EP1784795A1 - Vorrichtung und verfahren zur prüfung von wertdokumenten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur prüfung von wertdokumenten

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Publication number
EP1784795A1
EP1784795A1 EP05770995A EP05770995A EP1784795A1 EP 1784795 A1 EP1784795 A1 EP 1784795A1 EP 05770995 A EP05770995 A EP 05770995A EP 05770995 A EP05770995 A EP 05770995A EP 1784795 A1 EP1784795 A1 EP 1784795A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
luminescence
luminescence sensor
detector
radiation
sensor
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05770995A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Giering
Michael Bloss
Wolfgang Deckenbach
Martin Clara
Hans-Peter Ehrl
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.)
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
Priority to EP10011629.2A priority Critical patent/EP2275998B1/de
Priority to EP10011625A priority patent/EP2278556A3/de
Priority to EP10011628A priority patent/EP2282298A3/de
Priority to EP10011627.6A priority patent/EP2278558B1/de
Priority to EP10011626A priority patent/EP2278557A3/de
Publication of EP1784795A1 publication Critical patent/EP1784795A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • G07D7/121—Apparatus characterised by sensor details
    • 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
    • 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
    • G07D7/1205—Testing spectral properties

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for testing ins ⁇ particular of luminescent value documents, the Wertdoku ⁇ ment irradiated with light and the luminescence emanating from the document of value is detected spectrally resolved.
  • Such luminescent value documents may e.g. Banknotes, checks, coupons or chip cards.
  • the present invention is primarily concerned with the validation of banknotes. These typically contain in the paper or in the ink a feature substance or a mixture of several feature substances which exhibit a luminescent behavior, such as e.g. fluoresce or phosphoresce.
  • a system for example, from DE 23 66274 C2.
  • the examination as to whether a fluorescent feature substance is actually present in a banknote to be tested obliquely irradiating the same and detecting the vertically remitted fluorescence radiation in a spectrally resolved manner with the aid of an interference filter.
  • the evaluation is carried out by comparing the signals from different photocells of the spectrometer.
  • Fig. 1 is a schematic view of a banknote sorting apparatus
  • FIG. 2 shows a schematic view from the side onto the interior of a luminescence sensor according to the invention, which can be used in the banknote sorting device according to FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 components of the luminescence sensor of Figure 2 in plan view.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of the interior of an alternative luminescence sensor according to the invention, which can be used in the bank note sorting device according to FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a schematic view of a bank note for explaining the use of the luminescence sensor of FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 6 is a top view of an example of a detector line for use in the luminescence sensor of FIG. 2;
  • Fig. 7 is a top view of another example of a detector array for use in the luminescence sensor of Fig. 2;
  • Fig. 8 is a cross-sectional view taken along line I-I in Fig. 7;
  • FIG. 9 is a schematic representation for reading the data from a detector line of the luminescence sensor of FIG. 2 or FIG. 4; FIG.
  • FIG. 11 shows a schematic view of a luminescent sensor according to the invention with an external light source
  • FIG. 12 shows a schematic view of a part of a further luminescence sensor according to the invention
  • FIG 13 shows a schematic view of a detector part of yet another luminescence sensor according to the invention.
  • the devices according to the invention can be used in all types of devices in which optical radiation, in particular luminescent radiation, is tested. Although not limited to this, the following describes as a preferred variant the checking of banknotes in banknote processing devices which can serve, for example, for counting and / or sorting and / or depositing and / or paying out banknotes.
  • banknote sorting device 1 is shown in an exemplary manner in FIG.
  • the banknote sorting device 1 has an input compartment 3 for banknotes BN in a housing 2, into which banknotes to be processed BN can either be input manually from the outside or banknotes bundles can be supplied automatically, possibly after a preceding deborting.
  • the banknotes BN inserted into the input compartment 3 are separated from the stack by a singler 4 and are transported through a sensor device 6 by means of a transport device 5.
  • the sensor device 6 can have one or more sensor modules integrated in a common housing or mounted in separate housings. The sensor modules can serve, for example, for checking the authenticity and / or the state and / or the nominal value of the banknotes BN being checked.
  • the checked banknotes BN are then output as sorted by the test results of the sensor device 6 and by predetermined sorting criteria via switches 7 and associated spiral stackers 8 into output pockets 9, from which they are optionally fed after previous banding or Packaging can either be taken manually or removed automatically. It can also be a shred- 10 may be provided in order to destroy bills classified as genuine and no longer fit for circulation.
  • the banknote sorting device 1 is controlled by means of a computer-assisted control unit 11.
  • the sensor device 6 can have different sensor modules.
  • the sensor device 6 is distinguished in particular by a sensor module 12 for testing luminescence radiation, which is referred to below as the luminescence sensor 12 for short.
  • FIG. 2 shows, in a schematic cross-sectional view, the internal structure and the arrangement of the optical components of a particularly compact luminescence sensor 12 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a top view of a part of these components located inside the luminescence sensor 12.
  • This luminescence sensor 12 is designed to be particularly compact and optimized with regard to high signal-to-noise ratios.
  • the luminescence sensor 12 has, in particular, in a common housing 13, both one or more light sources 14 for exciting luminescence radiation, and also a detector 30, preferably a spectrometer 30 for the spectrally dispersed detection of the luminescence light.
  • the housing 13 is closed so that unauthorized access to the components contained therein is not possible without damaging the housing 13.
  • the light source 14 may, for. B. an LED, but preferably a laser light source as a laser diode 14 be.
  • the laser diode 14 may emit one or more different wavelengths or wavelength ranges. If one works with several different wavelengths or wavelength ranges, provision can also be made for a plurality of light sources 14 for different wavelengths to be provided in the same light source housing or in separate light source housings, ie separate light source modules or wavelength ranges, for example, are arranged side by side and preferably emit parallel light that can be projected onto the same location or adjacent locations of the banknote BN.
  • the light sources 14 can emit light of a plurality of different wavelengths or wavelength ranges, it can be provided that the individual wavelengths or wavelength ranges can be selectively activated.
  • the light emanating from the laser diode 14 is radiated onto a banknote to be checked by means of an imaging optics 15, 16, 17.
  • the imaging optics comprises a collimator lens 15, a deflection mirror as beam splitter 16, in particular a dichroic beam splitter 16 which deflects the laser beam emanating from the laser diode 14 and formed by the collimator lens 15 by 90 °, and a condenser lens 17 with a large aperture angle. which images the deflected laser beam through a front glass 18, preferably perpendicular to the banknote BN to be inspected in the direction T by means of the transport system 5, and thus excites the banknote BN to emit luminescence radiation.
  • the luminescence radiation emanating from the illuminated banknote BN is then preferably likewise detected in the vertical direction, ie coaxially with the excitation light.
  • the optics for imaging the luminescence radiation on a photosensitive detector unit 21 likewise comprises the front glass 18, the condenser lens 17 and the mirror 16 which is at least partially transparent to the luminescence radiation to be measured.
  • the optic subsequently has a further condenser lens 19 with a large opening subsequent filter 20, which is designed to block the illumination wavelength of the light source 14 and other wavelengths not to be measured, and a Umlenk ⁇ mirror 23.
  • the deflecting mirror 23 serves for folding the beam path and deflecting the luminescence radiation to be measured toward an imaging grating 24 or another device for spectral decomposition 24.
  • the deflection mirror is advantageously parallel or nearly parallel to the image plane of the spectrometer for the most compact possible structure brought (angle ⁇ 15 degrees).
  • the imaging grating 24 in this case has a wave length dispersing element with a concave mirror 26, which preferably images the luminescence radiation of the first order or minus the first order onto the detector unit 21.
  • the detector unit 21 preferably has a detector row 22 of a plurality of photosensitive pixels arranged in series, that is to say pixels, such as those shown in FIG. Example, with reference to Figures 6 or 7 described below by way of example.
  • the entrance slit of the spectrometer 30 is characterized in FIG. 2 by the reference symbol AS.
  • the entrance slit AS can be present in the housing 13 in the form of a diaphragm AS in the beam path. However, it is also possible that there is no diaphragm at this point, but instead there is only a "virtual" entrance slit AS, which is given on the banknote BN by the illumination track of the light source 14. The last-mentioned variant leads to higher light intensities but can also increase lead to an undesirable greater sensitivity to ambient light or stray light.
  • the deflection mirror 23 is positioned with respect to the imaging grating 24 so that the entrance slit AS falls onto the area of the deflection mirror 23.
  • the deflection mirror 23 itself can also have particularly small dimensions. If the deflection mirror 23 is a component of the detector unit 21, the deflection mirror 23 can thereby be mounted not only according to FIG. 2 above, but also next to the photosensitive areas of the detector unit 21.
  • a particular idea of the present invention is that the light source 14 for the excitation of luminescence radiation generates an elongate illumination surface 35 extending in the transport direction T on the banknote BN to be tested.
  • This variant has the advantage that the luminescent, especially phosphorescent feature substances present in the banknotes BN are pumped up for a longer time by the illumination area extending in the transport direction during the onward transport at the luminescence sensor 12, and thus in particular the radiation intensity the luminescent phosphorescent feature substances is increased.
  • Fig. 5 illustrates an associated snapshot.
  • An elongated illumination surface 35 extending in the transport direction T can be understood to mean that the illumination radiation at any given time irradiates an arbitrarily shaped surface, in particular a rectangular track on the banknote, which is significantly larger in the transport direction T than perpendicular to the transport direction T.
  • the extent of the illumination surface 35 in the transport direction T is at least twice, more preferably be at least three times, four times or five times as long as the extension perpendicular to the transport direction T.
  • the entrance hatch 36 of the spectrometer 30 illustrates, i. H. that region of the banknote BN which is imaged on the spectrometer 30 at the given time in accordance with the dimensions of the entry slit AS. It can be seen that the length and width of the entrance hatch 36 of the spectrometer 30 are preferably smaller than the corresponding dimensions of the illumination surface 35 of the laser diode 14. This allows larger adjustment tolerances for the individual sensor components.
  • the illumination surface 35 extends substantially further in the transport direction T as compared to the transport direction T compared to the image surface 36. This is particularly advantageous for exploiting the increased inflation effect.
  • the image surface 36 is symmetrical, i. is arranged centrally in the illumination surface 35, the luminescence sensor 6 can be used both in apparatus 1, in which the banknotes BN are transported in the transport direction T shown, and in apparatuses 1, in which the banknotes BN in FIG opposite direction -T be transported.
  • different detector units 21, 27 are used for detecting the luminescence radiation, in particular the luminescence radiation emanating from the device for spectral decomposition 24, ie, for example, the imaging grating 24.
  • a filter may be provided to be used only in one or more given ways.
  • the measurable spectral regions of the different detector units 21, 27 are preferably different and, for example, only partially or not overlap.
  • several further detector units 27 can also be present, which measure in different wavelengths or ranges.
  • the plurality of further detector units 27 may be spaced apart from one another or may also be present in a sandwich structure, as described by way of example in DE 1 0127837 A1.
