ES2288497T3 - Dispositivo de deteccion optica y metodo para el analisis espectral. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de detección óptica, en particular para obtener mediciones espectroscópicas a partir de una línea iluminada (5), en donde el dispositivo comprende múltiples aperturas de entrada (11.1-11.3) situadas en una disposición planar, espaciadas entre sí a lo largo de un primer eje (10) paralelo a la línea iluminada (5); un dispositivo de obtención de imágenes (12) que define un eje óptico (7) ortogonal con respecto al primer eje (10) y a la línea iluminada (5); múltiples emparrillados de difracción (15.1-15.3) situados a lo largo de un segundo eje (16) en una disposición planar paralela a la disposición planar de aperturas, en donde cada emparrillado está asociado con una correspondiente apertura de entrada (11.1-11.3), y un conjunto de detección lineal (17) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal paralelo con, y lateralmente contrapesado con respecto al segundo eje (16), en donde las líneas de emparrillado de los emparrillados de difracción (15.1, 15.2, 15.3) se extienden enun ángulo agudo en relación con el eje longitudinal del conjunto de detección lineal (17), en donde los ejes primero, segundo y longitudinal son ortogonales con respecto al eje óptico (Y), y en donde los emparrillados de difracción determinan que los espectros de cada apertura de entrada incidan sobre diferentes porciones del conjunto de detección lineal.
Description
Dispositivo de detección óptica y método para el
análisis espectral.
La invención se refiere a un dispositivo de
detección óptica que comprende al menos una apertura de entrada, un
dispositivo de obtención de imágenes, al menos un emparrillado de
difracción asociado con la al menos una apertura de entrada, y un
conjunto de detección lineal. La invención se dirige, igualmente, a
un dispositivo para validar billetes de banco, y a un método para
el análisis espectral de una zona de detección de un objeto.
La validación de billetes de banco (verificación
o autenticación) se basa, habitualmente al menos en un cierto
grado, en un método de detección óptica (véanse, por ejemplo, los
documentos US 5-607.040, EP 0 935 223). Es conocida
la realización de la verificación comparando el patrón detectado con
patrones de referencia (véase, por ejemplo, el documento
EP-A-0947964).
La espectroscopia óptica es bien conocida en
laboratorios industriales y en líneas de producción para monitorizar
el proceso. En tales aplicaciones, los espectrómetros miden el
espectro óptico en una zona determinada del objeto que se va a
analizar. En términos generales, existen dos formas de llevar a cabo
este procedimiento:
Escaneado del espectro en bandas estrechas, por
medio de un único detector, o la medición simultánea de varios
componentes espectrales por medio de un conjunto de detectores
lineales.
En el mercado ya se encuentran disponibles
espectrógrafos para obtención de imágenes. En OLE, junio 1994, pág.
13, se describe un ejemplo de un dispositivo de este tipo. Este
dispositivo conocido es una combinación de un analizador de
espectros y una cámara CCD. La luz entra a través de una ranura en
el extremo frontal del analizador de espectros. Seguidamente, es
dividida en sus componentes espectrales por medio de un emparrillado
de transmisión y enfocada sobre un detector CCD bidimensional (que
forma parte de una cámara CCD convencional). El emparrillado de
transmisión está incluido entre dos prismas dispersores (una
construcción que se conoce como PGP:
"Prisma-Emparrillado-Prisma",
en sus siglas en inglés).
Los espectrómetros conocidos hasta la fecha son
muy adecuados para la monitorización de la producción en procesos
industriales, en donde se dispone de abundante espacio. Sin embargo,
no resulta sencillo reducir su tamaño y, por lo tanto, su
construcción conocida no es apropiada para soluciones técnicas
integradas.
El documento
DE-A-19523140 describe un método
para mejorar la relación de señal-ruido para un
espectrómetro de alta precisión, utilizando múltiples conjuntos de
detectores lineales que reciben la luz desde una única ranura de
entrada.
