ES2280176T3 - Difusor integrador de luz. - Google Patents
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Abstract
Subsistema de validación de documentos, que comprende: (i) un difusor de luz (30) para generar por lo menos un punto de luz sustancialmente homogéneo, comprendiendo el difusor de luz una cámara (34) difusora de luz, por lo menos un puerto (31) de entrada asociado a la cámara difusora (34) para alojar por lo menos una fuente de luz (32) y por lo menos una abertura (36) de salida asociada a la cámara difusora; (ii) por lo menos un receptor de luz (20), y (iii) un paso para los documentos; caracterizado por: (iv) por lo menos un colimador (38) que comprende por lo menos una superficie (44) reflectante, estando conectado el colimador a por lo menos una abertura (36) de salida, en el que el colimador está dispuesto para reflejar la luz que abandona por lo menos una abertura (36) de salida del difusor de luz hacia el paso para los documentos.
Description
Difusor integrador de luz.
La invención se refiere a dispositivos difusores
de luz para proporcionar puntos de luz sustancialmente homogéneos.
En particular, se describen implementaciones de subsistemas de
validación de documentos que utilizan un difusor de luz para
generar puntos de luz sustancialmente homogéneos y métodos de
construcción de los mismos.
En el campo de la validación de billetes, los
validadores utilizados en las máquinas expendedoras y similares
utilizan típicamente sensores ópticos, magnéticos y otros, para
obtener datos de un billete insertado. En algunas unidades, una
serie de fuentes de luz de diodos emisores de luz (LED) y
receptores fototransistores se posicionan en lados opuestos de un
paso para los billetes, y generan una serie de señales
correspondientes a la luz transmitida a través del billete a medida
que éste se desplaza. Las señales se procesan para determinar
cierta información, tal como la posición del billete en el paso y
la autenticidad del billete. Las señales típicamente son comparadas
con medidas predeterminadas almacenadas en la memoria que
corresponden a billetes auténticos.
Los sistemas de la técnica anterior que utilizan
fuentes de luz LED también utilizan lentes para enfocar la luz a
efectos de reunir los requisitos de funcionamiento del sistema. No
obstante, algunas configuraciones no proporcionaban los niveles
suficientes de señal luminosa para validar documentos de manera
precisa. Además, los diseños que utilizan fuentes de luz de alta
potencia y elementos de enfoque son costosos de fabricar.
El documento US 5.491.336 se refiere a un
dispositivo para iluminar documentos en un sistema de procesamiento
de documentos que tiene una estación de proyección de imágenes que
comprende una cavidad integradora cilíndrica reflectante/difusora
de Lambert, teniendo cada cavidad una fuente de luz, de manera que
la cavidad genera y proyecta un haz de iluminación altamente
intenso, uniforme y difuso.
Se presenta un subsistema de validación de
documentos, tal como se expone en la reivindicación 1, que tiene un
difusor de luz para generar por lo menos un punto de luz
sustancialmente homogéneo. El difusor de luz comprende una cámara
difusora de luz, por lo menos un puerto de entrada asociado a la
cámara difusora para alojar por lo menos una fuente de luz, por lo
menos una salida asociada a la cámara difusora. El sistema de
validación de documentos comprende además un paso para los
documentos, por lo menos un colimador conectado a por lo menos una
salida, y por lo menos un receptor de luz.
Las implementaciones de la invención pueden
comprender una o más de las siguientes características. La cámara
difusora de luz puede comprender un revestimiento reflectante
difusor aplicado a una superficie interior de la cámara. El
colimador puede comprender un espejo, y el puerto de entrada puede
alojar una serie de fuentes de luz LED. Por lo menos dos fuentes de
luz conectadas al puerto de entrada pueden ser de diferentes
longitudes de onda, o pueden ser de la misma longitud de onda. Las
fuentes de luz LED pueden ser capaces de conectarse secuencial o
simultáneamente. Una serie de aberturas de salida pueden estar
asociadas con la cámara de difusión, y una serie de colimadores
pueden estar conectados a las aberturas de salida para generar
puntos de luz sustancialmente homogéneos. Además, por lo menos uno
de los colimadores puede comprender una lente y, por lo menos, un
componente de lente se puede fijar a una pletina superior de un
paso para los documentos.
En otra implementación, se describe un método
para construir un subsistema de validación de documentos tal como
se expone en la reivindicación 1. El método comprende la
construcción de un difusor de luz para generar por lo menos un
punto de luz sustancialmente homogéneo, la conexión de una fuente
de luz al difusor de luz, la conexión del difusor de luz y la
fuente a una pared de un paso para los documentos, y la conexión de
un receptor de luz a una pared del paso para los documentos para
recibir una señal luminosa resultante del punto sustancialmente
ho-
mogéneo.
mogéneo.
Las implementaciones del método pueden
comprender una o más de las siguientes características. El difusor
de luz puede ser construido moldeando una cámara que tiene por lo
menos un puerto de entrada y por lo menos una abertura de salida,
aplicando un recubrimiento reflectante difusor a una superficie
interior de la cámara, y conectando por lo menos un colimador a por
lo menos una abertura de salida. La cámara puede ser moldeada en
dos hemisferios. El método puede comprender la fijación de por lo
menos un espejo al colimador para dirigir la luz y puede comprender
la fijación de por lo menos una lente al colimador. El difusor de
luz puede ser construido mediante el moldeo de una cámara difusora
de luz utilizando un material plástico óptico, en el que la cámara
comprende por lo menos un puerto de entrada y por lo menos una
abertura de salida, y la conexión de por lo menos un colimador a
por lo menos una abertura de salida.
Otra implementación de un conjunto difusor de
luz modular comprende una serie de difusores de luz, teniendo cada
uno por lo menos un puerto de entrada, por lo menos una abertura de
salida y por lo menos un colimador conectado a una abertura. Los
difusores de luz se disponen para proporcionar una zona de
cobertura de salida de puntos de luz a través de la anchura de un
paso para los documentos. Se encuentran incluidos una serie de
fuentes de luz, en las que por lo menos una fuente de luz se
conecta a cada puerto de entrada, y por lo menos un receptor de luz
para detectar la luz generada por los puntos de luz y para generar
señales de validación de documentos.
Otra implementación de un conjunto de difusor de
luz para utilizar con un validador de documentos comprende una
serie de difusores de luz, teniendo cada uno por lo menos un puerto
de entrada, por lo menos una abertura de salida y por lo menos un
colimador conectado a una abertura. Los difusores de luz se
disponen para proporcionar una zona de cobertura de salida de
puntos de luz a través de la anchura de un paso para los
documentos. También se incluyen una serie de fuentes de luz, en las
que por lo menos una fuente de luz está conectada a cada puerto de
entrada, y por lo menos un receptor de luz para detectar los puntos
de luz y para generar señales de validación de documentos.
Otro aspecto de la invención es un subconjunto
de validador de documentos que comprende un cilindro que tiene una
cavidad y por lo menos un puerto de entrada y una rendija de
salida. Se aplica un recubrimiento difusor y reflector a la
cavidad. Se encuentran incluidos por lo menos un colimador alineado
con la rendija de salida, por lo menos una fuente de luz conectada
al puerto de entrada y por lo menos un receptor de luz.
En otra implementación, un subconjunto de
validación de documentos comprende un cilindro que tiene una
cavidad y por lo menos un puerto de entrada y una serie de
aberturas de salida para generar una serie de puntos de luz
sustancialmente homogéneos. Se aplica un recubrimiento difusor y
reflector a la cavidad. Se encuentran comprendidos una serie de
colimadores fijados a las aberturas de salida, por lo menos una
fuente de luz conectada al puerto de entrada y por lo menos un
receptor de luz. Esta implementación puede comprender por lo menos
un tubo de luz conectado en un primer extremo a una abertura de
salida y en un segundo extremo a un colimador.
En otra implementación de un subconjunto de
validador de documentos, se utiliza un bloque de material óptico
que tiene una cavidad que comprende una superficie internamente
reflectante y difusa. El bloque de material comprende por lo menos
un puerto de entrada y por lo menos una abertura de salida. Se fija
por lo menos un colimador a la abertura de salida para generar por
lo menos un punto de salida sustancialmente homogéneo, por lo menos
una fuente de luz se conecta al puerto de entrada y por lo menos se
incluye un receptor.