  • the detector line 22 is designed for the spectrally resolved measurement of the luminescence radiation of the banknote BN, by means of the at least one further detector unit 27 thus at least one other measurement of the luminescence, such as additionally or alternatively also a measurement of the broadband not spectrally resolved zeroth order of the spectrometer 30 and / or the Ab ⁇ sounding behavior of the luminescence are performed.
  • the further detector unit 27 can also be designed to check a different optical property of the at least one feature substance of the bank note BN. This can be done, for example, by the measurements mentioned at other wavelengths or wavelength ranges.
  • the further detector unit 27 can also be designed to check another feature substance of the banknote BN. So z.
  • the detectors 22, 27 will preferably have filters to suppress unwanted scattered light or higher order light in the measurement. As can be seen in the plan view of FIG.
  • this further detector unit 27 can be arranged tilted in relation to the imaging grating 24 and the detector row 22, in particular when it is designed to measure the zeroth order of the spectrometer 30. in order to avoid a disturbing back reflection on the concave mirror 26.
  • a radiation-absorbing light trap such as, for example, a black-colored area at the end of the beam path, can be present in the radiation emanating from the further detector unit 27.
  • a reference sample 32 with one or more luminescent feature substances can also be provided, which may have an identical or deviating chemical composition as the luminescent feature substances to be tested in the banknotes BN.
  • this reference sample 32 may be integrated in the housing 13 itself, e.g. be applied as a film 32 on a further light source (LED 31), which is arranged gege ⁇ nüberod to the laser diode 14 with respect to the beam splitter 16.
  • the reference sample 32 may instead be e.g. also be a separate component between LED 31 and 16 angle mirror.
  • the reference sample 32 can then be excited by irradiation by means of the LED 31 to a defined luminescence radiation, which is imaged and evaluated by parasitic reflection on the dichroic beam splitter 16 on the detector line 22 ,
  • the luminescent feature substances of the reference sample 32 can preferably emit broadband, for example over the entire spectral range detectable by the spectrometer 30.
  • the luminescent feature substances of the reference probe 32 can alternatively or additionally also have a specific characteristic emit spectral signature with narrowband peaks to perform a wavelength calibration.
  • the reference sample 32 can therefore also be mounted outside the housing 13, in particular on the side opposite to the banknote BN to be measured, and e.g. in a counterpart element, such as a plate 28.
  • an additional detector unit 33 may be present as a separate component or integrated in the plate 28.
  • the additional detector unit 33 may be e.g. one or more photocells for measuring the radiation of the laser diode 14 and / or the luminescence radiation of the banknote BN which has passed through the front glass 18 and possibly through the banknote BN.
  • the plate 28 may be slidably mounted in a guide in the direction P, so that either either the reference sample 32 or the photocell 33 can be brought into alignment with the illumination radiation of the laser diode 14.
  • the plate 28 is preferably connected to the housing 13 via a dotted connection element 55, which lies outside the transport plane of the banknotes BN. In a cross-sectional plane running horizontally in FIG. 2, an approximately U-shaped form of housing 13, connecting surface 55 and plate 28 is then present.
  • This attachment of the plate 28, also in an alternative variant without reference sample 32 and photocell 33, has the advantage that a light protection against unwanted leakage of the laser radiation of the laser diode 14 is given. If the plate 28 for maintenance purposes or for removing jams releasably on the housing 13th is fixed, it can be provided that when dissolved or removed plate 28, the laser diode 14 is deactivated.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of an alternative and very compact luminescence sensor 6 which can be used in the banknote sorting device according to FIG.
  • the same components are identified by the same reference numerals as in Fig. 2.
  • the arrangement of the optical components in the luminescence sensor 6 according to FIG. 4 differs from the luminescence sensor 6 according to FIG. 2 in particular in that the deflection mirror 23 can be dispensed with. It should be noted that the luminescence sensor 6 according to FIG. 4 also has no further detector units 31, 33, although this would also be possible.
  • the dichroic beam splitter 16 does not deflect the illumination radiation but the luminescence radiation in a mirrored manner.
  • the light source 14 has two laser diodes 51, 52 arranged perpendicular to one another which emit at different wavelengths, the radiation of the individual laser diodes 51, 52 being e.g. can be coupled in by a further dichroic beam splitter 53 so that the same illumination surface 35 or overlapping or spaced illumination surfaces 35 can be irradiated on the banknote BN.
  • the radiation of the individual laser diodes 51, 52 being e.g. can be coupled in by a further dichroic beam splitter 53 so that the same illumination surface 35 or overlapping or spaced illumination surfaces 35 can be irradiated on the banknote BN.
  • either one or the other laser diode 51, 52 or both laser diodes 51, 52 can be activated simultaneously or alternately to the radiation emission.
  • the photosensitive detector elements which can be seen in an elevation, ie the detector row 22, are arranged asymmetrically on the carrier, as will be explained in more detail with reference to FIG. Moreover, the luminescence sensor 6 preferably has in the housing 13 itself a control unit 50, which serves for signal processing of the measured values of the spectrometer 30 and / or for power control of the individual components of the luminescence sensor 6.
  • FIG. 6 shows a detail of a conventional detector line 22, which usually has more than 100 juxtaposed photosensitive image elements, referred to as pixel 40 for short (of which only the first seven left pixels 40 are depicted in FIG ), which are the same size and with a distance from each other on or in a substrate 41 are attached, which corresponds approximately to the width of the pixel 40.
  • a modified detector row 22 is preferably used with a significantly smaller number of pixels 40, with a larger pixel area and a reduced proportion of non-photosensitive areas, as illustrated by way of example in FIG. 7.
  • Such a modified detector line 22 has the advantage of assigning a significantly greater signal-to-noise ratio than the conventional detector line 22 of FIG.
  • the modified detector lines 22 are constructed such that they have only between 10 and 32, particularly preferably between 10 and 20 individual pixels 40 in or on a substrate 41.
  • the individual pixels 40 may have dimensions of at least 0.5 mm ⁇ 0.5 mm, preferably of 0.5 mm ⁇ 1 mm, particularly preferably of 1 mm ⁇ 1 mm. According to the embodiment of FIG.
  • the detector row 22 has by way of example twelve pixels 40 of a height of 2 mm and a width of 1 mm, the non-photosensitive area 41 between adjacent pixels 40 having an extension of approximately 50 ⁇ m. Furthermore, it can also be provided that individual pixels 40 have different dimensions, in particular in the dispersion direction of the luminance to be measured, as shown in FIG. 7. Since usually not all wavelengths of the spectrum but only individual wavelengths or wavelength ranges are evaluated, the pixels 40 can be constructed adapted to the respective wavelengths (ranges) to be evaluated.
  • the detector line 22 may consist of a different material in the cases mentioned.
  • detectors made of silicon which are sensitive below about 1100 nm
  • detector line 22 made of InGaAs which are sensitive above 900 nm
  • the detector line 22 will be deposited directly on a silicon substrate 42, most preferably comprising an amplifier stage made in silicon technology for amplifying the analog signals of the pixels 40 of the InGaAs detector array 22. This also provides a particularly compact design with short signal paths and an increased signal / noise ratio.
  • the detector line 22 Due to the detector line 22 with a few pixels 40 (eg according to FIG. 7), preferably only a relatively small spectral range of less than 500 nm, particularly preferably less than or of approximately 300 nm, is detected. It can also be provided that the detector line 22 has at least one pixel 40 which is photosensitive outside the luminescence spectrum of the banknotes BN to be measured in order to carry out normalizations such as baseline detection in the evaluation of the measured luminescence spectrum.
  • the imaging grating 24 will preferably have more than about 300, particularly preferably more than about 500 lines / mm, ie diffraction elements, in order to still allow sufficient dispersion of the luminescence radiation onto the detector element 21 despite the compact design of the inventive luminescence sensors 6 ,
  • the distance between the imaging grating 24 and the detector element 21 may preferably be less than approximately 70 mm, particularly preferably less than approximately 50 mm.
  • a readout of the individual pixels 40 of the detector line 22 may be z. B. using a shift register serial. Preferably, however, a parallel readout of individual pixels 40 and / or pixel groups of the detector row 22 will take place.
  • the three left-hand pixels 40 are read out one at a time by transmitting the measuring signals of these pixels 40 by means of an amplifier stage 45, e.g. Component of the silicon substrate 42 according to FIG. 7 can be amplified and fed to an analog / digital converter 46 each.
  • the two right-hand pixels in the schematic representation of FIG. 9 are first amplified by separate amplification stages 45, then a common multiplexing unit 47, which may optionally also comprise a sample-and-hold circuit, and then a common analog-to-digital converter 46 supplied to the multiplexing unit 47.
  • the parallel readout of a plurality of pixels 40 or pixel groups thereby made possible short integration times and a synchronized measurement of the banknote BN. This measure also contributes to an increase in the signal-to-noise ratio.
  • FIG. 7 shows a modified variant in which the deflection mirror 23 is positioned directly on a common support with the detector row 22, d. H. in particular on the silicon substrate 42 is applied.
  • the deflection mirror 23 can be made e.g. be may ⁇ on a cover glass of the detector unit 21 personally ⁇ introduced.
  • a photodetector such as a photocell 56
  • a photocell 56 may be present below the deflecting mirror 23 below the deflecting mirror 23.
  • This preferred variant is illustrated exem ⁇ plarisch in the figure 8, which shows a cross section along the line I-I of Figure 7.
  • the deflecting mirror 23 applied to the photocell 56 is at least partially transparent to the wavelengths to be measured by the photocell 56.
  • the photocell 56 can again be used for calibration purposes and / or for evaluating other properties of the luminescence radiation.
  • the detector row 22 may preferably be arranged asymmetrically on the carrier, i. H. the silicon substrate 42 auf ⁇ brought.
  • this can also be achieved by an active mechanical displacement of the optical components of the luminescence sensor 12, the adjustment depending on measured values of the luminescence sensor 12, e.g. by an external control unit 11 or preferably by an internal control unit 50 can be controlled.
  • the component of the imaging grating 24 can be displaceably mounted in the direction S by means of an adjusting element 25.
  • a mechanical adjustment ande ⁇ rer optical components such. B. the detector 21 can be achieved, the z. B. in the direction of arrow D in Fig. 2 can be actively controlled displaced. It is also possible to perform an adjustment of the optical components in more than one direction.
  • an evaluation of the measured values of the luminescence sensor 12 is carried out and in the event of deviations of the measured values (eg the detector line 22, the further detector unit 27 or the photocell 33) or variables derived therefrom
  • An active mechanical adjustment of individual or several of the optical components of the luminescence sensor 12 can be carried out by certain reference values or ranges in order to increase the signal yield and compensate for undesirable changes, for example due to temperature fluctuations caused by the lighting or electronics or aging phenomena of optical components. This is particularly important for a detector unit 21 with few pixels 40.
