CN1447952A - 用于扫描纸币的带有波导的扫描器 - Google Patents

Abstract

光扫描器(200)包括波导(230)。扫描器(200)规定了扫描区域，并且它还包括发光二极管(214)和检测器。波导(230)被置于发光二极管(214)和扫描区域之间。波导(230)规定了光导入小孔和光反射表面。光导入小孔和光反射表面协作以便将来自发光二极管的光引导到扫描区域，以及沿着这种光行进的路径集中地将这种光朝着检测器的方向聚焦。

Description

用于扫描纸币的带有波导的扫描器

技术领域

本发明一般地涉及扫描器。特别地，本发明涉及一种用于扫描纸币的设备和方法，以实现检验货币的真实性和确定其面值的目的。

背景技术

常规的纸币扫描装置是，例如，典型地与提供给消费者饮料和小吃的自动售货机，和位于具有接收纸币的娱乐插槽机的娱乐区和/或提供用于交换纸币的硬币的视频游戏的分离的机械装置相关。这些扫描装置典型地使用了光源以便照射货币和从货币中提取特征或特性的检测器系统。

美国政府，例如，最近已经引入一种钞票，它们包括显著地非对称的标记，例如熟悉的个人肖像，并使用了其它的唯一特性和特征，以便使货币的伪造更为困难。另外，许多其它国家的纸币因面值的不同而具有多种色彩和尺寸。

作为这种安全测量的结果，多种常规的纸币扫描装置和系统还经常使用至少一个光源和相关的准直透镜，以产生从纸币一侧通过并照射纸币的一束实质平行的光线。

典型地位于照射的货币相对侧上的是用于聚集来自钞票的散射光线的相关的平面/凸透镜，以及此后在理想状态下向设计的相关检测器提供聚集的散射光线，以便能够检验被扫描的钞票的真实性和检测其面值。

而且，凸透镜典型地与所希望的扫描平面(用于纸币)相间隔，以便该透镜的焦点理想地接触扫描平面。

因此，在理想状态下，为了安全，目前的纸币所具有的标记和其它特征能够向通过被扫描的钞票的光提供与特定存储信息相比较的信息，以实现检验被扫描的纸币的的真实性和其面值的目的。

然而，纸币在所希望的扫描平面上或平面下的移动可能使钞票偏离透镜焦点。在一点上的对准和聚光给设计带来了限制，特别是实际情况是偏离所希望的聚焦位置一(1)毫米的微小移位可能会使焦点偏离它的相关的所希望的查看位置。此外，破损、捆扎、退色、有很多折痕或皱折的、或者用旧变薄的纸币可能会使问题更严峻。

而且，纸本身的特性是散射光。结果是，此后被聚集的、穿过位于所希望的扫描平面内的钞票的散射光可能会全部到达不了检测器，或者穿过凸透镜的光线可能聚集来自所希望的检测区域后的被扫描的钞票的光，任何一种结果都不是所希望的。

因此，当来自被扫描的钞票的信息与这种校准信息相比时，出于上述原因，在钞票和存储的校准信息之间存在差异，以及存在光的特定波长的非一致性(non-compliance)。

被扫描的钞票和校准信息之间的差异可能在许多常规货币扫描装置的设计容差内，结果是可以接受被扫描的钞票。然而，波长的非一致性却是另一问题。

为了解决这种问题，常规的货币扫描装置可以包括，作为光源的、能够提供多种波长的光的特定发光二极管装置(或所谓的“组件”)。

因此，常规的扫描器可以具有多个已有技术的发光二极管(LED)，以实现“解决”所观察到的问题。

在这一方面，当结合上述常规货币扫描装置时，能够在蓝色到红外线之间工作的单一的当前商业可用的LED组件可以向扫描装置提供具有特性波长为470、505、620、730、340和940毫微米的光源。

不幸地，如果这种扫描装置要检验货币真实性和面值以满足它们的商业目的的话，当前设计的已有技术的纸币扫描装置通常使用十二个或更多的上述提到的LED组件。

由于诸多原因，因此需要使上述当前可用的LED组件的数量从十二或更多减为少于四个。

发明内容

本发明涉及一种不需要准直透镜的扫描器设备。相反地，该扫描设备使用了波导。此外，本发明的扫描设备的结果设计已经允许使发光二极管(LED)组件的数量从十二个或更多减少为四个或更少。

