DE3886683T3

DE3886683T3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Tinten.

Info

Publication number: DE3886683T3
Application number: DE3886683T
Authority: DE
Inventors: Paul Dennis Lacey; Anthony Martin
Original assignee: De la Rue Systems Ltd
Current assignee: De la Rue International Ltd
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2008-10-04
Also published as: EP0314312A2; GB8725034D0; EP0314312B2; DE3886683D1; JPH01141338A; EP0314312A3; DE3886683T2; JP2731183B2; US4935628A; EP0314312B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat.
Es ist bekannt, auf Substrate, wie Sicherheitsdokumente und Banknoten, Tinten auf zudrucken, die so aussehen, als hätten sie die gleiche Farbe im optischen Wellenlängenbereich, sich aber dennoch in ihrer Spektralabsorptionscharakteristik außerhalb des optische Bereichs unterscheiden. Wir haben ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen der Anwesenheit derartiger Tinten entwickelt
Die GB-A-2107911 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat, wobei die Vorrichtung Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen des Substrats mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung, von denen wenigstens die eine Wellenlänge so gewählt ist, daß sie einer Absorptions- oder Reflexionswellenlänge der festzustellenden Tinte entspricht, Modulationsmittel zum Modulieren der Strahlung jeder Wellenlänge in jeweils unterschiedlicher Weise und Strahlungsfühlmittel zum Abfühlen der durch das Substrat emittierten Strahlung aufweist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat das Bestrahlen des Substrats mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung, wobei die Strahlung jeder Wellenlänge jeweils durch ein Modulationssignal in unterschiedlicher Weise moduliert wird und wenigstens eine der Wellenlängen so gewählt ist, daß sie einer Absorptions- oder Reflexionswellenlänge der festzustellenden Tinte entspricht, und das Abfühlen der vom Substrat reflektierten Strahlung mit einem gemeinsamen Fühler zum Empfangen von Strahlung mit jeder der verschiedenen Wellenlängen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Intensität der empfangenen Strahlung darstellt, gekennzeichnet durch das Korrelieren von Abtastwerten der abgefühlten Strahlung mit Signalen, von denen jedes durch jeweils eine der auf die Strahlung angewandten Modulationen moduliert wird, indem das Ausgangssignal parallel einer Gruppe von Multiplizierern zugeführt wird, wobei jeder Multiplizierer das Ausgangssignal mit jeweils einem der modulierten Signale multipliziert, und die Integration jedes der resultierenden multiplizierten Signale über eine Periode der Modulation, um Korrelationssignale zu erzeugen; wobei jedes Modulationssignal eine phasenverschobene Version einer gemeinsamen Modulationssequenz umfaßt, bei der es sich um eine binäre Pseudo-Zufalls-Sequenz handelt; und das Überwachen der Korrelationssignale zum Feststellen der Anwesenheit der erwähnten Tinte.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen des Substrats mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung, von denen wenigstens die eine Wellenlänge so gewählt ist, daß sie einer Absorptions- oder Reflexionswellenlänge der festzustellenden Tinte entspricht; Modulationsmittel zum Erzeugen jeweiliger Modulationssignale zum Modulieren der Strahlung jeder Wellenlänge in jeweils unterschiedlicher Weise; und gemeinsame Strahlungsfühlmittel zum Abfühlen der durch das Substrat emittierten Strahlung und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Intensität der empfangenen Strahlung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner ein Korrelationsmittel zum Korrelieren von Abtastwerten des Ausgangssignals mit Signalen aufweist, die jeweils durch eine der auf die Strahlung angewandten Modulationen moduliert sind, um Korrelationssignale zu erzeugen, wobei das Korrelationsmittel aufweist: eine Anzahl von Multiplizierschaltungen, und zwar jeweils eine für jede Wellenlänge, wobei jede Multiplizierschaltung das Ausgangssignal parallel und ein Signal empfängt, das auf die gleiche Weise wie die Strahlungswellenlänge moduliert ist, die jener Multiplizierschaltung entspricht; und eine entsprechende Anzahl von Integrationsmitteln, denen die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen zugeführt werden, wobei die Integrationsmittel die Eingangssignale über eine Periode der Modulation integrieren; wobei jedes Modulationssignal eine phasenverschobene Version einer gemeinsamen Modulationssequenz aufweist, bei der es sich um eine binäre Pseudo-Zufalls Sequenz handelt; und Überwachungsmittel zum Überwachen der Korrelationssignale, um die Anwesenheit der erwähnten Tinte festzustellen.
