УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ МЕТОК Российский патент 2003 года по МПК G06K19/16 

Изобретение относится к устройству для автоматического распознавания оптических дифракционных меток такого типа, как представлено в ограничительной части пунктов 1 и 4 формулы изобретения.

Такие устройства для автоматического распознавания оптических дифракционных меток являются подходящими для проверки подлинности документов, почтовых марок, банкнот, документов, удостоверяющих личность, паспортов и тому подобных, имеющих элемент защиты, который содержит соответствующие оптические дифракционные метки.

Выложенная заявка на патент Германии (DE-OS) 2352366 иллюстрирует основное расположение считывающего устройства для прозрачной системы защиты, использующего преобразование Фурье за счет подходящего оптического устройства с линзами. Параллельный световой пучок, падающий перпендикулярно по отношению к макроскопической системе защиты, сформированный с участием призм, преломляется за счет рефракции. Идентичные призмы, включающие одну и ту же азимутальную ориентацию, преломляют свет в виде параллельных пучков, которые фокусируются оптическим устройством в точку, расположенную в фокальной плоскости оптического устройства. Распределение уровней световой интенсивности в фокальной плоскости формирует элемент распознавания.

Считывающее устройство, известное из выложенной заявки на патент Германии (DE-OS) 2538875, использует преобразование Фурье для распознавания заданной рельефной структуры однородной дифракционной решетки за счет освещения светом. Считывающее устройство сравнивает уровни интенсивности световых пучков, которые отклоняются на порядках дифракции, имеющих различные значения, и таким образом возможно делать выводы о форме поперечного сечения рельефа, используемого в дифракционной решетке. Увеличение степени защиты по отношению к распознаванию подлинности достигается последовательным считыванием следующих друг за другом дифракционных решеток или с помощью множества считывающих устройств, которые изучают дифракционные решетки, расположенные на подложке в различных заданных положениях параллельно по отношению друг к другу.

Швейцарский патент 653160 описывает развитие считывающего устройства, показанного в DE-OS 2538875 для определения подлинности, которое включает множество одновременно освещаемых частей с различными дифракционными структурами в качестве устройств кодирования. Световой пучок, который дифрагирует на дифракционных структурах, фокусируется оптическим устройством в его фокальной плоскости. Распределения высокой световой интенсивности в фокальной плоскости определяются только такими параметрами различных дифракционных структур, как пространственная частота, азимут и т.д. Если такие распределения совпадают с местоположениями приемников света, расположенных заданным образом, подлинность признается как таковая.

Патенты США 4034211 и 4023010 описывают еще одно считывающее устройство для последовательного оптического сканирования дорожки данных, содержащей следующие друг за другом дифракционные решетки одинакового размера, маломощным световым пучком, который освещает только часть дифракционной решетки. Эти публикации ссылаются на ошибки, которые являются возможными в практическом контексте, при осуществлении оптического сканирования, такие, например, как наклон плоскости дифракционной решетки по отношению к плоскости считывания и большее или меньшее расстояние от плоскости дифракционной решетки до плоскости считывания. Известное оптическое устройство для преобразования Фурье исключает воздействие пространственных ошибок.

Европейский патент ЕР-0718834А2 описывает оптический носитель информации с высокой плотностью записи (бит/см²) и считывающее устройство для надежного считывания последовательных серий информационных кодов, которые составлены из множества дифракционных решеток, на носителе информации.

Считывающее устройство, известное из Европейского патента ЕР 0533448А2, имеет симметричные фотодетекторы большой площади, которые располагаются вокруг считывающего пучка, и их светочувствительные поверхности охватывают сектора кольца или двух концентрических колец. Считывающее устройство распознает последовательные серии информационных кодов, составленных из множества дифракционных решеток, которые содержатся на носителе информации.

Все такие считывающие устройства требуют точного управления носителем информации и в то же время точного сохранения расстояния и точной ориентации дифракционных картин на носителе информации для того, чтобы иметь возможность считать дифракционную картину любым способом. В случае известных ранее считывающих устройств невозможно исключить тот факт, что считывающее устройство может быть легко приведено к неверным показаниям за счет определенного расположения зеркальных поверхностей или поверхностей призм.

Считывающее устройство в соответствии с описанием патента Швейцарии 653162 исключает такое воздействие неверных показаний в такой мере, что изменение дифракционного угла определяется при периодическом изменении длины волны света, облучающего дифракционную решетку.

Элемент защиты, который может быть скопирован только с очень большим количеством трудностей, и получение его от поверхностных элементов с отражающими дифракционными решетками описывается в Европейских патентах ЕР-105099, ЕР-69326 и описании патента США 5032003. Дифракционные решетки отражают падающий белый свет, разделенный на цвета, на различные порядки дифракции, при данных азимутальных углах, где параметры дифракционных решеток, такие как форма профиля, пространственная частота и азимутальное направление, являются критическими в терминах дифракционных характеристик. Использование асимметричных форм профиля для незаметного включения автоматически считываемой информации в код таких элементов защиты изучается Европейскими патентами ЕР-360969А1 и ЕР-366858А1, которые также показывают схематические варианты реализации считывающих устройств, которые могут распознавать асимметрию форм профиля.

Целью настоящего изобретения является создание недорогого, простого оптического считывающего устройства для носителя информации с оптическим дифракционным элементом защиты, чьи оптические характеристики могут быть автоматически считаны одновременно, и без высоких требований в условиях ориентации носителя информации.

В соответствии с изобретением эта цель достигается за счет признаков, описанных в пунктах 1 и 4. Преимущественные конфигурации излагаются в прилагаемой формуле изобретения.

Ниже здесь более подробно описываются варианты реализации изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фигура 1 представляет собой поперечное сечение считывающего устройства,
фигура 2 показывает схему вычисления,
фигура 3 показывает документ с элементами защиты,
фигура 4 показывает оптическое изображение в фокальной плоскости,
фигура 5 показывает источник света,
фигура 6 показывает устройство для подавления постороннего света,
фигура 7 показывает считывающее устройство с другим расположением фотодетекторов,
фигура 8 показывает считывающее устройство при наклонном освещении.

Со ссылкой на фигуру 1 цифра 1 обозначает источник света, цифра 2 обозначает оптический элемент, создающий сходящиеся световые пучки, цифра 3 обозначает документ, цифра 4 обозначает элемент защиты, 5 и 6 обозначают фотодетектор, который на чертеже фигуры 1 показан слева и справа по отношению к оптической оси 7 элемента 2, создающего сходящиеся световые пучки, и цифра 8 обозначает линию пересечения одной фокальной поверхности 8' элемента 2, создающего сходящиеся пучки, располагающуюся около источника света 1, с воображаемой дифракционной плоскостью 100, которая проиллюстрирована только с целью улучшенного описания и которая определяется оптической осью 7 и парой фотодетекторов, сформированной из фотодетекторов 5 и 6. Два фотодетектора 5 и 6 расположены симметрично по отношению к оптической оси 7 и, следовательно, на одном и том же расстоянии R относительно оптической оси 7. Линзы, вогнутые зеркала, голограммы, дифракционные решетки и тому подобное могут использоваться как элемент 2, создающий сходящиеся пучки. Как результат аберраций элемента 2, создающего сходящиеся пучки, фокальная поверхность 8' является не плоской, а изогнутой поверхностью, которая имеет изогнутую линию пересечения 8 в основном с дифракционной плоскостью 100.

