ES2331056T3 - Detector basado en polarizadores. - Google Patents

Abstract

Detector de hilos para un dispositivo de validación de moneda teniendo una trayectoria de transporte (4) que comprende: medios de detección del fraude con hilo, dispuestos a lo largo de una trayectoria de transporte (4), en la que los medios de detección del fraude con hilo comprenden una fuente de luz (1), al menos un polarizador (2, 3; 11a, 11b) activos en un intervalo limitado de longitudes de onda y medios de detección (5) para detectar un hilo (6) que produce la rotación de la polarización de la luz que pasa a través del hilo, en los que una señal en los medios de detección es indicativa de la cantidad de luz cuya polarización ha sido rotada por la presencia del hilo.

Description

Detector basado en polarizadores.

Antecedentes

Habitualmente, un dispositivo de validación de billetes comprende una trayectoria del billete y un sistema de transporte para guiar el billete más allá de un área de sensores de reconocimiento y después hacia un área de apilamiento donde el billete se almacena en algún tipo de caja para dinero. Habitualmente dichos dispositivos de validación comprenden un sistema para prevenir el fraude.

Los documentos EP-A-08017136 y EP-A-0794518 dan a conocer la validación de un billete mediante la monitorización de la polarización de la luz reflectada por la superficie del billete.

El documento US 6,062,604 da a conocer un billete que presenta dos ventanas polarizadoras transparentes dispuestas de manera que si el billete está doblado sobre sí mismo de forma que las dos ventanas están alineadas, las ventanas polarizadoras bloquean eficazmente toda la luz.

El documento US 5,988,345 da a conocer un dispositivo de validación de billetes en el que la luz se dirige a través del paso del billete en una dirección esencialmente perpendicular a la dirección de desplazamiento del billete para la detección mediante un fotodetector. El nivel de luz detectado mediante el fotodetector es monitorizado para detectar la presencia de hilos, cintas u otros objetos extraños unidos al billete.

En un tipo de fraude, el ladrón utiliza un hilo conectado al billete para recuperar el billete después de su autenticación y aún así recibir el producto o servicio. Estos "hilos" son sujeciones mecánicas al billete, que pueden ser manipuladas externamente. Dichos hilos pueden adoptar varias formas comprendiendo alambres, cintas, materiales extruidos y similares. Habitualmente este tipo de fraude es conocido como un "fraude del hilo".

Se han utilizado varias soluciones para solucionar el problema del fraude del hilo. Por ejemplo, se han diseñado sistemas para frustrar el fraude del hilo mediante la detección de la presencia de hilos para tirar de manera óptica o mecánica, evitando el cierre de un obturador, o mediante el uso de alguna detención mecánica unidireccional o controlada de forma activa. La detección óptica de hilos ha sido desafiada mediante la utilización de hilos transparentes más finos.

Características de la invención

Se da a conocer un detector basado en polarizadores para un dispositivo de validación de moneda. Según uno de los aspectos de la presente invención, se da a conocer un detector de hilos para un dispositivo de validación de moneda que presenta una trayectoria de transporte que comprende medios para la detección del fraude con hilo dispuestos a lo largo de la trayectoria de transporte, en el que los medios de detección del fraude con hilos comprenden una fuente de luz, como mínimo un polarizador activo en un intervalo limitado de longitudes de onda y medios de detección para detectar un hilo que produce la rotación de la polarización de la luz que pasa a través del hilo, donde la señal en los medios de detección es indicativa de la cantidad de luz cuya polarización ha sido rotada por la presencia del
hilo.

Las realizaciones de la presente invención pueden comprender una o varias de las siguientes características. Los medios de detección de fraude con hilo pueden comprender como mínimo una fuente de luz y como mínimo un fotodetector, y el fotodetector puede ser un medio de detección polarizado. La fuente de luz puede ser un diodo láser y puede estar compuesta como mínimo de un LED y un polarizador, o puede comprender dos polarizadores que pueden ser polarizadores lineales o polarizadores circulares. Si se utilizan polarizadores circulares, un polarizador puede ser a derechas y el segundo a izquierdas, o ambos polarizadores pueden tener el mismo sentido de polarización. Los ejes de los dos polarizadores lineales pueden cruzarse sustancialmente a 90º y los ejes de los polarizadores pueden estar orientados sustancialmente a 45º con respecto a la trayectoria de transporte. Los polarizadores pueden ser activos en un intervalo limitado de longitudes de onda y pueden ser activos en el intervalo visible de longitudes de onda e inactivos en el intervalo de longitudes de onda IR (infrarrojos). Los medios de detección del fraude con hilos pueden comprender como mínimo una fuente de luz, un detector y como mínimo unos medios de polarización en un lado de la trayectoria de transporte y un espejo en el lado opuesto, de tal modo que la luz polarizada es reflectada hacia el detector a través del polarizador. Los medios de detección del fraude del hilo pueden comprender una serie de fuentes de luz y medios polarizantes, en los que, como mínimo una fuente presenta una longitud de onda en un intervalo que está polarizado y como mínimo una segunda fuente de luz presenta una longitud de onda en un intervalo que no está polarizado. La trayectoria de transporte puede comprender al menos una ventana transparente, y la ventana transparente puede estar fabricada al menos de uno de los siguientes materiales, PMMA, acrílico cicloalifático, acrílico de grado óptico (PMMA), diglicol carbonato de alilo, uretano modificado y vidrio. Un subconjunto óptico puede formar la ventana transparente y el subconjunto óptico puede comprender un marco moldeado alrededor de un inserto rectangular de vidrio, en el que el marco puede estar formado de un material de baja contracción. El subconjunto óptico puede ser colocado como un inserto en un útil de un molde de inyección que forma parte de la trayectoria de transporte, y pueden formarse ranuras en una parte de la trayectoria de transporte cerca de la ubicación del subconjunto óptico para absorber la tensión debido a la contracción del molde. La trayectoria de transporte puede comprender al menos un elemento ventana y un componente polarizador. El detector basado en polarizadores puede comprender medios sensores, medios de validación, medios de comparación y medios de memoria asociados.