Un objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo de sensor óptico basado en el análisis espectral. En
particular, un objeto es el de proporcionar un dispositivo que se
pueda aplicar a la detección de múltiples puntos (e, incluso, un
punto único) en una construcción economizadora de espacio integrada
mecánicamente.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, un dispositivo de detección óptica en particular para
obtener mediciones espectroscópicas de una línea iluminada, el
dispositivo comprende varias aperturas de entrada, dispuestas en un
conjunto planar de espaciado aparte, a lo largo de un primer eje
paralelo con la línea iluminada; un dispositivo de obtención de
imágenes que define un eje óptico ortogonal con el primer eje y la
línea iluminada; diversos emparrillados de difracción dispuestos a
lo largo de un segundo eje, en un conjunto planar paralelo al
conjunto planar de aperturas, en donde cada emparrillado está
asociado con una correspondiente apertura de entrada, y un conjunto
de detección lineal que se extiende a lo largo del eje longitudinal
que es paralelo con el segundo eje, y se encuentra lateralmente
contrapesado con respecto al mismo, en donde las líneas de
emparrillado de los emparrillados de difracción se extienden en un
ángulo agudo en relación con el eje longitudinal del conjunto de
detección lineal, siendo los ejes primero, segundo y longitudinal
ortogonales con respecto al eje óptico, y en donde los emparrillados
de difracción determinan que los espectros procedentes de cada
apertura de entrada incidan sobre porciones diferentes del conjunto
de detección lineal.
Por el hecho de que el ángulo de inclinación es
mayor que 0º y menor que 90º, existe un componente de la dirección
de la dispersión espacial del espectro que es paralelo a la línea de
detección, en tanto que, al mismo tiempo, resulta posible disponer
los espectros de diversos puntos sustancialmente lado a lado, sin
que se produzca el solapamiento de los patrones de difracción. Por
lo tanto, es posible analizar simultáneamente los espectros de una
multiplicidad de puntos en una línea de detección. Un dispositivo
sensor de este tipo es particularmente adecuado para la validación
de billetes de banco. Sin embargo, existen otros muchos campos de
aplicación tales como, por ejemplo, análisis clínicos in
vivo, equipos de seguridad, monitorización de la fabricación
industrial, clasificación de objetos, etc. En algunas de las
aplicaciones, puede usarse fibra óptica o un enlace conductor de la
luz entre el objeto y el dispositivo de detección óptica, con el fin
de permitir una medición espectroscópica remota.
De acuerdo con una realización preferida,
existen varias aperturas de entrada de tipo hendidura y sus
correspondientes emparrillados de difracción dispuestos a lo largo
de la línea de detección. Cada apertura de tipo hendidura define un
"punto" cuyo espectro se debe medir. (Un punto puede tener
cualquier tamaño apropiado, por ejemplo, múltiples milímetros
cuadrados). Los espectros de todos los puntos se determinan en
paralelo.
Para la validación de billetes de banco, la
línea de detección es una recta transversal a la dirección de
alimentación del billete de banco. Adicionalmente, la longitud de la
línea de detección se corresponde con la anchura total de la vía de
transporte. Esto significa que el billete de banco que atraviesa el
dispositivo de conjuntos sensores se puede escanear por
completo.
Es necesario señalar que la existencia de
aperturas de entrada de tipo hendidura no es obligatoria. También
resultan aceptables las formas circulares, ovaladas, rectangulares o
cuadradas. También es posible seleccionar una línea de detección
que no sea recta. La entrada al sensor espectral se puede
proporcionar mediante un haz de fibras que lleva cualquier
distribución geométrica de "puntos" a una fila. El dispositivo
sensor puede comprender, incluso, varias líneas de detección y, en
consecuencia, múltiples conjuntos lineales de detección.
Hay diversos parámetros que se pueden variar
para obtener la geometría deseada del dispositivo: el ángulo de
inclinación, el grado de inclinación de las aperturas, y la
frecuencia (o grado de inclinación) del emparrillado de difracción.
De acuerdo con una realización especialmente preferida, estos
parámetros se seleccionan de manera tal que los espectros de los
"puntos" estén ordenados de forma contigua en el conjunto de
detección.
Si sólo se debe analizar una parte de los
espectros, solamente dicha parte debe estar ordenada de forma
contigua.
