CN1273658A - 截获图象用的扫描装置 - Google Patents

截获图象用的扫描装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1273658A
CN1273658A CN98809885A CN98809885A CN1273658A CN 1273658 A CN1273658 A CN 1273658A CN 98809885 A CN98809885 A CN 98809885A CN 98809885 A CN98809885 A CN 98809885A CN 1273658 A CN1273658 A CN 1273658A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical waveguide
scanister
optical
light
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN98809885A
Other languages
English (en)
Inventor
瓦莱里·阿列克西弗切·克莱特索夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NAUCHNO-TEKHNEICHESY KOOPERATIV (VECTOR)
Original Assignee
NAUCHNO-TEKHNEICHESY KOOPERATIV (VECTOR)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU97116442/09A external-priority patent/RU97116442A/ru
Application filed by NAUCHNO-TEKHNEICHESY KOOPERATIV (VECTOR) filed Critical NAUCHNO-TEKHNEICHESY KOOPERATIV (VECTOR)
Publication of CN1273658A publication Critical patent/CN1273658A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10554—Moving beam scanning
    • G06K7/10564—Light sources
    • G06K7/10584—Source control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10712—Fixed beam scanning
    • G06K7/10762—Relative movement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Camera Data Copying Or Recording (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

一种用于截获图象的扫描装置,其包含一光学单元,该光学单元包括一光源(8)、一光波导(2)、一透镜(4)、一光接收器(5)和一A/D变换器(6),该装置的区别特征在于其光波导被成型为一光学透明的(优选由光学等级的玻璃制做)平行平板,其一端面(10)通常与横向的两侧成45°－49°倾斜。光源(8)位于该平板上述倾斜棱边(10)的下方,同时该平板的相对端面(11)面向图象载体且与该横向的两侧垂直。

