CN1185603C - 具有多波长光源的图象读出设备和用于该设备的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一个线形双波长透射LED阵列、及包括相互相对布置的光电检测器阵列和双波长反射LED阵列的线形发光/光电检测部分相对布置，从而读介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过。还提供了存储时间控制电路；及控制装置，用来通过双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列控制发光，通过光电检测器控制读出，及控制存储时间控制电路。借助于存储时间控制电路的存储时间调节波长检测灵敏度和光量随不同扫描介质的变化。

Description

具有多波长光源的图象读出设备 和用于该设备的控制方法
技术领域
本发明涉及一种在一个使用多波长光源的图象读出设备中对于多波长光源的每一个用来控制读出装置对钞票(银行纸币)辨别的存储时间的图象读出设备，并且涉及一种用于该图象读出设备的控制方法。
背景技术
先有技术包括一种使用一个存储时间控制电路的钞票辨别设备，如在日本专利出版物(kokoku)No.8-12709中讲授的那样。该钞票辨别设备带有：一个发光装置，用来发射双色(双波长)光；一个检测电路，用来检测来自发光装置的光的发射比；及四个光电检测电路，用来检测从钞票反射的光。把绝对光量控制为一个恒定值，并且根据双波长光的发射比校正来自钞票的光电检测，以辨别钞票。
与以上提及的常规设备有关的一个问题是：因为不仅在发光侧的光量有变化，而且也由光电检测元件和光电检测信号处理电路引入变化，所以不能以良好的精度辨别钞票。这是因为：光电检测器接收混合在一起的要检测的双波长，在光电检测侧使用滤波器分离波长，及代之以是接收来自实际介质的反射光的光电检测器，光电检测器使用另一个光电检测器的检测光量来校正实际检测光量。
以上所述的钞票辨别设备的技术一般使用多个不同波长的光源以读出透射和反射光，作为一种检测磨损或弄脏钞票的水印中的皱纹和细微污物的装置。在这种情况下的一个问题在于，光电传感器的灵敏度根据光源的波长而变化，并且生成基于灵敏度差别的误差。而且，根据正在辨别的钞票是否在传感器上方，检测的光量当检测光透过钞票时显著不同，并且因此当读出钞票时需要高增益。还必须切换增益值，并且生成与放大程度有关的误差。
发明内容
本发明打算解决上述问题。本发明的一个目的在于，提供一种使用一个多波长光源的图象读出设备、及其一种控制方法，借此图象读出操作(包括线状传感器扫描操作和传感器系统的变化)总能是相同的，而与图象阅读器之间的变化和差别无关，能简化控制电路，及能避免诸如对于图象阅读器之间的吸收差别设置各种软件过程参数之类的复杂过程。本发明的一个进一步的目的在于，如果光电检测传感器的灵敏度根据光源的波长而变化，则消除结合灵敏度差别出现的误差。
本发明涉及一种使用多波长光源的图象读出设备，并且这样实现本发明以上提及的目的：通过布置一个线形双波长透射LED阵列、及一个包括相对布置的一个光电检测器阵列和一个双波长反射LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种扫描介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过，所述双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列发射不同波长的光；一个存储时间控制电路，布置在光电检测器阵列的一个信号处理电路中；及一个控制装置，用来通过双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列控制发光，通过光电检测器控制扫描，及控制存储时间控制电路；其中借助于存储时间控制电路的存储时间调节波长检测灵敏度和光量随不同读出介质的变化。