Otro aspecto de la presente invención da a conocer un método para la detección de un hilo transparente en un dispositivo de validación de moneda que comprende:

iluminar el hilo con luz polarizada, con lo cual la polarización de la luz gira a través del hilo;

posteriormente pasar la luz a través de un polarizador; y

detectar la luz del polarizador para suministrar una señal indicativa de la cantidad de luz cuya polarización ha girado debido a la presencia del hilo.

Las realizaciones del método pueden comprender una o varias de las siguientes características. La técnica puede comprender la detección de la luz girada mediante la transmisión a través de un polarizador, o detectando la luz rotada por la absorción mediante un polarizador. Se puede utilizar una luz polarizada en un intervalo limitado de longitudes de onda para detectar un hilo transparente y los hilos opacos pueden ser detectados con luz en otro intervalo de longitudes de onda.

Un hilo transparente puede ser detectado en el intervalo visible de longitudes de onda y un hilo opaco puede ser detectado en el intervalo de longitudes de onda IR y puede medirse una señal para detectar la presencia de un hilo y/o la señal puede ser comparada con un valor de referencia almacenado en memoria. La señal medida puede ser comparada con una señal en ausencia de hilo mediante la comparación de la proporción de las medidas con un valor umbral de referencia. La técnica puede comprender, además, la determinación de un valor de señal base mediante la medición de una señal en la ausencia de hilo, almacenando el valor base en una memoria, determinando un valor de la señal de un objeto extraño mediante la medición de la señal cuando se detecta un objeto extraño, obteniendo un valor de diferencia restando el valor de la señal del objeto extraño del valor base y comparando el valor de la diferencia con un valor de referencia almacenado en la memoria. Además, el método puede comprender la determinación de que se ha detectado un hilo sustancialmente transparente si el valor de la diferencia es positivo y detectar que se ha detectado un hilo esencialmente opaco si el valor de la diferencia es negativo. El valor de referencia puede definirse mediante la medición estadística de una serie de mediciones, en presencia o ausencia del hilo, calcular un valor medio y una desviación estándar y definir un valor de referencia sustancialmente igual al valor medio + o - n desviaciones estándar y n puede estar comprendido entre 0 y 5.

Los detalles de varias realizaciones de la presente invención están expuestos a continuación en los dibujos anexos y en la descripción detallada. Otras características y en ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la descripción y de los dibujos y a partir de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un esquema de la trayectoria (4) del billete y la disposición de dos polarizadores (2) y (3) opuestos, una fuente (1) y un detector (5) según una realización de la presente invención.

La figura 2 muestra una disposición relativa de dos polarizadores (2) y (3) en modo transmisor siendo sus ejes fijos (18) paralelos y siendo su orientación sustancialmente 45º con respecto al eje de la trayectoria (19) de trans-
porte.

La figura 3 muestra una disposición relativa de dos polarizadores (2) y (3) en modo de bloqueo siendo sus ejes fijos (18) sustancialmente perpendiculares entre sí.

La figura 4a es una vista frontal de la trayectoria (4) de transporte y las dos ventanas transparentes (7) y (8) a cada lado, con dos polarizadores lineales (2) y (3) ubicados detrás de las ventanas y una fuente de luz (1) y un fotode-
tector (5).

La figura 4b es una vista frontal de la trayectoria (4) de transporte y dos polarizadores circulares (11a) y (11b) que forman directamente las ventanas de transporte, con una fuente de luz (1) y un fotodetector (5).

La figura 4c es una vista parcial con las piezas desmontadas de una parte del cuerpo envolvente del dispositivo de validación de billetes que comprende un subconjunto de ventana.

La figura 4d es una vista en sección transversal ampliada de una realización de un subconjunto de ventana que comprende un marco que rodea la ventana.

La figura 5 muestra una disposición usando un espejo (10) a un lado de la trayectoria de transporte y dos polarizadores lineales (2) y (3) ubicados en el mismo lado de la trayectoria del billete. Los dos polarizadores están orientados a 90º el uno con respecto al otro.

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La figura 6 muestra una disposición alternativa usando un espejo (10) y un polarizador circular (11) con una fuente (1) y un detector (5) a un lado de la trayectoria de transporte, en la que el polarizador circular forma directamente la ventana de la trayectoria de transporte y no existe ventana frente al espejo.

La figura 7 muestra un corte de una banda (12) polarizadora en láminas orientadas de tal modo que el eje de polarización está en un ángulo de sustancialmente 45º con respecto al borde largo y comprende agujeros indica-
dores (15).

La figura 8 muestra la banda polarizadora de la figura 7 con extremidades dobladas para obtener un cruce sustancialmente a 90º de la polarización de las dos extremidades (13) y (14).

La figura 9 muestra la parte de la banda polarizadora (12) posicionada para su acoplamiento al conjunto de una estructura (17) en la que los agujeros (15) se ubican en las espigas (16).

La figura 10 muestra la respuesta de transmisión espectral de un polarizador lineal, en la que la curva muestra que el polarizador se vuelve sustancialmente transparente en el intervalo de longitudes de onda de infrarrojo.

La figura 11 muestra la respuesta espectral de dos polarizadores cruzados sustancialmente a 90º, en el que la curva muestra el porcentaje de absorción en el intervalo visible y que los polarizadores se vuelven sustancialmente transparentes en el intervalo infrarrojo.

La figura 12 muestra una vista lateral en sección transversal de la trayectoria del billete con una forma geométrica ondulada que comprende dos inflexiones (21) en la trayectoria de transporte y la ubicación de una disposición (20) de un sensor de canal cruzado ubicado entre las dos inflexiones.

La figura 13 muestra una disposición reflectiva de sensores de canal cruzado usando un espejo cilíndrico.

La figura 14a muestra una disposición reflectiva de sensores de canal cruzado usando un reflector prismático según la presente invención.

La figura 14b muestra la trayectoria de la sección reflejada del haz de la figura 14a.

La figura 14c muestra otra realización de una disposición de sensores de canal cruzado utilizando un reflector prismático según la presente invención.

La figura 15 es un dibujo a mayor escala del detalle (42) de la estructura prismática y el haz reflectado de la figura 14a.

Las figuras 16 y 16b muestran la utilización de un espejo esférico (37) como reflector para enfocar un haz a un punto focal (39) adecuado para la ubicación de un detector, después de la reflexión a través de la trayectoria de transporte en otro espejo plano (38), en el que la figura 16a muestra un trazado de rayos horizontales y la figura 16b muestra una trazado de rayos verticales.

