(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取り面（２５）に配置された基板（３；２４）上のセキュリティ要素（４）の光学的回折マーク（１１）を機器により同時に識別する装置であって、少なくとも所定の波長λの平行光（１０）を読み取り面（２５）に照射するための光源（１）と、前記マーク（１１）で回折されないしは基板（３；２４）で反射された光線（１５；１６；１６’）を電気信号Ｓ１、Ｓ２に変換するための光検出器（５；５’；６；６’）と、前記マーク（１１）と光検出器（５；５’；６；６’）間に配置された大開口の収束素子（２）とを備え、またそれぞれ２つの光検出器（５；６；５’；６’）からなる光検出器対（Ａ−Ａ’；ａ−ａ’；Ｂ−Ｂ’；ｂ−ｂ’；Ｃ−Ｃ’；ｃ−ｃ’；Ｄ−Ｄ’；ｄ−ｄ’）を少なくとも３つ有し、各２つの光検出器はその有効面（１２；１２’）が収束素子（２）の焦点面（８’ないし４５ないし４６）にあって収束素子（２）の光軸（７；４３）に対称に配置されており、前記光検出器対と光軸（７；４３）によって少なくとも３つの回折面（１００；１０１；１０２；１０３）が定まり、更にリード線を介して供給される電気信号Ｓ１、Ｓ２を評価するための評価ユニット（１７）を備えた装置において、
光源（１）の射出瞳（３３）が、光源（１）と読み取り面（２５）間に配置された大開口の収束素子（２）の読み取り面（２５）とは反対側の焦点面（８’）に位置していて、該収束素子は、射出瞳（３３）から射出する円錐光束（９）から読み取り面（２５）を照明する平行光束（１０）を形成し、
前記マーク（１１）と光検出器（５；５’；６；６’）間に配置された収束素子（２）は、前記マーク（１１）で回折されないしは基板（３；２４）で反射された光線（１５；１６；１６’）を収束素子（２）の焦点面（８’ないし４５ないし４６）にある光検出器（５；６ないし５’；６’）の有効面（１２ないし１２’）に集光させるように配置されており、
前記評価ユニット（１７）が、電気信号Ｓ１、Ｓ２の対から出力信号Ｘ、Ｙを形成し、かつ少なくとも光検出器対（Ａ−Ａ’；ａ−ａ’；Ｂ−Ｂ’；ｂ−ｂ’；Ｃ−Ｃ’；ｃ−ｃ’；Ｄ−Ｄ’；ｄ−ｄ’）の各々の出力信号Ｘ，Ｙから相対差ＲＤ＝（Ｘ−Ｙ）：（Ｘ＋Ｙ）を計算し、計算された相対差ＲＤによりセキュリティ要素（４）を識別するように構成されていることを特徴とする光学的回折マークを識別する装置。
【請求項２】
少なくとも２つの光検出器対（Ａ−Ａ’；Ｂ−Ｂ’）は、収束素子（２）の光軸（７ないし４３）に対称に第１の距離Ｒ1に配置されて、その回折面（１００、１０１）が光軸（７ないし４３）において交差角βで交差し、他の２つの光検出器対（Ｃ−Ｃ’；Ｄ−Ｄ’）は、光軸（７ないし４３）に対称に第２の距離Ｒ2に配置されて、その回折面（１０２；１０３）が、光軸（７ないし４３）において角度β−２γで交差し、前記４つの回折面（１００；１０１；１０２；１０３）は、角度β並びにβ−２γを２等分する、光軸（７ないし４３）も含む共通な面を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
光学的な収束素子（２）と各光検出器（５；５’；６；６’）の有効面（１２；１２’）間に、回折光（１５；１６；１６’；４４）を有効面（１２；１２’）に集光させ、かつ／あるいは、受光のために設定された光の性質（色、偏光）を選択するための光学素子（２６；２６’）が配置されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。
【請求項４】
読み取り面（２５）に配置された基板（３；２４）上のセキュリティ要素（４）の光学的回折マーク（１１）を機器により同時に識別する装置であって、少なくとも所定の波長λの平行光（１０）を読み取り面（２５）に照射するための光源（１）と、前記マーク（１１）で回折されないしは基板（３；２４）で反射された光線（１５；１６；１６’）を電気信号Ｓ１、Ｓ２に変換するための光検出器（５；５’；６；６’；５０）と、前記マーク（１１）と光検出器（５；５’；６；６’；５０）間に配置された大開口の収束素子（２）とを備え、またそれぞれ２つの光検出器（５；６；５’；６’；５０）からなる光検出器対（Ａ−Ａ’；ａ−ａ’；Ｂ−Ｂ’；ｂ−ｂ’；Ｃ−Ｃ’；ｃ−ｃ’；Ｄ−Ｄ’；ｄ−ｄ’）を少なくとも３つ有し、各２つの光検出器はその有効面（１２；１２’）が収束素子（２）の焦点面（８’ないし４５ないし４６）にあって収束素子（２）の光軸（７；４３）に対称に配置されており、前記光検出器対と光軸（７；４３）によって少なくとも３つの回折面（１００；１０１；１０２；１０３）が定まり、更にリード線を介して供給される電気信号Ｓ１、Ｓ２を評価するための評価ユニット（１７）を備えた装置において、
光源（１）の射出瞳（３３）が、光源（１）と読み取り面（２５）間に配置された大開口の収束素子（２）の読み取り面（２５）とは反対側の焦点面（８’）に位置していて、該収束素子は、射出瞳（３３）から射出する円錐光束（９）から読み取り面（２５）を照明する平行光束（１０）を形成し、
前記マーク（１１）と光検出器（５；５’；６；６’；５０）間に前記収束素子（２）が配置されていて、該収束素子は、前記マーク（１１）で回折されないしは基板（３；２４）で反射された光線（１５；１６；１６’）を収束素子（２）の焦点面（８’ないし４５ないし４６）にある光検出器（５；６ないし５’；６’；５０）の有効面（１２ないし１２’）に集光させるように配置されており、
前記評価ユニット（１７）は、光検出器（５；５’；６；６’；５０）の電気信号Ｓ１、Ｓ２を読み取り、光学マーク（１１）を照明したとき焦点面（８’ないし４５ないし４６）に発生する光パターンを識別するように構成されており、評価は、光検出器（５；５’；６；６’；５０）により記録された光パターンとメモリ（２２）に格納された基準パターンとを比較すること、並びに回折光線（１５；１６；１６’）の強度に比例する出力信号Ｘ、Ｙの信号対を対応する電気信号Ｓ１、Ｓ２に関連付けることにより行われ、その場合前記信号対は、回折光線（１５；１６；１６’）により所定の格子パラメータを有する光学マーク（１１）の一つから発生されるものであり、