以上目的进一步这样实现，通过布置一个线形双波长透射LED阵列、及一个包括相对布置的一个光电检测器阵列和一个双波长反射LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种读介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过；及一个信号处理电路，当双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列发射不同波长的光时，用来控制光电检测器阵列的存储时间。
另外，本发明涉及一种用于图象读出设备的控制方法，该图象读出设备带有一个线形双波长透射LED阵列、及一个包括相对布置的一个光电检测器阵列和一个双波长反射LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种读介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过；及一个信号处理电路，当双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列发射不同波长的光时，用来控制光电检测器阵列的存储时间，并且这样实现上以目的：通过在用来校正指示双波长透射LED阵列的发光效率等级排列的自动调节之后确定当没有读介质时的存储时间，把白色基准介质放置在介质通路中，自动调节指示双波长反射LED阵列的发光效率等级的排列，确定当读介质存在时的透射/反射存储时间，及计算一个校正系数；通过设置当没有读介质时的存储时间、及断开双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列以确定当没有读介质存在时的一个暗输出校正值，确定一个暗输出校正值，然后接通双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列以确定一个发光值，设置当有读介质存在时的存储时间，及断开双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列以确定当有扫描介质存在时的一个暗输出校正值，及确定一个暗输出校正值和计算一个校正系数。
附图说明
在附图中：
图1表示根据本发明的一个线状传感器的一种典型配置；
图2表示根据本发明的一个线状传感器的扫描电路图；
图3是方块图，表示根据本发明的示范电路图；
图4A至4J是时间图，描述本发明的操作；
图5流程图，表示用于线状传感器调节的典型过程(设置存储时间)；
图6来自各国的钞票的特性；及
图7是流程图，表示用于线状传感器的控制操作(扫描操作)的典型过程。
具体实施方式
在根据本发明的图象读出设备中，控制电路操作(包括线状传感器扫描操作和传感器系统变化)是相同的，与图象阅读器之间的差别和变化无关，同时也简化了控制电路，并且避免了诸如对于图象阅读器之间的吸收差别设置各种软件过程参数之类的复杂过程。当把不同波长(如绿和红外)的光源用于光源时，通常共同使用用于检测透射光和反射光的光电检测器元件以减小阅读器的尺寸。当把一个相同的光电检测器元件用于多个不同波长的光源时，光电检测器元件的灵敏度根据检测波长而不同。本发明通过控制光电检测器元件的光电检测的存储时间防止由灵敏度造成的误差。
而且，一个LED(发光二极管)阵列通常用作光源，但该LED阵列包括在平行的行中的大量LED元件，一个电阻器元件串联添加到多个LED元件上，以限制至LED元件的电流供给。因为在制造期间在LED元件中的变化出现，所以如果仅使用具有特定亮度比的LED元件，阅读器成本由于有关的产出量会变高。然而，通过仅选择和排列在一定容许范围内的LED元件、及根据排列使用这些建立单独的LED阵列，在光电检测器侧能减小光电检测差别。通过选择单独的LED元件，能抑制单个LED阵列的亮度变化，并且由此在本发明中消除LED阵列之间的变化。
下面参照附图和举例使用用来辨别钞票(银行纸币)的用途，详细描述本发明。
图1表示根据本发明的一个线状传感器100的配置。布置在钞票辨别设备(图象读出设备)的钞票辨别部分中，线状传感器100包括一个长的发光部分110和一个发光/光电检测部分120；钞票，即要辨别的介质，穿过在发光部分110与发光/光电检测部分120之间的一条钞票输送通路。
发光部分110包括一个用来透射双波长的光的线形LED阵列111(包括交替排列的LED1和LED2)，整体布置有一个用于钞票照明的杆式透镜112，以便均匀地照亮由此通过的钞票。
