Kamerasystem für die Bearbeitung von Dokumenten
Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem für die Bearbeitung von Dokumenten, insbesondere die Remissions- und/ oder Transmissionsmessung von Dokumenten.
Ein solches Kamerasystem läßt sich zum Beispiel zum Bewerten von Dokumenten verwendet, z. B. Banknoten. Bei den üblichen Banknotenbearbeitungsgeräten wird mit Hilfe einer eine Lichtquelle und eine Spiegelanordnung aufweisenden Beleuchtungseinrichtung das zu beurteilende Dokument beleuchtet, und das von dem Dokument reflektierte Licht wird auf einen De- tektor gelenkt, beispielsweise einen CCD-Sensor, um digitale Bilder von dem Dokument zu gewinnen. Die Bildsignale können dann für verschiedene Zwecke ausgewertet werden.
Derartige Kamerasysteme sind allgemein zur Remissions- oder Transmissi- onsmessung von Dokumenten ausgebildet, insbesondere von Banknoten. Damit das von der Banknote reflektierte (remittierte) Licht möglichst getreu erfaßt, befindet sich zwischen der Objektebene, die die Banknote durchläuft, und dem Detektor im Stand der Technik eine Optik, die ein Bild des - üblicherweise streifenförmig - beleuchteten Bereichs der Banknote verkleinert auf den Detektor abbildet. Nachteilig bei den bekannten Kamerasystemen und den dort eingesetzten Optiken sind die großen Abstände zwischen Objekt und Detektor. Außerdem kommt es im Zuge der Verkleinerung in dem von der Optik auf dem Detektor erzeugten Bild zu Verzeichungen, die - um brauchbare Bildsignale zu erhalten - einer Korrektur bedürfen. Die übli- cherweise verwendeten Lichtquellen, beispielsweise Leuchtstofflampen, weisen nur eine relativ kurze Lebensdauer auf, müssen also in bestimmten Zeitabständen ersetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kamerasystem der eingangs genannten Art anzugeben, das sich bei kompakter Bauweise durch gute optische Eigenschaften auszeichnet.
Gelöst wird diese Auf abe bei einem Kamerasystem mit den oben angegebenen Merkmalen dadurch, daß die Spiegelanordnung um den Detektor herum angeordnet ist, daß die Lichtquelle als LED-Array ausgebildet ist und daß die Optik für eine 1:1- Abbildung der beleuchteten Stelle des Dokuments auf den Detektor ausgebildet ist.
Durch die um den Detektor (zum Beispiel einen CCD-Sensor) herum gebaute Spiegelanordnung wird die Möglichkeit für einen kompakten Aufbau des Kamerasystem geschaffen, wobei die als LED-Array ausgebildete Lichtquelle bei ausreichender Lichtstärke geeigneter Wellenlänge eine lange Lebensdau- er der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet. Durch die 1:1- Abbildung schafft die Optik auf dem Detektor ein von Verzeichnungen weitestgehend freies Bild, was eine aufwendige Korrektur erübrigt.
Wenn - wie bevorzugt - das Kamerasystem zur Bearbeitung von Banknoten, insbesondere zur Prüfung von Banknoten, eingesetzt wird, so ist das
Leuchtdiodenarray zur Emission von Magenta-Licht ausgebildet, einem Gemisch aus Wellenlängen roten und blauen Lichts. Durch Licht dieser Wellenlängen kommt es zu einer Verstärkung des Grün-Kontrasts, also zur Verstärkung derjenigen Farben, mit der ein Großteil der Beschriftung von Banknoten ausgeführt ist. Durch geeignete Anwendung von roten, grünen und blauen Leuchtdioden kann jedoch im Prinzip jede zur Beleuchtung der zu untersuchenden Banknoten oder Dokumenten benötigte Farbe hergestellt werden.
Wie an sich bekannt, ist das gesamte Kamerasystem zur streifenförmigen Beleuchtung eines Dokuments und zur streifenförmigen Aufnahme des von
dem Dokument kommenden Lichts ausgebildet. Zur Prüfung von Dokumenten werden die Dokumente in einer Objektebene vor einem Fenster des Kamerasystems vorbeibewegt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Spiegelanordnung der Beleuchtungseinrichtung im Querschnitt aus zwei Ellipsen- Ausschnitten, und jedem Ellipsen- Ausschnitt ist ein LED-Array zugeordnet. Die LED-Arrays emittieren Licht unter einem bestimmten Abstrahlwinkel. Die Spiegelanordnung und die Abstrahlwinkel der LEDs lassen sich gut aufeinander abstimmen, so daß eine gute Lichtausbeute durch die LEDs erreicht wird.