El ángulo de inclinación es, preferentemente, de
45º. Valores próximos a 45º tienen ventajas similares. Resulta
posible alcanzar una resolución espectral de, típicamente, entre 8 y
64 componentes espectrales para cada punto. Dependiendo de los
requisitos de la aplicación particular del espectrómetro, se pueden
implementar resoluciones espectrales inferiores o superiores. Para
un conjunto de detección determinado (que se caracteriza por el
tamaño y la distancia de los pixeles del sensor), existe una
compensación entre resolución espacial y espectral. Cuanto mayor es
la resolución espectral, menor es la resolución espacial, y
viceversa.
El conjunto de detección puede ser un conjunto
lineal único de pixeles de detección fotosensibles (integrados en
un chip semiconductor, por ejemplo, de compuestos de silicio o
germanio/indio). Preferentemente, el conjunto lineal (es decir, la
línea de los sensores de detección) está contrapesado lateralmente
con respecto a un eje óptico del espectrómetro. El eje óptico está
definido por el dispositivo de obtención de imágenes. En términos
generales, la apertura de entrada y el emparrillado de difracción se
encuentran alienados con respecto al eje óptico, y el eje óptico
tiene una dirección que es, preferentemente, perpendicular a la
superficie del objeto que se debe analizar.
El contrapeso es tal que el conjunto de
detección abarca las difracciones de primer orden de todos los
"puntos" que se deben analizar simultáneamente. Dependiendo de
la intensidad dirigida a los diferentes órdenes de difracción,
puede ser posible también detectar los componentes espectrales de
difracciones de órdenes superiores.
Es conveniente que el emparrillado de difracción
sea un emparrillado de transmisión, que posee una dirección
preferencial. Por ejemplo, un emparrillado vidriado concentra la
energía de difracción en la difracción de primer orden. En términos
generales, es preferible maximizar la difracción de potencia hasta
un orden interceptado por el conjunto de detección lineal. La
invención no está limitada a estos emparrillados, pero se prefieren
los emparrillados de transmisión a los emparrillados de
reflexión.
El dispositivo de obtención de imágenes es, por
ejemplo, un conjunto de lentes que permite obtener imágenes de una
zona de detección continua, en forma de banda. Es bien sabido que
los conjuntos de lentes GRIN (GRIN = índice graduado) conocidos
como Selfoc Lens Conjuntos (SLA) muestran el comportamiento deseado.
Sin embargo, dependiendo de los propósitos y necesidades del campo
seleccionado de aplicación, el espectrómetro puede estar
implementado con otros elementos de obtención de imágenes.
Para el escaneado de objetos con una estructura
de superficie fina, se requiere a menudo disponer de algún medio de
alisado de fuentes ("antialiasing") para evitar fluctuaciones
indeseadas. En relación con el dispositivo sensor de la invención,
resulta especialmente ventajoso disponer una lente cilíndrica frente
a las aperturas de entrada. Dicha lente se puede implementar por
medio de una varilla larga que se extiende a lo largo de toda la
línea de detección. El alisado de fuentes tiene lugar en una
dirección (es decir, en la dirección de la línea de detección). En
la otra dirección (es decir, de manera transversal a la línea de
detección) se enfoca la imagen. Cuando el objeto se mueve durante
un ciclo de medición (como es el caso en la validación de alta
velocidad de billetes de banco), esto da lugar automáticamente a un
alisado de fuentes en la dirección de transporte.
La conveniencia de utilizar o no medios de
alisado de fuentes depende de la estructura óptica (textura) del
objeto, y de las dimensiones de la apertura de entrada.
Evidentemente, también es posible usar otros medios de alisado de
fuentes.
Con el fin de tener luz suficiente en el orden
de difracción seleccionado, es importante disponer de una
iluminación correcta y concentrada de la zona ("puntos") que
se debe analizar. Por consiguiente, la invención propone igualmente
la disposición de medios de iluminación para ofrecer una zona
estrecha pero larga (es decir, en forma de banda o línea) iluminada
sobre el objeto (por ejemplo, un billete de banco).
Cuando se utilizan haces de fibras para ordenar
una zona extendida de forma bidimensional en la línea de detección,
puede ser mejor, por supuesto, disponer de medios para iluminar, por
ejemplo, una zona circular o de otro tipo (dependiendo del campo de
aplicación).