发光/光电检测部分120包括：整体布置的用来反射双波长光的一个线形LED阵列121(包括交替排列的LED3和LED4)；用于光电检测的光电二极管阵列123；一个用来限制光电二极管阵列123的光电检测角度、增大方向性、及提高分辨率的SELFOC透镜阵列(SLA)122；及一个用来控制光电二极管阵列123的每个元件的存储时间的多路复用器电路124。
双波长LED阵列111(用于透射光)和LED阵列121(用于反射光)由一个电流控制驱动电路控制；光电二极管阵列123的传感器输出根据发射的波长由多路复用器电路124使用存储时间和输出适当地控制。LED阵列通常是发射红外光和另一种可见光，如红、绿和黄的组合，的LED元件的一种组合。黄—绿光相对于磨损弄脏的钞票和检测假钞票是有益的，然而，因为透射光的吸收图案，而当发射包含两个波长的黄—绿光时，由于黄—绿光与钞票的彩色图案的关系，反射光不同。在本发明中使用的透射光和反射光因此都是红外光(940nm)和黄-绿光(570nm)。考虑双波长透射LED阵列111和反射LED阵列121共同使用光电检测侧，他们最好布置在相同的线上，但如果布置在两行中，则最好配置成以交错图案交替。
图2是光电二极管阵列123和多路复用器电路124的电路图。光电二极管阵列123包括64个布置在行中的光电二极管PD(1)至PD(64)。两个布置到钞票通路，形成一个128通道配置。多路复用器电路124包括：积分放大器，用来积分来自光电二极管PD(1)至PD(64)的每个输出信号；一个保持电路，用来保持来自积分放大器的输出值；及地址开关，对其经一个缓冲器输入由保持开关保持的输出值。地址开关由移位寄存器顺序切换，从而通到它的值作为一个视频信号输出。当reset是高H(无效)时，积分放大器积分施加到其上的电荷；当reset是低L(有效)时，使电荷放电，并且积分值变到零。当施加hold时，保持电路保持来自积分放大器的积分值。
当如此组成时，通过在发光部分110与发光/光电检测部分120之间的钞票通路的钞票由通过杆式透镜112来自双波长透射LED阵列111的光垂直地照亮。来自钞票的透射光和反射光由SELFOC透镜阵列122引导到光电二极管阵列123(PD(1)至PD(64))。来自光电二极管阵列PD(1)至PD(64)的输出，输入到多路复用器电路124的一个相应积分放大器，并且被积分，只要reset是高H(即，存储时间)。由每个积分放大器积分的值经保持电路、缓冲器及地址开关顺序输出，作为视频信号。
图3是本发明示范电路构造的方块图，借此借助于一个CPU20和一个专用控制器30控制线状传感器100的光电二极管阵列123，以在时间共享基础上顺序切换和重复检测透射的红外光和黄-绿光、及反射的红外光和黄-绿光。双波长透射LED阵列111和双波长反射LED阵列121相对着布置，有一条钞票通路在其之间；一个由V/I转换电流操作的可变额定电流电路10控制双波长透射LED阵列111(LED1、LED2)和双波长反射LED阵列121(LED3、LED4)。一个D/A转换器11把来自CPU20控制电流值转换成多值(在该最佳实施例中为256×256个值)发光值，该发光值与一个计时信号一起从专用控制器30输入到可变额定电流电路10。闪烁存储器23连接到CPU20上。
专用控制器30借助于一个内装定序器31和传感器A/D控制器32，输出一个规定电流何时流到哪个LED的计时信号。定序器31和传感器A/D控制器32是一个产生一个计时信号的计时发生器，该计时信号控制LED1至4的发光、和与LED1至4共同操作的光电二极管阵列123的操作。因为LED1至4在多发光值(在该最佳实施例中为256×256个值)下操作，所以D/A转换器11用来适当地选择发光值。
专用控制器30内部进一步包括：一个传感器A/D控制器32，用来控制一个A/D转换器13；一个存储时间计数器33，通过计数来自由操作参数设置装置36设置的存储时间的一个系统时钟(例如，32MHz)来控制存储时间(reset)；一个算术运算器34，用来使用由一个A/D转换器转换的原始数据和在一个SRAM22中设置的校正系数进行校正运算；一个总线控制器35，用来控制内部和外部总线；及一个运算参数设置装置36。一个系统时钟、来自一个钞票检测传感器1的检测信号、及来自一个机械时钟发生器2的机械时钟MCLK，输入到专用控制器30。