Der Detektor kann zum Beispiel ein CCD-Sensor sein, besteht aber vorzugsweise aus Fotodetektor- Arrays, die als CMOS-Fotodetektor-Chips im Handel erhältlich sind. Je nach gewünschter Auflösung lassen sich auf einer gegebenen Fläche solche CMOS-Fotodetektor-Chips in mehr oder weniger großer Anzahl anordnen.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem eignet sich gleichermaßen gut für die Remissionsmessung wie auch die Transmissionsmessung und auch für die kombinierte Messung, wobei die für die Remissionsmessung verwendete Beleuchrungseinrichtung auch für die Transmissionsmessung eingesetzt wird. Für die Remissionsmessung, das heißt, für die Messung des von dem Dokument reflektierten oder remittierten Lichts, befinden sich zwischen den LED-Arrays und dem Dokument ein Detektor und die Optik. Zur Transmissionsmessung befinden sich auf der der Beleuchtungseinrichtung abgewand- ten Seite der Objektebene eine Optik und ein Detektor, wobei diese zur
Transmissionsmessung vorgesehenen Einrichtungen zusätzlich oder alternativ zu der Optik und dem Detektor für die Remissionsmessung vorgesehen sein können.
Für die Transmissionsmessung kann einerseits ein Dunkelfeldsensor und andererseits ein Hellfeldsensor vorgesehen sein. Beim Dunkelfeldsensor be-
finden sich Optik und Detektor an einer Stelle, die gegenüber dem Transmis- sions-Strahlengang vers itzt ist. Zur Hellfeldmessung befinden sich Optik und Detektor im Strahlengang des Lichts, welches das Dokument durchsetzt hat.
Bei fast allen Dokumenten unterscheidet sich das Bild auf der einen Seite des
Dokuments von demjenigen auf der anderen Seite des Dokuments. Um umfangreiche Daten von dem Dokument innerhalb kurzer Zeit zu erhalten, sieht die Erfindung zwei Remissionsmessungseinrichtungen und zwei Transmissionsmessungseinrichtungen vor. Dabei ist speziell vorgesehen, auf der ersten Seite der Objektebene eine Beleuchrungseinrichtung mit Optik und Detektor für eine erste Remissionsmessung und auf der zweiten Seite der Objektebene eine Optik und einen Detektor für eine erste Transmissionsmessung anzuordnen, wobei die Transmissionsmessung von der der Remissionsmeßeinrichtung zugeordneten Beleuchtungseinrichtung Gebrauch macht. Eine solche Anordnung ist dann noch einmal vorgesehen, und zwar bezüglich der optischen Ebene um 180° (π) versetzt. Die Banknote wird dann in einem Durchlauf beidseitig einer Remissionsmessung unterzogen, außerdem wird sie beidseitig einer Transmissionsmessung unterzogen, wo- bei für die beiden Transmissionsmessungen einerseits ein Hellfeldmessung und andererseits eine Dunkelfeldmessung durchgeführt wird.
Eine spezielle Besonderheit der Erfindung ist die Verwendung einer Optik, die eine 1:1- Abbildung des beleuchteten Streifens der Banknote auf dem De- tektor liefert. Solche Optiken sind seit einiger Zeit bekannt. Bevorzugt wird für die vorliegende Erfindung eine Optik in Form von unter der Handelsbezeichung "SELFOC®" bekannten Linsen. Solche SELFOCO-Linsen sind Faserbündelanordnungen, die ein aufrechtes l:l-Bild des Objekts liefern.