В источнике света 1, например, лазер, лазерный диод, светодиод (LED) или лампа накаливания с цветным фильтром создает почти монохроматическое излучение заданной длины волны λ из инфракрасного и/или видимого диапазона. Выходная оптическая система (не показана здесь) источника света 1 фокусирует излучение источника света 1 на фокальной поверхности элемента 2, создающего сходящиеся пучки, таким образом, что излучение расходится для формирования конуса из пучка 9, конец которого находится на линии пересечении 8 и который освещает всю эффективную апертуру большой площади элемента 2, создающего сходящиеся пучки. Из излучения, которое падает в конической конфигурации, элемент 2, создающий сходящиеся пучки, формирует параллельный пучок лучей 10, который определяется эффективной апертурой элемента 2, создающего сходящиеся пучки. Пучок 10 параллелен проходящей оси конуса пучка 9 и статически освещает часть документа 3 и элемента защиты 4, расположенного на ней. Для элемента 2, создающего сходящиеся пучки, преимущественно выбирается большая апертура, поскольку диаметр пучка лучей 10 зависит от нее, и таким образом, меньшие требования выполняются в условиях ориентации элемента защиты 4 или документа 3 соответственно в пучке 10. Ось конуса пучка 9 не должна совмещаться с оптической осью 7, как она показана здесь, на чертеже фигуры 1, для простоты.

Элемент защиты 4 обычно представляет собой пластик, который прикреплен с помощью клея к документу 3, состоящий из пластических материалов со множеством заделанных поверхностных элементов с отражательными дифракционными структурами, все или некоторые из которых служат в качестве меток 11, для которых используется эффект оптической дифракции, с информацией, которая может распознаваться с помощью считывающего устройства. Поверхностные элементы формируют одно из изображений, которые известны из публикаций, на которые даются ссылки в открытой части этого описания и которые также являются визуально видимыми через прозрачный слой покрытия из пластика. Возможная конфигурация такого пластика известна из Европейского патента ЕР-401466. Конфигурация оптических меток 11 описывается в параллельной заявке Швейцарии 136897.

Параллельный пучок 10 попадает в перпендикулярном направлении на две части поверхностей, обозначенных стрелкой, с первыми метками 11, для которых используется эффект оптической дифракции. Они включают одинаковые параметры решетки (азимут ϕ, форма профиля, пространственная частота и так далее), причем направление азимута ϕ является параллельным дифракционной плоскости 100. Части поверхностей распределяются в различных местоположениях на поверхности элемента защиты 4 и собираются в его изображение. Полная поверхность с меткой 11 предпочтительно разделяется на множество частей поверхности таким образом, что метка 11 не является чувствительной к повреждению слоя покрытия. Для первых меток 11 дифракция происходит, например, для порядков дифракции m=±1 падающего света длины волны λ под дифракционным углом ±α симметрично по отношению к падающему пучку 10. Параллельный пучок света, дифрагировавший под дифракционным углом ±α в дифракционной плоскости 100 проходит от каждой части поверхности с меткой 11 к элементу 2, создающему сходящиеся пучки. Как известно, параллельные световые пучки после прохождения через элемент 2, создающий сходящиеся пучки, фокусируются на фокальной поверхности 8' в отдельных точках 13 и 14 соответственно, для которых расстояние г от оптической оси 7 определяется углом между параллельными световыми пучками и оптической осью 7. Следовательно, элемент 2, создающий сходящиеся пучки, дает точечное первичное изображение всей поверхности от светового пучка 15, дифрагировавшего под углом дифракции -α, на линии пересечения 8, где располагается поверхность 12 фотодетектора 5, которая является действующей для преобразования света в электрический ток. Световой пучок 16, который дифрагирует под углом дифракции +α, соответственно фокусируется на действующую поверхность 12' фотодетектора 6.

Если дополнительные метки 11 включают другую пространственную частоту, то при таком же освещении дифракция происходит под другим дифракционным углом, величина которого отличается от величины α таким образом, что дифрагировавший световой пучок фокусируется, например, в точках 13 и 14, которые располагаются симметрично по отношению к оптической оси 7. Расстояние г относительно оптической оси 7 отличается от расстояния R. Если, в противоположность, направление азимута ϕ другой оптической метки 11 выдержано с направлением плоскости 100, две фокальные точки для дифрагировавшего излучения находятся, правда, на фокальной плоскости 8', но повернуты на азимут ϕ относительно дифракционной плоскости 100.

Световой пучок, который дифрагирует на всех поверхностных элементах элемента защиты 4, для которого используется эффект оптической дифракции, включающего метки 11, будет создавать первичное изображение независимо от расположения частей поверхности в пучке 10 в соответствии с длиной волны излучения λ, углом дифракции и параметрами решетки в фокальной плоскости 8' элемента 2, создающего сходящиеся пучки, двумя фокальными точками, которым соответствует один и тот же порядок дифракции, включая полярные координаты r, ϕ и r, ϕ+180^°.

Началом системы координат является точка пересечения оптической оси 7 или светового пучка, которому соответствует нулевой порядок дифракции, с фокальной плоскостью 8'. Действующие поверхности 12, 12' двух фотодетекторов 5, 6 определяют телесный угол приема для дифрагировавших световых пучков 15, 16. Центры поверхностей приема имеют полярные координаты R, ϕ и R, ϕ+180^° и соответственно могут принимать только световые пучки, которые сходятся в поверхностях приема и которые дифрагируют на частях поверхности первой метки 11, но не световые пучки, дифрагировавшие на других оптических метках.

Фотодетекторы 5 и 6 преобразуют дифрагировавшие световые пучки 15 и 16 соответственно, которые падают на их действующие поверхности 12 и 12', в электрический сигнал, который является пропорциональным интенсивности дифрагировавших световых пучков 15 и 16. Сигнал S1 от фотодетектора 5 и сигнал S2 от фотодетектора 6 соответственно проходят с помощью линии к вычислительному блоку 17. Вычислительный блок 17 формирует из двух электрических сигналов S1 и S2, по меньшей мере, относительную разность RD=(S1-S2):(S1+S2).

Если сигнал RD отличается от нуля, метки 11 имеют асимметричный профиль решетки, причем знак функции (RD) определяет направление азимута ϕ в плоскости 100.

Вычислительный блок 17 преимущественно регулирует уровень интенсивности источника света 1 таким образом, что фотодетекторы 5, 6 и источник света 1 действуют в оптимальном диапазоне. Фоторезистор 18 контролирует уровень интенсивности источника света 1, измеряя фиксированную часть светового потока, генерированного источником света 1. Выходной сигнал AS фоторезистора 18, который проходит к вычислительному блоку 17 с помощью линии 19, используется для регулирования светового потока, излучаемого источником света 1. Если свет генерируется светодиодом (LED), регулировка легко осуществляется с помощью силы тока, который подается на светодиод через линию сети электропитания 20.

Части поверхностей меток 11, которые могут распознаваться парой фотодетекторов 5, 6, должны иметь заданную минимальную площадь поверхности так, если фотодетекторы 5, 6 создают достаточно большие электрические выходные сигналы S1 и S2 соответственно. Выходной сигнал AS фоторезистора 18 может быть преимущественно использован для стандартизации выходных сигналов S1 и S2 фотодетекторов 5 и 6, т.е. формируются отношения S1/AS и S2/AS. Эти сигналы S1/AS, S2/AS не зависят от эффективной силы светового потока в пучке 10, но они зависят от всех частей полной поверхности с одинаковыми метками 11 и общего состояния элемента защиты 4.