評価ユニット（１７）は前記光検出器対（Ａ−Ａ’；ａ−ａ’；Ｂ−Ｂ’；ｂ−ｂ’；Ｃ−Ｃ’；ｃ−ｃ’；Ｄ−Ｄ’；ｄ−ｄ’）のそれぞれの出力信号Ｘ、Ｙから相対差ＲＤ＝（Ｘ−Ｙ）：（Ｘ＋Ｙ）を計算して、計算された相対差ＲＤを用いてセキュリティ要素（４）を識別するように構成されていることを特徴とする光学的回折マークを識別する装置。
【請求項５】
光源（１）の射出瞳（３３）が照明軸（５２）上で光学的な入力素子（５３）の焦点に配置されており、光源（１）からの光は円錐光束（９）に広がって前記光学的な入力素子（５３）により平行光束（１０）となり、前記照明軸（５２）並びに平行光束（１０）が読み取り面（２５）の垂線（５４）に対して−δの角度だけ傾斜しており、前記収束素子（２）の光軸（７）が垂線（５４）に対して＋Φの角度をなし、前記照明軸（５２）、垂線（５４）並びに光軸（７）が同じ平面にあり、回折され反射された光線（１５，１６，１６’，４４）が前記収束素子（２）により光検出器面（４５）に集光されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項６】
前記光検出器（５；５’；６；６’）の代わりにＣＣＤ（４９）が用いられることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。
【請求項７】
評価ユニット（１７）は、光源（１）の強度を監視するフォトセル（１８）からの出力信号を用いて光源（１）から発生する光束を制御するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項８】
光源（１）は波長λ1の光の光線源（２７）と波長λ1より大きな波長λ2の光束（２９）を発生するレーザダイオード（２８）とから構成され、光源（１）は光源（１）から発生する光の波長λが前記波長λ1、λ2間で切り替わるように構成されており、前記マーク（１１）は、前後した測定において光源（１）により両波長λ1、λ2の一方で単色で交互に照明されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項９】
光源（１）は波長λ1の光の光線源（２７）と波長λ1より大きな波長λ2の光束（２９）を発生するレーザダイオード（２８）とから構成され、光源（１）は波長λ1、λ2の多色の色を発光するように構成されており、前記マーク（１１）が光源（１）により両波長λ1、λ2で同時に多色で照明されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項１０】
光検出器対の前に偏光フィルタが配置されており、一方の光検出器（５；５’）の前に配置された偏光フィルタは他方の光検出器（６；６’）の前に配置された偏光フィルタに対して９０°だけ回転して配置されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項１１】
光源（１）は、直線偏光した光線（３１）を発生する光線源（２７）と光束（２９）を発生するレーザダイオード（２８）とから構成され、光束（２９）の光は光線カプラ（３０）で向きを変化された後光線（３１）と平行になって光線（３１）に対して直交する方向に直線偏光され、光源（１）は、光源（１）から発光する光の偏光方向が互いに直交する２つの方向に切り替わるように構成されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項１２】
光源（１）には、光源（１）からの光束の強度を周波数ｆで変調する変調器（３６）が設けられることを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【請求項１３】
評価ユニット（１７）は、
出力信号ＸとＹの全ての対から和信号Ｘ＋Ｙと相対差ＲＤ＝（Ｘ−Ｙ）：（Ｘ＋Ｙ）を形成する装置と、
許容値ＫＳと許容範囲Ｓ，Ｐ、Ｎの値を格納するメモリ（２２）と、
全ての和信号Ｘ＋Ｙをメモリ（２２）に格納された許容範囲Ｓの値と比較し、かつ全ての相対差ＲＤをメモリ（２２）に格納された負の相対差ＲＤに対する許容範囲Ｎの値並びに正の相対差ＲＤに対する許容範囲Ｐの値と比較して、各光検出器対に対して前記マーク（１１）の識別結果を求める検査装置と、
前記識別結果からセキュリティ要素（４）を示す指数Ｚを形成するユニットと、
前記指数Ｚをメモリ（２２）に格納された許容値ＫＳと比較することによりセキュリティ要素（４）を識別するユニットと、
を備えたデータ処理ユニット（２１）を有することを特徴とする請求の範囲第１項又は第４項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求の範囲第１項と第４項のおいて書きにおいて述べられた種類の光学的回折マークを機器により識別する装置に関する。
光学的回折マークを機器により識別するこの種の装置は、対応する光学的回折マークを含むセキュリティ特徴部をもった、書類、郵便切手、紙幣、身分証明書、パスポートなどの真贋を調べるのに適している。
ドイツ公開公報第２３５２３６６号には、レンズを有した対応する光学装置によりフーリエ変換を利用して透明なセキュリティ構造を読み取る読み取り装置の基本的な構成が記載されている。プリズムで実現される巨視的なセキュリティ構造に垂直に入射する平行な光は、屈折によって偏向される。同じ方位角の方向の同一のプリズムによって平行光束の光が偏向され、光学装置によって光学装置の焦点面上に集光される。焦点面で光強度が分布することにより識別特徴部が形成される。
ドイツ公開公報第２５３８８７５号から知られた読み取り装置はフーリエ変換を利用して、光を照射することにより同じ形の回折格子の所定のレリーフ構造を識別している。読み取り装置は種々の高次の回折次数で回折された光線の強度を比較し、回折格子に用いられているレリーフの断面形状を検査することができる。真贋の識別に関する安全性は、連続する回折格子を順次読み取るか、あるいは基板に配置された回折格子上の所定の種々の場所を平行して検査する複数の読み取り装置を用いることにより高められる。