本发明的扫描设备最好地用于扫描纸币，以实现检验纸币的真实性和判断其面值的目的。

而且，当本发明的扫描器设备使用四个LED组件时，各个LED组件最好地被设置为与货币扫描平面相对，以便扫描纸币的不同方位。

因此，本发明的扫描器设备包括扫描区、至少一个发光二极管、至少一个光检测器，以及波导。

扫描器的扫描区规定了相对侧，并被度量尺寸，以使可扫描物能够被设置在相对侧之间。

发光二极管装置被设置在扫描区的一侧，并能够提供明显不同的能源级的光。而且，发光二极管装置被设置为与扫描区相对，以便使与这种二极管装置相关的光能够扫描可扫描物的至少一部分。

光检测器装置与发光二极管相间隔，以及也被设置为与扫描器的扫描区域相对，从发光二极管装置发射的、以及随后穿过扫描区的光能够提供信息，以使光检测器能够获得区域中被扫描的物体的特征。

波导设置在发光二极管装置和扫描区域之间。波导规定了至少一个光导入小孔和至少一个光反射表面，其中光导入小孔和光反射表面协作以便将来自发光二极管装置的光引导到扫描区域，以及沿着这种光行进的路径集中地将这种光朝着检测器的方向聚焦。

附图说明

图1是用于扫描货币的常规设备的示意图。

图2是本发明扫描器设备的第一实施例的示意图。

图3是示出图2的实施例的下面部分的示意图。

图4是沿着图3的面4-4通常采用的底部平面图。

图5A是以相对放大的比例来描述图3概括示出的本发明特征的描述性示例的示意图。图5B是以相对放大的比例来描述图3概括所示的显著特征的描述性示例的另一示意图。

图6是以侧视图和示意性形式来描述本发明扫描设备的另一优选实施例。

图7是以侧视图和示意性格式来描述本发明扫描设备的另一优选实施例。

贯穿全图，相同的参考数字指示相同的部件部分。

具体实施方式对已有技术的扫描器以及相关问题的阐述

图1是描述用于扫描纸币的常规设备100的示意图。设备100包括具有典型的伸长槽形式的开口或小孔102，以便在设备100内插入纸币。

货币插入小孔或开口102包括上边界104和下边界106。使通过开口102插入设备100的货币(未示出)沿着路径110(以点划线示出)移动，所述的路径可以被看作为延伸至本专利说明书的图1的页面的平面。

货币扫描设备100也包括沿着长度方向与下边界106具有相同间隔的多个发光二极管(LED)114。如上所述，如果设备100要检验货币真实性和货币面值以满足其商业目的时，扫描设备100必须使用十二个或更多的上述LED组件114。

也被引入图1所述的常规设置中的是对应的多个准直透镜116，其中通常沿着长度方向的各个透镜与下边界106具有相似的间隔。在所述的常规扫描器设置中，各个准直透镜116与它的相应的LED组件114相关。因此，所示的扫描器设置的结果是，各个准直透镜116位于下边界106和与其相关的LED组件114之间。

图1的货币扫描设备100还包括相应的多个简单的平面光聚焦凸透镜(simple planar convex light-focusing lenses)122。各个简单的平面光聚焦凸透镜122被置于上边界104和相关的货币真实性/价值检测器120之间。

在理想状态，各个简单的平面光聚焦凸透镜122能够将穿过纸币的光聚集到它的相关检测器120的预选部分(或点)上。

操作中，多个简单的平面光聚焦凸透镜122使光聚焦，以便使多个检测器120能够检测到特定光能量级，以实现检验插入的货币的真实性和检测其面值的目的。

因此图1所示的货币扫描设备100还必需包括对应的多个检测器120，其中各个检测器能够检验货币的真实性并检测相关的面值。

此外，多个检测器120(即，十二个或更多)的当前设计是沿着长度方向普遍与上边界104间隔相同的距离。基于上述目的，各个检测器120与对应的光聚焦透镜122和对应的LED组件114和准直透镜116相关。

常规的扫描器仍存在问题。正如上述，在所需的扫描平面上或下的纸币的移动可能使钞票偏离光聚焦凸透镜122的焦点。而且，纸具有散射光的自然特性。结果是，即使当常规设备100具有上述的多个LED组件114以及相关的多个准直透镜116、凸透镜122和检测器120，合成的散射光，即穿过位于此后聚集光的扫描平面110中的钞票的散射光，可能会全部到达不了一个或多个检测器120，或者穿过一个或多个凸透镜122的光线可能会使来自相关检测器120的所述检测区域后的扫描的钞票的光聚集，任何一种结果都不是所需的。

