EP2443490A1 - Optical system and sensor for checking value documents having such an optical system - Google Patents

Optical system and sensor for checking value documents having such an optical system

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Publication number
EP2443490A1
EP2443490A1 EP10725694A EP10725694A EP2443490A1 EP 2443490 A1 EP2443490 A1 EP 2443490A1 EP 10725694 A EP10725694 A EP 10725694A EP 10725694 A EP10725694 A EP 10725694A EP 2443490 A1 EP2443490 A1 EP 2443490A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plane
optical system
imaging
section
retroreflector
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10725694A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Wunderer
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 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
Publication of EP2443490A1 publication Critical patent/EP2443490A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07DHANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00Testing 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
    • G07D7/06Testing 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
    • G07D7/12Visible light, infrared or ultraviolet radiation
    • G07D7/121Apparatus characterised by sensor details
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0804Catadioptric systems using two curved mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/04Prisms
    • G02B5/045Prism arrays

Definitions

  • the present invention relates to an optical system, in particular an imaging optical system, a sensor for checking value documents with such an optical system and a method for imaging an object point.
  • leaf-shaped objects that represent, for example, a monetary value or an authorization and therefore should not be arbitrarily produced by unauthorized persons. They therefore have features which are not easy to manufacture, in particular to be copied, whose presence is an indication of the authenticity, i. the manufacture by an authorized agency.
  • Important examples of such value documents are cards, coupons, vouchers, checks and in particular banknotes. Banknotes in the context of the invention are leaf-shaped.
  • optical systems generally are understood to be systems which influence optical radiation, in particular change its beam path.
  • Optical radiation refers in a known manner electromagnetic radiation in the UV and / or IR and / or in particular in the visible wavelength range.
  • optical sensors are often used which detect spatially resolved optical properties of a value document to be examined and, to this end, map strip-shaped areas on the value document at least partially to a substantially row-shaped field of receiving elements.
  • the receiving elements form, as a function of the radiation incident on them, received signals which together form an image of the respective region of the value document.
  • the senor In many applications, it is desirable that the sensor can be constructed very compact and inexpensive. In contrast, the optical resolution does not always have to meet high requirements. Sensors with conventional imaging systems, which use only lenses or parabolic mirrors, do not always meet these requirements with line-shaped imaging to the desired extent. In the past, partially self-focussing optical fibers, so-called SELFOCs, have been used for this purpose, but their availability is decreasing. This applies in particular to those SELFOCs which have required cutting widths to achieve required depth of field.
  • an optical system having a planar anisotropic retroreflector section which specularly reflects radiation components in a first plane of incidence but retroreflects radiation components in a second plane of incidence, a first imaging section extending from an object point in an object plane in a predetermined relative position to the system generates a line-shaped intermediate image on the retroreflector section, which extends along a line in the second plane of incidence, and a second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into a pixel.
  • the object is further achieved by a method for imaging an object point, in which the object point is imaged onto a linear intermediate image on an anisotropic retroreflector section such that the intermediate image extends with its longitudinal direction in an incidence plane in which the retroreflector section is retroreflective and in which the intermediate image is displayed on a pixel.
  • the longitudinal direction of the intermediate image is understood in particular to be the direction of the line formed by the intermediate image.
  • the retroreflector section is flat, it is understood that beams which are incident from the same direction on the retroreflector section, but which meet at different locations, are reflected in the same directions, respectively.
  • the retroreflector section can for this purpose have optically effective, preferably identically formed structures, which are arranged along a plane.
  • specular reflection in the first plane of incidence is understood to mean that a beam in the first plane of incidence, which includes a given angle of incidence with a normal to the plane of the retroreflector section, from the retroreflector section in a new direction, given by a reject angle is distracted from the normal to the level of the retroreflector section. Incidence and exit angles are then the same as usual.
  • the beam is reflected back in the first plane of incidence.
  • retroreflected or retroreflection is used in the context of the invention
  • an incident beam in the second plane of incidence and the retroreflected beam resulting from the retroreflection of the incident beam are parallel, with some offset of the beams from one another in a direction parallel to the plane of the retroreflective scan.
  • this behavior occurs only in a certain range of angles of incidence.
  • the incident rays are in an angular range in which the retroreflection is possible, at least in good approximation.
  • An anisotropic retroreflector section in the sense of the invention may, for example, comprise a body with a flat surface, for example a plate, of a transparent material, on or in the same surface of which a field of prisms running parallel to a straight line in the first plane of incidence, preferably Roof prisms with a prism angle of 90 °, is formed.
  • the prisms provide retroreflection in a manner known per se, wherein the reflection at the boundary surfaces of the prisms can be given by total reflection or reflection at a reflecting layer on the surface of the prisms.
  • an anisotropic retroreflector section in the sense of the invention thus exhibits an unusual behavior: If a beam falls from a predetermined direction onto the anisotropic retroreflector section, then it can be imagined that the reflected beam results from the incident beam or beam.
  • the incident radiation can be decomposed into first and second directional components whose vectorial sum is precisely the direction of the incident beam or of the incident beam Radiation reproduces and lie in the first and the second plane of incidence.
  • the first directional component becomes specular, but the second directional component is retroreflected and the two reflected directional components are again vectorially summed. In the first level, a specular reflection takes place, at the same time a retroreflection takes place in the second level.
  • the direction of the incident beam is predetermined so that a retroreflection can take place at all.
  • said roof prisms as a retroreflective structure to the direction of the incident beam may be so that the angle of incidence of the component in the second plane of incidence is less than 45 °.
  • a point or object point from a given object plane is imaged onto the retroreflector section by means of the first imaging section, which is designed accordingly, the intermediate image formed there being, however, only linear, preferably straight-shaped.
  • the first imaging system is formed and arranged relative to the anisotropic retroreflector section such that the linear intermediate image lies in or extends in the second plane of incidence.
  • the line is formed by divergent beams emanating from the object point, which are directed by the first imaging section only to the retroreflector section in such a way that they have parallel or in particular diverging components in the second plane of incidence immediately before the retroreflector section, but converge in the first incidence plane to be focused.
  • the beam or radiation components lying in this plane of incidence are reflected in their direction of incidence, although depending on the type of retroreflector section, the position of the incident beam relative to the retroreflector section, when using roof prisms relative to the roof edge of one of the roof prisms, and the angle of incidence may be offset.
  • the radiation components in the first plane of incidence are specularly reflected, which is why the incident radiation is not reflected on itself, but is deflected.
  • the retroreflected radiation components formed by the radiation components in the second plane of incidence now converge again while the other components must be re-focused.
  • This purpose is served by the second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into a pixel. This formation of the pixel thus takes place with the cooperation of both the anisotropic retroreflector section and the second imaging section.
  • the optical system is preferably designed such that it effects a 1: 1 imaging. In a particularly simple manner, this can be obtained by the fact that the two imaging sections have the same imaging properties, for example the same focal lengths and / or cutting widths.
  • At least one of the imaging sections preferably has at least one cylindrical optics, preferably a cylindrical lens and / or a cylindrical or parabolic mirror, which preferably generates the intermediate image.
  • a cylinder optics is understood to mean optics which are representative of beams in a plane given by the cylinder optics, i. particular bundling, has properties for rays in an orthogonal plane but not.
  • a cylindrical lens is understood to mean a transparent body or a section of a transparent body which has at least one surface section with the shape of a cylindrical section or forms an aspherical lens with corresponding imaging properties.
  • a cylindrical mirror is understood to mean a section of a reflective surface or a reflective layer which is cylindrically shaped. This embodiment has the advantage that the image can be generated with very simple means.
  • a reflective element is arranged in the optical system in the beam path between at least one of the imaging sections and the retroreflector section.
  • This embodiment makes it possible to bend or fold the total beam path of the optical system, in particular in the first incidence plane, at least once.
  • the reflective element can be replaced by a preferably reflective de, in particular be given totally reflecting surface of a transparent body.
  • the system may be designed so that at least one of the imaging sections kinks or folds the beam path. This allows a particularly compact design of the system.
  • the optical system of at least one of the imaging sections may comprise a cylindrical lens and an imaging reflective element, preferably a parabolic or cylindrical mirror, which preferably serve to form the intermediate image or the image of the intermediate image.
  • the imaging system then fulfills two functions, namely the generation of the intermediate image or the image of the intermediate image and the folding or folding of the beam path.
  • the beam path between the cylindrical lens and the imaging reflective element projected onto a plane orthogonal to the cylinder axis, preferably in the first plane of incidence be parallel or run.
  • the imaging reflective element is formed by a reflective surface of a cylindrical lens-forming body. This makes it possible to form the respective imaging section in one piece, which not only allows a simple production, but also ensures a good alignment of the cylindrical lens and the imaging reflective element, in particular also on each other.
  • At least one of the imaging sections are or are formed together in one piece. This also allows a particularly simple production.
  • the imaging section can then be designed in particular as described in the preceding paragraph.
  • a diaphragm preferably a slit diaphragm
  • a diaphragm to be formed in the second plane of incidence, the edge of which is at least partially formed by the retroreflector section.
  • An edge section of the diaphragm opposite the retroreflector section can then run at a predetermined distance from the plane of the retroreflector section.
  • the diaphragm can reduce scattered light, which arises as a result of multiple reflections depending on their design at the imaging sections.
  • it can limit the intermediate image and thus act as a visual field diaphragm, which greatly simplifies the structure of the optical system.
  • the diaphragm is then arranged in the center plane of the beam path in the region of the retroreflector section.
  • a particularly simple construction results, in particular in a design for a 1: 1 imaging, in that the optical system is constructed mirror-symmetrically with respect to a plane or mirror plane parallel to the second plane of incidence.
  • the plane can at least approximately intersect the intermediate image on the retroreflector section. If a diaphragm is provided in the second plane of incidence, it is preferably located in the aforementioned mirror plane.
  • the optical system has a further plane anisotropic retroreflector section parallel to the retroreflector section.
  • the first imaging section can then be designed to produce a further linear intermediate image of the object point on the further retroreflector section.
  • the second depicting Cut is then preferably formed so that it images the further linear intermediate image on the pixel.
  • the two retroreflector sections are arranged parallel to one another.
  • the system is mirror-symmetrical to a plane parallel to the reflector reflector sections.
  • An inventive optical system can be used advantageously in sensors for documents of value.
  • the invention therefore also relates to a sensor for detecting optical properties of a value document having an optical system according to the invention, which images in particular a region of the document of value under investigation.
  • the optical system proves to be particularly advantageous in the case of sensors which spectrally dissect the optical radiation emanating from the object point and detect the spectral components.
  • the sensor referred to in the preceding paragraph may then in particular comprise a dispersing device arranged downstream of the optical system and a field of receiving elements for receiving various spectral components generated by the dispersing device.
  • the array of receiving elements, in particular for the radiation from an object point may comprise a row of receiving elements arranged relative to the dispersing device such that different receiving elements of the line receive different spectral components.
  • the optical system in combination with the dispersing device, the optical system then forms in each case a spectral component or spectral components from a predetermined wavelength range onto a corresponding one of the receiving elements.
  • the dispersing device may have, as a dispersing element, a diffractive element, for example a grating, or preferably a prism.
  • the sensor may preferably have a radiation source, the optical radiation, preferably radiation in the visible and / or IR wavelength range, on the region of the object plane of the optical system in a detection range of the sensor, ie a region of the object plane that is imaged onto the receiving elements , gives up.
  • the radiation source generates a stripe-shaped illumination pattern.
  • FIG. 1 is a schematic view of a very simple embodiment of an optical system
  • FIG. 1 shows a schematic view of a part of a retroreflector section in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device for processing value documents
  • FIG. 4 shows a schematic partial representation of a sensor of the device in FIG. 3, which is designed to detect optical properties of value documents,
  • FIG. 5 shows a perspective view of an optical system of the sensor in FIG. 4 in the form of a body serving as first and second imaging section and retroreflector section
  • FIG. Fig. 6 is a view of an optical path in the body in Fig. 5 from one side
  • FIG. 7 shows a view of an optical path of a body of an optical system serving as first and second imaging section and retroreflector section according to a further preferred embodiment.
  • An optical system 10 in FIG. 1 is used to image a subject spot 12 onto a pixel 14.
  • it has a planar anisotropic retroreflector section 16, a first imaging section 18, which extends from the object spot 12 in an object plane 20 in a predetermined Relative position to the system 10 is formed, a line-shaped intermediate image 22 on the retroreflector section 16 generates, and a second imaging section 24, by means of which the line-shaped intermediate image 22 is imaged in the pixel 14.
  • imaging in the context of the invention also includes the case that the image is not perfectly sharp, but has a limited by the components of the optical system resolution.
  • the planar anisotropic retroreflector section 16 specularly reflects radiation components 26 in a first plane of incidence 28; Radiation components 30 in a second plane of incidence 32, however, are retroreflected, that is, reflected in the same direction from which they come or parallel to the direction from which they come. If the propagation direction of the radiation is represented locally as a vector, this means that the radiation can be represented as a superposition of two vector components in the first and the second plane of incidence.
  • the signals returned by the retroreflector section 16 Thrown radiation then propagates in a direction given by components in the two planes of incidence.
  • the component in the first plane of incidence corresponds to specular reflection
  • the component in the second plane of incidence corresponds to retroreflection.
  • the position of the first and second planes of incidence relative to one another depends on the design of the retroreflector section.
  • the first and second incidence planes 28 and 32 are orthogonal to each other.
  • the retroreflector section 16 is flat, i. the above reflection properties are independent of where the rays fall from the imaging section to the retroreflector section.
  • the retroreflector section 16 comprises in the present example as an anisotropically reflecting structure along mutually parallel straight lines extending, equally spaced, elongated symmetrical prisms 34, more precisely roof prisms with a prism angle of 90 °, which are formed in a flat surface of a base 36. Since the retroreflector section 16 is planar, corresponding edges of the prisms 34 are each at least approximately in one plane.
