EP1170707B1 - Handsensor für die Echtheitserkennung von Signets auf Dokumenten - Google Patents

Handsensor für die Echtheitserkennung von Signets auf Dokumenten Download PDF

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EP1170707B1
EP1170707B1 EP01115891A EP01115891A EP1170707B1 EP 1170707 B1 EP1170707 B1 EP 1170707B1 EP 01115891 A EP01115891 A EP 01115891A EP 01115891 A EP01115891 A EP 01115891A EP 1170707 B1 EP1170707 B1 EP 1170707B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
sensor
sensor according
detection
document
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01115891A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1170707A2 (de
EP1170707A3 (de
Inventor
Arnim Franz-Burgholz
Hans Zerbel
Benedikt Dr. Ahlers
Anett Dr. Bailleu
Uwe Weber
Roland Dr. Gutmann
Manfred Dr. Paeschke
Peter Dr. Halter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baumer Electric AG
Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Baumer Electric AG
Bundesdruckerei GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Baumer Electric AG, Bundesdruckerei GmbH filed Critical Baumer Electric AG
Publication of EP1170707A2 publication Critical patent/EP1170707A2/de
Publication of EP1170707A3 publication Critical patent/EP1170707A3/de
Application granted granted Critical
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/128—Viewing devices
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/121—Apparatus characterised by sensor details

Definitions

  • the invention relates to a hand-held sensor for the authenticity detection of signs on documents according to the preamble of claim 1.
  • a hand-held sensor for the authenticity detection of signs on documents according to the preamble of claim 1.
  • Such a sensor is associated with the subject of DE 41 17 011 A1 become known, in particular diffuse, low-intensity radiation to be detected, as they also occur in the examination of provided with luminescence features banknotes.
  • the sensor system described therein consists of a conically widened light fiber rod and a further processing optics, with the narrow cross-sectional end of the fiber rod, the radiation coming from the measurement object can be detected in a large solid angle.
  • the GB 2 334 574 A describes a sensor for the authenticity detection of luminescent recognition features on documents, according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to further develop a hand-held sensor for the authenticity detection of signs on documents so that luminescent signets (ie with fluorescence, phosphorescence, Up-conversion, etc. based authenticity features) on the document over a much larger area on the document can be recognized and a hand-held operation is possible.
  • the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
  • a hand-held sensor according to the invention is preferably used when authenticity tags which are not recognized by machine still have to be subsequently checked for authenticity.
  • An essential feature of the invention is that a beam emitted by a beam source beam is converted by a focusing optics such that on the surface of the document to be examined results in an approximately line-shaped scan line, which optically excites the identification feature disposed on the document and the optical response signal via a Detection optics is evaluated by an evaluation unit.
  • the term "identification feature” is generally used as the authenticity of a document designating feature, which can be applied directly to the document itself, but which is also arranged in the area of a signet.
  • the term "signet” describes a mark or label, a seal, a delimited area of any kind, or a printing area on a document on which the recognition feature is arranged (eg, applied by sticking), detachably or permanently attached to the document. In the later description, it is left open whether the identifying feature is directly on the document itself or is part of a document attached to the document which is separably or inseparably connected to the document.
  • the excitation wavelength is greater than the reflected wavelength emitted by the recognition feature. in the In terms of frequency range, this means that the excitation frequency is lower than the response frequency.
  • the invention also relates to other excitation mechanisms, such as the exploitation of the "normal" Fluoreszenz bines, in which is excited with a certain wavelength and the fluorescent recognition feature responds with a larger wavelength, which represents the opposite effect to the mentioned up-conversion effect.
  • a third embodiment relates to the fluorescence effect, in which the excitation is at the same wavelength as the emission wavelength, but the response pulse follows the excitation pulse at a defined time interval with a time delay.
  • Hand-held sensors have two opposite requirements:
  • the evaluation of the signal of the hand-held sensor should be as sensitive as possible in order to be able to detect even relatively weak signets.
  • the laser arranged in the hand-held sensor generates a powerful, high-energy laser beam.
  • the laser beam can lead to injuries in case of incorrect operation.
  • the laser should have the lowest possible laser class, to avoid that one high-energy laser can cause injury to the human body during operation.
  • the invention succeeds in realizing a high-sensitivity scanning of a low-emissivity signet with a relatively high-energy laser, because a relatively high-energy laser source with a class of laser can be used more than Class 3A, and according to the invention ensures that the laser only is switched on when the hand-held sensor has been moved close enough to the scanning surface to be examined and / or that the sensor can be classified into the laser class 3A or lower by means of beam-shaping measures despite the strong radiation source.
  • the invention proposes a sensor system which detects and evaluates the approach of the laser to the document surface and accordingly controls the activation and, if necessary, the elimination of the laser.
  • a preferred laser class which on the one hand excludes an effective detection even of low-radiation signets and on the other health hazards, is the laser class 3A.
  • the arranged in the hand-held laser laser only goes into operation when reliably on the top surface, the approach or even touchdown on an object with the signet (recognition feature) arranged thereon has been detected. In this way, the eye protection is achieved even with stronger lasers.
  • the approach takes place by scanning the surface of the object.
  • a sampling can be effected by means of an optical system and a preferably operating in the IR range transmitting / receiving device, wherein, for example, an LED as a transmitting diode and a single or a double photodiode is connected as a receiving diode.
  • the scanning beam of this arrangement is reflected by the object to be examined, then the reflected beam is evaluated by the receiving photodiode in the hand sensor and thus the approach to the object is reliably detected. Only when this approach has been established does the laser go into action and scan the object with the laser beam to verify the recognition feature.
  • a focused optic is used which allows only light from the light spot 24 to fall onto the photodiode when the object lies directly in front of or very close to the exit window 7.
  • a Triangulationsausêt can be achieved. If the object is further away from the exit window 7, the light imaged by the light spot 24 strikes the one photodiode (first part of the double photodiode), called the background diode. On the other hand, if the object is directly in front of the exit window, the light falls on the other photodiode (second part of the double photodiode), called foreground diode. In this way, the approach can be detected even safer, as with only one photodiode.
  • a touching scan takes place.
  • a touching scan may e.g. As a contact switch, or a Pressure sensor, which only emits a signal when the top surface of the hand sensor has been placed on the object.
  • All mentioned proximity detections can preferably be combined with a manually operable button (switch or push-button) so that the laser is switched on only when this button is pressed additionally and when the proximity of the hand-held sensor to the object is detected.
  • a manually operable button switch or push-button
  • a so-called line optics is used in the hand sensor for the generation of laser beams.
  • the senor can be classified in a deeper and thus less dangerous laser class than without these measures.
  • the sensor can be classified into laser class 3A instead of 3B because of these measures, which means a very important difference.
  • a laser which is more favorable for the evaluation of weak signals and which is somewhat stronger can nevertheless be used, which nevertheless ensures a safe handling of the hand sensor.