Description

截获图象用的扫描装置
本发明涉及用于截获例如来自纸张载体信息的扫描装置，并且特别涉及用于截获金融证券例如各种类型纸币上面信息的扫描装置。
用于截获纸制图象载体上信息的各种扫描装置是已知的。最为公知的装置是用于阅读条型码的手持式扫描器，例如根据前苏联发明证书No.1837334授予专利的一种。该装置包括一光源、一会聚透镜、一孔径光阑及一与光阑耦合的光接收器，所有全都光学同轴。一球面透镜被装在被扫描的信息载体和孔径光阑之间。这种装置可以具有象圆珠笔杆一样的形式，并且具有相当简单的结构。然而该装置的功能被局限于阅读条形码，其精度、分辨率和操作速度均不能胜任其它用途。在设计上更加完善并具有扩展功能的其它手持式设备也是已知的(例如US-A-5349172，US-A-5354977，WO 94/19766和WO 94/19764)。这些装置使用LED列阵来照明被扫描的载体，并利用CCD列阵来接收被反射的信号。然而这类装置并不具有对于大量信息需要扫描的充分功能。
用于截获图象和被印刷信息的台式扫描装置也是已知的。这种装置包含一光学单元，其包括一光源、一光波导、一调焦和/或载波用的光学元件组、一光接收器，和一处理来自该光接收器的信号用的A/D变换器(例如俄罗斯联邦专利No.2032217和US-A-5295196)。
已知装置的缺陷在于它们的结构复杂性和照明器过大的功率消耗。其结构的复杂性主要是由于其完善的光学系统使用透镜、反射镜等作为聚焦元件，这在制造和为矫正该装置的操作而需要进行精确调整方面都会遇到困难。此外，为获得足够强度的被反射光通量，需要大量的光能量来照明该信息载体。
本发明的目的在于开发一种扫描装置，其结构简单并能提供以高性能和高的操作速度，而以低的照明功率截获例如被传送的纸或塑料之类载体上的图象，特别是装在传送系统例如钞票处理机中的保密文件(如信用卡、身份证明卡和钞票)上的图象。
根据本发明，提供一种用于截获图象的扫描装置，其包含一光学单元，该光学单元包括：一光源，一光波导和一光接收器，其中该光波导包括一有基本平行边的透明件，该透明件具有在该平行边之间延伸的相反两端，两端之一面向光源且在该平行边之间非垂直地延伸；另一端在使用时面向待扫描的图象，从而使来自光源的光经过此一端进入光波导，通过此另一端输出后射在图象上面并被反射回光波导中，随后再由光波导射向光接收器。
使用这种形式的光波导能将来自光源的光汇集在载体上面，因而能使比较弱的光源可被利用，而与此同时以紧凑的方式提供将被发送的光与被接收的光(以及相应的发送和接收设备)分开的简单途径。
现在将参照附图描述根据本发明的扫描装置实例，其中，
图1为局部以方框图形式的用于截获图象的扫描装置示意图；
图2为表示通过光波导的光通量的光迹图；
图3为未考虑光线在入射及出射面上透射率影响时，光波导利用率(efficiency)与光波导厚度(使用的灯泡半径为8mm，光波导长度80mm)之间关系的曲线图。
用于截获来自载体1图象的扫描装置(参见图1)，包括一光源、一光波导2、一可旋转反射镜3、一透镜4，以及一CCD或其它光敏的线性列阵5(其在此特定实例中用作图象接收器)、一CCD列阵的控制单元6，以及一从CCD线性列阵5获得的信号的A/D变换器7。一般说来，该图象可以是包括金融证券(例如纸币、支票、旅行支票和邮政汇票)的所有公开的和隐藏的要素的信息或者图案。
本实例中的光源包括六个钨丝灯泡8，优选充以卤素，每个15W。当然，任何其它类型的以及不同于六个的光源也可以使用。光可以是可见的或者不可见的(例如红外光)或其组合。灯泡被安置为一排，并且位于光波导2的前方而且实际上与波导2的下部倾斜棱边10相接触。光波导2是透明的平行平板，其在本实例中是由玻璃制成，且其两端面之一(即底边10)在本实例中是和平行边成45°倾斜的。此倾斜角可以根据许多因素来改变。这些因素将在下面更详细地加以描述，但其包括检测系统、照明系统和玻璃的折射率。就涉及检测系统来说，该棱镜的角度决定反射镜3、透镜4和传感器5待放置的位置，以及在这方面有一小部分起作用的玻璃的折射率。该倾斜角和玻璃的折射率决定照明系统的特性(强度、均匀性等)。
与光波导的倾斜棱边10相对的端面11面向载体1并且垂直于平行边延伸，尽管也可以使用其它的非垂直角度。图1表示该装置的方案，其中可旋转反射镜3被设置来实现其紧凑性。反射镜3是可旋转的，以将光束的偏转调整到透镜4和传感器5上面。可供选择的滤光片9被安装在透镜4和反射镜3之间。反射镜3的使用也是任选的。只有当一定波长的光要被检测时才需要滤光片9，例如由于荧光或以红外光照射。
该倾斜角度将加以选择，以优化光的汇集和分散性能，然而此角度通常在27°-49°的范围内，优选为41°-49°。
CCD线性列阵5、CCD列阵的控制单元6以及CCD列阵信号用的A/D变换器7被电连接在一起，并且按传统方式进行工作，以提供列阵5上所接收的线性图象的数字输出。
图2表示光如何通过光波导2传播。该图具有以下指定符号：
SO-光源8的位置；