スイス特許第６５３１６０号には、コード化された種々の回折構造をもち同時に照明される複数の部分領域を有する真贋特徴部を読み取るドイツ公開公報第２５３８８７５号に記載された読み取り装置の改良が記載されている。回折構造で回折された光は、光学手段によってその焦点面に集光される。焦点面上の光の強度が強い位置は、種々の回折構造の空間周波数や方位角などのパラメータだけで決定される。これらの位置が所定に配置された受光器の位置と一致する場合は、真贋特徴部として識別される。
さらに、米国特許第４０３４２１１号及び米国特許第４０２３０１０号には、回折格子の一部のみを照明する細い光線を用いて同じ大きさの連続する回折格子からなるデータ部を順次光学的に走査するための読み取り装置が記載されている。これらの公報には、例えば読み取り面に対して回折格子面が傾いたり、回折格子面の読取り面に対する間隔が大きくあるいは小さくなったとき、光学走査時に通常起こりうる誤差が指摘されている。間隔誤差の影響は公知の光学フーリエ変換装置により除去される。
ＥＰ−０７１８８３４Ａ２には、高記録密度（ビット／ｃｍ2）を有する光学的記録部並びに複数の回折格子によって構成されたデータ記録部に含まれる一連の情報パターンを確実に読み取る読み取り装置が記載されている。
これら全ての読み取り装置では、回折パターンの読み取りをそもそも可能にするために、データ記録部を正確に案内し、データ記録部の回折パターンを正確に位置合わせすることが必要になる。以前から使用されている読み取り装置では、所定に配置されたミラーやプリズム面により読み取り装置が簡単に誤検出を犯してしまうことを排除することはできない。
スイス特許第６５３１６２号による読み取り装置は、回折格子を照射する光の波長を周期的に変化させたときの回折角度の変化を検出することにより、そのような誤検出を排除している。
複製が極めて困難なセキュリティ特徴部並びにそれを反射性回折格子を有する面要素から作成することがＥＰ−１０５０９９、ＥＰ−１６９３２６並びに米国特許第５０３２００３号に記載されている。回折格子は入射する白色光を反射して、所定の方位角度で種々の回折次数に回折させる。輪郭形状、空間周波数並びに方位角の方向などの回折格子の格子パラメータが回折特性を決定する。機器により読取り可能な情報を、この種のセキュリティ要素のパターンに分からないように組み込むために、非対称性な輪郭形状を用いることがＥＰ−３６０９６９Ａ１並びにＥＰ−３６６８５８Ａ１に開示されている。これらの公報には、輪郭形状の非対称性を識別できる読み取り装置の概略的な実施例も示されている。
本発明の課題は、光学的に回折するセキュリティ特徴部を有するデータ記録部を読み取る安価で簡単な構成の光学読み取り装置で、この光学的な特徴を同時に、しかもデータ記録部の位置合わせに対する要件を厳しくすることなく、機器により読み取ることができる装置を提供することである。
本発明によれば、この課題は、請求の範囲第１項並びに第４項の特徴により解決される。好ましい実施形態が従属請求項に記載されている。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図面において、
第１図は、読み取り装置の断面、
第２図は、評価処理、
第３図は、セキュリティ特徴部を有する書類、
第４図は、焦点面の光パターン、
第５図は、光源、
第６図は、外部光を抑圧するための装置、
第７図は、光検出器の異なる配置を有する読み取り装置、
第８図は、斜め照明の読み取り装置
を示す。
図１において、１は光源、２は光学的な収束素子、３は書類、４はセキュリティ要素、５ないし６は、第１図の図面で収束素子２の光軸７の左ないし右に示した光検出器、８は収束素子２の光源１側の焦点面８’が回折面１００と交わる交差線を示す。回折面１００は、記述をよりよくする目的だけに考えられて図示したもので、光検出器５、６から形成される一対の光検出器並びに光軸７により定められる。両光検出器５と６は、光軸７に対して対称に配置されており、従って光軸７に対して等距離Ｒになっている。収束素子２としては、レンズ、凹面鏡、ホログラム、回折格子などが利用できる。焦点面８’は収束素子２の収差のために平面ではなく、回折面１００とともに湾曲した交差線８を共有する湾曲面となる。
光源１では、例えば、レーザ、レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはカラーフィルタを備えた白熱電球により、赤外線及び／又は可視光スペクトルからなる所定の波長λのほぼ単色光線が発生される。ここでは不図示の光源１の射出光学系により光源１の光束は、収束素子２の焦点面に集光されるので、光束は扇状に広がり円錐光束９になり、その頂点は交差線８上にあって、収束素子２の有効開口を大部分照明する。収束素子２は、円錐状に入射する光線から収束素子２の有効開口によって限定される平行光束１０を発生する。平行光束１０は、円錐光束９の延長光軸に平行になっており、書類３の一部並びに書類に取り付けられたセキュリティ要素４を静的に照明する。好ましくは、開口が大きい収束素子２が用いられる。というのは、光束１０の直径は開口に関係するし、セキュリティ要素４ないし書類３に光束１０を整合させる要件が少なくなるからである。円錐光束９の軸は、第１図には簡単のためにそうしたが、光軸７と一致する必要はない。
セキュリティ要素４は、代表的には、書類に貼付され、反射性回折構造を有する多数の埋め込み面要素を備えたプラスチックからなる積層物であり、回折構造の幾つかあるいは全ては、読み取り装置により識別可能な情報を有する光学的な回折効果をもつマーク１１として用いられる。面要素により、積層物の透明な被覆層を介して視覚によっても認識できる冒頭の文献から公知のパターンの一つが形成される。この種の積層物の実施例はＥＰ−４０１４６６から公知である。また、同時のスイス出願１３６８−９７に光学マーク１１の実施例が記載されている。
