DE19753393A1

DE19753393A1 - Elektronische Lupe

Info

Publication number: DE19753393A1
Application number: DE1997153393
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Paugstadt
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-10

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Lupe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind derzeit nur optische Lupen bekannt, die in der Regel aus einer Sammellinse besteht, die in einem Rahmen gefaßt ist, an welchem ein Handgriff angeordnet ist. Derartige optische Lupen haben den Nachteil, daß sie in einer gewissen Entfernung von der zu vergrößernden Oberfläche gehalten werden müssen und dadurch insbesondere im Randbereich des Bildes Abbildungsfehler erbringen. Außerdem muß die Schärfeneinstellung per Hand erfolgen, nämlich die Hand muß so über der zu vergrößerten Fläche gehalten werden, daß im Auge ein scharfes Abbild der zu vergrößernden Fläche erzeugt wird.

Eine derartige optische Lupe hat also den Nachteil einer unpraktischen Handhabung, eines relativ hohen Gewichtes und eben der besagten Abbildungsfehler. Außerdem sind bestimmte Beleuchtungsbedingungen erforderlich, um eine derartige optische Lupe anwenden zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lupe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie praktisch ohne Abbildungsfehler arbeitet, daß sie wesentlich leichter zu handhaben ist und ein geringeres Gewicht aufweist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß eine elektronische Lupe vorgeschlagen wird, die einen elektronischen Bildaufnehmer in Form eines lichtempfindlichen Arrays, z. B. einer CCD-Anordnung, besitzt, und daß dieser Bildaufnehmer in einem Gehäuse direkt mit einer elektronischen Anzeigeeinheit (Display) zusammen angeordnet ist, welches Gehäuse insgesamt auf die zu beobachtende Fläche aufgelegt wird, so daß der Bildaufnehmer vorzugsweise in direkten Kontakt mit der zu beobachtenden Fläche kommt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der Vorteil erreicht, daß durch direktes Aufsetzen der besagten elektronischen Lupe auf die zu beobachtende Fläche eine vergrößerte, verzerrungsfreie Abbildung der zu beobachtenden Fläche erreicht werden kann, was mit den handgehaltenen Lupen nicht ohne weiteres möglich ist. Es ist zwar bekannt, optische Lupen in einer Platte so anzubringen, daß auch diese Platte direkt auf die zu beobachtende Fläche aufgelegt werden kann, wobei aber der Nachteil besteht, daß man die eingangs genannten Abbildungsfehler erhält, wodurch man mit dem Auge sehr genau über die Lupenanordnung blicken muß, um eine akzeptable und scharfe Vergrößerung des Abbildungsfeldes zu erreichen.

Es sind selbstverständlich auch optische Lupen bekannt, die in einem Ständer sitzen, welcher Ständer unmittelbar auf die zu beobachtenden Fläche aufgesetzt wird, um ebenfalls eine scharfes Abbild der Oberfläche zu erzeugen. Aber auch hier besteht der Nachteil, daß man den Abstand zwischen der Lupe und dem Auge genau einstellen muß, um ein akzeptables vergrößertes Abbilde der abzubildenden Fläche zu erreichen, da auch hier Abbildungsfehler unvermeidlich sind.

Hier setzt die Erfindung ein, die vorsieht, daß ein elektronischer Bildaufnehmer in Form eines sogenannten lichtempfindlichen Arrays unmittelbar auf die zu beobachtende Fläche aufgesetzt wird und das dieses lichtempfindliche Array in einem relativ flachen Gehäuse mit einer Anzeigeeinheit verbunden ist, welche Anzeigeeinheit bevorzugt aus einem Plasmadisplay oder einem Flüssigkristalldisplay (LCD) besteht. Bevorzugt wird es hierbei, wenn dieses Gehäuse noch mit einem an Gehäuse befestigten Griff verbunden ist, in dem ein oder mehrere Batterien zur Stromversorgung des Displays und des elektronischen Bildaufnehmers angeordnet sind.

Ebenso muß selbstverständlich die Verstärkungselektronik, welche die elektrischen Signale des elektronischen Bildaufnehmers aufnimmt und dem Display mitteilt, mit Strom versorgt werden.