Para la validación de billetes de banco, es
preferible tener medios de iluminación con un espectro continuo de
ancho de banda en el intervalo visible e infrarrojo (400 nm hasta
2000 nm). De hecho, la calidad de la medición espectroscópica
depende de la calidad del espectro de iluminación. Dependiendo de la
aplicación específica, puede ser suficiente disponer de una
iluminación en el intervalo ultravioleta (por ejemplo, cuando se
utilizan efectos fluorescentes), o sólo dentro del intervalo
visible.
La iluminación se puede combinar a partir de
diferentes fuentes lumínicas. El iluminador puede comprender una
pluralidad de fuentes y un dispositivo de obtención de imágenes para
obtener la imagen de la luz de las fuentes sobre la zona en forma
de banda. Es posible enfocar una fila de fuentes de luz discreta o
incandescente sobre una línea por medio de una lente
cilíndrica.
El dispositivo de obtención de imágenes y el
conjunto sensor están preferentemente integrados en un alojamiento
común de escasa sección cruzada (similar al Sensor de Imagen de
Contacto, CIS, conocido en la técnica). Puede ser posible integrar
más elementos de la invención en un módulo específico para la
aplicación, al objeto de lograr una construcción técnica compacta y
modular.
La invención se utiliza, preferentemente, para
validar billetes de banco. Un dispositivo de este tipo comprende,
típicamente, una vía de transporte de billetes de banco para
alimentar secuencialmente billetes de banco, y un dispositivo de
detección óptica dispuesto bajo la vía de transporte y que comprende
una apertura de entrada, un dispositivo de obtención de imágenes,
un emparrillado de difracción, asociado con la apertura de entrada,
y un conjunto de detección. De acuerdo con la invención, el
emparrillado de difracción se encuentra rotado en relación con la
orientación del conjunto de detección lineal. El transporte se lleva
a cabo por rodillos de transporte motorizados y elementos de guía
mecánicos que impulsan el billete de banco a lo largo de una vía
predeterminada, que pasa a través del dispositivo de detección
óptica. El dispositivo de detección óptica tiene una sección
cruzada muy reducida y, por lo tanto, se puede integrar fácilmente
en cualquier tipo de aparato de validación.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, un método para el análisis espectral de una zona de
detección de un objeto, utilizando un dispositivo según el primer
aspecto de la invención, comprende las etapas de:
- a)
- limitar las zonas de detección por dichas aperturas de entrada,
- b)
- imponer un efecto de difracción sobre la luz limitada por las aperturas de entrada, mediante la asociación de cada uno de los respectivos emparrillados de difracción a cada una de las aperturas, y
- c)
- detectar un efecto de difracción de orden primero y/o superior mediante el conjunto de detección lineal,
y se caracteriza
porque
- d)
- se impone una rotación, en relación con la orientación del conjunto de detección lineal, sobre el efecto de difracción a través de la selección de un ángulo de rotación, un grado de inclinación de las aperturas, y un grado de inclinación del emparrillado de difracción, de manera tal que los espectros de los múltiples puntos en la zona de detección quedan ordenados de forma contigua sobre el conjunto de detección, lo que permite medir simultáneamente los espectros de los múltiples puntos.
A continuación, la invención se describe de
manera más detallada en relación con una realización preferida,
haciendo referencia a la Fig. 1, que es una vista esquemática en
perspectiva de un espectrómetro.
La Fig. 1 muestra una realización preferida de
la invención. El espectrómetro de este tipo se puede utilizar en un
dispositivo procesador de billetes de banco (véase, por ejemplo, el
documento EP 0 645 742 B). Estos dispositivos tienen, normalmente,
un mecanismo de transporte para alimentar los billetes de banco 1,
de forma secuencial y a una elevada velocidad de transporte, desde
una entrada de billetes de banco hasta una salida de billetes de
banco. La orientación del billete de banco 1 durante el transporte
puede ser transversal a la dirección de la vía de alimentación 2.