Otra implementación de un subconjunto de
validador de documentos comprende un bloque de material óptico que
tiene una cavidad que comprende una superficie internamente
reflectante y difusa, por lo menos un puerto de entrada y por lo
menos una abertura de salida. El subconjunto comprende por lo menos
un colimador fijado a la abertura de salida para generar por lo
menos un punto de salida sustancialmente homogéneo, por lo menos
una fuente de luz conectada al puerto de entrada y por lo menos un
receptor.
Otro aspecto es un método para construir un
subconjunto de validador de documentos. El método comprende la
conexión de un difusor de luz a una pared de un paso para los
documentos, siendo el difusor de luz capaz de generar por lo menos
un punto de luz sustancialmente homogéneo. El difusor de luz se
forma cortando una cavidad en un bloque de material óptico, en el
que la cavidad tiene características difusoras y reflectantes,
formando por lo menos un puerto de entrada y por lo menos una
abertura de salida que conecta con la cavidad, conectando por lo
menos una fuente de luz a cada puerto de entrada y conectando por
lo menos un colimador a una abertura de salida. El método comprende
además la conexión de por lo menos un receptor de luz a una pared
del paso para los documentos para recibir la luz resultante del
punto de luz sustancialmente homogéneo.
Según otra implementación adicional, un
subconjunto de validador de documentos comprende un difusor de luz
para generar por lo menos un punto de luz sustancialmente
homogéneo. El difusor de luz comprende una cámara difusora de luz
de núcleo macizo que tiene un recubrimiento exterior con
características difusoras y reflectantes. El recubrimiento
comprende por lo menos un área de entrada para alojar por lo menos
una fuente de luz, y el recubrimiento comprende por lo menos un
área de salida. Se conectan por lo menos unos medios de dirección
de luz al área de salida y se incluye un receptor de luz.
Esta implementación puede comprender una o más
de las siguientes características. Los medios de dirección de luz
pueden comprender un área de salida para dirigir la luz y
comprenden una superficie reflectante para alimentar la energía
luminosa de vuelta a la cámara de difusión. Los medios de dirección
de luz pueden tener forma sustancialmente hemisférica. Por lo menos
unos medios de fuente de luz pueden estar conectados al área de
entrada. Se puede incluir un espejo plano para redirigir la luz a
partir de los medios de dirección de luz. El difusor de luz puede
comprender una lente de colimación conectada a una pletina de un
paso para los documentos. La cámara difusora de luz puede ser
esférica o cilíndrica. Una fuente de luz de disposición lineal
puede estar conectada a la cámara difusora.
También se describe un método para construir un
difusor de luz de núcleo macizo para generar por lo menos un punto
de luz sustancialmente homogéneo. El método comprende la formación
de una cámara difusora de luz de material óptico, el recubrimiento
de la cámara con un material que tiene características difusoras y
reflectantes, la formación de por lo menos un área de entrada y por
lo menos un área de salida, la conexión del difusor de luz de
núcleo macizo a una pared de un paso para los documentos y la
conexión de un receptor de luz a una pared del paso para los
documentos.
El método puede comprender una o más de las
siguientes características. El método puede comprender la
aplicación de una capa protectora externa al material de
recubrimiento, y puede comprender la conexión de por lo menos una
fuente de luz a cada área de entrada. Los medios de dirección de
luz pueden dirigir la luz hacia el interior de un ángulo colector a
un paso para los documentos, y reflejar la luz hacia el exterior
del ángulo colector de vuelta al interior de la cámara difusora. La
cámara difusora de luz puede adoptar forma esférica, o la cámara
difusora de luz puede adoptar forma cilíndrica.
Las ventajas de las configuraciones descritas
comprenden la capacidad de proporcionar diversos puntos de
diferentes longitudes de onda con un número mínimo de LEDs. Por
ejemplo, en diversas de las configuraciones descritas, una serie de
puntos de salida de múltiples longitudes de onda diferentes pueden
ser generados para su utilización por parte de un validador de
billetes que utiliza un número reducido de LEDs, que es
sustancialmente menor que el número de chips necesarios por los
dispositivos de la técnica anterior que tiene un conjunto por
punto. Así pues, los costes se minimizan compartiendo conjuntos de
LEDs, iluminando cada conjunto dos o más puntos de un billete.
En el caso de integradores de núcleo macizo, no
existe ningún requisito de recubrir una superficie interior. De
esta manera, los integradores de núcleo macizo pueden ser menos
caros de fabricar y pueden ser más compactos. Además, dado que los
integradores de núcleo macizo tienen más masa y pueden comprender
un recubrimiento exterior protector, dichos integradores pueden ser
más duraderos que los difusores de luz de núcleo hueco.
Las configuraciones descritas reúnen los
requisitos de funcionamiento para la utilización con un validador
de documentos y son compactas. Además, algunos validadores de
documentos existentes no necesitan ser modificados para aceptar las
configuraciones. Existe también un beneficio de coste, debido a que
se requiere un menor número de chips LED para generar diversos
puntos en múltiples longitudes de onda diferentes.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes a partir de la descripción detallada, a partir
de los dibujos adjuntos y a partir de las reivindicaciones.
La figura 1 es una vista superior simplificada
de una configuración de paso para los documentos y punto de
luz.
La figura 2 es una vista superior simplificada
de una configuración de punto de luz en zigzag.
La figura 3 es una vista lateral de una
implementación de fuente de luz y receptor.
La figura 4 es una vista lateral en sección de
una implementación de un difusor de luz integrador según la
invención.
La figura 5A es una vista lateral en sección de
otra implementación de un difusor de luz según la invención.
La figura 5B es una vista lateral en sección de
otra implementación adicional de un difusor de luz según la
invención.
La figura 5C es una vista en sección lateral de
una implementación de un colimador.
La figura 5D es un gráfico que ilustra el perfil
del haz de salida del colimador de la figura 5C.
La figura 5E es una vista lateral en sección de
otra implementación de un colimador.
La figura 5F es un gráfico que ilustra el perfil
del haz de salida del colimador de la figura 5E.
La figura 5G es una vista lateral en sección de
otra implementación adicional de un colimador.
La figura 5H es un gráfico que ilustra el perfil
del haz de salida del colimador de la figura 5G.
La figura 6A es una vista superior simplificada
de un sistema de fuentes de luz según una implementación de la
invención.
La figura 6B es una vista superior simplificada
de otra implementación de un sistema de fuentes de luz según la
invención.
La figura 6C es una vista superior simplificada
de otra implementación adicional de un sistema de fuentes de luz
según la invención.
La figura 7A es una vista en perspectiva en
sección de un difusor de luz integrador cilíndrico según una
implementación de la invención.
La figura 7B es una vista lateral en sección del
difusor de luz integrador cilíndrico de la figura 7A.
La figura 8 es una vista superior en sección,
simplificada, de otra implementación de un difusor de luz
cilíndrico según la invención.
La figura 9 es una vista lateral en sección
transversal de la luz cilíndrica, según la línea de trazos
(9-9).
La figura 10 es una vista superior en sección
simplificada de otra implementación adicional de un difusor de luz
cilíndrico que comprende tubos de luz según la invención.
La figura 11 es una vista lateral en sección de
una implementación de un difusor de luz cilíndrico según la
invención, fabricado a partir de un bloque de material óptico.
La figura 12 es una implementación alternativa
de un difusor de luz integrador de núcleo macizo esférico según la
invención.
La figura 13 es una implementación de un difusor
de luz integrador cilíndrico de núcleo macizo según la
invención.
La figura 1 es una vista superior simplificada
de un paso (5) para los documentos que tiene una configuración (2)
de puntos de luz de una serie de puntos de luz (3) dispuestos en
una única línea para cubrir la anchura (4) de un paso (5) para los
documentos. La anchura (4) es más ancha que el documento más ancho
de un conjunto de documentos a muestrear, y un papel moneda o
billete (6) se muestra que es más estrecho que el paso para los
documentos. En este ejemplo, el documento (6) se inclina
ligeramente a medida que se desplaza en la dirección de la flecha
(7).
Se debe observar que el término "documento"
se refiere a cualquier artículo sustancialmente plano de valor,
comprendiendo billetes de banco, talones, billetes, cheques, bonos,
monedas, papel moneda, documentos de seguridad y cualesquiera otros
objetos de valor similares, aunque no está limitado a los mismos.
