(57)【要約】  発明は有価証券類を検査するためのスペクトルセンサに関し、センサは、有価証券類を照明するための照明ユニット、結像光学系及び検出ユニットを備える。照明ユニットは相異なる発光スペクトルを有する複数の光源を有し、相異なる発光スペクトルを有する光パルスからなる照明シーケンスによって有価証券類の一領域を照明するため、光源のオン／オフが次々に切り換えられる。検出光のスペクトル強度分布を記録するため、光パルスのそれぞれに対して１つの測定値が検出される。複数の光源は近赤外スペクトル範囲の一区間及び／または可視スペクトル範囲の一区間を、スペクトルセンサが近赤外スペクトル範囲の区間内及び／または可視スペクトル範囲の区間内のスペクトル強度分布を記録することができるような態様で、カバーする。
2013514567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルセンサ(１００)であって、前記スペクトルセンサ(１００)の動作時に、前記スペクトルセンサ(１００)下を搬送速度で搬送される、有価証券類(１)を検査するための前記スペクトルセンサ(１００)において、
それぞれの発光スペクトル(Ｅ１〜Ｅ１２)が相互に異なる複数の光源(１５)を有する照明ユニット(５０)であって、前記スペクトルセンサ(１００)の動作時に、前記相異なる発光スペクトル(Ｅ１〜Ｅ１２)を有する光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)の照明シーケンス(Ｂ１)によって前記有価証券類(１)の一領域(２)を照明するため、前記複数の光源(１５)のオン／オフが次々に切り換えられる、照明ユニット(５０)、
前記スペクトルセンサ(１００)の動作時に、前記照明ユニット(５０)によって放射される光を前記有価証券類(１)の前記照明領域(２)上に結像させる結像光学系(２５)、及び
前記スペクトルセンサ(１００)の動作時に、前記照明シーケンス(Ｂ１)の前記光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)によって照明された前記領域(２)から発する光を検出するための検出ユニット(３０)であって、前記照明シーケンス(Ｂ１)の前記光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)のそれぞれに対して前記検出された光の強度に対応する測定値が検出される、検出ユニット(３０)、
を備え、
前記複数の光源(１５)は近赤外スペクトル範囲の一区間及び／または可視スペクトル範囲の一区間を、前記スペクトルセンサ(１００)が前記測定値の前記検出により、近赤外スペクトル範囲の前記区間内及び／または可視スペクトル範囲の前記区間内のスペクトル強度分布を記録することができるような態様で、カバーすることを特徴とするスペクトルセンサ(１００)。
【請求項２】
前記スペクトルセンサ(１００)が、可視スペクトル範囲から近赤外スペクトル範囲内にまで、好ましくは可視スペクトル範囲から少なくとも１０００ｎｍの波長まで、特に可視スペクトル範囲から少なくとも１２００ｎｍの波長まで、拡がるスペクトル強度分布を記録することができるように、前記光源(１５)が選ばれることを特徴とする請求項１に記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項３】
前記照明領域(２)に含まれ得る目視同色(Ｃ１，Ｃ２)を前記目視同色(Ｃ１，Ｃ２)から発する光の検出時に前記スペクトルセンサ(１００)が記録する前記スペクトル強度分布に基づいて相互に弁別することができるような態様で、前記複数の光源(１５)が赤色スペクトル範囲及び／または緑色スペクトル範囲及び／または青色スペクトル範囲及び／または７５０ｎｍから１０００ｎｍの近赤外スペクトル範囲をカバーすることを特徴とする請求項１または２に記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項４】
前記複数の光源(１５)が赤色スペクトル範囲及び／または緑色スペクトル範囲及び／または青色スペクトル範囲を、それぞれの前記スペクトル範囲内に前記光源(１５)の前記発光スペクトル(Ｅ１〜Ｅ１２)の内の少なくとも２つの相異なる発光スペクトルがあるような態様で、カバーすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項５】
前記複数の光源(１５)が７５０ｎｍから１０００ｎｍまでの近赤外スペクトル範囲及び／または１０００ｎｍから１６００ｎｍまでの近赤外スペクトル範囲を、それぞれの前記スペクトル範囲内に前記光源(１５)の相異なる発光スペクトルの内少なくとも３つ、好ましくは少なくとも５つがあるような態様で、カバーすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項６】
前記複数の光源(１５)の前記発光スペクトル(Ｅ１〜Ｅ１２)が可視スペクトル範囲内に少なくとも５つの相異なる発光スペクトルを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項７】