  • the cross section of the prisms 34 orthogonal to the longitudinal extent, ie in the second plane of incidence, in the example has the shape of an isosceles triangle with a vertex angle ⁇ of 90 ° and a base width B of about 300 ⁇ m.
  • the refractive index of the material of the prisms is chosen so that the retroreflection takes place by twice total reflection on the flanks of the prisms.
  • the retroreflection preferably occurs over an entire range of angles of incidence on the plane of the retroreflector section 16 or the prism arrangement.
  • the first and the second imaging section 18 and 24 are formed in the example to achieve a 1: 1 imaging in conjunction with the Retroreflektor- section 16 and have this same imaging properties. For this purpose, they are the same and each comprise cylindrical lenses 38 and 40 of the same focal lengths or cutting widths.
  • the first imaging section 18, in the example the cylindrical lens 38, is arranged so that it images the object point 12 in the object plane 20 into the linear intermediate image 22 on the retroreflector section 16, more precisely the area of the prisms 34.
  • the first imaging section 18 and in particular its cylindrical lens 38 are arranged relative to the retroreflector section 16 such that the linear intermediate image extends at least to a good approximation along a line in the second plane of incidence.
  • the object plane 20 is at least approximately orthogonal to an optical plane 42 of the cylindrical lens, i. a plane through the cylindrical lens axis, with respect to which the imaging properties of the cylindrical lens are mirror-symmetrical. In the example, this plane runs through the cylindrical lens axis and the apex line of the cylindrical lens.
  • beams emanating from the point of object 12 directed at the retroreflector section 16 by the first imaging section 18 will fall obliquely to both the first and second incident planes 28 and 32 on the retroreflector section 16, respectively.
  • Such a beam is reflected according to its components or direction components, ie projections of a unit vector along the incident beam onto the planes of incidence.
  • the component in the first incidence plane 28, ie the projection of the unit vector onto the first incidence plane 28 becomes specular in the direction reflected on the pixel 14, the component in the second plane of incidence 32, that is, the projection of the vector to the second plane of incidence 32, retroreflected.
  • the direction of the beam reflected from the retroreflector section 16 resulting from the specular and retroreflected components results from vector addition of the reflected components and is directed at the pixel 14.
  • the retroreflection ensures that in a projection onto the second plane of incidence, the linear intermediate image can again be imaged onto a point, the pixel 14.
  • the sharpness of the image is influenced, among other things, by the aberrations in the retroreflection at the prisms and the diffraction at the prisms. Due to the principle of retroreflection, an offset between incident and retroreflected beam, which depends on the width B of the prism base, occurs in the second plane of incidence. Since the object point is imaged onto the linear intermediate image on a retroreflective structure of the retroreflector section 16, in the example the prisms 34, these aberrations are greatly reduced by the retroreflection.
  • An optical system which operates on the principle of the optical system described above can be used in particular in sensors for the optical examination of documents of value.
  • Stacker wheels 62 are arranged in front of the output compartments 60.
  • the value document processing device 44 possesses, along the transport path 58 given by the transport device 54, a sensor arrangement 64 arranged in front of the points 56 for detecting properties along the transport path 58 of transported value documents 50 and a control and evaluation device 66 connected at least to the sensor arrangement 64 and connected to the switches 56 via signal connections and is designed to evaluate at least one property of a sensed by the sensor arrangement 64 value document 50 reproducing sensor signals of the sensor assembly 64 and control of at least one of the switches 56 in response to the result of evaluation of the sensor signals.
  • the sensor arrangement 64 comprises a sensor 68 for detecting optical properties of the value documents, in the example of a spectrally resolved image of the value documents, for example for testing for contamination, and / or for determining the nominal value of the value documents and / or for determining the value Authenticity of value documents according to predetermined criteria.
  • the sensor arrangement may further comprise, for example, an ultrasonic sensor (not shown in FIG. 3) for detecting the state of documents of value, for example the presence of adhesive strips, which detects transmission properties of the value documents for ultrasound.
  • the control and evaluation device 66 detects the signals of the sensor arrangement 64 and determines whether the value documents detected by the sensor arrangement 64 meet at least one predetermined criterion in accordance with FIG Pollution in a marketable, ie still suitable for further use as a means of payment, state, or which denomination it has or whether it is genuine. Depending on the result of the test, the control and evaluation device 66 controls at least one of the switches 56 in such a way that the value document 50 from the transport device 54 corresponds to value documents corresponding to the test result or to a specific predefined type, in particular nominal value Output tray 60 promoted and stored there.
  • the sensor 68 used to determine the spectrally resolved image of the value document is shown roughly schematically in FIG. 4 together with a part of the transport device 54.
  • the sensor 68 is designed to detect a spectrally resolved image of the value document line by line on the sensor 68 during transport. The lines run transversely to the transport direction.
  • the sensor 68 has an illumination device 70 for emitting optical radiation, in the example visible light, preferably additionally infrared radiation, to the value document, an optical system 72 for imaging at least a portion of the illuminated area on the document of value 50 on a receiver 74, the has a two-dimensional array of receiving elements 76 arranged in a matrix, and a dispersing device 78 arranged in the optical path between the optical system 72 and the receiver 74, which spatially splits incident radiation as a function of the wavelength, so that spectral components of the incident radiation depend on the degree of radiation Splitting on different receiving elements 76 fall.
  • optical radiation in the example visible light, preferably additionally infrared radiation
  • a sensor output connected to the receiver 74 and preferably the illumination device via signal connections is used.
  • te driven 80 which emits signals after the evaluation via the signal connection to the control and evaluation device 66, which represent the result of the evaluation.
  • the document of value 50 which is conveyed past the sensor 68 by the transport device 54, is illuminated during the transport with optical radiation from an illumination device 70 for emitting optical radiation, in the example of visible light.
  • the illumination device 70 is embodied such that the optical radiation illuminates only one strip on the value document 50, which extends with its longitudinal direction transversely to the transport direction of the value document 50 over its entire width and lies at least partially in the detection range of the sensor, in particular the object plane.
  • the detection range of the sensor is given by the area imaged by the optical system 72 on the receiver 74.
  • Optical radiation emanating from at least part of the illuminated area of the value document in the detection area is imaged by the optical system 72 onto the receiver 74, wherein the dispersing device 78 spectrally splits the optical radiation.
  • the optical system 72 is arranged relative to the transport device 54 or the transport path 58 in such a way that a value document lies at least to a good approximation in the transport path section in the sensor in an object plane of the optical system 72.
  • the dispersing device comprises a prism made of a transparent material which disperses in the visible, preferably also in the infrared wavelength range.
  • the illumination device 70, the optical system 72, the dispersing device 78 and the receiver 74 are aligned so that the spectral splitting is transverse to the plane in which the beam path for the line or the strip for a wavelength, and both spatially resolved detection in one of the direction of the strip or the line transversely to the direction of transport corresponding direction as well as a spectrally resolved detection in a transverse, in particular orthogonal thereto direction takes place.
  • the optical system 72 is shown in more detail in Fig. 5 in a perspective view and in Fig. 6 in a sectional view. In this case, the illustration without the dispersing device 78 is shown to simplify the illustration.
  • the optical system 72 comprises an integral body including both a retroreflector portion 82, a first imaging portion 84 for imaging an object point 12 in the object plane 20, in the example the plane in which the value document 50 on the sensor 68 is transferred to a linear intermediate image 22 on the retroreflector section 82 and a second imaging section 86 which images the partially specular and partially retroreflected intermediate image of the retroreflector section onto a pixel 14 in an image plane when applied to the sensor 68 in the plane the receiving elements 76 is located.
  • the body may, for example, be made of a material transparent to optical radiation in the spectral range to be examined by the sensor, for example a suitable plastic or glass.
  • the refractive index at least in the area of the retroreflector section 82 is present. yakweise chosen so that the retroreflection occurs by total reflection. Otherwise or in addition, the corresponding retroreflective surface of the retroreflector section 16 may be mirrored, for example by applying a suitable layer.
  • the retroreflector section 82 is constructed like the retroreflector section 16, but the base body 88 is designed differently on its side facing away from the retroreflective structure, since it also forms the first and second imaging sections 84 and 86 at the same time. Since the retroreflector portion 82 is constructed like the retroreflector portion 16 and the characteristics of the retroreflector portion 82 correspond to those of the retroreflector portion 16, the same reference numerals as above are used for the same elements, planes, and images, and the corresponding explanations apply here as well.
  • the imaging sections are mirror-symmetrical with respect to a plane orthogonal to the plane retroreflector section 82 and parallel to the second plane of incidence 32, respectively.
  • Imaging section 84 acts as a cylinder optic which, as previously described, images a point in the object plane into a line-shaped intermediate image 22 on retroreflector section 82, and at the same time bends the beam path such that an almost orthogonal incidence of the radiation onto retroreflector section 82 he follows. This has the advantage that the occurrence of stray light is reduced.
  • the imaging section 84 has for this purpose a first curved surface section 90 with the shape of a cylinder section, the radius of which is selected such that it images the point in the plane of the object to an infinite extent.
  • a second, the first surface portion 90 opposite surface portion 92 of the body 88 is formed, for example by a reflective layer, as a linear parabolic mirror.
  • the cylinder axis 94 of the first curved surface portion 90 and the longitudinal axis 96 of the second curved surface portion 92 are aligned parallel to each other, so that they are parts of a Zy-cylinder optics.
  • the longitudinal axis 96 lies in the optical plane of the first surface portion 90.
  • the parabolic axis 98 of the parabolic mirror is inclined with respect to the first surface portion 90 such that an angle between the plane through the cylinder axis of the first curved surface portion 90 and the longitudinal axis 96 of FIG second surface portion 92 and the parabolic axis 98 between 35 ° and 55 °, preferably 40 ° and 50 °, in the example at 42 °.
  • the beam path is folded or bent in the direction of the retroreflector section 82.
  • the curvature of the second surface portion 92 is selected so that the focal line of the parabolic mirror lies on or in the retroreflector section 82, so that an object point 12 in the object plane 20 is aligned or a line-shaped intermediate image on or in the retroreflector section 82 is shown.
  • the curvature of the second surface portion 92 and the parabolic mirror is further selected so that the focal length is smaller than that of the first surface portion 90. As a result, the distance to the retroreflector 82 can be kept low. Furthermore, a smaller intermediate image is formed on this, which helps to reduce the aberrations caused by the optical system.
  • an aperture 100 which extends orthogonally to the plane of the retroreflector section 82 or parallel to the second plane of incidence is formed Side is limited by the retroreflector section 82.
  • the end of a gap 102 in the base body 88 which extends orthogonal to the plane of the retroreflector section 82 between said regions of the base body 88 and at a small distance, in the example of about 0.1 mm, ends above the retroreflector section 82.
  • the gap limiting surfaces of the body 88 are formed or designed, for example, by coating with a non-transparent material, that a diaphragm for the beam path of the optical system is formed. In other embodiments, the gap could also be replaced by another element which delimits the beam path, for example an opaque layer.
  • the diaphragm 100 therefore runs with its longitudinal extent parallel to the second plane of incidence and in a mirror symmetry plane of the optical system.
  • this aperture 100 reduces scattered light, which can result from multiple reflection on unused surfaces of the base body 88 and on the optically active surfaces themselves. But since it ultimately also limits the intermediate image 22 on the retroreflector section 82, it also acts as visual field stop.
  • the sensor 68 does not need to have any slit-shaped illumination of the value document 50 or a slit-shaped field diaphragm arranged directly above the value document in order to obtain a slit-shaped image necessary for the spectral decomposition by means of the dispersing device 78.
  • the aperture 100 is in this context in particular aligned so that the image of its narrow side on the receiver 74 extends transversely to the spectral splitting.
  • the imaging can take place solely through the first arched surface section, while the second surface section is flat and only serves to bend the beam path.
  • the optical axes or planes of the imaging section may be arranged parallel to each other inclined relative to each other instead of as in the previous examples, whereby the kink of the beam path of the sensor can be compensated by the dispersing device 78.
  • Another embodiment of a sensor differs from the embodiment in FIG. 4 in that another embodiment of an optical system replaces the optical system 72.
  • the optical system 104 differs from the optical system 72 in that it comprises two plane retroreflector sections 106 and 106 ', on each of which a line-shaped intermediate image of an object point 12 in the object plane 20 is generated.
  • the retroreflector portions 106 and 106 ' are formed the same and arranged parallel to each other so that their first and second incident planes are parallel to each other.
  • the optical system 104 is again formed by a base 108 which includes both the retroreflector portions 106 and 106 'and first and second imaging portions 110 and 112.
  • the body 108 is symmetrical about a median plane 114 that is parallel to the planes of the retroreflector portions 106 and 106 'midway therebetween.
  • the areas of the body 108 on both sides of the median plane 114 are each shaped like the body 88, but the first domed surface portion 90 and its counterpart in the second imaging portion are replaced by common arched surface portions 116 and 118 which are also cylindrically shaped. however, their cylinder axes lie in the middle plane 114.
  • second reflective domed linear parabolic mirror forming surface portions 120 which form the incident plane 28 components of the parallel beam coming from the domed surface portion 116 from the object point 12 to the respective retroreflector portions 106 and 106 ', respectively focus on a linear intermediate image.
  • Corresponding surfaces 120 parallelize the components of the beam emanating from the intermediate image parallel to the plane of incidence 32, which are then focused by the curved surface section 118 onto the pixel.
  • One half of a bundle of rays emanating from an object point in the plane of the object is therefore subtracted from the region of the main body 108 in FIG. 7 above the center plane 114, the other half of the bundle of rays from the lower region of the main body 108 in FIG. forms.
  • This embodiment offers the advantage that the imaging characteristics are also more symmetrical in the direction orthogonal to the medial plane.
  • the lighting can also be clocked.
  • the illumination device may also be designed for the emission of infrared radiation or of infrared radiation and visible light.
  • the base bodies 88 and 108 can be produced inexpensively by injection molding from a suitable plastic or by embossing suitable glass.