De manera similar, aunque los difusores de luz se describen en este
documento teniendo en cuenta su uso en los validadores de
documentos, los difusores de luz se podrían utilizar en otros
dispositivos en los que se requiere un punto de luz sustancialmente
homogéneo.
Se ha encontrado que los puntos circulares que
tienen un tamaño de diámetro en el rango de los 5 milímetros (mm) a
9 mm son adecuados para validar billetes, pero también se pueden
utilizar otros tamaños de diámetro. Se debe entender, no obstante,
que el término "punto" tal como se utiliza en este documento
no está destinado a limitar la forma de la luz utilizada, dado que
los sistemas podrían ser diseñados para utilizar puntos de luz que
tienen forma circular, rectangular, poligonal u otra forma.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, los
puntos (3) pueden ser generados por una o más fuentes de luz,
típicamente por uno o más diodos emisores de luz (LEDs). Dicha
configuración permite una cobertura de escaneo de sustancialmente
el 100% de un billete (6) insertado a medida que se desplaza en la
dirección de la flecha (7) a través del paso para los billetes. En
particular, el billete puede ser transportado entre la fuente o
fuentes de luz y uno o más sensores receptores de luz (no
mostrados) dispuestos sobre el lado opuesto del paso para los
billetes. En dicha configuración, las señales generadas por los
receptores corresponden a la luz transmitida a través del billete y
puede ser procesada para determinar información tal como la
longitud y anchura del billete, la posición del billete en
cualquier momento particular, la autenticidad del billete y el país
de origen del billete. Los receptores de luz también podrían estar
dispuestos sobre el mismo lado que las fuentes de luz para recibir
la luz reflejada por el billete.
Una implementación contemplada utiliza doce
puntos de luz a lo largo del paso para los billetes para muestrear
datos de un billete, pero se pueden utilizar más o menos puntos.
Cada punto puede tener aproximadamente 7,5 mm de diámetro con cada
punto siendo muestreado a tres o más longitudes de onda. Por
ejemplo, se podrían utilizar puntos de luz que tienen longitudes de
onda en el espectro visible, infrarrojo e infrarrojo cercano, y los
datos resultantes procesados para reunir diferentes tipos de
información de un billete. Las técnicas de procesamiento de señales
para determinar la autenticidad de los billetes, nacionalidad,
denominación y/o posición del billete en el paso se encuentran más
allá del alcance de la presente solicitud y no se tratará en
detalle en este documento.
La figura 2 es una vista superior simplificada
de una configuración (10) de puntos de luz en zigzag que cubre la
anchura del paso (5) para los billetes. En algunos casos, tales
como cuando se utilizan fuentes de luz LED individuales, es
deseable dicho patrón en zigzag debido a que la situación de las
fuentes de luz es menos crítica debido a las tolerancias mecánicas
más relajadas. Además, se suavizan las restricciones del diámetro
de cualquier lente requerida para cada fuente LED, y se minimiza el
potencial para diafonías entre señales de puntos de luz
adyacentes.
Haciendo referencia a la figura 2, las señales
generadas por los receptores de luz en respuesta al patrón en
zigzag de los puntos de luz se pueden procesar para construir un
conjunto de datos en memoria a medida que el billete atraviesa los
sensores. El conjunto de datos se puede ajustar posteriormente de
manera que los datos son equivalentes a los generados por una única
línea de sensores, para facilitar el procesamiento de datos
adicional. Dicho ajuste de datos se simplifica si los sensores se
encuentran descentrados un múltiplo del diámetro del punto, tal
como la separación de un diámetro de punto mostrado en la figura 2.
Pero se podrían utilizar otros múltiplos tales como dos diámetros
de punto.
La figura 3 es una vista lateral de una
configuración (15) convencional de una única fuente de luz LED y
receptor, en la que la fuente de luz (16) y el receptor (20) se
encuentran en lados opuestos del paso (5) para los billetes. La
fuente LED (16) se sitúa cerca del punto focal de una lente (18)
convergente para generar haces de luz (21) sustancialmente
paralelos a través de una abertura en la pared frontal (17) del
paso para los billetes (5) hacia el billete (6). Parte del billete
bloquea algunos de los haces de luz (21) dando como resultado
señales (22) de luz transmitidas que han pasado a través del
billete. Un detector (20), tal como un diodo PIN que puede
comprender una lente de enfoque, se sitúa a una distancia "d"
suficiente desde la pared trasera (19), de manera que el ruido
inherente en la luz transmitida a través del billete se minimiza.
La altura "h" del paso para los billetes puede ser de 2 mm a
2,5 mm que es adecuada para minimizar la tasa de atasco de
billetes, y la anchura (4) del paso para los billetes (mostrado en
la figura 1) puede ser mayor que 90 mm para alojar billetes de
diversas anchuras.
A efectos de simplificar el procesamiento de
datos necesario para autenticar un billete, son deseables una forma
de punto circular e iluminación sustancialmente homogénea. En la
práctica, debido a las características de tamaño y transmisión de
la luz de las fuentes de luz LED existentes, la generación de un
haz paralelo y un punto homogéneo únicamente puede aproximarse con
una configuración del tipo mostrado en la figura 3. Un grupo de
dichos sensores situados en una de las configuraciones mostradas en
las figuras 1 y 2 pueden ser suficientes para determinar la
posición del documento, pero las señales generadas no son
totalmente satisfactorias para generar datos para determinar la
autenticidad. Cuando se utilizan diversos chips LED, la separación
mínima de los chips puede dar lugar al descentrado de los puntos y,
de esta manera, se deben imponer estrechas tolerancias en la
posición de los chips. Las configuraciones de los difusores de luz
descritas más adelante no necesitan estrechas tolerancias en la
posición de los chips, y las implementaciones son capaces de
generar diversos puntos con el mismo grupo de fuentes de luz
LED.
La figura 4 es una vista lateral en sección de
una implementación de un subsistema (25) de validación de
documentos para utilizar con un validador de documentos. El
subsistema comprende por lo menos una fuente de luz de integración
en la forma de un difusor de luz (30) sustancialmente esférico para
generar un punto de luz, y un detector (20) de luz. Se pueden
utilizar una serie de subsistemas (25) en un dispositivo sensor de
un validador de documentos. En la implementación de la figura 4, la
fuente de luz (30) de integración se encuentra en el lado opuesto
de un paso (5) para los billetes respecto a un receptor de luz (20),
pero se contemplan otras disposiciones, tales como la que tiene el
receptor (20) en el mismo lado del paso. Además, la fuente de luz de
integración puede no ser esférica pero puede tener otras formas,
tales como cuadrada. No obstante, algunas formas pueden ser menos
ideales para formar las fuentes de luz de integración y, de esta
manera, dichas fuentes de luz que tienen formas peculiares pueden
ser propensas a tener pérdidas de energía.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 4, la
fuente de luz (30) de integración comprende una cámara (34)
difusora de luz que tiene una cavidad interior hueca de forma
sustancialmente esférica que contiene un recubrimiento (35)
altamente difusor y reflectante (un recubrimiento adecuado es
Spectralon^{TM}, fabricado por Labsphere Company). Un puerto de
entrada (31) asociado con la cámara (34) difusora aloja por lo
menos una fuente de luz (32), pero se pueden alojar múltiples
fuentes de luz LED. Los haces de luz de la fuente se reflejan en el
material interior difusor y reflectante. Una pequeña abertura (36)
de salida permite que la luz abandone la cámara (34) difusora y
entre en un colimador (38) que puede comprender una lente (39). Los
haces de luz (21) abandonan la fuente de luz (30) de integración y
forman un punto de luz sustancialmente homogéneo.
El punto de luz sustancialmente homogéneo
atraviesa una abertura (8) en la pared (17) frontal del paso (5)
para los billetes, a través de una abertura (9) en la pared (19)
posterior y entra en contacto con un receptor (20). A medida que el
billete (6) es transportado por el paso, bloqueará algo de la luz
del punto de luz de manera que la intensidad de la luz que alcanza
el receptor (20) variará y las señales de salida del receptor
también variarán. El receptor (20) puede ser un diodo pin, un
fototransistor u otro sensor de luz capaz de generar señales de
detección y/o validación de documentos para el procesamiento.
