-
Optischer Münzprüfer
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Münzprüfer der im Oberbegriff
des Patentanspruchs genannten Art.
-
Münzprüfer dienen bekanntlich dazu, Münzen vorbestimmter Sorten auf
ihre Echtheit zu prüfen und von Münzen anderer Werte oder Wöhrungen sowie von Fälschungen
zu unterscheiden. Geprüft werden vielfach die mechanischen und physikalischen Eigenschaften,
die Materialzusammensetzung, die Abmessungen sowie das Prögerelief.
-
Bei einem bekannten optischen Münzprüfer wird der Prüfling auf eine
Maske abgebildet, die an den Stellen lichtundurchlässig ist, welche den hellen Bildteilen
einer Referenzmünze entsprechen. Der Prüfling wird um seine Achse gedreht und mit
einem Fotodetektor werden die bei Kongruenz des hellen Bildes des Prüflings und
des lichtundurchlässigen Musters entstehenden Lichtvariationen nachgewiesen. Nachteilig
ist, dass dieser Münzprüfer durch verhältnismässig primitive Münzenfälschungen leicht
getäuscht werden kann.
-
Es ist ferner der Vorschlag beschrieben worden, bei einer Vorrichtung
zur Prüfung der Echtheit von Banknoten, Dokumenten oder Münzen auf einer Vergleichseinrichtung
das Interferenzbild eines vom Prüfling modulierten Laserstrahls und eines unmodulierten
Strahls zu erzeugen und mit einem auf einem Filmstreifen gespeicherten Interferenzbild
zu vergleichen.
-
Wie dieser Vergleich erfolgen soll, ist aber nicht beschrieben worden;
ein selbsttätiger Vergleich ist nicht ohne weiteres möglich, zumal der Prüfling
sehr genau repositioniert werden muss. Zudem eignet sich diese Methode nicht zum
Vergleich von leicht deformierten abgenützten Münzen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttätig arbeitenden
optischen Münzprüfer zu schaffen, welcher die Echtheit des Prägereliefs von Münzen
mit grosser Sicherheit zu prüfen vermag. Die Erfindung besteht in den im Ke-nnzeichen
des Patentanspruchs bezeichneten Merkmalen. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen definiert.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung zur holografischen Herstellung eines
optischen Elementes, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Münzprüfers und Fig. 3
einen Münzprüfer in der Schnittdarstellung.
-
In der Fig. 1 bedeutet M eine Referenzmünze. Ihre Oberfläche ist zur
Verminderung diffuser Reflexionskomponenten vorteilhaft zusätzlich poliert. Ebene
Bereiche ohne Relief und andere zur Diskrimination des spezifischen Prägeprofils
ungeeignete Stellen der Referenzmünze M sind vorzugsweise maskiert, z.B.
-
mit schwarzer Farbe abgedeckt, so dass diese keinen Beitrag zu einer
weiter unten beschriebenen Objektwelle liefern.
-
Koaxial und mit Abstand zur Referenzmünze M ist eine Hologrammplatte
H angeordnet. Zwischen der Referenzmünze M und der Hologrammplatte H liegt ein Strahlenteiler
S, der im dargestellten Beispiel ein gegenüber der gemeinsamen Achse der Referenzmünze
und der Hologrammplatte um 450 geneigter teildurchlässiger Spiegel ist.
-
Ein Laser und ein Spiegel- und Linsensystem (nicht dargestellt) erzeugen
eine als Beleuchtungswelle B dienende divergente Kugelwelle sowie eine Referenzwelle
R. Die Referenzwelle R weist vorzugsweise eine einfache Geometrie auf; sie ist in
der Zeichnung als ebene Welle dargestellt, kann aber auch eine Kugelwelle sein.
Die Beleuchtungswelle B und die Referenzwelle R werden am Strahlenteiler S derart
reflektiert, dass die Beleuchtungswelle B auf die Referenzmünze M und die Referenzwelle
R auf die Hologrammplatte H fällt. Im gezeichneten Beispiel ist die Anordnung derart
gewählt, dass die Achsen der am Strahlenteiler S reflektierten Beleuchtungswelle
B und der Referenzwelle R mit der gemeinsamen Achse der Referenzmünze M und der
Hologrammplatte H zusammenfallen. Das virtuelle Spiegelbild B der die Beleuchtungswelle
B erzeuv genden Punkt lichtquelle liegt auf dieser gemeinsamen Achse zwischen dem
Strahlenteiler S und der Hologrammplatte H-.
-
Durch Reflexion der Beleuchtungswelle B an der Referenzmünze M entsteht
eine komplexe Objektwelle. In der Zeichnung ist ein Teilstrahl 0. dargestellt, der
repräsentativ ist für die Gesamtheit aller die komplexe Objektwelle bildenden Strahlen.
-
Jeder Teilstrahl 0. wird in einem Punkt PiM eines um einen Winkel
iM gegenüber der Münzenebene geneigten Oberflächenelementes des Prägeprofils reflektiert
und fällt in einem Punkt PiH unter einem Winkel wiH auf die Hologrammplatte H.