  • the laser diode 14 is driven only with high power when a banknote BN is just in the range of the measuring window, ie the front glass 18.
  • FIG. 1 The construction of such a luminescence sensor 12 is illustrated by way of example in FIG.
  • the radiation emitted by the banknote BN to be tested and detected by an entrance window 18 also falls in this case through a collimation lens 17 onto a beam splitter 16, from which the light is deflected by 90 °, via a lens 19 and a filter 20 for illumination suppression falls on a first spherical collimator mirror 70. From this mirror 70, the radiation is deflected onto a screen grid 71. The spectrally separated light is then directed to a detector array 21 via a second spherical collimator mirror 72 and a cylindrical lens 73.
  • the luminescence sensor 12 of Figure 10 is further characterized in that the illumination light is coupled by means of a fiber optic coupling.
  • the light generated by a laser light source 68 is irradiated via a light guide 69, a beam shaping optics 66, the beam splitter 16, the collimating lens 17 and the entrance window 18 on the bill to be tested. Since light guides 69 are flexible and deformable and therefore the illumination beam path can (largely) run as desired, it is only possible, for example, to fix the light source in a particularly space-saving location in the housing 13. In particular, when using such optical fiber, the light source may even be mounted outside of the housing 13 of the luminescence sensor 12.
  • FIG. 11 shows an associated schematic example in which a light source 68 radiates into a light guide 69, which leads into the housing 13 of a luminescence sensor 12.
  • the housing 13 may be constructed as an example as that of Figure 10 with the only difference that the light source 68 is thus outside of the housing 13 and the light guide 69 thus extends outside the housing 13.
  • the light guide 69 connecting the light source 69 and the housing 13 is spirally wound in a central area 70 shown schematically in Fig. 11 in a cross-sectional view.
  • the light source 68 radiates into the light guide 69, a series of total reflections occurs in the light guide 69.
  • the beam cross section of the coupled-in laser radiation of the light source 68 is spatially homogenized.
  • the optical fiber does not necessarily have to be spirally wound in a plane for this purpose. Rather, it is only important that the light guide has a certain length.
  • the light conductor 69 will preferably have a length of 1 m to 20 m.
  • the irradiation of the banknote to be checked to take place exclusively via optics which are present outside the housing 13. see components is carried out and the luminescence sensor 12 inside the housing 13 includes only the optical components, which are used for the measurement of Mess ⁇ emanating from the illuminated banknote radiation.
  • a so-called DFB laser in which an additional grating is built into the resonator of the laser, or a so-called DFR laser can be used, in which an additional grating is installed outside the resonator of the laser.
  • a grating spectrometer i. of a spectrometer 30 with the grating 24 illustrated
  • a grating spectrometer 30 with prism for spectral dispersion or a measurement with the aid of different filters for filtering out different wavelengths or wavelength ranges of the luminescence radiation to be detected are carried out. This can be used in particular for a multi-track or a highly sensitive measurement.
  • FIG. 12 shows, in a schematic way, only the detection part of a luminescence sensor. All other components such as the housing, the lighting and the imaging optics have been omitted for better clarity.
  • the beam originating from the banknote BN to be checked is selectively deflected to individual detectors 59 which are sensitive to different wavelengths or wavelength ranges by means of a deflection mirror 57 pivotable about an axis of rotation 58. This can be achieved by the choice of photoemp- sensitive detector surfaces of the detectors 59 done.
  • filters 60 for different wavelength ranges can also be arranged upstream of the detectors 59 and preferably also attached to the detectors 59 themselves.
  • FIG. 13 shows a detector 61 in a very schematic manner according to yet another example.
  • the detector has on a substrate 62 a row or an array of identical photosensitive blocks 63.
  • a filter 64 is mounted on the detector 61 above the pixels 63, which has a gradient of the filter wavelength which is indicated in the direction of the arrow. This means that as seen in the direction of the arrow at different points of the filter 64, different wavelengths are filtered out.
  • the use of such a filter 64 with filter-wave length gradient has the advantage that the light to be tested is radiated directly onto the detector 61 and that wavelength-dispersive elements such as the grating 24 or the deflection mirrors 23, 57 can be dispensed with.
  • the structure of the luminescence sensor 1 can thereby be designed particularly simple and with fewer components.
  • the active optical adjustment of individual components can be advantageously used not only in the particularly preferred example of a luminescent sensor, but also in other, in particular other optical sensors.
  • the special design of the spectrometer is also advantageous if the lumi- Detection sensor itself has no light source for excitation of Lumines ⁇ zenzstrahlung.
  • the system according to the invention can also be designed such that the measured values of the luminescence sensor 12 of a banknote BN are still evaluated, while at the same time measured values of a subsequent banknote BN are already recorded.
  • the evaluation of the measured values of the preceding banknote BN must take place so quickly that the individual points 7 of the transport path 5 can still be switched quickly enough to divert the preceding banknote BN into the respectively assigned storage compartment 9.
  • the devices and methods according to the invention enable a simple and reliable testing and differentiation of luminescent value documents.
  • the test can be carried out, for example, by generating a light having a first wavelength with a predetermined intensity by means of the light source 14 for a specific time period O-tp for the excitation of the feature substance.
  • the light of the light source 14 excites the feature substance of the banknote BN to be checked and transported past the front glass 18 in the direction T, whereupon the feature substance emits luminescent light of a second wavelength.
  • the intensity of the emitted luminescence light increases during the time period O-tp of the excitation according to a specific law.
  • the manner of increase and decrease in the intensity of the emitted luminescence light depends on the feature substance used and on the exciting light source 14, ie its intensity and wavelength or wavelength distribution. After termination of the excitation at time tp, the intensity of the emitted luminescence light decreases according to a specific law. With the aid of the spectrometer 30, the luminescent light emanating from the bank notes BN, ie, parallel to the excitation light, is detected and evaluated.
  • the signal of the detector unit 21 By evaluating the signal of the detector unit 21 at one or more specific times t2, t3, it can be checked particularly reliably whether a genuine banknote BN is present, since only the feature substance used for the banknote BN or the combination of used feature substances has such a decay behavior , The verification of the decay behavior can take place by means of the above-described comparison of the intensity of the luminescence light at one or more specific times with given intensities for genuine banknotes BN. It can also be provided that the course of the intensity of the luminescence light is compared with predetermined progressions for known banknotes BN.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Prüfung von lumineszierenden Wertdokumenten (BN), insbesonder Banknoten, mit einem Lumineszenzsensor (12), wobei das zu prüfende Wertdokument zur Anregung von Lumineszenzstrahlung bestrahlt und die vom Wertdokument ausgehende Lumineszenzstrahlung spektral aufgelöst erfaßt wird. Indem das in Transportrichtung (T) am Lumineszenzsensor (12) vorbei­ transportierte zu prüfende Wertdokument (BN) mit einer Beleuchtungsflä­che (35) beleuchtet wird, die sich in Transportrichtung (T) erstreckt, ist eine effektive Messung auch von Wertdokumenten möglich, die nur sehr wenig Lumineszenzstrahlung emittieren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung von Wertdokumenten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung ins¬ besondere von lumineszierenden Wertdokumenten, wobei das Wertdoku¬ ment mit Licht bestrahlt und die vom Wertdokument ausgehende Lumines¬ zenzstrahlung spektral aufgelöst erfaßt wird.
Solche lumineszierende Wertdokumente können z.B. Banknoten, Schecks, Coupons oder Chipkarten sein. Obwohl nicht darauf beschränkt, beschäftigt sich die vorliegende Erfindung vor allem mit der Prüfung von Banknoten. Diese enthalten typischerweise im Papier oder in der Druckfarbe einen Merkmalsstoff oder eine Mischung von mehreren Merkmalsstoffen, die ein Lumineszenzverhalten zeigen, wie z.B. fluoreszieren oder phosphoreszieren.
Es gibt eine Reihe von bekannten Systemen zur Echtheitsprüfung solcher Wertdokumente. Ein System ist beispielsweise aus der DE 23 66274 C2 be- kannt. Bei diesem System wird zur Prüfung der Echtheit einer Banknote, d. h. im speziellen der Prüfung, ob ein fluoreszierender Merkmalsstoff tatsäch¬ lich in einer zu prüfenden Banknote vorhanden ist, diese schräg bestrahlt und die senkrecht remittierte Fluoreszenzstrahlung mit Hilfe eines Interfe¬ renzfilters spektral aufgelöst erfaßt. Die Auswertung erfolgt durch einen Vergleich der Signale von unterschiedlichen Photozellen des Spektrometers.
Dieses System arbeitet in den meisten Fällen sehr zuverlässig. Allerdings besteht Bedarf nach einem Lumineszenzsensor, der noch kompakter kon¬ struiert und auch bei sehr geringen Intensitäten der zu erfassenden Lumi- neszenzstrahlung. noch ausreichend zuverlässig prüfen kann.
Davon ausgehend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor¬ richtung und ein Verfahren zur Prüfung von lumineszierenden Wertdoku- menten bereitzustellen, welche eine sichere Prüfung mit einem kompakten Lumineszenzsensor ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhän- gigen Ansprüche und die nachfolgende Beschreibung erläutern bevorzugte Ausgestaltungen.
Indem das in eine Transportrichtung am Lumineszenzsensor vorbeitranspor¬ tierte zu prüfende Wertdokument mit einer Beleuchtungsfläche beleuchtet wird, die sich in die Transportrichtung erstreckt, ist eine effektive Messung auch von Wertdokumenten möglich, die nur sehr wenig Lumineszenzstrah¬ lung emittieren. Dadurch wird insbesondere die Messung von Phosphores¬ zenzstrahlung wesentlich verbessert.