El recubrimiento (35) interior de la cámara (34)
difusora del difusor de luz (30) de integración es sustancialmente
lambertiano, indicando que es un material que radiará luz según la
ley de Lambert, en la que la luz aparecerá con el mismo brillo
cuando es vista por un observador desde cualquier dirección. El
recubrimiento interior provoca que la luz de una o más fuentes de
luz LED se difunda y refleje de un modo aleatorio por el interior
del difusor de luz (30) antes de abandonarlo. En consecuencia,
cualquier área elemental del interior de la esfera iluminará de
forma uniforme todas las demás áreas de la esfera y la abertura de
salida (36) parecerá una fuente lambertiana.
La esfera de integración analizada en el ejemplo
mostrado en la figura 4 tiene un tiempo de establecimiento de
aproximadamente 1 nanosegundo, que es la duración entre el momento
en el que la fuente de luz se activa y el punto en el que la luz de
salida se encuentra en un régimen permanente. Un tiempo de
establecimiento tan rápido es adecuado para la utilización de la
esfera de integración en un sistema para validar billetes.
El puerto de entrada (31) puede ser configurado
para alojar una serie de fuentes de luz LED. En particular, se
contempla que se pueden utilizar tres o más fuentes de luz LED,
cada una de ellas de diferente longitud de onda, de manera que las
diferentes combinaciones de longitud de onda de luz pueden ser
generadas para utilizar en la generación de señales para validar
billetes. Debido al "efecto de inmersión" que la luz
experimenta en el interior de la cámara (34) difusora, la posición
de cada chip LED no es crítica para la alineación del sistema. En
consecuencia, se puede generar un haz colimado en el interior del
paso para los billetes con sustancialmente las mismas propiedades
para cada longitud de onda. Dos o más colimadores de salida pueden
estar conectados a la cámara difusora, en la que por lo menos una
abertura de salida se asociaría a cada colimador, para generar dos
o más haces de puntos de luz colimados. El uso de una serie de
dichos integradores de luz reduce el número total de fuentes de LED
necesarias para un sistema de fuentes de luz. No obstante, si se
necesita una salida de punto de luz fuerte, puede ser aconsejable
minimizar el número de puertos de salida. La esfera (30) de
integración puede ser moldeada en dos hemisferios de plástico
moldeado que tienen una abertura de entrada para insertar un
paquete LED para servir como fuente de luz. El colimador de salida
puede ser moldeado como un paquete de lente de colimación separado.
Esta aproximación requiere un material delgado que se puede aplicar
para recubrir el interior de cada hemisferio de manera que cuando
se monta el interior de la esfera se aproxima a un reflector
lambertiano de elevada eficiencia. Dicho recubrimiento no puede
tener una superficie al aire/pintada lisa, dado que esto tendría un
componente de reflexión especular que provocaría una desviación
significante de la reflectancia lambertiana en grandes ángulos de
incidencia. Los recubrimientos adecuados tienen una estructura muy
porosa y deben ser considerablemente gruesos para generar una
elevada reflectancia total. Los recubrimientos proyectables que
tienen dichas propiedades se encuentran disponibles en Optronics
Laboratories, Inc. de Orlando, Florida. Alternativamente, W.L.
Gore&Associates de Newark, Delaware, fabrica un material en
láminas delgadas que tiene propiedades de reflectancia difusas que
dependen del grosor de la lámina. Dicho material podría ser
aplicado en una delgada lámina en las superficies interiores de
cada hemisferio antes de fijarlos entre sí para formar una esfera
de integración. No obstante, depositando dicho recubrimiento en el
interior de una esfera hueca de pequeño diámetro puede ser difícil
y costoso, y en el caso de esferas de pequeño diámetro, la esfera
resultante tiene un diámetro externo que es sustancialmente mayor
que su diámetro interno.
En un método de fabricación alternativo, la
esfera (30) de integración puede ser moldeada en una pieza de
plástico u otro material adecuado. Si se utiliza dicha técnica,
posteriormente se puede aplicar un recubrimiento reflectante y
difusor a través de la abertura de entrada o de la abertura de
salida de manera que el interior de la esfera se aproxima a un
reflector de Lambert.
La figura 5A es una vista lateral en sección de
una implementación de un difusor de luz (30A) para ilustrar
detalles estructurales. En particular, el difusor de luz se puede
construir moldeando y ensamblando una carcasa (33) estructural de
plástico, metal u otro material adecuado de manera que contenga un
interior esférico que tiene por lo menos un puerto de entrada (31)
y por lo menos una abertura de salida (36). Tal como se ha
explicado anteriormente, se puede añadir o aplicar un revestimiento
(37) reflectante difusor al interior de la carcasa para formar la
cámara difusora de luz. Alternativamente, el plástico óptico de la
carcasa (33) puede tener propiedades reflectantes y difusoras de
manera que no se necesite la aplicación de un material de
revestimiento, que tiene dichas características, al interior de la
carcasa.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 5A, los
rayos de luz (28) de una fuente eventualmente entran en contacto
con el área de la abertura de salida (36) de la esfera de
integración y entran en un módulo o colimador (38) de salida
independiente de plástico transparente. El eje óptico del colimador
se encuentra inclinado para asegurar una reflexión interna total en
un espejo (29) sobre la superficie interior del colimador. El
espejo puede ser sustancialmente plano o de otra forma. El
colimador dirige la luz hacia una abertura en la pletina (40)
superior del paso para los billetes. Un detector (no mostrado) se
sitúa debajo de una abertura en la pletina (42) inferior opuesta al
colimador (38) para recibir la luz transmitida a través de un
billete en el paso (5) para los billetes.
La figura 5B es una vista lateral en sección de
otra implementación de un difusor de luz (30B) para ilustrar
detalles estructurales. El difusor de luz (30B) se puede construir
moldeando un material plástico óptico en una carcasa (33)
estructural de manera que contenga un interior esférico que tiene
por lo menos un puerto de entrada (31) y por lo menos una abertura
de salida (36). En esta implementación, el colimador (38) es una
parte integral del difusor de luz, y comprende una pared formada
por un soporte (33A) de la carcasa del difusor de luz. De esta
manera, en esta implementación el colimador (38) es una parte
integral de uno de los hemisferios de la carcasa (33).
La figura 5C es una implementación de un
colimador (41) para dirigir la luz desde una esfera de integración
que entra en contacto con el área (43) hacia el paso para los
billetes. El colimador (41) comprende una superficie (44)
reflectante y puede ser moldeado a partir de un material plástico
óptico como un componente separado. Alternativamente, el colimador
puede ser parte de la esfera de integración. Es posible evitar
tener que incluir una superficie (44) reflectante si el material
utilizado para fabricar el colimador permite la reflexión mediante
la reflexión interna total (TIR) por la totalidad de su superficie.
Tal como se ha descrito anteriormente con respecto a las figuras 5A
y 5B, el punto de luz creado por el colimador (41) atraviesa una
abertura en la pletina (40) superior para proporcionar un punto
sustancialmente colimado desde la parte superior (45) hasta la
parte inferior (46) del paso para los billetes.
La figura 5D es un gráfico que ilustra el perfil
(47) del haz de salida del colimador (41) de la figura 5C en la
parte superior del paso (45) para los billetes y el perfil (48) del
haz en la parte inferior del paso (46) para los billetes. Los
perfiles de haz representan la irradiancia en el eje vertical
respecto a la distancia a lo largo del perfil del eje horizontal en
milímetros, para un punto de 7,5 mm, en el que los perfiles se han
solapado para mostrar cómo cambia la distribución de la luz y el
diámetro del haz. Idealmente, la esfera de integración generará un
haz perfectamente colimado con la trayectoria del billete que tiene
un diámetro constante dentro de un 2 por cien y que tiene un perfil
de "sombrero de copa" que es plano a lo largo del haz y
constante dentro de un 2 por cien para todas las longitudes de
onda. El perfil de haz de sombrero de copa es deseable debido a que
es característico de un punto de luz sustancialmente homogéneo que
tiene una distribución completamente uniforme de energía luminosa.
El diseño de integración del difusor de luz (30A) y (30B) ilustrado
anteriormente proporciona una salida de haz sustancialmente
homogeneizado para todas las longitudes de onda.