  • the line optic consists in the simplest case of a cylindrical lens.
  • a positive lens i. V. m. a cylindrical lens or specially shaped cylindrical lenses.
  • the condenser lens hereby focuses on the object surface, while the cylindrical lens cause the strongly divergent (defocused) rays on the object, which generate the elongated sensing bar on the object.
  • the hand sensor has an approximately circular cylindrical housing substantially in cross-section, which, however, can also be polygonal or oval. This housing is designated 19 in FIG.
  • one or more batteries or accumulators 20 may be arranged, which serve for the power supply of the laser diode 1.
  • an external power connection can also be provided on the housing.
  • a separate battery pack can be provided, which is connected via a longer cable to the hand sensor.
  • the laser diode 1 generates a beam 34, which initially passes one or more focusing lenses 2. These focusing lenses 2 focus the beam in the X direction (beam 32 in FIG. 5) essentially onto the object plane of the object 5 which carries the identification feature 21.
  • line optical system 3 is passed, which in the simplest case consists of a cylindrical lens.
  • the term "line optics 3" is generally understood to mean any optics capable of producing an approximately line-shaped or elliptical scanning bar 22. This sensing bar 22 is shown for example in Figure 5 and will be described in more detail in connection with this figure.
  • the generated beam 31, 32, shown in Figure 5, and summarized as transmission beams 28 in Figure 1, is directed to a deflection mirror 4, which has been omitted in Figure 5 for the sake of simplicity.
  • Figure 5 generates, which emerges from the exit window 7 on the top surface 26, 27 of the hand sensor.
  • FIG. 3 shows that the top surface 26 (width of the scanning head) is substantially larger than the width of the exit window 7 in comparison.
  • the gem. 2 generated sensing bar 22 is guided in the direction of arrow 23 in the direction of the identification feature 21 on the object 5.
  • a light spot 24 of the proximity sensor system is shown, which scans the document surface.
  • the evaluation of the reflected portion determines the presence of the document.
  • the light spot 24 only covers the scanning bar 22 by way of example. It can also be arranged next to, behind or in front of the scanning bar.
  • the term light spot 24 should not imply that it is visible light. It can also be in the invisible area, namely in the IR or in the UV range.
  • the reflected by the detection feature 21 beam portion which may have a different wavelength than the transmission beam 6 is returned as a receiving beam 8 in the hand sensor and focused on a first receiving lens 9.
  • a second receiving lens 9 ' can be arranged, which causes a further focusing.
  • the received and focused receive beam is finally irradiated via an optical filter 10 to a receiving element 11, which may be, for example, a photodiode or an avalanche photodiode.
  • a photomultiplier can also be used.
  • the advantage is achieved that thanks to the use of a special line optics, a transmission beam with steep beam angles is formed, which in turn allows the classification of the hand sensor in a relatively low, non-hazardous laser class.
  • a transmission beam is emitted by means of a light-emitting diode 14, preferably in the IR range, which is focused onto the exit window 7 via a deflection mirror 13 and one or more lenses 12.
  • the light-emitting diode beam strikes the surface of an object 5, which is touched directly by the window 7 of the hand-held sensor or is arranged at a short distance in front of this window.
  • the beams reflected by the object 5 are again received in the same way by lenses 12, where they are deflected via the deflecting mirror 13 and fed to a receiving diode 14 ', which is connected to a corresponding electronics.
  • the receiving diode 14 As soon as the receiving diode 14 'detects a reflected transmission beam of the proximity sensor, it is ensured that the manual sensor in tight or even touching distance on the object 5 is seated and only if this case is given, the laser diode 1 is turned on.
  • touching samples may also be used. It then eliminates the arrangement of the LED 14 and photodiode 14 'and instead can be a touching scan of the object surface, such. B. done by a contact switch or a contact clip or a pressure sensor.
  • the proximity detection should ensure that the laser is only switched on when it is ensured that the exit window 7 is placed on the object 5 in a touching or almost touching manner.
  • a push button 15 may be arranged in the housing 19, which is actuated by manual finger pressure and the laser diode 1 is turned on when actuated.
  • a heat sink 16 for the laser diode 1 can be installed in the housing, which preferably consists of a cooling surface.
  • a temperature stabilizing element 17 can be installed, which z. B. consists of a heating coil or a Peltier element with an additional temperature sensor.
  • the temperature stabilizing element 17 is intended to ensure a uniform temperature of the laser diode 1.
  • the heat generated by the Peltier element has to be dissipated via a further heat sink 18.
  • heat sinks 16 and 18 described here are not necessary for the solution and can be omitted if necessary.
  • the temperature stabilizing element 17 can also be omitted in various applications.
  • a scattering cylindrical lens can also be used, in which case the crossing point 25 is beyond the cylindrical lens 3. The crossing point 25 is thus virtual.
  • the advantages are achieved that a relatively high total energy density is brought to the plane of the object 5, but that nevertheless no focusing takes place in a single point on the plane of the object 5 or elsewhere, so that even if instead of the object 5 a human Eye is present, damage to the retina is not to be feared, or at least extremely greatly reduced.
  • the eye can no longer image this beam as a point on the retina.
  • the following combination is claimed, namely the activation of the laser only when the approach to the object surface has been reliably detected and the use of line optics which, despite a relatively high-energy beam, prevents punctiform imaging on a human or animal eye. Furthermore, the laser is only switched on if a push button on the hand sensor was previously activated with a finger pressure.
  • This receiving optics is open, d. H. It has a f-number of about 1 and is therefore particularly sensitive to light.
  • the laser (laser diode 1) can also be replaced by a strong LED or by another radiation source or surface radiator or by a superluminescent diode.
  • the line optics can be omitted if the beam exit already has the desired elongated surface of the scanning bar 22 (length 30 and width 29) and is not coherent.
  • the sensing bar 22 may be formed overall as a round beam of a certain extent.
  • top surface 26 can also be used to seal against extraneous light additional sealing means, such. As lateral Abdichtbürsten or lips or the like. More.
  • the advantage of the described proximity sensor is, moreover, that if the object 5 is a transparent glass, the laser does not turn on. This is because the proximity sensor system preferably reacts to a diffuse and not to a specular reflection on the surface of the object 5.
  • the receiving element 11 of the laser arrangement an external light detection can be realized.
  • the laser is not turned on.
  • the proximity sensor can be integrated into the laser optic itself. In this case, eliminates the elements 12, 13, 14 and the entire proximity sensor is realized by the corresponding query of the receiving element 11.
  • the proximity sensor it is thus also possible to take the laser beam reflected by the object itself.
  • initially only weak, very short and absolutely harmless laser pulses are emitted, with the aid of which the approach is monitored. Only when the clear approximation of the object is detected is the same laser driven up to the stronger laser power required to detect the luminescence features.