平行光束１０は、光学的な回折効果を有する第１のマーク１１を備えた矢印で図示の２つの部分面に垂直に入射する。これらは、同じ格子パラメータ（方位角φ、輪郭形状、空間周波数など）を有し、方位角φの方向は回折面１００に平行になっている。部分面はセキュリティ要素４の面の種々の場所に分布しており、そのパターンと一体になっている。マーク１１を有する全体の面は、好ましくは複数の部分面に分割されており、それによりマーク１１は被覆層が損傷しても安全になっている。第１のマーク１１により、例えば回折次数がｍ＝±１の場合、波長λの入射光は、入射光束１０に対称に回折角度±αで回折される。マーク１１を有する各部分面からは回折面１００で回折角度±αで回折された平行光が収束素子２に入射する。よく知られているように、平行光線は収束素子２を通過した後、焦点面８’上で単一の点１３ないし１４に集光し、その光軸７からの距離ｒは、平行光線と光軸７間の角度によって決定される。従って、収束素子２により、回折角度−αで回折された光１５から全体面の点状の１次像が交差線８上に形成され、そこに光を電流に変換するための光検出器５の有効面１２が配置される。また、回折角度＋αで回折された光１６は同様に光検出器６の有効面１２’に集光する。
ほかのマーク１１が異なる空間周波数を有する場合には、照明が同じであると、異なる回折角度で回折が起こり、その角度の値はαの値と異なるので、回折光は例えば、光軸７に対称に位置する点１３と１４に集光する。光軸７に対する距離ｒは距離Ｒと異なっている。これに対して、ほかの光学マークの方位角φの方向が面１００から外れる場合には、回折光の両焦点は焦点面８’上にあるが、回折面１００から方位角φだけ向きが変わる。
マーク１１も含めて、光学的な回折効果のあるセキュリティ要素４の全ての面要素で回折された光により、光束１０の部分面の場所に無関係に、照明光の波長λ、回折角度並びに格子パラメータに応じて収束素子２により１次像が焦点面８’に形成される。その場合、同じ回折次数の両焦点は、極座標ｒ、φ並びにｒ、φ＋１８０°を有する。
座標系の原点は、光軸７ないしゼロ次の回折光が焦点面８’と交わる点である。両光検出器５、６の有効面１２、１２’により回折光１５、１６の受光立体角が決まる。受光面の中心は極座標Ｒ、φ並びにＲ、φ＋１８０°を有するので、第１のマークの部分面で回折され、受光面に集束された光線だけが受光され、他の光学マークからの回折光は受光することができない。
光検出器５と６により、その有効面１２、１２’に入射する回折光１５ないし１６は、回折光１５、１６の強度に比例した電気信号に変換される。光検出器５の信号Ｓ１ないし光検出器６の信号Ｓ２はリード線を介して評価ユニット１７に供給される。評価ユニット１７により両電気信号Ｓ１とＳ２から少なくとも相対差ＲＤ＝（Ｓ１−Ｓ２）：（Ｓ１＋Ｓ２）が形成される。
信号ＲＤがゼロと異なる場合は、マーク１１は非対称な格子輪郭を有し、符号（ＲＤ）関数は面１００の方位角φの方向を示している。
好ましくは、評価ユニット１７により光源１の強度が制御され、それにより光検出器５、６並びに光源１は最適な領域で動作するようになる。フォトセル１８は、光源１の強度を監視し、光源１で発生する光束の所定分を測定する。リード線１９を介して評価ユニット１７に供給されるフォトセル１８の出力信号ＡＳを用いて光源１により発生する光束が制御される。発光ダイオード（ＬＥＤ）から光が発生される場合は、制御は単に供給線２０を介してＬＥＤに供給される電流の大きさを介して行われる。
一対の光検出器５、６により検出されるマーク１１の部分面は所定の最小限の面積を有するので、光検出器５、６により十分な大きさの電気出力信号Ｓ１、Ｓ２が発生する。好ましくは、フォトセル１８の出力信号ＡＳを用いて光検出器５、６の出力信号Ｓ１とＳ２が標準化される。すなわち、比Ｓ１／ＡＳ並びにＳ２／ＡＳが形成される。これらの信号Ｓ１／ＡＳ、Ｓ２／ＡＳは光束１０の実効強度には無関係であるが、同じマーク１１を有する全ての部分面の和並びにセキュリティ要素４の全体の状況に関係する。
第２図には、回折面１００における一対の光検出器の出力信号Ｘ＝Ｓ１ないしＸ＝Ｓ１／ＡＳ並びにＹ＝Ｓ２ないしＹ＝Ｓ２／ＡＳの処理が図示されている。評価ユニット１７（第１図）は、両出力信号の和、すなわちＸ＋Ｙ、並びに相対差、すなわちＲＤ＝（Ｘ−Ｙ）：（Ｘ＋Ｙ）が関連する許容範囲Ｓ、Ｎ及びＰにあるかを検査する。和信号Ｘ＋Ｙが許容範囲の値Ｓをとるときには、第１のマーク１１（第１図）は、所定の最小総面積、並びに回折面１００の光検出器５、６用の格子パラメータを有する対称ないし非対称なレリーフ構造を有している。相対差ＲＤが負であり、許容範囲Ｎにある場合には、レリーフ構造は非対称であり、右側の光検出器６が左側の光検出器５よりも強く照明される。相対差ＲＤが正の値であり、許容範囲Ｐにある場合には、レリーフ構造は同様に非対称であるが、方位角は１８０°大きいφ’＝φ＋１８０°となる。この場合は、左側の光検出器５の光強度が右側の光検出器６のものよりも大きくなる。これに対して、相対差ＲＤが範囲ＮとＰの値の間にある場合、すなわち、実質的にほぼゼロに等しい場合で、和信号Ｘ＋Ｙが許容範囲Ｓである場合には、両光検出器５、６は、対称的なレリーフ構造での光の回折の場合のように、ほぼ同じ強さで照明される。
これに対して、和信号Ｘ＋Ｙが許容範囲Ｓの下限値Ｕに達しない場合には、両光検出器５と６はわずかの強度の光しか受光しない。この場合、回折面１００の光検出器５、６用の格子パラメータを有する光を回折するレリーフ構造は、所定の最小総面積に達しない。このレリーフ構造に代えて、例えば、光沢のない構造、垂線が光束１０に平行になるようにされた平坦な鏡面、他の格子パラメータを有するレリーフ構造、印刷技術で塗布される顔料など、あるいは積層物の反射層の透明な窓をセキュリティ要素４（第１図）内の光学マーク１１として用いることもできる。また、「所定のレリーフ構造無し」の結果を評価ユニット１７において他の処理に用いることもできる。
これに対して、和信号Ｘ＋Ｙが下限値Ｕを超えるが、和信号Ｘ＋Ｙが許容値Ｓ外であるか、あるいは相対差ＲＤの絶対値が上限値Ｌより大きい場合には、評価ユニット１７は信号Ｘ、Ｙを無視して、更に処理が行われるのを停止する。というのは、傾斜した鏡面でまぶしい光線が発生するときのように、光検出器５、６の一方あるいは両方が過剰な大きさの光を受光しているからである。ＲＤの値がゼロからかなりずれており、また範囲ＮとＰでない場合も、さらに処理が行われるのを停止する。
従って、一つの回折面並びに一つの光検出器対により識別可能な光学マーク１１の数は４つ、すなわち対称的なレリーフ構造、２つの非対称的なレリーフ構造、そして所定のレリーフ構造無しの４つになる。回折面１００に対する出力信号Ｘ、Ｙの処理の結果は数値Ｃ1でコード化される。例えば、所定のレリーフ構造無しに対しては、Ｃ1＝０、対称的なレリーフ構造の場合は、Ｃ1＝１、非対称的な両レリーフ構造の一つに対してＣ1＝２ないしＣ1＝３となる。