光电二极管阵列123由来自专用控制器30的一个读控制信号控制，使来自64个PD(1)至PD(64)的每条通道被读出。读控制信号是一个读时钟、一个读开始信号(st)、及一个保持信号(hold)；通过频分系统时钟得到读时钟(1MHz)。当多路复用器电路124的reset不是高，即从专用控制器30输出存储时间控制信号时，存储的电荷仅在hold是低L(有效)的同时才输出到保持电路，并且以稳定的电压输出来自PD(1)至PD(64)的读信号。来自PD(1)至PD(64)的读信号由多路复用器电路124的地址开关顺序选择，并且一次借助于输入到微分放大器12的输出信号Video(视频)输出一条通道。
微分放大器12放大通过由CPU20控制的D/A转换器从来自光电阵列123的输出信号Video上减去一个偏移值得到的差值信号，并且把生成的放大差值信号Vd输出到A/D转换器13。A/D转换器13由专用控制器30中的传感器A/D控制器32控制，并且把A/D转换数字值输入到专用控制器30。
由D/A转换器14输出的偏移值从CPU20发送，从而在一行中的最小值不是负的，并且在特定范围内。由D/A转换器14D/A转换的模拟值输入到微分放大器12，并且把其输出Vd输入到用于A/D转换的A/D转换器13。A/D转换器13的转换计时由从传感器A/D控制器32发送的A/D控制信号控制，从而每条通道抽样一次。
在相同的电流下LED1至4的发光值有变化(由于在照亮排列中的差别)。然而，通过借助于D/A转换器11-2控制D/A转换器11-1的基准电压(D/A转换器11-2的输出是D/A转换器11-1的基准电压)，能补偿在D/A转换器11-1的相同电流设置下LED阵列1至4发射亮度的差别，即发射灵敏度。结果，能使用于一次D/A转换的LED阵列的亮度变化量为恒定。
用于由A/D转换器13A/D转换的光电二极管阵列PD(1)至PD(64)的每个通道的数字值，输入到专用控制器30，经专用控制器30写到一个FIFO存储器21，并且从其由外部CPU20读出。提供SRAM22作为用于专用控制器30的工作RAM，但仅当专用控制器30不工作时能由CPU20存取，在这种情况下，CPU20经专用控制器30存取SRAM22。提供FIFO存储器21和SRAM22的原因在于：SRAM22主要存储用于门阵列操作的数据，而必须由CPU20读出作为结果的数据存储到FIFO存储器21。FIFO存储器21存储四种波长(两种透射波长和两种反射波长)的暗输出和色调校正数据、每种透射和反射波长的象素比计算数据、及钞票边缘信息；SRAM22存储用于暗输出校正的数据、色调校正数据、钞票边缘检测阈值数据、及暗输出和色调校正数据。
图4A至4J是时间图，描述本发明的示范操作，图4A表示用于钞票进给率同步的机械时钟MCLK，1线表示用于每输送1.5毫米的扫描；及4B、4C、4D、和4E分别表示LED4、LED3、LED2及LED1在波长4(570nm反射)、波长3(940nm反射)、波长2(570nm透射)及波长1(940nm透射)下发射的通状态。图4F表示存储时间(reset)计时，图4G表示电荷保持(hold)计时，图4H表示光电二极管阵列123读出开始(st)计时，图4I表示1MHz读时钟，及图4J表示用于线状传感器100的一行的通道输出Video。换句话说，每扫描一行输入机械时钟MCLK的三个脉冲，即对于每三个输入脉冲扫描一行。当LED 1-4被时间共享控制以在不同波长下点亮时，根据LED1至4的发射分配电荷存储时间，从而由积分放大器积分电荷。LED1至4的存储电荷由保持电路保持，并且顺序与计时到读开始信号(st)的读时钟读同步化。从多种复用器电路输出的信号Video如图4J中所示。