  • a beam splitter is arranged, which branches off a certain portion of the laser light reflected from the object and directs to a detection optics, which generates a reflection of the weak, short laser pulses generated by the object evaluates.
  • the radiation fraction reflected by the object is not detected for detection of the approach to the receiving element 11 or by a receiving element arranged in front of the optical filter 10.
  • the recognition of the approach takes place with the photodiode 14 'shown in FIG. 4, but with the reflected, weak and short laser pulses.
  • the laser is pulsed to ambient light or ambient light, which nevertheless penetrates into the receiver as possible to suppress.
  • This is very possible by incorporating high-pass and low-pass filters or band-pass filters in the receiver electronics, which pass only the pulse frequency of the laser.
  • only the desired wavelength of the optical response of the feature optically excited by the laser is transmitted through strong optical filters. All other wavelengths are suppressed, especially the laser wavelength itself, which in most cases interferes with the receiver itself.
  • the laser wavelength only when responding to the same wavelength does the laser wavelength have to be transmitted. In this case, it is measured with a time delay in order to detect the optical response of the feature, that is to say after the end of each laser pulse it is observed whether light from the feature can still be detected during the transmission break.
  • the signals are additionally averaged over several laser pulses. This is preferably done in a microprocessor, after previous analog-to-digital conversion.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Handsensor für die Echtheitserkennung von Signets auf Dokumenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Sensor ist mit dem Gegenstand der DE 41 17 011 A1 bekannt geworden, bei dem insbesondere diffuse, intensitätsschwache Strahlungen erfasst werden sollen, wie sie auch bei der Prüfung von mit Lumineszenz-Merkmalen versehenen Banknoten auftreten.
  • Das dort beschriebene Sensorsystem besteht aus einem konisch aufgeweiteten Lichtfaserstab und einer weiterverarbeitenden Optik, wobei mit dem schmalen Querschnittsende des Faserstabes die vom Messobjekt kommende Strahlung in einem großen Raumwinkel erfasst werden kann. Die Strahlung tritt aufgrund der Querschnittswandlung unter einem wesentlich kleinerem Winkel, der auf den Öffnungswinkel der nachfolgenden Optik abgestimmt ist, aus dem Faserstab aus.
  • Mit diesem Sensor ist es zwar möglich relativ intensitätsschwache Lumineszenz-Merkmale zu erfassen; jedoch kann die Stärke der erfassten Lumineszenz-Merkmale, wenn sie über eine größere Fläche verteilt sind, keine bestimmte Schwelle unterschreiten. Er ist also noch relativ unempfindlich. Aufgrund der Verwendung eines konisch ausgebildeten Faserstabes besteht nämlich der Nachteil, dass lediglich ein punktförmiger Bereich auf dem Dokument erfasst werden kann, was dann scheitert, wenn das zu untersuchende Element (auch Erkennungsmerkmal genannt) an anderen Stellen des Dokumentes angeordnet ist.
  • Überdies erfolgt die Anregung mit Hilfe von üblichen Lichtquellen mit sichtbarem Licht (zum Beispiel Glühlampen) was zu einem relativ schwachen Lumineszenz-Signal führt, welches von dem Faserstab erfasst und der Auswerteoptik zugeführt werden muss.
  • Mit dem bekannten Sensor ist es über dies nicht möglich, einen Handbetrieb zu verwirklichen, bei dem ein handgeführter Sensor über ein Objekt geführt wird, das ein oder mehrere Signets trägt, deren Echtheit überprüft werden soll. Ein handgeführter Betrieb ist mit diesem Sensor nicht beschrieben.
  • Die GB 2 334 574 A beschreibt einen Sensor für die Echtheitserkennung von lumineszierenden Erkennungsmerkmalen auf Dokumenten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handsensor für die Echtheitserkennung von Signets auf Dokumenten so weiterzubilden, dass lumineszierende Signets (also Signets mit auf Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Up-Conversion, etc. basierenden Echtheitsmerkmalen) auf dem Dokument über einen wesentlich größeren Bereich auf dem Dokument hinweg erkannt werden können und ein handgeführter Betrieb möglich ist.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
  • Ein Handsensor nach der Erfindung wird bevorzugt verwendet, wenn maschinell nicht erkannte Echtheitssignets noch nachträglich auf Echtheit geprüft werden sollen.
  • Man kann einen derartigen Handsensor aber auch unabhängig von maschinellen Einsätzen verwenden, z. B. für die Echtheitserkennung von Eintrittskarten, Kreditkarten und alle anderen Fälle, bei denen es um einen schnelle, hochempfindliche und maschinenunabhängige Prüfung von Erkennungsmerkmalen geht.
  • Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass ein von einer Strahlquelle ausgesandtes Strahlbündel durch eine Fokussierungsoptik derart umgewandelt wird, dass sich auf der Oberfläche des zu untersuchenden Dokuments eine etwa strichförmige Abtastlinie ergibt, die das auf dem Dokument angeordnete Erkennungsmerkmal optisch anregt und das optische Antwortsignal über eine Erfassungsoptik von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.
  • Zur Abgrenzung der einzelnen Begriffe voneinander wird der Begriff "Erkennungsmerkmal" allgemein als die Echtheit eines Dokumentes ausweisendes Merkmal verwendet, welches direkt auf dem Dokument selbst aufgebracht sein kann, welches aber auch im Bereich eines Signets angeordnet ist.
  • Der Begriff "Signet" beschreibt eine (z. B. durch Aufkleben aufgebrachte) lösbar oder unlösbar mit dem Dokument verbundene Marke oder ein Etikett, ein Siegel, einen abgegrenzten Bereich jeglicher Art oder einen Druckbereich auf einem Dokument, auf dem das Erkennungsmerkmal angeordnet ist. In der späteren Beschreibung wird offengelassen, ob sich das Erkennungsmerkmal unmittelbar auf dem Dokument selbst befindet oder Teil eines auf dem Dokument angebrachten Signets ist, welches trennbar oder untrennbar mit dem Dokument verbunden ist.
  • Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass aufgrund der Erzeugung einer etwa strichförmigen Abtastlinie auf dem zu untersuchenden Dokument es nun erstmals möglich ist, nicht nur punktförmige Bereiche auf dem Dokument zu untersuchen, sondern einen gesamten linienförmigen Bereich, der sich in eine entsprechende Untersuchungsfläche umwandelt, wenn der Handsensor über das Dokument mit einer bestimmten Geschwindigkeit etwa senkrecht zur Längsachse der Abtastlinie bewegt wird.
  • Damit ist es nun erstmals möglich, mit einem handbewegten Sensor das zum Sensor gehörende Messfenster über einen großen Bereich über ein Dokument zu bewegen und so auf das Vorhandensein von Erkennungsmerkmalen zu untersuchen, und hierbei die auf der Dokumentenoberfläche projizierte Abtastlinie das Dokument über einen relativ großen Bereich abtastet.