Es sei besonders betont, daß die Merkmale der abhängigen Ansprüche und der in der nachstehenden Beschreibung genannten Ausführungsbeispiele in Kombination oder auch unabhängig voneinander und vom Gegenstand der Hauptansprüche, d.h. z.B. auch bei Vorrichtungen, die keine in Transport¬ richtung sich erstreckende Beleuchtungsfläche erzeugen oder eine Messung von anderer Strahlung als Lumineszenzstrahlung durchführen, vorteilhaft verwendet werden können.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen exemplarisch näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Banknotensortiervorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht von der Seite auf das Innere eines erfin¬ dungsgemäßen Lumineszenzsensors, der in der Banknotensortiervor- richtung nach Fig. 1 eingesetzt werden kann; Fig. 3 Bauteile des Lumineszenzsensors der Fig. 2 in Aufsicht;
Fig. 4 eine schematische Ansicht von der Seite auf das Innere eines alterna- tiven erfindungsgemäßen Lumineszenzsensors, der in der Banknoten- sortiervorrichtung nach Fig. 1 eingesetzt werden kann;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Banknote zur Erläuterung der Ver¬ wendung des Lumineszenzsensors der Fig. 2 und 3;
Fig. 6 eine Ansicht von oben auf ein Beispiel einer Detektorzeile zur Ver¬ wendung im Lumineszenzsensor der Fig. 2;
Fig. 7 eine Ansicht von oben auf ein weiteres Beispiel einer Detektorzeile zur Verwendung im Lumineszenzsensor der Fig. 2;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Auslesung der Daten aus einer De- tektorzeile des Lumineszenzsensors der Fig. 2oder Fig. 4;
Fig. 10 eine schematische Ansicht von der Seite auf das Innere eines alterna¬ tiven erfindungsgemäßen Lumineszenzsensors;
Fig. 11 eine schematische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Lumines¬ zenzsensor mit externer Lichtquelle;
Fig. 12 eine schematische Ansicht auf einen Teil eines weiteren erfindungs¬ gemäßen Lumineszenzsensors und Fig. 13 eine schematische Ansicht auf einen Detektorteil noch eines weiteren erfindungsgemäßen Lumineszenzsensors.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können in allen Arten von Vorrich- tungen verwendet werden, in denen optische Strahlung, insbesondere Lu¬ mineszenzstrahlung geprüft wird. Obwohl nicht darauf beschränkt, wird im folgenden als bevorzugte Variante die Prüfung von Banknoten in Bankno¬ tenbearbeitungsvorrichtungen beschrieben, die beispielsweise zum Zählen und/ oder Sortieren und/ oder Einzahlen und/ oder Auszahlen von Bankno- ten dienen können.
In der Fig. 1 ist in exemplarischer Weise eine solche Banknotensortiervor- richtung 1 abgebildet. Die Banknotensortiervorrichtung 1 weist dabei in ei¬ nem Gehäuse 2 ein Eingabefach 3 für Banknoten BN auf, in das zu bearbei- tende Banknoten BN entweder manuell von außen eingegeben oder Bankno¬ tenbündel automatisch, gegebenenfalls nach einer vorhergehenden Entban- derolierung zugeführt werden können. Die in das Eingabefach 3 eingegebe¬ nen Banknoten BN werden durch einen Vereinzeier 4 vom Stapel vereinzelt abgezogen und mittels einer Transporteinrichtung 5 durch eine Sensorein- richtung 6 hindurchtransportiert. Die Sensoreinrichtung 6 kann dabei eine oder mehrere in einem gemeinsamen Gehäuse integrierte oder in separaten Gehäusen angebrachte Sensormodule aufweisen. Die Sensormodule können dabei z.B. zur Prüfung der Echtheit und/ oder des Zustande und/ oder des Nennwerts der geprüften Banknoten BN dienen. Nach Durchlauf durch die Sensoreinrichtung 6 werden die geprüften Banknoten BN dann in Abhän¬ gigkeit von den Prüfergebnissen der Sensoreinrichtung 6 und von vorgege¬ benen Sortierkriterien über Weichen 7 und zugehörige Spiralfachstapler 8 in Ausgabefächer 9 sortiert ausgegeben, aus denen sie gegebenenfalls nach vorheriger Banderolierung bzw. Verpackung entweder manuell entnommen oder automatisch abtransportiert werden können. Es kann auch ein Schred- der 10 vorgesehen sein, um als echt und nicht mehr umlauffähig klassifizier¬ te Banknoten BN zu zerstören. Die Steuerung der Banknotensortiervorrich- tung 1 erfolgt dabei mittels einer EDV-unterstützten Steuerungseinheit 11.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Sensoreinrichtung 6 unterschiedliche Sensormodule aufweisen. Ausgezeichnet ist die Sensoreinrichtung 6 dabei insbesondere durch ein Sensormodul 12 zur Prüfung von Lumineszenzstrah¬ lung, das nachfolgend kurz Lumineszenzsensor 12 genannt wird. Fig. 2 ver¬ anschaulicht in einer schematischen Querschnittsansicht den inneren Aufbau und die Anordnung der optischen Komponenten eines besonders kompakt ausgestalteten Lumineszenzsensors 12 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 zeigt zudem in Aufsicht von oben einen Teil dieser im Innern des Lumineszenzsensors 12 befindlichen Komponenten. Dieser Lumineszenzsensor 12 ist besonders kompakt und im Hinblick auf hohe Signal/ Rausch- Verhältnisse hin optimiert gestaltet.
Der Lumineszenzsensor 12 weist im speziellen in einem gemeinsamen Ge¬ häuse 13 sowohl eine oder mehrere Lichtquellen 14 zur Anregung von Lu¬ mineszenzstrahlung, als auch einen Detektor 30, bevorzugt ein Spektrometer 30 zur spektral zerlegten Erfassung des Lumineszenzlichts auf. Das Gehäuse 13 ist so verschlossen, daß ein unerlaubter Zugriff auf die darin enthaltenen Komponenten nicht ohne Beschädigung des Gehäuses 13 möglich ist.
Die Lichtquelle 14 kann z. B. eine LED, vorzugsweise aber eine Laserlicht- quelle wie eine Laserdiode 14 sein. Die Laserdiode 14 kann eine oder mehre¬ re unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche emittieren. Wird mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbe¬ reichen gearbeitet, kann auch vorgesehen sein, daß es im selben Lichtquel¬ lengehäuse oder in separaten Lichtquellengehäusen, d.h. separaten Licht- quellenmodulen, mehrere Lichtquellen 14 für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche gibt, die z.B. nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise paralleles Licht ausstrahlen, das auf die gleiche Stelle oder benachbarte Stellen der Banknote BN projiziert werden kann.
Sofern die Lichtquellen 14 Licht mehrere unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche emittieren können, kann vorgesehen sein, daß die ein¬ zelnen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche selektiv aktivierbar sind.
Eine weitere Variante wird nachfolgend anhand von Fig. 4 beschrieben wer- den.
Das von der Laserdiode 14 ausgehende Licht wird mittels einer Abbildungs¬ optik 15, 16, 17 auf eine zu prüfende Banknote gestrahlt. Die Abbildungsop¬ tik umfaßt eine Kollimatorlinse 15, einen Umlenkspiegel als Strahlteiler 16, insbesondere einen dichroitischen Strahlteiler 16, der den von der Laserdio¬ de 14 ausgehenden und durch die Kollimatorlinse 15 geformten Laserstrahl um 90° umlenkt, sowie eine Kondensorlinse 17 mit großem Öffnungswinkel, welche den umgelenkten Laserstrahl durch ein Frontglas 18 vorzugsweise senkrecht auf die mittels des Transportsystems 5 in Richtung T vorbeitrans- portierte zu prüfende Banknote BN abbildet und damit die Banknote BN zur Emission von Lumineszenzstrahlung anregt.
Mit Hilfe des Spektrometers 30 wird dann die von der beleuchteten Bankno¬ te BN ausgehende Lumineszenzstrahlung vorzugsweise ebenfalls in senk- rechter Richtung, d.h. koaxial zum Anregungslicht erfaßt. Dies führt zu einer geringeren Störempfindlichkeit durch Lagetoleranzen der vorbeitranspor¬ tierten Banknoten BN auf die Messungen als bei der schrägen Beleuchtung z.B. nach DE 23 66274 C2. Die Optik zur Abbildung der Lumineszenzstrahlung auf eine phόtosensitive Detektoreinheit 21 umfaßt dabei ebenfalls das Frontglas 18, die Kondensor¬ linse 17 und den für die zu messende Lumineszenzstrahlung zumindest teilweise transparenten Spiegel 16. Zudem weist die Optik nachfolgend eine weitere Kondensorlinse 19 mit großer Öffnung, ein anschließendes Filter 20, das zur Blockierung der Beleuchtungswellenlänge der Lichtquelle 14 und anderer nicht zu messender Wellenlängen ausgelegt ist, und einen Umlenk¬ spiegel 23 auf. Der Umlenkspiegel 23 dient einer Faltung des Strahlengangs und einer Umlenkung der zu messenden Lumineszenzstrahlung hin auf ein abbildendes Gitter 24 oder eine andere Einrichtung zur Spektralzerlegung 24. Der Umlenkspiegel wird für einen möglichst kompakten Aufbau vorteil¬ haft parallel oder nahezu parallel zur Bildebene des Spektrometers ange¬ bracht (Winkel < 15 Grad). Das abbildende Gitter 24 weist dabei ein wellen- längendispergierendes Element mit Hohlspiegel 26 auf, das vorzugsweise die Lumineszenzstrahlung erster Ordnung oder minus erster Ordnung auf die Detektoreinheit 21 hin abbildet. Es können allerdings auch höhere Ord¬ nungen abgebildet werden. Die Detektoreinheit 21 weist bevorzugt eine De¬ tektorzeile 22 aus mehreren in Reihe angeordneten photosensitiven Pixeln, d.h. Bildpunkten, aufweist, wie sie z. B. in Bezug auf die Figuren 6 oder 7 nachfolgend exemplarisch beschrieben werden.
Der Eintrittsspalt des Spektrometers 30 ist dabei in der Fig. 2 durch das Be¬ zugszeichen AS gekennzeichnet. Der Eintrittsspalt AS kann im Gehäuse 13 in Form einer Blende AS im Strahlengang vorhanden sein. Allerdings ist auch möglich, das an dieser Stelle keine Blende vorhanden ist, sondern nur ein „virtueller" Eintrittsspalt AS vorliegt, der durch die Beleuchtungsspur der Lichtquelle 14 auf der Banknote BN gegeben ist. Die letztgenannte Variante führt zu höheren Lichtintensitäten, kann aber auch zu einer unerwünschten größeren Empfindlichkeit gegen Umlicht bzw. Streulicht führen. In einer weiteren Ausgestaltung wird der Umlenkspiegel 23 in Bezug auf das abbildende Gitter 24 so positioniert, daß der Eintrittsspalt AS auf den Be¬ reich des Umlenkspiegels 23 fällt. Da hierdurch der Strahlquerschnitt der umzulenkenden Strahlung auf dem Umlenkspiegel 23 besonders klein aus- fällt, kann auch der Umlenkspiegel 23 selbst besonders kleine Abmessungen haben. Ist der Umlenkspiegel 23 ein Bestandteil der Detektor einheit 21, kann der Umlenkspiegel 23 hierdurch nicht nur gemäß Figur 2 oberhalb, sondern auch neben die photosensitiven Bereiche der Detektoreinheit 21 angebracht werden.
Eine besondere Idee der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Lichtquelle 14 zur Anregung von Lumineszenzstrahlung eine längliche sich in Trans- portrichtung T erstreckende Beleuchtungsfläche 35 auf der zu prüfenden Banknote BN erzeugt.
Diese Variante hat den Vorteil, daß die in den Banknoten BN meist nur in sehr geringen Konzentrationen vorhandenen lumineszierenden, insbesonde¬ re phosphoreszierenden Merkmalsstoffe durch die sich in Transportrichtung erstreckende Beleuchtungsfläche beim Vorbeitransport am Lumineszenzsen- sor 12 länger aufgepumpt werden und dadurch insbesondere die Strahlungs¬ intensität der nachleuchtenden phosphoreszierenden Merkmalsstoffe erhöht wird.