Фигура 2 показывает обработку выходных сигналов X=S1 и X=S1/AS и Y=S2, Y= S2/AS соответственно со ссылкой на дифракционную плоскость 100 для пары фотодетекторов. Вычислительный блок 17 (фигура 1) проверяет, находится ли сумма двух выходных сигналов X+Y и относительная разность RD=(X-Y):(X+Y) в связанных разрешенных диапазонах S, N и Р. Если сигнал суммы допускает величины, выходящие из разрешенного диапазона S, первая метка 11 (фигура 1) имеет заданную минимальную полную площадь и симметричные или асимметричные рельефные структуры с параметрами решетки, которые являются заданными для фотодетекторов 5, 6 дифракционной плоскости 100. Если относительная разность RD является отрицательной и если она находится в разрешенном диапазоне N, то рельефная структура является асимметричной, в этом случае расположенный справа фотодетектор 6 освещается сильнее, чем расположенный слева фотодетектор 5. Если относительная разность RD имеет положительные значения и если она находится в разрешенном диапазоне Р, то рельефная структура также является асимметричной, но она имеет азимут, который больше на 180^o, ϕ′ = ϕ+180^°. В этом случае уровень световой интенсивности на расположенном слева фотодетекторе 5 выше, чем этот уровень на расположенном справа фотодетекторе 6. Если, напротив, относительная разность RD находится между величинами из диапазонов N и Р, т.е. реально равна нулю, и если сигнал суммы X+Y выходит из разрешенного диапазона S, два фотодетектора 5 и 6 освещаются почти с одинаковой силой, как в случае дифракции света на симметричной рельефной структуре.

Если, напротив, сигнал суммы X+Y не достигает нижнего предельного значения U разрешенного диапазона S, два фотодетектора 5 и 6 принимают только низкие уровни световой интенсивности. Рельефные структуры с дифракцией света и параметрами решетки, которые являются заданными для фотодетекторов 5, 6 дифракционной плоскости 100, не достигают заданной минимальной полной площади. Вместо этой рельефной структуры также возможно, например, использовать матовую структуру, плоскую зеркальную поверхность, перпендикуляр которой ориентирован параллельно по отношению к пучку 10, рельефную структуру с другими параметрами решетки, чернила, наносимые в процессе печатания, и так далее или прозрачное окно в отражающем слое пластика в качестве оптической метки 11 внутри элемента защиты 4 (фигура 1). Это приводит к тому, что "незаданная рельефная структура" также подвергается дальнейшей обработке в вычислительном блоке 17.

Если, напротив, сигнал суммы X+Y превышает нижнюю предельную величину U и сигнал суммы X+Y тем не менее выходит из разрешенного диапазона S или величина относительной разности RD больше, чем верхняя предельная величина L, вычислительный блок 17 игнорирует сигналы X, Y и блокирует дальнейшее вычисление, поскольку один или оба фотодетектора 5 и 6 принимают излишне высокие уровни световой интенсивности, как может произойти в случае ослепления из-за подходящим образом наклоненных зеркальных поверхностей. Если значение RD слишком далеко от 0 и не происходит из диапазонов N и Р, дальнейшее вычисление также блокируется.

Число оптических меток 11, которые могут быть идентифицированы с одной дифракционной плоскостью 100 и одной парой фотодетекторов, следовательно, равно четырем; симметричная рельефная структура, две асимметричных рельефных структуры и совсем не заданная рельефная структура. Результат обработки выходных сигналов Х и Y для дифракционной плоскости 100 кодируется числом C₁, например, C₁= 0 для совсем не заданной рельефной структуры, C₁=1 для симметричной рельефной структуры и C₁=2 и C₁=3 соответственно для одной из двух асимметричных рельефных структур.

Дифракционная плоскость 100 может иметь вторую пару фотодетекторов в точках 13 (фигура 1) и 14 (фигура 1) и может различать независимо другие пары фотодетекторов между четырьмя типами профилей оптических меток 11. Заданные рельефные структуры для двух пар фотодетекторов отличаются только в терминах дифракционного угла.

Сочетание множества дифракционных плоскостей 100, 101, 102, 103 и т.д., которые должны быть описаны в идентичных терминах по отношению к дифракционной плоскости 100, одновременно позволяет определять оптические метки 11 с Q различными параметрами решетки. Совместное сочетание имеет Q пар фотодетекторов. Эти дифракционные плоскости 100, 101, 102, 103 и т.д. пересекаются на оптической оси 7 и имеют углы пересечения между 10 и 90^o, т.е. оптические метки 11, которые должны быть различимы одновременно, отличаются, по крайней мере, в отношении азимута ϕ. Их сигналы одновременно детектируются и вычисляются. Они предоставляют эффективную основу для одновременно автоматически считываемой информации на основе чисел C₁, С₂, С₃, С₄ и так далее. Блок обработки данных 21 оценивает результат идентификации оптических меток 11, которая осуществляется одновременно для каждых Q пар фотодетекторов, с числом С_q, связанным с парой q фотодетекторов, и таким образом дает характеристическое число:

Величины КS характеристических чисел Z, будучи величинами, которые разрешены для конкретного использования, сохраняются как эталонные величины в памяти 22 блока обработки данных 21 так же, как и величины для разрешенных диапазонов S, Р и N и предельные значения U и L. Если характеристическое число Z содержится во множестве величин KS, характеристическое число Z является разрешенным элементом информации, известным блоку обработки данных 21, или кодированием элемента защиты 4 (фигура 1}. С Q=4 соответственно возможно различить 256 комбинаций или элементов защиты 5. Блок обработки данных 21 передает в подходящей форме результат этой идентификации, такой, например, как распознавание или нераспознавание кодирования элемента защиты 4, с помощью электрического пути 23, например, к дисплею, сортирующей или считающей машине и так далее.

Асимметричные дифракционные структуры дали относительные разности RD в соответствии с формой их профиля, например, для первого профиля величина относительной разности RD может быть в первом диапазоне 0,3<RD<0,6, в то время как для второго профиля величина может быть во втором диапазоне 0,7<RD<0,8, в этом отношении пределы здесь служат только как пример для того, чтобы показать, что два диапазона взаимно не перекрываются. В этом случае величина RD может происходить от величины N₁ или N₂, P₁ или P₂ соответственно. Эти асимметричные рельефные структуры отличаются не только в терминах знака величины RD, но также и в терминах абсолютного значения |RD|. Размер величин для числа С, следовательно, зависит от числа М асимметричных рельефных структур, которое может определенным образом отличаться с абсолютным значением |RD|, где С ∈ {0,1,...,(2М+1)}. В предшествующем примере с М= 2, следовательно, возможно различить 6 возможных структур. Если можно различить К структур и если комплект имеет Q пар фотодетекторов, характеристическое число вычисляется из суммы:
Z = ΣC_qK^q-1,
суммируется по всем величинам q = от 1 до Q.