  • Es wird bevorzugt, wenn der sogenannte Up-Conversion-Effekt angewendet wird. Hierbei ist die Anregungswellenlänge größer als die vom Erkennungsmerkmal ausgesandten reflektierten Wellenlänge. Im Frequenzbereich ausgedrückt heißt dies, dass die Anregungsfrequenz niedriger ist als die Antwortfrequenz.
  • Die Erfindung betrifft aber auch andere Anregungsmechanismen, wie zum Beispiel die Ausnützung des "normalen" Fluoreszenzeffektes, bei dem mit einer bestimmten Wellenlänge angeregt wird und das fluoreszierende Erkennungsmerkmal mit einer größeren Wellenlänge antwortet, was den entgegengesetzten Effekt zum erwähnten Up-Conversion-Effekt darstellt.
  • Eine dritte Ausführungsform betrifft den Fluoreszenz-Effekt, bei dem die Anregung auf der gleichen Wellenlänge liegt wie die Abstrahlungswellenlänge, wobei der Antwortimpuls aber in einen definierten Zeitabstand zeitlich verzögert dem Anregungsimpuls folgt.
  • Alle genannten Effekte sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung und der Schutzbereich der Erfindung erstreckt sich auf die Ausnützung aller genannten Effekte, auch in Kombination untereinander.
  • Ein besonderes Problem im Stand der Technik wird mit der vorliegenden Erfindung mit besonders einfachen Mitteln gelöst:
    Bei handgeführten Sensoren bestehen zwei einander entgegengesetzte Forderungen:
  • Nach der ersten Forderung soll die Auswertung des Signals des Handsensors möglichst empfindlich sein, um auch relativ schwache Signets erkennen können. Hierzu ist gewünscht, dass der in dem Handsensor angeordnete Laser einen möglichst starken, energiereichen Laserstrahl erzeugt.
  • Dem gegenüber steht jedoch die Forderung, dass der Laserstrahl bei Fehlbedienung zu Verletzungen führen kann. Aus diesem Grunde soll der Laser eine möglichst niedrige Laserklasse haben, um zu vermeiden, dass ein hochenergiereicher Laser bei Betrieb zu Verletzungen am menschlichen Körper führen kann.
  • Diese beiden Forderungen widersprechen sich gegenseitig, weil einerseits für die trennscharfe Erkennung ein hochenergetischer Laser verlangt wird und andererseits ein hochenergetischer Laser aus Arbeitsschutzgründen nicht erwünscht ist.
  • Als Folge davon gelingt es der Erfindung, mit einem relativ hochenergetischen Laser eine hochempfindliche Abtastung eines schwachstrahlenden Signets zu verwirklichen, weil eine relativ hochenergetische Laserquelle mit einer Laserklasse stärker als Klasse 3A verwendet werden kann und nach der Erfindung dafür gesorgt ist, dass der Laser nur dann eingeschaltet wird, wenn der Handsensor nahe genug an die zu untersuchende Abtastfläche heran geführt wurde und / oder dass durch Massnahmen der Strahlformung der Sensor trotz der starken Strahlungsquelle in die Laserklasse 3A oder tiefer eingeordnet werden kann. Für ersteres schlägt die Erfindung ein Sensorsystem vor, das die Annäherung des Lasers an die Dokumentenoberfläche erkennt und auswertet und dem entsprechend die Ein- und gegebenenfalls auch Ausschaltung des Lasers steuert.
  • Eine bevorzugte Laserklasse, die einerseits eine wirksame Erkennung auch schwachstrahlender Signets und andererseits Gesundheitsgefährdungen ausschließt, ist die Laserklasse 3A.
  • Wichtig bei der Erfindung ist nach einem ersten Merkmal, dass der in dem Handsensor angeordnete Laser erst dann in Betrieb geht, wenn zuverlässig an der Kopffläche die Annäherung oder sogar das Aufsetzen auf ein Objekt mit dem darauf angeordneten Signet (Erkennungsmerkmal) erkannt wurde. Auf diese Weise wird der Augenschutz selbst bei stärkeren Lasern erreicht.
  • Eine derartige Annäherungserkennung kann auf verschiedene Weise gelöst werden.
  • In einer ersten, bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Annäherung durch eine Abtastung der Oberfläche des Objektes stattfindet. Eine derartige Abtastung kann mittels einer Optik und einer bevorzugt im IR-Bereich arbeitenden Sende- / Empfangsanordnung erfolgen, wobei zum Beispiel eine LED als Sendediode und eine einfache oder eine DoppelFotodiode als Empfangsdiode geschaltet wird.
  • Wird nun der Abtaststrahl dieser Anordnung von dem zu untersuchenden Objekt reflektiert, dann wird der reflektierte Strahl von der Empfangsfotodiode in dem Handsensor ausgewertet und damit ist zuverlässig die Annäherung an das Objekt festgestellt. Erst wenn diese Annäherung festgestellt wurde, geht der Laser in Betrieb und tastet das Objekt mit dem Laserstrahl ab, um das Erkennungsmerkmal zu überprüfen.
  • Im Falle eine einfachen Fotodiode als Empfangsdiode wird eine fokussierte Optik verwendet, die gewährt, dass nur Licht vom Lichtfleck 24 auf die Fotodiode fällt, wenn das Objekt direkt vor oder ganz nah unter dem Austrittsfenster 7 liegt. Im Falle einer Doppelfotodiode als Empfangsdiode kann eine Triangulationsauswertung erreicht werden. Ist das Objekt weiter vom Austrittsfenster 7 entfernt, so trifft das vom Lichtfleck 24 abgebildete Licht auf die eine Fotodiode (erster Teil der Doppelfotodiode), genannt Hintergrunddiode. Ist das Objekt dagegen direkt vor dem Austrittsfenster, so fällt das Licht auf die andere Fotodiode(zweiter Teil der Doppelfotodiode), genannt Vordergrunddiode. Auf diese Art kann die Annäherung noch sicherer erkannt werden, als mit nur einer Fotodiode.
  • In einer anderen Ausgestaltung dieser technischen Lehre ist vorgesehen, dass statt einer berührungslos arbeitenden Abtastung eine berührende Abtastung erfolgt. Eine berührende Abtastung kann z. B. ein Kontaktschalter, oder ein Drucksensor sein, der erst dann ein Signal abgibt, wenn die Kopffläche des Handsensors auf das Objekt aufgesetzt wurde.
  • Alle genannten Annäherungserkennungen können bevorzugt mit einem handbedienbaren Knopf (Schalter oder Taster) kombiniert werden, so dass nur bei zusätzlicher Betätigung dieses Knopfes und bei Erkennung der Annäherung des Handsensors an das Objekt der Laser eingeschaltet wird.
  • Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich also der Vorteil, dass ein hochempfindlicher Handsensor auch für die Erkennung von schwachleuchtenden Signets verwendet werden kann, der einen zuverlässigen Handbetrieb unter Einhaltung von Arbeitsschutzbestimmungen gewährleistet.