El espectrómetro, que está combinado con un dispositivo de análisis
de datos (por ejemplo, un microprocesador, un procesador de señales
digitales, o un ordenador) que permite validar el billete de banco,
abarca, preferentemente, la anchura total de la vía de alimentación,
de manera que el billete de banco puede ser escaneado en su
totalidad cuando atraviesa el dispositivo sensor. La decisión de si
el billete de banco es válido o no, evidentemente, no puede basarse
únicamente en un análisis espectral, sino también en detecciones
adicionales tales como una detección de capacidad. Estos programas
de detección adicionales son bien conocidos en la técnica.
Un iluminador comprende una pluralidad de
fuentes de luz 3.1, 3.2 y una lente cilíndrica 4 para iluminar una
línea de detección 5 larga y estrecha. La lente cilíndrica 4 es
paralela a la línea de detección 5. Las fuentes de luz 3.1, 3.2
pueden ser elementos incandescentes dispuestos en una línea recta 6,
a una distancia apropiada el uno del otro para garantizar que la
intensidad de la iluminación a lo largo de la línea 5 es más o menos
constante y suficientemente alta para la detección.
La lente cilíndrica 8 enfoca la luz reflejada
por la superficie del billete de banco 1 en dirección del eje
óptico 7 sobre una máscara 9. La máscara 9 se encuentra en un plano
perpendicular al eje óptico 7, y se extiende en una dirección
paralela a la línea de detección 5. Una pluralidad de aperturas de
tipo hendidura 11.1, 11.2, 11.3, está dispuesta a lo largo del eje
10 de la máscara. Cada apertura 11.1, 11.2, 11.3 define una zona o
"punto" sobre la línea de detección 5, que se analiza de forma
espectral. De acuerdo con una realización preferida de la
invención, las aperturas 11.1, 11.2, 11.3 tienen una longitud dentro
del intervalo de 1 mm a 2 mm (por ejemplo, s = 1,4 mm) y un ancho
dentro del intervalo de 1/10 a 3/10 mm (por ejemplo, w = 0,2 mm).
Todas las aperturas 11.1, 11.2, 11.3 tienen la misma orientación,
pueden estar rotadas en un ángulo \alpha con respecto al eje 10
de la máscara. Las hendiduras, por lo tanto, no son paralelas ni
ortogonales con respecto al eje 10. El ángulo más preferido es
\alpha = 45º. Las aperturas 11.1, 11.2, 11.3 pueden tener un grado
de inclinación dentro del intervalo de 1 mm a 5 mm, dependiendo del
objeto que se debe analizar, y de la resolución espectral deseada.
Evidentemente, existen numerosos parámetros que se pueden adaptar y
que se deben tomar en consideración al definir el grado de
inclinación de las aperturas.
Detrás (en la Fig. 1: "por encima") de la
máscara 9 hay un dispositivo de obtención de imágenes 12, por
ejemplo, un conjunto de lentes Selfoc (SLA), que proyecta una
imagen de la máscara 9 sobre el plano 13 del sensor óptico. Se
prefiere que el dispositivo de obtención de imágenes 12 no genere
imágenes invertidas. Sin embargo, también se pueden aceptar las
imágenes invertidas cuando hay presente un medio de alisado de
fuentes.
Entre el plano 13 del sensor óptico y el
dispositivo de obtención de imágenes 12 se encuentra interpuesto un
conjunto de emparrillado de difracción 14. Tal como se muestra en el
presente ejemplo, el conjunto de emparrillado de difracción 14
comprende una pluralidad de emparrillados de transmisión 15.1, 15.2,
15.3. Cada emparrillado de transmisión 15.1, 15.2, 15.3 está
asociado con una apertura 11.1, 11.2, 11.3. Los emparrillados de
transmisión 15.1, 15.2, 15.3 tienen una orientación que se
encuentra rotada con respecto al eje del conjunto de emparrillado
de difracción 14 en el mismo ángulo que lo están las aperturas 11.1,
11.2, 11.3 con respecto al eje 10. Este ángulo es, preferentemente,
de 45º. El emparrillado de transmisión 15.1 y la apertura 11.1 que
está asociada al mismo, se encuentran en el mismo eje óptico. Los
emparrillados de transmisión 15.1, 15.2, 15.3 pueden formar una
zona contigua, en forma de banda, o una serie de zonas rectangulares
separadas. Cada zona rectangular puede estar rotada o no con
respecto al eje 16. Es suficiente si la luz de las aperturas 11.1,
11.2, 11.3 resulta capturada de manera más o menos completa por el
efecto de difracción, y si la estructura del propio emparrillado se
rota en el ángulo deseado.