Если на фигуре 3 источник света 1 излучает свет с периодически флуктуирующей длиной волны λ, как упомянуто выше в описании патента Швейцарии 653162, величина дифракционного угла α (фигура 1) изменяется соответственно. Если, например, излучение изменяется от зеленого (λ≈535 нм) до красного (λ≈656 нм), то величина дифракционного угла α увеличивается и дифрагировавший световой пучок 16' вместо попадания на фотодетектор 6 подобно световому пучку 16 принимается в положении второго фотодетектора 6', который находится от оптической оси 7 дальше, чем фотодетектор 6, т.е. расстояние R' больше, чем расстояние R (фигура 1). Чертеж фигуры 3 для ясности не показывает дифракцию, которая является симметричной по отношению к оптической оси 7. То же самое применимо для фотодетекторов 5, 5' и светового пучка 15, который отклоняется под дифракционным углом -α (фигура 1). Вычислительный блок 17 (фигура 1), во-первых, определяет характеристическое число Z₁ элемента защиты 4 при освещении излучением с длиной волны λ₁ и затем характеристическое число Z₂ при освещении излучением с длиной волны λ₂. Для положительной идентификации элемента защиты 4 в двух последовательных процедурах измерения соответствующее характеристическое число Z должно происходить из набора величин KS, который связан для используемого света с длинами волн λ₁, λ₂.

Документ 3 (фигура 1) показан в форме книжки 24 в открытом состоянии, например это паспорт 24 с элементом защиты 4, приклеенным на одной из его страниц. Как следствие переплета страницы паспорта 24 имеют кривизну, которая увеличивается к переплету, с элементом защиты 4, следующим за кривизной из-за малой толщины элемента защиты 4. В результате локально изменяющейся кривизны поверхности элемента защиты 4 лучи пучка 10 падают на метки 11 (фигура 1) под углом, который отклоняется от перпендикуляра. Чертеж фигуры 3 показывает пути светового пучка для двух идентичных меток 11, для которых дифрагировавшие пучки не являются больше параллельными, а являются расходящимися из-за отличающегося угла падения. Дифрагировавшие световые пучки 15, 16 и 16' соответственно, следовательно, больше не совмещаются в одной точке 13 (фигура 1), но попадают на фокальную поверхность 8' на различных расстояниях г (фигура 1) относительно оптической оси 7. Аналогичные условия имеют место в случае смятой или скомканной бумажной основы, например, в случае использования банкнот, валютных бумаг, таких как ценные бумаги или облигации, и так далее. В таком случае также элемент защиты 4 локально следует за изменением формы поверхности бумаги, это проявляется в том, что дифрагировавшие световые пучки 16, 16' отклоняются от соответствующей дифракционной плоскости 100. Для того чтобы надежно детектировать световые пучки 15, или 16, или 16' соответственно, которые дифрагируют на метках 11, которые таким образом наклонены, активная поверхность 12 (фигура 1), 12' (фигура 1) фотодетекторов 5, 5', 6, 6' преимущественно является заданной по протяженности как в радиальном, так и в азимутальном направлении. Заданная азимутальная протяженность, в частности, также позволяет считывать метки 11, если элемент защиты 4 или документы 3, 24 слабо сориентированы по отношению к азимуту с дифракционными плоскостями 100, 101, 102, 103 и т.д. Поскольку активные поверхности 12, 12' фотодетекторов 5, 6, 6' являются заданными и не изменяются в терминах размера и формы, оптические устройства 26, 26' (призмы, линзы, фильтры, голограммы, дифракционные решетки и так далее), которые расположены перед активными поверхностями 12, 12' фотодетекторов 5, 5', 6, 6', могут преимущественно собирать световые пучки 15, 16, 16', которые дифрагируют в заданном телесном угле, и направлять их на активную поверхность 12, 12'. Эти заданные телесные углы определяют на фокальной плоскости 8' поверхности приема фотодетекторов 5, 6, 6'. Размер и форма (часть кольца, круг, сектор, прямоугольник и так далее) должны быть приспособлены для целей использования. Для простоты чертеж фигуры 4 показывает эти поверхности приема в форме кругов от А до D, от А' до D' и от а до d, от а' до d'.

Плоская прозрачная пластина, например стеклянная пластина с плоскопараллельными поверхностями определяет на фигуре 3 плоскость считывания 25 с поверхностью, удаленной от элемента 2, создающего сходящиеся пучки. Стеклянная пластина дает по существу плоскую основу для документа 3, который тестируется, и полезное выравнивание элемента защиты 4, что дает возможность лучше фокусировать дифрагировавший свет в приемные поверхности. Стеклянная пластина также защищает внутреннее пространство устройства с оптическими компонентами от пыли, отпечатков пальцев и так далее. Это является в особенности важным, если устройство расположено вверх ногами и источник света 1 освещает снизу элемент защиты 4, который лежит на стеклянной пластине и таким образом выравнивается. Здесь еще раз надо заметить, что оптическая ось 7 не должна быть перпендикулярна к плоскости считывания 25.

Фигура 4 показывает фокальную плоскость 8' варианта реализации устройства с четырьмя дифракционными плоскостями 100, 101, 102 и 103, которые пересекаются на оптической оси 7. На чертеже фигуры 4 оптическая ось 7 является перпендикулярной плоскости чертежа, несуществующие дифракционные плоскости 100, 101, 102 и 103 иллюстрируются их линией пересечения с фокальной плоскостью 8' и поверхности приема А,А', В,В', С,С', D,D' пар фотодетекторов показаны как круговые поверхности. Эти круговые поверхности представляют области, в которые дифрагированный световой пучок 15 (фигура 1), 16 (фигура 2) должен попадать от меток 11 (фигура 1) элемента защиты 4 (фигура 1), для которых используется эффект оптической дифракции и которые ориентированы в соответствующих направлениях азимута ϕ и ϕ+180^° соответственно, если элемент защиты 4 попадает в световой пучок 10 и радиальные расстояния R1 и R2 являются величинами, которые задаются пространственной частотой или углом дифракции и длиной волны излучения λ, соответствующей световому пучку 10.

Таблица показывает с помощью примера ряд параметров расположения, как показано на фигуре 4, для считывания при красном свете (λ=670 нм). Фотодетекторы идентифицируются с их поверхностями приема А,А', В,В', С,С' и D, D'. Между дифракционными плоскостями 100 и 101, для которых пары фотодетекторов А-А', В-В' включают одно и то же расстояние R₁=9,9 мм, угол пересечения β ==90^°, в то время как между следующими дифракционными плоскостями 100 и 102, 103 и 101 соответственно с расстояниями R₁=9,9 мм для пар фотодетекторов А,А' и В,В' соответственно и R₂=16,6 мм для фотодетекторов С,С' и D,D' соответственно соответствующий угол пересечения γ = 30^°. Следовательно, это включает промежуточный угол по отношению к дифракционнным плоскостям 102 и 103, равный β-2γ = 30^°. Ахроматическая линза 322284 от Spindler & Hoyer с номинальным фокусным расстоянием 25 мм располагается в качестве элемента 2, создающего сходящиеся пучки (фигура 3). Из-за относительно малой апертуры ахроматической линзы расстояние между плоскостями считывания 25 (фигура 3) и элементом 2, создающим сходящиеся пучки (фигура 3), составляет около 3 мм.