  • Another embodiment may differ from the embodiment in Fig. 5 in that the parabolic mirror 92 is mirrored by appropriate choice of the material by total reflection.

Abstract

The invention relates to an optical system having a flat anisotropic retroreflector section, which specularly reflects radiation components in a first plane of incidence but retroreflects radiation components in a second plane of incidence, a first imaging section, which produces a linear intermediate image on the retroreflector section from an object point in an object plane at a specified relative position to the system, which intermediate image extends along a line in the second plane of incidence, and a second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into an image point.

Description

Optisches System und Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten mit einem solchen optischen System Optical system and sensor for testing value documents with such an optical system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere ein abbildendes optisches System, einen Sensor zur Prüfung von Wertdokumenten mit einem solchen optischen System und ein Verfahren zur Abbildung eines Gegenstandspunktes.The present invention relates to an optical system, in particular an imaging optical system, a sensor for checking value documents with such an optical system and a method for imaging an object point.
Unter Wertdokumenten werden dabei blattförmige Gegenstände verstanden, die beispielsweise einen monetären Wert oder eine Berechtigung repräsentieren und daher nicht beliebig durch Unbefugte herstellbar sein sollen. Sie weisen daher nicht einfach herzustellende, insbesondere zu kopierende Merkmale auf, deren Vorhandsein ein Indiz für die Echtheit, d.h. die Herstellung durch eine dazu befugten Stelle, ist. Wichtige Beispiele für solche Wertdokumente sind Karten, Coupons, Gutscheine, Schecks und insbesondere Banknoten. Banknoten im Sinne der Erfindung sind blattförmig.Under value documents are understood leaf-shaped objects that represent, for example, a monetary value or an authorization and therefore should not be arbitrarily produced by unauthorized persons. They therefore have features which are not easy to manufacture, in particular to be copied, whose presence is an indication of the authenticity, i. the manufacture by an authorized agency. Important examples of such value documents are cards, coupons, vouchers, checks and in particular banknotes. Banknotes in the context of the invention are leaf-shaped.
Unter optischen Systemen im allgemeinen werden im Folgenden Systeme verstanden, die optische Strahlung beeinflussen, insbesondere deren Strahlenverlauf verändern. Optische Strahlung bezeichnet dabei in bekannter Weise elektromagnetische Strahlung im UV- und/ oder IR- und/ oder insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich.In the following, optical systems generally are understood to be systems which influence optical radiation, in particular change its beam path. Optical radiation refers in a known manner electromagnetic radiation in the UV and / or IR and / or in particular in the visible wavelength range.
Zur Untersuchung von Wertdokumenten werden häufig optische Sensoren verwendet, die ortsaufgelöst optische Eigenschaften eines zu untersuchenden Wertdokuments erfassen und dazu streifenförmige Bereiche auf dem Wertdokument wenigstens teilweise auf ein im wesentlichen zeilenf örmiges Feld von Empfangselementen abbilden. Die Empfangselemente bilden in Abhängigkeit von der auf diese fallenden Strahlung Empfangssignale, die zusammen ein Bild des jeweiligen Bereichs des Wertdokuments darstellen. Durch Bewegung des Wertdokuments quer zur Richtung der Zeile bzw. des Streifens kann durch sequentielle Erfassung solcher Bilder während der Bewegung an dem Sensor vorbei ein zweidimensionales Bildes des Wertdokuments erfaßt werden.For the investigation of value documents, optical sensors are often used which detect spatially resolved optical properties of a value document to be examined and, to this end, map strip-shaped areas on the value document at least partially to a substantially row-shaped field of receiving elements. The receiving elements form, as a function of the radiation incident on them, received signals which together form an image of the respective region of the value document. By moving the value document across the direction of the line or the Strip can be detected by sequentially capturing such images during movement past the sensor, a two-dimensional image of the value document.
Bei vielen Anwendungen ist es dabei wünschenswert, daß der Sensor sehr kompakt und preiswert aufgebaut werden kann. Die optische Auflösung dagegen braucht nicht immer hohen Anforderungen zu genügen. Sensoren mit konventionellen abbildenden Systemen, die nur Linsen oder Parabolspiegel verwenden, erfüllen bei zeilenf örmiger Abbildung diese Anf orde- rungen nicht immer in dem gewünschten Umfang. In der Vergangenheit wurden teilweise selbstf okussierende Lichtleiter, sogenannte SELFOCs, zu diesem Zweck eingesetzt, doch nimmt deren Verfügbarkeit ab. Dies gilt insbesondere für solche SELFOCs, die zur Erzielung von erforderlichen Tiefenschärfen erforderliche Schnittweiten aufweisen.In many applications, it is desirable that the sensor can be constructed very compact and inexpensive. In contrast, the optical resolution does not always have to meet high requirements. Sensors with conventional imaging systems, which use only lenses or parabolic mirrors, do not always meet these requirements with line-shaped imaging to the desired extent. In the past, partially self-focussing optical fibers, so-called SELFOCs, have been used for this purpose, but their availability is decreasing. This applies in particular to those SELFOCs which have required cutting widths to achieve required depth of field.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zur Abbildung von Bereichen eines Wertdokuments, ein entsprechendes Abbildungsverfahren und einen Sensor zur Erfassung von optischen Eigenschaften eines Wertdbkuments zu schaffen, die einen kompakten Aufbau auch ohne den Einsatz von SELFOCs ermöglichen.It is therefore the object of the present invention to provide an optical system for imaging areas of a document of value, a corresponding imaging method and a sensor for detecting optical properties of a document of value, which allow a compact construction even without the use of SELFOCs.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System mit einem ebenen anisotropen Retroreflektorabschnitt, der Strahlungskomponenten in einer ersten Einfallsebene spekular reflektiert, Strahlungskomponenten in einer zweiten Einfallsebene jedoch retroreflektiert, einem ersten abbildenden Abschnitt, der von einem Gegenstandspunkt in einer Gegenstandsebene in einer vorgegebenen Relativlage zu dem System ein linienförmiges Zwischenbild auf dem Retroreflektorabschnitt erzeugt, das sich entlang einer Linie in der zweiten Einfallsebene erstreckt, und einem zweiten abbildenden Abschnitt, mittels dessen das linienförmige Zwischenbild in einen Bildpunkt abgebildet wird.The object is achieved by an optical system having a planar anisotropic retroreflector section which specularly reflects radiation components in a first plane of incidence but retroreflects radiation components in a second plane of incidence, a first imaging section extending from an object point in an object plane in a predetermined relative position to the system generates a line-shaped intermediate image on the retroreflector section, which extends along a line in the second plane of incidence, and a second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into a pixel.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Abbildung eines Gegenstandspunktes, bei dem der Gegenstandspunkt auf ein linienförmiges Zwischenbild auf einem anisotropen Retroreflektorabschnitt so abgebildet wird, daß sich das Zwischenbild mit seiner Längsrichtung in einer Einfallsebene erstreckt, in der Retroreflektorabschnitt retroreflektierend wirkt, und bei dem das Zwischenbild auf einen Bildpunkt abgebildet wird. Unter der Längsrichtung des Zwischenbildes wird dabei insbesondere die Richtung der Linie verstanden, die durch das Zwischenbild gebildet wird.The object is further achieved by a method for imaging an object point, in which the object point is imaged onto a linear intermediate image on an anisotropic retroreflector section such that the intermediate image extends with its longitudinal direction in an incidence plane in which the retroreflector section is retroreflective and in which the intermediate image is displayed on a pixel. The longitudinal direction of the intermediate image is understood in particular to be the direction of the line formed by the intermediate image.
Darunter, daß der Retroreflektorabschnitt eben ist, wird verstanden, daß Strahlen, die aus der gleichen Richtung auf den Retroreflektorabschnitt fallen bzw. parallel sind, aber an verschiedenen Orten auf diesen treffen, in jeweils gleiche Richtungen reflektiert werden. Insbesondere kann der Retroreflektorabschnitt hierzu optisch wirksame, vorzugsweise gleich ausgebildete Strukturen aufweisen, die entlang einer Ebene angeordnet sind.From the fact that the retroreflector section is flat, it is understood that beams which are incident from the same direction on the retroreflector section, but which meet at different locations, are reflected in the same directions, respectively. In particular, the retroreflector section can for this purpose have optically effective, preferably identically formed structures, which are arranged along a plane.
Unter spekularer Reflexion in der ersten Einfallsebene wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß ein Strahl in der ersten Einfallsebene, der einen gegebenen Einfallswinkel mit einer Normalen auf die Ebene des Retroreflek- torabschnitts einschließt, von dem Retroreflektorabschnitt in einen neue Richtung, gegeben durch einen Ausfallwinkel gegenüber der Normalen auf die Ebene des Retroreflektorabschnitts, abgelenkt wird. Einfalls- und Ausfallswinkel sind dann wie üblich gleich. Bei Einfall orthogonal auf die Ebene des Retroreflektorabschnitts, d.h. einem Einfallswinkel von 0°, wird der Strahl in der ersten Einfallsebene auf sich zurückreflektiert. Unter den Begriffen "retroreflektiert" bzw. Retroreflexion wird im Rahmen der Erfindung dagegen verstanden, daß ein einfallender Strahl in der zweiten Einfallsebene und der aus der Retroreflexion des einfallendes Strahls resultierende retrore- flektierte Strahl parallel verlaufen, wobei ein gewisser Versatz der Strahlen voneinander in einer Richtung parallel zu der Ebene des Retroreflekto- rabschnitts gegeben sein kann. Je nach Typ des Retroreflektorabschnitts tritt dieses Verhalten allerdings nur in einem bestimmten Bereich von Einfallswinkeln auf. Soweit nichts anderes ausgeführt wird, wird im Rahmen der Erfindung davon ausgegangen, daß die einfallenden Strahlen in einem Winkelbereich liegen, in dem die Retroreflexion wenigstens in guter Näherung möglich ist.In the context of the invention, specular reflection in the first plane of incidence is understood to mean that a beam in the first plane of incidence, which includes a given angle of incidence with a normal to the plane of the retroreflector section, from the retroreflector section in a new direction, given by a reject angle is distracted from the normal to the level of the retroreflector section. Incidence and exit angles are then the same as usual. Upon incidence orthogonal to the plane of the retroreflector section, ie an angle of incidence of 0 °, the beam is reflected back in the first plane of incidence. The term "retroreflected" or retroreflection is used in the context of the invention By contrast, it is understood that an incident beam in the second plane of incidence and the retroreflected beam resulting from the retroreflection of the incident beam are parallel, with some offset of the beams from one another in a direction parallel to the plane of the retroreflective scan. However, depending on the type of retroreflector section, this behavior occurs only in a certain range of angles of incidence. Unless otherwise stated, it is assumed in the context of the invention that the incident rays are in an angular range in which the retroreflection is possible, at least in good approximation.
Ein anisotroper Retroreflektorabschnitt im Sinne der Erfindung kann beispielsweise einen Körper mit einer ebenen Oberfläche, beispielsweise eine Platte, aus einem transparenten Material aufweisen, auf bzw. in dessen ebe- ner Oberfläche ein Feld von parallel zu einer Geraden in der ersten Einfallsebene verlaufenden Prismen, vorzugsweise Dachkantprismen mit einem Prismenwinkel von 90°, ausgebildet ist. Die Prismen sorgen in der zweiten Einfallsebene für die Retroreflexion in an sich bekannter Weise, wobei die Reflexion an den Grenzflächen der Prismen durch Totalreflexion oder Refle- xion an einer spiegelnden Schicht auf der Oberfläche der Prismen gegeben sein kann.An anisotropic retroreflector section in the sense of the invention may, for example, comprise a body with a flat surface, for example a plate, of a transparent material, on or in the same surface of which a field of prisms running parallel to a straight line in the first plane of incidence, preferably Roof prisms with a prism angle of 90 °, is formed. In the second plane of incidence, the prisms provide retroreflection in a manner known per se, wherein the reflection at the boundary surfaces of the prisms can be given by total reflection or reflection at a reflecting layer on the surface of the prisms.
Verglichen mit einem einfachen Spiegel zeigt ein anisotroper Retroreflektorabschnitt im Sinne der Erfindung also ein ungewöhnliches Verhalten: Fällt ein Strahl aus einer vorgegebenen Richtung auf den anisotropen Retroreflektorabschnitt, so kann man sich vorstellen, daß sich der reflektierte Strahl dadurch ergibt, daß der einfallende Strahl bzw. die einfallende Strahlung in erste und zweite Richtungskomponenten zerlegbar ist, deren vektorielle Summe gerade die Richtung des einfallenden Strahls bzw. der einfallenden Strahlung wiedergibt und die in der ersten bzw. der zweiten Einfallsebene liegen. Die erste Richtungskomponente wird spekular, die zweite Richtungskomponente jedoch retroreflektiert und die beiden reflektierten Richtungskomponenten werden wieder vektoriell summiert bzw. überlagert. In der ersten Ebene erfolgt eine spekulare Reflexion, wobei gleichzeitig eine Retroreflexion in der zweiten Ebene stattfindet. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Richtung des einfallenden Strahls so vorgegeben ist, daß überhaupt eine Retroreflexion stattfinden kann. Im Fall der genannten Dachkantprismen als retroreflektierender Struktur kann dazu die Richtung des einfallenden Strahls so liegen, daß der Einfallswinkel der Komponente in der zweiten Einfallsebene kleiner als 45° ist.Compared with a simple mirror, an anisotropic retroreflector section in the sense of the invention thus exhibits an unusual behavior: If a beam falls from a predetermined direction onto the anisotropic retroreflector section, then it can be imagined that the reflected beam results from the incident beam or beam. the incident radiation can be decomposed into first and second directional components whose vectorial sum is precisely the direction of the incident beam or of the incident beam Radiation reproduces and lie in the first and the second plane of incidence. The first directional component becomes specular, but the second directional component is retroreflected and the two reflected directional components are again vectorially summed. In the first level, a specular reflection takes place, at the same time a retroreflection takes place in the second level. It is assumed that the direction of the incident beam is predetermined so that a retroreflection can take place at all. In the case of said roof prisms as a retroreflective structure to the direction of the incident beam may be so that the angle of incidence of the component in the second plane of incidence is less than 45 °.