-
(Im allgemeinen dreidimensionalen Fall liegen natürlich weder die
Normale n zum Flächenelement im Punkt PiM noch der Punkt PiH in der Zeichnungsebene,
so dass je zwei Orts- und Winkelkoordinaten zu definieren sind).
-
Das Kontinuum der an den Punkten PiM der Referenzmünze M unter verschiedenen
Winkeln reflektierten reilstrahlen 0. wird durch Ueberlagerung mit der Referenzwelle
R holographisch aufgezeichnet. Das so entstandene Hologramm enthält Informationen
über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln signifikanter ausgewählter
Bereiche der Referenzmünze M.
-
In dem in der Fig. 2 schematisch dargestellten Münzprüfer wird als
Prüfkriterium die auf das Flächenmittel bezogene Korrespondenz der örtlichen Verteilung
der Reliefneigungswinkel der Referenzmünze M und eines Prüflings M' benützt. Wird
die entwickelte Hologrammplatte H' mit der zur Referenzwelle R (Fig.
-
1) zeitinvertierten, d.h. exakt gegenläufigen Referenzwelle R beleuchtet,
so läuft auch die vom Hologramm ausgehende, z komplex strukturierte Objektwelle
mit den Teilstrahlen O.
-
iz rückwärts. Es entsteht ein reelles zeitinvertiertes Bild M z der
Referenzmünze M. Stimmen Prägerelief und Lage des Prüflings M' mit der Referenzmünze
M überein, so konvergieren bei sonst unveränderter Geometrie der Anordnung die Teilstrahlen
0. der rückwärts laufenden Objektwelle nach der Reflexion iz am Prüfling auf den
gleichen Punkt K, von dem bei der Aufnahme des Hologramms die virtuelle Beleuchtungswelle
B ausging, und v treffen dort auf einen- Lich-tempfänger (in der Fig. 2 nicht dargestellt),
der ein elektrisches Korrespondenzsignal abgibt.
-
Stimmen hingegen Prägerelief und/oder Lage des Prüflings M' mit der
Referenzmünze M nicht überein, fällt nur ein Bruchteil aller am Prüfling reflektierten
Strahlen auf den Lichtempfänger, der somit eine entsprechend geringere Intensität
empfängt. Die im Korrespondenzfall am Konvergenzpunkt K gemessene höhere Intensität
ist somit ein analoges Kriterium für das Vorhandensein eines spezifischen Prägereliefs.
-
Im allgemeinen unterscheiden sich natürlich auch die Prägereliefs
von echten Prüflingen M' der gleichen Klasse mindestens in Teilen der Oberflächen-Mikrostruktur
von jenem der Referenzmünze M, so dass die den Prüfling beleuchtenden Strahlen partiell
diffus reflektiert werden, was sich in einer Verkleinerung des Korrespondenzsignals
auswirkt. Ausserdem lösst sich
der Prüfling M' nicht mit einer Genauigkeit
positionieren, wie sie den Dimensionen des von Münze zu Münze invarianten Anteils
der aufgeprägten Mikrostruktur entspricht, was eine zusätzliche Diffusion der Lichtreflexion
und damit eine weitere Reduktion des Korrespondenzsignals bewirkt. Dieses setzt
sich somit nur noch aus Anteilen der makroskopischen, glatten Oberflächenstruktur
zusammen.
-
Der aus den genannten Gründen teildiffuse, strahlenaufweitende Charakter
der Reflexion am Prägeprofil des Prüflings M' erfordert, dass zur Erzielung eines
maximalen Korrespondenzsignais der Konvergenzpunkt K ins Nahfeld des Prüflings gelegt
wird, was mit der beschriebenen Anordnung bei der Aufnahme des Hologramms leic-ht
ermöglicht werden kann.
-
Weiter lösst sich das Prägerelief nicht durch einfache und schnelle
Mittel in eine azimutal bestimmte Winkellage bezüglich der Prüfvorrichtung bringen.
Daher ist es nötig, entweder den Prüfling oder das Hologramm samt Lichtquelle und
lichtempfänger um die Achse des Prüflings zu rotieren, um das allfällige Korrespondenzsignal
zu detektieren. Hingegen genügt bei der gezeigten koaxialen Anordnung von Prüfling,
Hologramm und Lichtempfänger die Rotation des Hologramms allein. Dadurch entfällt
auch das Problem der Stromzuführung zu rotierenden Lichtquellen und Detektoren.
Das Korrespondenzsignal tritt dann im Korrespondenzfall einmal pro Umdrehung auf
und kann wechselstrommässig detektiert und mit geringem Aufwand an elektronischen
Bauteilen weiterverarbeitet werden.
