DE2640891B2 - Optischer Münzprüfer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Münzprüfer der im Oberbegriff des Patentanspruches 1

ίο genannten Art

Münzprüfer dienen bekanntlich dazu, Münzen vorbestimmter Sorten auf ihre Echtheit zu prüfen und von Münzen anderer Werte oder Währungen sowie von Fälschungen zu unterscheiden. Geprüft werden vielfach die mechanischen und physikalischen Eigenschaften, wie Materialzusammensetzung, die Abmessungen sowie das Prägerelief.

Bei einem bekannten optischen Münzprüfer (CH-PS 5 03 337) 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 wird die Kongruenz des hellen Bildes des Prüflings und der lichtundurchlässigen Stellen der Maske durch die dabei entstehende Lichtintensitätsänderung nachgewiesen. Dazu wird die Lichiintensitätsänderung gemessen und das Meßergebnis in einer elektronischen Schaltung ausgewertet Nachteilig ist daß dieser Münzprüfer nur eine zweidimensionale Abbildung des dieidimensionalen Prägebildes der Münze überprüft Er kann deshalb durch verhältnismäßig primitive Münzenfälschungen getäuscht werden.

Es ist ferner eine Prüfvorrichtung (DE-OS 22 28 707) beschrieben worden, bei der zur Prüfung der Echtheit von Banknoten, Dokumenten oder Münzen auf einer Vergleichseinrichtung das Interferenzbild eines vom Prüfling modulierten Laserstrahls und eines unmodulierten Laserstrahls erzeugt und mit einem auf einem Filmstreifen gespeicherten Interferenzbild verglichen

■to wird. 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 Echiheit des Prägereliefs von Münzen mit großer Sicherheit zu prüfen vermag.

Die Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Als optisches Element kann insbesondere eine Linsen-, Prismen- oder Spiegelmatrix dienen. Als Strahlenquelle eignet sich vorteilhaft eine Quelle schmalbandigen Lichtes, jedoch ist auch eine thermische Lichtquelle wie z. B. der Glühfaden einer Glühbirne, also eine Quelle inkohärenten weißen Lichts wie bei dem aus der CH-PS 5 03 337 bekannten optischen Münzprüfer ohne weiteres geeignet. Bei dem bekannten Münzprüfer wird aber nur eine zweidimensionale Abbildung des dreidimensionalen Prägereliefs der Münze geprüft, bei der Erfindung hingegen wird die örtliche Verteilung von Neigungswinkeln des Prägereliefs, also das Prägerelief selbst geprüft. Es hat sich gezeigt, daß selbst Münzen mit Gebrauchsspuren zuverlässig geprüft werden, weil Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger nicht streng punktförmig wirken, sondern eine, wenn auch kleine, emittierende bzw. detektierende Fläche besitzen.

Münzen fremder Währung und anderer Werte sowie Fälschungen können mit großer Sicherheit erkannt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anstelle einer Linsen-, Prismen- oder Spiegelmatrix 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 ist die Verwendung eines Kinoforms als optisches Element

Gemäß der in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Element ein Hologramm einer Originalmünze oder ein Hologramm mindestens von Teilen einer nach Größe und/oder Reliefneigungswinkeln gegenüber einer Originalmünze modifizierten Referenzmünze. Wenn das optische Element ein Hologramm und die Strahlenquelle eine thermische Lichtquelle ist, dann- werden jedoch, selbst wenn das Prägerelief des Prüflings echt i«t die am Hologramm gebeugten Strahlen nicht mehr im gleichen Maß auf die Strahlendetektorfläche hin konvergieren wie bei einer Quelle schmalbandigen Lichtes, weil eine thermische Lichtquelle Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen aussendet und die Beugung der Lichtstrahlen am Hologramm von der Wellenlänge der Lichtstrahlen abhängig ist Bei weißem, also breitbandigem Licht ist deshalb die Konvergenz der Lichtstrahlen weniger ausgeprägt als bei schmalbandigem Licht aber immer noch ausgeprägt genug, um mit weißem Licht eine zuverlässige Münzprüfung zu gewährleisten.

Bei Verwendung einer im Anspruch 7 als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung angegebenen lichtemittierenden Diode als Strahlenquelle ist die Konvergenz der Strahlen besser; die Verwendung einer solchen Diode gestattet auch bei der Prüfung der Münzen mittels des Hologramms einer nach Größe und/oder Reliefneigungswinkeln gegenüber einer Originalmünze modifizierten Referenzmünze mit einer anderen Wellenlänge zu arbeiten als bei der Herstellung des Hologramms.

