射器件(未示出)的读解装置32在读解区域35上面反复地来回。当在物件6上的标签1的区域2，9，25进入读解区域35，在照射点31(图7)中的背散射光36就根据条型码3，24，26的强度加以调制。在读解设备32中，背散射光36入射到至少一个光探测器37上。通过光探测器37把背散射光36变换成与背散射光36的强度成正比的电信号，这些信号通过读解装置32来分析。如果读解装置识别这光调制正是条型码对它已知的，则对应于条型码3，24，26信息的编码数字就被传送到对编码数字作进一步处理的器件38。

如果衍射条型码只有一个在上面描述的作为起偏振器的衍射凸纹结构16(图3)，则衍射条型码的背散射光36用上面讨论的读解装置32是可读的，只要把第一光偏振滤光器39至少安排在光探测器37的前面，且要如此来取向，使得偏振的背散射光36在未衰减的情况下通过第一偏振滤波器39。当采用偏振光作读解光束34时，该光必须通过在最大效率时衍射发生在第一凸纹结构16处的方式来起偏振。例如，那就是这情况，如果读解光束34和背散射光35通过安排在读解装置32的窗口前面同一偏振滤光片39，且第一衍射凸纹结构16在相对于偏振滤光片37的偏振平面上的方向角作为检偏振器加以取向。

如果把具有起着起偏振器作用的两个衍射凸纹结构16和20(图3)的表面安排在标签1上，且衍射凸纹结构16和20至少关于偏振能力上有区别，于是，如图9中所示的读解设备能单独地读解出包含在第一第二衍射凸纹结构16(图3)和20(图3)中信息的条目。如果采用非偏振的读解光束34，则一个第二光探测器43是足够的，它在同一时间作为起偏振器接收第二凸纹结构20处背反射的光36，其中第二光偏振滤光片41被安排于第二光探测器43的前面，该探测器是以在第二凸纹结构20处只有背散射的光36透入到第二光探测器43的方式来取向的。

在一简单的实施例中，该读解设备包括两台在市场上能买到的读解装置32，42，它们是这样来取向的，使背射射光36入射到在第一读解装置32的第一光探测器上以及还入射到在第二读解装置42中的第二光探测器43上。由第一读解装置32的光源33发射的读解光束34的非偏振光，在衍射条型码3的两个衍射性凸纹结构16，20处散射到在条型码3上面的半空间。安置在第一光电探测器37前面的第一偏振滤光片39相对于在第一衍射凸纹结构16处背散射的光36来说仅是透射的，而在偏振滤光片41后面的第二光探测器43，专门接收通过第二凸纹结构20背散射的光36。在第二解讯装置42中不需要光源44。

把第一光探测器36的输出45和第二光探测器43的输出46连接到读解设备的检偏振器47。检偏振器47产生用于器件38的编码数字，器件38提供进一步的处理且它连接到检偏振器47。在读解操作中，同时处理由光探测器36，43产生的信号和把对应的编码数字传送到处理器件38。

具有两个在市场上能买到的读解装置32，42的读解设备适用于从上面描述的衍射条型码3读取，它的场4(图5)由第一衍射凸纹结构16占有，其中间表面5(图5)由第二衍射凸纹结构20占有。所以在任何时候，在两个输出45和26处，由光探测器37，43产生的信号在读取操作中，条型码3是彼此互补的。从安全观点来看，这就可以有利地检查读解条型码3。

如上面所描述的，通过印刷工艺印到从第一衍射凸纹结构16和第二衍射凸纹结构20产生的衍射条型码3上面的，例如，覆盖层10上的另一条型码的条纹21(图5)，吸收在照射点31(图7)中入射的光36。狭条纹21近似地与由读解光束34照射的光点31的直径一样宽，而阔的条纹21至少是狭条21的两倍一样宽。衍射条型码3的狭条纹至少是为三条狭条纹的宽度B(图6)，因此在另一条型码无色的中间间距中，场4和中间表面5的面积分别至少30％(是可看到的。如果光点31覆盖该条纹21，不产生背散射光，而在两个输出45，46处没有来自光探测器37，43的信号发生。把逻辑单元48的输入连接到两个输出45，46。对于在两个输出45，46上“无信号”状态一致的作用期间，逻辑单元48改变它的输出信号，且在逻辑单元48和检偏振器47之间的线49上产生用于从诸条纹21形成的另一条型码的读解信号。检偏振器47从那里产生对应于标签1(图1)各个信息的编码数字，该编码数字包含在另外的已被读取的条型码中。同时给出了用另一条型码读出的衍射条型码3的信息，例如，关于标签1发行人的信息。那读解设备的好处是它同时读解由印刷产生的另一条型码和衍射条型码3，且由从市场上能买到的读解单元32，42所组成。

因此，在条型码3，24，26的机器读解操作中，不会由于标记7(图8)和数字与字母(图8)处被衍射光的原因而发生故障，这些标记和数字与字母是从配置为拚花的衍射光栅结构形成的，而这些衍射光栅结构的光栅矢量K的方位角分别与在衍射条型码3，24，26中所用的衍射结构的光栅矢量K1，K1和K2的方位角至少有±20°的差别。例如，如果光栅矢量K1和K2围成方位角0°和90°，于是要从20°和70°及110°和160°之间的范围内选择光栅矢量K的方位角，在每个例子中模180°。

采用目视可见光光谱的邻近范围，尤其是近红外范围来代替可见光也是可能的。

正如可从图4见到的，分别在第一和第二衍射凸纹结构16(图9)处，非偏振入射光17(图9)并不是完全线性偏振的。对各衍射凸纹结构16，背散射光36(图9)具有除了根据效率曲线TE衍射的强的分量之外，还有根据效率曲线TM衍射的较弱的分量。不过，背散射光36的两个偏振分量中的一个分量的强度，其方式如一个读解装置32(图9)通过第一偏振滤光片39(图9)接收较强的分量起到主要作用，而较弱的分量则通过第二偏振滤光片41(图9)到达另一读解装置42(图9)。读解装置32，42仅对涉及较高强度的背散射光36的分量起到主要作用。