  • Unabhängig von der vorher genannten Annäherungserkennung des Handsensors an ein Objekt mit einem darauf angeordneten Erkennungsmerkmal wird als weitere technische Lehre beansprucht, dass im Handsensor für die Erzeugung der Laserstrahlen eine sogenannte Linienoptik verwendet wird. Hierunter wird verstanden, dass in X- und Y-Richtung eine unterschiedliche Abbildung des vom Laser erzeugten Laserstrahlbündels auf dem Objekt erfolgt. Es wird bevorzugt, wenn in Y-Richtung oberhalb des auf der Oberfläche des Dokuments erzeugten Abtastbalkens und oberhalb des Dokumentes fokussiert wird, d. h. also im Bereich des Strahlenganges des Sensors (noch innerhalb des Sensorgehäuses), während in X-Richtung eine Fokussierung unmittelbar auf dem Objekt (=Dokumenten-Oberfläche) selbst erfolgt. Weiter wird bevorzugt, wenn die Strahlwinkel der äussersten Strahlbündel bezogen auf die optische Achse möglichst gross sind.
  • Durch diese in unterschiedlichen Höhen über der Dokumentenoberfläche zu einander versetzten Fokussierungsebenen wird gewährleistet, dass bei Einstrahlung des Laserstrahlbündels auf ein tierisches oder menschliches Auge es nicht mehr möglich ist, den Strahl punktförmig auf der Netzhaut des Auges abzubilden. Daher wird eine punktförmige Beschädigung der Netzhaut vermieden, weil der Laserstrahl in X- und in Y-Richtung in unterschiedlichen Abständen vor der Netzhaut fokussiert wird. Die Bestrahlung der Netzhaut mit dem Abbild des länglichen Abtastbalkens erfolgt dagegen mit einer im Vergleich zur punktförmigen Abbild mit einer stark reduzierten Bestrahlungsstärke, einerseits wegen den versetzten Fokussierungsebenen, andererseits wegen den steilen Strahlwinkeln, da das Auge mit seiner 7 mm grossen Öffnung nicht mehr alle Strahlung aufnehmen kann.
  • Es wird also eine gesundheitsgefährdende Beeinträchtigung der Netzhaut des Auges verhindert, auch wenn mit einem etwas leistungsstärkeren Laser gearbeitet wird. Der Sensor kann dank den obengenannten Massnahmen in eine tiefere und damit ungefährlichere Laserklasse eingeordnet werden, als ohne diese Massnahmen. Beispielsweise kann der Sensor wegen dieser Massnahmen in die Laserklasse 3A statt 3B eingeordnet werden, was ein ganz wichtiger Unterschied bedeutet. Weiter kann dank der Verwendung dieser speziellen Linienoptik ein für die Auswertung schwacher Signale günstiger, etwas stärkerer Laser verwendet werden, der aber dennoch eine ungefährliche Handhabung des Handsensors gewährleistet.
  • Die Linienoptik besteht im einfachsten Fall aus einer Zylinderlinse. Statt einer solchen einfachen Zylinderlinse können jedoch auch Linsenkollektive verwendet werden, wie z. B. eine Sammellinse i. V. m. einer Zylinderlinse oder speziell geformte Zylinderlinsen.
  • Die Sammellinse stellt hierbei die Fokussierung auf der Objekt-Oberfläche her, während die Zylinderlinse die stark auseinanderlaufenden (defokussierten) Strahlen auf dem Objekt bewirken, die den länglich ausgebildeten Abtastbalken auf dem Objekt erzeugen.
  • Um wie für die Erfindung von Vorteil genügend starke Strahlwinkel erzeugen zu können, ist es meist nötig zwei Zylinderlinsen nacheinander einzusetzen und / oder diese mit einer Spezialform auszustatten. Die Zylinderlinsen haben dann nicht mehr eine kreiszylindrische Oberfläche, sondern eine davon abweichende, asphärische Oberfläche mit einer Konizität. Dadurch kann gerade bei steilen Strahlwinkeln immer noch eine gute Strahlführung erreicht werden. Die Form der Oberfläche wird in einer optischen Designsoftware optimiert. Alternativ können auch diffraktiv optische Elemente eingesetzt werden oder Fresnellinsen oder Sinuswellige Oberflächen. Alle diese Elemente sind Teil der Linienoptik und haben ähnliche, aber für die Anwendung verbesserte Eigenschaften wie normale Zylinderlinsen.
  • Im Folgenden werden besondere Merkmale nochmals in Kurzform wiedergegeben:
    • ■ Hochgeöffnete Empfangsoptik mit Blendenzahl von etwa 1
    • ■ Laserlinienoptik mit steilen Austrittswinkeln zur Reduktion der Augen- und Hautgefährdung bei Verwendung einer starken Laserdiode, was gleichzeitig eine Klassierung in eine niedrigere Laserklasse ermöglicht. Ziel ist Laserklasse 3A oder tiefer, so dass bei Normalgebrauch keine Gefährdung mehr gegeben ist.
    • ■ Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen:
      • Drucktaster: Laser sendet nur mit dem Fingerdruck der Taste sein Licht aus.
      • Optischer Lichttaster oder zusätzlicher, mechanischer Drucktaster zur Erkennung dieses Objektes
      • Zeitliche Begrenzung: Das Laserlicht wird bei Erfüllung der beiden oberen Kriterien jeweils nur etwa 2 Sekunden ausgestrahlt.
    • ■ Erkennung von kleinen spektralen Lichtanteilen von schwach rückstrahlenden Erkennungsmerkmalen auf Objekten.
    • ■ Abschattung von Fremdlicht durch den Eigenschatten des Handsensors, der Handsensor muss in Kontakt über die Stellen des Objektes, wo das Erkennungsmerkmal aufgebracht ist, hinwegbewegt werden.
    • ■ Der Handsensor tastet beim Bewegen ein etwa 2 mm breiten Bereich ab, dank seiner etwa 2 mm breiten Laserlinie.
  • Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    Schematisiert gezeichneter Schnitt durch eine Ausführungsform eines Handsensors nach der Erfindung
    Figur 2:
    Die Draufsicht auf ein Objekt mit einem darauf angeordneten Erkennungsmerkmal und dem Abtastbalken
    Figur 3:
    Die Vorderansicht des Handsensors in Richtung des Pfeils III in Figur 1
    Figur 4:
    Eine gegenüber Figur 1 perspektivische Darstellung der Elemente des Handsensors
    Figur 5:
    Die Darstellung des Strahlbündels in X- und Y-Richtung einer Linienoptik
  • Der Handsensor hat im wesentlichen im Querschnitt ein etwa kreiszylindrisches Gehäuse, welches allerdings auch mehrkantig oval oder eckig sein kann. Dieses Gehäuse ist in Figur 1 mit 19 bezeichnet.