Vorteil dieser elektronischen Lupe ist, daß sie ein relativ geringes Gewicht hat, daß Abbildungsfehler nicht bestehen, weil das lichtempfindliche Array unmittelbar auf die zu beobachtende Fläche aufgesetzt wird und daß die gesamte Lupe sehr klein und handlich ist. Außerdem bedarf es keiner Einstellung des Abstandes zwischen dem Auge und dem Display, um ein scharfes Abbild der zu beobachtenden Fläche zu erhalten, weil vorzugsweise jeder Bildpunkt (Pixel) des elektronischen Bildaufnehmers unmittelbar einen zugeordneten Bildpunkt des darüberliegenden Displays ansteuert.

So kann man als Bildaufnehmer z. B. ein lichtempfindliches CCD-Array mit einer Größe von 4 mm × 2 mm und mit z. B. 200 × 100 Pixel verwenden. Die verwendete Elektronik übersetzt dann die Signale von diesen 200 × 100 Pixel-Feld auf ein pixel darstellbares Display von einer Größe von z. B. 40 × 20 mm und ebenfalls 200 × 100 Pixel.

Die Darstellung des Bildes auf dem Display kann beispielsweise so skaliert sein, daß 1 × 1 mm Substratfläche auf 2 × 2 cm Displayfläche abgebildet werden. Das Display müßte dann z. B. 100 × 100 Pixel darstellen.

Die Vergrößerung läßt sich variabel gestalten, indem z. B. jedem Bildpunkt des Bildaufnehmers vier Bildpunkte des Displays zugeordnet werden (Vergrößerung) oder jedem Bildpunkt des Displays vier Bildpunkte des Bildaufnehmers (Verkleinerung).

Das lichtempfindliche Array besteht bevorzugt aus einem CCD-, einem CMOS-, oder einem Diodenarray oder dergleichen.

Das Display ist entweder ein LC-Display, eine Diodenmatrix, ein Plasmadisplay oder ähnliches.

Wenn die Detektoroberfläche des Bildaufnehmers mechanisch zu empfindlich ist oder sie sich nicht nahe genug an das Substrat heranbringen läßt, wird eine Faser- oder Linsenarray für die Abbildung der Substratoberfläche auf das Detektorarray verwendet.

Das Auflösungsvermögen einer solchen Digitallinse liegt in der Größenordnung der Detektorpixel und beträgt z. B. 10 µm für CCD-Arrays.

Das Gerät kann in einer weiteren Ausführungsform auch als Clip ausgeführt werden, wobei das Detektor-Array beispielsweise von einem Gegenclip auf das Substrat gedrückt wird und direkt die Leuchtdichteverteilung der Substratoberfläche detektiert. In dieser Ausführungsform kann eine Lichtquelle zur Hintergrundbeleuchtung einer Durchlichtmessung integriert werden.

Für die Beleuchtung können verschiedene Ausführungsformen verwendet werden. In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß überhaupt keine Beleuchtung vorliegt, wobei für die Abbildung der Oberfläche in dem lichtempfindlichen Array es ausreicht, wenn Streulicht von der Seite her oder von unten in das zu untersuchende Substrat eindringt.

In dem Gegenclip kann eine Beleuchtungsquelle für eine Durchlicht-Verifikation des Wert- und Sicherheitsdokumentes eingebaut sein.

Selbstverständlich sieht die Erfindung auch vor, daß man hintergrundbeleuchtete Detektorflächen verwendet, oder eine weitere Beleuchtungsquelle im Gehäuse anordnet, um seitlich Licht auf das Substrat einzustrahlen.

Wenn das Substrat ein Wert- oder Sicherheitsdokument ist, dann ist die Anbringung einer seitlich angeordneten Lichtquelle günstig, weil in derartigen Materialien Streulicht sich durch das Material des Substrates verteilt und für eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung des Substrates sorgt.

Wert- der Sicherheitsdokumente weisen oft Mikro- Sicherheitsmerkmale auf, wie z. B. eine Mikroschrift, Guillochen oder ähnliche Merkmale. Vorteil bei der Betrachtung derartiger Sicherheitsdokumente mit der erfindungsgemäßen Digitallupe ist, daß praktisch keine Abbildungsfehler vorliegen, so daß Mikroinformation, die auf der Oberfläche des Wert- und Sicherheitsdokumentes angeordnet ist, verzerrungsfrei in dem Display unabhängig von der Stellung des Auges zum Display abgebildet werden kann.