将各个LED分组114与相关透镜116和112对准是当前扫描器制造者所面对的主要障碍，以及错误对准是时常发生的事情。

不必要的复杂度可能会导致设备的成本过度昂贵，以及可能影响设备操作的可靠性。因此需要通过减少目前在已有技术的纸币扫描器中所需的LED组件和相关部件的数量来降低扫描器设备的复杂度，由此允许减少上述的相关部件，结果是设备具有较小的复杂度。

部件部分的多样性可能会不合乎要求地影响常规扫描器的体积方面的要求和相关的外观方面的考虑。为了最小化体积方面的需求，减少部件的数量可能因此变得合乎要求。

还需要的是组成的具有较少复杂度的设备仍然能够以相当高的可靠性和准确性以及统计上的精确性来检验货币的真实性，以及判断它的币值或面值。

最佳实施例的详细描述

图2示意性地描述了本发明扫描器设备200的一个实施例。设备200最好被用来扫描纸币，以便检验纸币的真实性并判断其面值。

纸币扫描设备200包括不多于四个的以下发光二极管组件214，下面将结合图4描述所述发光二极管组件的位置。

各个发光二极管(LED)组件214能够产生具有多种明显不同的波长的光，其中各种波长具有非连续的能量级。最好地，各个LED组件214能够产生具有两个至十个非连续的不同能量级的光。更好地，各个LED组件214能够产生根据波长的、具有四个到八个非连续的不同能量级的光。最好的LED组件214(图4所示)能够产生具有六个不同能量级的光。特别地，当前的扫描器设备的最好的LED组件214能够产生具有470、505、620、730、840和940毫微米的相关的非连续的不同波长的光。特别地，图4示意性地描述了LED组件214上的六个小孔，其中小孔218A、218B、218C、218D、218E和218F分别与上述刚刚提到的光的六个不同波长之一相关。

本发明的扫描器设备200不需要准直透镜。相反地，本发明的扫描器设备200包括波导230。波导230包括位于相对端的磨光的清楚窗口232。窗口232被设置为与相关的LED组件214相对，以使来自相关LED组件214的光能够进入波导230。

所述的波导230还包括侧表面234和凹槽表面236，用于将来自LED组件214的光向着沿路径210(以点划线示出)行进的纸币的方向指引，其中所述路径210被认为是延伸至本本专利说明书中的图2的页面方向上的平面。设置在波导230相对端的侧表面234被金属化了。正如上述，各个金属化表面234被设置为与相关LED组件214相对，以便将来自LED214的光向着扫描路径210的方向指引。

凹槽表面236包括图3和4中示意性描述的各个凹槽238-240。所示的各个凹槽238是描述在凹槽表面236的有角度的相邻表面部分的上部结合处形成的凹槽。而，凹槽239和240是描述分别在凹槽表面236的有角度的相邻表面部分的下部结合处形成的凹槽。

基于下面的原因，凹槽表面236相对于轴A-A(图3)对称。第一，光源(由LED组件214提供)被纵向地设置在波导230的相对端。而且，波导230的有角度的侧表面234也被设置为与它们的相关LED组件214相对，以便将六个非连续的不同波长的反射光向着中心轴A-A聚集。此外，凹槽表面236本身是由使光向中心集中的微小的说明性凹槽236A(图5A)和凹槽236B(图5B)组成。

进一步地在上述方面，度量位于窗口232附近的三角形凹槽236B(图5B)的尺寸，以便使六个波长的第一部分能够从侧表面234和凹槽236反射，以集中地向着轴A-A聚集。与中心轴A-A邻近的微小凹槽236A的间隔甚至更紧密(图5A)，以便使来自LED组件214的光的六个波长的第二部分被集中地向着轴A-A聚集。因此在与中心轴相对的凹槽表面236中对称地形成附加的微小凹槽(未示出)，直到集中地聚集了来自LED组件214的光的所有的六个波长。

简要地参考图3，以提示凹槽表面236的所述角度的方向还必须考虑相关的微小的凹槽236A(图5A)和236B(图5B)，以获得这里公开的效果。

根据设计，凹槽表面236包括微小凹槽，所述凹槽的尺寸对称地向着中心轴A-A的方向减少，以接纳六个不同波长的不同频率，使得均匀强度的光能够沿着路径210扫描纸币。成本有效率的主要效果是使用了最小数量的光能源而产生的一致的“条形”或三角形的光。