В варианте реализации на фигуре 5 источник света 1, кроме источника светового пучка 27 для светового излучения с длиной волны λ₁, дополнительно имеет лазерный диод 28, который создает параллельный световой пучок 29 с большей длиной волны λ₂. Ответвитель пучка 30 (например, двойная призма, полупрозрачное зеркало и так далее) отклоняет световой пучок 29 параллельно излучению 31 от источника светового пучка 27. Световой пучок 29 и излучение 31 фокусируются линзой 32, причем фокус в качестве выходного зрачка 33 располагается в фокальной плоскости 8' и формирует наконечник конуса пучка 9. Например, оптические метки 11 (фигура 1) освещаются источником света 1 в измерительных операциях, следующих друг за другом, поочередно одной из двух длин волн λ_1/ или λ₂ (монохроматически) или одновременно двумя длинами волн λ₁ и λ₂ полихроматически. Если длина волны излучения λ меток 11 изменяется от длины λ₁ до большей длины λ₂, то величина угла дифракции является большей и дифрагировавший световой пучок 16 (фигура 3) располагается на фигуре 4 на расстоянии ΔR от поверхностей приема пар фотодетекторов А-А', В-В', С-С' и D-D' как дифрагировавший световой пучок 16' (фигура 3) по отношению к поверхностям приема, ограниченным пунктирными линиями пар фотодетекторов а-а', b-b', с-с' и d-d'. Характеристические числа Z₁ и Z₂ устанавливаются из выходных сигналов Х и Y каждой из восьми пар фотодетекторов (Q=8), где характеристическое число Z₁ вычисляется при освещении излучением с длиной волны λ₁ и характеристическое число Z₂ вычисляется при освещении излучением с длиной волны λ₂. В случае полихроматического освещения элемента защиты 4 (фигура 3) дифрагировавший свет может попадать в поверхности приема обоих пар фотодетекторов, например, А-А' , а-а' и так далее, по отношению к тем же самым дифракционным плоскостям 100, 101, 102 и 103 соответственно. В этом случае устанавливается только одно характеристическое число Z с Q=8. При некоторых обстоятельствах для оптических устройств 26 (фигура 3), 26' (фигура 3) может быть полезным обеспечить их полосовым фильтром для длин волн λ₁ и λ₂ соответственно. Диапазонами для величин длин волн λ₁ и λ₂ являются видимая и инфракрасная области спектра электромагнитных волн. Лазерные диоды 28 создают, например, монохроматический свет с длиной волны λ, которая зависит от типа лазерного диода 28 и лежит в диапазоне от λ=430 нм (синий) до инфракрасного диапазона с длинами волн λ≥1070 нм. Инфракрасный свет проходит, например, через слой покрытия, который окрашен в черный цвет, на пластике таким образом, что выпуклые рельефные структуры визуально незаметных оптических меток 11 должны оптически сканироваться и информация должна считываться.

Заявка Швейцарии 2172/96 (WO 98/10324) описывает дифракционные решетки, которые имеют асимметрию, которая зависит от плоскости поляризации падающего светового пучка и которая является особенно резко выраженной, когда расстояние между линиями d в дифракционной решетке меньше, чем в три раза увеличенная длина волны светового излучения λ, излучаемого источником света 1 (фигура 5). Такие дифракционные решетки преимущественно используются для оптических меток 11, которые должны удовлетворять особенно высоким требованиям в отношении предотвращения подделки. Оптические метки 11 имеют в качестве особенности дополнительной защиты явно выраженную зависимость интенсивности дифрагировавшего света от поляризации света. Оптические метки 11 могут быть проверены с помощью тех же пар фотодетекторов А-А' , В-В', С-С' и D-D' на наличие особенности дополнительной защиты, если оптические устройства 26, 26', которые на фигуре 3 располагаются перед активными поверхностями 12, 12' фотодетекторов 5, 5', 6, 6', включают подходящим образом ориентированные поляризационные фильтры.

Устройства с подходящим образом ориентированными поляризационными фильтрами, которые расположены перед, по крайней мере, одной из пар фотодетекторов А-А', В-В', С-С' и D-D", имеют преимущество, состоящее в том, что они могут распознавать копии-подделки особенности защиты на основе объемных голограмм (H. J. Caulfield: "Handbook of Optical Holography", pages 202ff, Academic Press, Inc. , 1979, ISBN 0-12-165350-1), опираясь на их поляризационные характеристики. Ориентация поляризационных фильтров и выбор пар фотодетекторов, оборудованных поляризационными фильтрами, зависит от параметров поляризации дифракционной решетки, используемой в оптических метках 11.

Например, поляризационные фильтры перед фотодетекторами 5, 5' могут быть расположены с поворотом на 90^o относительно поляризационных фильтров перед фотодетекторами 6, 6'.

Другой вариант реализации источника света 1 состоит из схематической структуры, показанной на фигуре 5, и конструируется для освещения оптических меток 11 линейно поляризованным светом. Источники поляризованного света 34 или 35 соответственно включают лазерный диод 24 и ответвитель пучка 30. Источник светового пучка 27 сконструирован так, чтобы излучать световой пучок 31, который линейно поляризован в плоскости чертежа фигуры 5, в то время как световой пучок 29 после отклонения в расщепителе пучка 30 ориентируется параллельно световому пучку 31 и является линейно поляризованным ортогонально по отношению к световому пучку 31. Направление плоскости поляризации пучка 10 (фигура 1) связано с происхождением света. В первой операции измерения плоскость поляризации в пучке 10 является такой же, как в световом пучке 31, поскольку источник света 27 включается. В следующей операции измерения только световой пучок 29 вносит вклад в освещение оптических меток 11 так, что в пучке 10 плоскость поляризации света поворачивается на 90^o по отношению к плоскости поляризации первой измерительной процедуры. Соответствующее характеристическое число Z для соответствующего направления поляризации определяется из двух последовательных операций измерения. Положительная идентификация элемента защиты 4 требует, чтобы число Z получалось из набора величин KS, которые являются заданными для соответствующего направления поляризации. Поскольку одна и та же длина волны λ используется в обоих случаях, не требуется дополнительных пар фотодетекторов для распознавания влияния поляризации.

Вместо источника светового пучка 27 источник света 1 может включать второй источник линейно поляризованного излучения 35, который расположен с поворотом на 90^o. Два ответвителя пучка 30 ориентируют два световых пучка 29 источников 34, 35 параллельно по отношению к оптической оси линзы 32.

Вместо соответствующего включения и выключения источников излучения 27, 28 механический или электромагнитный фотозатвор может блокировать нежелательный свет на каждом пути светового пучка выше по отношению к ответвителю пучка 30. Более сложные и дорогостоящие конфигурации источника света 1 (фигура 1) могут изменять качество света как в терминах длины волны λ, так и в отношении поляризации и ее направления. Число дифракционных плоскостей 100, 101, 102, 103 и так далее, обеспеченное парами фотодетекторов, и конфигурация источника света 1 зависит от протяженности элементов защиты 4, которые нужно распознавать (фигура 1).