  • In dem Gehäuse können ein oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren 20 angeordnet sein, welche zur Stromversorgung der Laserdiode 1 dienen.
  • Statt der Batterie 20 kann auch ein externer Stromanschluss an dem Gehäuse vorgesehen werden. Ebenso kann ein separater Batteriepack vorgesehen werden, welcher über ein längeres Kabel mit dem Handsensor verbunden wird.
  • Die Laserdiode 1 erzeugt ein Strahlbündel 34, das zunächst ein oder mehrere Fokussierlinsen 2 passiert. Diese Fokussierlinsen 2 fokussieren den Strahl in X-Richtung (Strahlbündel 32 in Figur 5) im wesentlichen auf die Objektebene des Objektes 5, welches das Erkennungsmerkmal 21 trägt.
  • Wichtig ist, dass im Anschluss an die Fokussierlinse 2 eine Linienoptik 3 passiert wird, die im einfachsten Fall aus einer Zylinderlinse besteht. Unter dem Begriff "Linienoptik 3" wird allgemein jede Optik verstanden, die in der Lage ist, einen etwa linien- oder ellipsenförmigen Abtastbalken 22 zu erzeugen. Dieser Abtastbalken 22 ist beispielsweise in Figur 5 dargestellt und wird in Zusammenhang mit dieser Figur dort näher beschrieben.
  • Das erzeugte Strahlbündel 31, 32, dargestellt in Figur 5, und zusammengefasst als Sendestrahlen 28 in Figur 1, wird auf einen Umlenkspiegel 4 gelenkt, der in Figur 5 der Einfachheit halber fortgelassen wurde.
  • Es wird der etwa längliche Abtastbalken 22 gem. Figur 5 erzeugt, der aus dem Austrittsfenster 7 an der Kopffläche 26, 27 des Handsensors austritt.
  • In Figur 3 ist dargestellt, dass die Kopffläche 26 (Breite des Abtastkopfes) wesentlich größer ist, als vergleichsweise die Breite des Austrittsfensters 7.
  • Hierdurch werden mit Sicherheit von der Seite her kommende Fremdlichteinflüsse unterdrückt.
  • Gleiches gilt im übrigen auch für die Ausdehnung der Kopffläche 27 in Längsrichtung (Pfeilrichtung 23).
  • Insgesamt wird also das auf das Objekt 5 gerichtete Strahlenbündel mit 6 (Sendestrahlen) bezeichnet.
  • Weitere Erläuterungen werden später anhand der Figur 5 gegeben.
  • Der gem. Fig. 2 erzeugte Abtastbalken 22 wird in Pfeilrichtung 23 in Richtung auf das Erkennungsmerkmal 21 über das Objekt 5 geführt.
  • Es wird im übrigen darauf hingewiesen, dass in Figur 2 nur schematisiert ein Lichtfleck 24 der Annäherungssensorik dargestellt ist, der die Dokumentenoberfläche abtastet. Die Auswertung des reflektierten Anteils stellt die Anwesenheit des Dokuments fest. Der Lichtfleck 24 überdeckt nur beispielhaft den Abtastbalken 22. Er kann auch neben, hinter oder vor dem Abtastbalken angeordnet sein.
  • Der Begriff Lichtfleck 24 soll im übrigen nicht implizieren, dass es sich um sichtbares Licht handelt. Es kann auch im unsichtbaren Bereich, nämlich im IR- oder im UV-Bereich liegen.
  • Der von dem Erkennungsmerkmal 21 reflektierte Strahlanteil, der eine anderen Wellenlänge als der Sendestrahl 6 haben kann, wird als Empfangsstrahl 8 in den Handsensor zurückgestrahlt und über eine erste Empfangslinse 9 fokussiert.
  • Hinter der ersten Empfangslinse 9 kann eine zweite Empfangslinse 9' angeordnet sein, welche eine weitere Fokussierung bewirkt.
  • Das so erhaltene und fokussierte Empfangsstrahlbündel wird schließlich über einen optischen Filter 10 auf ein Empfangselement 11 gestrahlt, welches beispielsweise eine Fotodiode oder eine Avalanche-Fotodiode sein kann.
  • Statt des hier beschriebenen Empfangselementes 11 kann auch ein Photomultiplier verwendet werden.
  • Mit der beschriebenen Laseroptik wird der Vorteil erreicht, dass dank der Verwendung einer speziellen Linienoptik ein Sendestrahlbündel mit steilen Strahlwinkeln entsteht, das wiederum die Klassierung des Handsensors in eine vergleichsweise tiefe, ungefährliche Laserklasse erlaubt.
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform einer Annäherungserkennung des Handsensors an die Fläche des Objektes 5 beschrieben.
  • Hierzu lässt sich aus den Figuren 1 und 4 entnehmen, dass mittels einer Leuchtdiode 14 ein Sendestrahl - bevorzugt im IR-Bereich - ausgesendet wird, der über einen Umlenkspiegel 13 und ein oder mehrere Linsen 12 auf das Austrittsfenster 7 fokussiert wird.
  • Damit trifft der Leuchtdiodenstrahl auf die Oberfläche eines Objektes 5, das unmittelbar von dem Fenster 7 des Handsensors berührt wird oder in kurzem Abstand vor diesem Fenster angeordnet ist.
  • Die von dem Objekt 5 reflektierten Strahlen werden wieder auf dem gleichen Wege durch Linsen 12 empfangen, dort über den Umlenkspiegel 13 umgelenkt und einer Empfangsdiode 14' zugeleitet, die mit einer entsprechenden Elektronik verbunden ist.
  • Sobald die Empfangsdiode 14' einen reflektierten Sendestrahl der Annäherungssensorik erkennt, ist sichergestellt, dass der Handsensor in dichtem oder sogar berührendem Abstand auf dem Objekt 5 aufsitzt und nur wenn dieser Fall gegeben ist, wird die Laserdiode 1 eingeschaltet.
  • Statt der beschriebenen berührungslosen Abtastung des Objekts 5 können auch berührende Abtastungen verwendet werden. Es entfällt dann die Anordnung der LED 14 und Photodiode 14' und statt dessen kann eine berührende Abtastung der Objektoberfläche, wie z. B. durch einen Kontaktschalter oder einen Kontaktbügel oder auch einen Drucksensor erfolgen.
  • Allgemein soll also die (berührend oder berührungslos arbeitende) Annäherungserkennung sicher stellen, dass nur dann der Laser eingeschaltet wird, wenn sichergestellt ist, dass das Austrittsfenster 7 berührend oder nahezu berührend auf dem Objekt 5 aufgesetzt ist.
  • Zusätzlich kann auch eine Drucktaste 15 im Gehäuse 19 angeordnet sein, die durch manuellen Fingerdruck betätigt wird und bei deren Betätigung die Laserdiode 1 eingeschaltet wird.