La figura 5E es una vista lateral en sección de
otra implementación de un colimador (50) que tiene una estructura
de lente de dos componentes, y la figura 5F es un gráfico (60) que
ilustra el perfil de haz de salida en la pared superior (45) y la
pared inferior (46) del paso para los billetes. Los haces de luz
(51) de la cámara difusora entran en el colimador a través de una
serie de aberturas en el área (52), golpean una superficie
reflectante (54) y atraviesan una lente (56). Los haces de luz
atraviesan posteriormente una segunda lente (58) que puede estar
integrada con la pletina (59) superior o puede ser una lente
independiente que se fija de otra manera a la pletina (59) superior
en la pared superior del paso para los billetes. Además, aunque se
muestran dos lentes, se pueden utilizar tres o más lentes para
conseguir un punto deseado.
El gráfico (60) de la figura 5F ilustra el
perfil (62) del haz de salida en la parte inferior de la trayectoria
(46) de los billetes y el perfil (64) de haz en la parte superior
de la trayectoria (45) de los billetes de la estructura (50) de
colimación de lente dual. Tal como se muestra, ambos perfiles son
completamente uniformes, indicando que la energía y la forma del
punto son casi iguales en la parte superior y en la parte inferior
del paso para los billetes, que son característicos de un punto de
luz sustancialmente homogéneo. Las dos superficies accionadas de la
configuración de la figura 5E mejoran la distribución de energía a
lo largo del haz.
La figura 5G es una vista lateral en sección de
otra implementación adicional de una estructura (70) de colimación
de doble lente y la figura 5H es un gráfico que ilustra el perfil
del haz de salida en las paredes de la parte superior (45) y la
parte inferior (46) del paso para los billetes. Haciendo referencia
a la figura 5G, los haces de luz (71) de la cámara difusora de
integración (no mostrada) entran en el colimador a través de una
serie de aberturas en el área (72). Esta configuración comprende
componentes para controlar la cantidad de luz parásita que puede
ser emitida. En particular, un recubrimiento de absorción luminosa
en las secciones (73A), (73B), (73C) y (73D) del colimador absorbe
luz, a diferencia del recubrimiento reflectante sobre la superficie
(74). De esta manera, la luz se introduce en el colimador, se
refleja sobre la sección (74) y atraviesa una lente (76). Los haces
de luz atraviesan posteriormente una segunda lente (78) situada en
la pletina (79) superior. La pletina (79) superior comprende un
material de absorción luminosa. Una posible implementación supone
la utilización de un recubrimiento opaco con orificios en el mismo
sobre la superficie inferior de la pletina y el moldeo de la lente
(78) en la superficie superior de la pletina (79). Pero la
superficie opaca estaría sujeta a desgaste y puede incluso ser
retirada por el uso normal del validador de billetes. De esta
manera, puede ser preferible la incrustación de un elemento de
lente (78) independiente en una abertura cónica en la pletina (79).
La pletina (79) en este caso podría ser hecha entonces de plástico
negro opaco para absorber cualquier rayo de luz.
La figura 5H es un gráfico (80) del perfil (82)
del haz de salida en la parte inferior de la trayectoria (46) de
los billetes y el perfil (84) del haz en la parte superior de la
trayectoria (45) de los billetes de la estructura (70) de
colimación de doble lente. Tal como se muestra, los perfiles son
completamente uniformes, lo que indica una distribución de energía
completamente uniforme a lo largo del haz.
La figura 6A es una vista superior de un sistema
de fuente de luz (90) que comprende una serie de difusores de luz
(92), (94), (96) y (98) esféricos dispuestos para proporcionar doce
puntos de salida. En esta implementación, cada uno de los difusores
de luz tiene tres colimadores (92A-C),
(94A-C), (96A-C) y
(98A-C) de manera que cada difusor de luz genera
tres puntos sobre un área que cubre la anchura de un paso para los
documentos.
En el diseño de tres colimadores de la figura
6A, cada esfera de integración tiene puertos de salida situados
alrededor del ecuador de la esfera en intervalos de 120º, cada uno
situado en el vértice de un triángulo equilátero. En una
implementación, cada lado del triángulo tiene 15 mm de largo, y
cada colimador contiene un espejo doblado que dirige la luz hacia
el polo sur de la esfera hacia el paso para los documentos. Las
tres salidas de haces colimados de cada esfera son paralelas entre
sí y perpendiculares al paso para los documentos. La luz de las
fuentes LED se introduce en el polo norte de la esfera en ángulos
rectos a los puertos de salida y paralela a los haces de salida. La
configuración descrita da a conocer un sistema de esferas de
integración que utiliza únicamente cuatro conjuntos de LED cuyos
sistemas de circuitos de soporte podrían montarse sobre una placa
de circuitos común. En consecuencia, el sistema de la figura 6A
tiene características de coste y embalaje favorables.
Se debe entender, no obstante, que cada difusor
de luz (92), (94) y (96) puede comprender una serie de fuentes de
luz LED. Las fuentes de luz pueden ser de diversas longitudes de
onda diferentes, o de la misma longitud de onda a efectos de
aumentar la energía de salida en esa longitud de onda. Durante su
utilización en un validador de documentos, las fuentes de luz LED
del sistema (90) podrían ser conectadas secuencialmente o podrían
ser conectadas simultáneamente. La operación de las fuentes de luz
en cada difusor de luz, y en la totalidad del sistema de la figura
6A, puede estar bajo el control de un microprocesador u otro
sistema de circuitos de control del validador de documentos.
La figura 6B es una vista superior simplificada
de una implementación de un sistema (100) de fuentes de luz que
tiene doce esferas de integración para formar doce puntos. Cada una
de las esferas (101) a (112) de integración tiene una salida,
mostrada como colimadores (101a) a (112a), respectivamente. La
utilización de una esfera de integración por punto no reduce el
número de LEDs necesarios sobre sobe los esquemas de iluminación
directa, pero no sirve para mezclar uniformemente la luz de todos
los LEDs que alimentan luz al interior de la esfera. Con esta
disposición, la separación entre las dos filas de puntos
descentradas no está limitada como en el caso de la implementación
de la figura 6A. Se puede seleccionar cualquier separación, desde
cero (doce puntos en una línea) hasta la separación mostrada en la
figura 6A, en la que los puntos adyacentes se encuentran en las
esquinas de los triángulos equiláteros.
Cada difusor de luz (101) a (112) puede
comprender una serie de fuentes de luz LED de diversas longitudes
de onda diferentes o de la misma longitud de onda si se desea
aumentar la energía luminosa de salida en esa longitud de onda.
Durante la utilización en un validador de documentos, cada fuente
de luz LED del sistema (100) puede ser conectada secuencial o
simultáneamente. La operación de las fuentes de luz en cada difusor
de luz y en la totalidad del sistema (100) de la figura 6B puede
encontrarse bajo el control de un microprocesador u otro sistema de
circuitos de control del validador de documentos.
La figura 6C es una vista superior simplificada
de otra implementación de un sistema (120) de fuentes de luz que
tiene seis esferas de integración para formar doce puntos. Cada una
de las esferas (121) a (126) de integración tiene dos salidas,
mostradas como colimadores (121a), (121b) hasta (126a), (126b). La
utilización de dos salidas por esfera de integración puede reducir
el número total de LEDs necesarios sobre los esquemas de
iluminación directa, tal como se muestra en las figuras 3 y 6B en
tanto como un factor de dos, a la vez que todavía mezcla de forma
uniforme las salidas de todos los LEDs en cada punto. Es posible
añadir LEDs adicionales en longitudes de onda en las que la salida
del LED es baja. La separación entre las dos filas de puntos
descentradas se puede fijar a cualquier valor entre cero (los doce
puntos en una línea) hasta una separación que sitúa los LEDs
adyacentes en las esquinas de triángulos equiláteros.
Cada difusor de luz (121) a (126) puede
comprender una serie de fuentes de luz LED de diversas longitudes
de onda diferentes o de la misma longitud de onda si se desea
aumentar la energía luminosa de salida en esa longitud de onda.
Durante la utilización en un validador de documentos, cada fuente
de luz LED del sistema (120) puede conectarse secuencial o
simultáneamente. La operación de las fuentes de luz en cada difusor
de luz y en la totalidad del sistema (120) de la figura 6C puede
encontrarse bajo el control de un microprocesador u otro sistema de
circuitos de control del validador de documentos.