Fig. 5 veranschaulicht eine zugehörige Momentaufnahme. Unter einer läng- liehen sich in Transportrichtung T erstreckenden Beleuchtungsfläche 35 kann verstanden werden, daß die Beleuchtungsstrahlung zu einem gegebenen Zeitpunkt eine beliebig geformte Fläche, insbesondere eine rechteckige Spur auf der Banknote bestrahlt, die in Transportrichtung T signifikant größer ist als senkrecht zur Transportrichtung T. Vorzugsweise wird die Ausdehnung der Beleuchtungsfläche 35 in Transportrichtung T zumindest doppelt, be- sonders bevorzugt zumindest dreimal, viermal oder fünfmal so lang wie die Ausdehnung senkrecht zur Transportrichtung T sein.
In Fig. 5 ist mit einer anderen Schraffur ebenfalls die Bildfläche 36, d.h. die Eintrittsluke 36 des Spektrometers 30 veranschaulicht, d. h. derjenige Bereich der Banknote BN, der zu dem gegebenen Zeitpunkt entsprechend der Ab¬ messungen des Eintrittsspalts AS auf das Spektrometer 30 abgebildet wird. Es ist zu erkennen, daß die Länge und Breite der Eintrittsluke 36 des Spek¬ trometers 30 vorzugsweise kleiner als die entsprechenden Abmessungen der Beleuchtungsfläche 35 der Laserdiode 14 sind. Dies erlaubt größere Justage- toleranzen für die einzelnen Sensorkomponenten.
Ferner ist in der Momentaufnahme der Fig. 5 der Fall dargestellt, daß sich die Beleuchtungsfläche 35 im Vergleich zur Bildfläche 36 wesentlich weiter in Transportrichtung T als gegen die Transportrichtung T erstreckt. Dies ist zur Ausnutzung des erhöhten Aufpumpeffekts besonders von Vorteil. Al¬ ternativ kann allerdings auch vorgesehen sein, die Beleuchtungsfläche 35 und die Bildfläche 36 nur teilweise in Transportrichtung T überlappen. Wenn die Bildfläche 36 aber symmetrisch, d.h. mittig in der Beleuchtungsflä- che 35 angeordnet ist, kann der Lumineszenzsensor 6 sowohl in Vorrichtun¬ gen 1, in den die Banknoten BN in der dargestellten Transportrichtung T transportiert werden, als auch in Vorrichtungen 1 eingesetzt werden, in de¬ nen die Banknoten BN in gegenläufige Richtung -T transportiert werden.
Gemäß einer weiteren besonderen Idee der vorliegenden Erfindung werden unterschiedliche Detektoreinheiten 21, 27 zur Erfassung der Lumines¬ zenzstrahlung, insbesondere der von der Einrichtung zur Spektralzerlegung 24, d. h. z. B. dem abbildenden Gitter 24 ausgehenden Lumineszenzstrah¬ lung eingesetzt. So kann auf oder vor der weiteren Detektoreinheit 27 z. B. ein Filter vorgesehen sein, um nur in einem oder mehreren gegebenen WeI- lenlängen bzw. -bereichen zu messen, wobei die meßbaren Spektralbereiche der unterschiedlichen Detektoreinheiten 21, 27 sich bevorzugt unterscheiden und z.B. nur teilweise oder nicht überlappen. Es sei betont, daß auch mehre¬ re weitere Detektoreinheiten 27 vorhanden sein können, die in unterschiedli- chen Wellenlängen bzw. -bereichen messen. Die mehreren weiteren Detek¬ toreinheiten 27 können räumlich voneinander beabstandet oder auch in einer Sandwich-Struktur vorliegen, wie es in der DE 1 0127837 Al exemplarisch beschrieben ist.
Während die eine Detektoreinheit 21, d. h. im speziellen die Detektorzeile 22 zur spektralaufgelösten Messung der Lumineszenzstrahlung der Banknote BN ausgelegt ist, kann mittels der zumindest einen weiteren Detektoreinheit 27 somit zumindest eine andere Messung der Lumineszenzstrahlung, wie zusätzlich oder alternativ auch eine Messung der breitbandigen nicht spekt- ral aufgelösten nullten Ordnung des Spektrometers 30 und/ oder des Ab¬ klingverhaltens der Lumineszenzstrahlung durchgeführt werden.
Weiterhin kann die weitere Detektoreinheit 27 auch ausgelegt sein, um eine andere optische Eigenschaft des zumindest einen Merkmalsstoffs der Bank- note BN zu prüfen. Dies kann z.B. durch die genannten Messungen bei ande¬ ren Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen erfolgen. Vorzugsweise kann die weitere Detektoreinheit 27 auch ausgelegt sein, um einen anderen Merkmalsstoff der Banknote BN zu prüfen. So kann z. B. die Detektorzeile 22 zur Messung der optischen Eigenschaften eines ersten Merkmalsstoffs der Banknote BN und die weitere Detektoreinheit 27 zur Messung eines anderen Merkmalsstoffs der Banknote BN, insbesondere auch in einem anderen Spek¬ tralbereich als die Detektorzeile 22, ausgelegt sein. Die Detektoren 22, 27 werden bevorzugt Filter aufweisen, um unerwünschtes Streulicht oder Licht höherer Ordnung bei der Messung zu unterdrücken. Wie in der Aufsicht der Fig. 3 zu erkennen ist, kann diese weitere Detektor¬ einheit 27 insbesondere dann, wenn sie zur Messung der nullten Ordnung des Spektrometers 30 ausgelegt ist, verkippt in Bezug auf das abbildende Gitter 24 und die Detektorzeile 22 angeordnet sein, um eine störende Zu- rückreflektion auf den Hohlspiegel 26 zu vermeiden. In diesem Fall kann zusätzlich eine Strahlung absorbierende Lichtfalle, wie z.B. eine schwarz ge¬ färbte Fläche am Ende des Strahlengangs der von der weiteren Detektorein¬ heit 27 ausgehenden Strahlung vorhanden sein.
Zur Kalibrierung und Funktionsprüfung des Lumineszenzsensors 12 kann ferner eine Referenzprobe 32 mit einem oder mehreren lumineszierenden Merkmalsstoffen vorgesehen sein, die eine identisch oder abweichende che¬ mische Zusammensetzung wie die zu prüfenden lumineszierenden Merk¬ malsstoffe in den Banknoten BN haben können. Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, kann diese Referenzprobe 32 im Gehäuse 13 selbst integriert und z.B. als Folie 32 auf einer weiteren Lichtquelle (LED 31) aufgebracht sein, die gege¬ nüberliegend zur Laserdiode 14 in Bezug auf den Strahlteiler 16 angeordnet ist. Die Referenzprobe 32 kann statt dessen z.B. auch ein separates Bauteil zwischen LED 31 und Winkelspiegel 16 sein. Zur Kalibrierung z.B. in den Pausen zwischen zwei Banknoten-Meßzyklen des Lumineszenzsensors 12 kann die Referenzprobe 32 dann durch Bestrahlen mittels der LED 31 zu ei¬ ner definierten Lumineszenzstrahlung angeregt werden, die durch parasitä¬ re Reflexion an dem dichroitischen Strahlteiler 16 auf die Detektorzeile 22 abgebildet und ausgewertet wird.
Zur Intensitätseichung des Spektrometers 30 können die lumineszierenden Merkmalsstoffe der Referenzprobe 32 dabei vorzugsweise breitbandig, z.B. über den gesamten vom Spektrometer 30 erfaßbaren Spektralbereich emittie¬ ren. Allerdings können die lumineszierenden Merkmalsstoffe der Ref erenz- probe 32 alternativ oder zusätzlich auch eine bestimmte charakteristische spektrale Signatur mit schmalbandigen Peaks emittieren, um eine Wellen¬ längeneichung durchzuführen. Es ist allerdings auch möglich, daß zur Justa- ge des Spektrometers 30 nur die weitere Lichtquelle 31 ohne Referenzprobe 32 eingesetzt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzprobe 32 deshalb auch außer¬ halb des Gehäuses 13, insbesondere auf der in Bezug zu der zu messenden Banknote BN gegenüberliegenden Seite angebracht und z.B. in einem Ge¬ genelement, wie einer Platte 28 integriert sein.
Außerhalb des Gehäuses 13 kann auch eine zusätzliche Detektoreinheit 33 als separates Bauteil oder in der Platte 28 integriert vorhanden sein. Die zu¬ sätzliche Detektoreinheit 33 kann z.B. eine oder mehrere Photozellen zur Messung der durch das Frontglas 18 und gegebenenfalls durch die Banknote BN hindurchgetretenen Strahlung der Laserdiode 14 und/ oder der Lumi¬ neszenzstrahlung der Banknote BN sein. In diesem Fall kann die Platte 28 in einer Führung in Richtung P verschiebbar gelagert sein, so daß wahlweise entweder die Referenzprobe 32 oder die Photozelle 33 in Ausrichtung mit der Beleuchtungsstrahlung der Laserdiode 14 gebracht werden kann.
Die Platte 28 wird vorzugsweise über ein punktiert gezeichnetes Verbin¬ dungselement 55, das außerhalb der Transportebene der Banknoten BN liegt, mit dem Gehäuse 13 verbunden sein. In einer in Fig.2 waagerecht verlaufen¬ den Querschnittsebene liegt dann eine in etwa U-f örmige Gestalt von Ge- häuse 13, Verbindungsfläche 55 und Platte 28 vor. Diese Anbringung der Platte 28, auch in einer alternativen Variante ohne Referenzprobe 32 und Photozelle 33, hat den Vorteil, daß ein Lichtschutz gegen unerwünschtes Austreten der Laserstrahlung der Laserdiode 14 gegeben ist. Wenn die Platte 28 zu Wartungszwecken oder zur Staubeseitigung lösbar an dem Gehäuse 13 befestigt ist, kann vorgesehen sein, daß bei gelöster oder entfernter Platte 28 die Laserdiode 14 deaktiviert wird.
Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines alternativen und sehr kompakten Lumineszenzsensors 6, der in der Banknotensortiervorrich- tung nach Fig. 1 eingesetzt werden kann. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 gekennzeichnet.
Die Anordnung der optischen Komponenten im Lumineszenzsensor 6 nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Lumineszenzsensor 6 nach Fig. 2 insbe¬ sondere dadurch, daß auf den Umlenkspiegel 23 verzichtet werden kann. Es sei angemerkt, daß der Lumineszenzsensor 6 nach Fig. 4 auch keine weiteren Detektoreinheiten 31, 33 aufweist, obwohl dies auch möglich wäre. Durch den dichroitischen Strahlteiler 16 wird dabei nicht die Beleuchtungsstrah- lung, sondern die Lumineszenzstrahlung gespiegelt umgelenkt.