Nach unserer Erfindung wird das Substrat, z.B. ein Sicherheitsdokument oder eine Banknote, mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung bestrahlt und die Antwort der Tinte auf die Bestrahlung durch eine spezielle Art der Modulation jeder Wellenlänge und synchrone Demodulation der empfangenen Strahlung durch Korrelieren dieser Strahlung mit jeder der Modulationssequenzen überwacht. Die Demodulation ergibt eine Anzahl von Korrelationssignalen, deren Größe sich in Abhängigkeit von dem Korrelationsgrad und der Intensität der empfangenen Strahlung jeder Wellenlänge ändert. Vorausgesetzt, daß die angewandten Modulationen hinreichend verschieden sind, wird ein Korrelationssignal nur dann mit hinreichender Größe erzeugt, wenn die empfangene Strahlung eine Wellenlänge aufweist, die dem modulierten Signal entspricht, mit dem es korreliert ist.
Die Erfindung hat mehrere Vorteile. Insbesondere wird ein breitbandiges Rauschen, das beispielsweise durch Umgebungslicht verursacht wird, durch die Korrelationstechnik eliminiert. Ferner ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines einzigen Strahlungsempfängers.
Die Modulationen beinhalten phasenverschobene Versionen einer gemeinsamen binären Pseudo-Zufalls-Sequenz. Dies führt zu einem sehr einfachen Aufbau der Vorrichtung und ermöglicht die Anwendung bekannter Korrelationsverfahren. Dies ist ausführlicher in "An Introduction to Identification" von J.P. Norton, veröffentlicht durch Academic Press (1986), Seiten 49-55, erläutert.
In diesem Zusammenhang versteht es sich, daß wir mit "Wellenlänge" ein Band von Wellenlängen meinen, in dem die fragliche Wellenlänge liegt, wobei sich die Wellenlängenbänder nicht überlappen.
Bei jeder einzelnen erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt die Anzahl der verschiedenen Wellenlängen, die verwendet werden können, von der Anzahl der verfügbaren Modulationen ab. Da phasenverschobene Versionen einer gemeinsamen Modulationssequenz verwendet werden, hängt die Anzahl der Wellenlängen von der Länge der Sequenz ab.
Um die Anzahl der Wellenlängen zu erhöhen, kann eine Anzahl derartiger erf indungsgemäßer Vorrichtungen nebeneinander angeordnet werden. Ferner kann durch Anwendung von mehr als einer Vorrichtung die Anwesenheit einer Tinte auf verschiedenen Teilen des Substrats festgestellt werden. Wenn in diesem Fall die bei jeder Vorrichtung angewandten Modulationen verschieden sind, dann ist jede Vorrichtung immun gegen Streustrahlung von benachbarten Vorrichtungen.
Die Korrelatinssignale können auf verschiedene Weise überwacht werden. Wenn beispielsweise das eine Signal einer Strahlung im optischen Wellenbereich und ein weiteres Signal einer Strahlung außerhalb des optischen Wellenbereichs (z.B. Infrarot) entspricht, dann können die Signale miteinander verglichen oder ein Verhältnis der Signale zueinander bestimmt und das Ergebnis jeder dieser Operationen mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden, um die An- oder Abwesenheit der Tinte anzuzeigen. Wenn daher zwei Tinten die gleiche Farbe im optischen Wellenbereich und verschiedene Spektralkennlinien außerhalb des optischen Wellenbereichs aufweisen, dann ist das Verhältnis der betreffenden Signale in Abhängigkeit davon unterschiedlich, welche Tinte bestrahlt wird.
Die Erfindung ist auf vielen Gebieten anwendbar, jedoch besonders für Banknotensortiermaschinen geeignet, in denen Banknoten in Abhängigkeit von der An- oder Abwe senheit jeweils bestimmter Tinten nach akzeptablen und nicht akzeptablen Banknoten sortiert werden.
In der Regel handelt es sich bei der abgefühlten Strahlung um eine von dem Substrat reflektierte Strahlung, obwohl alternativ auch eine das Substrat durchdringende Strahlung abgefühlt werden könnte.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Dokument anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, die
Fig. 2A und 2B zwei Modulationssequenzen und die
Fig. 2C und 2D an zwei Stellen der Vorrichtung abgegebene Signale.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält eine Anzahl n von Leuchtdioden (LEDs) 1, die eine Strahlung mit einer entsprechenden Anzahl verschiedener Wellenlängen erzeugen, von denen einige im optischen Bereich und andere außerhalb des optischen Bereichs liegen, typischerweise im Infrarotbereich. Die LEDs 1 bestrahlen ein Dokument 2, das durch nicht dargestellte Mittel unter den LEDs getragen wird. Die Wellenlänge der durch wenigstens eine der LEDs 1 erzeugten Strahlung ist so gewählt, daß sie einem Absorptionsband einer Tinte entspricht, mit der das Dokument voraussichtlich bedruckt werden soll.