前記光源(１５)の内の少なくとも３つ、好ましくは少なくとも５つの、スペクトル上で相互に隣接する、前記発光スペクトルが、スペクトル上で重なり合う、及び／または、スペクトル間隔が６０ｎｍ以下の、それぞれ相異なる発光ピークを有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項８】
前記照明ユニット(５０)が、前記光源(１５)によって放射される光を集光するため、前記光源(１５)と前記結像光学系(２５)の間に配置された集光光学系を有し、前記集光光学系が特に、前記光源(１５)の内の１つによってそれぞれ放射される光を集光することができる、並行して配置された複数のレンズを有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項９】
前記スペクトルセンサ(１００)が検出光学系(３５)を備え、前記検出光学系(３５)と前記検出ユニット(３０)が、前記スペクトルセンサ(１００)の動作時に、前記照明領域(２)から発する光の内の、前記照明領域(２)内に完全に配置された前記有価証券類(１)の検出領域(３)の光だけが検出されるような態様で構成及び配置され、前記検出領域(３)が好ましくは前記照明領域(２)の一様照明区画(４)内に完全に配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項１０】
前記照明シーケンス(Ｂ１)の継続時間(ΔＴ)が、前記照明シーケンス(Ｂ１)中に前記光源(１５)によって放射される光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)の全てが前記有価証券類(１)のほぼ同じ領域(２)を照明するように、前記有価証券類(１)の前記搬送速度に対して調節されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項１１】
前記照明シーケンス(Ｂ１)の最初の光パルス(Ｐ１)によって照明される前記有価証券類(１)上の領域(２Ｐ１)と同じ前記照明シーケンス(Ｂ１)の最後の光パルス(Ｐ１２)によって照明される前記有価証券類(１)上の領域(２Ｐ１２)が少なくとも７５％は重なり合うことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項１２】
前記検出ユニット(３０)が、可視スペクトル範囲の光の検出及び近赤外スペクトル範囲の光の検出のいずれのためにも構成された、ＩｎＧａＡｓ光検出器であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)。
【請求項１３】
有価証券類を検査するための、特に請求項１から１２のいずれかに記載のスペクトルセンサ(１００)を用いる、方法において、
検査されるべき有価証券類(１)を、前記有価証券類(１)を検査するために構成されたスペクトルセンサ(１００)下を搬送速度で、搬送する工程、
それぞれの発光スペクトル(Ｅ１〜Ｅ１２)が相異なる複数の光源(１５)を有する照明ユニット(５０)によって前記有価証券類(１)を照明する工程であって、前記有価証券類(１)の前記照明時に、前記有価証券類(１)の一領域(２)を相異なる発光スペクトルを有する光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)の照明シーケンス(Ｂ１)によって照明するため、前記複数の光源(１５)のオン／オフが次々に切り換えられる工程、
前記照明ユニット(５０)によって放射される光を前記有価証券類(１)の前記領域(２)上に結像光学系を用いて結像させる工程、及び
前記有価証券類(１)の前記領域(２)から発する光を検出する工程であって、前記照明シーケンス(Ｂ１)の前記光パルス(Ｐ１〜Ｐ１２)のそれぞれに対して、前記検出光の強度に対応する測定値が検出される工程、
を有し、
前記複数の光源(１５)が近赤外スペクトル範囲の一区間及び／または可視スペクトル範囲の一区間を、前記スペクトルセンサ(１００)が、前記測定値を検出することにより、近赤外スペクトル範囲の前記区間内及び／または可視スペクトル範囲の前記区間内のスペクトル強度分布を記録することができるような態様で、カバーすることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記領域(２)を照明する前記照明シーケンス(Ｂ１)が周期的に反復されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
相異なる、特に、連続する照明シーケンス(Ｂ１，Ｂ２)において、同じ前記光源(１５)のそれぞれ１つの光パルスによる前記照明時に検出される、少なくとも２つの測定値が組み合わされて１つの測定値にまとめられることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有価証券類を検査するためのスペクトルセンサ及びスペクトルセンサを用いて有価証券類を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有価証券類を検査するため、有価証券類のタイプがそれを用いて決定される、及び／または有価証券類が正統性及び／または状態についてそれを用いて検査される、センサが通常用いられる。そのようなセンサは、例えば、銀行券、小切手、身分証明書、クレジットカード、デビットカード、乗車券／入場券、バウチャー等のような、有価証券類を検査するために用いられる。有価証券類の検査は、検査されるべき有価証券類の特性に応じて、１つないしいくつかの相異なるセンサが収められている、有価証券類精査のための装置で実施される。検査時に、有価証券類は通常、センサによってスキャンされ、センサ及び有価証券類は互いに対して移動される。