-
Die Fig. 3 zeigt einen Münzprüfer mit einem solchen rotierenden Hologrammtröger
H'. Im Innern eines Gehäuses G, in welches der Prüfling M' durch eine nicht dargestellte
Vorrichtung eingeführt werden kann, sind auf einem Träger T eine Punktlichtquelle
D und ein Lichtempfänger P befestigt. Die Punktlichtquelle D ist gegen einen parabolischen
Hohlspiegel Sp gerichtet, welcher auf der der Punktlichtquelle gegenüberliegenden
Seite der Hologrammplatte H' angeordnet ist. Der Hohlspiegel
Sp
und die Hologrammplatte H' sind in einer Trommel Tr auf der Welle eines Motors Mo
befestigt. Die modulierende Schicht der Hologrammplatte H' weist eine zentrische
Aussparung L auf, so dass die von der dicht vor der Hologrammplatte angeordneten
Punktlichtquelle D ausgehende Kugelwelle ungehindert auf den Hohlspiegel Sp fällt
und dort in die zeitinvertierte Referenzwelle R umgeformt wird. Als Punktlichtquelle
D kann, wie z Experimente gezeigt haben, eine lichtemittierende Diode dienen, so
dass sich der Einsatz eines Lasers im Münzprüfer erübrigt.
-
Der beschriebene Münzprüfer kann in vielfältiger Weise abgewandelt
werden. Als Referenzmünze bei der Aufzeichnung des Hologramms dient im einfachsten
Fall eine Originalmünze. Es ist auch möglich, das Hologramm einer nach Grösse und/oder
Reliefneigungswinkeln gegenüber einer Originalmünze modifizierten Referenzmünze
aufzunehmen und als optisches Element einzusetzen. Dies gestattet, bei der Herstellung
des Hologramms mit einer anderen Wellenlänge zu arbeiten als bei der Prüfung der
Münzen. Anstelle eines Hologramms kann auch ein anderes optisches Element verwendet
werden, in das Informationen über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln
der Referenzmünze in Form von strahlenablenkenden Mitteln eingegeben sind. Vorteilhaft
bietet sich als optisches Element ein Kinoform an. Es ist ebenfalls möglich, als
optisches Element eine Linsen-, Prismen- oder Spiegelmatrix einzusetzen.
-
In das optische Element können Informationen über die örtliche Verteilung
von Reliefneigungswinkeln beider Seiten der Referenzmünze eingegeben werden, so
dass im Münzprüfer mit dem gleichen Strahlungsempfänger das Vorhandensein einer
echten Münze unabhängig von der geprüften Seite festgestellt werden kann. Ferner
können in das optische Element Informationen über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln
mehrerer unterschiedlicher Referenzmünzen gleicher oder verschiedener Werte eingegeben
werden. Dies gestattet, mit dem Münzprüfer mit mehreren an verschiedenen Stellen
angeordneten
Strahlungsempföngern Münzen mit verschiedenen Prögereliefs
voneinander zu unterscheiden.
-
Das optische Element wird, wie anhand der Fig. 2 und 3 gezeigt, vorteilhaft
im Strahlengang zwischen der Lichtquelle D und dem Prüfling M' angeordnet. Dadurch
kann die Forderung, den Konvergenzpunkt K ins Nahfeld des Prüflings M' zu legen,
am besten erfüllt werden. Selbstverständlich kann das optische Element auch in den
vom reflektierenden Prüfling M' zum Lichtempfänger P führenden Strahlengang gelegt
werden, so dass statt der Beleuchtungswelle B die am Prüfling reflektierte Welle
so umgeformt wird, dass sie in einem Punkt detektiert werden kann.
-
Der beschriebene Münzprüfer erlaubt auf einfache Weise die Prüfung
der örtlichen Verteilung von Reliefneigungswinkeln der Prüflinge. Münzen fremder
Währung und anderer Werte sowie Fälschungen können aufgrund dieses Prüfkriteriums
mit grosser Sicherheit erkannt werden.
-
(54) Bezeichnung: Optischer Münzprüfer
| Mo |
| S < |
| H |
| (Diese Anmeldung |
| enthält |
| 3 < 3 Zeichnungsfiguren) |
| MM, |
| \ ,' D |
| o |
| L7L3L |
| ncm, |
| Se |
| L v ß |
Kurzfassung: Der Münzprüfer enthält eine Strahlungsquelle (D) zur Beleuchtung des
Prüflings (M'), ein optisches Element (H') und einen Strahlungsumpfänger (P). In
das optische Element (H') sind in Form von strahlenablenkenden Mitteln Informationen
über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln einer Referenzmünze derart
eingegeben, dass die am Prüfling (M') reflektierten Strahlen überwiegend auf die
Detektorfläche des Strahlungsempföngers (P) hin konvergieren, wenn die örtliche
Verteilung der Reliefneigungswinkel des Prüflings (M') mit jener der Referenzmünze
übereinstimmt. Mögliche Ausgestaltung: Das optische Element (H') ist ein Hologramm,
ein Kinoform oder eine Linsen-,Prismen-oder Spiegelmatrix. Es enthält Informationen
über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln verschiedener Münzen oder
beider Seiten einer von Münze. Die Lichtquelle (D) ist eine gegen einen Hohlspiegel
(Sp) gerichtete lichtemittierende Diode. Das optische Element (H') und der Hohlspiegel
(Sp) sind auf der Welle eines Motors (Mo) gelagert.
Leerseite