回折面１００は、点１３（第１図）及び点１４（第１図）に第２の光検出器対を有することができ、他の光検出器対に無関係に、光学マーク１１の４つの輪郭タイプを識別することができる。両検出器対に対する所定のレリーフ構造は、回折角度が相違するだけである。
回折面１００と同様に記述できる複数の回折面１００、１０１、１０２、１０３などを組み合わせると、異なるＱの格子パラメータを有する光学マーク１１を同時に検出することが可能になる。組み合わせにより、全体でＱ個の光検出器対を有することになる。これらの回折面１００、１０１、１０２、１０３などは光軸７で交差し、１０°と９０°間の角度で交わる。すなわち、同時に識別できる光学マーク１１は少なくとも方位角φが異なる。これらの信号は同時に検出され、評価される。これにより、数値Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4、などに基づいて同時に機器により読み取り可能な情報に対する効果的な基盤が与えられる。データ処理ユニット２１は、Ｑの光検出器対の各々に対して同時に実施される光学マーク１１の認識結果を光検出器対ｑに関連した数値Ｃqで重み付けし、以下の指数を発生する。
0004094068.tif 000002
但し、ｑ＝１からＱ
具体的な利用例に許容できる指数Ｚの値ＫＳは、許容範囲Ｓ、Ｐ、Ｎ並びに限界値Ｕ、Ｌの値とともに、基準値としてデータ処理ユニット２１のメモリ２２に格納される。指数Ｚが許容値ＫＳに含まれている場合には、指数Ｚはデータ処理ユニット２１には知られている許容できる情報ないしセキュリティ要素４（第１図）のコード値である。このようにしてＱ＝４で２５６の組み合わせないしセキュリティ要素４を識別することができる。データ処理ユニット２１は、例えば、セキュリティ要素４のコード値を検出した、あるいは検出しないなどの認識結果をリード線２３を介して適当な形式で、例えば表示装置、分類あるいは計数装置などに送出する。
非対称的な回折構造は、その輪郭形状に対応して所定の相対差ＲＤを有し、例えば、第１の輪郭の場合には、相対差ＲＤの値は第１の範囲０．３＜ＲＤ＜０．６にあり、第２の輪郭の場合には、第２の範囲０．７＜ＲＤ＜０．８にある。なお、これらの限界値は、両範囲が重ならないことを示すための単なる例である。この場合、値ＲＤはＮ1あるいはＮ2ないしＰ1あるいはＰ2の値からでてくる。非対称的なレリーフ構造の場合、値ＲＤの符号が相違するだけでなく、その絶対値｜ＲＤ｜も相違する。従って、数値Ｃの値の範囲は、Ｃ∈｛０，１，…，（２・Ｍ＋１）｝として、絶対値｜ＲＤ｜で確実に識別可能な非対称なレリーフ構造の数Ｍに関係する。上記の例で、Ｍ＝２とすると、６個の構造を識別することができる。Ｋ個の構造を識別でき、Ｑ個の光検出器対が配置される場合には、指数は、総和
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ｑ＝１からＱの全ての値にわたって加算
から計算される。
第３図において光源１が、冒頭で述べたスイス特許明細書第６５３１６２号に記載されているように、周期的に変化する波長λの発光光線を発生する場合には、それに対応して回折角度α（第１図）の値が変化する。例えば、緑の光線（λ≒５３５ｎｍ）から赤（λ≒６５６ｎｍ）に変化すると、回折角度αの値は大きくなり、回折光１６’は、光１６の光検出器６ではなく、光検出器６よりも光軸７から更に離れた第２の光検出器６’のところに入射する。すなわち、距離Ｒ’は距離Ｒ（第１図）よりも大きくなる。第３図では、見やすくするために、光軸７に対称な回折は図示されていない。同じことが、光検出器５、５’並びに回折角度−αで回折された光１５（第１図）に対して当てはまる。評価ユニット１７（第１図）によりまず波長λ1で照明したときのセキュリティ要素４の指数Ｚ1が求められ、続いて波長λ2の光での指数Ｚ2が求められる。セキュリティ要素４を良好に識別するためには、前後する２つの測定時においてそれぞれ指数Ｚは、使用した波長λ1、λ2の光に関連する多数の値ＫＳから出てこなければならない。
書類３（第３図）は、ページ開きのノート２４として図示されており、例えば、それはページにセキュリティ要素４を接着したパスポート２４である。縫い閉じのためにパスポート２４のページは、縫い閉じの方向に向かって湾曲が増大しており、セキュリティ要素４はその厚さがわずかであるため、それにならってしまう。セキュリティ要素４の表面の湾曲が場所的に変化するために、光束１０の光線は垂直からずれた角度でマーク１１（第１図）に入射する。第３図には、同じ２つのマークに対する光路が図示されており、その回折光は入射角度が異なるため、もはや平行でなく、発散する。回折光１５、１６ないし１６’は単一の点１３（第１図）に集束するのではなく、光軸７に対して異なる距離ｒ（第１図）で焦点面８に入射する。同様な状況が、しわになった紙、例えば使用された紙幣あるいは有価証券などに見られる。この場合も、セキュリティ要素４は局所的に紙の表面になじみ、回折光１５、１６ないし１６’は場所によって対応する回折面１００からずれてしまう。このように傾いたマークで回折される光１５、１６ないし１６’を確実に検出するために、光検出器５；５’；６；６’の有効面１２（第１図）、１２’（第１図）は好ましくは径方向並びに方位角の方向に延長される。方位角方向に延長させることにより、セキュリティ要素４ないし基板３、２４の方位角が回折面１００、１０１、１０２、１０３などに対して良好に整合してない場合でもマークの読み取りが可能になる。光検出器５、６、６’の有効面１２、１２’は予め決まっており、そのサイズ並びに形状は変化させることができないので、好ましくは、光検出器５、５’、６、６’の有効面１２、１２’の前に、所定の立体角で回折された光１５、１６、１６’を集光し有効面１２、１２’に偏向する光学手段２６、２６’（プリズム、レンズ、フィルタ、ホログラム、回折格子など）を配置することができる。この立体角は焦点面８’上で光検出器５、６、６’の受光面を定める。サイズと形状（円環の一部、円形、扇形、矩形など）は使用目的に合わせる。第４図では、簡単にするために、受光面は円形Ａ〜Ｄ、Ａ’〜Ｄ’及びａ〜ｄ、ａ’〜ｄ’として図示されている。