Подобно всем устройствам для распознавания оптических меток 11 устройства, описываемые здесь, также являются чувствительными к постороннему свету. Фигура 6 показывает полезное устройство для подавления постороннего света, которое не включает использование препятствующих экранирующих средств. Источник света 1 обеспечивается модулятором 36, который модулирует с цифровой или аналоговой модуляцией сигнала световую интенсивность пучка 10 с частотой f. Световые пучки 15, 16 (фигура 13), 16' (фигура 3), которые дифрагировали на оптических метках 11, также модулируются с частотой f и принимаются фотодетектором 5, 5', 6 или 6' соответственно на активной поверхности 12, 12' (фигура 3) их оптоэлектронного преобразователя 37 совместно с естественным или искусственным рассеянным светом и преобразуются в электрический сигнал. Каждый фотодетектор 5, 5', 6, 6' и так далее, кроме того, включает высокочастотный фильтр 38, подсоединенный к выходу преобразователя 37, демодулятор 39, подсоединенный к модулятору 36 для приема модуляции сигнала, и низкочастотный фильтр 40. Электрический сигнал преобразователя 37 сначала проходит через высокочастотный фильтр 38 с более низкой предельной частотой f_u с отфильтровыванием компоненты, которая происходит из рассеянного света. Остающийся сигнал после прохождения высокочастотного фильтра 38 проходит в демодулятор 39, который удаляет модуляцию сигнала. Низкочастотный фильтр 40 на выходе демодулятора 39 имеет верхнюю предельную частоту f₀ и выравнивает полезный сигнал, который создается дифрагировавшими световыми пучками 15, 16, 16' и который является выходным в качестве выходных сигналов S₁ и S₂ соответственно фотодетектора 5, 5', 6, 6' соответственно. В варианте реализации, приведенном в качестве примера с частотой f= 18,4 кГц, нижняя предельная частота f_u выбиралась равной 2,7 кГц, в то время как верхняя предельная частота f₀ выбиралась равной 1,0 кГц.

Независимо от того, модулируется ли излучение источника света 1 или нет, излучение источника света 1 может включаться и выключаться, например, циклически. Вычислительный блок 17 пропускает соответствующие сигналы с помощью подводящей линии 20 к модулятору 36 для регулирования светового потока от источника света 1, измерительного цикла, включающего, по меньшей мере, измерение фазы и остаточной фазы. Период включения измерения фазы может быть очень коротким, как в случае вспышки света, таким образом, что элемент защиты 4 на документах 3, таких как банкноты или кредитные документы, которые быстро доставляются на плоскость считывания 25 (фигура 3), могут быть фактически статически считаны и идентифицированы. Период включения измерительного цикла может быть вызван, например, документом 3 с помощью устройства со световым барьером.

Пучок 10 создает рассеянное излучение на шероховатой поверхности бумаги документа 3, 24 (фигура 3). Эта компонента рассеянного света включает уровень интенсивности порядка величины в несколько процентов от интенсивности полезного сигнала и не может быть удалена с помощью описанного выше устройства. До обработки, как показано на фигуре 1, вычислительный блок 17, следовательно, преимущественно исследует выходные сигналы S₁ и S₂ соответственно, которые подаются фотодетекторами 5, 6, и 6' для определения того, превышают они предельную величину G или нет. Эта предельная величина G соответствует уровню сигнала, который создается светом, рассеянным от поверхности бумаги, освещаемой пучком 11. Выходные сигналы S₁, S₂, генерированные только рассеянным светом, находятся ниже предельной величины G и подавляются дискриминаторами 41 на входе вычислительного блока 17 и не подвергаются дальнейшей обработке.

На фигуре 7 полупрозрачное зеркало 42 располагается в конусе пучка 9 таким образом, что оптическая ось 7 (фигура 1) элемента 2, создающего сходящиеся пучки (показанного стрелкой с двумя наконечниками), направляется в сторону, например, на 90^o и формирует вторую оптическую ось 43. Световые пучки 44, 15 (фигура 1), 16 (фигура 1), которые дифрагируют на порядках дифракции 0 и ±1, теперь больше не попадают в режим фокусировки на фокальной плоскости 8', но формируют оптическое изображение как первичное изображение элемента защиты 4 на фокальной плоскости 45 со второй оптической осью 43 в качестве перпендикуляра. Если плоскость фотодетектора 46 должна быть расположена дальше от оптической оси 7, система изображения 47 должна быть расположена между фокальной плоскостью 45 и плоскостью фотодетектора 46 на второй оптической оси 43. Две фокальные точки системы изображения 47 находятся в двух плоскостях 45 и 46. По существу с перпендикулярным падением излучения источник света 1 освещает документ 3 и элемент защиты 4 световым пучком 10. Световой пучок, дифрагировавший на нулевом порядке дифракции, и световой пучок 44, отраженный документом 3, проходят через фокальную плоскость 45 в точке, совмещенной на второй оптической оси 43, и ее изображение формируется с помощью системы изображения 47 на плоскости фотодетектора 46 снова в точке прохождения 48 второй оптической оси 43. Световые пучки 15, 16, которые дифрагировали на первых порядках дифракции, проходят по отношению к точке прохождения 48 с соответствующими полярными координатами r, ϕ и r,ϕ+180^° на плоскости фотодетектора 46. Если документ 3 поворачивается на угол θ с осью вращения, параллельной пучку 10, оптическое изображение на плоскости фотодетектора 46 также вращается вокруг точки 48, т.е. все полярные координаты становятся равными r,ϕ+θ и r,ϕ+180^°+θ.

Вместо дискретных фотодетекторов 5, 5', 6, 6' полезно и возможно использовать в плоскости фотодетекторов 46 матрицу фотодетекторов или прибор с зарядовой связью ПЗС, которые известны, например, от Camcorders. Значения матрицы фотодетекторов должны считываться вычислительным блоком 17 быстрее, чем показания приборов с зарядовой связью. Концепция изобретения не зависит от природы типа детектора; на оба типа здесь далее будем ссылаться, как на прибор с зарядовой связью 49 ПЗС (CCD). Вместо одиночного ПЗС 49 на фигуре 5 видно, что два или более ПЗС 49 могут быть расположены вокруг выходного зрачка 33 или вокруг оптической оси 7 (фигура 1).

Теперь будет сделана ссылка на фигуру 4 для описания преимущественного использования ПЗС 49 для считывающего устройства. ПЗС 49 содержит фотодетекторное поле с количеством детекторных элементов 50 свыше 500000 и со светочувствительными преобразователями 37 (фигура 6) на площади менее 1 см². В примере таблицы 1 пространственная частота 638 линий/мм связана с расстоянием R₁ и пространственная частота 986 линий/мм определяет расстояние R₂. Вот почему световой пучок, приходящий от оптических меток 11, может надежно распознаваться в смысле возможного сморщивания или скомкования элемента защиты 4, расстояние безопасности, например, в ±50 линий/мм должно обеспечиваться по отношению к пространственным частотам, используемым для других дифракционных элементов элемента защиты 4 (фигура 1). Пространственные частоты, используемые в отношении меток 11 (фигура 3) , не используются в других дифракционных элементах элемента защиты 4 так, что световой пучок, принимаемый детекторными элементами 50 в двух кольцах К1, К2 (иллюстрированных в форме двух затененных частей кольца) со значениями радиусов R₁ и R₂, ясно возникает от меток 11.