Durch die oben erläuterten speziellen Merkmale der Erfindung, also eine Beleuchtungseinrichtung mit insbesondere elliptischer Spiegelanordnung
und doppeltem LED-Array, mit einer eine l:l-Abbildung erzeugenden SELFOC®-Linsenanordnung und mit einem Fotodetektorarray in der Abbildungsebene der Linsenanordnung, wird ein kompakt bauendes, einfach und billig herzustellendes Kamerasystem mit guten optischen Eigenschaften er- halten. Da in der Bildebene der Linsenanordnung ein weitestgehend verzeichnungsfreies Bild mit einer l:l-Vergrößerung bezüglich der Objektebene entsteht, sind keine Korrekturen erforderlich. Die LED-Arrays weisen eine hohe Lebensdauer auf, insbesondere lassen sich die LEDs derart auswählen, daß die für den jeweiligen Anwendungsfall günstigste Farbe des Beleuch- tungslichts erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem enthält Komponenten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Eine Besonderheit liegt in der verwendeten Spiegelanordnung. Diese Spiegelanordnung läßt sich auf die übrigen Kom- ponenten, insbesondere die LED-Arrays und die Bautiefe der Beleuchtungseinrichtung bezüglich der Objektebene durch bekannte Berechnungsverfahren und -sOEtware abstimmen. Die Spiegelflächen lassen sich mittels numerisch gesteuerter Maschinen aus Metallblöcken fräsen, aber auch aus außen verspiegeltem, transparentem Material herstellen. In letztgenannten Fall können Ein- und Austrittsflächen noch mit einer Linse versehen werden, die aus dem transparenten Material hergestellt wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kamerasystems zur Remissionsmessung von Banknoten, wobei die Schnittebene senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch optische Achsen einer Anordnung definiert wird,
die sich mit konstantem Querschnitt senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Strahlengangs einer Beleuch- tungseinrichtung, wie sie in dem in Figur 1 gezeigten Kamerasystem verwendet wird;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kamerasystems für zwei Remissionsmes- sungen und zwei Transmissionsmessungen; und
Figur 4 eine Schnittansicht des in Figur 3 gezeigten Kamerasystems entsprechend der Schnittlinie IV - IV in Figur 3.
In auf Figur 1 ist eine erste Ausführungsform eines Kamerasystems 2 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Schnittdarstellung zeigt ein Kamerasystem zum Durchführen einer Remissionsmessung bei einer in Pfeilrichtung von unten nach oben in einer Objektebene OE transportierten Banknote BN.
Während des Transports der Banknote BN vorbei an einem hier nicht näher dargestellten, etwa 0,5 mm in Transportrichtung breiten Fenster des Kamerasystems 2, wird ein Streifen auf der linken Seite der Banknote BN in Figur 1 beleuchtet. Das von der Banknote reflektierte oder remittierte Licht wird auf ein Fotodetektorarray abgebildet. Die Beleuchtung der Banknote BN er- folgt mit Hilfe einer Beleuchtungseinrichtung 14, die symmetrisch zu einer optischen Achse OA des Kamerasystems angeordnet ist. In der in Figur 1 gezeigten Schnittdarstellung entspricht die optische Achse OA einer Symmetrieebene, die senkrecht auf der Zeichnungsebene steht und die optische Achse OA enthält.
Die Beleuchtungseinrichtung 14 enthält in beidseitiger Anordnung bezüglich der optischen Achse OA jeweils einen im Querschnitt elliptischen Spiegel 4a, 4b und jeweils ein linienförmig angeordnetes LED-Array (Leuchtdioden- array) 6a, 6b.
Das von der Beleuchtungseinrichtung 14 gemäß Pfeilrichtungen in Form eines Streifens auf der Banknote BN konzentrierte Licht wird von der Banknote BN reflektiert und tritt in die Eintrittsseite 8E einer SELFOC®- Linsenanordnung 8 ein. Aus dieser Linsenanordnung tritt das Licht über eine Lichtaustrittsfläche 8A aus und wird auf die Oberfläche eines Fotodetektor- Arrays 12 auf einer Schaltungsplatine 10 abgebildet. Bei dem Fotodetektor-Array handelt es sich um eine Anordnung aus CMOS-Fotodetektor- Chips, die mit wählbarer Auflösung auf der Platine 10 angeordnet werden können. Beispielsweise sind bei einem Detektor geringer Auflösung die Chips mit einem Pixel-Mittenabstand von 1 mm auf der Platine 10 angeordnet, bei hoher Auflösung beträgt der Mittenabstand der Pixel des Detektors 12 bevorzugt 0,2 mm.