Las figuras 17a a 17e muestran una realización alternativa para formar dos polarizadores cruzados opuestos a partir de una lámina de material polarizante y asentándolas en un conjunto de una estructura según la presente invención.

Los números de referencia similares en las diferentes figuras indican elementos similares.

Descripción detallada

La presente invención se refiere a mejoras en la detección óptica en dispositivos de validación de moneda con hilos unidos a la moneda, especialmente en el caso de hilos muy finos. Se ha notado que dicho hilo de fino polímero transparente presenta un efecto de birrefringencia que puede ser detectado mediante el uso de dos polarizadores. Tal como se muestra en la figura 1, una fuente de luz (1) tal como un LED está situada en un primer lado de dos polarizadores opuestos (2) y (3) que se encuentran en lados opuestos de la trayectoria de un billete (4) y un fotodetector (5) está situado en el segundo lado, con el objeto de medir la luz transmitida a través de los dos polarizadores. Se muestra un hilo (6) y el efecto global de la configuración es que la birrefringencia en el hilo (6) presenta un contraste mejorado. Dependiendo del tipo de polarizador usado, lineal o circular y su disposición relativa, el contraste es un hilo oscurecido sobre un fondo claro o aparece un hilo brillante sobre un fondo oscuro. Se debe entender que el termino "hilo" usado aquí se refiere a cualquier tipo o medio que pueda ser unido a una moneda, pero no se encuentra limitado a fibras,
alambres, películas, cintas, sedal de material extruido, sedal de polímero y similares. Además, debe entenderse que el término moneda puede significar, billetes, cheques, documentos de seguridad, monedas, fichas u otras formas de pago.

Utilización de polarizadores lineales

Dos disposiciones de los polarizadores (2) y (3) son de interés. En un modo de transmisión, mostrado en la figura 2, los dos polarizadores presentan la misma orientación paralela. En la disposición de transmisión de los polarizadores, la luz polarizada desde el primer polarizador pasa a través del segundo polarizador pero la parte de luz polarizada que pasa a través del hilo es rotada y bloqueada por el segundo polarizador, incrementando el contraste y la visibilidad del hilo que de otro modo sería transparente.

En modo de bloqueo, tal como se muestra en la figura 3, los ejes fijos de los dos polarizadores se cruzan sustancialmente a 90º el uno del otro. Cuando se inserta un hilo entre los dos polarizadores, el plano de polarización de la luz del primer polarizador que pasa a través del hilo (6) rota, de manera similar al efecto de una placa retardadora de ¼ de onda.

En el modo de bloqueo, la luz polarizada desde el polarizador (2) normalmente es bloqueada por el polarizador (3) orientado a 90º, pero la parte de la luz polarizada que pasa a través del hilo (6) rotada y por tanto no es bloqueada por el polarizador (3), y por consiguiente hace que se genere la transmisión de una señal. Esta disposición de "bloqueo" es particularmente adecuada, debido a que la proporción señal a ruido más alta permite que vaya de una baja señal oscura en ausencia de un hilo (luz residual de fondo), a una señal brillante que procede únicamente de un hilo. Esta proporción señal a ruido es más fácil de detectar que la absorción relativamente baja de un objeto pequeño sobre un fondo brillante que tiene lugar en una disposición transmisiva.

Se ha hablado que el máximo contraste y visibilidad del hilo ocurre cuando el hilo (6) está sustancialmente orientado, sustancialmente a 45º de los ejes (18) de los polarizadores. Por tanto, la disposición óptima de los polarizadores es tal que la dirección principal del eje de transporte (19) está orientada sustancialmente a 45º de los ejes (18) de los polarizadores tal como se muestra en las figuras 2 y 3.

Un criterio de detección del hilo puede estar basado en la detección del cambio en la intensidad de la señal comparada con un valor umbral como valor de referencia. Puede utilizarse, o un sencillo umbral absoluto, o uno determinado convenientemente para acomodarlo a las variaciones de temperatura, puede utilizarse una proporción de la señal en presencia de un hilo a la señal en ausencia de hilo, o su inversa. Cuando dos polarizadores están cruzados sustancialmente a 90º, en la práctica, la proporción de desaparición depende del tipo de material polarizante utilizado y puede no ser perfecta, dejando una señal residual de fondo desviada. Puede ser conveniente medir y almacenar en una memoria esta señal de fondo restante en ausencia del hilo como valor base y calcular una señal de variación restando el valor base de la medición cuando un hilo está presente. Es posible realizar una comparación de la variación de la señal con respecto a un umbral. Aunque no es óptimo, asimismo puede utilizarse la presencia de una señal desviada de fondo para detectar hilos opacos que puedan hacer que la variación de la señal sea negativa en lugar de positiva como sucede con un hilo transparente. El umbral óptimo puede determinarse asimismo en base a mediciones estadísticas de la señal en ambas condiciones. Por ejemplo, la señal puede ser medida repetidamente en una condición predefinida y a continuación puede definirse un modelo estadístico, por ejemplo Gausiano, y el umbral se define mediante la utilización del valor medio +/- n de la desviación estándar, donde n puede estar comprendido convenientemente en el intervalo entre 0 y 5, habitualmente 3. Los medios de comparación pueden adoptar ventajosamente la forma de un microprocesador comparando las mediciones con un valor de referencia almacenado en una memoria, o alternativamente, puede utilizarse un simple equipo de comparación de tipo analógico clásico o digital. Convenientemente, cuando se utiliza un microprocesador, las mediciones se convierten del ámbito analógico al ámbito digital utilizando un convertidor A/D.

Una ventaja particular de la configuración en la que el estado de reposo es un campo oscuro, es que el impacto del polvo en la sensitividad del sensor en la trayectoria del billete es mínima. Una materia opaca tal como el polvo no genera ninguna señal en esta configuración.

