-
Die
Erfindung betrifft eine optische Detektorvorrichtung, aufweisend
zumindest eine Eintrittsöffnung,
eine abbildende Vorrichtung, zumindest ein Beugungsgitter, welches
mit zumindest einer Eintrittsöffnung
in Beziehung steht, und eine linear ausgebildete Detektoranordnung.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Überprüfung von
Banknoten sowie ein Verfahren zur Spektralanalyse eines zu detektierenden
Bereichs eines Objekts.
-
Die Überprüfung von
Banknoten (Verifikation oder Authentifikation) basiert üblicherweise
zumindest zu einem gewissen Teil auf optischen Detektionsverfahren
(siehe z.B.
US 5,607,040 ,
EP 0 935 223 ). Es ist bekannt,
die Überprüfung durch
Vergleich eines detektierten Musters mit einem Referenzmuster durchzuführen (siehe
z.B.
EP-A-0 947 964 ).
-
Optische
Spektroskopie ist in industriellen Laboratorien und bei Produktionsstraßen zu Zwecken
der Produktionsüberwachung
wohlbekannt. Bei solchen Anwendungen messen Spektrometer das optische
Spektrum in einem be stimmten Bereich des zu analysierenden Objekts.
Allgemein gesprochen gibt es zwei Möglichkeiten, um dies durchzuführen:
Scannen
des Spektrums in engen Bereichen mittels eines einzelnen Detektors
oder simultane Messung mehrerer Spektralbereiche mittels einer linear
ausgebildeten Detektoranordnung.
-
Abbildende
Spektrographen sind bereits auf dem Markt erhältlich. Ein Beispiel einer
solchen Vorrichtung ist in OLE, Juni 1994, Seiten 33 ff. beschrieben.
Diese bekannte Vorrichtung ist eine Kombination aus einem Spektralanalysator
und einer CCD-Kamera. Licht tritt durch einen an der Vorderseite
des Spektralanalysators befindlichen Schlitz ein. Es wird anschließend mittels
eines Transmissionsgitters in seine spektralen Komponenten aufgespalten
und auf einen zweidimensionalen CCD-Detektor (der Teil einer konventionellen
CCD-Kamera ist) abgebildet. Das Transmissionsgitter ist zwischen
zwei dispersiven Prismen eingebettet (ein Aufbau, der als PGP bekannt
ist: "Prisma-Gitter-Prisma").
-
Die
derzeit bekannten Spektrometer sind gut für die Produktionsüberwachung
bei industriellen Prozessen geeignet, wo ausreichend Raum zur Verfügung steht.
Sie können
jedoch nicht einfach verkleinert werden und daher sind die bislang
bekannten Konstruktionen für
integrierte technische Lösungen nicht
geeignet.
-
DE-A-195 23 140 offenbart
ein Verfahren zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses
für ein
Spektrome ter mit hoher Genauigkeit, indem mehrere linear ausgebildete
Detektoranordnungen verwendet werden, um das von einem einzelnen
Eingangsschlitz kommende Licht aufzunehmen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optische Sensorvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die auf einer Spektralanalyse basiert. Insbesondere
besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die unter Verwendung einer mechanisch integrierten, raumsparenden
Konstruktion zur Detektion unterschiedlicher Punkte (einschließlich einem
einzelnen Punkt) eingesetzt werden kann.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Detektorvorrichtung insbesondere
zur Erzielung spektroskopischer Messungen einer beleuchteten Linie
vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung mehrere Eintrittsöffnungen,
die in einer ebenen Anordnung längs
einer parallel zu der beleuchteten Linie verlaufenden ersten Achse
zueinander beabstandet angeordnet sind; eine abbildende Vorrichtung,
welche eine zur ersten Achse und zur beleuchteten Linie senkrecht
stehende optische Achse definiert; mehrere Beugungsgitter, welche
längs einer
zweiten Achse in einer ebenen Anordnung parallel zu der ebenen Anordnung
der Eintrittsöffnungen angeordnet
sind, wobei jedes Gitter mit einer dazugehörigen Eintrittsöffnung und
mit einer linear ausgebildeten Detektoranordnung verknüpft ist,
wobei sich die linear ausgebildete Detektoranordnung längs einer
Längs achse
erstreckt, welche parallel zur zweiten Achse verläuft und
seitlich von dieser beanstandet ist, wobei die Gitterlinien der
Beugungsgitter in einem spitzen Winkel zu der Längsachse der linear ausgebildeten
Detektoranordnung verlaufen, wobei die erste Achse, die zweite Achse
und die Längsachse
senkrecht auf der optischen Achse stehen und wobei die Beugungsgitter
ein Spektrum von jeder Eintrittsöffnung
erzeugen und dieses auf unterschiedliche Bereiche der linear ausgebildeten
Detektoranordnung auftrifft.
-
Aufgrund
der Tatsache, dass der Neigungswinkel größer als 0° und kleiner als 90° ist, gibt
es bei der Richtung der räumlichen
spektralen Dispersion eine Richtungskomponente, die parallel zur
Detektionslinie verläuft,
wobei es gleichzeitig möglich
ist, das Spektrum mehrerer Punkte nebeneinander und im Wesentlichen
ohne eine Überlappung
der Beugungsmuster anzuordnen. Es ist daher möglich, die Spektren einer Mehrzahl
von Punkten längs
einer Detektionslinie gleichzeitig zu analysieren. Eine solche Sensorvorrichtung
ist besonders gut zur Überprüfung von
Banknoten geeignet. Es existiert jedoch eine Vielzahl anderer Einsatzbereiche,
wie beispielsweise die klinische in-Vivo-Analyse, Sicherheitsausrüstung, Überprüfung von
industrieller Produktion, Sortieren von Gegenständen usw. Bei einigen der Einsatzgebiete
können
zwischen dem Objekt und der optischen Detektorvorrichtung optische
Fasern oder Lichtwellenleiterverbindungen verwendet werden, um beabstandete
spektroskopische Messungen durchführen zu können.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
gibt es mehrere schlitzförmige
Eintrittsöffnungen
und dazu korrespondierende Beugungsgitter, die in Richtung der Detektionslinie
angeordnet sind. Jede schlitzförmige
Eintrittsöffnung
definiert einen "Punkt", für den das
Spektrum gemessen wird. (Ein Punkt kann jede geeignete Größe aufweisen,
beispielsweise mehrere Quadratmillimeter.) Das Spektrum aller Punkte
wird parallel zueinander bestimmt.
-
Bei
der Überprüfung von
Banknoten ist die Detektionslinie eine gerade Linie, die senkrecht
zur der Richtung verläuft,
in der die Banknoten zugeführt werden.
Darüber
hinaus entspricht die Detektionslinie der vollen Breite des Transportpfades.
D.h., dass die Banknote, die die Vorrichtung mit der Sensoranordnung
passiert, vollständig
gescannt werden kann.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass es nicht zwangsweise erforderlich ist,
schlitzförmige
Eintrittsöffnungen
vorzusehen. Kreisförmige,
ovale, rechteckige oder quadratische Formen sind ebenfalls akzeptabel.
Es ist ebenso möglich,
eine Detektionslinie zu wählen,
die nicht geradlinig ist. Das Eingangssignal für den spektralen Sensor kann
durch ein Faserbündel
erfolgen, das jegliche geometrische Verteilung von "Punkten" in eine Reihe bringt.
Die Sensorvorrichtung kann auch mehrere Detektionslinien umfassen
und als Konsequenz daraus unterschiedliche linear ausgebildete Detektoranordnungen
umfassen.
-
Es
gibt unterschiedliche Parameter, die variiert werden können, um
die gewünschte
Geometrie der Vorrichtung zu erzielen: der Neigungswinkel, der Abstand
der Eintrittsöffnungen
voneinander und die Frequenz (oder der Gitterlinienabstand) des
Beugungsgitters. Gemäß einem
besonders bevorzugten Beispiel werden diese Parameter in einer Weise
gewählt,
dass das Spektrum der "Punkte" kontinuierlich ("contiguously") auf der Detektoranordnung
abgebildet wird.
-
Falls
lediglich ein Teil des Spektrums zu analysieren ist, muss lediglich
dieser Teil kontinuierlich abgebildet werden.
-
Der
Neigungswinkel beträgt
vorzugsweise 45°.
Werte, die in der Nähe
von 45° liegen,
weisen ähnliche
Vorteile auf. Es ist möglich,
eine spektrale Auflösung
von typischerweise zwischen 8 und 64 Spektralanteilen pro Punkt
zu erzielen. In Abhängigkeit
von den Erfordernissen der jeweiligen Verwendung des Spektrometers
können
niedrigere oder höhere
spektrale Auflösungen
implementiert werden. Für
eine gegebene Detektoranordnung (welche durch die Größe und den
Abstand der Sensorenpixel zueinander gekennzeichnet ist) gibt es
eine gegenseitige Beeinflussung zwischen räumlicher und spektraler Auflösung. Je
höher die
spektrale Auflösung
ist, umso niedriger ist die räumliche
Auflösung,
und umgekehrt.
-
Bei
der Detektoranordnung kann es sich um eine einzelne lineare Anordnung
von lichtempfindlichen Detektionspixeln handeln (auf einem Halbleiterchip
integriert, beispielsweise in einem Silizium- oder einem Germani um/Indium-Verbundkörper). Vorzugsweise
ist die lineare Anordnung (d.h. die Linie der Detektionssensoren)
in Bezug auf eine optische Achse des Spektrometers seitlich versetzt.
Die optische Achse wird durch die abbildende Vorrichtung definiert.
Allgemein gesprochen sind die Eintrittsöffnung und das Beugungsgitter
in Bezug auf die optische Achse ausgerichtet und die optische Achse
weist eine Richtung auf, die vorzugsweise senkrecht zu der Oberfläche des
zu analysierenden Objekts steht.
-
Der
Versatz ist derart, dass die Detektoranordnung die Beugungsmuster
erster Ordnung von allen gleichzeitig zu analysierenden "Punkten" gemeinsam aufnimmt.
In Abhängigkeit
von der Lichtintensität
der unterschiedlichen Beugungsordnungen kann es ebenfalls möglich sein,
Spektralanteile von Beugungsmustern höherer Ordnung aufzunehmen.
-
Es
ist von Vorteil, falls es sich bei dem Beugungsgitter um ein Transmissionsgitter
handelt, das eine Vorzugsrichtung aufweist. Ein Glanzgitter ("blaze grating") beispielsweise
konzentriert die Energie der gebeugten Strahlung im Beugungsmuster
erster Ordnung. Allgemein gesagt ist es bevorzugt, dass die Intensität der Beugungsmuster
für eine
Ordnung maximiert wird, die von der linear ausgebildeten Detektoranordnung
aufgenommen wird. Transmissionsgitter sind gegenüber Reflektionsgittern zu bevorzugen, auch
wenn die Erfindung nicht auf derartige Gitter beschränkt ist.
-
Die
abbildende Vorrichtung ist beispielsweise eine Linsenanordnung,
die es ermöglicht,
ein kontinuierliches streifenförmiges
Detektionsgebiet auszuleuchten. Es ist allgemein bekannt, dass GRIN-Linsenanordnungen
(GRIN = graded index; variabler Brechungsindex), die auch als selbstfokussierende
Linsenanordnungen bekannt sind (SLA = Selfoc Lens Arrays), das gewünschte Verhalten
zeigen. In Abhängigkeit
vom Zweck und dem Erfordernis des gewählten Anwendungsgebiets, kann
das Spektrometer jedoch auch mit anderen abbildenden Elementen ausgebildet
werden.
-
Zum
Scannen von Objekten mit einer feinen Oberflächenstruktur ist es oftmals
erforderlich, einige den Treppenstufeneffekt verringernde Mittel
(antialiasing means) vorzusehen, um unerwünschte Fluktuationen zu vermeiden.
In Verbindung mit der Sensorvorrichtung der Erfindung ist es insbesondere
von Vorteil, vor den Eintrittsöffnungen
Zylinderlinsen anzuordnen. Derartige Linsen können mittels eines langen Stabs,
der sich über
die gesamte Länge
der Detektionslinie hinweg erstreckt, realisiert werden. Die Vermeidung
des Treppenstufeneffekts erfolgt in einer Richtung (also in Richtung
der Detektionslinie). In der anderen Richtung (also senkrecht zur
Detektionslinie) wird das Bild fokussiert. Wenn sich das Objekt während des
Messzyklusses bewegt (wie dies bei einer Banknotenüberprüfung mit
hoher Geschwindigkeit der Fall ist), führt dies automatisch zu einer
Verringerung des Treppenstufeneffekts in der Richtung des Transports.