【０００３】
複数のセンサにより、有価証券類はいくつかの色の光源で、これらの色に対する有価証券類の反射光から有価証券の可視色を確認するために、照明される。人間の眼の３つの相異なる色受容器に対応して、これらのセンサは、例えば、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードによって実現される３つの色チャネルしか有していない(ＲＧＢセンサ)。しかし、そのような３つの色チャネルしか有していない光センサでは、有価証券類から発する光のスペクトル強度分布は全く記録することができない。
【０００４】
スペクトル強度分布を記録するため、有価証券類を白色光で照明し、有価証券類で反射される光をスペクトル分解態様で検出する、スペクトルセンサが知られている。そのようなスペクトルセンサでは、有価証券類から反射される光のスペクトル分解のため、回折格子が用いられている。しかし、スペクトル分解には回折格子から検出線まで比較的長い光路が必要であり、よってそのようなスペクトルセンサには大きな設置スペースが必要である。さらに、そのようなスペクトルセンサで捕捉され得るスペクトル範囲は比較的狭く、よってそのようなスペクトルセンサで広いスペクトル範囲にわたるスペクトル強度を記録することはできない。回折格子はある波長に対して、その波長の光に対する回折の反射係数が可能か限り大きくなるように、最適化される。しかし、その波長から外れる波長に対しては回折格子の反射係数に大きな低下が生じ、よってそのような波長については非常に低強度の光しか検出に利用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、可視スペクトル範囲及び／または近赤外スペクトル範囲におけるスペクトル強度分布を有価証券類の１つないしさらに多くの領域から記録することができる、有価証券類を検査するための改善されたスペクトルセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は独立特許請求項の主題によって達成される。独立請求項に従属する請求項には本発明の有利な発展形態及び実施形態が述べられている。
【０００７】
スペクトルセンサは、スペクトルセンサによって検査されるべき有価証券類を照明するための照明ユニット、結像光学系及び検出ユニットを備える。照明ユニットは、それぞれの発光スペクトルが相異なる、複数の光源を有する。これらの光源の発光スペクトルは可視スペクトル範囲及び／または近赤外スペクトル範囲にある。結像光学系は照明ユニットによって放射される光を検査されるべき有価証券類の一領域上に結像させる。結像光学系により、検査されるべき有価証券類の明瞭に定められ、空間的に限定された領域の照明を達成することができる。検出ユニットは、スペクトルセンサの動作時に、有価証券類が照明ユニットによって照明されたときに照明された領域から発する光を検出するために構成される。
【０００８】
スペクトルセンサの照明ユニットは、それぞれの発光スペクトルが互いに異なる、複数の相異なる光源を有する。照明ユニット内で、光源は、詳しくは光源に共通の光源支持手段上に、並行して、例えば二次元格子に配置することができる。光源は環状に、例えば検出ユニットの周りに、配置することもできる。結像光学系は光源のそれぞれの発光光を検査されるべき有価証券類上に結像させるように構成される。照明ユニットにより放射される光は定められた光路を介して有価証券類の照明領域上に結像光学系により結像される。結像光学系は、この目的のため、光源により放射される光を有価証券類上に結像させる、例えば、１つないしいくつかの屈折光学素子(例えばレンズ)及び／または回折光学素子及び／または反射光学素子を有する。結像光学系は結像レンズとして構成されることが好ましい。有価証券類上への照明光の結像を実施することで、有価証券類の照明領域が明瞭に定められ、空間的に限定される。これは、光源による有価証券類の(それらの間に光学系が全く無い)直接照明と比較したとき、及び、光が結像されず、光ガイドから有価証券類上への定められた光路無しに送られる、簡単な(結像光学系無しの)光ガイド光学系に比較したときの、利点を表す。
【０００９】
照明ユニットによって放射される様々な光源の光の大部分を有価証券類の同じ照明領域上に結像させるため、結像光学系は有価証券類の照明領域が正確にまたはほぼ結像光学系の焦点にあるように配置されることが好ましい。よって、並行して配置された相異なる光源を用いる有価証券類の照明にもかかわらず、検査されるべき有価証券類の実質的に同じ領域を照明することができ、検出ユニットで検出することができる。結像光学系は有価証券類上のパッチ領域、特に円形照明パッチを照明するように構成することができる。しかし、結像光学系は有価証券類上のストライプ形状領域を照明するように構成することもできる。結像光学系として、第１の場合には、例えば放射形対称結像光学系を、第２の場合には円柱形光学系を、用いることができる。