También se ha observado que la luz de un láser está sustancialmente polarizada, por tanto es posible usar un láser como fuente polarizada y únicamente un polarizador en el lado del detector. En esta puesta en práctica, el polarizador está orientado con el objetivo de minimizar la señal en el detector en ausencia de hilo. Si el láser es del tipo de estado sólido, puede ser difícil obtener una orientación estable de la matriz y del plano de polarización. En este caso, los polarizadores pueden estar orientados con respecto al haz, en lugar de orientarlos respecto a la trayectoria de transporte. Será evidente que pueden realizarse consideraciones similares para una disposición cuando se considera el uso del modo de absorción en el hilo. En ese caso, el polarizador está orientado para maximizar la señal en ausencia de hilo.

Los filtros polarizantes tales como las películas HN Polaroid® son activos para un intervalo limitado de longitudes de onda. Por ejemplo, las películas que actúan en las longitudes de onda visibles tienden a convertirse en transparentes en el campo infrarrojo (IR) tal como se muestra en el diagrama de la respuesta espectral de las figuras 10 y 11. Esta propiedad implica que para ser polarizada, la longitud de onda de la fuente debe estar en un intervalo específico, por ejemplo el intervalo visible. Debe comprenderse, sin embargo, que otros materiales como un visualizador de cristal líquido (LCD) y materiales de cristal dicroico pueden ser utilizados para formar medios polarizadores. Además, algunos de los materiales o medios polarizadores contemplados pueden ser accionados para encenderse o apagarse en respuesta a señales eléctricas, o de otro modo ser capaces de modificar su capacidad de polarización.

La disposición anteriormente descrita usando polarizadores cruzados en modo de bloqueo es adecuada para detectar hilos transparentes, pero no es adecuada para detectar hilos opacos, porque con el objetivo de maximizar el cambio de señal, es deseable minimizar la señal en ausencia de hilo. Por consiguiente, ya que la señal en ausencia de hilo es baja, esta se vuelve aún más baja cuando se presenta un hilo opaco y puede ocultarse en el ruido y hacerse inutilizable en la práctica. Interesantemente, el hecho de que los polarizadores sean transparentes en el intervalo de longitudes de onda de IR permite que se utilice la misma forma geométrica del sistema óptico para detectar un objeto opaco en el campo IR. Por tanto es conveniente usar una fuente de luz de dos longitudes de onda, una en el intervalo visible que se polariza y una en el intervalo IR, por ejemplo a una longitud de onda aproximada de 950 nanómetros (nm), que no está polarizada.

Lo contrario de lo anterior también puede ser posible cuando se utiliza una película polarizadora IR que sería no polarizadora en el intervalo visible. Sin embargo, en el caso de la utilización de un polarizador utilizando el modo de transmisión, debido a que el cambio de señal funciona mediante la absorción para todo tipo de objetos, no hay necesidad de utilizar una disposición de dos longitudes de onda. En el caso de un objeto transparente, la señal de absorción se debe a la rotación de fase y en el caso de un objeto opaco, se debe a la absorción del propio objeto.

En las variaciones de configuración antes descritas, la fuente de luz propuesta está realizada utilizando uno o más LEDs, pero puede utilizarse una bombilla incandescente de banda ancha. También puede utilizarse un conjunto LEDs de bolas múltiples donde se comprenden varias matrices de diferentes longitudes de onda en un solo paquete.

Rechazo al ruido en modo común

En el caso del sistema anterior, que detecta una señal, tanto mediante absorción en el campo no-polarizado como por rotación en el campo polarizado, es posible comparar las dos señales para obtener información que no es fácilmente detectable en un dispositivo de una sola señal. En particular, el sistema de procesamiento de señal puede buscar cambios correlacionados en niveles de señales. Por ejemplo, un hilo fino que emite una sombra débil o una señal negativa en el campo no-polarizado puede emitir un débil brillo o una señal positiva en el campo polarizado. Mediante la búsqueda de una correlación entre señales puede ser posible detectar con una mayor certeza señales que serían muy débiles para ser fiables si se utilizaran solas. Dicho procesamiento puede conseguirse, o usando equipos de electrónica clásica, o en el campo digital mediante el uso de un convertidor A/D.

Utilización de polarizadores circulares

Los polarizadores circulares están fabricados mediante la asociación de una película de polarización lineal con una película retardadora de 90º con su eje fijo orientado a +/- 45º. En general, los dos componentes están laminados para incluir una película, pero es posible mantener los elementos separados. Cuando dos polarizadores circulares están situados cara a cara, con el retardador frente al otro, la luz provinente de la fuente pasa sucesivamente de una polarización aleatoria a una polarización lineal, a continuación a una polarización circular, a continuación de nuevo a una polarización lineal. La introducción de un hilo entre los polarizadores en el área de polarización circular crea un retardo adicional de la luz que pasa a través del hilo birrefringente que genera un contraste.

Los polarizadores circulares pueden estar diseñados para producir luz a derechas o a izquierdas, dependiendo de la orientación de la placa retardante con respecto al polarizador lineal. Cuando se utilizan dos polarizadores circulares del mismo tipo, la luz es transmitida normalmente y el hilo es más oscuro y es detectado mediante la absorción de la luz que atraviesa el hilo cuya fase está desplazada adicionalmente. Si un polarizador es de tipo a izquierdas y el otro de tipo a derechas, la luz normalmente es bloqueada y el hilo es detectado mediante la transmisión de la luz que pasa a través del hilo cuya fase presenta un desplazamiento adicional. La ventaja de los polarizadores circulares es que el hilo se detecta en cualquier orientación respecto al polarizador y no se requiere una orientación precisa respecto a los dos polarizadores. Una desventaja es que el desplazamiento de fase en la placa retardante depende de la longitud de onda, por lo tanto, se consiguen mejores contrastes mediante el uso de una fuente monocromática. Los polarizadores estándar están usualmente diseñados para trabajar en el campo verde.

En otra disposición, dos polarizadores circulares de la misma quiralidad (sentido de polarización) pueden ser utilizados cuando se introduce una reflexión especular en una superficie espejo en la trayectoria de la luz antes de alcanzar el segundo polarizador. En esta disposición, el detector y la fuente están en el mismo lado de la trayectoria del billete y el espejo está ubicado en el lado opuesto.