Weiterhin weist die Lichtquelle 14 zwei senkrecht zueinander angeordnete Laserdioden 51, 52 auf, die bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, wobei die Strahlung der einzelnen Laserdioden 51, 52 z.B. durch einen wei- teren dichroitischen Strahlteiler 53 eingekoppelt werden kann, so daß die gleiche Beleuchtungsfläche 35 oder überlappende oder beabstandete Be¬ leuchtungsflächen 35 auf der Banknote BN bestrahlt werden können. Vor¬ zugsweise kann je nach zu prüfender Banknote wahlweise entweder die eine oder die andere Laserdiode 51, 52 oder beide Laserdioden 51, 52 zugleich oder alternierend zur Strahlungsemission aktiviert werden.
Die in einem Aufriß erkennbaren photosensitiven Detektorelemente, d.h. die Detektorzeile 22 ist asymmetrisch auf dem Träger angebracht, wie es in Be¬ zug auf Figur 7 noch näher erläutert wird. Überdies weist der Lumineszenzsensor 6 vorzugsweise im Gehäuse 13 selbst eine Steuerungseinheit 50 auf, die zur Signalverarbeitung der Meßwerte des Spektrometers 30 und/ oder zur Leistungssteuerung der einzelnen Kompo¬ nenten des Lumineszenzsensors 6 dient.
Anhand der Fig. 6 und 7 werden nun zwei unterschiedliche Varianten der im Lumineszenzsensor 12 verwendbaren Detektorzeilen 22 beschrieben. Fig. 6 zeigt dabei ausschnittsweise eine konventionelle Detektorzeile 22, die übli¬ cherweise mehr als 100 nebeneinander angeordnete photosensitive Bildele- mente, kurz Pixel 40 genannt, aufweist (von denen in der Fig. 6 nur die ers¬ ten sieben linken Pixel 40 abgebildet sind), welche gleich groß und mit einem Abstand voneinander auf oder in einem Substrat 41 angebracht sind, der in etwa der Breite der Pixel 40 entspricht.
Im Unterschied dazu wird vorzugsweise allerdings eine modifizierte Detek¬ torzeile 22 verwendet mit einer deutlich geringeren Anzahl von Pixeln 40, mit größerer Pixelfläche und verkleinertem Anteil von nicht-photosensitiven Bereichen, wie es exemplarisch in der Fig. 7 veranschaulicht ist. Eine solche modifizierte Detektorzeile 22 hat den Vorteil, ein deutlich größeres Sig- nal/ Rausch- Verhältnis als die konventionelle Detektorzeile 22 der Fig. 6 auf¬ zuweisen. Vorzugsweise werden die modifizierten Detektorzeilen 22 so kon¬ struiert, daß sie lediglich zwischen 10 und 32, besonders bevorzugt zwischen 10 und 20 einzelne Pixel 40 in oder auf einem Substrat 41 aufweisen. Die ein¬ zelnen Pixel 40 können Abmessungen von zumindest 0,5 mm x 0,5 mm, vor- zugsweise von 0,5 mm x 1 mm, besonders bevorzugt von 1 mm x 1 mm ha¬ ben. Nach der Ausgestaltung der Fig. 7 hat die Detektorzeile 22 exemplarisch zwölf Pixel 40 einer Höhe von 2 mm und eine Breite von 1 mm, wobei der nicht-photosensitive Bereich 41 zwischen benachbarten Pixeln 40 eine Aus¬ dehnung von etwa 50 μm hat. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, daß einzelne Pixel 40 unterschiedliche Abmessungen, insbesondere in Dispersionsrichtung der zu messenden Lu¬ mineszenzstrahlung haben, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist. Da üblicher¬ weise nicht alle Wellenlängen des Spektrums, sondern gezielt nur einzelne Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche ausgewertet werden, können die Pixel 40 auf die jeweils auszuwertenden Wellenlängen(bereiche) angepaßt konstruiert werden.
Je nach spektral zu erfassendem Wellenlängenbereich kann die Detektorzeile 22 in den genannten Fällen aus einem unterschiedlichen Material bestehen. Für Lumineszenzmessungen im ultravioletten oder sichtbaren Spektralbe¬ reich sind Detektoren aus Silizium, die unterhalb von etwa 1100 nm emp¬ findlich sind und zur Messung im infraroten Spektralbereich Detektorzeile 22 aus InGaAs besonders geeignet, die oberhalb von 900 nm empfindlich sind. Vorzugsweise wird eine derartige InGaAs-Detektorzeile 22 direkt auf einem Siliziumsubstrat 42 aufgebracht sein, das besonders bevorzugt eine in Siliziumtechnik hergestellte Verstärkerstufe zur Verstärkung der analogen Signale der Pixel 40 der InGaAs-Detektorzeile 22 aufweist. Hierdurch ist e- benf alls ein besonders kompakter Aufbau mit kurzen Signalwegen und er- höhtem Signal/ Rausch- Verhältnis gegeben.
Durch die Detektorzeile 22 mit wenigen Pixeln 40 (z.B. nach Fig. 7) wird da¬ bei vorzugsweise nur ein relativ geringer Spektralbereich von weniger als 500 nm, besonders bevorzugt von weniger als oder von etwa 300 nm erfaßt. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Detektorzeile 22 zumindest ein Pixel 40 aufweist, das außerhalb des zu messenden Lumineszenzspektrums der Banknoten BN photosensitiv ist, um Normierungen wie eine Basislinienfin- dung bei der Auswertung des gemessenen Lumineszenzspektrums durchzu¬ führen. Das abbildende Gitter 24 wird bevorzugt mehr als etwa 300, besonders be¬ vorzugt mehr als etwa 500 Linien / mm, d.h. Beugungselemente aufweisen, um trotz des kompakten Aufbaus der erfindungsgemäßen Lumineszenzsen¬ soren 6 noch eine ausreichende Dispersion der Lumineszenzstrahlung auf das Detektorelement 21 zu ermöglichen. Hierbei kann der Abstand zwischen abbildendem Gitter 24 und dem Detektorelement 21 vorzugsweise weniger als etwa 70 mm, besonders bevorzugt weniger als etwa 50 mm betragen.
Eine Auslesung der einzelnen Pixel 40 der Detektorzeile 22 kann dabei z. B. mit Hilfe eines Schieberegisters seriell erfolgen. Vorzugsweise wird aller¬ dings eine parallele Auslesung einzelner Pixel 40 und/ oder Pixelgruppen der Detektorzeile 22 erfolgen. Nach dem Beispiel der Fig. 9 werden die drei linken Pixel 40 jeweils einzeln ausgelesen, indem die Meßsignale dieser Pixel 40 mit Hilfe je einer Verstärkerstufe 45, die z.B. Bestandteil des Siliziumsub- strats 42 nach Fig. 7 sein kann, verstärkt und je einem Ana¬ log/Digitalwandler 46 zugeführt. Die beiden rechten Pixel in der schemati¬ schen Darstellung der Fig. 9 wiederum werden zuerst mittels separater Ver¬ stärkerstufen 45 verstärkt, dann einer gemeinsamen Multiplexeinheit 47, die gegebenenfalls auch eine Sample- & Holdschaltung umfassen kann, und dann einem gemeinsamen Analog/ Digitalwandler 46 zugeführt, der mit der Multiplexeinheit 47 verbunden ist.
Das hierdurch ermöglichte parallele Auslesen von mehreren Pixeln 40 bzw. Pixelgruppen ermöglicht kurze Integrationszeiten und eine synchronisierte Messung der Banknote BN. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zu einer Erhö¬ hung des Signal-/ Rausch- Verhältnisses bei.
Nach einer weiteren unabhängigen Idee der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Integration von Komponenten der Abbildungsoptik für die Lumines- zenzstrahlung mit Komponenten des Detektor 30. Im speziellen kann der Umlenkspiegel 23 zur Umlenkung der zu erfassenden Lumineszenzstrah¬ lung auf das Spektrometer 30 direkt mit der Detektoreinheit 21 verbunden sein, wie es z.B. in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 7 zeigt eine modifizierte Variante, in welcher der Umlenkspiegel 23 di¬ rekt auf einem gemeinsamen Träger mit der Detektorzeile 22, d. h. im spe¬ ziellen auf dem Siliziumsubstrat 42 aufgebracht ist. Alternativ kann der Um¬ lenkspiegel 23 z.B. auch auf einem Deckglas der Detektoreinheit 21 aufge¬ bracht sein.
Weiterhin kann unterhalb des Umlenkspiegels 23 noch ein Photodetektor, wie eine Photozelle 56 vorhanden sein. Diese bevorzugte Variante ist exem¬ plarisch in der Figur 8 abgebildet, die einen Querschnitt entlang der Linie I-I der Figur 7 zeigt. In diesem Fall ist der auf der Photozelle 56 aufgebrachte Umlenkspiegel 23 für die von der Photozelle 56 zu messenden Wellenlängen zumindest teilweise transparent. Die Photozelle 56 kann wiederum zu Eich¬ zwecken und/ oder zur Auswertung anderer Eigenschaften der Lumines¬ zenzstrahlung eingesetzt werden.
Wie in Figur 4 veranschaulicht, kann nicht nur aus Gründen der kompakten Sensorausgestaltung, wie es in Figur 4 veranschaulicht ist, sondern auch zum Anbringen weiterer optischer Komponenten 23, 56 die Detektorzeile 22 vor¬ zugsweise asymmetrisch auf dem Träger, d. h. dem Siliziumsubstrat 42 auf¬ gebracht sein.
Wie erwähnt wurde wird aufgrund der üblicherweise bei der Prüfung von Banknoten BN zu erwartenden nur sehr geringen Signalintensitäten der Lu¬ mineszenzstrahlung eine Kalibrierung des Lumineszenzsensors 12 während des laufenden Betriebes, d.h. im speziellen z.B. in den Pausen zwischen zwei Banknoten-Meßzyklen des Lumineszenzsensors 12 erforderlich sein. Eine bereits beschriebene mögliche Maßnahme ist das Verwenden der Referenz¬ proben 32.
Nach einer weiteren Idee kann dies auch durch eine aktive mechanische Ver- Stellung der optischen Komponenten des Lumineszenzsensors 12 erfolgen, wobei die Verstellung in Abhängigkeit von Meßwerten des Lumineszenz¬ sensors 12 z.B. durch eine externe Steuerungseinheit 11 oder vorzugsweise durch eine interne Steuerungseinheit 50 gesteuert werden kann.
So kann beispielsweise durch ein Stellelement 25 das Bauteil des abbilden¬ den Gitters 24 in Richtung S verschiebbar gelagert sein. Ebenfalls kann durch andere nicht dargestellte Komponenten eine mechanische Verstellung ande¬ rer optischer Komponenten, wie z. B. des Detektors 21 erreicht werden, der z. B. in Richtung des Pfeils D in Fig. 2 aktiv angesteuert verschiebbar sein kann. Es kann auch eine Verstellung der optischen Komponenten in mehr als einer Richtung durchgeführt werden.
