CN102282592A - 用于检测物体反射和/或发射的光的设备和方法 - Google Patents

用于检测物体反射和/或发射的光的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测物体(1)的反射和/或发射的光的设备和方法，所述设备具有：至少一个发光装置(2)，所述发光装置利用脉冲式的光照射所述物体(1)；至少一个传感器(4、6)，所述传感器采集由所述物体(1)反射的和/或发射的光；输送装置，所述输送装置沿输送方向相对于发光装置(2)输送所述物体，并使该物体在所述传感器(4、6)旁经过；发光装置(2)的供电装置(16、17、18、19、20、21、22)，该供电装置给发光装置(2)供应电流，所述电流是时间的周期性函数，其中一个周期具有至少两个具有不同大小的电流脉冲(23、24)。

Description

用于检测物体反射和/或发射的光的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测物体(特别是扁平物体)反射和/或发射的光的设备和方法。
背景技术
这种设备在检查物体时使用。这种检查例如包括识别、控制、检测或检查物体的真实性并确认假冒品。所述物体特别是包括有价票证或文件，例如纸币、支票、股票、带有防伪印刷的证件、证书、入场券或车票、优惠券，但也包括信用卡或银行卡、身份卡或出入卡。用于检测物体反射和/或发射的光的设备通常是一个由多个部件组成的用于加工和处理扁平物体的系统的组成部分。用于检测物体反射和/或发射的光的设备用于将假冒的物体与真实的物体相区别。为了区分假冒的物体和真实的物体，使用防伪印刷油墨对物体(特别是纸币、安全文件、证明文件或有价文件)进行印刷。防伪印刷油墨使得观察者在可见光谱范围内获得确定的色彩效果。此外，所述防伪印刷油墨在用不可见的光谱范围内的(例如紫外光范围内的)光照射时，具有特征性的反射特性、荧光特性或磷光特性。因为市场上常见的以及常用的印刷油墨不具有这种特性，通过检查透过物体的光的反射、荧光现象和磷光现象，能够将假冒品与真实物体区别开。
已经证明有问题的是，在检查物体的反射、荧光现象和磷光现象时，通过物体反射或发射的光的强度或者太高，以至于用于检测的检测器达到饱和，或者过弱，以至于检测器不能检测相应的效应。因为待检查的物体在其光学特性上的差别，特别是在其反射、荧光和磷光性能上的差别，反射或发射的光的强度不能限制为预先规定的大小或较窄的范围内，并且检测器或传感器不能设置在所述范围上。
发明内容
与此不同，具有权利要求1的特征的装置具有以下优点，所述设备装备有用于照明装置的供电装置，所述供电装置在时间上周期性地给照明装置供应电流，其中时间曲线的一个周期具有至少两个具有不同大小的电流脉冲。所述供电装置的不同强度的电流脉冲导致照明装置的光脉冲的不同的强度。由此物体的每个区域用强的和弱的光脉冲照射。脉冲的光的频率和采集由物体反射和/或通过荧光现象和磷光现象发射的光的传感器的时间分辨率这里与输送装置的速度相比较高，使得物体在两个光脉冲之间的运动可以忽略。因此接近可以假设，物体在用强和弱的光脉冲照射之间是静止的。
所述传感器既基于强的光脉冲也基于弱的光脉冲采集由物体反射和/或发射的光。如果对于强的光脉冲达到了传感器的饱和，则只针对弱的光脉冲对反射和/或发射的光进行分析评估。相反，如果反射和/或发射的光由于弱的光脉冲而在其强度上过小，以至于无法用传感器进行检测，则只针对强的光脉冲对反射和/或发射的光进行分析评估。以这种方式扩展的所述光学测量系统的动态范围。这使得可以进行定量的检测，而不必知道需检测的光学特性的强度。
如果分辨率由于两个不同强度的电流脉冲过小，则可以提高时间上周期性的电流的每个周期上不同的电流脉冲的数量。可以根据需要检查的物体相对于电流强度0的时长来预先规定电流脉冲的电流强度和电流脉冲的时长，所述电流强度0的时长也称为占空比(Duty Cycle)。此外这还适用于时间上周期性的电流的周期时长或频率。
在这种情况下时间上周期性的电流是指，电流是时间的周期性函数，并由此具有时间上的周期性。
根据本发明的具有权利要求10的特征的方法的特征在于，照明装置利用脉冲式的光照射物体，其中，在脉冲的光的一个周期内产生至少两个具有不同强度的光脉冲。这是通过借助于供电装置给照明装置供应脉冲式的电流来实现的，其中每个周期具有至少两个具有不同电流强度的电流脉冲。所述方法可以利用根据权利要求1的装置来实施。
根据本发明的一个有利的实施形式，照明装置具有至少一个发出光的LED(发光二极管)。但替代所述LED也可以采用激励发光灯，如发光材料灯(荧光灯)和气体放电灯，但与其相比，发光二极管LED的突出之处在于紧凑的结构尺寸、小的制造成本、快速的响应时间和由此较高的光脉冲频率、以及较少发生故障并较少需要维修。在任何情况下，具有单色光或至少具有窄的光谱范围的光的发光装置均是有利的。以这种方式，使得可以容易地对真正的物体的荧光现象和磷光现象与假冒的物体进行区分。
根据本发明的另一个实施形式，发光二极管LED是发射紫外光的发光二极管UV-LED。紫外光有这样的优点，即，荧光现象和磷光现象在可见的光谱范围内或接近可见的光谱范围内发生，因此可以容易地用传感器检测。
根据本发明的另一个有利的实施形式，所述设备装备有至少一个用于采集由物体反射的光的第一传感器和至少一个用于采集由物体通过荧光现象和/或磷光现象发出的光的第二传感器。所述第一和第二传感器位于不同的位置。优选发光装置(特别是发光二极管)以其光轴以相对于输送装置的输送方向成不同于0°和90°的角度设置。用于采集由物体反射的光的第一传感器以其光轴与物体的表面成与发光装置与该物体的表面相同的角度设置，但关于一垂直于物体表面的并延伸通过发光装置与物体表面之间的交点的平面对称地设置。这里利用了这样的事实，即，在反射时，光的入射角与出射角相同。第二传感器可以处于任意的位置，例如垂直地位于物体的表面上方。这意味着，其光轴垂直于物体的表面定向。由于反射光的波长不同于发射光的波长，因此使用不同的传感器。反射光的波长与发光装置的光的波长已知。发射光的波长小于发光装置的光的波长。