La línea 5, la lente cilíndrica 8, el eje 10 de
la máscara, el dispositivo de obtención de imágenes 12, y los
emparrillados de transmisión 15.1, 15.2, 15.3 están en paralelo y,
adicionalmente, alineados sobre el eje óptico 7. El conjunto sensor
17, sin embargo, está desplazado lateralmente con respecto al eje
óptico 7, de modo que se pueden detectar las difracciones de primer
orden 18.1, 18.2, 18.3 de los emparrillados de transmisión 15.1,
15.2, 15.3. Las difracciones de orden cero que se proyectan en mayor
o menor medida a lo largo del eje óptico 7 sobre el plano 13 no se
muestran en la Fig. 1. Adicionalmente, se debe señalar que mientras
que existen difracciones de primer orden simétricas en los lados
"positivo" y "negativo" de las difracciones de orden
cero, la Fig. 1 muestra solamente las difracciones de primer orden
"positivas" 18.1, 18.2, 18.3).
Debido a que la orientación o líneas del
emparrillado de difracción está rotada en un ángulo de 45º, las
difracciones de primer orden 18.1, 18.2, 18.3, cada una de las
cuales abarca básicamente una zona rectangular alargada en el plano
13, están rotadas en el mismo ángulo con respecto a la línea de
detección. Además, presentan límites adyacentes entre sí y generan
una zona contigua que tiene una forma "escalonada". El conjunto
sensor 17 está situado de manera tal que se encuentra por completo
dentro de la zona "escalonada" contigua. De acuerdo con la
Fig. 1, es paralelo a la línea de detección, pero se encuentra
desviado en una distancia determinada del eje óptico 7.
Tal como se ilustra en la Fig. 1, el conjunto
sensor 17 forma una intersección asimétrica con las difracciones de
primer orden. Esto da lugar a una selección de las longitudes de
onda detectadas. De hecho, cada difracción de primer orden 18.1,
18.2, 18.3 contiene la totalidad de la información espectral en el
patrón. Por lo tanto, se prefiere en especial que el conjunto
sensor 17 forme una intersección con las difracciones de primer
orden 18.1, 18.2, 18.3 a partir de la posición de la longitud de
onda mayor dentro del intervalo del sensor, y que finalice, por
ejemplo, cerca del extremo exterior del patrón, dependiendo de la
menor longitud de onda que pueda detectar el sensor.
La extensión de las difracciones de primer orden
18.1, 18.2, 18.3 depende del grado de inclinación del emparrillado.
Se han obtenido buenos resultados con un grado de inclinación
correspondiente a 300 a 600 líneas por milímetro (por ejemplo, d =
0,0017 mm). Con el fin de tener suficiente luz en la difracción de
primer orden, se utiliza un emparrillado brillante que concentra la
potencia lumínica en un orden de difracción preferido y
predeterminado.
El conjunto sensor 17 tiene un único conjunto de
pixeles que capturas diferentes componentes espectrales de la luz
difractada, dependiendo de la posición del píxel y del diseño
geométrico del emparrillado. De acuerdo con una realización
preferida, el conjunto sensor 17 y los componentes ópticos están
incorporados en un alojamiento en forma de varilla para tener una
construcción comparable a la de un módulo CIS (Sensor de Imagen de
Contacto). Los módulos CIS son fácilmente disponibles en el mercado
y se utilizan para el escaneado de documentos en máquinas de fax y
en dispositivos de detección de moneda falsificada (véanse, por
ejemplo, los documentos US 5.607.040, EP 0 935 223). Incluyen un
conjunto de medios ópticos y fotosensibles para detectar el patrón
de un documento impreso, por ejemplo, en el intervalo visible.