【００１０】
光源によって放射された光は集光光学系を用いて集光することができ、集光光学系は、集光した光を適する態様で結像光学系上に向けることができ、照明ユニットのコンポーネントとすることができる。この場合、光源、集光光学系及び結像光学系は、光源のそれぞれの発光光が、スペクトルセンサの動作時にスペクトルセンサによって検査されるべき、有価証券類上に集光光学系及び結像光学系によって結像され得るように、相互に配置される。集光光学系は、光源によって放射される光を集光するため、光源と結像光学系の間に配置される。集光光学系は、それぞれが光源の内の１つの発光光を集光する、複数の、例えば並行して配置された、屈折レンズまたは回折レンズによって実現することができる。ここで、結像光学系及び集束光学系のレンズは、好ましくは有価証券類の照明領域上にぼけ態様で光源が結像されるように、配置され、構成される。さらに、照明ユニットのそれぞれの光源は、それぞれに割り当てられたレンズからそのレンズの焦点距離より近くにあることが好ましい。集光光学系のレンズは単レンズとしてまたはマイクロレンズアレイのマイクロレンズとして構成することができる。
【００１１】
他の実施形態において、集光光学系は１本ないし数本の光ガイドとして形成され、光ガイドは光源と結像光学系の間に配置される。ここで、全光源に対して１本の共通光ガイドを設けることができ、あるいはそれぞれの光源に対して個別に１本の光ガイドを設けることができる。光源の発光光は１本または複数本の光ガイドに結合され、光ガイドは光源の発光光を結像光学系に向ける。光ガイドから出た光は結像光学系によって有価証券類上に結像される。光ガイドとして、例えば、ガラスファイバまたは、光出射領域が円形またはストライプ形の光ガイド体を用いることができる。
【００１２】
照明ユニットは、それぞれの発光スペクトルが可視スペクトル範囲及び／または近赤外スペクトル範囲にあり、互いに異なる、複数の相異なる光源を有する。すなわち、複数の光源は、それぞれの強度ピークが相異なる波長にある、複数の相異なる発光スペクトルを与える。例えば、照明ユニットのそれぞれの光源は、それぞれのスペクトル位置が照明ユニットの他の全ての光源の輝線とは異なる、ある波長の輝線を放射するために構成される。しかし、あるいは、照明ユニットは、例えばあるスペクトル範囲において低光度光源を用いても十分な照明強度を得るため、いくつかの同等の光源を有することもできる。複数の光源は近赤外スペクトル領域の一区間を、スペクトルセンサが、測定値の検出により、近赤外スペクトル領域のその区間におけるスペクトル強度分布を記録できるように、カバーすることが好ましい。照明ユニットの光源は、例えば、可視スペクトル範囲から近赤外スペクトル範囲まで、例えば可視スペクトル範囲から少なくとも１０００ｎｍの波長まで、好ましくは少なくとも１２００ｎｍの波長まで、拡がる近赤外スペクトル範囲におけるスペクトル強度分布を記録できるように、選ばれる。あるいはまたはさらに、複数の光源は可視スペクトル範囲の一区間も、スペクトルセンサが可視スペクトル範囲のその区間における検出光のスペクトル強度分布を記録できるように、カバーする。照明ユニットは、それぞれの発光スペクトルが紫外スペクトル領域にある、１つないしいくつかの光源も有することができる。光源として、光放射ダイオード、例えば、発光ダイオード(ＬＥＤ)、特に半導体発光ダイオードまたは有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ)、及び／またはレーザダイオード、特に縦型共振器表面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ)が用いられることが好ましい。
【００１３】
スペクトルセンサの動作時に、発光スペクトルが相異なる光パルスの照明シーケンスによって有価証券類の一領域を照射するため、光源のオン／オフが次々に切り換えられる。検出ユニットは、スペクトルセンサの動作時に、照明シーケンスで照明される有価証券類の領域から発する光を検出するために構成される。そのようにする場合、検出光のスペクトル強度分布を記録するため、照明シーケンスの光パルスのそれぞれに対して測定値が検出される。検出される測定値はそれぞれ、照明シーケンスの光パルスの内の１つによる照明時に検出される光強度に対応する。検出光の光強度分布は検出された測定値から得られる。
【００１４】
有価証券類を検査するため、照明シーケンスは周期的に反復される。少なくとも検査されるべき有価証券類の部分領域にかけて、有価証券類は同じ照明シーケンスによって照明される。他の部分領域においては、有価証券類を異なる照明シーケンスによって照明することができる。ここで、照明シーケンスは検査されるべき有価証券類に応じて選ぶことができる。単一照明シーケンス中に検出された測定値からでも、有価証券類から発する光のスペクトル強度分布を確認することができる。しかし、あるいは、異なる照明シーケンスの測定値、好ましくは２つの連続する照明シーケンスの測定値を組み合わせることも可能である。例えば、連続する照明シーケンスにおいて同じ光源を用いる照明時に検出された少なくとも２つの測定値が組み合わされて１つの測定値にまとめられる。
【００１５】