In das optische Element können gemäß Anspruch 6 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 üher die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln mehrerer unterschiedlicher Referenzmünzen gleicher oder verschiedener Werte eingegeben werden. Dies gestattet, mit dem Münzprüier mit mehreren an verschiedenen Stellen angeordneten Strahlungsempfängern Münzen mit verschiedenen Prägereliefs voneinander zu unterscheiden.

Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur holographischen Herstellung eines optischen Elementes,

F i g. 2 eine Prinzipdarstellung eines Münzprüfers und F i g. 3 einen Münzpriifer in der Schnittdarstellung.

In der Fig. 1 bedeutet Meine Referenzmünze. Ihre Oberfläche ist zur Verminderung diffuser Reflexionskomponenten vorteilhaft zusätzlich poliert. Ebene Bereiche ohne Relief und pndere zur Diskrimination des spezifischen Prägeprofils ungeeignete Stellen der Referenzmünze Af 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 Mund der Hologrammplatte //liegt ein Strahlenteiler S, der im dargestellten Beispiel ein gegenüber der gemeinsamen Achse der Referenzmünze und der Hologrammplatte um 45° 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 5 derart reflektiert, daß die Beleuchtungswelle B auf die Referenzmünze Mund die Referenzwelle R auf die Hologramr^ilatte H fällt Im gezeichneten Beispiel ist die Anordnung derart gewählt daß die Achsen der am Strahlenteiler 5 reflektierten Beleuchtungswelle B und der Referenzwelle R mir der gemeinsamen Achse der Referenzmünze M und der Holograr-implatte H zusammenfallen. Das virtuelle Spiegelbild /?„derdie Beleuchtungswelle ^erzeugenden Punktlichtquelle liegt auf dieser gemeinsamen Achse zwischen dem Strahlenteiler Sund der Hologrammplatte//.

Durch Reflexion der Beleuchtungswelle B an der Referenzmünze M entsteht eine komplexe Objektwelle. In der Zeichnung ist ein Teilstrahl O,· dargestellt der repräsentativ ist für die Gesamtheit aller die komplexe Objektwelle bildenden Strahlen. Jeder Teilstrahl O, wird in einem Punkt PiM eines um einen Winkel ψΜ gegenüber der Münzenebene geneigten Oberflächenelementes des Prägeprofils reflektiert und fällt in einem Punkt PiH unter einem Winkel <p,w auf die Hologrammplatte H. (Im allgemeinen dreidimensionalen Fall liegen natürlich weder die Normale π zum Flächenelement im Punkt Pan noch der Punkt Pm in der Zeichnungsebene, so daß je zwei Orts- und Winkelkoordinaten zu definieren sind.)

Die an den Punkten P,m der Referenzmünze M unter verschiedenen Winkeln reflektierten Teilstrahlen O, werden mit der Referenzwelle R überlagert. Dabei entsteht ein Interferenzmuster, welches photographisch auf die Hologrammplatte //aufgezeichnet wird. Das so entstandene Hologramm enthält Informationen über

so die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln signifikanter, ausgewählter, nicht maskierter Bereiche der Referenzmünze M.

h cljin 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 //'mit der zur Referenzwelle R (F i g. 1) zeitinvertierten, d. h. exakt gegenläufi-

eo gen Referenzwelle Ri beleuchtet, so läuft auch die vom Hologramm ausgehende, komplex strukturierte Gbjektwelle mit den Teilstrahlen O₁₁ rückwärts. Es entsteht ein reelles zeitinvertiertes Bild M₇ der Referenzmünze M. Stimmen Prägerelief i"nd Lauf des Prüflings M'mit dem Bild M₁ der Referenzmünze M überein, so konvergieren bei sonst unveränderter Geometrie der Anordnung die Teüstrahlen Oi, der rückwärts laufenden Objektwelle nach der Reflexion am Prüfling auf den gleichen Punkt

K, von dem bei der Aufnahme des Hologramms die virtuelle Beleuchtungswelle B_y ausging, und treffen dort auf einen Lichtempfänger (in der Fig. 2 nicht dargestellt), der ein elektrisches Korrespondenzsignal abgibt. Stimmen hingegen Prägerelief und/oder Lage des Prüflings M'mitdem Bild M,der Referenzmünze M nicht iiberein, 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 in 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 π Klasse mindestens in Teilen der Oberflächen-Mikrostruktur von jenem der Referenzmünze M, so daß die ucn ι fulling LrCiCüCnicnucM οΐί~αιιι€Π partiell uinüS reflektiert werden, was sich in einer Verkleinerung des Korrespondenzsignals auswirkt. Außerdem läßt sich der .'o 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 Korrespon- is denzsignals 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 sn des Prüflings M' erfordert, daß zur Erzielung eines maximalen Korrespondenzsignals der Konvergenzpunkt K ins Nahfeld des Prüflings gelegt wird, was mit der beschriebenen Anordnung bei der Aufnahme des Hologramms leicht ermöglicht werden kann. ü

Weiter läßt 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 -to 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 ->i der Stromzuführung zu rotierenden Lichtquellen und Detektoren. Das Korrespondenzsignal tritt dann im Korrespondenzfall einmal pro Umdrehung auf und kann wechselstrommäßig delektiert und mit geringem Aufwand an elektronischen Bauteilen weiterverarbeitet werden.