In der Zeichnung nicht dargestellt sind die Schaltungselemente zum Treiben der Beleuchtungseinrichtung 14 und des Detektors 12 sowie zur Verarbeitung der von dem Detektor 12 gewonnenen Bildsignale. Diese Schaltungseinrichtungen können in für den Fachmann ersichtlicher Weise ähnlich wie bei konventionellen Kamerasystemen vergleichbarer Art ausgebildet sein.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, haben die Leuchtdioden der beiden LED- Arrays 6a und 6b bestimmte Abstrahlwinkel, die an die einen elliptischen Querschnitt aufweisenden Spiegel 4a und 4b angepaßt sind, wobei im mittleren Bereich um die optische Achse OA herum ein von Beleuchtungslicht freier Bereich verbleibt, in dem die SELFOC®-Linsenanordnung 8 und die Platine 10 mit dem Detektor 12 aufgenommen sind. Die als Faseroptik ausgebildete Linsenanordnung 8 ermöglicht eine 1:1- Abbildung des beleuchte-
ten Streifens auf der Bar knote BN die lichtempfindliche Fläche des Detektors 12. Die Abbildur g ist praktisch frei von Verzeichnungen. Eine Korrektur ist nicht erforderlich. Wie man erkennt, ist der Gesamtaufbau kompakt und einfach, so daß sich das Kamerasystem in kompakter Bauweise mit geringem Fertigungsaufwand herstellen läßt. Durch die Verwendung von Leuchtdioden in der Beleuchtungseinrichtung ist eine lange Lebensdauer der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet.
Durch entsprechende Wahl der Leuchtdioden der LED-Arrays 6a und 6b läßt sich die Wellenlänge des von der Beleuchtungseinrichtung 14 auf das Dokument gegebenen Lichts optimal abstimmen auf die Beschaffenheit des zu prüfenden Dokuments, hier der Banknote BN. Bei vielen Banknoten sind die Beschriftungen größtenteils mit grüner Tinte bzw. Druckfarbe ausgeführt. Einen bestmöglichen Kontrast erhält man daher, wenn entsprechend den hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Leuchtdioden der LED-Arrays 6a und 6b Magenta-Licht liefern, also Elemente für rotes und blaues Licht in einem Verhältnis von Rot zu Blau von 1:2 aufweisen.
Figur 2 zeigt schematisch den Strahlengang des Beleuchtungslichts. Die bei- den LED-Arrays sind in dem in Figur 2 gezeigten Raster bei den Koordinaten x = 0 und y (6a) = 0,1 bzw. y (6b) = -0,1 angeordnet.
Die Querschnitte der Spiegel 4a und 4b sind derart beschaffen, daß sich an der Beleuchtungsstelle in der Objektebene OE eine Strahlbüschel- Überlappung ergibt, wie sie rechts unten in Figur 2 vergrößert dargestellt ist. Durch die einander überlappenden Lichtstrahlen ergibt sich über die Breite des in Figur 2 im Querschnitt dargestellten beleuchteten Streifens eine definierte, weitgehend konstante Intensitätsverteilung des Lichts.
Figur 3 zeigt eine weitere, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamerasystems. Mit dem in Figur 3 dargestellten Kamerasystem
werden bei einer in der Zeichnung gemäß Pfeil nach oben durchlaufenden Banknote BN direkt hintereinander eine erste und eine zweite Remissionsmessung und eine erste und eine zweite Transmissionsmessung durchgeführt.
Oben links in Figur 3 ist ein Kamerasystem 2 ähnlich dem in Figur 1 dargestellten Kamerasystem als Teil-Kamerasystem einer Mehrfachmeßanordnung dargestellt.
Die in Figur 1 dargestellten Elemente sind in dem Teil-Kamerasystem 2 oben links in Figur 3 leicht wiederzuerkennen. Bei dem Detektor handelt es sich hier um einen mit dem Bezugszeichen 12h bezeichneten Detektor für hohe Auflösung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der in Form eines CMOS-Fotodetektor-Chip-Arrays ausgebildete Detektor 12h eine Auflösung von 0,2 mm, das heißt, die Pixel der Chips sind mit einem Mittenabstand von 0,2 mm angeordnet.
Das von der Beleuchtungseinrichtung 14 des Teil-Kamerasystems 2 für die Remissionsmessung streifenförmig auf die Banknote BN gelenkte Licht wird in der in Figur 1 bereits dargestellten Weise über die SELFOC®-
Linsenanordnung 8 auf den Fotodetektor 12h reflektiert. Der Fotodetektor liefert Bildsignale an eine hier nicht dargestellte Auswerteschaltung.