图5表示线状传感器100的调节(设置存储时间)。首先，自动调节指示双波长透射LED阵列111的发射效率等级的排列，即从D/A转换器11-2输出的D/A转换器11-1的基准电压(步骤S1)。这通过在存储时间和D/A转换器11-1控制值(D/A值)恒定的条件下把没有钞票时的(光-暗)值设置为常数而实现。其次，在LED阵列电流恒定、和没有钞票时的(光-暗)值恒定的情况下，调节没有钞票传送时的存储时间(步骤S2)。其次，把一种白色基准纸张介质插入到线状传感器100的钞票输送部分(步骤S3)。当反射传感器通常处于备用时，即使LED发射也因为没有反射介质而没有反射。因此插入该白色基准纸张介质，以检测来自未弄脏基准介质的反射。各国钞票的光电
检测以十六进制记数法表示在下面的表1中。
  意大利钞票(里位)     法国钞票(法郎)   菲律宾钞票(比索)     美国钞票(美元)
透射红外    C0     80   A0     90
透射黄-绿    C0     90   C0     D0
反射红外    C0     C0   C0     E0
反射黄绿    C0     C0   C0     E0
表1
表1中所示的光电检测值就象当对于每个通道(1-128)制出曲线时由图6中实线指示的那样，并且由于例如各国钞票质量的差别，出现透射和反射光的差别。结果，对于每个国家使用白色基准介质设置调节值，而传感器的动态范围是普通的。图6中的虚线R1至R6指示基准调节值。
其次，自动调节指示双波长LED阵列121(用于反射光)的发射效率等级的排列，即从D/A转换器11-2输出的D/A转换器11-1的基准电压(步骤S4)。这通过在存储时间和D/A转换器11-1控制值(D/A值)也恒定的条件下把有钞票时的(光-暗)值设置为常数而实现。然后确定当有钞票时的透射和反射(每个为双波长)存储时间(步骤S5)。用来实现这点的条件是一个恒定的LED阵列电流值(基于以上确定排列值的LED阵列电流值)和钞票存在时的恒定(光-暗)值。
其次，计算没有钞票时的检测系数，如用于每个通道的基准校正系数，一个用于4波长×128通道的调节校正基准值；和当有钞票时的一个透射/反射使用比值系数，从而使用白色基准纸的输出对于当钞票存在时的4波长×128通道是常数(步骤S6)。然后把这些调节值(当有钞票时的存储时间、当没有钞票时的存储时间、LED阵列排列值)和校正值(基准校正值、调节校正基准值、使用比值系数)存储到闪烁存储器23(步骤S7)。
图7表示用于线状传感器100的示范控制程序(读操作)。首先，从闪烁存储器23读出无钞票存储时间，并且设置到专用控制器30中的操作参数设置装置36(步骤S10)。然后断开LED1至4(步骤S11)。确定没有钞票情况下的暗输出校正值(D/A转换器14的控制值)，并且把用于4波长×128通道的暗输出校正系数存储到SRAM22(步骤S12)。然后接通LED1至4(步骤S14)。其次，使用恒定光-暗设置确定LED发光值(256个值；D/A转换器11-1输出)(步骤S15)。从闪烁存储器读出有钞票存在情况下的存储时间，并且设置(步骤S16)，及然后断开LED1至4(步骤S17)。其次，在确定有钞票存在情况下的暗输出校正值(D/A转换器14的控制值之后(步骤S20)，把用于4波长×128通道的暗输出校正存储到SRAM22(步骤S21)。其次，它变到正常钞票识别模式。
应该注意，尽管以上参照钞票描述，但在诸如支票之类的介质的情况下，也能以相同的方式使用本发明。况且，尽管把LED用作发光元件，但显然也能使用其他元件。另外，尽管以上描述了双透波长和双反射波长，但也有可能处理任何其他数量的透射和反射波长。
如上所述，当由其中灵敏度根据波长变化的单个光电检测器检测到不同波长和不同发射效率的两个光源时，在本发明中通过传感器的存储时间吸收光电检测器和发光元件的效率差别。因此仅需控制存储时间，电路配置因而能较简单，及光电检测器操作不受光电检测电路差别的影响。
而且，本发明也与具有不同光透射和反射特性的各种介质(不同国家的钞票)相容。通过在辨别操作开始处运行建立过程，完成用来校正这种变化的设置值和用于辨别过程的设置参数，并且读出精度能提高且是稳定的。
况且，因为通过存储时间调节由波长造成的灵敏度差别和光量的变化，所以借助于一个模/数过程能实现信号处理，能使用普通的信号处理系统，及能降低成本。
尽管在初始调节期间(在产品发货时)完成调节和设置存储时间，但即使当操作受温度、老化、及其他环境变化的影响时，也能以良好的结果辨别介质，因为操作由发光元件的发射值控制。