Zur Abbildung wird mittels des ersten abbildenden Abschnitts, der entsprechend hierzu ausgebildet ist, ein Punkt bzw. Gegenstandspunkt aus einer vorgegebenen Gegenstandsebene auf den Retroreflektorabschnitt abgebildet, wobei das dort entstehende Zwischenbild allerdings nur linienförmig, vorzugsweise geradenf örmig, ist. Das erste abbildende System ist so ausgebildet und relativ zu dem anisotropen Retroreflektorabschnitt angeordnet, daß das linienförmige Zwischenbild in der zweiten Einfallsebene liegt, bzw. sich in dieser erstreckt. Die Linie entsteht dabei durch von dem Gegenstandspunkt ausgehende auseinanderlaufende Strahlen, die von dem ersten abbildenden Abschnitt nur so auf den Retroreflektorabschnitt gelenkt werden, daß sie unmittelbar vor dem Retroreflektorabschnitt in der zweiten Einfallsebene parallele oder insbesondere auseinanderlaufende Komponenten aufweisen, in der ersten Einfallsebene jedoch zusammenlaufen bzw. fokussiert werden. Da sich das Zwischenbild bzw. die Linie in der zweiten Einfallsebene erstreckt, werden die in dieser Einfallsebene liegenden Strahl- bzw. Strahlungskomponenten in ihre Einfallsrichtung zurückgeworfen, wobei allerdings in Abhängigkeit von dem Typ des Retroreflektorabschnitts, der Lage des einfallendes Strahls relativ zu dem Retroreflektorabschnitt, bei Verwendung von Dachkantprismen relativ zu der Dachkante eines der Dachkantprismen, und dem Einfallswinkel ein Versatz auftreten kann. Die Strahlungskomponenten in der ersten Einfallsebene werden dagegen spekular reflektiert, weswegen die einfallende Strahlung nicht auf sich selbst reflektiert, sondern abgelenkt wird. Die durch die Strahlungskomponenten in der zweiten Einfallsebene gebildeten retroreflektierten Strahlungskomponenten laufen nun wieder zusammen, während die anderen Komponenten wieder gebündelt werden müssen. Hierzu dient der zweite abbildende Abschnitt, mittels dessen das linienförmige Zwischenbild in einen Bildpunkt abgebildet wird. Diese Bildung des Bildpunktes erfolgt also unter Mitwirkung sowohl des anisotropen Retroreflektorabschnitts als auch des zweiten abbildenden Abschnitts.For imaging purposes, a point or object point from a given object plane is imaged onto the retroreflector section by means of the first imaging section, which is designed accordingly, the intermediate image formed there being, however, only linear, preferably straight-shaped. The first imaging system is formed and arranged relative to the anisotropic retroreflector section such that the linear intermediate image lies in or extends in the second plane of incidence. The line is formed by divergent beams emanating from the object point, which are directed by the first imaging section only to the retroreflector section in such a way that they have parallel or in particular diverging components in the second plane of incidence immediately before the retroreflector section, but converge in the first incidence plane to be focused. Since the intermediate image or the line extends in the second plane of incidence, the beam or radiation components lying in this plane of incidence are reflected in their direction of incidence, although depending on the type of retroreflector section, the position of the incident beam relative to the retroreflector section, when using roof prisms relative to the roof edge of one of the roof prisms, and the angle of incidence may be offset. On the other hand, the radiation components in the first plane of incidence are specularly reflected, which is why the incident radiation is not reflected on itself, but is deflected. The retroreflected radiation components formed by the radiation components in the second plane of incidence now converge again while the other components must be re-focused. This purpose is served by the second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into a pixel. This formation of the pixel thus takes place with the cooperation of both the anisotropic retroreflector section and the second imaging section.
Dadurch, daß das Zwischenbild auf dem Retroreflektorabschnitt gebildet wird und in der ersten Einfallsebene eine nur kleine Ausdehnung hat, werden geometrische Fehler stark reduziert. Bei diesen kann es sich insbesondere um Fehler handeln, die durch die endliche Ausdehnung der retroreflektie- renden Strukturen in der ersten Einfallsebene und durch schrägen Einfall auf diese in der zweiten Einfallsebene und dadurch auftretende Unterschiede in der Länge der optischen Wege zwischen dem Gegenstandspunkt und dem Retroreflektorabschnitt in der zweiten Einfallsebene entstehen können. Gleichzeitig ist es möglich, ein kompaktes optisches System aufzubauen, in dem keine SELFOCS verwendet zu werden brauchen. Darüber hinaus kön- nen solche Systeme sehr unterschiedliche Schnittweiten aufweisen und so einfach auf gegebene Anforderungen, insbesondere auch größere Tiefenschärfen, angepaßt werden. Weiter können sie bei geeigneter Ausbildung einfach gefertigt werden. Damit der Bildpunkt möglichst scharf wird, ist das optische System vorzugsweise so ausgebildet ist, daß es eine 1:1- Abbildung bewirkt. In besonders einfacher Weise kann dies dadurch erhalten werden, daß die beiden abbildenden Abschnitte gleiche Abbildungseigenschaften, beispielsweise gleiche Brennweiten und/ oder Schnittweiten, besitzen.The fact that the intermediate image is formed on the retroreflector section and has only a small extent in the first plane of incidence, geometric errors are greatly reduced. These may be, in particular, errors due to the finite extent of the retroreflective structures in the first plane of incidence and oblique incidence thereon in the second plane of incidence, and thereby differences in the length of the optical paths between the point of object and the retroreflector section can arise in the second incidence level. At the same time, it is possible to construct a compact optical system in which no SELFOCS need to be used. In addition, such systems can have very different cutting widths and can thus be easily adapted to given requirements, in particular also greater depth of field. Next, they can be easily manufactured with suitable training. In order for the pixel to be as sharp as possible, the optical system is preferably designed such that it effects a 1: 1 imaging. In a particularly simple manner, this can be obtained by the fact that the two imaging sections have the same imaging properties, for example the same focal lengths and / or cutting widths.
Die Erzeugung des Zwischenbildes kann prinzipiell auf beliebige Art und Weise erfolgen. Vorzugsweise weist bei dem optischen System jedoch wenigstens einer der abbildenden Abschnitte wenigstens eine Zylinderoptik, vorzugsweise eine Zylinderlinse und/ oder einen Zylinder- oder Parabolspiegel auf, die vorzugsweise das Zwischenbild erzeugt. Unter einer Zylinderoptik wird hierbei eine Optik verstanden, die für Strahlen in einer durch die Zylinderoptik gegebenen Ebene abbildende, d.h. insbesondere bündelnde, Eigenschaften aufweist, für Strahlen in einer dazu orthogonalen Ebene jedoch nicht. Unter einer Zylinderlinse wird dabei ein transparenter Körper oder ein Abschnitt eines transparenten Körpers verstanden, der wenigstens einen Oberflächenabschnitt mit der Form eines Zylinderabschnitts aufweist oder eine asphärische Optik mit entsprechenden Abbildungseigenschaften bildet. Entsprechend wird unter einem Zylinderspiegel ein Abschnitt einer reflektierenden Oberfläche oder eine reflektierende Schicht verstanden, der zylindrisch geformt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Abbildung mit sehr einfachen Mitteln erzeugt werden kann.The generation of the intermediate image can in principle be done in any manner. However, in the optical system, at least one of the imaging sections preferably has at least one cylindrical optics, preferably a cylindrical lens and / or a cylindrical or parabolic mirror, which preferably generates the intermediate image. In this case, a cylinder optics is understood to mean optics which are representative of beams in a plane given by the cylinder optics, i. particular bundling, has properties for rays in an orthogonal plane but not. In this case, a cylindrical lens is understood to mean a transparent body or a section of a transparent body which has at least one surface section with the shape of a cylindrical section or forms an aspherical lens with corresponding imaging properties. Accordingly, a cylindrical mirror is understood to mean a section of a reflective surface or a reflective layer which is cylindrically shaped. This embodiment has the advantage that the image can be generated with very simple means.
Vorzugsweise ist bei dem optischen System im Strahlengang zwischen we- nigstens einem der abbildenden Abschnitte und dem Retroreflektorabschnitt ein reflektierendes Element angeordnet. Diese Ausführungsform erlaubt es, den Gesamtstrahlengang des optischen Systems, insbesondere in der ersten Einfallsebene, wenigstens einmal zu knicken oder zu falten. Im einfachsten Fall kann das reflektierende Element durch eine vorzugsweise reflektieren- de, insbesondere totalreflektierende Oberfläche eines transparenten Körpers gegeben sein. Das System kann so gestaltet sein, daß wenigstens einer der abbildenden Abschnitte den Strahlengang abknickt oder faltet. Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau des Systems.Preferably, in the optical system in the beam path between at least one of the imaging sections and the retroreflector section, a reflective element is arranged. This embodiment makes it possible to bend or fold the total beam path of the optical system, in particular in the first incidence plane, at least once. In the simplest case, the reflective element can be replaced by a preferably reflective de, in particular be given totally reflecting surface of a transparent body. The system may be designed so that at least one of the imaging sections kinks or folds the beam path. This allows a particularly compact design of the system.
Insbesondere kann bei dem optischen System wenigstens einer der abbildenden Abschnitte eine Zylinderlinse und ein abbildendes reflektierendes Element, vorzugsweise einen Parabol- oder Zylinderspiegel, umfassen, die vorzugsweise zur Bildung des Zwischenbildes bzw. der Abbildung des Zwi- schenbildes dienen. Das abbildende System erfüllt dann gleich zwei Funktionen, nämlich die Erzeugung des Zwischenbildes bzw. die Abbildung des Zwischenbildes und das Knicken bzw. Falten des Strahlengangs. Bei einer besonders günstigen Ausführungsform kann vorzugsweise der Strahlengang zwischen der Zylinderlinse und dem abbildenden reflektierenden Element projiziert auf eine Ebene orthogonal zu der Zylinderachse, vorzugsweise in der ersten Einfallsebene, parallel sein bzw. verlaufen.In particular, in the optical system of at least one of the imaging sections may comprise a cylindrical lens and an imaging reflective element, preferably a parabolic or cylindrical mirror, which preferably serve to form the intermediate image or the image of the intermediate image. The imaging system then fulfills two functions, namely the generation of the intermediate image or the image of the intermediate image and the folding or folding of the beam path. In a particularly favorable embodiment, preferably the beam path between the cylindrical lens and the imaging reflective element projected onto a plane orthogonal to the cylinder axis, preferably in the first plane of incidence, be parallel or run.
Bei dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, daß das abbildende reflektierende Element durch eine reflektierende Oberfläche eines die Zylin- derlinse bildenden Körpers gebildet ist. Dies ermöglicht es, den jeweiligen abbildenden Abschnitt einstückig auszubilden, was nicht nur eine einfache Fertigung erlaubt, sondern auch eine gute Ausrichtung der Zylinderlinse und des abbildenden reflektierenden Elements, insbesondere auch aufeinander, sicherstellt.In this embodiment, it is particularly preferred that the imaging reflective element is formed by a reflective surface of a cylindrical lens-forming body. This makes it possible to form the respective imaging section in one piece, which not only allows a simple production, but also ensures a good alignment of the cylindrical lens and the imaging reflective element, in particular also on each other.
Weiter ist es bevorzugt, daß wenigstens einer der abbildenden Abschnitte, vorzugsweise die beiden optischen Abschnitte und der Retroreflekto- rabschnitt zusammen einstückig ausgebildet ist bzw. sind. Auch dies ermöglicht eine besonders einfache Fertigung. Der abbildende Abschnitt kann dann insbesondere wie im vorhergehenden Absatz beschrieben ausgebildet sein.Furthermore, it is preferred that at least one of the imaging sections, preferably the two optical sections and the retroreflector section, are or are formed together in one piece. This also allows a particularly simple production. The imaging section can then be designed in particular as described in the preceding paragraph.
Weiter ist es bevorzugt, daß in der zweiten Einfallsebene eine Blende, vor- zugsweise eine Spaltblende, ausgebildet ist, deren Rand wenigstens teilweise durch den Retroreflektorabschnitt gebildet ist. Ein dem Retroreflekto- rabschnitt gegenüberliegender Randabschnitt der Blende kann dann in einem vorgegebenen Abstand zu der Ebene des Retroreflektorabschnitts verlaufen. Diese Ausbildung bietet gleich zwei Vorteile. Zum einen kann die Blende Streulicht reduzieren, die durch Mehrfachreflexionen je nach deren Ausbildung an den abbildenden Abschnitten entstehen. Zum anderen kann sie das Zwischenbild begrenzen und so als Gesichtsfeldblende wirken, was den Aufbau des optischen Systems stark vereinfacht. Vorzugsweise ist die Blende dann in der Mittelebene des Strahlengangs im Bereich des Retrore- flektorabschnitts angeordnet.It is further preferred for a diaphragm, preferably a slit diaphragm, to be formed in the second plane of incidence, the edge of which is at least partially formed by the retroreflector section. An edge section of the diaphragm opposite the retroreflector section can then run at a predetermined distance from the plane of the retroreflector section. This training offers two advantages. On the one hand, the diaphragm can reduce scattered light, which arises as a result of multiple reflections depending on their design at the imaging sections. On the other hand, it can limit the intermediate image and thus act as a visual field diaphragm, which greatly simplifies the structure of the optical system. Preferably, the diaphragm is then arranged in the center plane of the beam path in the region of the retroreflector section.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, insbesondere bei einer Ausbildung für eine 1:1- Abbildung, dadurch, daß das optische System spiegel- symmetrisch in Bezug auf eine Ebene bzw. Spiegelebene parallel zu der zweiten Einfallsebene aufgebaut ist. Insbesondere kann die Ebene das Zwischenbild auf dem Retroreflektorabschnitt wenigstens näherungsweise schneiden. Wird eine Blende in der zweiten Einfallsebene vorgesehen, liegt diese vorzugsweise in der genannten Spiegelebene.A particularly simple construction results, in particular in a design for a 1: 1 imaging, in that the optical system is constructed mirror-symmetrically with respect to a plane or mirror plane parallel to the second plane of incidence. In particular, the plane can at least approximately intersect the intermediate image on the retroreflector section. If a diaphragm is provided in the second plane of incidence, it is preferably located in the aforementioned mirror plane.