Außerdem wird das zur Remissionsmessung verwendete Licht von der Be- leuchtungseinrichtung 14 teilweise durch die Banknote BN hindurchgelassen. Auf der der Beleuchtungseinrichtung 14 abgewandten Seite der von der Banknote BN durchlaufenen Objektebene OE ergibt sich eine Transmissionslicht-Verteilung, wobei wegen des durch die Beleuchtungseinrichtung 14 erzeugten Strahlengangs zwei Intensitätsspitzen des Transmissionslichts vorhanden sind, die in der Figur durch Strahlenbüschel auf der rechten Seite der Banknote BN angedeutet sind.
Das rechts oben in Figur 3 dargestellte Teil-Kamerasystem 20 dient für eine zweite Transmissionsmessung, hier in Form einer Dunkelfeldmessung. Zur Dunkelfeldmessung befindet sich zwischen den Strahlenbüscheln des Transmissionslichts eine SELFOC®-Linsenanordnung 8b, die Licht aus dem "Dunkelfeld" auf die Oberfläche eines eine geringe Auflösung aufweisenden Detektors 121 abbildet. Dieser Detektor 121 wird durch ein Array aus CMOS- Fotodetektor-Chips gebildet, die hier entsprechend einer Auflösung von 1 mm, das heißt, mit einem Pixel-Mittenabstand von 1 mm, auf einer Platine angeordnet sind.
Die beiden oben in Figur 3 dargestellten Teil-Kamerasysteme 2 und 20 dienen für eine zweite Remissionsmessung bzw. eine zweite Transmissionsmessung.
Zeitlich und räumlich vorgeschaltet in Bezug auf die Transportrichtung der Banknote BN ist der die Teil-Kamerasysteme 2 und 20 umfassenden Anordnung B eine Anordnung A, die ähnlich ausgebildet ist wie die Anordnung B, gegenüber dieser jedoch in Bezug auf die Objektebene OE um 180° versetzt ist.
Die Anordnung A umfaßt zwei Teil-Kamerasysteme, nämlich ein Teil- Kamerasystem 2' für eine erste Remissionsmessung und ein Teil- Kamerasystem 20' für eine erste Transmissionsmessung.
Das Teil-Kamerasystem 2' ist identisch ausgebildet wie das oben links in Figur 3 gezeigte Teil-Kamerasystem 2. Die Komponenten sind für das Teil- Kamerasystem 21 mit gestrichenen Bezugszeichen versehen.
Das Teil-Kamerasystem 20' ist ähnlich ausgebildet wie das Teil- Kamerasystem 20, dient aber, im Gegensatz zu letzterem, der Hellfeld-
Transmissionsmessung. Dementsprechend befindet sich eine SELFOC®- Linsenanordnung 8h mittig in dem einen Transmissionslicht- Strahlenbüschel, wobei dem Ausgang dieser SELFOGD-Linsenanordnung 8h ein eine geringe Auflösung aufweisender Detektor 121' gegenüberliegt. Die Elemente 8h und 121' entsprechen den Elementen 8b und 121 des Teil- Kamerasystems 20 rechts oben in Figur 3, nur ihre Lage bezüglich des Transmissionslichts ist für eine Hellfeldmessung bestimmt.
Figur 4 zeigt die in Figur 3 im Querschnitt dargestellte Struktur in einer Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie IV - IV in Figur 3. Man erkennt von links nach rechts das LED-Array 6a, den Spiegel 4a, den Detektor 12h, die SELFOC®-Linsenanordnung 8, die die Objektebene OE durchlaufende Banknote BN (in Figur 4 bewegt sich die Banknote BN senkrecht aus der Zeichnungsebene heraus), die rechts von der Objektebene OE angeordnete SELFOC®-Linsenanordnung 8b mit dem ihr zugeordneten Detektor 121.
In Figur 4 sind einige Strahlengänge des Beleuchtungslichts, des Remissionslichts und des Transmissionslichts dargestellt. Wie man sieht, ist die Lichtverteilung im Bereich der Banknote BN im wesentlichen homogen. Am oberen und am unteren Rand der Banknote BN in Figur 4 beginnt das Licht, schwächer zu werden. An den beiden Seiten der bewegten Banknote BN, das heißt, oben und unten in Figur 4, befinden sich Bezugsmarkierungen Rl und R2, die dazu dienen, ein Referenzsignal zu Abgleich der Messungen zu erzeugen. Die Bezugsmarkierungen Rl und R2 können z. B. als weiße Refe- renzflächen ausgebildet sein. Das von den Bezugsmarkierungen Rl und R2 reflektierte bzw. remittierte Licht wird vom Detektor 12h empfangen und das Referenzsignal wird davon abgeleitet.