当不使用存储时间控制时，考虑到波长灵敏度对于不同检测介质的差别，必须把光电检测放大器增益变到1∶10或甚至1∶100。然而，通过使用根据本发明的存储时间控制，光电检测电路的放大增益能保持恒定，并且能使用共用电路偏移和A/D转换位加权。如果增大增益，则同时放大前置电路的偏移，但这不是问题，因为他们是相同的电路。

Claims (9)

1.一种具有多波长光源的图象读出设备，带有一个线形双波长LED阵列用于透射光、及一个包括相对布置的一个光电检测器阵列和一个用于反射光的双波长LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种被扫描介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过，所述双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列发射不同波长的光，该设备包括：
一个存储时间控制电路，布置在光电检测器阵列的一个信号处理电路中；及
一个控制装置，用来通过用于透射光的双波长LED阵列和用于反射光的双波长反射LED阵列控制发光，通过光电检测器控制读出，及控制存储时间控制电路；
其中借助于存储时间控制电路的存储时间调节波长检测灵敏度和光量随不同读出介质的变化。
2.根据权利要求1所述的图象读出设备，其中自动完成所述存储时间调节。
3.根据权利要求1所述的图象读出设备，其中所述双波长是红外光和黄-绿光。
4.根据权利要求1所述的图象读出设备，其中所述双波长透射LED阵列和所述双波长反射LED阵列布置在相同的行上。
5.根据权利要求1的图像读取设备，其中
光电监测器阵列的所述信号处理电路包含在所述光电监测器阵列之中，所述存储时间控制电路积分光电荷一个特定的时间。
6.根据权利要求5所述的图象读出设备，其中一个SELFOC透镜阵列被提供在所述双波长反射LED阵列的前面。
7.一种用于图象读出设备的控制方法，该图象读出设备带有一个线形双波长透射LED阵列、及一个包括相互相对布置的一个光电检测器阵列和一个双波长反射LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种读介质在双波长透射LED阵列与发光/光电检测部分之间通过；及一个信号处理电路，当双波长透射LED阵列和双波长反射LED阵列发射不同波长的光时，用来控制光电检测器阵列的存储时间，其中：
在用来校正指示双波长透射LED阵列的发光亮度等级的自动调节之后，确定当没有读介质时的存储时间，
把一种白色参考介质放置在介质通路中，并且自动调节双波长反射LED阵列的发光亮度等级，及
确定当读介质存在时对于透射/反射的存储时间，及计算一个校正系数。
8.一种用于图象读出设备的控制方法，该图象读出设备带有一个用于透射光的线形双波长LED阵列、及一个包括相互相对布置的一个光电检测器阵列和一个用于反射光的双波长LED阵列的线形发光/光电检测部分，从而一种读介质在用于透射光的双波长LED阵列与发光/光电检测部分之间通过；及一个信号处理电路，当所述用于透射光的双波长LED阵列和所述用于反射光的双波长LED阵列发射不同波长的光时，用来控制光电检测器阵列的存储时间，其中：
设定当没有读介质时的一个存储时间，并且断开所述用于透射光的双波长LED阵列和所述用于反射光的双波长LED阵列以确定当没有读介质存在时的一个暗输出校正值，
确定一个暗输出校正值，
接通所述用于透射光的双波长LED阵列和所述用于反射光的双波长LED阵列以确定一个发光值，
设置当有读介质存在时的存储时间，并且断开所述用于透射光双波长LED阵列和所述用于反射光的双波长LED阵列以确定当有读介质存在时的一个暗输出校正值，及
确定一个暗输出校正值和计算校正系数。
9.根据权利要求5的图象读出设备，包括：
其中控制装置包括一个目标输出表，用来根据读介质在每种不同波长下的反射率和透射率设置所述存储时间，及
根据来自目标输出表的一个值设置存储时间，以达到一个特定的输出值。
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