Consideraciones sobre las ventanas de la trayectoria del billete

Haciendo referencia a la figura 4a, en el contexto de un dispositivo de validación de billetes, es ventajoso fabricar la trayectoria de transporte (4) utilizando un proceso de doble disparo que incluya ventanas transparentes (7) y (8) y crear una trayectoria hermética. Sin embargo, las ventanas transparentes pueden causar un problema en el caso de los polarizadores circulares ya que pueden comportarse también como placas retardadoras y superar al efecto del propio hilo. Dichos problemas prácticos en la puesta en práctica de dicha solución han llevado al uso de polarizadores lineales.

En cuanto a los polarizadores circulares, en teoría la placa retardante necesaria para crear un polarizador circular a partir de la combinación de un polarizador lineal y una placa de ¼ de onda puede ser las secciones de la ventana transparente (7) y (8) de la trayectoria del billete (4) formada en una parte del cuerpo envolvente (52) (ver figura 4c), tal como se muestra en la figura 4a, proporcionando el efecto de birrefringencia necesario, pueden ser controladas mediante el proceso de inyección.

En cuanto a los polarizadores lineales, las ventanas transparentes (7) y (8) de la figura 4a pueden haber sido inyectadas de forma que se minimice la tensión, de manera que cualquier efecto de birrefringencia es tal que es homogéneo y el eje fijo es paralelo o perpendicular a los ejes fijos de los polarizadores lineales (2) y (3). El acrílico, un polímero que es también conocido como Polimetil-Metacrilato o PMMA, ha sido identificado como un polímero adecuado para ese propósito. Pueden utilizarse otros materiales tales como Optorez^{TM}, un material acrílico cicloalifático comercializado por Hitachi Chemical Company. Otros varios materiales que presentan características de birrefringencia baja pueden ser adecuados para su utilización en la fabricación de la ventana óptica. Dichos materiales pueden comprender Acrílico de grado Óptico (PMMA), como DQ501® material fabricado por Cyro Industries, carbonato de alil diglicol (ADC) tal como CR-39® fabricado por Pittsburgh Plate Glass y un material de uretano modificado fabricado por Simula Polymer Systems Inc. de Phoenix, AZ y todas las clases de vidrio pueden ser potencialmente útiles, tal como el vidrio Schott® BK-7.

La figura 4b muestra otra posible realización, en la que los elementos polarizantes (11a) y (11b) han sido insertados como partes independientes en la estructura de modo que se conviertan en ventanas. Dicha solución puede no ser adecuada debido a que se pueden crear protuberancias en los puntos de unión en la trayectoria de transporte, lo cual incrementa el riesgo de interferencias.

La figura 4c es una vista parcial (50) con las piezas desmontadas de una parte del cuerpo envolvente o estructura (52) de un dispositivo de aceptación de billetes y del subconjunto de ventana (54). La parte del cuerpo envolvente (52) puede formar la mitad inferior de la trayectoria del billete (4) y comprende una parte para el asentamiento del subconjunto de ventana (54).

En una realización, se utiliza un proceso de moldeo por inyección con una ventana de vidrio. Haciendo referencia nuevamente a la figura 4c, se moldea un marco (53) alrededor de una inserción rectangular de vidrio (55). El subconjunto de ventana resultante (54) es entonces colocado en una segunda herramienta de moldeo por inyección que forma la parte del cuerpo envolvente (52). El marco (53) sirve como compensador entre el inserto de ventana (55) y la trayectoria del billete (4). Puede utilizarse una muy baja tasa de contracción y una resina de alto módulo para rodear el vidrio. Un material adecuado para el marco es un material de polímero de cristal líquido (LCP), por ejemplo, Vectra® de Ticona Company, que es una división de negocios de Celanese AG. La muy baja tasa de contracción y la rigidez del marco protege el inserto de vidrio de la tensión inducida por la contracción del molde del cuerpo envolvente (que puede ser un material de Policarbonato relleno de vidrio, por ejemplo GE Lexan®). Posiblemente, un material blando puede ser utilizado de la misma forma que la masilla de acristalar en los marcos tradicionales de las ventanas de las casas.

A pesar de dichas precauciones, aún puede producirse una tensión residual suficiente en la ventana de vidrio para causar un nivel inaceptable de birrefringencia. Es posible lograr una reducción adicional en la tensión de moldeado alrededor del marco de la ventana mediante la inclusión de ranuras de limitación del flujo alrededor de la parte a proteger. La figura 4d es una vista a mayor escala de la sección transversal de la ventana de vidrio (55) rodeada por un marco (53). El subconjunto del marco (54) está rodeado por una parte del cuerpo envolvente o estructura (52) (mostrado parcialmente). El cuerpo envolvente (52) comprende un ranura (56) alrededor de 3 lados del marco (mostrado en dos ubicaciones en la vista transversal). El efecto de esta ranura es reducir el flujo de plástico contra el marco. Por consiguiente, las fuerzas resultantes sobre el vidrio se reducen cuando la trayectoria del billete se contrae ligeramente como una parte inevitable del proceso de moldeado. Además, las características de la ranura son retenidas por la herramienta de acero durante el enfriamiento, resistiendo además la contracción del material de partida.

Las figuras 5 y 6 muestran configuraciones que tienen la fuente de luz (1) y un detector (5) en el mismo lado del pasillo del billete separados mediante una máscara de luz (40). En la figura 5, la luz de la fuente (5) pasa a través de un polarizador a izquierdas (2) y una ventana izquierda (7), cruza la trayectoria de trasporte (4), pasa a través de la ventana derecha (8) donde se reflecta en un espejo (10), regresa a través de la ventana (8), cruza de nuevo la trayectoria de transporte y pasa a través de la ventana izquierda (7), pasa a través del polarizador derecho (3) y puede incidir sobre el detector (5). Se necesita tener cuidado en el montaje de dicha configuración para asegurar que las ventanas (7) y (8) no produzcan un efecto de birrefringencia perjudicial con respecto a la detección de un hilo.

La figura 6 es similar a la figura 5, excepto en que las ventanas (7) y (8) no se utilizan y se utiliza un espejo (10) y un polarizador circular (11). El montaje de la figura 6 puede estar configurado de manera que, bajo condiciones normales de funcionamiento, ninguna luz llegue al detector (5). Pero cuando un hilo interrumpe el haz para perturbar el ángulo de polarización del haz, entonces alguna luz pasa a través del detector (5) y se genera una señal.