Bei einer anderen Weiterbildung weist das optische System parallel zu dem Retroreflektorabschnitt einen weiteren ebenen anisotropen Retroreflektorabschnitt auf. Der erste abbildende Abschnitt kann dann so ausgebildet sein, daß er ein weiteres linienf örmiges Zwischenbild des Gegenstandspunkts auf dem weiteren Retroreflektorabschnitt erzeugt. Der zweite abbildende Ab- schnitt ist dann vorzugsweise so ausgebildet, daß er das weitere linienförmi- ge Zwischenbild auf den Bildpunkt abbildet. Vorzugsweise sind die beiden Retroreflektorabschnitte parallel zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt ist das System spiegelsymmetrisch zu einer Ebene parallel zu den Re- troreflektorabschnitten.In another development, the optical system has a further plane anisotropic retroreflector section parallel to the retroreflector section. The first imaging section can then be designed to produce a further linear intermediate image of the object point on the further retroreflector section. The second depicting Cut is then preferably formed so that it images the further linear intermediate image on the pixel. Preferably, the two retroreflector sections are arranged parallel to one another. Particularly preferably, the system is mirror-symmetrical to a plane parallel to the reflector reflector sections.
Ein erfindungsgemäßes optisches System kann vorteilhaft bei Sensoren für Wertdokumente eingesetzt werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Sensor zur Erfassung von optischen Eigenschaften eines Wertdo- kuments mit einem erfindungsgemäßen optischen System, das insbesondere einen Bereich des untersuchenden Wertdokuments abbildet.An inventive optical system can be used advantageously in sensors for documents of value. The invention therefore also relates to a sensor for detecting optical properties of a value document having an optical system according to the invention, which images in particular a region of the document of value under investigation.
Als besonders vorteilhaft erweist sich das optische System bei Sensoren, die von dem Gegenstandspunkt ausgehende optische Strahlung spektral zerle- gen und die Spektralkomponenten erfassen. Der im vorhergehenden Absatz genannten Sensor kann dann insbesondere eine dem optischen System nach- geordnete dispergierende Einrichtung und ein Feld von Empfangselementen zum Empfang verschiedener, durch die dispergierende Einrichtung erzeugter Spektralkomponenten aufweisen. Das Feld von Empfangselementen kann insbesondere für die Strahlung von einem Gegenstandspunkt eine Zeile von Empfangselementen aufweisen, die so relativ zu der dispergierenden Einrichtung angeordnet ist, daß verschiedene Empfangselemente der Zeile verschiedene Spektralkomponenten empfangen bzw. erfassen. Das optische System bildet dann im Ergebnis in Verbindung mit der dispergierenden Ein- richtung jeweils eine Spektralkomponente bzw. Spektralkomponenten aus einem vorgegebenen Wellenlängenbereich auf ein entsprechendes der Empfangselemente ab. Insbesondere kann die dispergierende Einrichtung als dispergierendes Element ein beugendes Element, beispielsweise ein Gitter, oder vorzugsweise ein Prisma aufweisen. Weiter kann der Sensor vorzugsweise eine Strahlungsquelle aufweisen, die optische Strahlung, vorzugsweise Strahlung im sichtbaren und/ oder IR- Wellenlängenbereich, auf den Bereich der Gegenstandsebene des optischen Systems in einem Erfassungsbereich des Sensors, d.h. einem Bereich der Gegenstandsebene, der auf die Empfangselemente abgebildet wird, abgibt. Vorzugsweise erzeugt die Strahlungsquelle ein streifenförmiges Beleuchtungsmuster.The optical system proves to be particularly advantageous in the case of sensors which spectrally dissect the optical radiation emanating from the object point and detect the spectral components. The sensor referred to in the preceding paragraph may then in particular comprise a dispersing device arranged downstream of the optical system and a field of receiving elements for receiving various spectral components generated by the dispersing device. The array of receiving elements, in particular for the radiation from an object point, may comprise a row of receiving elements arranged relative to the dispersing device such that different receiving elements of the line receive different spectral components. As a result, in combination with the dispersing device, the optical system then forms in each case a spectral component or spectral components from a predetermined wavelength range onto a corresponding one of the receiving elements. In particular, the dispersing device may have, as a dispersing element, a diffractive element, for example a grating, or preferably a prism. Furthermore, the sensor may preferably have a radiation source, the optical radiation, preferably radiation in the visible and / or IR wavelength range, on the region of the object plane of the optical system in a detection range of the sensor, ie a region of the object plane that is imaged onto the receiving elements , gives up. Preferably, the radiation source generates a stripe-shaped illumination pattern.
Die Erfindung wird im Folgenden noch weiter beispielhaft an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be further explained by way of example with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer sehr einfachen Ausführungsform eines optischen Systems,1 is a schematic view of a very simple embodiment of an optical system,
Fig. 2 eine schematische Ansicht auf einen Teil eines Retroreflektorab- schnitts in Fig. 1,2 shows a schematic view of a part of a retroreflector section in FIG. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Wertdokumenten,3 shows a schematic representation of a device for processing value documents,
Fig. 4 eine schematische teilweise Darstellung eines Sensors der Vorrichtung in Fig. 3, der zur Erfassung optischer Eigenschaften von Wertdokumenten ausgebildet ist,4 shows a schematic partial representation of a sensor of the device in FIG. 3, which is designed to detect optical properties of value documents,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines optischen Systems des Sensors in Fig. 4 in Form eines als erster und zweiter abbildender Abschnitt und Retroreflektorabschnitt dienenden Körpers, Fig. 6 eine Ansicht eines Strahlengangs in dem Körper in Fig. 5 von einer Seite, und5 shows a perspective view of an optical system of the sensor in FIG. 4 in the form of a body serving as first and second imaging section and retroreflector section, FIG. Fig. 6 is a view of an optical path in the body in Fig. 5 from one side, and
Fig. 7 eine Ansicht eines Strahlengangs eines als erster und zweiter abbil- dender Abschnitt und Retroreflektorabschnitt dienenden Körpers eines optischen Systems nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.7 shows a view of an optical path of a body of an optical system serving as first and second imaging section and retroreflector section according to a further preferred embodiment.
Ein optisches System 10 in Fig. 1 dient zur Abbildung eines Gegenstands- punktes 12 auf einen Bildpunkt 14. Dazu besitzt es einen ebenen anisotropen Retroreflektorabschnitt 16, einen ersten abbildenden Abschnitt 18, der von dem Gegenstandspunkt 12, der in einer Gegenstandsebene 20 in einer vorgegebenen Relativlage zu dem System 10 liegt, ein linienförmiges Zwischenbild 22 auf dem Retroreflektorabschnitt 16 erzeugt, und einen zweiten abbil- denden Abschnitt 24, mittels dessen das linienförmige Zwischenbild 22 in den Bildpunkt 14 abgebildet wird.An optical system 10 in FIG. 1 is used to image a subject spot 12 onto a pixel 14. For this purpose, it has a planar anisotropic retroreflector section 16, a first imaging section 18, which extends from the object spot 12 in an object plane 20 in a predetermined Relative position to the system 10 is formed, a line-shaped intermediate image 22 on the retroreflector section 16 generates, and a second imaging section 24, by means of which the line-shaped intermediate image 22 is imaged in the pixel 14.
Der Begriff "Abbildung" im Sinne der Erfindung umfaßt dabei auch den Fall, daß die Abbildung nicht perfekt scharf ist, sondern eine durch die Kompo- nenten des optischen Systems begrenzte Auflösung aufweist.The term "imaging" in the context of the invention also includes the case that the image is not perfectly sharp, but has a limited by the components of the optical system resolution.
Der ebene anisotrope Retroreflektorabschnitt 16 reflektiert Strahlungskomponenten 26 in einer ersten Einfallsebene 28 spekular; Strahlungskomponenten 30 in einer zweiten Einfallsebene 32 werden jedoch retroreflektiert, d.h. in dieselbe Richtung, aus der sie kommen, bzw. parallel zur der Richtung, aus der sie kommen, zurückgeworfen. Stellt man die Ausbreitungsrichtung der Strahlung lokal als Vektor dar, bedeutet dies, daß die Strahlung als Überlagerung von zwei Vektorkomponenten in der ersten und der zweiten Einfallsebene darstellbar ist. Die von dem Retroreflektorabschnitt 16 zurückge- worfene Strahlung breitet sich dann in einer Richtung aus, die durch Komponenten in den beiden Einfallsebenen gegeben ist. Die Komponente in der ersten Einfallsebene entspricht spekularer Reflexion, die Komponente in der zweiten Einfallsebene entspricht Retroreflexion.The planar anisotropic retroreflector section 16 specularly reflects radiation components 26 in a first plane of incidence 28; Radiation components 30 in a second plane of incidence 32, however, are retroreflected, that is, reflected in the same direction from which they come or parallel to the direction from which they come. If the propagation direction of the radiation is represented locally as a vector, this means that the radiation can be represented as a superposition of two vector components in the first and the second plane of incidence. The signals returned by the retroreflector section 16 Thrown radiation then propagates in a direction given by components in the two planes of incidence. The component in the first plane of incidence corresponds to specular reflection, the component in the second plane of incidence corresponds to retroreflection.
Die Lage der ersten und zweiten Einfallsebene zueinander hängt von der Ausbildung des Retroreflektorabschnitts ab. Im Beispiel sind die ersten und zweiten Einfallsebenen 28 und 32 orthogonal zueinander orientiert.The position of the first and second planes of incidence relative to one another depends on the design of the retroreflector section. In the example, the first and second incidence planes 28 and 32 are orthogonal to each other.
Der Retroreflektorabschnitt 16 ist eben, d.h. die oben genannten Reflexionseigenschaften sind unabhängig davon, an welcher Stelle die Strahlen von dem abbildenden Abschnitt auf den Retroreflektorabschnitt fallen.The retroreflector section 16 is flat, i. the above reflection properties are independent of where the rays fall from the imaging section to the retroreflector section.
Der Retroreflektorabschnitt 16 umfaßt im vorliegenden Beispiel als anisotrop reflektierende Struktur entlang parallel zueinander verlaufender Geraden verlaufende, in gleichen Abständen zueinander angeordnete, langgestreckte symmetrische Prismen 34, genauer Dachkantprismen mit einem Prismenwinkel von 90°, die in einer ebenen Oberfläche eines Grundkörpers 36 geformt sind. Da der Retroreflektorabschnitt 16 eben ausgebildet ist, liegen sich entsprechende Kanten der Prismen 34 jeweils wenigstens näherungsweise in einer Ebene. Der Querschnitt der Prismen 34 orthogonal zu der Längserstreckung, d.h. in der zweiten Einfallsebene, hat im Beispiel die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem Scheitelwinkel α von 90° und eine Basisbreite B von etwa 300 μm. Der Brechungsindex des Materials der Prismen ist so gewählt, daß die Retroreflexion durch zweimalige Totalreflexion an den Flanken der Prismen erfolgt. Die Retroreflexion tritt dabei vorzugsweise über einen ganzen Bereich von Einfallswinkeln auf die Ebene des Retroreflektorabschnitts 16 bzw. der Prismenanordnung auf. Der erste und der zweite abbildende Abschnitt 18 bzw. 24 sind im Beispiel zur Erzielung einer 1:1- Abbildung in Verbindung mit dem Retroreflektor- abschnitt 16 ausgebildet und besitzen hierzu gleiche Abbildungseigenschaften. Dazu sind sie gleich ausgebildet und umfassen jeweils Zylinderlinsen 38 und 40 gleicher Brennweiten bzw. Schnittweiten.The retroreflector section 16 comprises in the present example as an anisotropically reflecting structure along mutually parallel straight lines extending, equally spaced, elongated symmetrical prisms 34, more precisely roof prisms with a prism angle of 90 °, which are formed in a flat surface of a base 36. Since the retroreflector section 16 is planar, corresponding edges of the prisms 34 are each at least approximately in one plane. The cross section of the prisms 34 orthogonal to the longitudinal extent, ie in the second plane of incidence, in the example has the shape of an isosceles triangle with a vertex angle α of 90 ° and a base width B of about 300 μm. The refractive index of the material of the prisms is chosen so that the retroreflection takes place by twice total reflection on the flanks of the prisms. The retroreflection preferably occurs over an entire range of angles of incidence on the plane of the retroreflector section 16 or the prism arrangement. The first and the second imaging section 18 and 24 are formed in the example to achieve a 1: 1 imaging in conjunction with the Retroreflektor- section 16 and have this same imaging properties. For this purpose, they are the same and each comprise cylindrical lenses 38 and 40 of the same focal lengths or cutting widths.