\newpage
La señal digital generada por el conjunto sensor
17 se procesa de cualquier forma deseada por un ordenador o, por
ejemplo, un DSP Procesador Digital de Señal) o ASIC (Circuito
Integrado para Aplicaciones Específicas) (véase, por ejemplo, el
documento EP 0 947 964 A).
La invención no está limitada a las
realizaciones descritas anteriormente. Existen numerosas variaciones
que se encuentran dentro del alcance de la invención, tal como
puede resultar evidente por las siguientes explicaciones.
Puede haber dos iluminadores, uno a cada lado
del dispositivo sensor. Las zonas de iluminación pueden solaparse
completa o parcialmente. Los dos iluminadores pueden tener espectros
diferentes. Los espectros pueden ser complementarios, de forma que
la iluminación abarque un amplio intervalo de espectros (por
ejemplo, desde el intervalo UV hasta el intervalo IR). Se puede
utilizar una iluminación en el intervalo UV para detectar la
"huella dactilar" fluorescente del billete de banco.
La construcción de los medios de iluminación
depende del tamaño y forma de la zona de detección. En tanto que la
Fig. 1 muestra una estrecha línea recta, también es posible tener
una línea curva o varias líneas separadas. También resulta posible
analizar una zona circular, ovalada o rectangular utilizando un haz
de fibras. En el extremo de entrada, las fibras están distribuidas
uniformemente sobre la zona a analizar y, en el extremo de salida,
pueden estar dispuestas en una línea única frente a la apertura de
entrada. Por lo tanto, la zona del objeto está ordenada en una
disposición lineal. En otras palabras: el haz de fibras ordena cada
apertura de entrada en un punto o región distinta de un objeto
externo, en donde estos puntos o regiones se pueden disponer de
manera arbitraria.
Las lentes cilíndricas 4 y 8 se pueden sustituir
por otros dispositivos ópticos que proyectan la luz sobre la
superficie del objeto, y que recogen la radiación reflejada para el
análisis espectral.
Aun cuando es preferible que las aperturas en la
máscara y el emparrillado de difracción tengan dimensiones tales
que sea posible generar una zona contigua de patrones de difracción
rotados, también es factible tener patrones separados en el
espacio. La invención se puede utilizar incluso son una única
apertura y un correspondiente emparrillado de difracción. En
cualquier caso, la invención se refiere a disposiciones en las que
la línea de detección y la dirección espacial de difracción se
encuentran en un ángulo apropiado, comprendido entre 0º y 90º. No
resulta esencial que todas las aperturas y emparrillados asociados
tengan la misma orientación relativa. Es concebible que el ángulo
varíe de un par de apertura/emparrillado a otro par de
apertura/emparrillado.
Las aperturas no necesariamente deben ser
hendiduras. Pueden adoptar también la forma de círculos o cuadrados.
Sin embargo, se prefiere una forma con una longitud extendida. Aun
cuando se prefiere que todas las aperturas tengan el mismo tamaño,
forma y orientación, la presencia de tamaños, formas y orientaciones
diversas no está excluida del alcance de la invención. Asimismo,
puede variar la distancia entre aperturas vecinas.
La invención no está limitada a un conjunto de
detección lineal. El uso de dos conjuntos (por ejemplo, lado a
lado) puede mejorar la detección e, incluso, la resolución
(dependiendo del ángulo de rotación y de la geometría del conjunto
sensor).
En resumen, la invención proporciona un
dispositivo de detección espectral que se puede implementar de
manera compacta. Posee un extenso campo de aplicaciones más allá de
la validación de moneda.