X-光波导2的厚度；
L-光波导2的长度；
z-光波导2截获光的角度；
g-无光波导2存在时所具有的光截获角度；
a-入射光与倾斜边10上法线所成的角度；
b-折射光与倾斜边10上法线所成的角度；
r，h-光源SO沿图示方向距倾斜边10的距离；
δ-从位于光波导上部平端上的点照射到光波导倾斜端上的光线的
发散角(dispersion angle)。
在此情况下r＝4.61mm；h＝1.525mm。
该装置的作用如下：
光源8发出的光通过光波导2的倾斜边10部分进入光波导2(图1)传播，然后通过其端面11射到载体1例如纸币(示意表示在图2中)的表面上，该纸币被传送跨过端面11且与其不相接触，其间隙在本实例中测定为0.5-2mm。在其它一些情况下，该纸币可以非垂直角沿端面11传送或者跨过它传送。该间隙可为载体1提供最大的照明，其受到取决于光波导实际厚度的从光波导2射出光色散的支配。该间隙可保证端面11的表面在该装置的操作过程中不受损坏和磨损。由载体1反射的光再一次经过端面11进入光波导2，并通过其倾斜面10几乎垂直于该平行平板(如图1所示)的侧面射出，以向透镜4传输。(在图2中，光波导2和透镜4之间的光学元件已被省略)。
对本系统的数学分析提出如下：
在本实例中，光波导2的平端11与待扫描的物体几乎靠紧，且其平端10具有45°的倾斜边。一般说来，此倾斜边的角度可在(90-β0)/2+δ至90-β0-δ的范围内变化，其中β0为全内反射的临界角。
对于不同类型的玻璃而言，此角度β0大约在40°(轻冕玻璃)到34°(重火石玻璃)的范围内。我们使用轻冕玻璃(β0为40°)来制做光波导，因其具有最小的吸收系数。在这种情况下，该倾斜角可从25°+δ变化到50°-δ。通过使用其焦距为8.5mm，f数为1.5的透镜4且距该透镜约120mm，其δ角将约为：8.5/1.5/120/n弧度，即等于2°，其中n为玻璃的折射率(其为1.55)。
最佳倾斜角将在27°和49°之间。我们选择45°，因其非常接近最佳值且便于实施。
光线从平端11出来，其入射角小于全内反射的临界角(对所使用的轻冕型玻璃为40°)，而折射角“b”必须大于5°。由折射定律sin(a)/sin(b)＝n可知，入射在倾斜端10上的角度a必须超过amin＝8°。在以上遵守的条件下，射在光波导倾斜端10上的所有光线在从光波导的侧壁上实际被100％反射之后(即其光不能通过该侧壁透射)，将从端面11射出。
在给定的设计中最小的入射角将在光波导2的倾斜端面10上。光源8灯泡的玻璃半径V＝4mm，SO点将位于h＝r tan(45-amin)＝2.7mm的距离上。光波导的厚度使用3mm，则其截获角z将为z＝(45-amin)+arctan[(x-h)/(x+r)]，约等于39°。光波导的长度L使用72mm，则角度“g”＝2arctan[(x/2)/(l+r)]＝2.2°。
光波导的利用率为：
K＝Kri·Kro·z/g
其中Krj和Kro分别为光波导的入射表面10和出射表面11上的透射率。
假如认为K与长度固定时的光波导的厚度有关，那么可以看出，光波导的利用率随其厚度的减小而增加，即其越薄越好。另一方面，光波导的最小厚度是由角度δ决定的，且此角度δ予先已按照使透镜的光强(lightpower)应为最大的方式被计算出来。
对于δ＝2°来说，Xmin＝δ·π/180I＝2.5mm。
使用如此厚度的光波导，要求光学系统所有元件高精度定位，这就是为什么我们选择了X＝3mm的原故。
在我们的情况下K＝Krj·Kro·39/2.2＝17.7×Krj·Kro
光波导入口处的平均入射角为45°。在此角度下约有93％的光能量进入玻璃。出口处的平均入射角为30°。在此角度下约93％的能量被透过。
于是K＝0.93×0.93×17.7＝15
图3表示光波导利用率作为X的函数。
使用平表面的光波导，容许比较廉价地解决若干技术问题：使光聚焦并射向扫描区域；将光传送到光接收元件上。而且，使用平表面的光波导使光学单元的防尘问题简单地得到解决。
理论估算表明，光波导2与直接照明相比能使被扫描区域的照明强度提高约15倍。实际测量表明照明强度约增加8～9倍。理论估算和实际测量之间的这种差异被认为是由光源的有限尺寸和不精确对准引起的。
由载体1反射的光线在从光波导2出来之后被反射镜3反射，然后经过滤光片9和透镜4射到CCD列阵5上面。CCD列阵5所产生的电信号与射在其上的光量成正比，因而与信息载体1表面片段的反射率成正比。
通过使用线性扫描的CCD列阵作为光敏元件，可以通过扫描(截获)达到非常高的信息读出率。来自线性扫描CCD列阵5的模拟信号，然后由变换器7转换成数字信号，随后可被馈送给计算装置如PC以进一步进行处理，或者可被馈送给读出显示器(未表示)。
本发明是紧凑的且消耗非常小的功率，并能在读出甚至半色调的图象(画面)时高速度地运转。由于其结构简单，故在稍作改动之后该装置可被非常容易地引入任何片材处理机(如纸币拣送、付出或计数机)中，以便检测纸币的各种特性(例如面额、真实性等)。