Con el fin de minimizar los costes de producción, puede ser posible utilizar un polarizador lineal fabricado comercialmente sobre un sustrato de lámina de vidrio. Esta lámina puede ser entonces cortada a medida y utilizada como una combinación entre ventana y elemento polarizador. El resultado sería un diseño más simple y robusto.

Todas las soluciones descritas anteriormente pueden ser utilizadas en un dispositivo de validación de billetes para detectar hilos unidos a un billete o en un dispositivo de aceptación de monedas para detectar hilos unidos a una moneda.

Ubicación de las ventanas de la trayectoria del billete

De forma práctica, es difícil hacer que un haz de luz perfectamente uniforme y colimado cruce la trayectoria de un billete, de forma tal que se mantenga que la sensitividad del sistema incluso cuando un hilo aparece en los bordes o en la envolvente de la trayectoria. En consecuencia, se ha ideado una mejora como se muestra en la figura 12, en la que la trayectoria del billete (4) comprende un cambio de dirección (inflexiones -21-). Dicha trayectoria ondulada asegura que cuando el hilo se encuentra bajo tensión, como debe ser necesariamente durante un intento de fraude, el hilo se ubica en la porción central de la trayectoria del billete en la región (20) del sensor. Es relativamente fácil obtener una buena señal del aparato de detección cuando el hilo se encuentra en el área central de la trayectoria del billete.

Multiplicación de la señal mediante sensores compuestos

Adicionalmente, es posible mejorar la sensitividad de ambos sensores de hilo convencionales (no-polarizados) y polarizados mediante la utilización de prismas o espejos para doblar varias veces el haz de luz del sensor a lo largo de la trayectoria del billete. Como ejemplo, La figura 13 es una ilustración esquemática de un sistema de 3 trayectorias utilizando espejos cilíndricos.

En la figura 13, el haz (34) es reflectado para cruzar la trayectoria de transporte varias veces. Pueden contemplarse adaptaciones del concepto que impliquen un número arbitrario de pases a través de la trayectoria del billete. Un punto importante es que el efecto de dicha combinación es multiplicar la transmisividad del primer sensor por la transmisividad del segundo y los posteriores pases. Se puede observar que también se multiplica el efecto del ruido del sensor y los errores de calibración. Sin embargo, dado que la relación señal a ruido es positiva, el resultado de dicha composición es incrementar la relación señal a ruido del sistema global. La figura 13 muestra la utilización de espejos cilíndricos (29) que son adecuados para reducir el tamaño total del sistema, pero pueden utilizarse otras formas tales como espejos planos o espejos esféricos de gran radio.

Otra ventaja del espejo esférico es evidente en la configuración de la figura 16a, que muestra la combinación de un espejo plano (38) y un espejo esférico (37). En esta disposición, el haz (36) está saliendo de la fuente sustancialmente colimado y dirigido a través de la trayectoria de transporte. La energía óptica del espejo esférico puede ser escogida para hacer converger el haz en un punto focal (39) para definir una ubicación adecuada para colocar un detector (no mostrado) después de la reflexión en un espejo plano (38), manteniendo recorrida una longitud significativa de la trayectoria de transporte con un haz ancho. La figura 16a muestra el trazado de un rayo en el plano horizontal, pero la figura 16b ilustra la utilización de un espejo esférico para enfocar de manera similar el haz en el plano vertical. Adicionalmente, pueden utilizarse dos espejos esféricos en lados opuestos de la trayectoria de transporte para combinar su energía y conseguir el mismo objetivo. Debe también observarse que también pueden utilizarse espejos curvados para expandir el haz a través de la trayectoria de transporte para aumentar la probabilidad de detección de un hilo.

Reflectores prismáticos

Se puede alcanzar una mejora en la sensitividad mediante el uso de estructuras con reflexión prismática como el elemento (30) en la figura 14a y en la sección detallada (42) mostrada en la figura 15 en lugar de usar espejos planos o cilíndricos. Dicha estructura puede estar fabricada con dos espejos dispuestos para estar sustancialmente a 90º el uno del otro, o mediante un prisma de reflexión interna total (TIR) ubicado horizontalmente, tal como se muestra en la figura 15.

La ventaja de dicha estructura es evidente al considerar la figura 14b. En el caso de un hilo fino, cuando se usan otros tipos de reflectores solamente se intercepta parte del haz total (33) desde la fuente. Pero cuando se usa una estructura prismática, la parte superior del haz (31) es absorbida a través del hilo y es reflectada de vuelta como parte baja del haz y lo mismo sucede para la parte inferior del haz (32) que es reflectada mediante el prima triangular (30) como parte superior del haz. Esta disposición hace que ambas partes del haz (31) o (32) intercepten el hilo, bien sea antes de la reflexión mediante el prisma (30) o en el regreso de la reflexión.

En todas las disposiciones anteriores, es conveniente ubicar la fuente y el componente detector en un único circuito impreso. En ese caso, puede ser conveniente usar los prismas (22) y (23) como fuente y detector tal como se muestra en las figuras 13, 14 y 15 para dirigir la luz desde el componente hacia la trayectoria de transporte.

La figura 14c muestra otra realización de un sistema de detección óptico (60) que utiliza un prisma (62) para dirigir la luz (63) desde una fuente (64) a través de la trayectoria del billete (4) hacia un detector (66). Como se mostró, el haz de luz (63) cruza la trayectoria del billete al menos en dos sitios distintos y las señales generadas por el detector (66) pueden ser procesadas mediante un dispositivo de validación de moneda (no mostrado) para determinar si un hilo u otro objeto extraño está unido al billete.

Método de fabricación de dos polarizadores cruzados

Una manera conveniente de fabricar dos polarizadores cruzados opuestos (2) y (3) como se muestra en la figura 1 es cortar una tira (12) de una lámina de polarizador a un ángulo dado, 45º si se desea un ángulo de cruce resultante de 90º; tal como se muestra en la figura 7 y para doblar las extremidades en ángulo recto, tal como se muestra en la figura 8. Pueden utilizarse dos agujeros de montaje (15) para fijar la parte sobre las espigas de colocación (16) en la estructura de sostenimiento (17) tal como se muestra en la figura 9. Si se desea, dos partes sueltas pueden elaborarse de la misma forma mediante el corte de la tira en dos.