第３図で、平坦で透明なプレート、例えば、面平行な表面を有するガラスプレートにより収束素子２と反対側に表面のある読み取り面２５が形成される。ガラスプレートにより検査すべき書類３に対して平坦な支持部ができ、またセキュリティ要素４の湾曲がなくなり、それにより回折光は良好に受光面に集束するようになる。さらにガラスプレートは光学部材を有する装置の内部を埃や指紋などから保護する。これは、特に、装置が上下逆にされ、光源１が、ガラスプレート上に乗って平坦にされたセキュリティ要素４を下方から照明するときに重要になる。ここで再び、光軸７が読み取り面２５に垂直である必要はないことに注意しておく。
第４図には、光軸７で交差する４つの回折面１００、１０１、１０２及び１０３を有する本装置の実施形態の焦点面８’が図示されている。第４図で光軸７は図面に対して垂直であり、無形の回折面１００、１０１、１０２及び１０３は焦点面８’との交差線により図示されており、また光検出器対の受光面Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’Ｃ、Ｃ’Ｄ及びＤ’は円形の面として図示されている。これらの円形の面は、セキュリティ要素４が光束内に挿入された場合で、径方向の距離Ｒ1、Ｒ2が空間周波数ないし回折角度並びに光束１０の波長λで定まる所定の値を有する場合に、方位角φないしφ＋１８０°の対応する方向に整合された光学的な回折効果を有するセキュリティ要素４（第１図）のマーク１１（第１図）からの回折光１５（第１図）、１６（第２図）が予想される領域を示す。
表１は、赤色光（λ＝６７０ｎｍ）で読み取るための第４図装置のパラメータの組を例示する。光検出器はその受光面Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’、Ｄ及びＤ’で図示されている。光検出器対Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’が同じ距離Ｒ1＝９．９ｍｍとなっている回折面１００及び１０１間の交差角はβ＝９０°であり、光検出器Ａ、Ａ’ないしＢ、Ｂ’に対しては距離Ｒ1＝９．９ｍｍであり、光検出器Ｃ、Ｃ’ないしＤ、Ｄ’に対しては距離Ｒ2＝１６．６ｍｍである次の回折面１００と１０２ないし１０３と１０１間の交差角はそれぞれγ＝３０°となっている。従って、回折面１０２と１０３では、α−２γ＝３０°の角度になる。収束素子２（第３図）としては、Ｓｐｉｎｄｌｅｒ ＆ Ｈｏｙｅｒの公称焦点距離２５ｍｍの色収差補正レンズＮｏ．３２２２８４が用いられる。色収差補正レンズは開口が比較的小さいために、読み取り面２５（第３図）と収束素子２（第３図）間の距離は約３ｍｍとなる。
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第５図の実施形態では、光源１は波長λ1の光の光線源２７のほかに、より大きな波長λ2の平行光束２９を発生するレーザダイオード２８を有する。光線カプラ（例えばダブルプリズム、ハーフミラーなど）３０により、光線２９は光線源２７の光線３１に平行に偏向される。光線２９と３１は、レンズ３２により集光され、その場合、焦点は射出瞳３３として焦点面８’にあり、円錐光束９の頂点を形成している。例えば、光学マーク１１（第１図）は、前後した測定において光源１により、両波長λ1、λ2の一方で（単色で）交互に照明されるか、あるいは両波長λ1、λ2で同時に多色で照明される。マーク１１の照明光の波長λがλ1から大きな波長λ2に変化すると、照明角度の大きさが大きくなり、回折光１６（第３図）は、第４図において回折光１６（第３図）の光検出器対Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’の受光面からΔＲだけずれて点線で図示した光検出器対ａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’、ｄ−ｄ’の受光面に移動する。指数Ｚ1、Ｚ2は、８個の光検出器対（Ｑ＝８）のそれぞれからの出力信号Ｘ、Ｙから求められる。その場合、波長λ1で照明した場合に指数Ｚ1が、また波長λ2で照明した場合に指数Ｚ2が計算される。セキュリティ要素４（第３図）を多色照明した場合には、同じ回折面１００、１０１、１０２ないし１０３の両光検出器対の受光面、例えば、Ａ−Ａ’、ａ−ａ’などに回折光が予想される。この場合には、Ｑ＝８とする一つの指数のみが求められる。状況によっては、好ましくは、光学手段２６（第３図）、２６’（第３図）に波長λ1、λ2を通過させるフィルタが設けられる。波長λ1、λ2の値の範囲は、電磁波の可視光及び赤外光スペクトルである。例えば、レーザダイオード２８は、その構造に従ってλ＝４３０ｎｍ（青）の範囲からλ≧１０７０ｎｍの赤外光までにある波長λの単色光を発生する。赤外光は、例えば黒に着色した積層物の被覆層を通過するので、視覚により見ることができない光学マーク１１の刻印レリーフ構造を光学的に検出することができ、情報を読み出すことができる。
スイス特許出願２１７２／９６（ＷＯ９８／１０３２４）には、入射光の偏光面に依存する非対称性を有する回折格子が記載されている。この非対称性は、特に回折格子の線の間隔ｄが光源１（第５図）から発光される波長λの３倍より小さいときに顕著になる。この種の回折格子は、好ましくは、特に偽造防止に関する高度な要件を満たさなければならない光学マーク１１に対して用いられる。光学マーク１１は、更にセキュリティの特徴として回折光の強度が光線の偏光に顕著に依存している。第３図において光検出器５、５、６、６’の有効面１２、１２’の前に配置された光学手段２６、２６’がそれに対応して配置された偏光フィルタを有している場合には、光学マーク１１は、同じ光検出器対Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’を用いてこのセキュリティの特徴を有しているかが検査される。