Oberhalb des Dokuments 2 ist ein einziger Detektor 3 zur Aufnahme der durch das Dokument reflektierten Strahlung angeordnet. Alternativ könnte der Detektor 3 auch unterhalb des Dokuments angeordnet sein.
Die LEDs 1 werden durch ihnen zugeordnete Steuerleitungen 4 aus einem Sequenzgenerator 5 so gesteuert, daß sie jeweils modulierte Strahlungsbündel in einer nachstehend noch beschriebenen Weise erzeugen. Der Sequenz generator 5 erzeugt Modulationssignale, die jeweils den LEDs 1 zugeführt werden, so daß diese modulierte Strahlungsbündel erzeugen.
Das Ausgangssignal des Detektors 3, das die Intensität der auf den Detektor 3 treffenden Strahlung darstellt, wobei der Detektor 3 auf alle durch die LEDs 1 erzeugten Wellenlängen anspricht, wird parallel eine Gruppe von Multiplizierschaltungen 6 zugeführt, von denen für jede LED jeweils eine vorgesehen ist. Darüber hinaus erhält jeder Multiplizierer 6 das Modulationssignal des Sequenzgenerators 5, das der zugeordneten LED 1 ent spricht, über jeweils zugeordnete Leitungen 7.
Die Ausgangssignale der Multiplizierer 6 werden jeweils einer von mehreren Integrationsschaltungen 8 zugeführt, deren Ausgangssignale einem Mikroprozessor 9 zugeführt werden. Der Mikroprozessor 9 überwacht die Eingangs(Korrelations-)Signale und erzeugt als Ergebnis der Überwachung Ausgangssignale, die den festgestellten Tinten zugeordnet sind, wobei die Ausgangssignale einer Ausgabevorrichtung 10 zugeführt werden, z.B. einem Monitor oder Drucker.
Da ein gemeinsamer Detektor 3 vorgesehen ist, muß die Vorrichtung zwischen verschiedenen Wellenlänge der Strahlung, die vom Dokument 2 reflektiert wird, unterscheiden. Dies wird durch individuelle Kodierung jeder Strahlungsquelle (LED) 1 durch deren Modulation mit einer binären Pseudo-Zufalls-Sequenz (BPZS) erreicht, die durch den Sequenzgenerator 5 erzeugt wird. Ein Beispiel einer solchen Sequenz ist in Fig. 2A dargestellt. Um jede LED 1 mit einer anderen Sequenz zu modulieren, werden den anderen LEDs 1 verschiedene phasenverschobene Versionen der in Fig. 2A dargestellten Sequenz zugeführt. Ein Beispiel einer phasenverschobenen Version der Sequenz ist in Fig. 2B dargestellt.
Die BPZS ist ein Breitbandsignal mit einer entsprechend engen oder schmalen Autokorrelationsfunktion. Diese Eigenschaft wird zur Unterscheidung verschiedener Signale oder Kanäle verwendet. Die Autokorrelationsfunktion des Signals beschreibt wie gut ein Signal mit verschobenen Versionen von sich selbst korreliert, und im Fall der BPZS ist diese Funktion Null, sofern das Eingangssignal nicht mit der gleichen Modulationssequenz korreliert, die es erzeugt hat. Auf diese Weise werden ein Rauschen bzw. Störsignale aufgrund von Umgebungslicht und dergleichen sowie Streulicht aus anderen benachbarten Vorrichtungen und Wellenlängen, die nicht zu einem bestimmten Kanal gehören, automatisch eliminiert.
Eine Korrelation wird durch Multiplikation der beiden Signale in den Multiplizierschaltungen 6, die ein Ausgangssignal erzeugen, wie es in Fig. 2C dargestellt ist, und anschließende Integration des Ergebnisses in den Integratoren 8 bewirkt, die ein Ausgangssignal mit dem in Fig. 2D dargestellten Verlauf erzeugen. Dieses System korreliert das zurückgekehrte Signal mit jeder der Strahlungsmodulationssequenzen.
Das durch den Systemprozessor benutzte Korrelationsergebnis läßt sich mathematisch wie folgt definieren:
φ (nT) = φ (nT - T) für t = n T und n = 0....∞ = φ (t) für t =n T
und φ (t) = 0, wenn t = nT + δT nT +T
- 1/A x (t) x (t + τ) dt (eine kontinuierliche Funktion) nT + δT
darin ist: n die Abtastzahl
T die Integrationszeit
x(t) die Originalsequenz (Fig. 2A)
x(t + τ) die phasenverschobene Sequenz (Fig. 2B) und
A ein vom Übertragungsbeiwert des Systems abhängiger Maßstabsfaktor.