Otro método para la fabricación de dos polarizadores cruzados opuestos en parejas para utilización en una máquina que manipula monedas se observa en las figuras 17a a 17e. Cuando se corta un polarizador de una lámina de material en bruto, la orientación del eje del polarizador lineal puede estar entre + ó - 3º con respecto al eje de la lámina. En consecuencia, cortar dos polarizadores individualmente de esta forma puede tener como resultado un par de polarizadores que presentan ejes que no se cruzan sustancialmente a 90º, pero pueden estar desalineados hasta de 6º. Dichos polarizadores desalineados podrían producir señales residuales inaceptables cuando se utilicen como parte de un sistema detector de hilos. Con el objetivo de evitar dichos problemas de desalineación, haciendo referencia a la figura 17a, se corta una película polarizadora (70) de manera que dos polarizadores (72) y (74) presentan líneas de polarización o ejes que están sustancialmente a 90º el uno del otro. Los polarizadores (72) y (74) tendrán entonces ejes de polarización que cruzan sustancialmente a 90º el uno del otro cuando son instalados en un sistema de manipulación de moneda. En este ejemplo, el eje de polarización está a un ángulo sustancialmente de 45º del lado (71) de la lámina, pero puede ser de cualquier ángulo, y los dos polarizadores aún tendrán ejes de polarización orientados sustancialmente a 90º el uno del otro. Se debe comprender que idealmente los ejes de polarización de un polarizador estarán alrededor de 45º con respecto a la trayectoria del billete, o al plano horizontal del hilo unido al billete, para producir una señal fuerte cuando se detecta un hilo. Pero otros ángulos de orientación del eje de polarización, tales como 30º con respecto a la trayectoria del billete también funcionarían, pero generaría una señal más débil.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 17a, se corta una línea de marcado (76) entre los polarizadores, lo que permite una separación posterior de los polarizadores el uno del otro y las posiciones de la línea de doblado (78) pueden estar marcadas también para facilitar el doblado de cada polarizador a su forma antes de la instalación. Dicha estructura que comprende una línea de marcado (76) entre el par de polarizadores permite que el par se mantenga unido hasta la instalación para preservar y garantizar la orientación sustancialmente a 90º entre un eje de separación y el otro.

La figura 17b muestra el primer polarizador (72) y el segundo polarizador (74) (par polarizador) cortado de la lámina (70). Las porciones (77) y (79) de las patas se forman mediante el doblado de la película polarizante en direcciones opuestas (arriba y abajo). A continuación, se separan los dos polarizadores uno del otro a lo largo de la línea de marcado (76) (mostrada en la figura 17c) y el eje de polarización de cada parte se orienta sustancialmente a 90º del otro. El par de polarizadores funcionará bien incluso si se cortan de manera que su eje de polarización no es exactamente a 45º del plano horizontal que es paralelo al plano de la trayectoria del billete o de un hilo detectado. Esto se muestra en la figura 17d, donde se muestra una vista posterior del polarizador (72) y en la que el eje de polarización del primer polarizador (72) (parte derecha) está orientado a un ángulo sustancialmente de 90º desde el eje de polarización del segundo polarizador (74) (parte izquierda), pero en la que los polarizadores fueron cortados a un ángulo que no era exactamente 45º desde el borde (71) de la lámina de material (ver figura 17a).

La figura 17e muestra el par polarizador (primer polarizador -72- y segundo polarizador -74-) asentados en una estructura montada (80) de una unidad de manipulación de billetes. Los dos polarizadores están alineados tal como se muestra en la figura 17c, de manera que el eje de polarización de cada uno está orientado sustancialmente a 90º del otro.

Se han descrito configuraciones de sensor cruzado mejoradas y métodos de detección de intentos de fraude mediante el fraude del hilo. Debe entenderse que muchos cambios, modificaciones, variaciones y otras utilizaciones y aplicaciones son posibles que caen dentro del ámbito de protección de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (47)

1. Detector de hilos para un dispositivo de validación de moneda teniendo una trayectoria de transporte (4) que comprende:

medios de detección del fraude con hilo, dispuestos a lo largo de una trayectoria de transporte (4), en la que los medios de detección del fraude con hilo comprenden una fuente de luz (1), al menos un polarizador (2, 3; 11a, 11b) activos en un intervalo limitado de longitudes de onda y medios de detección (5) para detectar un hilo (6) que produce la rotación de la polarización de la luz que pasa a través del hilo, en los que una señal en los medios de detección es indicativa de la cantidad de luz cuya polarización ha sido rotada por la presencia del hilo.

2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que los medios de detección (5) comprenden un fotodetector.

3. Aparato, según la reivindicación 2, en el que el fotodetector es un medio de detección polarizado.

4. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz (1) comprende un diodo láser.

5. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz (1) está compuesta al menos de un LED y un polarizador.

6. Aparado, según la reivindicación 1 que comprende dos polarizadores (2, 3; 11a, 11b).

7. Aparato, según la reivindicación 6, en el que los dos polarizadores son polarizadores lineales (2, 3).

8. Aparato, según la reivindicación 6, en el que los dos polarizadores son polarizadores circulares (11a, 11b).

9. Aparato, según la reivindicación 8, en el que un polarizador es a derechas y el otro es a izquierdas.

10. Aparato, según la reivindicación 8, en el que los dos polarizadores presentan el mismo sentido de polarización.

11. Aparato, según la reivindicación 7, en el que los ejes de los dos polarizadores se cruzan sustancialmente a 90º.

12. Aparato, según la reivindicación 11, en el que los ejes de los polarizadores están orientados sustancialmente a 45º con respecto a la trayectoria de transporte.

13. Aparato, según la reivindicación 6, en el que los polarizadores son activos en un intervalo limitado de longitudes de onda.

14. Aparato, según la reivindicación 13, en el que los polarizadores son activos en el intervalo de longitudes de onda visibles e inactivo en el intervalo de longitudes de onda de IR.

15. Aparato, según la reivindicación 6, en el que los dos polarizadores están formados mediante una banda rectangular de material polarizador orientada sustancialmente a 45º del eje fijo del polarizador con los extremos de la banda doblados en ángulo recto para formar dos polarizadores que presentan sus ejes cruzados sustancialmente a 90º.