Die F i g. 3 zeigt einen Münzprüfer mit einem solchen rotierenden Hologrammträger 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 Wangeordnet ist. Der Hohlspiegel 5p und die Hologrammplatte H' sind in einer Trommel Tr auf der Welle eines Motors Mo befestigt. Die modulierende Schicht der Hologramm-

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die von der dicht vor der Hologrammplatte angeordneten Punktlichtquelle Dausgehende Kugelwelle ungehindert auf den Hohlspiegel 5p fällt und dort in die zeitinvertierte Referenzwelle R₁ umgeformt wird. Als Punktlichtquelle D kann, wie Experimente gezeigt haben, eine lichtemittierende Diode dienen, so daß sich der Einsatz eines Lasers im Münzprüfer erübrigt.

Das optische Element wird, wie anhand der Fig. 2 und 3 gr -.eigt, 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 le^en, 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 Münzpriifer erlaubt auf einfache Weise festzustellen, ob die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln eines Prüflings mit Informationen über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln einer Referenzmünze, die in einem optischen Element gespeichert sind, übereinstimmt. Münzen, welche die erwartete örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln nicht aufweisen, z. B. fremde Währung. Fälschungen, können aufgrund dieses Prüfkriteriums mit großer Sicherheit erkannt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Optischer Münzprüfer mit einer Strahlenquelle zur Beleuchtung eines Prüflings, mit mindestens einem eine Strahlendetektorfläche aufweisenden Strahlenempfänger, der vom Prüfling reflektierte Strahlen empfängt, und mit einem im Strahlengang zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlenempfänger angeordneten optischen Element, das optisch auswertbare Informationen über mindestens einen ausgewählten Teilbereich des Prägebildes einer Referenzmünze enthält, die den Lauf der Strahlen beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (H') Informationen über die örtliche Verteilung von Neigungswinkeln (qs/m) des Prägereliefs der Referenzmünze (M) enthält und daß diese Informationen den Lauf der Strahlen (Ou) so beeinflussen, daß die vom Prüfling (M') reflektierten Strahlen überwiegend auf die Strahlendetektorfläche hin konvergieren, wenn der Prüfling (M') eine Lage einnimmt und ein Prägerelief aufweist, die durch die Lage des optischen Elements (H') und durch die in ihm enthaltenen optisch auswertbaren Informationen vorgegeben sind.

2. Münzprüfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (H') ein Hologramm einer Originalmünze ist

3. Münzprüfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (H') ein Hologramm mindestens von Teilen einer nach Größe und/od«.r Reliefneigungswinkeln gegenüber einer Originalmünze modifizieren Referenzmünze ist.

4. Münzprüfer nach Anspruch ί dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (H') ein Kinoform ist

5. Münzprüfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorfläche des Strahlungsempfängers (P) im Nahfeld des Prüflings (M') liegt.

6. Münzprüfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das optische Element (H') Informationen über die örtliche Verteilung von Reliefneigungswinkeln beider Seiten der Referenzmünze (M) oder mehrerer unterschiedlicher Referenzmünzen gleicher oder verschiedener Werte eingegeben sind.

7. Münzprüfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (D) eine lichtemittierende Diode ist.

8. Münzprüfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (D), das optische Element (H'), der Prüfling (M')unA der Strahlenempfänger (P) auf einer zum Prüfling (M') senkrechten und durch dessen Zentrum verlaufenden Achse angeordnet sind.

9. Münzprüfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (D) eine im Brennpunkt eines parabolischen Hohlspiegels (Sp) angeordneten und gegen diese gerichtete Punktlichtquelle ist und daß das optische Element (H') im Gang der vom Hohlspiegel in Richtung auf den Prüfling reflektierten Strahlen angeordnet und um die zum Prüfling (Af'Jsenkrechte Achse drehbar ist.

10. Münzprüfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (H') und der Hohlspiegel (Sp) im Innern und an den Stirnwänden einer Trommel (Tr) angeordnet sind.

die um ihre zum Prüfling (M') senkrecht verlaufende Längsachse drehbar gelagert und durch einen Motor (Mo)\n Drehung versetzbar ist