DE19710621A1

DE19710621A1 - Vorrichtung zur optischen Detektion von Blattgut

Info

Publication number: DE19710621A1
Application number: DE19710621A
Authority: DE
Inventors: Michael Stapfer; Michael Dr Fiedler
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-17
Also published as: US6040901A; JP2000510988A; ATE233420T1; DE59807300D1; EP0920680A1; EP0920680B1; WO1998041955A1; AU7035498A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Detektion von Blatt gut, wie z. B. Banknoten oder Wertpapiere.

Aus der DE 195 17 194 A1 ist eine Vorrichtung mit einer ortsfesten Detekti onseinrichtung bekannt, die das aus Richtung einer Detektorachse einfallen de Licht eines Bereichs des Blattguts detektiert, das in Richtung einer opti schen Blattgutachse emittiert wird. Zur optischen Detektion wird das Blatt gut entlang einer Transportrichtung an der ortsfesten Detektionseinrichtung vorbeitransportiert. Der von der Detektionseinrichtung detektierte Bereich beinhaltet die gesamte Breite des Blattguts senkrecht zur Transportrichtung, so daß beim Vorbeitransport die gesamte Fläche des Blattguts detektiert wird.

Zudem ist eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die das Blattgut wäh rend der Detektion beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung weist Kompo nenten auf, die das Blattgut von beiden Seiten beleuchten, so daß von der Detektionseinrichtung sowohl reflektiertes als auch transmittiertes Licht de tektiert werden kann.

Die Auflösung der Vorrichtung beträgt ca. 50 dpi. Bei bestimmten Anwen dungen, wie z. B. die Erkennung einer Banknotennummer auf einer Banknote mittels einer "Optical Character Recognition" (OCR)-Software ist diese Auf lösung jedoch zu gering. Eine Erhöhung der Auflösung auf ca. 250 dpi, z. B. zur Erkennung einer Banknotennummer, führt jedoch zu sehr hohen Daten raten, die ca. um einen Faktor 25 über den Datenraten der bekannten Vor richtung liegen. Problematisch hierbei ist, daß solche Datenraten, wenn überhaupt, nur extrem aufwendig zu verarbeiten sind.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur optischen Detektion von Blattgut vorzuschlagen, die bei einer we nig aufwendig zu verarbeitenden Datenrate eine hohe Auflösung bei der Detektion ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß le diglich ein Bereich des Blattguts mit einer hohen Auflösung detektiert wird, der bevorzugt kleiner ist als die gesamte Breite des Blattguts. Der Bereich wird auf dem Blattgut so gewählt, daß die für die beabsichtigte Anwendung notwendigen Bereiche auf dem Blattgut mit hoher Auflösung detektiert werden. Hierzu ist eine Reflexionseinrichtung mit mehreren Reflektoren vorgesehen, mittels der das von dem Bereich des Blattguts in Richtung der Blattgutachse emittierte Licht in Richtung der Detektorachse umgelenkt wird. Mittels einer Verstelleinrichtung kann die Position zumindest zweier Reflektoren zur Festlegung der Position des Bereichs auf dem Blattgut relativ zur Detektionseinrichtung verändert werden. Die Reflektoren sind so ange ordnet, daß die Länge des optischen Weges des emittierten Lichts vom Blattgut bis zur Detektionseinrichtung unabhängig von der Position des Be reichs auf dem Blattgut ist.

Ein Vorteil der Vorrichtung ist es, daß die für beabsichtigten Anwendungen relevanten Bereiche mit hoher Auflösung detektiert werden können. Durch eine bevorzugt ortsfeste Detektionseinrichtung bleibt eine einmal eingestellte Justierung erhalten. Aufgrund der konstanten Länge des optischen Weges bei der Detektion ist gewährleistet, daß ein einmal eingestelltes Abbildungs system bei der Festlegung der Position des Bereichs auf dem Blattgut nicht verändert werden muß. Da von der Verstelleinrichtung lediglich die Position der relativ leichten Reflektoren verändert und so auf eine Bewegung relativ großer Massen verzichtet wird, läßt sich der relevante Bereich auf dem Blatt gut mit einfachen Mitteln sehr präzise einstellen.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorachse und die Blattachse parallel angeordnet. Ein erster Reflektor bildet mit der Detek torachse einen ersten Reflexionswinkel von 45° und ein zweiter Detektor mit der Blattgutachse einen zweiten Reflektorwinkel von 45°. Zur Festlegung der Position des Bereichs auf dem Blattgut werden die Reflektoren von der Verstelleinrichtung in einer Richtung senkrecht zur Detektorachse bzw. zur Blattgutachse parallel verschoben.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform bilden die Detektorachse und die Blattgutachse einen festen Achsenwinkel. Ein erster Reflektor bildet mit der Detektorachse einen ersten Reflektorwinkel und ein zweiter Reflek tor bildet mit der Blattgutachse einen zweiten Reflektorwinkel, wobei sich der zweite Reflektorwinkel als 90° minus dem halben Achsenwinkel minus dem ersten Reflexionswinkel ergibt. Zur Festlegung der Position des Be reichs auf dem Blattgut werden die Reflektoren von der Verstelleinrichtung in Richtung senkrecht zur Winkelhalbierenden des Achsenwinkels parallel verschoben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfin dung, die anhand der Figuren beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipskizze einer Seitenansicht einer ersten Ausführungs form,

Fig. 2 Prinzipskizze einer Frontalansicht der ersten Ausführungs form,

Fig. 3 Position der detektierten Bereiche auf dem Blattgut,

Fig. 4 Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer Seiten- bzw. Frontalansicht. Zur Detektion wird das am Blattgut 10 entlang einer Transportrichtung T an einem Gehäuse 20 vor beitransportiert. Durch ein Fenster 21 im Gehäuse 20 wird das Blattgut 10 beleuchtet bzw. das vom Blattgut emittierte Licht zumindest teilweise de tektiert. Die Beleuchtungseinrichtung 30 ist hier als ein Array von Leuchtdi oden ausgeführt, die senkrecht zur Transportrichtung T des Blattguts und in einem bestimmten Winkel zur Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ angeordnet sind. Das von den Leuchtdioden 30 emittierte Licht tritt zunächst durch ein Ab bildungssystem 31 und dann durch das Fenster 21 und beleuchtet einen Be reich des Blattguts 10. Der Bereich erstreckt sich in Transportrichtung T zu mindest über eine Länge l und senkrecht zur Transportrichtung T über die gesamte Breite G des Blattguts 10. Um eine hohe Lichtintensität von den Leuchtdioden zu erhalten, können diese in einem Pulsbetrieb betrieben wer den, wobei die Leuchtdioden für kurze Zeiten mit einem Strom versorgt werden, der über dem Strom im Dauerbetrieb der Leuchtdiode liegt.

Alternativ zu der hier als ein Array von Leuchtdioden ausgeführten Beleuch tungseinrichtung 30 kann diese bei Bedarf auch mit anderen Mitteln, wie z. B. Glühbirnen in Verbindung mit entsprechenden Reflektoren ausgeführt wer den. Weiterhin kann die Beleuchtungseinrichtung 30 so angebracht sein oder zumindest Komponenten aufweisen, daß das Blattgut 10 von der dem Ge häuse 20 gegenüberliegenden Seite beleuchtet wird. Hierdurch ist es mög lich, vom Blattgut 10 reflektiertes und/oder transmittiertes Licht zu detektie ren.

Das vom Blattgut 10 in Richtung der Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ emittierte Licht wird mittels einer Reflexionseinrichtung 50 in Richtung einer Detek torachse A₁ umgelenkt. Das in Richtung der Detektorachse A₁ umgelenkte Licht wird mittels einer bevorzugt ortsfesten Detektionseinrichtung detek tiert. Diese weist bevorzugt ein CCD-Array 40 auf, auf das das in Richtung der Detektorachse A₁ umgelenkte Licht mittels eines Abbildungssystems 41 abgebildet wird.

In der ersten Ausführungsform sind die Detektorachse A₁ und die Blattgut achse A₂ bzw. A'₂ parallel angeordnet. Ein erster Reflektor 51 der Reflexi onseinrichtung 50 ist so angeordnet, daß er mit der Detektorachse A₁ einen ersten Reflektorwinkel β bildet. Es gilt: 0 < β < 90°. Hierdurch wird erreicht, daß der optische Weg L des Lichts entlang der Detektorachse A₁ die Blatt gutachse A₂ in einem Punkt Y schneidet. In diesem Punkt Y wird ein zweiter Reflektor 52 der Reflexionseinrichtung 50 vorgesehen, der mit der Blattgut achse A₂ einen zweiten Reflektorwinkel γ mit γ = 90° - β bildet. Die Reflekto ren 51 und 52 bilden somit einen Winkel δ = 90°. Bevorzugt wird β = γ = 45° gewählt.

Weiterhin sind die Reflektoren 51 bzw. 52 bevorzugt so ausgeführt, daß sie das auf sie treffende Licht vollständig reflektieren. Für bestimmte Anwen dungen ist es jedoch möglich, zumindest einzelne Reflektoren beispielsweise teildurchlässig, dichroitisch oder polarisierend auszugestalten. Weiterhin ist bei Bedarf auch eine Verwendung von Prismen als Reflektoren möglich.

Das vom Blattgut 10 im Bereich B in Richtung der Blattgutachse A₂ emittierte Licht wird vom zweiten Reflektor 52 auf den ersten Reflektor 51 und von dort in Richtung der Detektorachse A₁ zur Detektionseinrichtung reflektiert. Durch die Anordnung der Reflektoren 51 und 52 ist gewährleistet, daß die Länge L des optischen Weges des emittierten Lichts vom Blattgut 10 bis zur Detektionseinrichtung im gesamten Bereich B des Blattguts gleich ist. Es gilt: L = L₁₁ + L₁₂ + L₁₃ = L₂₁ + L₂₂ + L₂₃. Hierdurch kann der gesamte Bereich B des Blattgutes problemlos mit dem Abbildungssystem 41 auf den Detektor 40 abgebildet werden.

Bevorzugt steht die Detektorachse A₁ senkrecht auf dem CCD-Array 40 und die Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ senkrecht auf dem Blattgut 10, so daß eine verzerrungsfreie Abbildung des Bereichs B des Blattguts 10 auf das CCD- Array 40 der Detektionseinrichtung gewährleistet wird. Steht die Detek torachse A₁ nicht senkrecht auf dem CCD-Array 40 und/oder die Blattgut achse A₂ bzw. A'₂ nicht senkrecht auf dem Blattgut 10, können die dadurch auftretenden Verzerrungen beispielsweise durch ein geeignetes Abbildungs system 41 ausgeglichen werden. Eine andere Möglichkeit zum Ausgleichen solcher Verzerrungen besteht darin, diese bei der Auswertung der vom CCD-Array 40 detektierten Meßwerte entsprechend zu berücksichtigen.

Durch eine hier nicht dargestellte Verstelleinrichtung kann die Position der Reflektoren 51 und 52 zur Festlegung der Position des Bereichs B auf dem Blattgut relativ zur Detektionseinrichtung verändert werden. Hierzu werden die Reflektoren 51 und 52 in einer Richtung D senkrecht zur Detektorachse A₁ bzw. zur Blattgutachse A₂ parallel verschoben. Die verschobene Position der Reflektoren 51 und 52 ist in der Fig. 1 mit 51' bzw. 52' bezeichnet und strichliert dargestellt. Der Bereich B wird hierbei als Bereich B' in Richtung D' verschoben. Es gilt: D' = 2 . D.

Die Länge der Reflektoren 51 und 52 ist bevorzugt so gewählt, daß das über die gesamte Breite G des Blattguts 10 in Richtung der Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ emittierte Licht in Richtung der Detektorachse umgelenkt wird. Die Brei ten der Reflektoren 51 und 52 werden bevorzugt so gewählt, daß das in Richtung der Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ emittierte Licht vollständig auf das Abbildungssystem 41 fällt. Hierdurch wird eine Begrenzung des Strahlen ganges vermieden. Durch die Anordnung der Reflektoren 51 und 52 ist ge währleistet, daß die Länge L des optischen Wegs über die gesamte Breite G des Blattguts 10 und speziell auch im Bereich B' gleich ist. Es gilt: L' = L'₁₁ + L'₁₂ + L'₁₃ = L'₂₁ + L'₂₂ + L'₂₃ = L.

Aufgrund der Anordnung der Reflektoren 51 und 52 läßt sich somit der Be reich B über die gesamte Breite G des Blattguts 10 beliebig positionieren, wobei die Länge L des optischen Weges erhalten bleibt, so daß ein einmal auf die Länge L des optischen Weges eingestelltes Abbildungssystem 41 nicht mehr nachgeregelt werden muß. Da die Reflektoren 51 und 52 relativ leicht sind, können diese mit einfachen Mitteln, wie z. B. Schrittmotoren, sehr präzise verstellt werden.

Die Fig. 3 zeigt die Lage der Bereiche B und B' auf dem Blattgut 10. Diese wurden hier so gewählt, daß die Banknotennummern der hier dargestellten Banknote jeweils in einen der Bereiche fallen. Die Auflösung der Vorrichtung hängt hierbei von der Anzahl N der Pixel des CCD-Arrays 40 und von der gewünschten Breite b eines Bildelements auf dem Blattgut ab. Für die Größe eines Bildelementes P auf dem Blattgut 10 gilt: P = l . b. Für eine gewünschte Auflösung von 250 dpi wird l = b = 0,1 mm gewählt. Mit einer Anzahl N = 256 Pixel des CCD-Arrays ergibt sich die Breite des Bereichs B zu B = N . b = 25,6 mm.

Bei einer gewünschten Transportgeschwindigkeit der Banknote von T = 10 m/s und einer Farbtiefe von 1 Byte/Pixel, das entspricht 256 Grauwerten, ergibt sich eine Datenrate D von D = N . T . F/l = 25,6 MB/s. Um die Daten rate D zu senken, können beispielsweise auch eine Anzahl N von Pixeln mit N < 256 Pixel ausgewählt werden, die für die beabsichtigte Anwendung re levant sind.

Die Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform der Er findung, bei der die Detektorachse A₁ die Blattgutachse A₂ bzw. A'₂ einen Achsenwinkel α bilden. Es gilt: 0 < α < 180°. Der Achsenwinkel α wird somit durch die Lage des Detektors 40 und des Blattguts 10 zueinander bestimmt. In der Detektorachse A₁ wird ein erster Reflektor 51 vorgesehen, der mit der Detektorachse einen Reflektorwinkel β bildet, wobei gilt: 0 < β < 90° - α/2. Hierdurch wird erreicht, daß der optische Weg L die Blattgutachse A₂ in einem Punkt X schneidet. Prinzipiell kann der erste Reflektorwinkel β in dem angegebenen Bereich frei gewählt werden.

Weiterhin wird im Schnittpunkt X ein zweiter Reflektor 52 vorgesehen, der mit der Blattgutachse A₂ einen zweiten Reflektorwinkel γ bildet, der sich aus dem Achsenwinkel a und dem ersten Reflektorwinkel β ergibt. Es gilt: γ= 90° - α/2 - β. Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß die Reflektoren 51 und 52 einen Winkel δ bilden mit δ = 90° + γ/2.