所述的波导230(图2和3)是由商业上可用的聚丙烯材料组成的所谓的“鸽子”棱镜，所述的聚丙烯材料既具有高透明度又能够高效地传输光，因此实质上获得了全部的内部反射。

如上所述，使用了商业上可用的高度反射材料来金属化侧表面234和凹槽表面236，以便将光集中地向轴A-A和路径210反射。更进一步的，特殊设计了凹槽表面236它本身，以便将非连续的不同波长和相关的能源级的光一致地向着设备200扫描的货币之类的物体聚集。

图6中，示出了扫描设备300，包括波导330和LED组件314，以及设置在波导330相对的纵向端的相间隔的光反射侧表面334。波导330还包括一对磨光的相间隔的清楚光可透射窗口332，各个窗口位于相关LED组件314的附近，以便获得上述的“光条”效果。

结合上述波导330的设计，这一实施例代替凹槽表面(上述)的是在窗口332之间的全息、可变光成形漫射体表面(light-shaping diffusersurface)350。光成形漫射体表面350是向上反射光的，结果是一层商业上可用的金属材料352被用于侧面。特别地，使用了在共同转让的未授权的专利申请中公开的技术的光成形漫射体表面350具有的可变性能够获得扫描器设备200的可变凹槽表面236的相同效果，以将波导330内的内部反射光向着设备300的中心轴B-B以及向上聚焦，获得扫描物体的显著的“光条”效果。

为了获得上述效果，中心部分360(在图6中所画的垂直排列的点划线之间)最好具有沿着长度的80到95度的主光输出分布角度(distributionangle)和穿过被扫描的纸币的宽度的25到35的次光分布角度。光成形漫射体表面350还包括相间隔端部362，各个所述端部362位于相关LED组件的邻近。此外，各个端部362最好具有沿着长度的60到75度的主角度，和穿过扫描器300沿着路径310扫描的货币宽度的10到25度的次角度。

为了接收来自波导330的光成形漫射体表面350的中心聚集、向上排列的光，该设备还包括设置在波导330上面的光成形表面漫射体层370，如图6所示。

层370也最好具有沿着长度的80到95度的主光分布角度，和穿过被扫描的纸币宽度的25到35度的次光分布角度，正如中心部分360一样。此外，层370和中心部分360具有对准的光成形漫射体主、次角度方向，以获得上述效果。

商业上可用的棱柱形材料380的可选片可以被设置在相对于光成形表面漫射体层370的路径310的相对侧，以减少从被扫描的货币的后侧发出的光的影响。

如图7所示，本发明扫描器设备400的另一实施例包括波导440和和设置在波导440之上的光成形表面漫射体层470，与扫描器设备300相同(请参考图6)。位于相对于波导440的路径410的相对侧的多个检测器420被设置为沿着路径410的长度而相互相对，以便检验通过使用常规机械装置而使之沿着路径410行进的货币的真实性和确定其面值。根据扫描的货币的尺寸，一行检测器420可以包括八个到十二个检测器420。

商业上可用的棱柱形材料480的片被设置在路径410和光成形表面漫射体层470之间，以便减少光散射的效应，并准直漫射体层470和路径410之间的光。在检测器420和路径410之间至少有另一片商业上可用的棱柱形材料480，所述商业上可用的棱柱形材料480最好具有相对于货币纵向设置的棱柱形凹槽(未输出)，其中所述货币被引发为沿着路径410行进，即，在图7的页面的平面之外。附加的另一商业上可用的棱柱形材料484可以被设置在棱柱形材料片482和检测器420之间，以便减少路径410和检测器420之间的光散射的效应。本文已经说明和描述的内容是用于纸币的新的扫描器设备。虽然参考几个优选实施例已经描述了本发明的扫描器设备，本领域的普通技术人员在阅读本公开之后，应该明白本发明的价值，以及获知本文公开的元件和部件的特定等同物。因此，本发明并不局限于目前的最优实施例，而是如所附权利要求允许的那样提供最广泛的可能的范围。

Claims (19)

1.一种扫描器设备，包括：

(A)扫描区域，规定相对侧并被标出尺寸，以便使可扫描物体置于相对侧之间；

(B)发光二极管装置，设置在扫描区域的一侧并与可扫描物体间隔开，其中发光二极管装置能够提供多种明显不同的能源级的光，以及发光二极管装置被设置为与扫描区域相对，以便使它的相关光能够扫描可扫描物体的至少一部分；