16. Aparato, según la reivindicación 15, en el que los polarizadores cruzados están dispuestos en lados contrarios de la trayectoria de transporte de moneda del dispositivo de validación de moneda.

17. Aparato, según la reivindicación 1, en el que los medios de detección de fraude con hilo comprenden como mínimo una fuente de luz (1) un detector (5) y como mínimo unos medios de polarización (2, 3; 11) en un lado de la trayectoria de transporte (4) y un reflector (10) en el lado opuesto, de manera que la luz polarizada es reflectada hacia el detector (5) a través del polarizador (2, 3; 11).

18. Aparato, según la reivindicación 17, en el que el polarizador es un polarizador de tipo circular (11).

19. Aparato, según la reivindicación 17, que comprende dos medios polarizadores lineales (2, 3) que tienen ejes que están cruzados sustancialmente a 90º el uno del otro.

20. Aparato, según la reivindicación 17, en el que la fuente de luz (1) es como mínimo un diodo láser, o un LED con un polarizador.

21. Aparato, según la reivindicación 17, en el que se utiliza un único polarizador frente a un fotodetector que tiene un eje de polarización orientado sustancialmente a 45º con respecto a la trayectoria de transporte y una fuente de luz del diodo láser está orientada para minimizar la señal detectada en la ausencia de hilo.

22. Aparato, según la reivindicación 21, en el que el polarizador es un polarizador lineal.

23. Aparato, según la reivindicación 1, en el que los medios de detección de fraude con hilo comprenden una serie de fuentes de luz y medios polarizantes, en los que como mínimo una fuente presenta una longitud de onda en un intervalo que está polarizado y como mínimo una segunda fuente de luz presenta una longitud de onda en un intervalo que no está polarizado.

24. Aparato, según la reivindicación 23, en el que como mínimo una fuente de luz emite luz en el intervalo visible de longitudes de onda y una segunda fuente de luz emite luz en el intervalo IR de longitudes de onda.

25. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la trayectoria de transporte comprende como mínimo una ventana transparente (7, 8).

26. Aparato, según la reivindicación 25, en el que la ventana transparente (7, 8) está fabricada de como mínimo uno de los siguientes materiales: PMMA, acrílico cicloalifático, acrílico de grado óptico (PMMA), diglicol carbonato de alilo, uretano modificado y vidrio.

27. Aparato, según la reivindicación 25, en el que un subconjunto óptico forma la ventana transparente.

28. Aparato, según la reivindicación 27, en el que el subconjunto óptico comprende un marco (53) moldeado alrededor de un inserto rectangular transparente (55).

29. Aparato, según la reivindicación 28, en el que se utiliza un material de baja contracción para formar el
marco (53).

30. Aparato, según la reivindicación 28, en el que el inserto transparente (55) es vidrio.

31. Aparato, según la reivindicación 27, en el que el subconjunto óptico se coloca como un inserto en una herramienta (52) de moldeo por inyección que constituye una parte de la trayectoria de transporte.

32. Aparato, según la reivindicación 31, en el que se forman ranuras en una parte de la trayectoria de transporte (4) cerca de la ubicación del subconjunto óptico para absorber la tensión debida a la contracción del molde.

33. Aparato, según la reivindicación 25, que comprende además un polarizador.

34. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la trayectoria de transporte (4) comprende al menos un elemento de ventana (7, 8) y un componente polarizador (2, 3).

35. Aparato, según la reivindicación 1, que comprende además medios sensores, medios de validación, medios de comparación y medios asociados de memoria.

36. Método, para detección de un hilo transparente (6) en un dispositivo de validación de moneda que comprende:

iluminar el hilo con luz polarizada, en el que la polarización de la luz está rotada por el hilo (6);

posteriormente hacer pasar la luz a través de un polarizador (3); y

detectar la luz procedente del polarizador para suministrar una señal indicativa de la cantidad de luz cuya polarización ha sido rotada por la presencia del hilo (6).

37. Método, según la reivindicación 36, que comprende además la detección de la luz rotada mediante la transmisión a través del polarizador (3).

38. Método, según la reivindicación 36, que comprende además la detección de la luz rotada mediante la absorción por el polarizador (3).

39. Método, según la reivindicación 36, en el que la luz polarizada en un intervalo limitado de longitudes de onda es utilizada para detectar un hilo transparente (6), y los hilos opacos se detectan con una luz en otro intervalo de longitudes de onda.

40. Método, según la reivindicación 39, en el que el hilo transparente (6) es detectado en el intervalo visible de longitudes de onda y el hilo opaco es detectado en el intervalo de longitudes de onda de IR.

41. Método, según la reivindicación 36, en el que se mide una señal para detectar la presencia de un hilo.

42. Método, según la reivindicación 41, en el que se compara la señal con un valor de referencia almacenado en memoria.

43. Método, según la reivindicación 41, en el que se compara la señal medida con una señal en ausencia de hilo mediante la comparación de la proporción de las medidas respecto a un umbral de referencia.

44. Método, según la reivindicación 41, que comprende:

determinar un valor de señal base mediante la medición de una señal en ausencia de hilo (6);

guardar el valor de la señal base en una memoria;

determinar un valor de la señal de un objeto extraño mediante la medición de una señal cuando se detecta un objeto extraño.

obtener un valor de la diferencia restando el valor de la señal con objeto extraño del valor de la señal base; y

comparar el valor de la diferencia con un valor de referencia almacenado en la memoria

45. Método, según la reivindicación 44, que comprende:

determinar que ha sido detectado un hilo (6) sustancialmente transparente si la diferencia de valores es positiva; y

detectar que ha sido detectado un hilo sustancialmente opaco si la diferencia de valores es negativa.

46. Método, según las reivindicaciones 42, 43 ó 44, en el que el valor de referencia se define mediante medición estadística de una serie de mediciones, en presencia o ausencia de hilo, calculando un valor medio y una desviación estándar y definiendo un valor de referencia sustancialmente igual al valor medio más o menos n desviaciones estándar.

47. Método, según la reivindicación 46, en el que n está comprendido entre 0 y 5.