スペクトルセンサの動作時に、検査されるべき有価証券類は搬送速度でスペクトルセンサ下を搬送される。照明シーケンスの継続時間は、照明シーケンス中に光源によって放射される光パルスの全てが有価証券類のほとんど同じ領域を照射するように、検査されるべき有価証券類の搬送速度に対して調節されることが好ましい。詳しくは、照明シーケンスの最初の光パルスによって照明される有価証券類の領域と照明シーケンスの最後の光パルスによって照明される有価証券類の領域が少なくとも７５％は重なり合う。これは、同じ照明シーケンスの光パルスの全てに対して、これらの光パルスによって次々に照明される照明領域の面積が、照明シーケンス中の有価証券類の移動にかかわらず、少なくとも７５％は同等であることを意味する。
【００１６】
スペクトルセンサは、有価証券類の全域検査のためではなく、有価証券類上の１本ないし数本のトラックにおける有価証券類の検査のために構成されることが好ましい。数本のトラックにおける検査の場合、トラック間にそれぞれスペクトルセンサによって検査されない有価証券類の領域が配置される。有価証券類の検査の目的のために照明される領域は、相互に平行に延び、有価証券類の搬送方向に沿う、トラックを形成する。これらのトラックは有価証券類上に離散的に分布する。トラックのそれぞれに対して、上述した、照明ユニット、結像光学系及び検出ユニットが少なくとも１つずつ備えられる。照明シーケンスは、有価証券類がトラックのそれぞれに沿って準連続態様で検査されるように迅速に、相互に連続することが好ましい。
【００１７】
光源がカバーする近赤外スペクトル領域の区間は、例えば少なくとも７５０ｎｍから１０００ｎｍの波長及び／または１０００ｎｍから１６００ｎｍの波長を含み、必要に応じて１６００ｎｍをこえる波長を含む。１０００ｎｍをこえるスペクトル領域をカバーする光源がスペクトルセンサに装備されることが好ましい。したがってスペクトルセンサは、有利なことにこの長波長スペクトル範囲におけるスペクトル強度分布も記録できるから、シリコンベース検出器を用いる従来のスペクトルセンサは適していない。光源がカバーする可視スペクトル範囲の区間は例えばある色に属するスペクトル範囲、例えば人間の眼で赤色として知覚されるスペクトル範囲とすることができる。しかし、光源は２つないしいくつかの色もカバーすることができ、よってスペクトル強度分布は２つないしいくつかの色にわたって、例えば緑色スペクトル範囲及び赤色スペクトル範囲にわたって、拡がる。照明ユニットの光源の発光スペクトルは、例えば可視スペクトル範囲内の少なくとも５つの相異なる発光スペクトルを含む。しかし、光源がカバーする可視スペクトル範囲の区間は全可視スペクトル範囲とすることもできる。
【００１８】
眼のスペクトル感度は３つの色チャネルだけに基づいている。したがって、相互に違っている色が存在しても、人間の眼においてそれらの色は同じ色覚を刺激する。異なるスペクトル特性を有しているが、同じ照明の下で人間には同じに見える、そのような色は目視同色と称される。従来の−人間の眼と同様に−３つの色チャネルだけを有するセンサ、例えばＲＧＢセンサは、目視同色を相互に弁別することはできない。しかし、本発明にしたがうスペクトルセンサは目視同色を弁別するように構成される。スペクトルセンサにおいて、光源の発光スペクトルはスペクトルセンサによって記録されるスペクトル強度分布に基づいて目視同色が相互に弁別され得るように選ばれる。例えば、同じ有価証券類上にまたは相異なる有価証券類上に含まれる２つの目視同色に対して、スペクトルセンサはそれぞれに１つのスペクトル強度分布を記録することができ、よってそれらのスペクトル強度分布を比較することができ、それらの違いを決定することができる。
【００１９】
スペクトルセンサにおいて、光源の発光スペクトルは、有価証券類の照明領域に含まれ得る目視同色が、スペクトルセンサが目視同色から発する光の検出時に記録することができるそれぞれのスペクトル強度分布に基づいて相互に弁別され得るように、スペクトル上に配置されることが好ましい。例えば、目視同色から発する光の検出時にスペクトルセンサが記録するスペクトル強度分布に基づいて、照明領域内に含まれ得る目視同色をスペクトルセンサによって相互に弁別することができるように、複数の光源は赤色スペクトル範囲及び／または緑色スペクトル範囲及び／または青色スペクトル範囲及び／または７５０ｎｍから１０００ｎｍの近赤外スペクトル範囲をカバーする。ある色チャネル(例えば赤色)内で光特性が異なる目視同色を弁別するため、この色チャネルのスペクトル範囲内に少なくとも２つの相異なる光源の発光スペクトルがあるように光源を選ぶことが有利である。スペクトルセンサによる多くの相異なる目視同色相互の弁別を可能にするため、さらに、それぞれ少なくとも２つの相異なる発光スペクトルにより、別の色チャネル(例えば、緑色、青色)をカバーすることも好ましい。近赤外スペクトル領域において光特性が異なる色の弁別についても同様である。したがって、複数の光源が、それぞれのスペクトル範囲に少なくとも２つの相異なる光源の発光スペクトルがあるような態様で、赤色スペクトル範囲及び／または緑色スペクトル範囲及び／または青色スペクトル範囲をカバーすることが好ましい。近赤外スペクトル範囲に関しては、複数の光源が、それぞれのスペクトル範囲に少なくとも３つ、好ましくは少なくとも５つの、相異なる光源の発光スペクトルがあるような態様で、７５０ｎｍから１０００ｎｍの近赤外スペクトル範囲及び／または１０００ｎｍから１６００ｎｍの近赤外スペクトル範囲をカバーすることが好ましい。