  • Damit wird gewährleistet, dass die Laserdiode 1 nicht selbsttätig durch die Annäherungssensorik eingeschaltet wird, sondern das zusätzlich noch eine willkürliche Betätigung der Drucktaste 15 notwendig ist.
  • Zusätzlich kann in dem Gehäuse noch eine Wärmesenke 16 für die Laserdiode 1 eingebaut werden, die bevorzugt aus einer Kühlfläche besteht.
  • Ebenso kann ein Temperaturstabilisierungselement 17 eingebaut werden, welches z. B. aus einer Heizspule oder einem Peltier-Element mit einem zusätzlichen Temperaturfühler besteht.
  • Das Temperaturstabilisierungselement 17 soll eine gleichmäßige Temperatur der Laserdiode 1 gewährleisten.
  • Nachdem in einer bevorzugten Ausführung das Peltier-Element die Laserdiode 1 kühlt, muss die vom Peltier-Element erzeugte Wärme über eine weitere Wärmesenke 18 abgeführt werden.
  • Die hier beschriebenen Wärmesenken 16 und 18 sind jedoch nicht lösungsnotwendig und können auch bei Bedarf weggelassen werden.
  • Ebenso kann auch das Temperaturstabilisierungselement 17 auch in verschiedenen Anwendungsfällen entfallen.
  • In der Figur 3 i. V. m. der Figur 5 ist erkennbar, dass in der Y-Ebene (Figur 5) ein Kreuzungspunkt 25 vorhanden ist, so dass sich das Strahlbündel 31 jenseits dieses Kreuzungspunktes wieder aufweitet und so den länglichen Abtastbalken 22 erzeugt.
  • Statt einer fokussierenden Zylinderlinse (Linienoptik 3) kann auch eine streuende Zylinderlinse verwendet werden, wobei sich in diesem Falle der Kreuzungspunkt 25 jenseits der Zylinderlinse 3 befindet. Der Kreuzungspunkt 25 ist damit virtuell.
  • Ebenso ist aus Figur 5 zu entnehmen, dass wegen der Verwendung der gewählten Linienoptik die Fokussierung in X- und Y-Ebene in unterschiedlicher Höhe über dem Objekt erfolgt.
  • Während die Fokussierung für das Strahlbündel 32 in der X-Achse direkt auf dem Objekt selbst erfolgt, wie dies in Figur 5 mit einer Schmalfläche der Breite 29 dargestellt ist, ist andererseits erkennbar, dass die Fokussierung in Y-Richtung in Form des Strahlbündels 31 im Kreuzungspunkt 25 gegeben ist, so dass sich jenseits dieses Kreuzungspunktes 25 ein etwa länglicher Abtastbalken der Länge 30 und der Breite 29 ergibt.
  • Damit werden die Vorteile erreicht, dass eine relativ hohe Gesamtenergiedichte auf die Ebene des Objektes 5 gebracht wird, dass aber trotzdem keine Fokussierung in einem einzigen Punkt auf der Ebene des Objektes 5 oder anderswo stattfindet, so dass auch selbst wenn anstatt des Objektes 5 eine menschliches Auge vorhanden wäre, eine Beschädigung der Netzhaut nicht zu befürchten ist, oder zumindest extrem stark reduziert ist.
  • Das Auge kann dieses Strahlbündel nicht mehr als Punkt auf der Netzhaut abbilden.
  • Mit der gegebenen technischen Lehre wird also ein Handsensor vorgeschlagen, bei dem mit hoher Erkennungsgenauigkeit auch schwachstrahlende Signets (Erkennungsmerkmale 21) erkannt werden können, ohne das die Gefahr besteht, dass eine Beschädigung eines menschlichen oder tierischen Auges entsteht.
  • Weiter wird folgende Kombination beansprucht, nämlich die Einschaltung des Lasers erst dann, wenn die Annäherung an die Objektfläche zuverlässig erkannt wurde und die Verwendung einer Linienoptik, welche das trotz eines relativ hochenergetischen Strahls eine punktförmige Abbildung auf einem menschlichen oder tierischen Auge unterbindet. Weiter wird der Laser erst eingeschaltet, wenn zuvor eine Drucktaste am Handsensor mit einem Fingerdruck aktiviert wurde.
  • Diese Empfangsoptik ist hochgeöffnet, d. h. sie hat eine Blendenzahl von etwa 1 und ist deshalb besonders lichtempfindlich.
  • Der Laser (Laserdiode 1) kann auch ersetzt werden durch eine starke LED oder durch eine andere Strahlungsquelle oder Oberflächenstrahler oder auch durch eine Superlumineszenzdiode.
  • In seltenen Fällen kann auch auf die Linienoptik verzichtet werden, wenn der Strahlaustritt bereits schon die erwünschte längliche Fläche des Abtastbalkens 22 hat (Länge 30 und Breite 29) und nicht kohärent ist.
  • Eine längliche Form der Länge 30 ist dann nicht erforderlich, sondern der Abtastbalken 22 kann insgesamt auch als Rundbalken einer gewissen Ausdehnung ausgebildet sein.
  • An der Kopffläche 26, 27 können zur Abdichtung gegen Fremdlicht auch noch zusätzliche Abdichtmittel verwendet werden, wie z. B. seitliche Abdichtbürsten oder Lippen oder dgl. mehr.
  • Vorteil der beschriebenen Annäherungssensorik ist im übrigen, dass wenn das Objekt 5 ein durchsichtiges Glas ist, der Laser nicht einschaltet. Dies deshalb, weil die Annäherungssensorik bevorzugt auf eine diffuse und nicht auf eine spiegelnde Reflektion auf der Oberfläche des Objekts 5 reagiert.
  • Ferner kann mit dem Empfangselement 11 der Laseranordnung auch eine Fremdlicht-Erkennung verwirklicht werden. Beim Empfang von Fremdlicht oder Umgebungslicht wird der Laser nicht eingeschaltet.
  • Dies zeigt auch, dass die Annäherungssensorik in die Laseroptik selbst integriert werden kann. In diesem Fall entfallen die Elementen 12, 13, 14 und die gesamte Annäherungssensorik wird durch die entsprechende Abfrage des Empfangselementes 11 verwirklicht.
  • Man kann für die Annäherungssensorik also auch den vom Objekt reflektierten Laserstrahl selbst nehmen. In diesem Fall wird zunächst nur schwache, sehr kurze und absolut harmlose Laserpulse ausgesandt, mit deren Hilfe die Annäherung überwacht wird. Erst bei Erkennung der eindeutigen Annäherung des Objektes wird der gleiche Laser auf die stärkeren Laserleistung hochgefahren, die nötig ist zur Erkennung der Lumineszenzmerkmale.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass vor dem Empfangselement 11 ein Strahlteiler angeordnet ist, der einen bestimmten Anteil des vom Objekt reflektierten Laserlichts abzweigt und auf eine Erkennungsoptik leitet, die eine vom Objekt erzeugte Reflektion der schwachen, kurzen Laserpulse auswertet.