Оптическое изображение формируется на чертеже фигуры 4, например, от освещаемых круговых поверхностей от А до D или от А' до D' соответственно в двух кольцах K1, K2 и пятне 51 в точке прохождения 48. Если изменяется азимут элемента защиты 4, круги от А до D или от А' до D' сдвигаются заданным образом в форме неизменного изображения на двух кольцах K1, K2 вокруг точки 48. Когда элемент защиты 4 наклоняется, пятно 51 смещается и оптическое изображение искажается. С помощью математического обратного преобразования можно устранить искажение оптического изображения и его можно сравнивать или коррелировать с разрешенными стандартными изображениями. Вычислительный блок 17, подсоединяемый к ПЗС 49, сначала определяет точные полярные координаты r, ϕ и r, ϕ+180^° детекторных элементов 50, которые освещаются в кругах от А до D или от А' до D', создает изображение оптического изображения в памяти 22 (фигура 2) и сравнивает это изображение с заданными стандартными изображениями, которые хранятся в памяти 22. Стандартные изображения включают, по меньшей мере, три пары точек концентрации интенсивности дифрагировавшего света, который должен появляться на обеих сторонах оптической оси 7, 43 внутри двух колец К1, К2. Все сигналы от детекторов 50, которые не лежат на двух кольцах K1, K2 и не приходят от меток 11, подавляются. Из-за высокой разрешающей способности ПЗС 49 выходные сигналы Х и Y соответственно одного из освещенных кругов от А до D или от А' до D' соответственно формируются из сигналов многих соседних детекторных элементов 50, и координаты каждого сигнала вычисляются от точки концентрации интенсивности излучения. Выходной сигнал Х с полярными координатами (r, ϕ) и выходной сигнал Y с полярными координатами (r,ϕ+180^°) формируют пару сигналов X, Y, сигналы которой создаются дифрагировавшим световым пучком от оптической метки 11, включающей заданные параметры решетки. В соответствии с числом оптических меток 11 с различными параметрами решетки существуют такие пары сигналов X, Y , которые анализируются в соответствии с процедурой, показанной на фигуре 2. Каждая пара сигналов X, Y соответствует двум выходным сигналам S1, S2 пары фотодетекторов 5, 6 и 5', 6' соответственно и может быть соответственно обозначена, например, А-А'. Сохраняемыми в памяти 22 являются дополнительные стандартные величины, которые требуются для получения группы всех выходных сигналов S1 и S2, например радиусы R₁ и R₂, ширина колец К1,К2, стандартные изображения, которые должны распознаваться, и так далее. Для успешного считывания меток 11 они должны быть только в пучке 10; азимутальная ориентация, расстояние от плоскости считывания 25 (фигура 3) и поперечное размещение документа 3 (фигура 7) не имеют значения, в то время как значительный наклон документа 3 может быть скорректирован.

Фигура 8 показывает считывающее устройство с осью светового пучка 52, которая наклонена по отношению к перпендикуляру 54 на плоскости считывания 25 (фигура 3) на угол δ (предпочтительно 0^°≤δ≤45^°). Преимущество этого расположения состоит в компактной включаемой структуре. Световой пучок от источника света 1 расходится для формирования конуса пучка 9 и преобразуется в параллельный пучок 10 с помощью оптического входного элемента 53 (линзы, вогнутого зеркала, голограммы, дифракционной решетки и так далее). Отраженный и дифрагировавший световой пучок 44 и 15, 16 передаются с помощью элемента 2, создающего сходящиеся пучки, к фокальной плоскости 45, где световой пучок падает на фотодетекторы 5, 5', 6, 6' или на ПЗС 49 (фигура 7) . Оптическая ось 7 элемента 2, создающего сходящиеся пучки, имеет угол Φ по отношению к перпендикуляру 54, где, например, δ = Φ и ось светового пучка 52 может находиться в той же плоскости, что и оптическая ось 7 и перпендикуляр 54. Сами по себе ось светового пучка 52 и оптическая ось 7 могут иметь любые направления в полупространстве над элементом защиты 2 вплоть до того, как они пересекаются в плоскости считывания 25 (фигура 3). Также нет необходимости, чтобы углы δ,Φ были одинаковыми (δ ≠ Φ) . Выбор углов δ,Φ по существу является свободным, но должен быть согласован с параметрами решетки оптических меток 11, которые должны распознаваться (фигура 6) и длиной волны излучения λ источника света 1. Описанные выше простые условия дифракции с дифракционными плоскостями 100 (фигура 1) и так далее больше не применяются в расположении, показанном на фигуре 8. Направления, в которых световой пучок 10 дифрагирует на заданной решетке, в основном больше не находятся в дифракционной плоскости, а находятся в конической плоскости, т.е. оптические изображения на фокальной плоскости 45 искажаются по отношению к перпендикулярному падению света. Изображения могут вычисляться для угла δ в соответствии с информацией, относящейся к "Conical Diffraction in Electromagnetic Theory of Gratings" edited by R.Petit, Springer - Verlag, Berlin, 1980 и сохраненной в виде стандартных изображений в памяти 22 (фигура 2). Вычисление сигналов от детекторных элементов 50 ПЗС 49 снова осуществляется за счет сравнения оптического изображения со стандартными изображениями и попарного объединения сигналов от детекторов 50 (фигура 4) с парами сигналов X, Y, соответствующих различным оптическим меткам 11, и дальнейшей обработки всех пар сигналов Х, У, как описано выше.

В приведенных выше примерах были упомянуты только порядки дифракции 0, ±1. Без отступления от идеи изобретения также возможно включить в анализ другие порядки дифракции, например порядки ±2 или -1 и -2 порядки дифракции.