Los sistemas de difusor de luz de las figuras 6A
a 6C se pueden fabricar como módulos independientes o conectados
entre sí en un montaje para formar un sistema fuente que tiene
múltiples puntos para formar una configuración en zigzag u otra
configuración de puntos. Las estructuras mostradas en las figuras
6A y 6B son ilustrativas de posibles configuraciones de difusores
de luz, teniendo cada una uno o más colimadores y un interior con
forma esférica que tiene por lo menos un puerto de entrada. Los
colimadores de salida de estos ejemplos se sitúan para generar el
patrón de zigzag de puntos de luz a través de un paso para los
documentos. La estructura utiliza una serie de fuentes de luz, que
pueden ser LEDs, en las que cada esfera de integración tiene por lo
menos una fuente de luz conectada a la misma. Dos o más fuentes de
luz de diferentes longitudes de onda se pueden asociar con cada
esfera de integración y pueden estar conectadas de tal manera que
pueden ser seleccionadas por un microprocesador para permitir la
realización de diferentes tipos de pruebas.
El sistema de fuentes de luz puede ser fabricado
para adaptarse a los diseños de validadores de billetes existentes,
o puede ser fabricado a medida. Además, se podrían utilizar más o
menos puntos para proporcionar un recubrimiento parcial a través
del paso para los billetes o un recubrimiento completo a través del
paso para los billetes.
La figura 7A es una vista en perspectiva en
sección, y la figura 7B es una vista lateral en sección
transversal, de un difusor de luz (130) integrador cilíndrico. El
difusor cilíndrico comprende por lo menos una abertura (132) de
entrada y una salida (134) de ranura. Una cámara (136) difusora de
luz cilíndrica tiene un interior difusor y reflector, y la luz es
dirigida a través de un colimador (138) para proporcionar una
salida de ranura de luz que tiene aproximadamente 90 mm de largo.
Una fuente de haz de luz (no mostrada) puede estar conectada al
puerto (132) de entrada.
La estructura (130) de integración cilíndrica es
menos cara de fabricar que una serie de esferas de integración.
Además, el número de conjuntos de chip LED necesarios para
proporcionar iluminación es independiente del número de puntos de
luz que están siendo iluminados. El número de chips LED necesarios
en cada longitud de onda se corresponde con el número necesario
para generar iluminación a lo largo de la ranura de salida de
uniformidad adecuada y una irradiancia suficientemente elevada. Es
posible limitar, de esta manera, el número de chips necesarios para
una potencia de luz determinada en una longitud de onda particular.
No obstante, en el caso de una salida de ranura, la luz de salida
es colimada en un único eje, que puede no ser apropiado para
algunos procesos de autenticación de billetes.
La figura 8 es una vista superior en sección,
simplificada, de otra implementación de un difusor de luz (150)
cilíndrico que tiene por lo menos un colimador (152) conectado al
mismo. En esta realización, múltiples colimadores se conectan a lo
largo de la longitud del cilindro para generar un patrón de puntos.
El ejemplo mostrado en la figura 8A tiene doce aberturas de salida
(156) que alternan en lados opuestos del cilindro cuya
configuración mantiene los haces de salida bien separados en la
trayectoria del billete. Pero, como consecuencia, los puertos de
salida sobre un lado del cilindro pueden caer dentro de las
regiones utilizadas para trazar la luz mediante puertos en el lado
opuesto, que puede afectar perjudicialmente a la distribución de la
luz y la luz de salida total.
La figura 9 es una vista lateral en sección
transversal del difusor de luz (150) cilíndrico, según la línea de
trazos (9-9) de la figura 8, que muestra una posible
configuración. El cilindro (150) comprende por lo menos un puerto de
entrada (154), que puede ser una ranura que recorre la longitud del
colimador, y por lo menos una abertura (156) de salida para cada
colimador. Un recubrimiento reflectante y difusor reviste el
interior del cilindro para generar múltiples reflexiones de luz a
partir de la fuente o fuentes de luz. Un haz de luz de fibras
ópticas de la fuente de luz puede estar conectado al puerto de
entrada (154). Los puntos de luz sustancialmente homogéneos que
emanan de los colimadores (152) pueden entrar en contacto con los
receptores (20) situados sobre el lado opuesto de un paso para los
documentos de un validador de documentos.
La figura 10 es una ilustración en sección,
simplificada, de una implementación alternativa de un cilindro
(170) de difusor de luz, que es similar al de la figura 8, no
obstante, todas las áreas (171) de abertura de salida se sitúan
sobre un lado del cilindro. Los tubos de luz (172) están conectados
a áreas de abertura de salida alternativas y a los colimadores (173)
para transportar la luz desde el difusor (170) cilíndrico a los
colimadores. Los colimadores (174) están conectados directamente al
difusor (170) cilíndrico. Las posiciones de los colimadores (173) y
(174) forman un patrón de puntos particular, en la figura 10 un
patrón en zigzag, para la utilización en la autenticación de
billetes. La utilización de tubos de luz permite que todos los
puertos de salida se posicionen en el mismo lado del cilindro, que
elimina el problema de la interferencia perjudicial de luz en la
cámara difusora que puede tener lugar cuando los puertos de salida
se encuentran en lados opuestos del cilindro.
Los difusores de luz cilíndricos representados
en las figuras 8 a 10 pueden ser construidos mediante moldeo de una
carcasa estructural de cualquier material adecuado tal como
plástico o metal, para tener un interior cilíndrico y por lo menos
un puerto de entrada y por lo menos una abertura de salida. Un
revestimiento reflectante difusor puede ser fijado al interior de
la carcasa para formar una cámara difusora de luz. Por lo menos una
fuente de luz se conecta posteriormente a cada puerto de entrada y
por lo menos un colimador o módulo de salida se conecta a la
abertura de salida.
La figura 11 es una vista lateral en sección de
un difusor de luz (180) mecanizado a partir de un bloque sólido de
material plástico óptico tal como Spectralon^{TM}. Dicho difusor
de luz tiene una cavidad reflectante internamente que puede ser
esférica o cilíndrica. Por lo menos un puerto de entrada (181) y
por lo menos un área (182) de abertura de salida se forman en el
bloque, y por lo menos un colimador (184) se fija al área de
abertura de salida. Un haz de luz u otra fuente de luz se pueden
conectar al puerto de entrada (181). También se representan una
pletina (186) superior, un paso (5) para los billetes, una pletina
(188) inferior y un receptor (20) de luz.
La figura 12 ilustra un montaje (200) integrador
de núcleo macizo, en el que el difusor de luz integrador se
encuentra en la forma de un integrador (202) de núcleo macizo. Una
esfera (202) de integración de núcleo macizo acrílico se puede
construir como medios de fuente de luz o "tambor" (201), que
alojan una serie de fuentes LED de dos o más LEDs y que comprende
una ventana (no mostrada) para inyectar luz en el núcleo macizo. El
tambor (201) puede comprender un conector eléctrico para la fijación
a una placa de circuito (no mostrada). Una realización de la esfera
(202) de integración de núcleo macizo tiene un diámetro "d"
del orden de 7 mm, un área (205) de puerto de entrada de luz y un
área (206) de salida que tiene por lo menos una abertura de salida.
Se puede aplicar un delgado recubrimiento (203) de esmalte blanco,
difusor y reflectante, en la parte exterior del núcleo (202) macizo
exclusivo del área (205) de entrada y del área (206) de salida.
Una implementación de medios (207) de dirección
de luz puede ser un hemisferio acrílico que pueden ser cementados
en la esfera (202) de núcleo macizo en el área (206) de salida.