Claims (8)

1.一种用于截获图象的扫描装置，其包含一光学单元，该光学单元包括：一光源，一光波导和一光接收器，其中该光波导包括一有基本平行边的透明件，该透明件具有在该平行边之间延伸的相反两端，两端之一面向光源且在该平行边之间非垂直地延伸；另一端在使用时面向待扫描的图象，从而使来自光源的光经过此一端进入光波导，通过此另一端输出后射在图象上面并被反射回光波导中，随后再由光波导射向光接收器。
2.根据权利要求1的扫描装置，其中所述一端以与所述一些平行边成41°-49°范围的角度延伸。
3.根据权利要求1的扫描装置，其中所述一端以(90-β0)/2+δ至90-β0-δ范围内的角度延伸，其中β0为全内反射的最大角度，δ为从所述另一端射在所述一端上的光线的发散角。
4.根据权利要求1的扫描装置，其中所述一端以与所述一些平行边成27°-49°范围的角度延伸。
5.根据前述任一权利要求的扫描装置，其中所述的光波导由光学等级的玻璃制成。
6.根据前述任一权利要求的扫描装置，其中所述的光接收器为线性的CCD列阵。
7.根据前述任一权利要求的扫描装置，进一步包括一用于将来自光波导的光聚焦到光接收器上的透镜。
8.根据前述任一权利要求的扫描装置，其进一步包括一用于将来自光接收器的模拟信号转换成数字信号的A/D变换器。
CN98809885A 1997-10-07 1998-10-07 截获图象用的扫描装置 Pending CN1273658A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97116442/09A RU97116442A (ru) 1997-10-07 Устройство для считывания графической и текстовой информации
RU97116442 1997-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1273658A true CN1273658A (zh) 2000-11-15

Family

ID=20197708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN98809885A Pending CN1273658A (zh) 1997-10-07 1998-10-07 截获图象用的扫描装置