Der erste abbildende Abschnitt 18, im Beispiel die Zylinderlinse 38, ist so angeordnet, daß sie den Gegenstandspunkt 12 in der Gegenstandsebene 20 in das linienförmige Zwischenbild 22 auf dem Retroreflektorabschnitt 16, genauer den Bereich der Prismen 34 abbildet. Der erste abbildende Abschnitt 18 und insbesondere dessen Zylinderlinse 38 sind so relativ zu dem Retroreflektorabschnitt 16 angeordnet, daß sich das linienförmige Zwischenbild wenigstens in guter Näherung entlang einer Linie in der zweiten Einfallsebene erstreckt. Die Gegenstandsebene 20 verläuft wenigstens näherungsweise or- thogonal zu einer optischen Ebene 42 der Zylinderlinse, d.h. einer Ebene durch die Zylinderlinsenachse, bezüglich derer die Abbildungseigenschaften der Zylinderlinse spiegelsymmetrisch sind. Diese Ebene verläuft im Beispiel durch die Zylinderlinsenachse und die Scheitellinie der Zylinderlinse.The first imaging section 18, in the example the cylindrical lens 38, is arranged so that it images the object point 12 in the object plane 20 into the linear intermediate image 22 on the retroreflector section 16, more precisely the area of the prisms 34. The first imaging section 18 and in particular its cylindrical lens 38 are arranged relative to the retroreflector section 16 such that the linear intermediate image extends at least to a good approximation along a line in the second plane of incidence. The object plane 20 is at least approximately orthogonal to an optical plane 42 of the cylindrical lens, i. a plane through the cylindrical lens axis, with respect to which the imaging properties of the cylindrical lens are mirror-symmetrical. In the example, this plane runs through the cylindrical lens axis and the apex line of the cylindrical lens.
Im allgemeinen werden von dem Gegenstandspunkt 12 ausgehende Strahlen, die durch den ersten abbildenden Abschnitt 18 auf den Retroreflektorabschnitt 16 gelenkt werden, schräg sowohl zu der ersten als auch der zweiten Einfallsebene 28 bzw. 32 auf den Retroreflektorabschnitt 16 fallen. Ein solcher Strahl wird entsprechend seiner Komponenten bzw. Richtungskom- ponenten, d.h. Projektionen eines Einheitsvektors entlang des einfallenden Strahls auf die Einfallsebenen, reflektiert: Die Komponente in der ersten Einfallsebene 28, d.h. die Projektion des Einheitsvektors auf die erste Einfallsebene 28, wird spekular in Richtung auf den Bildpunkt 14 reflektiert, die Komponente in der zweiten Einfallsebene 32, d.h. die Projektion des Ein- heitsvektors auf die zweite Einfallsebene 32, retroreflektiert. Die sich aus den spekular und retroreflektierten Komponenten ergebende Richtung des von dem Retroreflektorabschnitt 16 reflektierten Strahls ergibt sich durch vekto- rielle Addition der reflektierten Komponenten und ist auf den Bildpunkt 14 gerichtet. Insbesondere sorgt die Retroreflexion dafür, daß in einer Projektion auf die zweite Einfallsebene das linienförmige Zwischenbild wieder auf einen Punkt, den Bildpunkt 14, abgebildet werden kann.In general, beams emanating from the point of object 12 directed at the retroreflector section 16 by the first imaging section 18 will fall obliquely to both the first and second incident planes 28 and 32 on the retroreflector section 16, respectively. Such a beam is reflected according to its components or direction components, ie projections of a unit vector along the incident beam onto the planes of incidence. The component in the first incidence plane 28, ie the projection of the unit vector onto the first incidence plane 28, becomes specular in the direction reflected on the pixel 14, the component in the second plane of incidence 32, that is, the projection of the vector to the second plane of incidence 32, retroreflected. The direction of the beam reflected from the retroreflector section 16 resulting from the specular and retroreflected components results from vector addition of the reflected components and is directed at the pixel 14. In particular, the retroreflection ensures that in a projection onto the second plane of incidence, the linear intermediate image can again be imaged onto a point, the pixel 14.
Die Schärfe der Abbildung wird unter anderem von den Abbildungsfehlern bei der Retroreflexion an den Prismen und Beugung an den Prismen beeinflußt. Prinzipbedingt tritt bei der Retroreflexion ein von der Breite B der Prismenbasis abhängiger Versatz zwischen einfallendem und retroreflektierten Strahl in der zweiten Einfallsebene auf. Dadurch, daß der Gegenstandspunkt auf das linienförmige Zwischenbild auf einer retroreflektierenden Struktur des Retroreflektorabschnitts 16, im Beispiel die Prismen 34, abgebildet wird, werden diese Abbildungsfehler durch die Retroreflexion stark reduziert.The sharpness of the image is influenced, among other things, by the aberrations in the retroreflection at the prisms and the diffraction at the prisms. Due to the principle of retroreflection, an offset between incident and retroreflected beam, which depends on the width B of the prism base, occurs in the second plane of incidence. Since the object point is imaged onto the linear intermediate image on a retroreflective structure of the retroreflector section 16, in the example the prisms 34, these aberrations are greatly reduced by the retroreflection.
Ein optisches System, das nach dem Prinzip des oben beschriebenen opti- sehen Systems arbeitet, ist insbesondere in Sensoren zur optischen Untersuchung von Wertdokumenten einsetzbar.An optical system which operates on the principle of the optical system described above can be used in particular in sensors for the optical examination of documents of value.
Eine Wertdokumentbearbeitungsvorrichtung 44 in Fig. 3, im Beispiel eine Banknotenbearbeitungsvorrichtung, verfügt in einem Gehäuse 46 über ein Eingabefach 48 für die Eingabe von zu bearbeitenden Wertdokumenten 50, im Beispiel Banknoten, einen Vereinzier 52, der auf Wertdokumente 50 in dem Eingabefach 48 zugreifen und diese vereinzeln kann, eine Transporteinrichtung 54 zum Transport der vereinzelten Wertdokumente mit Weichen 56 und in Zweigen eines durch die Transporteinrichtung 54 gegebenen Transportpfades 58 in Transportrichtung nach den Weichen 56 jeweils Ausgabefächer 60 zur Aufnahme von mittels der Wertdokumentbearbeitungs- vorrichtung 44 bearbeiteter Wertdokumenten. Vor den Ausgabefächern 60 sind Staplerrädern 62 angeordnet. Weiter besitzt die Wertdokumentbearbei- tungsvorrichtung 44 entlang des durch die Transporteinrichtung 54 gegebenen Transportpfades 58 eine vor den Weichen 56 angeordnete Sensoranordnung 64 zur Erfassung von Eigenschaften entlang des Transportpfades 58 transportierter Wertdokumente 50 sowie eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 66, die wenigstens mit der Sensoranordnung 64 und den Weichen 56 über Signalverbindungen verbunden ist und zur Auswertung von wenigstens eine Eigenschaft eines von der Sensoranordnung 64 erfaßten Wertdokuments 50 wiedergebenden Sensorsignalen der Sensoranordnung 64 und Ansteuerung wenigstens einer der Weichen 56 in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung der Sensorsignale ausgebildet ist.A value-document processing device 44 in FIG. 3, in the example a bank-note processing device, has in a housing 46 an input pocket 48 for input of value documents 50 to be processed, in the example banknotes, a separator 52, which access value documents 50 in the input pocket 48 and these can singulate a transport device 54 for transporting the isolated value documents with switches 56 and in branches of a given by the transport device 54 Transport path 58 in the transport direction after the switches 56 each output compartments 60 for receiving processed by means of Wertdokumentbearbeitungs- device 44 value documents. Stacker wheels 62 are arranged in front of the output compartments 60. Furthermore, the value document processing device 44 possesses, along the transport path 58 given by the transport device 54, a sensor arrangement 64 arranged in front of the points 56 for detecting properties along the transport path 58 of transported value documents 50 and a control and evaluation device 66 connected at least to the sensor arrangement 64 and connected to the switches 56 via signal connections and is designed to evaluate at least one property of a sensed by the sensor arrangement 64 value document 50 reproducing sensor signals of the sensor assembly 64 and control of at least one of the switches 56 in response to the result of evaluation of the sensor signals.
Die Sensoranordnung 64 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel einen Sensor 68 zur Erfassung von optischen Eigenschaften der Wertdokumente, im Beispiel eines spektral aufgelösten Bildes der Wertdokumente, beispielsweise zur Prüfung auf Verschmutzungen, und/ oder zur Ermittlung des Nenn- wertes der Wertdokumente und/ oder zur Ermittlung der Echtheit der Wertdokumente entsprechend vorgegebenen Kriterien. Die Sensoranordnung kann weiter beispielsweise einen in Fig. 3 nicht gezeigten Ultraschallsensor zur Erfassung des Zustande von Wertdokumenten, beispielsweise des Vorhandenseins von Klebestreifen, umfassen, der Transmissionseigenschaf- ten der Wertdokumente für Ultraschall erfaßt.In this embodiment, the sensor arrangement 64 comprises a sensor 68 for detecting optical properties of the value documents, in the example of a spectrally resolved image of the value documents, for example for testing for contamination, and / or for determining the nominal value of the value documents and / or for determining the value Authenticity of value documents according to predetermined criteria. The sensor arrangement may further comprise, for example, an ultrasonic sensor (not shown in FIG. 3) for detecting the state of documents of value, for example the presence of adhesive strips, which detects transmission properties of the value documents for ultrasound.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 66 erfaßt die Signale der Sensoranordnung 64 und ermittelt, ob das von der Sensoranordnung 64 erfaßten Wertdokumente wenigstens einem vorgegebenen Kriterium entsprechend der Verschmutzung in einem verkehrsfähigen, d.h. noch zur weiteren Verwendung als Zahlungsmittel geeignetem, Zustand ist, bzw. welchen Nennwert es hat bzw. ob es echt ist. In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung steuert die Steuer- und Auswerteeinrichtung 66 wenigstens eine der Wei- chen 56 so an, daß das Wertdokument 50 von der Transporteinrichtung 54 in ein dem Prüfergebnis zugeordnetes bzw. einem bestimmten vorgegebenen Typ, insbesondere Nennwert, von Wertdokumenten entsprechenden Ausgabefach 60 gefördert und dort abgelegt wird.The control and evaluation device 66 detects the signals of the sensor arrangement 64 and determines whether the value documents detected by the sensor arrangement 64 meet at least one predetermined criterion in accordance with FIG Pollution in a marketable, ie still suitable for further use as a means of payment, state, or which denomination it has or whether it is genuine. Depending on the result of the test, the control and evaluation device 66 controls at least one of the switches 56 in such a way that the value document 50 from the transport device 54 corresponds to value documents corresponding to the test result or to a specific predefined type, in particular nominal value Output tray 60 promoted and stored there.
Der zur Ermittlung des spektral aufgelösten Bildes des Wertdokuments dienende Sensor 68 ist in Fig. 4 zusammen mit einem Teil der Transporteinrichtung 54 grob schematisch gezeigt. Der Sensor 68 ist zur zeilenweisen Erfassung eines spektral aufgelösten Bildes des Wertdokuments während des Transports an dem Sensor 68 vorbei ausgelegt. Die Zeilen verlaufen quer zur Transportrichtung. Der Sensor 68 verfügt über eine Beleuchtungseinrichtung 70 zur Abgabe optischer Strahlung, im Beispiel sichtbaren Lichts, vorzugsweise zusätzlich auch infraroter Strahlung, auf das Wertdokument, eine optisches System 72 zur Abbildung wenigstens eines Teils des beleuchten Bereichs auf dem Wertdokument 50 auf einen Empfänger 74, der über ein zweidimensionales Feld von matrixartig angeordneten Empfangselementen 76 verfügt, und eine im Strahlengang zwischen dem optischen System 72 und dem Empfänger 74 angeordnete dispergierende Einrichtung 78, die einfallende Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge räumlich aufspaltet, so daß Spektralkomponenten der einfallenden Strahlung je nach Grad der Aufspaltung auf unterschiedliche Empfangselemente 76 fallen. Zur Verarbeitung und Auswertung der Signale des Empfängers 74 bzw. der Empfangselemente 76 und vorzugsweise auch zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 70 dient eine mit dem Empfänger 74 und vorzugsweise der Beleuchtungseinrichtung über Signalverbindungen verbundene Sensorauswer- teeinrichtung 80, die nach der Auswertung Signale über die Signalverbindung zu der Steuer- und Auswerteeinrichtung 66 abgibt, die das Ergebnis der Auswertung darstellen.The sensor 68 used to determine the spectrally resolved image of the value document is shown roughly schematically in FIG. 4 together with a part of the transport device 54. The sensor 68 is designed to detect a spectrally resolved image of the value document line by line on the sensor 68 during transport. The lines run transversely to the transport direction. The sensor 68 has an illumination device 70 for emitting optical radiation, in the example visible light, preferably additionally infrared radiation, to the value document, an optical system 72 for imaging at least a portion of the illuminated area on the document of value 50 on a receiver 74, the has a two-dimensional array of receiving elements 76 arranged in a matrix, and a dispersing device 78 arranged in the optical path between the optical system 72 and the receiver 74, which spatially splits incident radiation as a function of the wavelength, so that spectral components of the incident radiation depend on the degree of radiation Splitting on different receiving elements 76 fall. For processing and evaluation of the signals of the receiver 74 or the receiving elements 76 and preferably also for controlling the illumination device 70, a sensor output connected to the receiver 74 and preferably the illumination device via signal connections is used. teeinrichtung 80, which emits signals after the evaluation via the signal connection to the control and evaluation device 66, which represent the result of the evaluation.
Das Wertdokument 50, das von der Transporteinrichtung 54 an dem Sensor 68 vorbeitransportiert wird, wird während des Vorbeitransports mit optischer Strahlung aus einer Beleuchtungseinrichtung 70 zur Abgabe optischer Strahlung, im Beispiel sichtbaren Lichts, beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung 70 ist so ausgebildet, daß die optische Strahlung nur einen Streifen auf dem Wertdokument 50 beleuchtet, der sich mit seiner Längsrichtung quer zur Transportrichtung des Wertdokuments 50 über dessen gesamte Breite erstreckt und wenigstens teilweise im Erfassungsbereich des Sensors, insbesondere der Gegenstandsebene liegt. Der Erfassungsbereich des Sensors ist durch den Bereich gegeben, der von dem optischen System 72 auf den Empfänger 74 abgebildet wird.The document of value 50, which is conveyed past the sensor 68 by the transport device 54, is illuminated during the transport with optical radiation from an illumination device 70 for emitting optical radiation, in the example of visible light. The illumination device 70 is embodied such that the optical radiation illuminates only one strip on the value document 50, which extends with its longitudinal direction transversely to the transport direction of the value document 50 over its entire width and lies at least partially in the detection range of the sensor, in particular the object plane. The detection range of the sensor is given by the area imaged by the optical system 72 on the receiver 74.