  • Außerdem kann in einer anderen Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass zur Annäherungserkennung der von dem Objekt reflektierte Strahlungsanteil nicht dem Empfangselement 11 oder von einem vor dem optischen Filter 10 angeordneten Empfangselement erfasst wird. Die Erkennung der Annäherung erfolgt mit der in Figur 4 dargestellten Fotodiode 14', doch mit den reflektierten, schwachen und kurzen Laserpulsen.
  • Bevorzugt wird der Laser gepulst um Fremdlicht oder Umgebungslicht, das dennoch in den Empfänger eindringt möglichst unterdrücken zu können. Dies ist sehr gut möglich, indem in der Empfängerelektronik Hochpass- und Tiefpassfilter oder Bandpassfilter eingebaut werden, die nur die Pulsfrequenz des Lasers durchlassen. Weiter wird durch starke optische Filter nur die gewünschte Wellenlänge der optischen Antwort des durch den Laser optisch angeregten Merkmales durchgelassen. Alle anderen Wellenlängen werden unterdrückt, insbesondere auch die Laserwellenlänge selbst, die in den meisten Fällen im Empfänger selbst stört. Einzig bei einer Antwort auf derselben Wellenlänge muss die Laserwellenlänge natürlich durchgelassen werden. In diesem Fall wird zeitverzögert gemessen um die optische Antwort des Merkmales zu erkennen, das heisst nach Ende eines jeden Laserpulses wird beobachtet, ob in der Sendepause noch Licht vom Merkmal erkennbar ist.
  • Zur weiteren Fremdlichtunterdrückung werden die Signale zusätzlich über mehrere Laserpulse gemittelt. Dies geschieht vorzugsweise in einem Mikroprozessor, nach vorgängiger Analog-Digital-Wandlung.
    • Zeichnungslegende
    • 1.
    Laserdiode
    2.
    Fokussierlinse
    3.
    Linienoptik
    4.
    Umlenkspiegel
    5.
    Objekt mit Erkennungsmerkmal
    6.
    Sendestrahlen
    7.
    Austrittsfenster
    8.
    Empfangsstrahlen
    9.
    Empfangslinse (9': zweite Empfangslinse)
    10.
    Optisches Filter
    11.
    Empfangselement
    12., 12'.
    Linsen für Lichttaster
    13.
    Umlenkspiegel für Lichttasterstrahlen
    14., 14'.
    LED und Fotodiode für Lichttaster
    15.
    Drucktaste
    16.
    Wärmesenke für Laserdiode
    17.
    Temperaturstabilisierungselement
    18.
    Wärmesenke
    19.
    Gehäuse
    20.
    Optionale Batterie oder Akkumulator
    21.
    Erkennungsmerkmal (Signet)
    22.
    Abtastbalken
    23.
    Pfeilrichtung
    24.
    Lichtfleck
    25.
    Kreuzungspunkt
    26.
    Kopffläche (Breite)
    27.
    Kopffläche (Länge)
    28.
    Sendestrahlen vor Umlenkung
    29.
    Breite (Abtastbalken)
    30.
    Länge (Abtastbalken)
    31.
    Strahlenbündel (Y-Achse)
    32.
    Strahlenbündel (X-Achse)
    33.
    Strahlquerschnitt
    34.
    Strahlbündel

Claims (13)

  1. Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Erkennungsmerkmals auf einem Dokument (5)
    - mit einer Strahlquelle (1) und einer Fokussierungsoptik (2, 3), mittels der das Erkennungsmerkmal mit einer Wellenlänge als Anregungswellenlänge eines Strahlenbündels (34) derart bestrahlbar ist, dass das Erkennungsmerkmal optisch angeregt wird und gegebenenfalls mit der gleichen oder einer anderen Wellenlänge als Antwortwellenlänge eines optischen Antwortsignals (8) antwortet,
    - mit einem Strahlungsempfänger mit einer Erfassungsoptik (9, 9', 10) und einer Auswerteeinheit (11) zum Erfassen und Auswerten des Antwortsignals (8),
    - wobei ein von der Strahlquelle (1) aussendbares Strahlenbündel (31, 32) durch die Fokussierungsoptik (2, 3) derart umwandelbar ist, dass auf der Oberfläche des Dokuments (5) ein annähernd strichförmiger Abtastbalken (22) projizierbar ist, der das Erkennungsmerkmal (21) mindestens in einem Teilbereich optisch anregt, und
    - wobei das optische Antwortsignal (8) über die Erfassungsoptik (9, 9', 10) auf die Auswerteeinheit (11) leitbar ist mittels der das optische Antwortsignal (8) auswertbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    - der Sensor handgeführt ist,
    - die Strahlquelle (1) als Laser ausgebildet ist, und
    - die Fokussierungsoptik (2, 3) eine Linienoptik mit einer Zylinderlinse (3) aufweist, wobei in einer X-Richtung und einer Y-Richtung eine unterschiedliche Abbildung des vom Laser auf dem Dokument (5) erzeugten und die Linienoptik (2, 3) durchstrahlenden Strahlenbündels (32, 33) erfolgt.
  2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Annäherungserkennung, welche den Laser (1) nur dann einschaltet, wenn sich das Dokument (5) dicht vor und berührend an einem Austrittsfenster (7) in der Kopffläche (26, 27) des Sensors befindet.
  3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung berührungslos arbeitet.
  4. Sensor nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung auf eine diffuse Reflektion auf der Oberfläche des Dokuments (5) reagiert.
  5. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung an das Dokument (5) berührend arbeitet.
  6. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Annäherungserkennung eine handbetätigte Drucktaste (15) vorhanden ist, die in UND-Schaltung mit der Annäherungserkennung gekoppelt ist oder deren vorgängige Betätigung eine Vorbedingung ist zur Aktivierung des Lasers nach Erkennung der Annäherung innerhalb eines kurzen Zeitfensters.
  7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung in einer X-Ebene und einer Y-Ebene in unterschiedlicher Höhe über dem Dokument (5) erfolgt.
  8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die grössten Winkel des Strahlenbündels (32, 33) in einer X-Ebene oder einer Y-Ebene einen Winkel zur optischen Achse von grösser als +/-10° erreichen.
  9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfangsweg der Echtheitserkennung des Erkennungsmerkmals (21) eine Fremdlichterkennung integriert ist.
  10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdlichterkennung in einer Anordnung zur berührungslosen Annäherungserkennung integriert ist.
  11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er als Handsensor in die Laserklasse 3A klassiert werden kann.
  12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein gepulster Laser ist.
  13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine hochgeöffnete Empfangsoptik mit einem Öffnungsverhältnis von nahezu 1 oder kleiner.
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