Изобретение относится к устройствам для автоматического распознавания дифракционных оптических меток элемента защиты. Техническим результатом является удешевление и упрощение оптического считывающего устройства. Для этого устройство содержит источник света для проецирования параллельного светового пучка на документ, снабженный элементом защиты, оптический коллекторный элемент, фотодетекторы для преобразования световых пучков, дифрагировавших на метках, или лучей, отраженных на подложке, в электрические сигналы, вычислительный блок для анализа указанных сигналов. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Устройство для одновременного автоматического распознавания оптических дифракционных меток элемента защиты на подложке, расположенной в плоскости считывания, имеющее источник света для освещения светом, по меньшей мере, заданной длины волны λ на плоскости считывания, по меньшей мере, трех пар фотодетекторов, каждая из которых содержит два фотодетектора, которые расположены симметрично по отношению к оптической оси, которые определяют дифракционную плоскость и которые приспособлены для преобразования световых пучков дифрагировавших на метках или отраженных на подложке, соответственно, в электрические сигналы S1 первого фотодетектора и электрический сигнал S2 второго фотодетектора каждой пары из фотодетекторов, и вычислительный блок для вычисления сигналов S1, S2, отличающееся тем, что выходной зрачок источника света находится в удаленной от плоскости считывания фокальной плоскости, формирующего сходящиеся пучки элемента с большой апертурой, который расположен между источником света и плоскостью считывания и который служит для создания параллельного пучка лучей, освещающих плоскость считывания из конуса пучка, выходящего из выходного зрачка, между метками и фотодетекторами располагается элемент, создающий сходящиеся пучки, который приспособлен для фокусировки параллельных световых пучков, дифрагировавших на метках и отраженных на подложке, соответственно, на действующие поверхности фотодетекторов, где действующая поверхность располагается на фокальной поверхности элемента, формирующего сходящиеся пучки, фотодетекторы приспособлены для получения электрических сигналов S1 и S2, соответственно, пропорциональных интенсивности дифрагировавших световых пучков, падающих на действующие поверхности, и вычислительный блок приспособлен для формирования от каждой пары электрических сигналов S1, S2, выходного сигнала Х из электрического сигнала S1 и выходного сигнала Y из электрического сигнала S2 и, по меньшей мере, для вычисления относительных разностей RD=(X-Y):(X+Y), которые являются разностью выходных сигналов Х, Y, разделенных на сумму выходных сигналов Х, Y каждой пары фотодетекторов и для идентификации элемента защиты с помощью вычисленных относительных разностей RD. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обеспечиваются по меньшей мере две пары фотодетекторов на первом расстоянии R1 симметрично по отношению к оптической оси элемента, формирующего сходящиеся лучи, дифракционные плоскости которых пересекаются на оптической оси под углом пересечения β, и обеспечиваются две дополнительные пары фотодетекторов на втором расстоянии R2 симметрично по отношению к оптической оси, оптические плоскости которых пересекаются на оптической оси под углом β-2γ, при этом четыре дифракционные плоскости имеют общую плоскость, которая делит пополам углы β и β-2γ и которая также содержит оптическую ось, при этом угол β является углом пересечения между дифракционными плоскостями, а β-2γ является промежуточным углом по отношению к дифракционным плоскостям. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между оптическим элементом, формирующим сходящиеся пучки, и активной поверхностью каждого фотодетектора расположены оптические элементы для фокусировки дифрагировавшего светового пучка на действующей поверхности и/или для выбора качества светового пучка (цвета, поляризации), предназначенного для приема. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислительный блок приспособлен для регулирования и контроля интенсивности и качества светового пучка, излучаемого источником света. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник света приспособлен для излучения полихроматического света с двумя значениями длин волн λ₁ и λ₂. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник света приспособлен для переключения между заданными значениями длин волн λ₁, λ₂, длины волны λ светового излучения, излучаемого источником света. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что световой пучок является линейно поляризованным и что источник света приспособлен для циклического переключения между двумя взаимно ортогональными направлениями поляризации света, излучаемого источником света. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что источник света включает модулятор для регулирования интенсивности светового потока от источника света с частотой f. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислительный блок включает а) блок обработки данных с памятью для всех эталонных значений KS, и для разрешенных диапазонов S, P, N, и для предельных значений U, L, б) тестирующие устройства для сравнения сигналов суммы Х+Y для каждой пары фотодетекторов со значениями диапазона S и нижней предельной величиной U и для сравнения значения относительной разности RD со значениями диапазонов N и Р и значением между диапазонами N и Р, которое реально равно нулю, при этом вычислительный блок предназначен для кодирования результатов обработки сигналов Х и Y, если сигнал суммы Х+Y не превышает нижнее предельное значение или если сигнал суммы лежит в диапазоне S и относительная разность RD, не превышающая верхнее предельное значение L, лежит в диапазонах N или Р или реально равна нулю, причем блок обработки данных предназначен для вычисления кодированных результатов идентификации оптических меток одновременно для всех пар выходных сигналов Х, Y посредством формирования характеристического числа Z, являющегося разрешенным элементом информации, если указанное число содержится в эталонных значениях KS и представляет элемент защиты. 10. Устройство для одновременного автоматического распознавания оптических дифракционных меток элемента защиты на подложке, расположенной в плоскости считывания, имеющее источник света для освещения светом по меньшей мере заданной длины волны λ на плоскости считывания, решетку фотодетекторов для преобразования световых пучков, дифрагировавших на метках и отраженных на подложке, соответственно, в электрические сигналы S1, S2 пропорционально интенсивности отраженных световых пучков, и вычислительный блок для вычисления электрических сигналов S1, S2, отличающееся тем, что выходной зрачок источника света находится в удаленной от плоскости считывания фокальной плоскости формирующего сходящиеся пучки элемента с большой апертурой, который расположен между источником света и плоскостью считывания и который служит для формирования параллельного пучка лучей, освещающего плоскость считывания из конуса пучка, выходящего из выходного зрачка, при этом между метками и фотодетекторами располагается элемент, формирующий сходящиеся пучки, который приспособлен для фокусировки параллельных световых пучков, дифрагировавших на метках и отраженных от подложки, соответственно, на действующие поверхности фотодетекторов, где действующая поверхность располагается в фокальной плоскости элемента, формирующего сходящиеся пучки, вычислительный блок приспособлен для одновременного считывания электрических сигналов S1, S2 решетки фотодетекторов, соответственно, для определения оптического изображения, на основе электрических сигналов S1, S2, которое получается при освещении оптических меток в фокальной плоскости, где определение осуществляется по следующим этапам: а) определение полярных координат (r, ϕ) и (r, 180^°+ϕ) освещаемых детекторных элементов и формирование оптического изображения в памяти вычислительного блока, б) сравнение оптического изображения, снятого фотодетекторами с предварительно заданными эталонными изображениями, сохраняемыми в памяти вычислительного блока, при этом доступные эталонные изображения имеют, по меньшей мере, три пары точек, где концентрируется световая интенсивность, и каждая пара точек размещается симметрично относительно оптической оси элемента, формирующего сходящиеся пучки, с) формирование пары выходных сигналов Х, Y посредством дифрагированного света одной оптической метки с предварительно заданными параметрами решетки путем связи электрических сигналов S1, S2 фотодетекторов, имеющих полярные координаты (r, ϕ), с выходным сигналом Х и путем связи электрических сигналов фотодетектора, имеющего полярные координаты (r, 180^°+ϕ) с выходным сигналом Y, d) вычисление относительной разности RD = (Х - Y) / (X + Y) для каждой пары выходных сигналов Х, Y, при этом относительная разность RD является разностью выходных сигналов Х, Y, разделенной на сумму выходных сигналов Х, Y каждой пары выходных сигналов Х, Y, и вычислительный блок приспособлен для идентификации элемента защиты с помощью вычисленных относительных разностей RD. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что пучок света от источника света преобразуется в параллельный пучок лучей посредством оптического входного элемента, при этом ось излучения наклонена относительно перпендикуляра к плоскости считывания под углом - θ, при этом отраженный и дифрагированный свет переносится элементом, формирующим сходящиеся пучки, в фокальную плоскость и попадает на фотодетекторы, причем оптическая ось элемента, формирующего сходящиеся пучки, включает угол Φ относительно перпендикуляра к плоскости считывания. 12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что фотодетекторы являются детекторами, по меньшей мере, одного ПЗС-блока, соединенного с вычислительным блоком, и они располагаются симметрично по отношению к оптической оси. 13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что вычислительный блок приспособлен для регулирования и контроля интенсивности и качества светового пучка, излучаемого источником света. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источник света приспособлен для излучения полихроматического света с двумя значениями длин волн λ₁ и λ₂. 15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источник света приспособлен для переключения между заданными значениями длин волн λ₁, λ₂ длины волны λ светового излучения, излучаемого источником света. 16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что световой пучок является линейно поляризованным и приспособлен для циклического переключения между двумя взаимно ортогональными направлениями поляризации света, излучаемого источником света. 17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что источник света включает модулятор для регулирования интенсивности светового потока от источника света с частотой f. 18. Устройство по одному из пп.11-17, отличающееся тем, что вычислительный блок дополнительно включает: а) блок обработки данных с памятью для всех эталонных значений, b) устройство формирования сигнала суммы Х + Y из всех пар выходных сигналов Х и Y, с) тестирующие устройства для сравнения всех сигналов суммы Х + Y с набором значений, сохраненных в памяти, первого заданного диапазона S и нижней предельной величины U и всех относительных разностей RD со значениями верхней предельной величины L заданных разрешенных диапазонов N и Р, которые сохраняются в памяти, d) блок для распознавания элемента защиты путем сравнения полученного результата Z с дополнительными эталонными значениями KS из памяти.