少なくとも光検出器対Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’の一つの前に対応して配置された偏光フィルタを有する装置は、体積ホログラム（Ｈ．Ｊ．Ｃａｕｌｆｉｅｌｄの「光学ホログラフィハンドブック」頁２０２以降、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社、１９７９、ＩＳＢＮ０−１２−１６５３５０−１）によるセキュリティ特徴部の複製をその偏光特性により偽造として検出することができる、という利点を有している。偏光フィルタの配置並びに偏光フィルタを装備した光検出器対の数は、光学マーク１１に用いた偏光回折格子のパラメータに関係する。
例えば、光検出器５、５’の前に配置の偏光フィルタは、光検出器６、６’の前に配置の偏光フィルタに対して９０°だけ回転して配置することができる。
光源１の他の実施形態は、第５図に図示した構成を有し、直線偏光の光を用いて光学マーク１１を照明するように構成されている。偏光光源３４ないし３５には、レーザダイオード２８並びに光線カプラ３０が設けられる。光線源２７は、第５図の図面で直線偏光の光線３１を発生するように構成されており、また光束２９の光は光線カプラ３０で向きを変化された後光線３１に平行になり、光線３１に対して直交する方向に直線偏向される。光束１０（第１図）の偏光面の方向は光源の種類から決まる。第１回目の測定時には、光束１０の偏光面は、光線源２７が投入されているので、光線３１のものと同じである。続く測定時には、光束２９だけが光学マーク１１の照明に寄与するので、光束１０の光の偏光面は第１回の測定時の偏光面に対して９０°だけ回転する。２回の連続した測定からそれぞれ対応する偏光方向に対する指数Ｚが求められる。セキュリティ要素４を確実に識別するためには、指数Ｚが対応する偏光方向に対して予め求められた多数の値ＫＳから得られるものでなければならない。それぞれの場合に、同じ波長λが用いられるので、偏光の作用を検出するために、他の光検出器対は必要でない。
光源１は、光線源２７の代わりに、９０°だけずれた第２の直線偏光光源３５を有することができる。両光線カプラ３０により光源３４、３５からの両光束２９はレンズ３２の光軸に平行にされる。
光線源２７，２８をオンオフする代わりに、光線カプラ３０の前の各光路において機械的あるいは電磁気的なシャッターにより望ましくない光を遮断することができる。光源１（第１図）の仕様を高価なものにすることにより、波長λ並びに偏光とその方向に関する光の性質を変えることができる。光検出器対を設ける回折面１００、１０１、１０２、１０３などの数並びに光源１の仕様は、識別すべきセキュリティ特徴部４（第１図）の大きさに関係する。
光学マーク１１を識別するすべての装置と同様に、上述した装置も外部光の影響を受ける。第６図には、遮光部材を使用することなく、外部光を抑圧する好ましい装置が図示されている。光源１には、デジタルあるいはアナログの変調信号を用いて光束１０の光強度を周波数ｆで変調する変調器３６が設けられる。光学マーク１１で回折された光１５、１６（第３図）、１６’（第３図）も同様に周波数ｆで変調され、自然あるいは人工の散乱光とともに、光検出器５、５’、６、６’の光電変換器３７の受光面１２、１２’（第３図）で受光され、電気信号に変換される。各光検出器５、５’、６、６’等は、更に変換器３７の出力に接続されたハイパスフィルタ３８、変調器３６と接続され、変調信号を受信する復調器３９並びにローパスフィルタ４０を有する。変換器３７の電気信号は、まず下方遮断周波数ｆUのハイパスフィルタ３８を通過し、散乱光に起因する成分が除去される。ハイパスフィルタ３８の後に残る信号は、変調信号を復調する復調器３９に達する。復調器３９の出力に設けられたローパスフィルタ４０は、上方遮断周波数ｆOを有し、回折光１５、１６、１６’により発生した有効信号を平滑化し、光検出器５、５’、６、６’の出力信号Ｓ１ないしＳ２として出力する。例示した実施形態では、周波数ｆ＝１８．４ｋＨｚの場合、下方遮断周波数ｆU＝２．７ｋＨｚ並びに上方遮断周波数ｆO＝１．０ｋＨｚが用いられる。
光源１が変調されるか、されないに無関係に、光源１の光線は例えば周期的にオンオフされる。評価ユニット１７は、対応する信号を供給線２０を介して変調器３６に送り、光源１からの光束を制御する。その場合、測定サイクルは少なくとも測定期間と休止期間を有している。測定期間でのオン期間は電光のように極めて短時間に設定されるので、読み取り面２５（第３図）で高速に搬送される紙幣あるいは有価証券などの書類３からセキュリティ要素４をほぼ静的に読み取り、識別することができる。測定サイクルのオン期間は、例えば、書類３により光バリアにより開始させることができる。
ざらざらした書類３、２４（第３図）の紙の表面では、光束１０により拡散性の散乱光が発生する。散乱光の成分は有効信号強度の数パーセント程度の強度を有し、上述した装置によってはこれを除去することはできない。そのため、好ましくは、評価ユニット１７は第２図の処理の前に、光検出器５、６ないし６’から供給される出力信号Ｓ１ないしＳ２が限界値Ｇを超えているかを調べる。この限界値Ｇは、光束１０によって照明された紙の表面からの散乱光により発生される信号レベルに対応する。散乱光のみによって発生した出力信号Ｓ１、Ｓ２は、限界値Ｇより小さく、評価ユニット１７の入力の判別器４１により抑圧することができ、更に処理されることはない。
第７図では、ハーフミラー４２が円錐光束９に配置されるので、収束素子２（２重矢印線で図示）の光軸７（第１図）は例えば９０°だけ偏向し、第２の光軸４３を形成する。回折次数０並びに±１で回折された光４４、１５（第１図）、１６（第２図）は、もはや焦点面８’に集光せず、セキュリティ要素４の１次像としての光パターンは第２の光軸４３と直交する焦点面４５上に結像される。光検出器面４６を光軸７から更に離して配置しなければならないときには、焦点面４５と光検出器面４６間で第２の光軸４３上に結像系４７を配置する。結像系４７の両焦点は２つの面４５と４６にある。光源１は、光線がほぼ垂直に入射する場合は、光束１０により書類３並びにセキュリティ要素４を照明する。０次回折光で回折され書類３により反射された光４４は焦点面４５で第２の光軸４３上の一点に集光され、結像系４７により光検出器４６上で第２の光軸４３が通過する点４８に結像される。一次回折次数で回折された光１５、１６は通過点４８に対して対応する極座標ｒ、φ及びｒ、φ＋１８０°で光検出器面４６に入射する。書類３が光束１０に平行な回転軸で角度θだけ回転すると、光検出器面４６上の光パターンは同様に通過点４８を中心に回転する。すなわち、全ての座標値は、ｒ、φ＋θ及びｒ、φ＋１８０°＋θとなる。