(C)检测器装置，与发光装置相间隔，以及被设置为与扫描区域相对，来自发光二极管装置并穿过扫描区域的光使得检测器能够获得被扫描物体的特征；和

(D)波导，设置在发光二极管装置和扫描区域之间，其中波导规定了光导入小孔和光反射表面，光导入小孔和光反射表面协作以便将来自发光二极管装置的光引导到扫描区域，以及沿着这种光行进的路径集中地将这种光朝着检测器的方向聚焦。

2.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于通过扫描区域的可扫描物体是纸币。

3.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于发光二极管装置不超过大约四个发光二极管组件。

4.如权利要求3所述的扫描器设备，其特征在于每个发光二极管组件都能够发射波长为470、505、620、730、840和940毫微米的光。

5.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于发光二极管装置能够提供从二到十个明显不同的能源级的光。

6.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于发光二极管装置能够提供从四到八个明显不同的能源级的光。

7.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于发光二极管装置能够提供六个明显不同的能源级的光。

8.如权利要求7所述的扫描器设备，其特征在于所述的二极管装置能够发射波长为470、505、620、730、840和940毫微米的光，其中每个波长对应于六个明显不同的能源级之一。

9.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于还包括设置在扫描区域和检测器装置之间的光聚焦透镜。

10.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于还包括设置在扫描区域和检测器装置之间的光透射棱镜单元。

11.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于所述的检测器装置具有共同地横向设置在扫描区域的多个相间隔的光检测器单元。

12.如权利要求11所述的扫描器设备，其特征在于还包括设置在多个光检测器单元和扫描区域之间的光成形表面漫射体。

13.如权利要求1所述的扫描器设备，其特征在于所述的发光二极管装置具有至少两个相间隔的发光二极管组件，其中波导为细长和限定相间隔端部，而该波导包括两个相间隔的光透射窗口，各个窗口位于波导端部之一的邻近处，以及各个窗口与相应的发光二极管组件之一相关，以允许光进入波导，而波导还包括通过至少一个窗口从二极管组件接收光的内部光反射表面，所述的内部光反射表面从相对于窗口的端部分集中地指引波导内的光，并此后将所述光向着扫描区域集中。

14.如权利要求13所述的扫描器设备，其特征在于各个发光二极管组件能够发射波长为470、505、620、730、840和940毫微米的光。

15.如权利要求13所述的扫描器设备，其特征在于波导的内部光反射表面包括一对反射表面，各个表面分别位于相间隔波导端部之一的邻近处，各个端部反射表面位于对应的发光二极管组件之一的邻近处，及各个端部反射表面被设置为与它的相关的发光二极管组件相对，从这种端部反射表面反射来自它的相关的发光二极管组件的光以及在端部反射表面之间集中所述光，波导的内部光反射表面还包括位于端部反射表面之间的中间反射表面，所述的中间反射表面被设置为与端部反射表面相对，以便从端部反射表面接收集中的光和将集中的光一致地地向着扫描区域反射。

16.如权利要求15所述的扫描器设备，其特征在于中间反射表面规定了指定多个光反射凹槽的光反射凹槽表面，其中各个光反射凹槽与端部反射表面相间隔，向着端部反射表面的方向设置它们，并相对于端部反射表面设定光反射凹槽的尺寸，以便从端部反射表面接收反射光，以及在端部反射表面之间集中这种光。

17.一种用于扫描光透射的可扫描物的方法，包括：

(A)将光透射的可扫描物纳入扫描区域；

(B)将具有多个明显不同的能源级的光引入实质上完全内部反射装置；

(C)沿着一条路径集中引入到实质上完全内部反射装置中的光，其中该路径规定了反射装置和扫描区域之间的短距离。

(D)以这样一种方式反射内部反射装置内的集中光：提供实质上具有相同强度的集中光，以及此后引导相同强度的集中光沿着所述路径行进；

(E)引导相同强度的集中光沿着路径行进到扫描区域，以使用相同强度的集中光扫描可扫描物；以及

(F)使用相同强度的集中光扫描在扫描区域内的可扫描物，以便产生该物的信息特征。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于包括在所述的集中光穿过该物之后，分析相同强度的集中光的步骤。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于包括将可扫描物特性信息与标准相比较以便检验可扫描物的真实性的步骤。

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