-
Ob
es sinnvoll ist, den Treppenstufeneffekt verringernde Mittel vorzusehen
oder nicht, hängt
von der optischen Struktur (Textur) des Objekts und der Größe der Eintrittsöffnung ab.
Es ist selbstverständlich
auch möglich,
anders geartete, den Treppenstufeneffekt verringernde Mittel vorzusehen.
-
Um
in der ausgewählten
Beugungsordnung ausreichend viel Licht zur Verfügung zu haben, ist es wichtig,
dass eine gute und konzentrierte Beleuchtung des zu analysierenden
Gebiets ("Punkte") vorhanden ist.
Die Erfindung schlägt
daher weiterhin vor, dass Beleuchtungsmittel angeordnet werden,
die einen schmalen, aber langgestreckten (d.h. streifenförmigen oder
linienförmigen)
beleuchteten Bereich auf dem Objekt (z.B. eine Banknote) bereitstellen.
-
Wenn
Faserbündel
verwendet werden, um einen ausgedehnten zweidimensionalen Bereich
auf eine Detektionslinie abzubilden, kann es selbstverständlich auch
sinnvoller sein, Beleuchtungsmittel vorzusehen, die beispielsweise
einen kreisförmigen Bereich
oder einen andersartigen Bereich beleuchten (in Abhängigkeit
vom Anwendungsgebiet).
-
Zur Überprüfung von
Banknoten ist es bevorzugt, Beleuchtungsmittel mit einem kontinuierlichen Breitbandspektrum
im sichtbaren und im Infrarot-Bereich (400 nm bis zu 2000 nm) zu
verwenden. Es ist nämlich
so, dass die Qualität
der spektroskopischen Messung von der Qualität des Spektrums der Beleuchtung
abhängt.
In Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung kann es ausrei chend sein, eine Beleuchtung
im ultravioletten Bereich (beispielsweise wenn fluoreszierende Effekte
genutzt werden) oder lediglich im sichtbaren Bereich vorzusehen.
-
Die
Beleuchtung kann durch Kombination unterschiedlicher Lichtquellen
erfolgen. Die Beleuchtungseinheit kann eine Mehrzahl von Quellen
und eine abbildende Vorrichtung, die das Licht der Lichtquellen
auf dem streifenförmigen
Bereich abbildet, aufweisen. Eine Reihe diskreter oder glühender ("incandescent") Lichtquellen kann
mit Hilfe von Zylinderlinsen auf eine Linie fokussiert werden.
-
Die
abbildende Vorrichtung und die Sensoranordnung können vorzugsweise in einem
gemeinsamen Gehäuse
mit kleinem Querschnitt integriert werden (ähnlich zu einem Kontaktbildsensor,
CIS = Contact Image Sensor, wie er im Stand der Technik bekannt
ist). Es ist ebenso möglich,
weitere Elemente der Erfindung in ein anwendungsspezifisches Modul zu
integrieren, um eine kompakte und modulare technische Konstruktion
zu erzielen.
-
Die
Erfindung wird vorzugsweise zur Überprüfung von
Banknoten verwendet. Derartige Vorrichtungen umfassen typischerweise
einen Banknotentransportpfad zur sequentiellen Zuführung von Banknoten
und eine optische Detektorvorrichtung, die unterhalb des Transportpfads
angeordnet ist und die eine Eintrittsöffnung, eine abbildende Vorrichtung,
ein mit der Eintrittsöffnung
verknüpftes
Beugungsgitter und eine Detektoranordnung aufweist. Gemäß der Erfindung
ist das Beugungsgitter ge genüber
der Ausrichtung der linear ausgebildeten Detektoranordnung gedreht.