Von wenigstens einem Teil des beleuchteten Bereichs des Wertdokuments in dem Erfassungsbereich ausgehende optische Strahlung wird von dem optischen System 72 auf den Empfänger 74 abgebildet, wobei die dispergierende Einrichtung 78 die optische Strahlung spektral aufspaltet. Dazu ist das optische System 72 so relativ zu der Transporteinrichtung 54 bzw. dem Transportpfad 58 angeordnet, daß ein Wertdokument wenigstens in guter Näherung in dem Transportpfadabschnitt im Sensor in einer Gegenstandsebene des optischen Systems 72 liegt. In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die dispergierende Einrichtung ein Prisma aus einem im sichtbaren, vorzugsweise auch infraroten Wellenlängenbereich dispersiven transparenten Material. Die Beleuchtungseinrichtung 70, das optische System 72, die dispergierende Einrichtung 78 und der Empfänger 74 sind so ausgerichtet, daß die spektrale Aufspaltung quer zu derjenigen Ebene erfolgt, in der der Strahlengang für die Zeile bzw. den Streifen für eine Wellenlänge verläuft, und sowohl eine ortsaufgelöste Detektion in einer der Richtung des Streifens bzw. der Zeile quer zur Transportrichtung entsprechenden Richtung als auch eine spektral aufgelöste Detektion in einer quer, insbesondere orthogonal dazu verlaufenden Richtung, erfolgt.Optical radiation emanating from at least part of the illuminated area of the value document in the detection area is imaged by the optical system 72 onto the receiver 74, wherein the dispersing device 78 spectrally splits the optical radiation. For this purpose, the optical system 72 is arranged relative to the transport device 54 or the transport path 58 in such a way that a value document lies at least to a good approximation in the transport path section in the sensor in an object plane of the optical system 72. In this exemplary embodiment, the dispersing device comprises a prism made of a transparent material which disperses in the visible, preferably also in the infrared wavelength range. The illumination device 70, the optical system 72, the dispersing device 78 and the receiver 74 are aligned so that the spectral splitting is transverse to the plane in which the beam path for the line or the strip for a wavelength, and both spatially resolved detection in one of the direction of the strip or the line transversely to the direction of transport corresponding direction as well as a spectrally resolved detection in a transverse, in particular orthogonal thereto direction takes place.
Das optische System 72 ist genauer in Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht und in Fig. 6 in einer Schnittansicht gezeigt. Dabei ist zur Vereinfachung der Darstellung die Abbildung ohne die dispergierende Einrichtung 78 dargestellt.The optical system 72 is shown in more detail in Fig. 5 in a perspective view and in Fig. 6 in a sectional view. In this case, the illustration without the dispersing device 78 is shown to simplify the illustration.
In diesem Ausführungsbeispiel besitzt das optische System 72 aus einem einstückigen bzw. integralen Körper, der sowohl einen Retroreflektorabschnitt 82, einen ersten abbildenden Abschnitt 84 zur Abbildung eines Gegenstandspunkts 12 in der Gegenstandsebene 20, im Beispiel die Ebene, in der das Wertdokument 50 an dem Sensor 68 vorbeitransportiert wird, auf ein linienförmiges Zwischenbild 22 auf den Retroreflektorabschnitt 82 und einen zweiten abbildenden Abschnitt 86, der das von dem Retroreflektorabschnitt teilweise spekular und teilweise retroreflektierte Zwischenbild auf einen Bildpunkt 14 in einer Bildebene abbildet, die bei Anwendung in dem Sensor 68 in der Ebene der Empfangselemente 76 liegt.In this embodiment, the optical system 72 comprises an integral body including both a retroreflector portion 82, a first imaging portion 84 for imaging an object point 12 in the object plane 20, in the example the plane in which the value document 50 on the sensor 68 is transferred to a linear intermediate image 22 on the retroreflector section 82 and a second imaging section 86 which images the partially specular and partially retroreflected intermediate image of the retroreflector section onto a pixel 14 in an image plane when applied to the sensor 68 in the plane the receiving elements 76 is located.
Der Körper kann beispielsweise aus einem für optische Strahlung in dem mit dem Sensor zu untersuchenden Spektralbereich transparenten Material, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff oder Glas, gefertigt sein. Der Brechungsindex wenigstens im Bereich des Retroreflektorabschnitts 82 ist vor- zugweise so gewählt, daß die Retroreflexion durch Totalreflexion erfolgt. Andernfalls oder zusätzlich kann die entsprechende retroreflektierende Oberfläche des Retroreflektorabschnitts 16, beispielsweise durch Aufbringen einer geeigneten Schicht, verspiegelt sein.The body may, for example, be made of a material transparent to optical radiation in the spectral range to be examined by the sensor, for example a suitable plastic or glass. The refractive index at least in the area of the retroreflector section 82 is present. zugweise chosen so that the retroreflection occurs by total reflection. Otherwise or in addition, the corresponding retroreflective surface of the retroreflector section 16 may be mirrored, for example by applying a suitable layer.
Der Retroreflektorabschnitt 82 ist wie der Retroreflektorabschnitt 16 aufgebaut, wobei allerdings der Grundkörper 88 auf seiner der retroreflektieren- den Struktur abgewandten Seite anders ausgebildet ist, da er zugleich den ersten und zweiten abbildenden Abschnitt 84 bzw. 86 bildet. Da der Retrore- flektorabschnitt 82 wie der Retroreflektorabschnitt 16 aufgebaut ist und die Eigenschaften des Retroreflektorabschnitts 82 denen des Retroreflektorabschnitts 16 entsprechen, werden hier für dieselben Elemente, Ebenen und Bilder dieselben Bezugszeichen wie oben verwendet und die entsprechenden Erläuterungen gelten auch hier entsprechend.The retroreflector section 82 is constructed like the retroreflector section 16, but the base body 88 is designed differently on its side facing away from the retroreflective structure, since it also forms the first and second imaging sections 84 and 86 at the same time. Since the retroreflector portion 82 is constructed like the retroreflector portion 16 and the characteristics of the retroreflector portion 82 correspond to those of the retroreflector portion 16, the same reference numerals as above are used for the same elements, planes, and images, and the corresponding explanations apply here as well.
Die abbildenden Abschnitte sind in Bezug auf eine orthogonal zu dem ebenen Retroreflektorabschnitt 82 bzw. parallel zu der zweiten Einfallsebene 32 verlaufenden Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet.The imaging sections are mirror-symmetrical with respect to a plane orthogonal to the plane retroreflector section 82 and parallel to the second plane of incidence 32, respectively.
Es genügt daher, nur den ersten abbildenden Abschnitt 84 genauer zu beschreiben. Die Beschreibung gilt dann für den zweiten Abschnitt 86 entsprechend.It is therefore sufficient to describe only the first imaging section 84 in more detail. The description then applies to the second section 86 accordingly.
Der abbildende Abschnitt 84 wirkt als Zylinderoptik, die, wie zuvor be- schrieben, einen Punkt in der Gegenstandsebene in ein linienförmiges Zwischenbild 22 auf dem Retroreflektorabschnitt 82 abbildet, und knickt gleichzeitig den Strahlengang so, daß ein beinahe orthogonaler Einfall der Strahlung auf den Retroreflektorabschnitt 82 erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß das Auftreten von Streulicht reduziert wird. Der abbildende Abschnitt 84 verfügt dazu über einen ersten gewölbten Oberflächenabschnitt 90 mit der Form eines Zylinderabschnitts, dessen Radius so gewählt ist, daß er den Punkt in der Gegenstandsebene nach Unend- lieh abbildet. Das heißt, daß die in einer Ebene orthogonal zu der Zylinderachse bzw. im Beispiel in der ersten Einfallsebene liegenden Komponenten der von dem Gegenstandspunkt 12 ausgehenden Strahlen nach Passieren des Oberflächenabschnitts 90 parallel verlaufen. Der Oberflächenabschnitt 90 wirkt daher wie eine Zylinderlinse.Imaging section 84 acts as a cylinder optic which, as previously described, images a point in the object plane into a line-shaped intermediate image 22 on retroreflector section 82, and at the same time bends the beam path such that an almost orthogonal incidence of the radiation onto retroreflector section 82 he follows. This has the advantage that the occurrence of stray light is reduced. The imaging section 84 has for this purpose a first curved surface section 90 with the shape of a cylinder section, the radius of which is selected such that it images the point in the plane of the object to an infinite extent. This means that the components lying in a plane orthogonal to the cylinder axis or, in the example, in the first plane of incidence, of the rays emanating from the object point 12 run parallel after passing through the surface section 90. The surface portion 90 therefore acts like a cylindrical lens.
Ein zweiter, dem ersten Oberflächenabschnitt 90 gegenüberliegender Oberflächenabschnitt 92 des Grundkörpers 88 ist, beispielsweise durch eine spiegelnde Schicht, als linearer Parabolspiegel ausgebildet. Die Zylinderachse 94 des ersten gewölbten Oberflächenabschnitts 90 und die Längsachse 96 des zweiten gewölbten Oberflächenabschnitts 92 sind parallel zueinander ausgerichtet, so daß sie Teile einer Zy linder optik sind. Insbesondere liegt in diesem Beispiel die Längsachse 96 in der optischen Ebene des ersten Oberflächenabschnitts 90. Die Parabelachse 98 des Parabolspiegels ist so gegenüber dem ersten Oberflächenabschnitt 90 geneigt, daß ein Winkel zwischen der Ebene durch die Zylinderachse des ersten gewölbten Oberflächenabschnitts 90 und die Längsachse 96 des zweiten Oberflächenabschnitts 92 und der Parabelachse 98 zwischen 35° und 55°, vorzugsweise 40° und 50°, im Beispiel bei 42°, liegt. Dadurch wird der Strahlengang in Richtung auf den Retrore- flektorabschnitt 82 gefaltet bzw. abgeknickt. Die Wölbung des zweiten Ober- flächenabschnitts 92 ist so gewählt, daß die Brennlinie des Parabolspiegels auf bzw. in dem Retroreflektorabschnitt 82 liegt, so daß ein Gegenstandspunkt 12 in der Gegenstandsebene 20 auf eine Linie bzw. ein linienförmiges Zwischenbild auf bzw. in dem Retroreflektorabschnitt 82 abgebildet wird. Die Wölbung des zweiten Oberflächenabschnitts 92 bzw. des Parabolspiegels ist weiter so gewählt, daß die Brennweite kleiner ist als die des ersten Oberflächenabschnitts 90. Dadurch kann der Abstand zu dem Retroreflekto- rabschnitt 82 gering gehalten werden. Weiter entsteht auf diesem ein kleineres Zwischenbild, was die Abbildungsfehler durch das optische System ver- ringern hilft.A second, the first surface portion 90 opposite surface portion 92 of the body 88 is formed, for example by a reflective layer, as a linear parabolic mirror. The cylinder axis 94 of the first curved surface portion 90 and the longitudinal axis 96 of the second curved surface portion 92 are aligned parallel to each other, so that they are parts of a Zy-cylinder optics. Specifically, in this example, the longitudinal axis 96 lies in the optical plane of the first surface portion 90. The parabolic axis 98 of the parabolic mirror is inclined with respect to the first surface portion 90 such that an angle between the plane through the cylinder axis of the first curved surface portion 90 and the longitudinal axis 96 of FIG second surface portion 92 and the parabolic axis 98 between 35 ° and 55 °, preferably 40 ° and 50 °, in the example at 42 °. As a result, the beam path is folded or bent in the direction of the retroreflector section 82. The curvature of the second surface portion 92 is selected so that the focal line of the parabolic mirror lies on or in the retroreflector section 82, so that an object point 12 in the object plane 20 is aligned or a line-shaped intermediate image on or in the retroreflector section 82 is shown. The curvature of the second surface portion 92 and the parabolic mirror is further selected so that the focal length is smaller than that of the first surface portion 90. As a result, the distance to the retroreflector 82 can be kept low. Furthermore, a smaller intermediate image is formed on this, which helps to reduce the aberrations caused by the optical system.
Zwischen den Bereichen des Grundkörpers 88, die den ersten und den zweiten abbildenden Abschnitt 84 bzw. 86 bilden, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine orthogonal zu der Ebene des Retroreflektorabschnitts 82 bzw. par- allel zu der zweiten Einfallsebene verlaufende Blende 100 ausgebildet, die auf einer Seite durch den Retroreflektorabschnitt 82 begrenzt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite wird sie im Beispiel durch das Ende eines Spalts 102 in dem Grundkörper 88 begrenzt, der orthogonal zu der Ebene des Retroreflektorabschnitts 82 zwischen den genannten Bereichen des Grundkör- pers 88 verläuft und in geringem Abstand, im Beispiel von etwa 0,1 mm, über dem Retroreflektorabschnitt 82 endet. Die den Spalt begrenzenden Oberflächen des Grundkörpers 88 sind so ausgebildet bzw. gestaltet, beispielsweise durch Beschichtung mit einem nichttransparenten Material, daß eine Blende für den Strahlengang des optischen Systems entsteht. In anderen Ausführungsbeispielen könnte der Spalt auch durch ein anderes Element ersetzt sein, das den Strahlengang begrenzt, beispielsweise eine intransparente Schicht. Die Blende 100 verläuft daher mit ihrer Längsausdehnung parallel zu der zweiten Einfallsebene und in einer Spiegelsymmetrieebene des optischen Systems.Between the regions of the base body 88 which form the first and second imaging sections 84 and 86, in this exemplary embodiment, an aperture 100 which extends orthogonally to the plane of the retroreflector section 82 or parallel to the second plane of incidence is formed Side is limited by the retroreflector section 82. On the opposite side, in the example, it is delimited by the end of a gap 102 in the base body 88, which extends orthogonal to the plane of the retroreflector section 82 between said regions of the base body 88 and at a small distance, in the example of about 0.1 mm, ends above the retroreflector section 82. The gap limiting surfaces of the body 88 are formed or designed, for example, by coating with a non-transparent material, that a diaphragm for the beam path of the optical system is formed. In other embodiments, the gap could also be replaced by another element which delimits the beam path, for example an opaque layer. The diaphragm 100 therefore runs with its longitudinal extent parallel to the second plane of incidence and in a mirror symmetry plane of the optical system.