Die Ausgangssignale der Integratoren 8 zeigen an, ob die einem bestimmten Kanal zugehörige Wellenlänge durch das Dokument 2 reflektiert worden ist oder nicht, und in diesem Fall können sie die Anwesenheit einer bestimmten Tinte anzeigen, die die Charakteristik der reflektierten Strahlung innerhalb dieses bestimmten Wellenlängenbereiches hat. Obwohl in Fig. 1 n Kanäle dargestellt sind, werden in der Regel zwei Kanäle verwendet.
Die Korrelationssignale werden dann durch den Mikroprozessor 9 verglichen. Wenn nur zwei Kanäle vorgesehen sind (was einer innerhalb und einer außerhalb des optischen Bereiches liegenden Wellenlänge entspricht), kann dieser Vergleich die Bestimmung der Differenz zwischen den Korrelationssignalen und/oder des Verhältnisses der Korrelationssignale und das anschließende Vergleichen dieser Werte mit vorbestimmten Eichfenstern oder Schwellenwerten beinhalten. Wenn die berechneten Ergebnisse innerhalb der Fenster oder oberhalb der Schwellenwerte liegen, dann wird der Ausgabevorrichtung 10 ein Ausgangssignal zugeführt, das das Vorhandensein der fraglichen Tinte anzeigt. Diese Anzeige kann dann zur Steuerung des Vorschubs des Instruments in herkömmlicher Weise verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat, wobei das Verfahren beinhaltet: das Bestrahlen des Substrats mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung, wobei die Strahlung jeder Wellenlänge jeweils durch ein Modulationssignal in unterschiedlicher Weise moduliert wird und wenigstens eine der Wellenlängen so gewählt ist, daß sie einer Absorptions- oder Reflexionswellenlänge der festzustellenden Tinte entspricht, und das Abfühlen der vom Substrat reflektierten Strahlung mit einem gemeinsamen Fühler zum Empfangen von Strahlung mit jeder der verschiedenen Wellenlängen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Intensität der empfangenen Strahlung darstellt, gekennzeichnet durch das Korrelieren von Abtastwerten der abgefühlten Strahlung mit Signalen, von denen jedes durch jeweils eine der auf die Strahlung angewandten Modulationen moduliert wird, indem das Ausgangssignal parallel einer Gruppe von Multiplizierem zugeführt wird, wobei jeder Multiplizierer das Ausgangssignal mit jeweils einem der modulierten Signale multipliziert, und die Integration jedes der resultierenden multiplizierten Signale über eine Periode der Modulation, um Korrelationssignale zu erzeugen; wobei jedes Modulationssignal eine phasenverschobene Version einer gemeinsamen Modulationssequenz umfaßt, bei der es sich um eine binäre Pseudo-Zufalls-Sequenz handelt; und das Überwachen der Korrelationssignale zum Feststellen der Anwesenheit der erwähnten Tinte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine der Wellenlängen im optischen Bereich und eine andere außerhalb des optischen Bereichs liegt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Abfühlen das Abfühlen der durch das Substrat reflektierten Strahlung umfaßt.

4. Vorrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer Tinte auf einem Substrat, wobei die Vorrichtung Bestrahlungsmittel (1) zum Bestrahlen des Substrats (2) mit einer wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Strahlung, von denen wenigstens die eine Wellenlänge so gewählt ist, daß sie einer Absorptions- oder Reflexionswellenlänge der festzustellenden Tinte entspricht; Modulationsmittel (5) zum Erzeugen jeweiliger Modulationssignale zum Modulieren der Strahlung jeder Wellenlänge in jeweils unterschiedlicher Weise; und gemeinsame Strahlungsfühlmittel (3) zum Abfühlen der durch das Substrat emittierten Strahlung und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Intensität der empfangenen Strahlung darstellt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner ein Korrelationsmittel (7, 8) zum Korrelieren von Abtastwerten des Ausgangssignals mit Signalen aufweist, die jeweils durch eine der auf die Strahlung angewandten Modulationen moduliert sind, um Korrelationssignale zu erzeugen, wobei das Korrelationsmittel aufweist: eine Anzahl von Multiplizierschaltungen (7) , und zwar jeweils eine für jede Wellenlänge, wobei jede Multiplizierschaltung das Ausgangssignal parallel und ein Signal empfängt, das auf die gleiche Weise wie die Strahlungswellenlänge moduliert ist, die jener Multiplizierschaltung entspricht; und eine entsprechende Anzahl von Integrationsmitteln (8), denen die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen zugeführt werden, wobei die Integrationsmittel die Eingangssignale über eine Periode der Modulation integrieren; wobei jedes Modulationssignal eine phasenverschobene Version einer gemeinsamen Modulationssequenz aufweist, bei der es sich um eine binäre Pseudo-Zufalls-Sequenz handelt; und Überwachungsmittel (9) zum Überwachen der Korrelationssignale, um die Anwesenheit der erwähnten Tinte festzustellen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Substrat eine Banknote aufweist.