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6409088B1 (zh)
EP (1) EP1021783B1 (zh)
JP (1) JP2001519572A (zh)
CN (1) CN1273658A (zh)
AT (1) ATE212743T1 (zh)
AU (1) AU9357198A (zh)
BR (1) BR9812878A (zh)
DE (1) DE69803691T2 (zh)
WO (1) WO1999018536A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001016866A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-08 Nauchno-Tekhnichesky Kooperativ (Vector) Scanning device for capturing images
RU2237282C2 (ru) 1999-08-30 2004-09-27 Научно-технический кооператив "Вектор" Устройство для считывания графической и текстовой информации
US6601772B1 (en) * 2000-07-14 2003-08-05 Intellidot Corporation Compact matrix code and one-touch device and method for code reading
US7190876B2 (en) * 2005-06-06 2007-03-13 Xerox Corporation Image input scanner having a waveguide platen
US20090224053A1 (en) * 2008-01-30 2009-09-10 Tandberg Data Corporation Computer storage library barcode reader
GB2507575B (en) * 2012-11-06 2017-04-12 Filtrona C&Sp Ltd An authentication device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4295040A (en) * 1979-02-01 1981-10-13 Hewlett-Packard Company Detector arrangement for data-card readers
US4650316A (en) * 1985-03-13 1987-03-17 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method for detecting image information
US5841121A (en) * 1988-08-31 1998-11-24 Norand Technology Corporation Hand-held optically readable character set reader having automatic focus control for operation over a range of distances
US5295196A (en) 1990-02-05 1994-03-15 Cummins-Allison Corp. Method and apparatus for currency discrimination and counting
US5053612A (en) 1990-03-28 1991-10-01 Tech-S, Inc. Barcode badge and ticket reader employing beam splitting
US5349172A (en) 1992-02-27 1994-09-20 Alex Roustaei Optical scanning head
US5354977A (en) 1992-02-27 1994-10-11 Alex Roustaei Optical scanning head
US5408084A (en) 1993-02-18 1995-04-18 United Parcel Service Of America, Inc. Method and apparatus for illumination and imaging of a surface using 2-D LED array
US5399852A (en) 1993-02-19 1995-03-21 United Parcel Service Of America, Inc. Method and apparatus for illumination and imaging of a surface employing cross polarization
JP3546532B2 (ja) * 1994-06-14 2004-07-28 株式会社デンソー 光スキャナ装置
EP0703543A1 (en) * 1994-09-21 1996-03-27 Opticon Sensors Europe B.V. Wand scanning apparatus
ATE206230T1 (de) * 1996-03-07 2001-10-15 Accu Sort Systems Inc Dynamisches fokussierungsgeraet fuer optische abbildungssysteme
IL118914A0 (en) * 1996-07-22 1996-10-31 Zohar Argamanit Ltd Hand-holdable optical scanner particularly useful as electronic translator
JP3757528B2 (ja) * 1997-02-28 2006-03-22 フジノン株式会社 スキャナー装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE69803691T2 (de) 2002-09-05
ATE212743T1 (de) 2002-02-15
JP2001519572A (ja) 2001-10-23
BR9812878A (pt) 2000-08-08
EP1021783B1 (en) 2002-01-30
US6409088B1 (en) 2002-06-25
DE69803691D1 (de) 2002-03-14
WO1999018536A1 (en) 1999-04-15
EP1021783A1 (en) 2000-07-26
AU9357198A (en) 1999-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5339707B2 (ja) 線状集光器
US4783167A (en) Finger imaging apparatus using curved platen
US5468950A (en) Chromatic ranging method and apparatus for reading optically readable information over a substantial range of distances
EP0459712B1 (en) Optical apparatus for fingerprint recognition system
CN100520822C (zh) 透镜阵列和包括透镜阵列的图像传感器
CN1071890C (zh) 距离测定装置
CN102998735B (zh) 光导、照明设备以及图像读取装置
JPH08107474A (ja) 画像読み取り装置
CN1902663A (zh) 用于票据确认装置的反射式光传感器
CN1426570A (zh) 利用具有漫射体之光导管的扫描器
US6444969B2 (en) Fingerprint sensor and method
CN1460073A (zh) 卡片真伪识别装置
EP1415188B1 (en) Document validator subassembly
CN1241010C (zh) 手持式自动折射计
CN100409047C (zh) 导光体及图像读取装置
CN1273658A (zh) 截获图象用的扫描装置
US20060119580A1 (en) Optical mouse
CN111947774A (zh) 屏下环境光传感器组件及电子设备
CN1646895A (zh) 成像方法及装置
CN100394433C (zh) 指纹成像光学装置
CN111310742B (zh) 一种超薄指纹采集装置
RU2210108C2 (ru) Сканирующее устройство для считывания изображений
CN113358656A (zh) 接触式图像传感器
EP0703543A1 (en) Wand scanning apparatus
CN220543391U (zh) 一种点钞机红外成像凹透镜装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned