DE4022020A1 - Vorrichtung und verfahren zur pruefung von dokumenten - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur pruefung von dokumentenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung bzw. ein
Verfahren zur Prüfung von Dokumenten mit einer Ansteuer
einheit und einer Abtastvorrichtung zur Aufnahme des vom
Dokument remittierten und/oder des durch das Dokument
transmittierten Lichts.
An zentralen Stellen wie Geschäfts- und Staatsbanken
erfolgt das Zählen, Prüfen und Sortieren von Banknoten
fast nur noch mit vollautomatischen Sortier- und Prüf
automaten. Diese Automaten erkennen bzw. prüfen die Bank
noten anhand verschiedener Kriterien. Bevorzugte Prüf
kriterien sind die Größe, die Dicke und das Druckbild der
Noten. Die Messungen am Druckbild erfolgen in den meisten
Fällen mittels elektrooptischer Verfahren, hierbei wird
die Banknote ganzflächig oder in vorbestimmten Flächenbe
reichen mit elektrooptischen Sensoren abgetastet. Die so
erhaltenen Meßsignale werden entweder direkt oder nach
einer Signalaufbereitung mit vorgegebenen Akzeptanzbe
reichen verglichen. Das Vergleichsergebnis wird meist
zusammen mit den Ergebnissen weiterer Messungen zur Beur
teilung der Banknote verwendet.
Die Fertigungstoleranzen, Verschmutzung, Abnutzung der
Banknoten und weitere Effekte führen selbst bei durchweg
gültigen Noten zu einer breiten Streuung der Meßwerte und
folglich zu breiten Akzeptanzbereichen. Breite Akzeptanz
bereiche jedoch erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Fehl
beurteilungen. Andererseits aber haben die Sortier- und
Prüfautomaten gerade auf dem Wertpapiersektor einen hohen
Zuverlässigkeitsgrad aufzuweisen, insbesondere was das
Erkennen von Denominationen und das Aussortieren ungül
tiger und unbrauchbarer Banknoten anbetrifft. Aus diesem
Grund kommen in den Automaten immer ausgefeiltere Meßver
fahren zum Einsatz.
Die CH-PS 4 76 356 beschreibt eine Vorrichtung, die im
Rahmen der optischen Prüfung Banknoten auch auf ihre
charakteristischen Farbnuancen prüft. Zur Prüfung wird
die Banknote in einem begrenzten Flächenbereich mit
Licht einer breitbandigen Lichtquelle beleuchtet. Das
zurückgestrahlte Licht wird hierbei in einem optischen
Zerlegungssystem, wie beispielsweise einem Glasprisma, in
verschiedene Wellenlängenbereiche aufgetrennt. Die in den
jeweiligen Wellenlängenbereichen vorliegende Farbhellig
keit wird mit mehreren, zugeordneten fotoelektrischen
Detektoren aufgezeichnet. Die Meßsignale werden in
Schwellwertstufen so ausgewertet, daß bei Übereinstimmung
der Meßwerte mit den Toleranzbereichen ein Richtigsignal
abgegeben wird.
Die vorgeschlagene Anordnung ist jedoch für Banknoten
sortier- und Prüfautomaten nur mit großen, derzeit nicht
mehr tolerierbaren Einschränkungen verwendbar. Moderne
Sortier- und Prüfautomaten zeichnen sich durch eine hohe
Verarbeitungskapazität aus und transportieren die Bank
noten mit Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro
Sekunde. Hieraus ergeben sich kurze Verweilzeiten der
Banknoten im Sensorbereich; die Lichtausbeute, die in
dieser Zeit erreichbar ist, liegt ohne Farbprüfung meist
in der Nähe des unteren Toleranzbereichs. Durch die
spektrale Aufspaltung des Lichts in mehrere Wellenlängen
bereiche steht am einzelnen Sensor nurmehr sehr wenig
Lichtintensität zur Verfügung, das resultierende hohe
Signalrauschen setzt die erreichbare Zuverlässigkeits
rate mitunter so weit herab, daß die Vorteile einer
Prüfung auf Farbnuancen vollkommen aufgehoben werden.
Die DE-OS 38 15 375 beschreibt eine Vorrichtung zur Prü
fung der Echtheit von Dokumenten anhand der Farbe. Die
Vorrichtung ist aus mehreren gleichartigen Modulen zusam
mensetzt. Jedes Modul besteht aus einem Beleuchtungs
system aus Lichtleitern und einem Fotosensor. Spezielle
optische Komponenten wie Farbfilter sorgen dafür, daß
jedes Modul nur in einem ausgewählten Spektralbereich
empfindlich ist. Zur Farbprüfung wird das Dokument an den
Modulen vorbeigeführt; dabei tasten die Fotosensoren der
Module zeilenweise das Dokument in verschiedenen vorbe
stimmten Spektralbereichen ab und leiten die Meßwerte zur
Auswertevorrichtung weiter.
Da für jeden spektralen Bereich ein eigenes Modul vorge
sehen ist, sind die Module mit allen notwendigen Bau
elementen mehrfach bereitzustellen, was neben dem großen
Bauvolumen zu einer spürbaren Verteuerung der Automaten
führt, insbesondere dann, wenn - wie in der DE-OS vor
geschlagen - teure Faserbündel als Lichtleiter eingesetzt
werden. Der Einsatz von Filtern zur spektralen Trennung
der Lichtanteile erhöht nicht nur die Kosten der Prüfvor
richtung, sondern verschlechtert auch den Wirkungsgrad
zwischen der an der Meßfläche zur Verfügung stehenden
Lichtleistung zur eingestrahlten Lichtleistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung und ein entsprechendes Verfahren zur optischen
Prüfung von Dokumenten in mindestens zwei spektralen
Bereichen vorzuschlagen, wobei die obengenannten Nach
teile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der
nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung be
steht darin, daß zur Beleuchtung des Dokuments mit Licht
unterschiedlicher spektraler Bereiche ein mit Fluores
zenzstoff versehener Lichtleiter eingesetzt wird, der
gleichzeitig als Lichtleiter für weitere Strahlungs
quellen genutzt wird. Mit Fluoreszenzstoff versehene
Lichtleiter, beispielsweise sogenannte Fluoreszenz
platten, sind seit längerem bekannt. Sie bestehen aus
einem transparenten Kunststoff, in dem fluoreszierende
Farbstoffmoleküle eingelagert sind. Auf die Platte ein
wirkendes Licht wird von den Molekülen absorbiert und
im allgemeinen als längerwelliges Licht wieder emittiert.
Das in der Platte in alle Raumrichtungen emittierte Licht
wird zu einem großen Teil in der Platte über Totalreflek
tionen gesammelt und tritt an den Plattenkanten als
Fluoreszenzlicht mit hoher Intensität aus. Mit Hilfe der
Fluoreszenzplatten kann ein Dokument auf sehr einfache
Weise mit Licht eines ersten Spektralbereichs mit großer
Intensität und sehr homogener Verteilung ausgeleuchtet
werden. Für das Licht eines weiteren Spektralbereichs
dient die Fluoreszenzplatte erfindungsgemäß lediglich als
Lichtleiter. Das Licht dieser zweiten Spektralquelle wird
über eine der Kanten oder Schmalseiten der Platte einge
koppelt und tritt über Totalreflektionen in der Platte
an einer anderen Kante aus. Für dieses Licht eines be
stimmten Spektralbereichs werden vorzugsweise Leucht
dioden eingesetzt. Leuchtdioden strahlen bauartbedingt
ihr Licht in einem begrenzten Raumwinkelbereich ab, wo
durch sich eine effektive Lichteinkopplung in Licht
leiter erreichen läßt. Das Licht der zweiten Spektral
quelle kann aber auch von einer zweiten Fluoreszenzplatte
erzeugt werden, die an die das erste Licht erzeugende
Platte optisch gekoppelt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es mit vergleichs
weise geringem konstruktiven Aufwand, d. h. vor allem
ohne den Einsatz von Filterelementen, möglich, Licht
unterschiedlicher Spektralbereiche mit großer Intensität
und homogener Verteilung auf eine gemeinsame Meßstelle
des Dokuments zu führen und mit nur einem Detektor aus
zuwerten. Aufgrund der Verwendung eines Lichtleiters kann
die Beleuchtungsgeometrie auf vielfältige Weise variiert
werden. Bei Verwendung eines plattenförmigen Lichtleiters
ist eine homogene spaltförmige Beleuchtung des Wertpa
piers möglich. Das aus der Kante der Platte in Form einer
Keule austretende Licht kann direkt zur Beleuchtung des
Meßobjekts verwendet werden. Es ist aber auch möglich,
durch entsprechende Formgebung der Austrittskante, durch
Abbildung der Austrittskante auf das Meßobjekt oder durch
die Überlagerung mehrerer Lichtkeulen mehrerer Austritts
flächen von einer oder von mehreren Fluoreszenzplatten
die gewünschte Beleuchtungsgeometrie einzustellen.
Die Beleuchtung eines Flächenbereichs des Dokuments mit
Licht unterschiedlicher Spektralbereiche erfordert,
soweit auf Filteranordnungen verzichtet werden soll, eine
andersgeartete Trennung der Lichtanteile, um eine selek
tive Analyse in den verwendeten Spektralbereichen zu er
möglichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher vor
geschlagen, die unterschiedlichen Spektralquellen, deren
Lichtanteile direkt oder indirekt über einen gemeinsamen
Lichtleiter zur Meßstelle geführt werden, derart zu
modulieren, daß der Meßbereich jeweils nur in einem
Spektralbereich ausgeleuchtet wird. Die Spektralquellen
werden daher im Zeitmultiplexverfahren zeitlich alter
nierend an- und abgeschaltet, wobei die Schaltfrequenz
derart hoch gewählt wird, daß während des Durchlaufs
eines Dokuments eine ausreichende Zahl von Meßwerten auf
genommen werden kann.
Grundvoraussetzung für eine schnelle Taktung sind ent
sprechend kurze Anstiegs- und Abklingzeiten der Strah
lungsquellen selbst. Es werden daher einerseits Leucht
dioden eingesetzt, deren Licht direkt über den Licht
leiter auf die Meßstelle gelangt und andererseits Leucht
stofflampen, deren Licht zur Anregung der Fluoreszenz
emission verwendet wird. Leuchtstofflampen weisen bei
geringer Wärmeabgabe eine hohe Lichtausbeute auf und sind
aus diesem Grund bevorzugt geeignet zur Erzeugung des
Fluoreszenzlichts.
Sowohl für die lichtemittierenden Dioden als auch für die
Leuchtstoffröhren sind gemäß der Erfindung spezielle
Schaltregler vorgesehen, die neben einer schnellen Tak
tung der Strahlungsquellen eine verlustarme automatische
Helligkeitsregelung ermöglichen.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung erge
ben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfol
genden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der
Figuren.
Es zeigen
Fig. 1, 2 eine Prinzipdarstellung eines Sensors auf
der Basis einer Fluoreszenzplatte,
Fig. 2 eine Anordnung mit zwei gekrümmten Fluores
zenzplatten,
Fig. 3 eine Anordnung zur Messung in drei Spektral
bereichen,
Fig. 4, 5 spezielle Ausführungsformen der Austritts
kante,
Fig. 6 Optik zur Fokussierung der Austrittskeule auf
die Meßfläche,
Fig. 7 ein Schaltungsprinzip für den getakteten
Betrieb von Leuchtstoffröhren,
Fig. 8 ein Ablaufschema der getakteten Ansteuerung
der Leuchtstoffröhren,
Fig. 9 ein Prinzipschaltbild für den getakteten
Betrieb von Leuchtdioden.
Die Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine
stark schematisierte Anordnung der erfindungsgemäßen Ein
richtung zur Prüfung von Wertpapieren, beispielsweise
Banknoten, mit Hilfe zweier Spektralquellen und einer
Fluoreszenzplatte.
Mittels eines Transportsystems 6 wird eine Banknote 1 in
Pfeilrichtung 2 an der Sensoranordnung vorbeigeführt. Der
Beleuchtungsteil des Sensors besteht aus einer Fluores
zenzplatte 3, zwei Leuchtstoffröhren 4 und einer weiteren
Beleuchtungseinrichtung 5, beispielsweise Leuchtdioden.
Die Platte 3 besteht aus einem Kunststoff, in welchem ein
fluoreszierender Farbstoff homogen verteilt ist. Solche
Platten sind kommerziell erhältlich. Die unmittelbar
neben der Platte angeordneten Leuchtstoffröhren 4
beleuchten die Oberfläche der Platte mit Licht einer kur
zen Wellenlänge. Das Licht dringt in die Platte ein und
wird vom Farbstoff absorbiert; ein großer Teil der absor
bierten Energie wird als Fluoreszenzlicht bei einer län
geren Wellenlänge als der absorbierten wieder emittiert.
Das Spektrum des Fluoreszenzlichts ist typischerweise
eine circa 100 Nanometer breite Bande, je nach Farbstoff
liegt der Wellenlängenschwerpunkt bei den derzeit erhält
lichen Platten in einem Bereich vom Blauen bis in das
ferne Rot. Aufgrund von Totalreflexion innerhalb der
Platte tritt das Fluoreszenzlicht hauptsächlich an den
Schmalseiten bzw. Kanten der Platte aus. Um die Lichtver
luste klein zu halten, werden die Kanten der Platte, die
nicht als Ein- oder Austrittskanten für das Licht benö
tigt werden, verspiegelt. Für einen guten Wirkungsgrad
sind die Leuchtstofflampen und die Fluoreszenzplatte in
ihren Spektren aufeinander abzustimmen. Leuchtstofflampen
mit einer Emmission im blauen Spektralbereich eignen sich
für grün bis rot emittierende Fluoreszenzplatten, während
für blau emittierende Platten eine im ultravioletten
Bereich strahlende Lampe vorzuziehen ist.
Die Fluoreszenzplatte 3 dient erfindungsgemäß gleich
zeitig als Lichtleiter für die zweite Beleuchtungsein
richtung 5. Für eine effektive Lichteinkopplung wird
diese unmittelbar über der Eintrittskante 7 der Platte,
gegebenenfalls über optische Kopplungsmedien, angeordnet.
Das Licht der hier beispielsweise verwendeten Leucht
dioden dringt in die Platte ein und wird durch Total
reflektion an Grund- und Deckfläche zur Austrittskante
geführt. Die Wellenlänge der Dioden ist zur Vermeidung
von Verlusten so zu wählen, daß sie nicht in ein Absorp
tionsband der Fluoreszenzplatte fällt.
Das Licht beider Spektralquellen verläßt die Platte an
der Austrittskante 9 und bewirkt entsprechend der
Geometrie der Austrittsfläche die homogene Ausleuchtung
einer streifenförmigen Fläche bei hoher Leuchtdichte.
Das von der Banknote remittierte oder durchgelassene
Licht kann von mehreren Detektoren 13, 14, 15 erfaßt
werden. Vorzugsweise werden hierfür Zeilendetektoren
verwendet wie beispielsweise ein CCD-Array. Die Signale
der Detektoren können allein oder entsprechend kombi
niert ausgewertet werden. Bei der Anordnung der Bauteile
ist generell darauf zu achten, daß an geeigneten Stellen
Abschirmungen 11 anzubringen sind, um das Auftreffen von
Streulicht oder Fremdlicht auf die Detektoren zu vermei
den. Sollten getrennte Farbauszüge bewertet werden, wer
den die beiden Beleuchtungsquellen 4 und 5 im Zeit-Multi
plexverfahren betrieben, das heißt, sie werden im Wech
seltakt hell und dunkel geschaltet. Das Auslesen der
Detektoren erfolgt gleichphasig mit dem Wechseltakt; das
resultierende Meßsignal erhält deshalb in abwechselnder
Folge die beiden Farbauszüge, die sich so getrennt spei
chern und/oder verarbeiten lassen.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsge
mäßen Einrichtung, die zur Erzielung einer homogenen Aus
leuchtung der Meßfläche zwei symmetrisch angeordnete
Fluoreszenzplatten 20, 21 aufweist. Um einen kompakten
Sensor zu erhalten, sind die beiden Platten 20, 21 um die
Beleuchtungseinrichtung 4 gewölbt angeordnet. Solange
der Biegeradius deutlich größer als die Plattendicke ist,
sind die Lichtverluste durch Lichtaustritt an den Ober
flächen der Platte vernachlässigbar. Das Licht der
Beleuchtungseinrichtungen wird analog zu Fig. 1 einge
koppelt. Die Leuchdioden 24, 25 sind an den Schmalseiten
22, 23 der Platte angeordnet; die Leuchstoffquelle 4
beleuchtet die Oberflächen der Fluoreszenzplatten 20, 21.
Die Innenseiten der Stützstrukturen 38 und 39 sind ver
spiegelt; dadurch wird das in alle Raumrichtungen ausge
strahlte Licht der Leuchtstoffquelle 4 auf die Fluores
zenzplatten zurückgeworfen. Bei der gezeigten Ausfüh
rungsform kann bevorzugt eine U-förmige Leuchtstofflampe
eingesetzt werden, wobei die Beobachtung durch den Spalt
der Lampe möglich ist. Eine geeignete Lampe hierfür ist
beispielsweise die sogenannte Dulux-S-Lampe von Osram.
Zur Auskopplung des Lichts sind die beiden Austritts
kanten der Fluoreszenzplatten 20, 21 abgeschrägt und
eventuell verspiegelt. Die Schrägen koppeln die Licht
strahlen unter einem bestimmten Winkel aus den Platten
aus und führen sie auf den gewünschten Bereich der Bank
note 1. Die Winkel der Schrägen können so gewählt werden,
daß sich die beiden Austrittskeulen 32 und 33 der Fluo
reszenzplatten auf der Banknote mehr oder weniger stark
überlappen.
Der Detektor 13 ist in einem Schacht 68 zwischen den
beiden Beleuchtungsteilen angeordnet und so vor Streu
licht gut geschützt. Mit einem im Schacht angeordneten
Abbildungssystem 12 kann der gewünschte beleuchtete
Bereich der Banknote 1 auf den Detektor 13 abgebildet
werden. Zum Schutz vor Verschmutzung und Beschädigung
wird zwischen dem Transportpfad der Banknoten und der
Sensoranordnung eine Abdeckung 40 mit einem Fenster 42
montiert. Zur Trennung der Farbanteile werden, wie in
Fig. 1 bereits beschrieben, die Spektralquellen und der
Detektor im Zeitmultiplexbetrieb angesteuert.
Im Prinzip kann die dargestellte Anordnung auch zur Mes
sung in drei oder vier Spektralbereichen verwendet wer
den. Tauscht man beispielsweise eine der beiden Leucht
diodenreihen 24 oder 25 gegen eine in einer anderen
Wellenlänge emittierenden Typ aus, so stehen an der Meß
stelle drei Spektralfarben zur Verfügung. Eine vierte
Farbe läßt sich durch Verwendung unterschiedlich emittie
render Fluoreszenzmoleküle in den beiden Platten 20 und
21 hinzufügen.
Die Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung zur Erzeugung
von drei oder mehr Spektralfarben an der Meßstelle. In
diesem Fall sind zwei mit verschiedenen Fluoreszenzstof
fen versehene Fluoreszenzplatten 45 und 46 über ihre
Schmalseiten oder Kanten 49 miteinander verbunden. Die
Oberflächen der Kanten und deren Verbindung sind so
beschaffen, daß das Licht ungehindert passieren kann. Die
beiden Platten 45 und 46 werden von den beiden Leucht
stofflampen 50 und 52 beleuchtet. Zur Erhöhung des Wir
kungsgrades sind die beiden Lampen mit geeignet geformten
Reflektoren 53 umgeben. Die Fluoreszenzstoffe der Platten
und das jeweilige Anregungslicht werden so gewählt, daß
das Emissionslicht einer Platte die in Richtung auf die
Banknoten nachfolgende Platte möglichst verlustarm pas
siert. Wie schon in früheren Ausführungsbeispielen
beschrieben, dienen die Platten 45, 46 zusätzlich als
Lichtleiter für eine weitere Beleuchtungseinrichtung 48.
Wie die bisherigen Ausführungsbeispiele zeigen, besteht
ein weiterer Vorteil der Erfindung in der Vielfalt der
Möglichkeiten, die einzelnen Komponenten zu kombinieren
und die Spektralbereiche und Beleuchtungsgeometrien zu
variieren. Der Sensor läßt sich damit optimal den meß
technischen Anforderungen anpassen. Für Transmissionsmes
sungen ist es meist ausreichend, die Austrittskante der
Fluoreszenzplatte, wie in Fig. 1 gezeigt, direkt als
Lichtquelle zu verwenden. Zu beachten ist dabei, daß die
Helligkeit monoton mit dem Abstand der Meßfläche abfällt.
Ein Helligkeitsmaximum in einem vorbestimmten Abstand vom
Sensor kann jedoch durch Überlagerung mehrerer Austritts
keulen oder durch optische Abbildung der Austrittsfläche
erreicht werden. Die Fig. 2 hat bereits ein erstes Bei
spiel für das Überlagerungsprinzip gezeigt, wo die Zone
höchster Helligkeit in einiger Entfernung von den Aus
trittskanten der Fluoreszenzplatten liegt. Im Überlage
rungsbereich haben Abstandsänderungen zwischen Meßobjekt
und Beleuchtungsquelle einen geringeren Einfluß auf Ände
rungen in der Helligkeit.
Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das
Überlagerungsprinzip. Die Austrittskante der Fluoreszenz
platte 3 ist in diesem Fall über ihre gesamte Länge im
Mittelteil mit einer Verspiegelung 56 versehen worden.
Durch diese Maßnahme verschiebt sich das Intensitäts
maximum von der Austrittsfläche weg. Die Verminderung
der absoluten Helligkeit in der Meßfläche 62 infolge der
teilweisen Verspiegelung läßt sich durch Maßnahmen an der
Eintrittskante abfangen. Durch eine Verspiegelung 57 der
Eintrittskante hat das so zurückgeworfene Licht die
erneute Möglichkeit zu einem der beiden Austrittsfenster
59 oder 60 zu gelangen. Beim Verspiegeln der Eintritts
kante muß allerdings auf die Durchlässigkeit für das
Licht einer Lichtquelle 5 geachtet werden, was beispiels
weise durch eine wellenlängenselektive Verspiegelung für
das Fluoreszenzlicht oder durch ein entsprechendes Fen
ster 61 berücksichtigt werden kann.
Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das
Überlagerungsprinzip. Dabei wird in einem vorbestimmten
Abstand ein Bereich 62 optimaler Helligkeit erzeugt und
zugleich Streulicht in dem Detektor weitgehend vermieden.
Die beiden Fluoreszenzplatten 64 und 65 sind in diesem
Fall unter 45° zur Meßfläche angeordnet, die Austritts
flächen 55 bei beiden Platten zeigen somit auf einen
gemeinsamen Flächenbereich. Zwischen den beiden Platten
befindet sich der Detektorschacht 68, in dem in der
bekannten Weise eine Abbildungsoptik 12 und ein Linear
detektor 13 angeordnet sind. Eine teilweise Verspiegelung
66 der Austrittskanten in Verbindung mit der symmetri
schen Anordnung verlegt die Zone 62 maximaler Helligkeit
vom Sensor weg in einen Bereich, der vom Dokument 1
passiert wird. Die Beleuchtungseinrichtungen, die hier im
Detail nicht dargestellt sind, können, wie es beispiels
weise in Fig. 2 gezeigt ist, gewählt werden.
Qualitativ hochwertige Helligkeitskonzentrationen erhält
man mit Hilfe optischer Abbildungen der Austrittskante.
Hierzu ist zunächst zu bemerken, daß prinzipiell mit Hil
fe jeder sphärischen oder zylindrischen Abbildungsoptik
ein Bild der Austrittskante in der Meßfläche erzeugt wer
den kann. Wegen der beengten Raumverhältnisse in einem
Sensormodul und der besonderen Beleuchtungs- und Beob
achtungsanforderungen werden insbesondere kompakte Opti
ken bevorzugt, die zugleich mehrere optische Funktionen
erfüllen, wie beispielsweise die gleichzeitige Umlenkung
und Fokussierung von Lichtstrahlen.
Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein symmetrisch auf
gebautes Sensormodul, wobei das Licht der Fluoreszenz
platten 3 mit einer abbildenden Umlenkoptik auf die Meß
fläche projiziert wird. Die Farbanteile des Lichts werden
in der bereits beschriebenen Weise erzeugt und zu den
Austrittskanten der Fluoreszenzplatten 3 geleitet. Nach
dem Verlassen der Platte trifft das Licht auf die abbil
dende Umlenkoptik 71. Das Umlenken und Abbilden erfolgt
durch Reflexion der Lichtstrahlen an den beiden verspie
gelten Flächen 73 und 74. Der Strahlengang für die Rand
strahlen der Austrittskeule ist anhand strichlierter
Linien dargestellt. Das Licht dringt zunächst in den
Glaskörper 71 ein und wird an der verspiegelten Fläche 73
reflektiert; die Fläche 73 ist ein Ausschnitt aus einer
Parabelfläche, die so geformt ist, daß das Licht als
Parallelstrahlbündel zur Fläche 74 reflektiert wird. Die
Fläche 74, die ebenfalls die Form einer Parabelfläche
hat, fokussiert das Licht auf die Meßfläche 63. Zum
Schutz des Glaskörpers vor Beschädigung und Verschmutzung
ist in den Strahlengang eine Schutzschicht 76 mit Fenster
eingefügt. Der Fokuspunkt ist aufgrund der Stellung der
parabelflächen bezüglich des Glaskörpers seitlich ver
schoben und liegt genau unter dem Detektorschacht 68.
Symetrisch zum Detektorschacht ist spiegelbildlich eine
zweite Umlenkoptik 72 angeordnet, sie sorgt in der Meß
fläche für eine homogene und weitgehend abstandsunab
hängige Ausleuchtung. Das Abtasten der vorbeilaufenden
Banknote 1 in der Meßfläche erfolgt mit Hilfe einer
Abbildungsoptik 12 und einem Zeilendetektor 13. Die Wände
79 des Detektorschachts sind lichtundurchlässig und
schützen den Sensor vor Streulicht.
Der gesamte optische Aufbau des Sensormoduls läßt sich
äußerst kompakt gestalten, vorteilhaft beim Zusammenbau
ist die unkritische Positionierung der optischen Kompo
nenten. Als positive Eigenschaft des Sensoraufbaus kommt
hinzu, daß die Komponenten - da Justiervorrichtungen
nicht notwendig sind - praktisch während der Lebensdauer
der Spektralquellen völlig justierfrei sind; was eine
gute Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse gewährleistet.
Ebenso wie die Optik haben auch die Spektralquellen über
lange Zeiträume gleichbleibende Meßbedingungen zu gewähr
leisten, das bedeutet unter anderem, daß sie in ihrer
Helligkeit zeitlich zu stabilisieren sind. Als weitere
Forderung kommt hinzu, daß die Spektralquellen im Wech
seltakt an- und abschaltbar sein müssen, damit man durch
Zeitmultiplexbetrieb beispielsweise getrennte Farbauszüge
der Banknoten erhalten kann. Um diese Forderungen zu
erfüllen, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
spezielle Schaltregeler zur Ansteuerung der Spektral
quellen vorgeschlagen. Diese Schaltregler steuern die
Leistung praktisch nur durch kurzzeitiges Ein- und Aus
schalten der Spannungsversorgung. Da sich aber Ein- und
Ausschaltvorgänge praktisch verlustfrei durchführen las
sen, setzen diese Schaltregler die elektrische Leistung
optimal in Lichtleistung um. Kapazitive und induktive
Bauteile im Stromkreis der Spektralquellen sorgen für
einen weitgehend kontinuierlich Leistungs- und Lichtfluß
während der Einschaltphase.
Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schalt
reglers für den helligkeitsgeregelten Betrieb einer
Leuchtstofflampe. Die Lampe 80 liegt in Serie mit einer
Induktivität 81 auf der Sekundärseite eines Transforma
tors 82. In Serie mit den direkt heizbaren Elektroden
ist ein Kondensator 84 geschaltet. Die beiden Bauele
mente 81 und 84 bilden eine Serienresonanzkreis. Die
Gasentladung der Lampe verläuft parallel zur Kapazität.
Ein weiterer Resonanzkreis wird durch die Primärwicklung
des Transformators 82 mit der Kapazität 85 gebildet.
Eine Regelschaltung 87 steuert den Stromfluß auf der
Primärseite über einen Schalttransistor 89 mit einer
solchen Frequenz und Pulsform, daß bei minimalem Lei
stungsverbrauch eine vorgebene Helligkeit konstant gehal
ten wird. Die momentane Helligkeit wird von einem Photo
elektrischen Detektor 88 erfaßt und an den Regler 87 als
Regelsignal weitergegeben. Durch die Variation der Fre
quenz der Steuerpulse SP kann die Helligkeit der Leucht
stofflampe geregelt werden. Mit Hilfe eines weiteren auf
den Regler einwirkenden Signals E/A werden die Steuer-
Pulssequenzen und damit auch die Lampe ein- bzw. ausge
schaltet. Es hat sich gezeigt, daß die Schaltung auch
dann noch einwandfrei arbeitet, wenn die Steuerimpulse
synchron mit dem E/A-Signal in sogenannten "Bursts" zuge
führt werden, wodurch letztlich erst der Multiplexbetrieb
mit anderen Strahlungsquellen möglich wird.
Die Fig. 8 zeigt das zeitliche Zusammenwirken des E/A-
Signals mit den Steuerimpulsen SP der Regelschaltung und
der Intensität I der Leuchtstofflampe. Das E/A-Signal
bestimmt die Ein- bzw. Ausschaltphasen der Leuchtstoff
lampe. Jeweils bei positivem E/A-Signal wird eine Folge
von Schaltpulsen SP erzeugt. Abhängig von dem Signal
eines Helligkeitssensors wird die Frequenz der Schalt
pulse in der Weise geregelt, daß beispielsweise bei einem
Absinken der Helligkeit durch Erhöhung der Frequenz die
Leistungszufuhr zur Lampe gesteigert wird. Die induktiven
und kapazitiven Bauteile der Schaltung glätten den Lei
stungsfluß zur Lampe und gewährleisten über die Ein
schaltdauer eine weitgehend gleichbleibende Hellig
keit. Bei Banknotenautomaten, die die Banknoten mit
Geschwindigkeiten mit mehreren Metern pro Sekunde trans
portieren, liegt die Frequenz des E/A-Signals in der
Größe von etwa 10 Kilohertz. Um eine Regelbarkeit der
Helligkeit zu erreichen, wird die Frequenz der Steuer-
Pulse vorzugsweise um einen Faktor 10 höher gewählt.
Auch die Leuchtdioden müssen in Gegenphase zur Leucht
stofflampe periodisch ein- und ausgeschaltet werden,
wobei ebenfalls eine Helligkeitsregelung notwendig ist.
Ein Prinzipschaltbild für einen Schaltregler, der auf die
Kennlinie der Leuchtdioden abgestimmt ist, ist in Fig. 9
wiedergegeben. Die Leuchtdioden 90 sind in Serie geschal
tet und werden somit mit einer Spannungsversorgung be
trieben werden. Da die Lichtabstrahlung von Leuchtdioden
etwa linear mit dem Durchgangsstrom zunimmt, kann sie
über eine Pulsbreitenmodulation des Stromes geregelt
werden. Hierzu ist in Serie mit den Leuchtdioden ein
Schalttransistor 95 vorgesehen, welcher von einem Puls
breitenmodulator 99 angesteuert wird. Ein Sensor 96, der
die Helligkeit der Dioden aufnimmt, führt sein Signal dem
Pulsbreitenmodulator zu. Je nach Signalhöhe dieses Sen
sors wird die Pulsbreite der Schaltimpulse in der Weise
verändert, daß seine gleichbleibende Helligkeit gewähr
leistet ist. Um die Strom- und Spannungspitzen während
der Einschaltperiode der Steuerpulse zu glätten, ist die
Induktivität 91 in Serie mit den Leuchtdioden geschal
tet. Diese begrenzt beim Einschalten den Stromanstieg
des Schalttransistors 95. Die in der Spule gespeicherte
Energie wird nach dem Ausschalten des Schalttransistors
über die Freilaufdiode 93 den Dioden 90 zugeführt,
wodurch der Stromfluß auch in den Ausschaltpausen des
Transistors aufrecht gehalten wird. Den gleichen Zweck
hat auch die zu den Leuchtdioden parallel liegende Kapa
zität 98. Um einen Regelbereich aufrecht zu erhalten, ist
es auch hier notwendig die Schaltfrequenz gegenüber dem
Maschinentakt um mindestens um einen Faktor 10 zu erhö
hen.
Neben der verlustlosen Helligkeitsregelung der Spektral
quellen haben die in den Fig. 7 und 9 dargestellten
Schaltungen den weiteren Vorteil, daß die Versorgungs
spannung in weiten Grenzen schwanken kann, ohne daß die
Reproduzierbarkeit der Meßsignale beeinträchtigt wird.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Prüfung von Dokumenten mit einer
optischen Einrichtung zur Beleuchtung des Dokuments in
wenigstens einem Spektralbereich und mit einer Einrich
tung zur Aufnahme des vom Dokument remittierten und/oder
des durch das Dokument transmittierten Lichts, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsein
richtung aus wenigstens einem mit Fluoreszenzstoff ver
sehenen Lichtleiter besteht, über den wenigstens zwei
Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlänge auf einen
gemeinsamen Bereich des Dokuments geführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lichtleiter ein Kunststoff
körper ist mit mehreren ebenen oder gekrümmten Flächen
und mehreren Schmalseiten oder Kanten und daß der erste
Lichtanteil das Fluoreszenzlicht ist, welches durch Anre
gung einer auf wenigstens eine der Flächen gerichteten
Strahlung einer Lichtquelle entsteht und an einer dem
Dokument zugewandten Kante austritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Lichtanteil von einer
Lichtquelle stammt, deren Licht über eine der Kanten ein
und über die dem Dokument zugewandte Kante austritt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Lichtanteil das
Fluoreszenzlicht eines weiteren Lichtleiters ist, der
an den ersten Lichtleiter optisch gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lichtleiter eine Platte ist,
daß die erste Lichtquelle aus einer oder mehreren Leucht
stofflampen besteht, deren Licht über eine Fläche der
Platte eingekoppelt wird und daß die zweite Lichtquelle
aus einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden be
steht, deren Licht über eine Schmalseite in die Platte
eingekoppelt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwei Lichtleiter vorgesehen sind,
die in einem Winkel von etwa 45° bezogen auf die Nor
male des Dokuments zueinander ausgerichtet und derart
zum Dokument positioniert sind, daß das Dokument im
Überlagerungsbereich der Emissionskeulen liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Austrittskante des
Lichtleiters mit optisch spiegelnden Teilflächen ver
sehen wird zur Beeinflussung der Form der Lichtaus
trittskeule.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Austritts
kante des Lichtleiters und dem Dokument eine optische
Einheit vorgesehen ist, die die Austrittskante des
Lichtleiters auf das Dokument abbildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquellen mit Schaltreg
lern verbunden sind, die sowohl die Ein/Ausschaltphasen
als auch die Helligkeit der Lichtquellen regeln.
10. Vorrichtung zur Prüfung von Dokumenten mit einer
optischen Einrichtung zur Beleuchtung des Dokuments in
wenigstens einem Spektralbereich und mit einer Ein
richtung zur Aufnahme des vom Dokument remittierten
und/oder des durch das Dokument transmittierten Lichts,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Beleuchtungseinrichtung aus zwei mit Fluoreszenzstoff
versehenen Lichtleitern besteht und daß ein optisches
Element vorgesehen ist, über das die Lichtanteile der
Lichtleiter umgelenkt und auf eine gemeinsame Fläche
des Dokuments fokussiert werden.
11. Verfahren zur Prüfung von Dokumenten, die mit Licht
unterschiedlicher Spektralbereiche beleuchtet und zur
Aufnahme des vom Dokument remittierten und/oder trans
mittierten Lichts abgetastet werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens zwei Lichtan
teile unterschiedlicher Wellenlänge über wenigstens einen
mit Fluoreszenzstoff versehenen Lichtleiter auf einen
gemeinsamen Bereich des Dokuments geführt werden, wobei
die Lichtanteile im Zeitmultiplexverfahren ein- und
ausgeschaltet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Erzeugung des Lichtanteils
einer ersten Wellenlänge die Fläche des Lichtleiters mit
dem Anregungslicht des Fluoreszenzstoffs bestrahlt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Erzeugung des Anregungslichts
Leuchtstofflampen verwendet werden, wobei die Lampen mit
einem Schaltregler verbunden sind, der synchron zum Ein-/
Ausschaltvorgang der Lampe von deren Helligkeit abhängige
Steuerimpulssequenzen (Bursts) erzeugt.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Licht einer zweiten Wellen
länge in Lichtleittechnik über den mit Fluoreszenzstoff
versehenen Lichtleiter auf das Dokument geführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Erzeugung des Lichts Leucht
dioden verwendet werden, die mit einem Schaltregler ver
bunden sind, der synchron zum Ein- und Ausschaltvorgang
der Leuchtdioden in der Impulsbreite modulierte Steuer
signale erzeugt.
16. Verfahren zur Prüfung von Dokumenten, die mit Licht
unterschiedlicher Spektralbereiche beleuchtet und zur
Aufnahme des vom Dokument remittierten und/oder trans
mittierten Lichts abgetastet werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lichtanteile unter
schiedlicher Wellenlänge über je einen mit Fluoreszenz
stoff versehenen Lichtleiter auf einen gemeinsamen
Bereich des Dokuments geführt werden, wobei die Lichtan
teile unterschiedlicher Wellenlänge im Zeitmultiplexver
fahren ein- und ausgeschaltet werden.
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