Der Transport wird durch angetriebene Transportrollen und mechanische
Führungselemente
durchgeführt,
die die Banknote dazu zwingen, sich entlang eines vorab bestimmten
Pfades, der an der optischen Detektorvorrichtung vorbeiführt, zu
bewegen. Die optische Detektorvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen
sehr kleinen Querschnitt auf und kann daher auf einfache Weise in
jeglichen Typ von Überprüfungsvorrichtung
integriert werden.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Spektralanalyse eines zu detektierenden Bereichs eines Objekts unter
Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt
der Erfindung vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte
aufweist:
- a) Beschränkung der zu detektierenden
Bereiche mit Hilfe der Eintrittsöffnungen,
- b) Ausübung
eines Beugungseffekts auf das mit Hilfe der Eintrittsöffnungen
beschränkte
Licht durch Verknüpfung
von entsprechenden Beugungsgittern mit jeder der Eintrittsöffnungen
und
- c) Detektion eines Beugungseffekts erster und/oder höherer Ordnung
mittels der linear ausgebildeten Detektoranordnung, wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist, dass
- d) durch Wahl eines Drehwinkels, eines Abstands der Eintrittsöffnungen
voneinander und eines Abstands der Beugungsgitterlinien voneinander
dem Beugungseffekt eine Drehung relativ zur Ausrichtung der linear
ausgebildeten Detektoranordnung aufgezwungen wird, derart, dass
die Spektren einer Mehrzahl von im zu detektierenden Bereich liegender
Punkte kontinuierlich auf die Detektoranordnung abgebildet werden,
so dass es möglich ist,
die Spektren der Mehrzahl von Punkten gleichzeitig zu messen.
-
Die
Erfindung wird nun ausführlicher
unter Rückgriff
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung und unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben,
wobei 1 eine schematische perspektivische Ansicht des
Spektrometers ist.
-
1 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das Spektrometer dieses Typs kann in Banknotenbearbeitungsvorrichtungen
(siehe z.B.
EP 0 645
742 B ) verwendet werden. Derartige Vorrichtungen weisen üblicherweise
zwischen einer Banknoteneingabe und einer Banknotenausgabe einen
Transportmechanismus zur Zuführung
der Banknoten
1 in einer Reihe und mit einer höheren Transportgeschwindigkeit
auf. Die Orientierung der Banknote
1 während des Transports kann senkrecht
zur Richtung des Transportpfads
2 stehen. Das Spektrometer,
welches mit einer Datenanalysierungsvorrichtung (beispielsweise
einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor oder einem
Computer) verbunden ist, um eine Validierung der Banknote zu ermöglichen,
deckt vorzugsweise die vollständige
Breite des Transportpfads ab, so dass die Banknote vollständig gescannt
werden kann, wenn sie die Sensorvorrichtung passiert. Die Entscheidung,
ob die Banknote gültig
ist oder nicht, kann selbstverständlich nicht
nur aufgrund der spektralen Analyse, sondern ebenso auf weiteren Überprüfungen wie
beispielsweise einer Kapazitätsbestimmung
erfolgen. Derartige zusätzliche
Erkennungsschemata sind im Stand der Technik bekannt.
-
Eine
Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen 3.1, 3.2 und
eine Zylinderlinse 4, um eine langgestreckte und dünne Detektionslinie 5 zu
beleuchten. Die Zylinderlinse 4 liegt parallel zur Detektionslinie 5.
Die Lichtquellen 3.1, 3.2 können glühende Elemente sein, die derart
längs einer
geraden Linie 6 mit einem geeigneten Abstand zueinander
angeordnet sind, dass sichergestellt ist, dass die Stärke der
Beleuchtung entlang der Linie 5 mehr oder weniger konstant
und für
die Detektion ausreichend hoch ist.
-
Das
Licht, das von der Oberfläche
der Banknote 1 in Richtung der optischen Achse 7 reflektiert wird,
wird von der Zylinderlinse 8 auf die Maske 9 fokussiert.