Somit kann z.B. während des laufenden Betriebs des Lumineszenzsensors 12 eine Auswertung der Meßwerte des Lumineszenzsensors 12 durchgeführt und beim Vorliegen von Abweichungen der Meßwerte (z. B. der Detektor¬ zeile 22, der weiteren Detektoreinheit 27 oder der Photozelle 33) oder von daraus abgeleiteten Größen von bestimmten Referenzwerten bzw. - bereichen eine aktive mechanische Verstellung von einzelnen oder mehrerer der optischen Komponenten des Lumineszenzsensors 12 durchgeführt wer- den, um eine erhöhte Signalausbeute und eine Kompensation von uner¬ wünschten Änderungen z.B. aufgrund von durch die Beleuchtung oder E- lektronik ausgelöste Temperaturschwankungen oder Alterungserscheinun¬ gen von optischen Komponenten zu erreichen. Dies ist besonders für eine Detektoreinheit 21 mit wenigen Pixeln 40 wichtig. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Lichtquellen des Lumineszenzsensors 12 kann auch vorgesehen sein, daß beispielsweise die Laserdiode 14 nur dann mit hoher Leistung angesteuert wird, wenn sich eine Banknote BN gerade im Bereich des Meßfensters, d. h. des Frontglases 18 befindet.
Zu den bereits vorstehend beschriebenen Varianten sind natürlich noch wei¬ tere Alternativen oder Ergänzungen denkbar.
Während in Bezug auf die Figuren 2 und 4 Beispiele beschrieben wurden, bei denen das abbildende Gitter 24 eine konkav gekrümmte Oberfläche hat, kann alternativ auch ein Plangitter eingesetzt werden. Der Aufbau eines sol¬ chen Lumineszenzsensors 12 ist exemplarisch in der Figur 10 veranschau¬ licht. Die von der zu prüfenden Banknote BN ausgehende durch ein Ein¬ trittsfenster 18 erfaßte Strahlung fällt auch in diesem Fall durch eine Kollima- tions-Linse 17 auf einen Strahlteiler 16, von dem aus das Licht um 90° umge¬ lenkt, über eine Linse 19 und einen Filter 20 zur Beleuchtungsunterdrückung auf einen ersten sphärischen Kollimator-Spiegel 70 fällt. Von diesem Spiegel 70 aus wird die Strahlung auf ein Plangitter 71 umgelenkt. Das von diesem spektral zerlegte Licht wird dann über einen zweiten sphärischen Kollima- tor-Spiegel 72 und eine Zylinderlinse 73 auf ein Detektorarray 21 gelenkt.
Der Lumineszenzsensor 12 der Figur 10 ist weiterhin dadurch ausgezeichnet, daß das Beleuchtungslicht mittels einer Lichtleiterkopplung eingekoppelt wird. Im speziellen wird das von einer Laserlichtquelle 68 erzeugte Licht über einen Lichtleiter 69, eine Strahlformungsoptik 66, den Strahlteiler 16, die Kollimations-Linse 17 und das Eintrittsfenster 18 auf die zu prüfende Banknote gestrahlt. Da Lichtleiter 69 flexibel und verformbar sind und da¬ durch der Beleuchtungsstrahlengang (weitgehend) beliebig verlaufen kann, ist es z.B. erst möglich, die Lichtquelle an einer besonders platzsparenden Stelle im Gehäuse 13 zu befestigen. Insbesondere bei der Verwendung solcher Lichtleiter kann die Lichtquelle sogar außerhalb des Gehäuses 13 des Lumineszenzsensors 12 angebracht sein. Diese räumliche Trennung hat den Vorteil, daß die von der Lichtquelle 68 erzeugte Wärme deutlich weniger den Betrieb und die Justage der sonsti¬ gen im Gehäuse 13 befindlichen optischen Komponenten und insbesondere auch der hochempfindlichen Detektoren 21 stört. Figur 11 zeigt ein zugehö¬ riges schematisches Beispiel, bei dem eine Lichtquelle 68 in einen Lichtleiter 69 einstrahlt, welcher in das Gehäuse 13 eines Lumineszenzsensors 12 führt. Das Gehäuse 13 kann exemplarisch so aufgebaut sein wie das der Figur 10 mit dem einzigen Unterschied, der die Lichtquelle 68 sich somit außerhalb des Gehäuses 13 befindet und der Lichtleiter 69 damit auch außerhalb des Gehäuses 13 verläuft.
Eine weitere Besonderheit der Lichteinkopplung z.B. nach Figur 11 ist es, daß der die Lichtquelle 69 und das Gehäuse 13 verbindende Lichtleiter 69 in einem in der Figur 11 schematisch in einer Querschnittsansicht gezeigten mittleren Bereich 70 spiralförmig aufgewickelt ist. Wenn die Lichtquelle 68 in den Lichtleiter 69 einstrahlt, kommt es zu einer Reihe von Totalreflexionen im Lichtleiter 69. Hierdurch wird der Strahlquerschnitt der eingekoppelten Laserstrahlung der Lichtquelle 68 räumlich homogenisiert. Dies hat den Vor¬ teil, daß die Beleuchtung bei der Prüfung weniger schwankt und somit re¬ produzierbarere Prüfergebnisse erzielt werden können. Der Lichtleiter muß hierzu aber nicht zwingend in einer Ebene spiralförmig aufgewickelt sein. Wesentlich ist vielmehr nur, daß der Lichtleiter eine gewisse Länge aufweist. So wird der Lichtleiter 69 bei einem Faser-Querschnitt von 50 μm bis 200 μm vorzugsweise eine Länge von 1 m bis 20 m haben.
Ebenfalls ist alternativ denkbar, daß die Bestrahlung der zu prüfenden Banknote ausschließlich über außerhalb des Gehäuses 13 vorhandene opti- sehe Komponenten erfolgt und der Lumineszenzsensor 12 im Innern des Gehäuses 13 nur die optischen Komponenten beinhaltet, welche für die Mes¬ sung der von der beleuchteten Banknote ausgehenden Strahlung verwendet werden.
Zur Stabilisierung des Beleuchtungsstrahls kann z.B. auch ein so genannter DFB-Laser, bei dem ein zusätzliches Gitter in den Resonator des Lasers ein¬ gebaut ist, oder ein so genannter DFR-Laser verwendet werden, bei dem ein zusätzliches Gitter außerhalb des Resonators des Lasers eingebaut ist.
Obwohl vorstehend beispielsweise bevorzugte Varianten der Prüfung mit Hilfe eines Gitter spektrometers, d.h. eines Spektrometers 30 mit abbilden¬ dem Gitter 24, beschrieben wurde, so kann an sich auch ohne Gitterspektro- meter gearbeitet und z.B. ein Spektrometer 30 mit Prisma zur Spektraldis- persion eingesetzt werden oder eine Messung mit Hilfe von unterschiedli¬ chen Filtern zum Herausfiltern unterschiedlicher zu erfassender Wellenlän¬ gen bzw. Wellenlängenbereichen der Lumineszenzstrahlung durchgeführt werden. Dies kann insbesondere auch für eine mehrspurige oder eine hoch¬ empfindliche Messung eingesetzt werden.
Ein Beispiel für einen Lumineszenzsensor 1 ohne Gitterspektrometer ist in der Figur 12 veranschaulicht. Figur 12 zeigt dabei in schematischer Weise nur den Detektionsteil eines Lumineszenzsensors. Alle anderen Komponen¬ ten wie z.B. das Gehäuse, die Beleuchtung und die Abbildungsoptiken sind der besseren Anschaulichkeit halber weggelassen. Nach diesem Beispiel der Figur 12 wird der von der zu prüfenden Banknote BN ausgehende Strahl über einen um eine Drehachse 58 verschwenkbaren Umlenkspiegel 57 selek¬ tiv auf einzelne Detektoren 59 umgelenkt, welche für unterschiedliche Wel¬ lenlängen bzw. Wellenlängenbereiche sensitiv sind. Dies kann zum einen durch die Wahl von in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen photoemp- findlicher Detektorflächen der Detektoren 59 erfolgen. Allerdings können auch, wie es in Figur 12 exemplarisch angedeutet ist, Filter 60 für unter¬ schiedliche Wellenlängenbereiche den Detektoren 59 vorgeordnet und be¬ vorzugt auch an diesen selbst befestigt sein.
Ebenfalls ist es möglich, ein sogenanntes Filterrad mit unterschiedlichen Fil¬ tern zu verwenden. Durch Drehen des Filterrad kreuzen dann nacheinander die einzelnen unterschiedlichen Filter den nachfolgend auf den Detektor ein¬ fallenden Lichtstrahl der zu prüfenden Banknote BN.
In der Figur 13 ist ein Detektor 61 nach noch einem anderen Beispiel in sehr schematischer Weise abgebildet. Der Detektor weist dabei auf einem Sub¬ strat 62 eine Reihe oder ein Array von gleichartigen photoempfindlichen Pi¬ xeln 63 auf. Auf dem Detektor 61 ist oberhalb der Pixel 63 ein Filter 64 mon- tiert, das einen in Richtung des Pfeils angedeuteten Gradienten der Filterwel¬ lenlänge aufweist. Das bedeutet, daß in Richtung des Pfeils gesehen an un¬ terschiedlichen Stellen des Filters 64 unterschiedliche Wellenlängen ausgefil¬ tert werden. Die Verwendung eines solchen Filters 64 mit Filterwellenlän¬ gengradienten hat den Vorteil, daß das zu prüfende Licht direkt auf den De- tektor 61 gestrahlt werden und auf wellenlängendispergierende Elemente wie das Gitter 24 oder die Umlenkspiegel 23, 57 verzichtet werden kann. Der Aufbau des Lumineszenzsensors 1 kann hierdurch besonders einfach und mit weniger Bauteilen gestaltet werden.