根据本发明的另一个有利的实施形式，第二传感器是一RGB传感器。这里RGB是红、绿、蓝的缩写。这种传感器基于三原色理论，在三原色理论中，整个色彩空间用颜色红、绿和蓝的叠加构成。对于三原色中的每个颜色使用一个自己的传感器元件。
根据本发明的另一个有利的实施形式，在发光装置和第二传感器之间设置一个光学屏蔽件。所述光学屏蔽件防止发光装置的光导致对第二传感器的不利影响。除所述光学屏蔽件之外，可以在发光装置上设置一个滤光器，该滤光器从发光装置的光中滤出荧光和磷光的常见波长。
根据本发明的另一个有利的实施形式，发光装置的供电装置设有至少两个并联的输入电阻和一个差动放大器/微分放大器。此外，所述供电装置具有一电源，所述电源提供至少两个脉冲式的输入电压。脉冲式输入电压的数量与电流供应的每个周期的电流脉冲的数量相同。在有两个输入电压的情况下，一个输入电压的频率是另一个输入电压的频率的两倍。在输入电压的数量为n时，最大的频率是最小的频率的n倍。各输入电压的最大值可以相同或不同。各输入电压之间的相移为0。通过这种利用最便宜的部件的电路布置，能以可靠的方式产生具有至少两个不同的电流脉冲的周期式的电流。
各所述传感器与光的强度成比例地将由物体反射或发射的光转换成电信号。所述传感器例如可以是光电二极管或CCD。这里可以将多个这种部件成排地或按阵列布置。此外，所述传感器装备有光学系统，特别是透镜系统。此外，所述传感器还可以具有一滤光器，以便遮蔽应该利用相应的另一个传感器检测的光。这样，例如用于检测基于荧光现象和磷光现象的光的第二传感器有一个滤光器，该滤光器吸收发光装置的波长范围内的光。
本发明其他的优点和有利的实施形式由下面的说明、附图和权利要求中得出。
附图说明
在附图中示出根据本发明的装置的一个实施例。其中：
图1示出了所述装置的原理结构；
图2示出了根据图1的带有附加的光学屏蔽件和滤光器的装置；
图3示出了具有根据图1的原理结构的装置的纵向剖视图；
图4示出了图3中的细节；
图5示出了根据图1至图4的装置的线路图；
图6示出了根据图5的线路图的输入电压的时间曲线；以及
图7示出了由根据图6的两个输入电压得到的UV-LED上的电流强度的时间曲线。
具体实施方式
图1和图2示出了用于检测一个物体1的反射或发射光的装置的原理结构。所述物体是纸币。利用由发光装置2产生的光照射物体1。所述发光装置2是UV-LED。发光装置2的光轴在图1中用箭头3示出。从物体1的表面上反射的光由第一传感器4检测。第一传感器4的光轴用箭头5标识。此外，利用发光装置2的光照射的物体1由于荧光现象和磷光现象还发射出光，该光的波长与发光装置的入射光不同。为了检测所述发射光，在物体1之外设置第二传感器6。所述第二传感器6的光轴7垂直于物体1的表面延伸。通过第一传感器4检测的反射光在图1中用箭头8表示。通过荧光现象或磷光现象发射的光在图1中用箭头9表示。
图2示出了和图1相同的示意性结构。附加地，在图2中示出了在发光装置2和第二传感器6之间的光学屏蔽件10，以及在发光装置2前面的滤光器11。所述滤光器是一个UV透视滤光器，该滤光器滤除发光装置的光的可见光部分，特别是蓝色部分。第二传感器6是一个RGB传感器。隔壁形式的光学屏蔽件10用于确保直接从物体1上反射的UV射线不会到达第二传感器。
图3示出了完整的装置，该装置按根据图1和2的原理构成。该装置包括两个发光装置2、两个在图中不能看到的第一传感器和两个第二传感器6。两个发光装置2设有UV-LED和滤光器11。它们分别位于一个壳体12中，所述壳体同时用作针对两个第二传感器6的光学屏蔽件。发光装置2和第二传感器6设置在电路板13上，所述电路板装备有其他电气部件。电路板和设置在电路板上的部件由一壳体14包围。为了使发光装置2的光和由物体发射的光透过到达第二传感器6，壳体14装备有所述光可透过的防护玻璃15。在图4中放大示出根据图4的装置的带有两个发光装置2和第二传感器6的细节。
图5示出了根据图1至图4的装置的发光装置的供电装置的电路图。在电路的输入端16和17上设有差动放大器20的输入电阻18和19。所述两个输入电阻并联连接。输入电压U1和U2由没有示出的数字模块，例如微控制器、FPGA或CPLD产生。差动放大器确定一晶体管21的基极电流，所述晶体管与发光装置2的UV-LED相连。由一电阻22限制通过二极管的电流。
图6示出了两个输入电压U1和U2的时间曲线图。输入电压U2的频率是输入电压U1的两倍。相移为0。图7示出了发光装置的LED的电流ILED在根据图5的各输入电压下得到的电流的时间曲线。在周期时长T之内产生两个电流脉冲23和24。这里电流脉冲23具有比电流脉冲24高的电流强度。占空比为1/5。电流脉冲的强度和占空比取决于输入电压U1和U2和输入电阻18和19。
本发明的所有特征单独地或按任意组合都是属于本发明的实质内容。
附图标记列表
1     物体
2     发光装置
3     发光装置的光轴
4     第一传感器
5     第一传感器的光轴
6     第二传感器
7     第二传感器的光轴
8     从所述物体反射的光
9     通过荧光现象或磷光现象而从所述物体发射的光
10    光学屏蔽件
11    滤光器
12    发光装置的壳体
13    电路板
14    设备的壳体
15    防护玻璃
16    供电装置的输入端
17    供电装置的输入端
18    输入电阻
19    输入电阻
20    差动放大器
21    晶体管
22    电阻
23    电流脉冲
24    电流脉冲