Die Maske 9 liegt in einer Ebene, die senkrecht zur optischen
Achse 7 steht und erstreckt sich in eine Richtung, die
parallel zu der Detektionslinie 5 liegt. Eine Mehrzahl
von schlitzförmigen
Eintrittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 ist
längs der
Achse 10 der Maske angeordnet. Jede Eintrittsöffnung 11.1, 11.2, 11.3 definiert
einen Bereich oder einen "Punkt" auf der Detektionslinie 5,
welcher spektral analysiert wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen die Ein trittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 eine
Länge im
Bereich zwischen 1 mm und 2 mm (beispielsweise s = 1,4 mm) sowie eine
Breite im Bereich von 1/10 bis 3/10 mm (beispielsweise von w = 0,2
mm) auf. Alle Eintrittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 haben
die gleiche Ausrichtung, und zwar sind sie um einen Winkel α gegenüber der Achse 10 der
Maske verdreht. Die Schlitze sind daher weder parallel zur Achse 10,
noch verlaufen sie orthogonal zu dieser. Der am stärksten zu
bevorzugende Winkel beträgt α = 45°. Die Eintrittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 können einen
Abstand im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm voneinander aufweisen, wobei
dieser Abstand von dem zu analysierenden Objekt sowie von der gewünschten
spektralen Auflösung
abhängt.
Es gibt offensichtlich unterschiedliche Parameter, die angepasst
werden können,
und die berücksichtigt
werden müssen,
wenn der Abstand der Eintrittsöffnungen
zueinander festgelegt wird.
-
Hinter
der Maske 9 (in 1 "oberhalb") befindet sich eine abbildende Vorrichtung 12,
beispielsweise eine selbstfokussierende Linsenanordnung (SLA = Selfoc
Lens Array), die ein Bild der Maske 9 auf die Ebene 13 des
optischen Sensors projiziert. Es ist bevorzugt, dass die abbildende
Vorrichtung 12 keine auf dem Kopf stehenden ("inverted") Bilder erzeugt.
Es können
jedoch auch auf dem Kopf stehende Bilder toleriert werden, wenn
den Treppenstufeneffekt vermeidende Mittel (antialiasing means)
vorhanden sind.
-
Eine
Beugungsgitteranordnung 14 ist zwischen der Ebene 13 des
optischen Sensors und der abbildenden Vorrichtung 12 angeordnet.
Wie im vorliegenden Beispiel darge stellt, umfasst die Beugungsgitteranordnung 14 eine
Mehrzahl von Transmissionsgittern 15.1, 15.2, 15.3.
Jedes Transmissionsgitter 15.1, 15.2, 15.3 ist
mit einer Eintrittsöffnung 11.1, 11.2, 11.3 verknüpft. Die
Transmissionsgitter 15.1, 15.2, 15.3 weisen
eine Ausrichtung auf, die gegenüber
der Achse der Beugungsgitteranordnung 14 um den gleichen
Winkel gedreht ist, wie die Eintrittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 gegenüber der
Achse 10 verdreht sind. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 45°. Das Transmissionsgitter 15.1 und
die damit verknüpfte
Eintrittsöffnung 11.1 befinden
sich auf der gleichen optischen Achse. Die Transmissionsgitter 15.1, 15.2, 15.3 können einen
kontinuierlichen ("contiguous") streifenförmigen Bereich
oder eine Reihe voneinander getrennter rechteckiger Bereiche ausbilden.
Jeder rechteckige Bereich kann gegenüber der Achse 16 verdreht
sein, oder auch nicht. Es ist ausreichend, falls das Licht der Eintrittsöffnungen 11.1, 11.2, 11.3 mehr
oder weniger vollständig
mittels des Beugungseffekts eingefangen wird und falls die Gitterstruktur
selbst um den gewünschten
Winkel gedreht ist.
-
Die
Linie 5, die Zylinderlinse 8, die Achse 10 der
Maske, die abbildende Vorrichtung 12 und die Transmissionsgitter 15.1, 15.2, 15.3 liegen
alle zueinander parallel und sind zusätzlich auf der optischen Achse 7 zueinander
ausgerichtet. Die Sensoranordnung 17 ist jedoch seitlich
gegenüber
der optischen Achse 7 in einer Weise versetzt angeordnet,
dass die Beugungsmuster 18.1, 18.2, 18.3 erster
Ordnung der Transmissionsgitter 15.1, 15.2, 15.3 detektiert
werden können.
(Die Beugungsmuster nullter Ordnung, die mehr oder weniger längs der
optischen Achse 7 auf die Ebene 13 projiziert
werden, sind in 1 nicht dargestellt. Weiterhin
wird darauf hingewiesen, dass in 1 lediglich
die "positiven" Beugungsmuster erster
Ordnung 18.1, 18.2, 18.3 dargestellt
sind, obgleich es zueinander symmetrisch liegende Beugungsmuster
erster Ordnung auf der "positiven" und "negativen" Seite der Beugungsmuster
nullter Ordnung gibt.)