Aunque se recomienda una forma sustancialmente hemisférica para los
medios (207) de dirección de luz, se debe entender que se pueden
utilizar otras formas. Los medios (207) de dirección de luz
comprenden un área (208) de salida en la que la energía luminosa
puede pasar por dentro de un ángulo colector. La superficie (209)
esférica de los medios (207) de dirección de luz puede ser
aluminizada excepto en el área (208) de salida, mientras que la
superficie (210) plana puede ser pintada de negro en la parte del
área (206) de salida de la esfera maciza. Los medios (207) de
dirección de luz dirigen la luz al interior del ángulo colector
desde las aberturas del área (206) de salida hasta un espejo (212)
doblado que dirige la luz hasta un colimador (214) asférico. El
colimador (214) se puede construir en la pletina (216) superior por
encima del paso (5) para los billetes. El elemento (207)
hemisférico también alimenta la energía luminosa en el exterior del
ángulo colector del colimador de vuelta a la esfera (202) de
integración, para aumentar la "ganancia" de la esfera de
integración. La implementación mostrada recupera aproximadamente el
85% de la energía que abandona el área (206) de salida. El montaje
(200) integrador de núcleo macizo genera un punto de luz
sustancialmente homogéneo a través del paso (5) para los billetes,
a través de la pletina (218) inferior y sobre un receptor (no
mostrado).
El material del núcleo de la esfera (202) de
integración maciza y el hemisferio (207) pueden ser de plástico o
vidrio óptico transparente, que tiene preferentemente un índice de
refracción relativamente bajo. El acrílico (PMMA o
polimetilmetacrilato) puede ser un material adecuado debido a que
se encuentra fácilmente disponible en barras y puede encontrarse
disponible en pequeñas esferas. Una esfera o barra que tiene un
diámetro en el rango de 7 mm a 15 mm puede ser adecuado para
utilizar en aplicaciones como validación de documentos.
Los requisitos ópticos para el material del
núcleo no son extremos, dado que el objetivo es producir una salida
difusa. El material debe absorber tan poca luz como sea posible, y
debe estar relativamente libre de estriaciones, pero su índice de
homogeneidad y sus características de rugosidad de superficie no
son críticas. Un dispositivo de núcleo macizo puede ser construido
como una pieza, mientras que la carcasa de un integrador de núcleo
hueco debe fabricarse en dos piezas debido a la necesidad de
acceder al interior por propósitos de recubrimiento durante la
fabricación. De esta manera, un integrador de núcleo macizo debe
tener costes de montaje más bajos.
La pintura difusa para la utilización en la
superficie exterior de un integrador macizo consiste en pequeñas
partículas dispersas en una base que tiene sustancialmente el mismo
índice de refracción que el material óptico del núcleo. Un esmalte
acrílico blanco aplicado mediante recubrimiento por inmersión puede
ser adecuado. También se puede utilizar un recubrimiento de
dispersión más delgado reforzado con aluminio u otra capa especular
reflectante. Se puede necesitar una capa de recubrimiento protector
exterior adicional para proteger contra la degradación ambiental o
daño en el montaje. Por ejemplo, una capa protectora externa de
esmalte de resina epoxi u otro material robusto podrían ser
aplicados para proteger la capa de recubrimiento óptico. Un
integrador macizo de este tipo puede ser más robusto y compacto que
una esfera de integración hueca.
El núcleo de una esfera maciza tiene un índice
de refracción sustancialmente superior a la unidad que afecta a las
características de funcionamiento del sistema de dos maneras. En
primer lugar, la totalidad del hemisferio externo se acopla en un
pequeño ángulo de conicidad interno, debido a la refracción en la
interfase aire/vidrio. En segundo lugar, la reflectancia
dieléctrica aire/vidrio es una fuente de pérdidas de rendimiento.
Dichas pérdidas se pueden compensar mediante recubrimientos AR en
los puertos de entrada y salida, pero esta solución no funciona muy
bien en los grandes ángulos de conicidad deseados para maximizar el
acoplamiento de luz desde una fuente de luz LED a puntos en la
trayectoria de los billetes. Puede ser adecuada la utilización de
un material de núcleo de bajo índice tal como acrílico.
El problema del acoplamiento de entrada puede
solucionarse sumergiendo el chip LED en un material plástico que
tiene un índice similar al del material del núcleo, cementando
posteriormente el paquete LED en el núcleo del integrador. Dicha
fabricación asegura la máxima eficiencia posible en el acoplamiento
de la salida del LED al integrador. Un acoplamiento del área
inferior de elevada eficiencia, cementada, entre los chips LED y el
integrador es importante para conseguir un buen funcionamiento del
integrador/iluminador.
El acoplamiento de salida presenta un problema
un poco diferente. Las pérdidas en la interfase de aire/vidrio se
pueden mitigar algo mediante el recubrimiento AR, pero el problema
más significativo se debe al hecho de que la luz de salida se
dispersa por la totalidad del hemisferio. De esta manera, a menos
que la lente de colimación sea el equivalente a una lente de
inmersión de microscopio de elevada apertura numérica, una fracción
significativa de la luz de salida se escapa a través del cono
colector del colimador.
El integrador (200) esférico de núcleo macizo
puede tener sustancialmente las mismas dimensiones que cada uno de
los integradores de núcleo hueco mostrados en el sistema de la
figura 6C, que comprenden dos puertos de salida por esfera y
posiblemente podrían ser utilizados en el sistema mostrado en la
figura 6B. No obstante, el sistema ilustrado en la figura 6A
requiere esferas de integración algo más pequeñas y, por lo tanto,
la esfera de integración de núcleo macizo puede no ser adecuada
para dicho dispositivo. Se necesita un espejo doblado en el
colimador de salida para cualquier integrador esférico con más de
una salida. Si se requiere una única salida, como en la figura 6B,
el espejo doblado se puede eliminar. Esto funciona mejor para
puntos de salida en una única fila, en los que se colocan todos los
conectores de los paquetes LED en un único plano perpendicular a la
trayectoria del papel.
La figura 13 muestra una implementación de un
sistema (250) de integración cilíndrico que genera una fila de doce
puntos en la trayectoria (5) del billete. Un cilindro (252) tiene
seis paquetes (254) a (259) de fuentes de luz LED conectados al
mismo, y doce elementos (260) a (271) hemisféricos conectados al
mismo. Cada elemento hemisférico tiene un diámetro menor que la
separación de centro a centro de punto de 7,5 mm y todos los doce
hemisferios se pueden moldear en una pieza de plástico. Dicha
configuración puede simplificar los procesos de fabricación y de
recubrimiento, y simplificar el montaje final del sistema. El
diámetro del cilindro no se encuentra limitado por la separación
del punto de salida y se puede aumentar, por ejemplo, a 10 mm, tal
como se muestra en la figura 13. Se incluye un espejo (274) doblado
de manera que los conectores LED pueden estar en un plano paralelo
a la trayectoria del papel. Si los conectores pueden estar en un
plano perpendicular a la trayectoria del papel, entonces el espejo
doblado se puede eliminar. También se ilustran una serie de lentes
(280) a (291) asféricas moldeadas en una pletina (292) superior
sobre la trayectoria (5) del billete.
Las técnicas de montaje similares a las tratadas
anteriormente se podrían aplicar a los integradores cilíndricos. En
una implementación, un lado del cilindro podría tener una
superficie plana moldeada o mecanizada, con aberturas en el
recubrimiento en el que se podrían cementar los paquetes LED. (El
paquete LED podría ser un conjunto lineal extendiéndose por la
mayor parte de la longitud del cilindro). La masa del cilindro y
sus fijaciones pueden ser suficientemente bajas para integrarse en
un conector lineal que se monta en un enchufe lineal sobre la placa
de circuito.
Anteriormente se han descrito un número de
dispositivos según implementaciones de la invención. Sin embargo,
un experto en la técnica podría realizar fácilmente diversas
modificaciones sin desviarse del alcance de la invención tal como
se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (40)
1. Subsistema de validación de documentos, que
comprende:
- (i)
- un difusor de luz (30) para generar por lo menos un punto de luz sustancialmente homogéneo, comprendiendo el difusor de luz una cámara (34) difusora de luz, por lo menos un puerto (31) de entrada asociado a la cámara difusora (34) para alojar por lo menos una fuente de luz (32) y por lo menos una abertura (36) de salida asociada a la cámara difusora;
- (ii)
- por lo menos un receptor de luz (20), y
- (iii)
- un paso para los documentos;
caracterizado por:
- (iv)
- por lo menos un colimador (38) que comprende por lo menos una superficie (44) reflectante, estando conectado el colimador a por lo menos una abertura (36) de salida, en el que el colimador está dispuesto para reflejar la luz que abandona por lo menos una abertura (36) de salida del difusor de luz hacia el paso para los documentos.
2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
la cámara difusora de luz comprende un revestimiento (35)
reflectante difusor aplicado a una superficie interior.
3. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
el colimador (38) comprende un espejo (29).
4. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
el puerto de entrada aloja una serie de fuentes (32) de luz LED.
5. Aparato, según la reivindicación 4, en el que
por lo menos dos fuentes (32) de luz son de longitudes de onda
diferentes.
6. Aparato, según la reivindicación 4, en el que
las fuentes de luz (32) son de la misma longitud de onda.
7. Aparato, según la reivindicación 4, en el que
las fuentes (32) de luz LED son capaces de conectarse
secuencialmente.
8. Aparato, según la reivindicación 4, en el que
las fuentes (32) de luz LED son capaces de conectarse
simultáneamente.
9. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
una serie de aberturas (36) de salida están asociadas a la cámara
(34) difusora y una serie de colimadores (38) están conectados a las
aberturas de salida para generar una serie de puntos de luz
sustancialmente homogéneos.
10. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que por lo menos un colimador comprende por lo menos una lente
(39).
11. Aparato, según la reivindicación 1, que
comprende además por lo menos un componente (58) de lente fijado a
una pletina (59) superior de un paso para los documentos.
12. Aparato, según la reivindicación 1, que
comprende un montaje de difusor de luz que comprende:
- una serie de difusores de luz (30), teniendo cada uno por lo menos un puerto (31) de entrada, por lo menos una abertura (36) de salida y por lo menos un colimador (38) conectado a una abertura, dispuestos los difusores de luz para proporcionar una zona de cobertura de salida de puntos de luz a lo largo de la anchura de un paso para los documentos; y
- una serie de fuentes (32) de luz, en la que por lo menos una fuente de luz está conectada a cada puerto (31) de entrada.
13. Aparato, según la reivindicación 12, en el
que el montaje de difusor de luz es modular.
14. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que el difusor de luz comprende:
- un cilindro (130) que tiene una cavidad y por lo menos un puerto (132) de entrada y una abertura (134) de ranura, en el que un recubrimiento difusor y reflectante se aplica a la cavidad; y por lo menos un colimador (138) es alineado con la salida de ranura; y
- por lo menos una fuente de luz está conectada al puerto de entrada.
15. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que el difusor de luz comprende;
- un cilindro (150) que tiene una cavidad y por lo menos un puerto (154) de entrada y una serie de aberturas (156) de salida para generar una serie de puntos de luz sustancialmente homogéneos, en el que un recubrimiento difusor y reflectante se aplica a la cavidad, y una serie de colimadores (152) se fijan a las aberturas de salida; y
- por lo menos una fuente de luz está conectada al puerto de entrada.
16. Aparato, según la reivindicación 15, que
comprende además por lo menos un tubo (172) de luz conectado en un
primer extremo a una abertura de salida y en un segundo extremo a
un colimador (173).
17. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que el difusor de luz comprende:
- un bloque (180) de material óptico que tiene una cavidad que comprende una superficie difusora y reflectante internamente, por lo menos un puerto (181) de entrada y por lo menos una abertura (182) de salida;
- por lo menos un colimador (184) está fijado a la abertura de salida para generar por lo menos un punto de salida sustancialmente homogéneo; y
- por lo menos una fuente de luz está conectada al puerto de entrada.
18. Aparato, según la reivindicación 1, en el
que el difusor de luz comprende una cámara (202) difusora de luz de
núcleo macizo que tiene un recubrimiento (203) exterior con
características difusoras y reflectantes, en el que el
recubrimiento comprende por lo menos un área de entrada (205) para
alojar por lo menos una fuente de luz (201), y el recubrimiento
comprende por lo menos un área (206) de salida y por lo menos unos
medios (207) de dirección de luz conectados al área de salida.
19. Aparato, según la reivindicación 18, en el
que los medios (207) de dirección de luz comprenden un área (208)
de salida para dirigir la luz y comprenden una superficie (209)
reflectante para alimentar la energía luminosa de vuelta en la
cámara difusora.
20. Aparato, según la reivindicación 19, en el
que los medios (207) de dirección de luz tienen forma
sustancialmente hemisférica.
21. Aparato, según la reivindicación 18, que
comprende además por lo menos unos medios (201) de fuente de luz
conectados al área (205) de entrada.
22. Aparato, según la reivindicación 18, que
comprende además un espejo plano (212) para redirigir la luz a
partir de los medios (207) de dirección de luz.
23. Aparato, según la reivindicación 18, que
comprende además una lente (214) de colimación conectada a una
pletina de un paso para los documentos.
24. Aparato, según los reivindicación 18, en el
que la cámara (202) difusora de luz es esférica.
25. Aparato, según la reivindicación 18, en el
que la cámara (202) difusora de luz es cilíndrica.
26. Aparato, según la reivindicación 25, que
comprende además una fuente de luz en disposición lineal conectada
a la cámara difusora.
27. Método para la construcción de un subsistema
de validación de documentos que comprende:
- el montaje de los componentes de la reivindicación 1 y que comprende, de esta manera,
- la construcción del difusor (30) de luz para generar por lo menos un punto de luz sustancialmente homogéneo;
- la conexión de la fuente de luz (32) al difusor de luz (30);
- la conexión del difusor de luz (30) y la fuente (32) a una pared del paso para los documentos; y la conexión de un receptor (20) de luz a la pared del paso para los documentos para recibir una señal de luz resultante del punto sustancialmente homogéneo.
28. Método, según la reivindicación 27, en el
que el difusor de luz está construido mediante:
- el moldeo de la cámara (34) que tiene por lo menos un puerto (31) de entrada y por lo menos una abertura de salida;
- la aplicación de un recubrimiento (35) difusor reflectante a una superficie interior de la cámara; y
- la conexión de por lo menos un colimador (38) a por lo menos una abertura (36) de salida.
29. Método, según la reivindicación 28, en el
que la cámara es moldeada en dos hemisferios.
30. Método, según la reivindicación 28, que
comprende además la fijación de un espejo (29) a por lo menos un
colimador (38) para dirigir la luz.
31. Método, según la reivindicación 28, que
comprende además la fijación de una lente (39) a por lo menos un
colimador.
32. Método, según la reivindicación 27, en el
que el difusor de luz está construido:
- moldeando la cámara (34) difusora de luz utilizando un material plástico óptico, en la que la cámara comprende por lo menos un puerto (31) de entrada y por lo menos una abertura de salida (36); y
- conectando por lo menos un colimador (38) a por lo menos una abertura (36) de salida.
33. Método, según la reivindicación 32, que
comprende además la fijación de una lente (39) al colimador
(38).
34. Método, según la reivindicación 27, que
comprende;
- la conexión del difusor de luz a una pared del paso para los documentos, siendo el difusor de luz capaz de generar por lo menos un punto de luz sustancialmente homogéneo, formado el difusor de luz:
- cortando una cavidad en un bloque (180) de material óptico, teniendo la cavidad características reflectantes y difusoras; y
- formando por lo menos un puerto (181) de entrada y por lo menos una abertura (182) de salida que conecta la cavidad; conectando por lo menos una fuente de luz a cada puerto (181) de entrada; y conectando el por lo menos un colimador (184) a la abertura de salida.
35. Método, según la reivindicación 27, que
comprende:
- la formación de un difusor de luz (202) de núcleo macizo formando la cámara de difusión con material óptico, recubriendo la cámara con un material (203) que tiene características reflectantes y difusoras, formando por lo menos un área (205) de entrada y por lo menos un área de salida, y conectando unos medíos de dirección de luz a cada área de salida; y
- la conexión del difusor de luz de núcleo macizo a una pared de un paso para los documentos.
36. Método, según la reivindicación 35, que
comprende además la aplicación de una capa protectora externa al
material de recubrimiento.
37. Método, según la reivindicación 35, que
comprende además la conexión de por lo menos una fuente de luz
(201) a cada área (205) de entrada.
38. Método, según la reivindicación 35, en el
que los medios (207) de dirección de luz dirigen la luz al interior
de un ángulo colector al paso para los documentos, y refleja la
energía luminosa en el exterior del ángulo colector de vuelta a la
cámara difusora.
39. Método, según la reivindicación 35, en el
que la cámara (202) difusora de luz está formada con forma
esférica.
40. Método, según la reivindicación 35, en el
que la cámara (202) difusora de luz está formada con forma
cilíndrica.
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