Diese Blende 100 reduziert zum einen Streulicht, welches durch Mehrfachreflexion an nicht genutzten Oberflächen des Grundkörpers 88 und an den optisch wirksamen Flächen selbst entstehen kann. Da sie aber letztlich auch das Zwischenbild 22 auf dem Retroreflektorabschnitt 82 begrenzt, wirkt sie auch als Gesichtsfeldblende. Damit braucht der Sensor 68 keine spaltförmige Beleuchtung des Wertdokuments 50 oder eine unmittelbar über dem Wertdokument angeordnete spaltförmige Gesichtsfeldblende aufzuweisen, um ein für die spektrale Zerlegung mittels der dispergierenden Einrichtung 78 not- wendiges spaltförmiges Bild zu erhalten. Die Blende 100 ist in diesem Zusammenhang insbesondere so ausgerichtet, daß das Bild ihrer Schmalseite auf dem Empfänger 74 quer zur spektralen Aufspaltung verläuft.On the one hand, this aperture 100 reduces scattered light, which can result from multiple reflection on unused surfaces of the base body 88 and on the optically active surfaces themselves. But since it ultimately also limits the intermediate image 22 on the retroreflector section 82, it also acts as visual field stop. Thus, the sensor 68 does not need to have any slit-shaped illumination of the value document 50 or a slit-shaped field diaphragm arranged directly above the value document in order to obtain a slit-shaped image necessary for the spectral decomposition by means of the dispersing device 78. The aperture 100 is in this context in particular aligned so that the image of its narrow side on the receiver 74 extends transversely to the spectral splitting.
In anderen Ausführungsbeispielen kann die Abbildung allein durch den er- sten gewölbten Oberflächenabschnitt erfolgen, während der zweite Oberflächenabschnitt eben ausgebildet ist und nur zum Abknicken des Strahlengangs dient.In other exemplary embodiments, the imaging can take place solely through the first arched surface section, while the second surface section is flat and only serves to bend the beam path.
In noch weiteren Ausführungsbeispielen können die optischen Achsen bzw. Ebenen der abbildenden Abschnitt statt wie in den vorhergehenden Beispielen parallel zueinander zueinander geneigt angeordnet sein, wodurch der Knick des Strahlengangs des Sensors durch die dispergierende Einrichtung 78 kompensiert werden kann.In still further embodiments, the optical axes or planes of the imaging section may be arranged parallel to each other inclined relative to each other instead of as in the previous examples, whereby the kink of the beam path of the sensor can be compensated by the dispersing device 78.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Sensor unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 dadurch, daß eine andere Ausführungsform eines optischen Systems das optische System 72 ersetzt.Another embodiment of a sensor differs from the embodiment in FIG. 4 in that another embodiment of an optical system replaces the optical system 72.
Das optische System 104 unterscheidet sich von dem optischen System 72 dadurch, daß es zwei ebene Retroreflektorabschnitte 106 und 106' aufweist, auf denen jeweils ein linieförmiges Zwischenbild eines Gegenstandspunktes 12 in der Gegenstandsebene 20 erzeugt wird. Die Retroreflektorabschnitte 106 und 106' sind gleich ausgebildet und parallel zueinander so angeordnet, daß deren erste und zweite Einfallsebenen parallel zueinander verlaufen. Das optische System 104 wird wieder durch einen Grundkörper 108 gebildet, der sowohl die Retroreflektorabschnitte 106 und 106' als auch erste und zweite abbildende Abschnitte 110 und 112 umfaßt.The optical system 104 differs from the optical system 72 in that it comprises two plane retroreflector sections 106 and 106 ', on each of which a line-shaped intermediate image of an object point 12 in the object plane 20 is generated. The retroreflector portions 106 and 106 'are formed the same and arranged parallel to each other so that their first and second incident planes are parallel to each other. The optical system 104 is again formed by a base 108 which includes both the retroreflector portions 106 and 106 'and first and second imaging portions 110 and 112.
Der Grundkörper 108 ist symmetrisch zu einer Mittelebene 114, die parallel zu den Ebenen der Retroreflektorabschnitte 106 und 106' in der Mitte zwischen diesen verläuft.The body 108 is symmetrical about a median plane 114 that is parallel to the planes of the retroreflector portions 106 and 106 'midway therebetween.
Die Bereiche des Grundkörpers 108 auf beiden Seiten der Mittelebene 114 sind jeweils wie der Grundkörper 88 ausgebildet, wobei jedoch der erste gewölbte Oberflächenabschnitt 90 und dessen Gegenstück in dem zweiten abbildenden Abschnitt ersetzt sind durch gemeinsamen gewölbte Oberflächenabschnitte 116 und 118, die ebenfalls zylindrisch geformt sind, deren Zylin- derachsen jedoch in der Mittelebene 114 liegen. Wie bei dem optischen System 72 sind zweite reflektierende, gewölbte lineare Parabolspiegel bildende Oberflächenabschnitte 120 vorgesehen, die die in der Einfallsebene 28 liegenden Komponenten des von dem gewölbten Oberflächenabschnitt 116 kommenden parallelen Strahlenbündels von dem Gegenstandspunkt 12 auf den jeweiligen Retroreflektorabschnitt 106 bzw. 106' unter Bildung eines linearen Zwischenbildes fokussieren. Entsprechende Flächen 120 parallelisie- ren die parallel zu der Einfallsebene 32 liegenden Komponenten des von dem Zwischenbild ausgehenden Strahlenbündels, das dann von dem gewölbten Oberflächenabschnitt 118 auf den Bildpunkt fokussiert wird.The areas of the body 108 on both sides of the median plane 114 are each shaped like the body 88, but the first domed surface portion 90 and its counterpart in the second imaging portion are replaced by common arched surface portions 116 and 118 which are also cylindrically shaped. however, their cylinder axes lie in the middle plane 114. As with the optical system 72, there are provided second reflective domed linear parabolic mirror forming surface portions 120 which form the incident plane 28 components of the parallel beam coming from the domed surface portion 116 from the object point 12 to the respective retroreflector portions 106 and 106 ', respectively focus on a linear intermediate image. Corresponding surfaces 120 parallelize the components of the beam emanating from the intermediate image parallel to the plane of incidence 32, which are then focused by the curved surface section 118 onto the pixel.
Eine Hälfte eines von einem Gegenstandspunkt in der Gegenstandsebene ausgehenden Strahlenbündels wird daher von dem Bereich des Grundkörpers 108 in Fig. 7 oberhalb der Mittelebene 114, die andere Hälfte des Strahlenbündels von dem in Fig. 7 unteren Bereich des Grundkörpers 108 abge- bildet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Abbildungseigenschaften auch in der Richtung orthogonal zu der Mittelebene symmetrischer sind.One half of a bundle of rays emanating from an object point in the plane of the object is therefore subtracted from the region of the main body 108 in FIG. 7 above the center plane 114, the other half of the bundle of rays from the lower region of the main body 108 in FIG. forms. This embodiment offers the advantage that the imaging characteristics are also more symmetrical in the direction orthogonal to the medial plane.
In anderen Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtung auch getaktet erfolgen.In other embodiments, the lighting can also be clocked.
In noch anderen Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtungseinrichtung auch zur Abgabe von infraroter Strahlung oder von infraroter Strahlung und sichtbarem Licht ausgebildet sein.In still other embodiments, the illumination device may also be designed for the emission of infrared radiation or of infrared radiation and visible light.
Die Grundkörper 88 und 108 können durch Spritzguß aus einem geeigneten Kunststoff oder durch Prägen von geeignetem Glas kostengünstig hergestellt werden.The base bodies 88 and 108 can be produced inexpensively by injection molding from a suitable plastic or by embossing suitable glass.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann sich von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 dadurch unterscheiden, daß der Parabolspiegel 92 durch entsprechende Wahl des Materials durch Totalreflexion spiegelt. Another embodiment may differ from the embodiment in Fig. 5 in that the parabolic mirror 92 is mirrored by appropriate choice of the material by total reflection.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Optisches System mit einem ebenen anisotropen Retroreflektorabschnitt, der Strahlungskom- ponenten in einer ersten Einfallsebene spekular reflektiert, Strahlungskomponenten in einer zweiten Einfallsebene jedoch retroreflektiert, einem ersten abbildenden Abschnitt, der von einem Gegenstandspunkt in einer Gegenstandsebene in einer vorgegebenen Relativlage zu dem System ein linienförmiges Zwischenbild auf dem Retroreflektorabschnitt er- zeugt, das sich entlang einer Linie in der zweiten Einfallsebene erstreckt, und einem zweiten abbildenden Abschnitt, mittels dessen das linienförmige Zwischenbild in einen Bildpunkt abgebildet wirdAn optical system having a planar anisotropic retroreflector section that speculatively reflects radiation components in a first plane of incidence but retroreflects radiation components in a second plane of incidence, a first imaging section that is linear from an object point in an object plane in a predetermined relative position to the system Intermediate image on the retroreflector section generates, which extends along a line in the second plane of incidence, and a second imaging section, by means of which the linear intermediate image is imaged into a pixel
2. Optisches System nach Anspruch 1, das so ausgebildet ist, daß es eine 1:1- Abbildung bewirkt.2. An optical system according to claim 1 adapted to effect a 1: 1 imaging.
3. Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die beiden abbildenden Abschnitte gleiche Abbildungseigenschaften besitzen.3. An optical system according to claim 1, wherein the two imaging sections have the same imaging properties.
4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens einer der abbildenden Abschnitte eine Zylinderoptik, vorzugsweise wenigstens eine Zylinderlinse und/ oder einen Parabol- oder Zylinderspiegel aufweist.4. Optical system according to one of the preceding claims, wherein at least one of the imaging sections has a cylinder optics, preferably at least one cylindrical lens and / or a parabolic or cylindrical mirror.
5. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Strahlengang zwischen wenigstens einem der abbildenden Abschnitte und dem Retroreflektorabschnitt ein reflektierendes Element angeordnet ist. 5. Optical system according to one of the preceding claims, wherein in the beam path between at least one of the imaging sections and the retroreflector section, a reflective element is arranged.
6. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens einer der abbildenden Abschnitte den Strahlengang abknickt oder faltet.6. Optical system according to one of the preceding claims, wherein at least one of the imaging sections kinks or folds the beam path.
7. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens einer der abbildenden Abschnitte, vorzugsweise die beiden optischen Abschnitte und der Retroreflektorabschnitt, zusammen einstückig ausgebildet ist bzw. sind.7. An optical system according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the imaging portions, preferably the two optical portions and the retroreflector portion, is integrally formed together or are.
8. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der zweiten Einfallsebene eine Blende, vorzugsweise eine Spaltblende, ausgebildet ist, deren Rand teilweise durch den Retroreflektorabschnitt gebildet ist.8. Optical system according to one of the preceding claims, wherein in the second plane of incidence, a diaphragm, preferably a slit, is formed, the edge of which is partially formed by the retroreflector section.
9. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene parallel zu der zweiten Einfallsebene aufgebaut ist.9. An optical system according to one of the preceding claims, which is constructed mirror-symmetrically with respect to a plane parallel to the second plane of incidence.
10. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das paral- IeI zu dem Retroreflektorabschnitt einen weiteren ebenen anisotropen Retroreflektorabschnitt aufweist, und bei dem der erste abbildende Abschnitt so ausgebildet ist, daß er ein weiteres linienf örmiges Zwischenbild des Gegenstandspunkts auf dem weiteren Retroreflektorabschnitt erzeugt, und der zweite abbildende Abschnitt so ausgebildet ist, daß er das weitere linienförmige Zwischenbild auf den Bildpunkt abbildet.10. An optical system according to any one of the preceding claims, comprising in parallel to the retroreflector portion a further planar anisotropic retroreflector portion, and wherein the first imaging portion is adapted to produce another intermediate linear image of the object point on the further retroreflector portion, and the second imaging section is adapted to image the further line-shaped intermediate image onto the pixel.
11. Sensor zur Erfassung von optischen Eigenschaften eines Wertdokuments mit einem optischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 11. A sensor for detecting optical properties of a value document with an optical system according to one of the preceding claims.
12. Sensor nach Anspruch, der eine dem optischen System nachgeordnete dispergierende Einrichtung und ein Feld von Empfangselementen zum Empfang verschiedener, durch die dispergierende Einrichtung erzeugter Spektralkomponenten aufweist.12. A sensor according to claim comprising a dispersing means downstream of the optical system and a array of receiving elements for receiving various spectral components generated by the dispersing means.
13. Verfahren zur Abbildung eines Gegenstandspunktes, bei dem der Gegenstandspunkt auf ein linienförmiges Zwischenbild auf einem anisotropen Retroreflektorabschnitt so abgebildet wird, daß sich das Zwischenbild mit seiner Längsrichtung in einer Einfallsebene erstreckt, in der Retroreflek- torabschnitt retroreflektierend wirkt, und bei dem das Zwischenbild auf einen Bildpunkt abgebildet wird. 13. A method for imaging an object point, in which the object point is imaged onto a linear intermediate image on an anisotropic retroreflector section so that the intermediate image extends with its longitudinal direction in an incidence plane in which Retroreflek- torabschnitt acts retroreflective, and in which the intermediate image on a pixel is displayed.
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