-
Da
die Ausrichtung des Beugungsgitters bzw. die Ausrichtung der Linien
des Beugungsgitters um einen Winkel von 45° gedreht ist, sind die Beugungsmuster
erster Ordnung 18.1, 18.2, 18.3, die
im Wesentlichen jeweils einen länglichen,
rechteckigen Bereich in der Ebene 13 abdecken, gegenüber der Detektionslinie
um den gleichen Winkel verdreht. Darüber hinaus überlappen sich diese gegenseitig und
bilden einen durchgängigen
Bereich mit einer "gestuften" Form aus. Die Sensoranordnung 17 ist derart
platziert, dass diese vollständig
innerhalb des durchgängigen "gestuften" Bereichs liegt.
Gemäß 1 ist
der kontinuierliche, "gestufte" Bereich parallel
zur Detektionslinie, jedoch um eine bestimmte Entfernung von der
optischen Achse 7 versetzt.
-
Wie
in 1 dargestellt, schneidet die Sensoranordnung 17 die
Beugungsmuster erster Ordnung asymmetrisch. Dies führt zu einer
Auswahl der detektierten Wellenlängen.
In der Tat enthält
jedes der Beugungsmuster erster Ordnung 18.1, 18.2, 18.3 die
vollständige
spektrale Information in seinem Muster. Es ist daher am meisten
zu bevorzugen, die Sensoranordnung 17 mit den Beugungsmustern 18.1, 18.2, 18.3 zu
schneiden, beginnend von der Position mit der längsten Wellenlänge innerhalb
des Messbereichs des Sensors und endend beispielsweise in der Nähe des äußeren Endes
des Musters, wobei dies von der kürzesten Wellenlänge, die
von dem Sensor detektiert werden kann, abhängt.
-
Das
Ausmaß der
Erstreckung der Beugungsmuster erster Ordnung 18.1, 18.2, 18.3 hängt von dem
Linienabstand des Gitters ab. Gute Resultate wurden mit einem Linienabstand
erzielt, der 300 bis 600 Linien pro Millimeter entspricht (beispielsweise
d = 0,0017 mm). Um eine ausreichende Lichtintensität im Beugungsmuster
erster Ordnung zu haben, wird ein Glanzgitter ("blaze grating") verwendet, welches die Lichtleistung
in einer bevorzugten und vorab bestimmten Beugungsordnung konzentriert.
-
Die
Sensoranordnung
17 weist eine einzelne Anordnung von Pixeln
auf, die unterschiedliche Spektralanteile des gebeugten Lichts in
Abhängigkeit von
der Position der Pixel und von der geometrischen Ausbildung des
Gitters empfängt.
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Sensoranordnung
17 und die optischen Komponenten
in einem stabartigen Gehäuse
eingebaut, um eine Konstruktion zu erhalten, die vergleichbar mit
einem CIS-Modul (CIS = Contact Image Sensor) ist. CIS-Module sind marktüblich erhältlich und
werden zum Scannen von Dokumenten in Faxgeräten und für Falschgelderkennende Vorrichtungen
(siehe z.B.
US 5,607,040 ,
EP 0 935 223 ) verwendet.
Sie umfassen eine Anordnung von optischen und photoempfindlichen
Mitteln zur Erkennung des Musters eines gedruckten Dokuments, beispielsweise
im sichtbaren Bereich.
-
Das
von der Sensoranordnung
17 erzeugte digitale Signal wird
in einer beliebigen erwünschten Weise
von einem Computer oder beispielsweise von einem DSP oder von einem
ASIC (siehe beispielsweise
EP
0 947 964 A ) verarbeitet.
-
Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf die vorab beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es gibt eine
große
Anzahl von Variationen, die im Rahmen der Erfindung liegen, wie
dies aus den folgenden Erläuterungen
ersichtlich wird.
-
So
kann es zwei Beleuchtungseinrichtungen geben, eine auf jeder Seite
der Sensorvorrichtung. Die Beleuchtungsbereiche können vollständig oder teilweise
einander überlappen.