Hier stört es auch nicht, wenn das lichtempfindliche Array ein relativ kleines Beobachtungsfeld im Bereich von etwa 2 mm × 2 mm bis etwa 10 mm × 5 mm aufweist, weil derartige Mikro- Sicherheitsmerkmale nur eine typische Größe im Submillimeterbereich aufweisen und auch nur in diesem Bereich eine entsprechende Vergrößerung stattfinden muß.

Das Beobachtungsfeld kann auch variabel einstellbar sein, beispielsweise kann der 1 × 1 mm Spot die gesamte Fläche des Detektorarrays (typisch 1 × 1 cm) abscannen. Das Display zeigt das vergrößerte Bild dann als "Laufbild" an.

Die Digitallupe sollte sich selbsttätig ein- und ausschalten (Mikroein- und Zeitaus-Schalter).

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform der elektronischen Lupe;

Fig. 2 der Schnitt durch eine zweite Ausführungsform;

Fig. 3 schematisiert ein vergrößerter Schnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Die Digitallupe besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 9, an dessen Unterseite ein Bildaufnehmer 4 in Form eines lichtempfindlichen Arrays angeordnet ist, welcher unmittelbar auf der zu beobachtenden Oberfläche 8 eines Substrates 6, z. B. eines Sicherheits- und Wertdokumentes, aufgesetzt wird. Auf der Oberfläche 8 des Substrats sind bestimmte Mikroinformationen 7 angeordnet, die in vergrößertem Maßstab mit der Digitallupe sichtbar gemacht werden sollen.

Der Bildaufnehmer 4 besteht aus einer Vielzahl von lichtempfindlichen Bildpunkten (Pixeln), die in einer Matrix angeordnet sind und eine lichtempfindliche Unterseite bilden, welche vorzugsweise unmittelbar auf das Substrat 6 aufgesetzt werden kann.

Im Gehäuse 9 ist ein Elektronik 5 angeordnet, welche die von der CCD-Matrix erzeugten Signalströme umsetzt und sie unmittelbar auf einem Display 3 zur Anzeige bringt. Die Größe des Displays 3 ist hierbei wesentlich größer als die Größe des lichtempfindlichen Arrays 4.

Am Gehäuse 9 ist ferner noch ein Griff 1 angeordnet, in dem ein oder mehrere Batterien 2 auswechselbar befestigt sind.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Hintergrundbeleuchtung vorgesehen derart, daß die gesamte Anordnung statt mit einem Griff 1 mit einem Clip 10 verbunden ist und der Clip 10 einen abgebogenen Arm 11 aufweist, in dem ein Leuchtfeld 12 angeordnet ist. Diese Leuchtfeld kann als Elektrolumineszenz-Leuchtfeld ausgebildet sein; es können aber auch diskrete Leuchtquellen enthalten sein, wie z. B. Leuchtdioden oder dergleichen.

Damit wird eine Rückseitenbeleuchtung des zu untersuchenden Substrats 6 geschaffen.

Ansonsten gelten für die Ausführung gemäß Fig. 2 die gleichen Erläuterungen, wie sie anhand der Fig. 1 gegeben wurden.

Die Fig. 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine sogenannte Laufbild-Lupe.

Bei dieser Ausführungsform besteht der Bildaufnehmer 4 aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander angeordneten Zellen 14, 15, 16, wobei jede Zelle aus einer Matrix von z. B. 10 × 20 Pixel besteht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist gerade die Zelle 14 eingeschaltet und aktiv und stellt in vergrößerter Form den Mikrobuchstaben R auf dem Display 3 in voller Größe (bildfüllend) dar. Dies wird durch die Abbildungsstrahlen 17, 18 schematisch angedeutet. Die gesamte Anordnung bleibt in der Stellung nach Fig. 3 auf dem Wert- und Sicherheitsdokument aufgelegt und wird nicht bewegt. Allerdings wird zyklisch von der Zelle 14 elektronisch auf die benachbarte Zelle 15 und von dieser weiter auf die benachbarte Zelle 16 geschaltet, wobei unter der Zelle 16 beispielsweise der Buchstabe A in Mikroschrift auf der Oberfläche des Substrates 6 angeordnet ist. Es wird jetzt die Zelle 16 aktiv geschaltet, der zur Erläuterung die Abbildungsstrahlen 19 und 20 zugeordnet sind, so daß nun - ohne daß die Lupe bewegt wurde, der Buchstabe A bildfüllend in dem Display 3 dargestellt wird. Auf diese Weise kann also die Oberfläche des zu untersuchenden Substrates durch Fortschaltung von Matrix-Zelle zu Matrix-Zelle 14-16 abgescannt werden.

Es ergibt sich also der Vorteil, daß ein klares und sogar eventuell beleuchtetes, flaches Abbild von Mikrostrukturen auf der Oberfläche 8 eines Wert- und Sicherheitsdokumentes gegeben wird, wobei keinerlei Abbildungsfehler entstehen.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß mit der erfindungsgemäßen Digitallupe nicht nur Mikrosicherheitsmerkmale durch elektronische Vergrößerung nachgewiesen werden können, sondern auch Merkmale wie:

- Farbparameter (Fluoreszenz/Lumineszenz, OVD-Farben, Druckfarben) nachgewiesen werden. Vorzugsweise wird dafür ein Farbbildaufnehmer und ein Farbdisplay verwendet.
- Registergenauigkeiten des Druckbildes (auf einer Seite oder zwischen Vorder- und Rückseite) nachgewiesen werden.

Ferner kann das Display der Digital-Lupe kann mit einem Touch-Fad versehen werden, um auf einfache Weise Eingaben vornehmen zu können.

Eine freie Fläche der Digital-Lupe kann mit Solarzellen für die Energieversorgung der Lupe ausgestattet werden

Bezugszeichenliste

1

Griff

2

Batterie

3

Anzeigeeinheit (Display)

4

Bildaufnehmer (lichtempfindliches Array)

5

Elektronik

6

Substrat

7

Mikro-Information

8

Oberfläche

9

Gehäuse

10

Clip

11

Arm

12

Leuchtfeld

13

Pfeilrichtung

14

Zelle

15

Zelle

16

Zelle

17

Abbildungsstrahl

18

Abbildungsstrahl

19

Abbildungsstrahl

20

Abbildungsstrahl

Claims

1. Elektronische Lupe, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Bildaufnehmer (4) und eine elektronische Anzeigeeinheit (3) zusammen in einem Gehäuse (9) derart untergebracht sind, daß beim Auflegen des Gehäuses (9) auf eine zu beobachtende Fläche (8) von der Anzeigeeinheit (3) unmittelbar ein vergrößertes Abbild des vom Bildaufnehmer (4) detektierten Bildes angezeigt wird.

2. Elektronische Lupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer (4) aus einem CCD-, CMOS- oder Diodenarray besteht.

3. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (3) ein LC- Display, ein Plasmadisplay oder eine Diodenmatrix ist.

4. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer (4) auf der Unterseite des Gehäuses (9) und die Anzeigeeinheit (3) fest oder schwenkbar auf der Oberseite des Gehäuses angeordnet ist.

5. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (9) eine Elektronik (5) angeordnet ist, welche die vom Bildaufnehmer (4) erzeugten Signale umsetzt und sie unmittelbar auf der Anzeigeeinheit (4) darstellt.

6. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) einen Griff (1) zur Handhabe aufweist.

7. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Griff (1) eine oder mehrere Batterien (2) oder Akkus zur Stromversorgung angeordnet sind.

8. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) über Solarzellen zur Stromversorgung verfügt.

9. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer (4) in direkten Kontakt mit der zu beobachtenden Fläche (8) gebracht wird.

10. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bildaufnehmer (4), zwischen Bildaufnehmer und der zu beobachtenden Fläche (8) ein Faser- oder Linsenarray angeordnet ist.

11. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle zur Auflicht und/oder Durchlicht-Beleuchtung des Substrates (6) vorgesehen ist.

12. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (9) ein Clip (10) angeordnet ist, so daß das zu betrachtende Substrat (6) zwischen Gehäuse und Clip aufgenommen wird, wobei im Clip (10), gegenüberliegend dem Bildaufnehmer (4) eine Lichtquelle (12) angeordnet ist.

13. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung variabel ist.

14. Elektronische Lupe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in einer Ebene angeordnete Bildaufnehmer-Zellen (14-16) vorgesehen sind, wobei jeweils wahlweise oder abwechselnd die Informationen einer der Bildaufnehmer-Zellen auf der Anzeigeeinheit (3) dargestellt werden.