【００２０】
さらに、スペクトル上隣接する、少なくとも３つ、特には少なくとも５つの、光源の発光スペクトルが、スペクトル上で重なり合う、及び／またはそれぞれのスペクトル間隔が６０ｎｍ以下の相異なる発光ピークを有する、ことが好ましい。例えば、照明ユニットの光源の発光スペクトルのそれぞれは、照明ユニットのスペクトル上で隣接する他の光源の内の１つの発光スペクトルの内の少なくとも１つと重なる。
【００２１】
検出ユニットは、照明ユニットの光源のそれぞれの発光光が検出ユニットによって検出され得るようにスペクトルが広帯域である、スペクトル感度を有する。詳しくは、検出ユニットは少なくとも、可視スペクトル範囲の光の検出のため及び可視スペクトル範囲に隣接する少なくとも１０００ｎｍまでの近赤外スペクトル範囲の光の検出のために、構成される。通常用いられるシリコンベース検出ユニットは可視スペクトル範囲には適するが、１０００ｎｍをこえるスペクトル範囲には適していない。したがって、可視スペクトル範囲の光の検出及び１０００ｎｍまで及びさらに長波長の近赤外スペクトルの光の検出のいずれのためにも構成された検出ユニットをスペクトルセンサに装備することが特に有利である。詳しくは、スペクトルセンサはこの目的のため、検出ユニットとして、近赤外スペクトル範囲の光の検出、特に１０００ｎｍをこえる波長の検出、及び可視スペクトル範囲の光の検出のいずれのためにも構成された、ＩｎＧａＡｓ光検出器を有する。
【００２２】
反射光を検出するため、スペクトルセンサは、例えば比較的広い角度範囲にわたる反射光を捕捉するために、いくつかの同等な検出ユニットを備えることもできる。スペクトルセンサは、例えば、スペクトルセンサによって捕捉できるスペクトル範囲を拡げるため、いくつかの相異なる検出ユニットを備えることもできる。ここで、相異なる検出ユニットは並行して配置することができ、あるいは縦列で、例えばサンドイッチ構造の形態で配置することができる。
【００２３】
検出ユニットで記録された測定値は、スペクトルセンサのコンポーネントとすることができ、あるいは外部評価ユニットとして形成される、評価ユニットによって評価される。少なくとも測定値の前処理が、スペクトルセンサによって、詳しくはスペクトルセンサの内部評価ユニットによって、既に実施されていることが好ましい。さらなる評価は、内部評価ユニットによっても実施することができ、あるいはスペクトルセンサが装備されている装置の中央評価ユニットによって実施することができる。
【００２４】
検出ユニットの前に、有価証券類から発生される光を集光して検出ユニットの感光領域に向ける、検出光学系を配置することができる。
【００２５】
検出光学系は、例えば、１つないしさらに多くの屈折光学素子または回折光学素子あるいはミラーを含む。検出光学系及び検出ユニットは、スペクトルセンサの動作時に、照射領域から発する光の内の、完全に照射領域内に配置された有価証券類の検出領域の光だけが検出されるように、構成及び配置される。検出領域が完全に照射領域内に配置されることにより、有価証券類の搬送時におこり得る有価証券類のばたつきへの検出光強度の不感性が達成される。したがって、スペクトルセンサは、スペクトルセンサの作製時または組立時におこり得る、照明ユニット、結像光学系、検出ユニットまたは検出光学系のいかなる位置変動も許容できるようになり得る検出領域は完全に照明領域の一様照明区画内に配置されることが好ましい。一様照明区画において、照明の強度は、好ましくは照明シーケンスの全ての光パルスに対して、一様に分布する。
【００２６】
相異なる光源の相異なる発光スペクトルで有価証券類を次々に照明するため、照明ユニットの光源のオン／オフを次々に切り換えるように適合された制御ユニットが、スペクトルセンサに備えられることが好ましい。制御ユニットはスペクトルセンサのコンポーネントとして構成することができるが、外部制御ユニットとして、例えばスペクトルセンサが装備されている有価証券類を処理するための装置のコンポーネントとして、構成することもできる。制御ユニットはスペクトルセンサの照明ユニット、詳しくは光源、及びスペクトルセンサの検出ユニットを駆動するように適合される。スペクトルセンサの動作時に、制御ユニットは、例えばいずれの時点においても光源の内の正確に１つがオンに切り換えられるように、光源のオン／オフを次々に切り換える。しかし、１つまたはいくつかの時点において、光源の内のいくつかを、例えばいくつかの発光スペクトルが同じ光源を、同時にオンに切り換えることもできる。さらに、制御ユニットは、光源のオン切換え段階中、有価証券類から発する光の強度に対応する測定値のそれぞれの検出ユニットによる捕捉を開始させる。検出ユニットは光源による照明に同期して１つの測定値をそれぞれ記録するから、有価証券類から発する光の強度はそれぞれの光源の発光スペクトルによってあらかじめ定められた波長に対して検出される。
【００２７】