Claims (10)

1.用于检测物体(1)的反射和/或发射的光的设备，该设备包括：
至少一个发光装置(2)，该发光装置利用脉冲式的光照射所述物体(1)；
至少一个传感器(4、6)，该传感器采集由所述物体(1)反射和/或发射的光；
输送装置，该输送装置沿输送方向相对于发光装置(2)输送所述物体，并使该物体在所述传感器(4、6)旁经过；以及
所述发光装置(2)的供电装置(16、17、18、19、20、21、22)，该供电装置给所述发光装置(2)供应电流，所述电流是时间的周期性函数，其中一个周期具有至少两个具有不同大小的电流脉冲(23、24)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发光装置(2)具有至少一个发光二极管。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述发光二极管是UV发光二极管。
4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于，该设备装备有至少一个用于采集由物体(1)反射的光的第一传感器(4)和至少一个用于采集由物体(1)通过荧光现象和/或磷光现象发出的光的第二传感器(6)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一传感器(4)以该第一传感器(4)的光轴(5)与所述输送装置的输送方向成90°的角度定向，而所述第二传感器(6)以该第二传感器(6)的光轴(7)按小于90°且大于0°的角度定向。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述第二传感器(6)是RGB传感器。
7.根据权利要求4、5或6所述的设备，其特征在于，在所述发光装置(2)和所述第二传感器(6)之间设置有光学屏蔽件(10)。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述供电装置具有至少两个并联的输入电阻(18、19)和一个差动放大器(20)，用于产生时间上周期性的、每个周期具有至少两个不同强度的电流脉冲。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，扁平的所述物体是有价票证。
10.用于检测物体(1)的反射和/或发射的光的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
利用输送装置输送所述物体在至少一个发光装置(2)和至少一个传感器(4、6)旁经过；
给所述发光装置(2)供应电流，所述电流是时间上的周期性函数，其中一个周期具有至少两个具有不同大小的电流脉冲(23、24)；
利用所述发光装置(2)的脉冲式的光照射所述物体(1)；以及
利用所述传感器(4、6)采集由所述物体(1)反射的和/或发射的光。
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