個々の光検出器５、５’、６、６’の代わりに、好ましくは、光検出器面４５に、例えばカムコーダーとして知られた光検出器アレイあるいは「電荷結合素子（ＣＣＤ）」を用いることができる。光検出器アレイは、「電荷結合素子（ＣＣＤ）」よりも評価ユニット１７により高速に読み出すことができる。本発明では、検出器のタイプに無関係であるので、両方を以下ではＣＣＤ４９ということにする。第５図で、単一のＣＣＤ４９に代えて、２つあるいはそれ以上のＣＣＤ４９を射出瞳３３ないし光軸７（第１図）の周囲に配置することもできる。
第４図に基づいて読み取り装置に対するＣＣＤ４９の好ましい応用例を説明する。ＣＣＤ４９は、１ｃｍ2以下のところに感光性変換器３７（第６図）を有する５０００００個以上の検出セル５０を備えた光検出器のブロックからなっている。表１の例では、６３８ライン／ｍｍの空間周波数は距離Ｒ1に関連しており、９８６ライン／ｍｍの空間周波数により距離Ｒ2が決まる。セキュリティ要素４がしわになっても光学マーク１１からの光を確実に識別することができるようにするために、セキュリティ要素４（第１図）の他の回折素子に対して用いられる空間周波数に対して例えば±５０ライン／ｍｍの余裕を設けなければならない。マーク１１（第３図）で用いた空間周波数はセキュリティ要素４の他の回折素子には用いられていないので、平均半径Ｒ1とＲ2を有する２つの円形リングＫ１、Ｋ２（２つの陰影を施した円形リングの断片として図示）内の検出セル５０により受光される光は一義的にマーク１１から出てきたものである。
第４図で光パターンは、例えば、両円形リングＫ１、Ｋ２内の照明された円形面ＡからＤないしＡ’からＤ’並びに通過点４８のスポットから形成される。セキュリティ要素４の方位角が変化すると、円ＡからＤないしＡ’からＤは通過点４８を中心に両円形リングＫ１、Ｋ２上を定まったパターンで所定の形で移動する。セキュリティ要素４を傾けると、スポット５１は移動し、光パターンは歪む。数学的な再変換により光パターンはその歪みがなくなり、許容基準パターンと比較されるかあるいは相関がとられる。ＣＣＤ４９に接続された評価ユニット１７は、まず円ＡからＤないしＡ’からＤ’で照明された検出セル５０の正確な極座標ｒ、φないしｒ、φ＋１８０°を求め、光パターンの像をメモリ２２（第２図）に生成し、この像をメモリ２２に格納されている所定の基準パターンと比較する。基準パターンは、両円形リングＫ１、Ｋ２内で光軸７、４３の両側に予想される回折光の少なくとも３対の強度中心点からなっている。両円形リングＫ１、Ｋ２に位置しない検出器５０からの全ての信号はマーク１１からのものではなく、抑圧される。ＣＣＤ４９の解像度が大きいために、照明された円ＡからＤないしＡ’からＤ’のうち一つの出力信号ＸないしＹは、隣接する多数の検出セル５０から形成され、各円の座標は照明強度の中心点から計算される。円座標（ｒ、φ）を有する出力信号Ｘと円座標（ｒ、φ＋１８０°）を有する出力信号Ｙにより信号対Ｘ、Ｙが形成され、これらの信号は、所定の格子パラメータを有する光学マーク１１の回折光により発生されたものである。異なる格子パラメータを有する光学マークの数に対応して、第２図に図示した方法に従って解析される信号対が存在する。各信号対は光検出器対５、６ないし５’６’の両出力信号Ｓ１、Ｓ２に対応し、それに従って例えば、Ａ−Ａ’で示すことができる。メモリ２２には、全ての出力信号Ｓ１とＳ２の群を得るために必要な他の基準値、例えば、半径Ｒ1、Ｒ2、円形リングＫ１、Ｋ２の幅、識別用の基準パターンなどが格納される。マーク１１を良好に読み取るためには、これらは光束１０だけになければならない。方位角の方向、読み取り面２５からの距離（第３図）並びに書類３（第７図）の横方向の変位は影響はないが、書類３がかなり傾いた場合は補正しなければならない。
第８図には、読み取り面２５（第３図）の垂線５４に対して角度δ（好ましくは０°≦δ≦４５°）だけ傾斜した照明軸５２を有する読み取り装置が図示されている。この装置の利点は構成がコンパクトになることである。光源１からの光は円錐光束９に広がり、光学的な入力素子５３（レンズ、凹面鏡、ホログラム、回折格子など）により平行光束にされる。反射され回折された光４４及び１５、１６は収束素子２により焦点面４５に移され、そこで光が光検出器５、５’、６、６’あるいはＣＣＤ４９（第７図）に入射する。収束素子２の光軸７は垂線５４に対して角度Φを形成しており、例えばδ＝Φであり、照明軸５２は、光軸７並びに垂線５４と同じ面とすることができる。照明軸５２並びに光軸７は、読み取り面２５（第３図）において交差する限り、セキュリティ要素２上の半空間で任意の方向とすることができる。また、角度δ、Φは同じである必要はない（δ≠Φ）。角度δ、Φの選択はかなり自由であるが、識別すべき光学マーク１１（第６図）の格子パラメータ並びに光源１の波長λに合わせる必要がある。上述した、単純な回折面１００など（第１図）を有する回折特性は第８図の装置ではもはや当てはまらない。光束１０の光が所定の格子で回折される方向は一般的に回折面ではなく、錐面にある。すなわち、焦点面４５上の光パターンは垂直な光の入射に対して歪んでしまう。パターンは、Ｒ．Ｐｅｔｉｔによって編纂された「格子の電磁気学的理論」Ｓｐｒｉｎｇｅｒ出版社、ベルリン、１９８０の「円錐回折」に関する実施例に従って角度δに関して計算され、メモリ２２（第２図）に基準パターンとして格納される。ＣＣＤ４９の検出セル５０からの信号の評価は、光パターンの像と基準パターンとを比較し、種々の光学マークに応じて検出器５０（第４図）の信号を信号対Ｘ、Ｙと対にして関連付け、上述したように全ての信号Ｘ、Ｙを処理することにより行われる。
上述した例では、回折次数０、±１に関して述べたが、本発明の考えを逸脱することなく、例えば±２次の回折次数、あるいは−１次及び−２次の回折次数など他の回折次数の解析も行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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