スペクトルセンサの構成時に、有価証券類の検査に用いられる照明シーケンス、詳しくは有価証券類の照明のために光源のオン／オフが切り換えられるシーケンスが指定される。スペクトルセンサに備えられた制御ユニットは、スペクトルセンサの製造時にあらかじめ設定しておくことができる。しかし、スペクトルセンサの仕上後にのみ制御ユニットの設定がなされる態様も提供され得る。さらに、スペクトルセンサの供用開始後であっても制御ユニットの設定が変更可能である態様も提供され得る。そのような供用開始後の再設定は、例えばスペクトルセンサの製造業者によるか、あるいはスペクトルセンサまたはスペクトルセンサが装備された装置の操作担当者によって、実施することができる。再設定時には、例えば測定のためにオン／オフが切り換えられる光源の数が変更される場合、検出ユニットの駆動を照明ユニットの駆動に合わせて調節することも必要になり得る。再設定時には、検出された測定値を評価するために装備される評価ユニットも、例えば有価証券類の検査に他の光源が用いられることになった場合に、変更された制御ユニットに設定に合わせて調節されることになる。
【００２８】
スペクトルセンサは、照明ユニット、結像光学系及び検出ユニットが内部に配置され、必要に応じて制御ユニット及び検出光学系も内部に配置される、ハウジングも備えることが好ましい。
【００２９】
本発明の別の態様は、上述したスペクトルセンサを用いて実施することができる、有価証券類を検査する方法である。有価証券類を検査するため、有価証券類がスペクトルセンサ下を搬送速度で搬送される。発光スペクトルが相互に異なる複数の光源を備える照明ユニットによって有価証券類が照明される。発光スペクトルが相異なる光パルスの照明シーケンスによって有価証券類の一領域を照明するため、有価証券類の照明時に複数の光源のオン／オフが次々に切り換えられる。結像光学系を用いて有価証券類の照明領域上に照明ユニットから放射される光が結像される。光源から放射される光は光源と結像光学系の間に配置された集光光学系を用いて集光されることが好ましい。有価証券類の照明領域から発する光が検出される。そのようにする場合、照明領域から発する光のスペクトル強度分布を記録するため、照明シーケンスの光パルスのそれぞれに対して測定値が検出される。複数の光源は少なくとも、可視スペクトル範囲及び／または近赤外スペクトル範囲の一区間を、測定値の検出によって可視スペクトル範囲及び／または近赤外スペクトル範囲のその区間内のスペクトル強度分布が記録されるように、カバーする。
【００３０】
一実施形態において、照明ユニットは、それぞれが光源を支持するために構成された、複数の光源座がその上に設けられた光源支持手段を備える。光源座は、光源支持手段上に並行して配置され、それぞれがチップ形光源を支持することができる複数の個別の凹所によって定められる。しかし、光源座は、光源支持手段が有することができ、チップ形光源を支持するために構成された、凸所及び／または電気コンタクト領域によって定めることもできる。
【００３１】
スペクトルセンサの照明ユニットは集光光学系を備えることができる。集光光学系は、例えば複数のマイクとレンズを含むマイクロレンズアレイとして、構成される。ここで、マイクロレンズアレイと光源支持手段は、光源支持手段上に配置された光源のそれぞれがマイクロレンズの内の正確に１つに対応付けられるように、相互に配置される。したがって、スペクトルセンサの動作時に、光源のそれぞれの発光光はマイクロレンズアレイの正確に１つのマイクロレンズによって集光される。それぞれの光源に対応付けられたマイクロレンズにより、光源の発光光を高効率で集光することができる。マイクロレンズと光源の間の１対１対応を得るため、マイクロレンズアレイのマイクロレンズの配置と光源支持手段上の光源の配置は同等である。例えば、マイクロレンズアレイと光源は同じ二次元格子に配置される。マイクロレンズアレイは一体構造体として構成され、一体構造体は一体構造体の一体コンポーネントである結合手段を有する。光源支持手段はマイクロレンズアレイの結合手段に整合する対向構造を有する。
【００３２】
マイクロレンズアレイの採用の結果、それぞれの光源に対して単レンズが使用される照明ユニットに比較して大きな利点が得られる。この場合には、単レンズのそれぞれに対して個別のマウントを備えなければならず、単レンズの結合時にそれぞれの光源に対する正確な位置合せが保証されなければならないであろう。そのようにする場合、続いて単レンズの正確な位置及び／または方位が調節されなければならない。対照的に、それぞれの光源に対して正確に１つのマイクロレンズを有するマイクロレンズを用いる場合には、ただ１回の正確な位置決めで十分である。位置決めは、光源支持手段の対応する対向構造に連結されるマイクロレンズアレイの結合手段によって行うことができる。したがって、スペクトルセンサの作製をさらに一層簡単に、無調節で、行うことができる。個別にマウントされなければならず、その配置には必ず隙間が残る、単レンズを用いる対応照明ユニットの実現とは対照的に、マイクロレンズアレイでは、個々のマイクロレンズ間に隙間が全く無いかあるいは最小限の隙間しかない。マイクロレンズアレイは一定構造体として構成されるから、マイクロレンズは相互に直接に移行する。したがって、マイクロレンズアレイにより準覆域集光を得ることができる。マイクロレンズアレイにより、光集光効率を有し、小型である、照明ユニットが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１はスペクトルセンサ下を搬送される有価証券類を検査するスペクトルセンサを示す。