Claims (13)
1. Dispositivo de detección óptica, en
particular para obtener mediciones espectroscópicas a partir de una
línea iluminada (5), en donde el dispositivo comprende múltiples
aperturas de entrada (11.1-11.3) situadas en una
disposición planar, espaciadas entre sí a lo largo de un primer eje
(10) paralelo a la línea iluminada (5); un dispositivo de obtención
de imágenes (12) que define un eje óptico (7) ortogonal con respecto
al primer eje (10) y a la línea iluminada (5); múltiples
emparrillados de difracción (15.1-15.3) situados a
lo largo de un segundo eje (16) en una disposición planar paralela
a la disposición planar de aperturas, en donde cada emparrillado
está asociado con una correspondiente apertura de entrada
(11.1-11.3), y un conjunto de detección lineal (17)
que se extiende a lo largo de un eje longitudinal paralelo con, y
lateralmente contrapesado con respecto al segundo eje (16), en
donde las líneas de emparrillado de los emparrillados de difracción
(15.1, 15.2, 15.3) se extienden en un ángulo agudo en relación con
el eje longitudinal del conjunto de detección lineal (17), en donde
los ejes primero, segundo y longitudinal son ortogonales con
respecto al eje óptico (Y), y en donde los emparrillados de
difracción determinan que los espectros de cada apertura de entrada
incidan sobre diferentes porciones del conjunto de detección
lineal.
2. Dispositivo de detección óptica según la
reivindicación 1, en el que las difracciones de primer orden
(18.1-18.3) de los emparrillados de difracción
limitan de forma adyacente entre sí en el conjunto de detección
lineal (17).
3. Dispositivo de detección óptica según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el ángulo agudo
es, sustancialmente, de 45º.
4. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el conjunto
de detección (17) tiene un único conjunto lineal de pixeles de
detección fotosensibles, y en donde un eje del conjunto lineal está
contrapesado con respecto a un eje óptico (7) del dispositivo de
detección óptica.
5. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
emparrillado de difracción tiene una dirección preferencial que
maximiza la difracción de potencia en un orden interceptado por el
conjunto de detección lineal.
6. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el
dispositivo de obtención de imágenes (12) es un conjunto de lentes,
en especial un conjunto de lentes GRIN.
7. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque frente a la
apertura de entrada (11.1, 11.2, 11.3) hay dispuesto un medio óptico
de alisado de fuentes ("antialiasing") (8), preferentemente
una lente cilíndrica, que proporciona el alisado de fuentes en al
menos una dirección, preferentemente en la dirección paralela al
conjunto de detección (17).
8. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por un medio de
iluminación (3.1, 3.2, 4) dispuesto para proporcionar una zona
iluminada en forma de banda (5) sobre un objeto que se debe
analizar.
9. Dispositivo de detección óptica según la
reivindicación 8, caracterizado porque el medio de
iluminación (3.1, 3.2, 4) tiene un espectro continuo de banda ancha
en el intervalo visible y/o infrarrojo.
10. Dispositivo de detección óptica según la
reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el medio de
iluminación comprende una multiplicidad de fuentes (3.1, 3.2) y un
dispositivo de obtención de imágenes (4), preferentemente una lente
cilíndrica, para proyectar la luz de las fuentes (3.1, 3.2) sobre
una zona de iluminación en forma de
banda.
banda.
11. Dispositivo de detección óptica según una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un haz de
fibras ordena zonas del objeto sobre las aperturas de entrada (11.1,
11.2, 11.3).
12. Dispositivo para validar billetes de banco
que comprende:
- a)
- una vía de transporte para billetes de banco, para la alimentación secuencial de billetes de banco, y
- b)
- un dispositivo de detección óptica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
13. Método para el análisis espectral de una
zona de detección de un objeto, en el que se utiliza un dispositivo
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que
comprende las etapas de:
- a)
- limitar las zonas de detección por parte de dichas aperturas de entrada,
- b)
- imponer un efecto de difracción sobre la luz limitada por las aperturas de entrada, por medio de la asociación de cada uno de los respectivos emparrillados de difracción (15.1, 15.2, 15.3) citados con cada una de las aperturas (11.1, 11.2, 11.3), y
- c)
- detectar un efecto de difracción de orden primero y/o superior mediante el conjunto de detección lineal,
caracterizado porque
- d)
- se impone una rotación, en relación con la orientación del conjunto de detección lineal (17), sobre el efecto de difracción por medio de la selección de un ángulo de rotación, un grado de inclinación de las aperturas (11.1, 11.2, 11.3), y un grado de inclinación del emparrillado de difracción (15.1, 15.2, 15.3), de manera tal que los espectros de múltiples puntos en la zona de detección quedan ordenados de forma contigua sobre el conjunto de detección (17), lo que permite medir simultáneamente los espectros de múltiples puntos.
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