Zur Verschiebung des Schnittpunkts der optischen Achse A₂ mit dem Blatt gut 10 in Richtung D' in den Schnittpunkt des Blattguts 10 mit der Blattgut achse A'₂ werden die Reflektoren 51 und 52 in eine Richtung D senkrecht zur Winkelhalbierenden des Achsenwinkels α parallel verschoben. Es gilt: D' = 2 . D . cos (α/2). Auch bei dieser Anordnung der Reflektoren 51 und 52 bleibt die Länge des optischen Weges erhalten. Es gilt: L''₁₁ + L''₁₂ + L''₁₃ = L''₂₁ + L''₂₂ + L''₂₃.

Ein Vorteil der zweiten Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß eine Verschiebung des zu detektierenden Bereichs B quasi mit jeder beliebi gen relativen Anordnung zwischen Blattgut 10 und Detektor 40 realisiert werden kann. Um eine möglichst kompakte Anordnung zu erhalten, können optional zusätzlich weitere ortsfeste Reflektoren im optischen Weg L ange ordnet werden. Auch diese zusätzlichen ortsfesten Reflektoren werden so angeordnet, daß der optische Weg in den durch die Verstelleinrichtung ein stellbaren Positionen der Reflexionseinrichtung 50 erhalten bleibt.

Claims

1. Vorrichtung zur optischen Detektion von Blattgut, wie z. B. Banknoten, mit

- einer Detektionseinrichtung (40, 41), die das aus Richtung einer opti schen Detektorachse (A₁) einfallende Licht eines Bereichs (B) des Blatt guts (10) detektiert, das vom Blattgut (10) in Richtung einer optischen Blattgutachse (A₂, A'₂) emittiert wird,
- einer Beleuchtungseinrichtung (30, 31), die zumindest den Bereich (B) des Blattguts (10) beleuchtet, dadurch gekennzeichnet, daß
- eine Reflexionseinrichtung (50) mit Reflektoren (51, 52) vorgesehen ist, mittels der das von dem Bereich (B) des Blattguts (10) in Richtung der Blattgutachse emittierte Licht in Richtung der Detektorachse umgelenkt wird,
- eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, die die Position zumindest zwei er Reflektoren (51, 52) zur Festlegung der Position des Bereichs (B) auf dem Blattgut (10) relativ zur Detektionseinrichtung (40, 41) verändert und
- die Reflektoren (51, 52) so angeordnet sind, daß die Länge (L) des opti schen Weges des emittierte Licht vom Blattgut (10) bis zur Detektorein richtung (40, 41) unabhängig von der Position des Bereichs (B) auf dem Blattgut ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Detektorachse (A₁) und die Blattgutachse (A₂, A'₂) parallel angeordnet sind,
- ein erster Reflektor (51) mit der Detektorachse (A₁) einen ersten Reflek torwinkel (β) bildet und
- ein zweiter Reflektor (52) mit der Blattgutachse (A₂, A'₂) einen zweiten Reflektorwinkel (γ) von 90° minus dem ersten Reflektorwinkel (β) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstell einrichtung zumindest den ersten und den zweiten Reflektor (51, 52) in einer Richtung (D) senkrecht zur Detektorachse (A₁) bzw. zur Blattgutachse (A₂, A'₂) parallel verschiebt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Detektorachse (A₁) und die Blattgutachse (A₂, A'₂) einen Achsenwin kel (α) bilden,
- ein erster Reflektor (51) mit der Detektorachse (A₁) einen ersten Reflek torwinkel (β) bildet und
- ein zweiter Reflektor (52) mit der Blattgutachse (A₂, A'₂) einen zweiten Reflektorwinkel (γ) bildet, wobei sich der zweite Reflektorwinkel (γ) als 90° minus dem halben Achsenwinkel (α) minus dem ersten Reflektor winkel (β) ergibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstell einrichtung zumindest den ersten und den zweiten Reflektor (51, 52) in einer Richtung (D) senkrecht zur Winkelhalbierenden des Achsenwinkels (α) parallel verschiebt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionseinrichtung (50) mindestens einen ortsfesten Reflektor aufweist.