Die beiden Beleuchtungseinrichtungen können unterschiedliche Spektren
aufweisen. Die Spektren können
zueinander komplementär
sein, so dass die Beleuchtungseinrichtung einen breiten spektralen
Bereich abdeckt (beispielsweise vom UV-Bereich bis zum Infrarot-Bereich).
Eine Beleuchtung im UV-Bereich kann verwendet werden, um den fluoreszierenden "Fingerabdruck" der Banknote zu
detektieren.
-
Die
Bauweise der Beleuchtungsmittel hängt von der Größe und von
der Form des Detektionsbereichs ab. Obgleich 1 eine schmale
gerade Linie darstellt, ist es ebenso möglich, eine gekrümmte Linie
oder mehrere voneinander separierte Linien zu verwenden. Es ist
ebenso möglich,
einen kreisförmigen,
ovalen oder rechteckigen Bereich mit Hilfe von Faserbündeln zu
analysieren. An der Eingangsseite der Fasern sind diese gleichmäßig über den
zu analysierenden Bereich verteilt, und an der Ausgangsseite können diese
entlang einer einzelnen Linie vor der Eintrittsöffnung angeordnet werden. Der
Bereich des Objekts wird daher auf eine lineare Anordnung abgebildet.
Mit anderen Worten bildet das Faserbündel jegliche Eintrittsöffnung auf
einen bestimmten Punkt oder auf ein bestimmtes Gebiet eines externen Gegenstands
ab, wobei diese Punkte oder Gebiete in beliebiger Weise angeordnet
werden können.
-
Die
Zylinderlinsen 4 und 8 können durch andere optische
Einrichtungen ersetzt werden, die das Licht auf die Oberfläche des
Gegenstands projizieren und die die reflektierte Strahlung einfangen,
um diese einer Spektralanalyse zuzuführen.
-
Obgleich
es bevorzugt wird, dass die Eintrittsöffnungen in der Maske und das
Beugungsgitter derart dimensioniert sind, dass ein durchgängiger Bereich
von gedrehten Beugungsmustern erzeugt wird, ist es nach wie vor
möglich,
räumlich
voneinander getrennte Muster zu haben. Die Erfindung kann sogar
in Verbindung mit einer einzelnen Eintrittsöffnung und einem einzelnen
dazu korrespondierenden Beugungsgitter verwendet werden. In jedem
Fall betrifft die Erfindung eine Anordnung, bei der die Detektionslinie
und die räumliche
Verteilung der Beugungsrichtung einen geeigneten Winkel zueinander
aufweisen, der zwischen 0° und
90° beträgt. Es ist
nicht wesentlich, dass alle Eintrittsöffnungen und dazugehörigen Gitter
jeweils die gleiche Ausrichtung zueinander aufweisen. Es ist nachvollziehbar,
dass sich der Winkel von einem Eintrittsöffnung/Beugungsgitter- Paar zu einem anderen
Eintrittsöffnung/Beugungsgitter-Paar ändern kann.
-
Bei
den Eintrittsöffnungen
muss es sich nicht um Schlitze handeln. Die Eintrittsöffnungen
können ebenso
die Form von Kreisen oder Rechtecken aufweisen. Eine Form mit einer
größeren Länge ist
jedoch bevorzugt. Obgleich es bevorzugt ist, dass alle Eintrittsöffnungen
die gleiche Größe, Form
und Ausrichtung haben, liegt es nicht außerhalb des Bereichs der Erfindung,
dass diese eine unterschiedliche Größe, Form und Ausrichtung aufweisen.
Ebenso kann sich der Abstand zwischen zwei jeweils zueinander benachbarten
Eintrittsöffnungen ändern.
-
Die
Erfindung ist nicht auf eine einzelne linear ausgebildete Detektoranordnung
beschränkt.
Die Verwendung von zwei Anordnungen (beispielsweise Seite an Seite)
kann die Detektion und sogar die Auflösung verbessern (in Abhängigkeit
von dem Verdrehwinkel und der Geometrie der Sensoranordnung).
-
Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass die Erfindung eine spektrale Detektorvorrichtung
zur Verfügung
stellt, die in kompakter Weise ausgeführt werden kann. Sie hat ein
breites Anwendungsgebiet, das über
die Überprüfung von
Zahlungsmitteln hinausgeht.