Zudem kann beispielsweise auch die aktive optische Verstellung von einzel¬ nen Komponenten nicht nur beim besonders bevorzugten Beispiel eines Lu¬ mineszenzsensor, sondern auch bei anderen, insbesondere anderen opti¬ schen Sensoren mit Vorteil eingesetzt werden. Außerdem ist z.B. die speziel¬ le Ausgestaltung des Spektrometers auch dann von Vorteil, wenn der Lumi- neszenzsensor selbst keine Lichtquelle zur Anregung von Lumines¬ zenzstrahlung aufweist.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße System auch so ausgelegt sein, daß die Meßwerte des Lumineszenzsensors 12 einer Banknote BN noch ausge¬ wertet werden, während gleichzeitig schon Meßwerte einer nachfolgenden Banknote BN aufgenommen werden. Die Auswertung der Meßwerte der vorhergehenden Banknote BN muß allerdings so schnell erfolgen, daß die einzelnen Weichen 7 der Transportstrecke 5 noch ausreichend schnell ge- schaltet werden können, um die vorhergehende Banknote BN in das jeweils zugeordnete Ablagefach 9 umzulenken.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren ermöglicht folglich eine einfache und sichere Prüfung und Unterscheidung von lumineszieren- den Wertdokumenten. Die Prüfung kann dabei z.B. erfolgen, indem mittels der Lichtquelle 14 während einer bestimmten Zeitdauer O-tp für die Anre¬ gung des Merkmalsstoffs ein Licht mit einer ersten Wellenlänge mit einer vorgegebenen Intensität erzeugt wird. Durch das Licht der Lichtquelle 14 wird der Merkmalsstoff der zu überprüfenden und am Frontglas 18 in Rich- tung T vorbeitransportierten Banknote BN angeregt, woraufhin der Merk¬ malsstoff Lumineszenzlicht einer zweiten Wellenlänge emittiert. Die Intensi¬ tät des emittierten Lumineszenzlichts steigt während der Zeitdauer O-tp der Anregung nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit an. Die Art und Weise des Anstiegs und der Abnahme der Intensität des emittierten Lumineszenz- lichts ist abhängig vom verwendeten Merkmalsstoff und von der anregen¬ den Lichtquelle 14, d. h. deren Intensität und Wellenlänge bzw. Wellenlän¬ genverteilung. Nach Beendigung der Anregung zum Zeitpunkt tp nimmt die Intensität des emittierten Lumineszenzlichts nach einer bestimmten Gesetz¬ mäßigkeit ab. Mit Hilfe des Spektrometers 30 wird nun das senkrecht, d.h. parallel zum Anregungslicht, von der Banknoten BN ausgehende Lumineszenzlicht erfaßt und ausgewertet. Durch Auswertung des Signals der Detektoreinheit 21 zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten t2, t3 kann besonders sicher überprüft werden, ob eine echte Banknote BN vorliegt, da nur der für die Banknote BN verwendete Merkmalsstoff oder die Kombination von ver¬ wendeten Merkmalsstoffen ein derartiges Abklingverhalten aufweist. Die Überprüfung des Abklingverhaltens kann mittels des oben beschriebenen Vergleichs der Intensität des Lumineszenzlichts zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten mit vorgegebenen Intensitäten für echte Banknoten BN erfolgen. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Verlauf der Intensität des Lumineszenzlichts mit vorgegebenen Verläufen für bekannte Banknoten BN verglichen wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (1) zur Prüfung von lumineszierenden Wertdokumenten (BN), mit einer Lichtquelle (14, 51, 52, 68) zur Anregung von Lumines- zenzstrahlung und einem Lumineszenzsensor (12), um die vom Wertdo¬ kument (BN) ausgehende Lumineszenzstrahlung spektral aufgelöst zu erfassen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtquelle (14, 51, 52, 68) auf dem in einer Transportrichtung (T) am Lumineszenzsensor (12) vorbeitransportierten Wertdokument (BN) eine Beleuchtungsfläche (35) erzeugt, die sich in Transportrichtung (T) er¬ streckt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Beleuchtungsfläche (35) in Transportrichtung (T) zu¬ mindest doppelt, bevorzugt zumindest dreimal, viermal oder besonders bevorzugt zumindest fünfmal so lang wie die Ausdehnung senkrecht zur Transportrichtung (T) ist.
3. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Bildfläche (36) des Lumineszenzsensors (12) sich in Transportrichtung (T) des am Lumineszenzsensor (12) vorbei- transportierten Wertdokuments (BN) erstreckt.
4. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Länge und/ oder Breite der Bildfläche (36) kleiner als die entsprechenden Abmessungen der Beleuchtungsfläche (35) der Lichtquelle (14, 51, 52, 68) sind.
5. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt die Bildfläche (36) und die Beleuchtungsfläche (35) auf dem Wertdokument (BN) zu- mindest teilweise oder vollständig überlappend sind.
6. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) eine oder meh¬ rere Lichtquellen (14, 51, 52, 68) aufweist, die bei unterschiedlichen WeI- lenlängen emittieren, wobei vorzugsweise einzelne Wellenlängen selektiv aktivierbar sind.
7. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) zumindest eine Detektorzeile (22) mit einer geringen Anzahl von Pixeln (40), vorzugs¬ weise von 10 bis 32 Pixeln (40), besonders bevorzugt von 10 bis 20 Pixeln (40) aufweist.
8. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) zumindest ein
Detektorelement (40) aufweist, um Strahlung außerhalb des Lumines¬ zenzspektrums der Wertdokumente (BN) zu messen.
9. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) zumindest eine
Detektorzeile (22) mit Pixeln (40) unterschiedlicher Abmessungen, insbe¬ sondere in Dispersionsrichtung der zu messenden Lumineszenzstrahlung unterschiedlicher Abmessungen aufweist.
10. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) eine InGaAs- Detektorzeile (22) auf einem Siliziumsubstrat (42) aufweist, wobei das Si¬ liziumsubstrat (42) vorzugsweise eine oder mehrere Verstärkerstufen (45) zur Verstärkung der analogen Meßsignale von Pixeln (40) der InGaAs-
Detektorzeile (22) aufweist.
11. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (21) des Lumineszenz- sensors (6) einen Spektralbereich von weniger als 500 nm, bevorzugt von weniger als oder von etwa 300 nm erfaßt und/ oder das abbildende Gitter (24) des Lumineszenzsensors (6) mehr als etwa 300, bevorzugt mehr als etwa 500 Linien / mm aufweist und/ oder der Abstand zwischen abbil¬ dendem Gitter (24) und Detektoreinheit (21) weniger als etwa 70 mm, be- vorzugt weniger als etwa 50 mm beträgt.
12. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) und/ oder der Lumines¬ zenzsensor (12) und/ oder eine Steuerungseinheit (50) zur Signalverarbei- tung der Meßwerte des Lumineszenzsensors (6) und/ oder zur Leistungs¬ steuerung von Komponenten des Lumineszenzsensors (6) in einem ge¬ meinsamen Gehäuse (13) und oder in getrennten Gehäusen (13, 68) integ¬ riert sind.
13. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) das zu prüfende Wertdo¬ kument (BN) senkrecht bestrahlt und der Lumineszenzsensor (12) senk¬ recht von dem bestrahlten Wertdokument (BN) ausgehende Lumines¬ zenzstrahlung erfaßt und/ oder daß die von der Lichtquelle (68) erzeugte Strahlung über einen Lichtleiter (69) auf das zu prüfende Wertdokument gestrahlt wird.
14. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) einen Umlenk¬ spiegel (23) zur Faltung des Strahlengangs der zu messenden Lumines¬ zenzstrahlung und/ oder zu einer Umlenkung der zu messenden Lumi¬ neszenzstrahlung auf eine andere optische Einheit, wie auf eine Einrich¬ tung zur Spektralzerlegung (24) hin aufweist.
15. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) einen Photode¬ tektor (56) mit einem auf oder über dessen Oberfläche befindlichen Um¬ lenkspiegel (23) aufweist, der für die von dem Photodetektor (56) zu mes- senden Wellenlängen zumindest teilweise transparent ist.
16. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) einen dem Pho¬ todetektor (56, 59, 63) im Strahlengang der zu messenden Strahlung vor- geordneten Filter (60, 64), insbesondere einen Filter (64) mit Filterwellen¬ längengradienten aufweist.
17. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) ein Bauteil (21) aufweist, das sowohl eine photosensitive Detektoreinheit (22) für Lumi¬ neszenzstrahlung, als auch Komponenten (23) zur Abbildung der Lumi¬ neszenzstrahlung auf die photosensitive Detektoreinheit (22) aufweist.
18. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) eine Detektor- zeile (22) aufweist, die asymmetrisch auf einem Substrat (42) aufgebracht ist.
19. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) mehrere Detek¬ toreinheiten (21, 27) zur Erfassung von unterschiedlichen Eigenschaften der Lumineszenzstrahlung aufweist, die vorzugsweise in unterschiedli¬ chen Spektralbereichen und/ oder mit unterschiedlichen spektralen Auf¬ lösungen messen.
20. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Detektoreinheiten (21, 27) zur Prüfung unterschiedlicher Merkmalsstoffe des Wertdokuments (BN) ausgelegt sind.
21. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinheit (21) zur spektralaufge¬ lösten Messung der Lumineszenzstrahlung und eine andere Detektorein¬ heit (27) zur nicht-spektralaufgelösten Messung der Lumineszenzstrah- lung ausgelegt ist.
22. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinheit (21) zur zeitintegrierten Messung der Lumineszenzstrahlung und eine andere Detektoreinheit (27) zur zeitaufgelösten Messung der Lumineszenzstrahlung ausgelegt ist.
23. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinheit (27) zur Messung der nullten Ordnung der spektral zerlegten Lumineszenzstrahlung und eine andere Detektoreinheit (21 ) zur Messung einer anderen Ordnung der spektral zerlegten Lumineszenzstrahlung ausgelegt ist.
24. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinheit (27) verkippt in Bezug auf eine Einrichtung (24) zur Spektralzerlegung angeordnet ist, um eine Zurückreflektion auf die Einrichtung (24) zu vermeiden.
25. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) eine Referenz¬ probe (32) mit einem lumineszierenden Merkmalsstoff aufweist.
26. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) eine weitere Lichtquelle (31) zur Bestrahlung einer mit einem lumineszierenden
Merkmalsstoff versehenen Referenzprobe (32) aufweist.
27. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzsensor (12) Mittel (25) zur aktiven mechanischen Verstellung von optischen Komponenten (21, 24) des Lumineszenzsensors (12) aufweist.
28. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß eine aktive mechanische Verstellung von op- tischen Komponenten (21, 24) des Lumineszenzsensors (12) in Abhängig¬ keit von Meßwerten des Lumineszenzsensors (12) durch eine Steue¬ rungseinheit (11, 50) steuerbar ist.
29. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Meßwerte des Lumineszenzsensors (12) zu einem Wertdokument (BN) noch ausgewertet werden, während gleichzeitig schon Meßwerte eines nachfolgenden Wertdokuments (BN) aufgenommen werden.
30. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß einzelne Pixel (40) und/ oder Pixelgruppen der Detektorzeile (22) parallel auslesbar sind.
31. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß einzelne Pixel (40) und/ oder Pixelgruppen der Detektorzeile (22) jeweils mit einer eigenen Verstärkerstufe (45) und einem nachfolgendem Analog/ Digital wandler (46) verbunden sind.
32. Verfahren zur Prüfung von lumineszierenden Wertdokumenten (BN) mit einem Lumineszenzsensor (12), wobei das zu prüfende Wertdokument
(BN) zur Anregung von Lumineszenzstrahlung bestrahlt und die vom Wertdokument (BN) ausgehende Lumineszenzstrahlung spektral aufge¬ löst erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das in einer Transportrichtung (T) am Lumineszenzsensor (12) vorbei¬ transportierte zu prüfende Wertdokument (BN) mit einer Beleuchtungs¬ fläche (35) beleuchtet wird, die sich in Transportrichtung (T) erstreckt.
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