【図２ａ】図２ａは照明ユニットの光源の(強度が規格化された)発光スペクトルの一例を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、それぞれの複数の光源からの、いくつかの照明シーケンスによる照明の時間シーケンスを示す。
【図３ａ】図３ａは、照明領域及び検出領域がその上に表されている、有価証券類の詳細を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、照明シーケンス中の照明領域の推移を示し、照明シーケンスの最初の光パルス時点における有価証券類の詳細を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、照明シーケンス中の照明領域の推移を示し、照明シーケンスの最後の光パルス時点における有価証券類の詳細を示す。
【図４】図４ａは赤色スペクトルにおいて相互に異なる２つの目視同色の内の一方のスペクトル強度分布及びスペクトルセンサの測定値の一例を示す。図４ｂは赤色スペクトルにおいて相互に異なる２つの目視同色のスペクトル強度分布及びスペクトルセンサの測定値の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
例として添付図面を参照して、以下に本発明を説明する。
【００３５】
反射光センサを例にして、有価証券類を検査する方法を以下に説明する。しかし、本発明にしたがうスペクトルセンサは透過光センサとして構成することもできる。この目的のため、検出ユニットは照明ユニットに対向して配置され、よって有価証券類を透過した照明光が検出される。
【００３６】
図１は有価証券類１を検査するために構成されたスペクトルセンサ１００の一例を示し、有価証券類１はスペクトルセンサ１００下を搬送される。有価証券類１の照明のため、スペクトルセンサ１００は複数の相異なる発光スペクトルを有する複数の光源１５が装備された照明ユニット５０を備える。照明ユニット５０によって放射される照明光は集光光学系２０及び結像レンズ２５によって有価証券類１上に結像される。本例において集光光学系２０はマイクロレンズアレイ２０として構成される。しかし、照明ユニット５０によって放射される光を有価証券類１上に結像させるため、結像レンズ２５の代わりに、結像光学系として、別の光学コンポーネント、例えばレンズシステム、１つないしいくつかの回折光学コンポーネント、例えばフレネルレンズ、または結像ミラーを用いることもできる。有価証券類１により、有価証券類１の光特性に依存して、照明光の一部が反射される。有価証券類１によって反射される光は感光領域３１を有する検出ユニット３０を用いて検出される。検出ユニット３０は、例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードまたはＩｎＧａＡｓフォトトランジスタによって形成することができる。検出ユニット３０の前に、有価証券類１によって反射された光を集光して感光領域３１上に向ける、検出光学系３５が配置される。図示される例において、照明光は有価証券類１上に垂直方向で結像され、検出ユニット３０は斜角方向で反射光を捕捉する。あるいは、照明を斜角方向で行うことができ、検出ユニット３０は反射光を垂直方向または斜角方向で捕捉することができる。
【００３７】
図１の例において、照明ユニット５０は、それぞれが光源１５を支持するために構成された複数の光源座１１がその上に設けられた、光源支持手段１０を備える。光源支持手段１０は、例えば回路基板として構成され、光源の動作に必要な、個々の光源１５のそれぞれの選択的駆動を可能にする、電気配線構造(図示せず)を有する。本例において、光源座１１は、それぞれに１つの光源１５が装着される、光源支持手段１０の凹所によって形成される。照明ユニット５０の形成のため、光源座１１のいくつかまたは全てのそれぞれに１つの光源１５が与えられる。光源１５として、例えばＬＥＤ及び／またはＯＬＥＤ及び／またはＶＣＳＥＬが用いられる。
【００３８】
照明ユニットのマイクロレンズアレイ２０は複数のマイクロレンズ２１を有する。光源支持手段１０とマイクロレンズアレイは、光源座１１のそれぞれがマイクロレンズ２１に内の正確に１つを光源座１１に対応付けるように、相互に調節される。この目的のため、マイクロレンズ２１はマイクロレンズアレイ２０内で、光源座１１が光源支持手段１０上に配置される格子と同じ格子に配置される。個々の光源１５によって放射される光はそれぞれの光源１５の前に配置されたマイクロレンズ２１によって集光される。マイクロレンズアレイ２０は一体構造体として構成され、例えばガラス体によるかまたは透明プラスチック体によって形成される。個々のマイクロレンズの直径は、例えばμｍ範囲またはｎｍ範囲にある。マイクロレンズアレイ２０を結合するため、マイクロレンズ２０の構造体の光源支持手段１０に結合ピン２２が設けられ、結合ピン２２は光源支持手段１０の結合ピン２２と整合する孔に挿入される。結合ピン２２を用いるマイクロレンズアレイ２０の結合により、光源１５に対するマイクロレンズアレイ２０の最適位置が自動的に達成される。したがって、スペクトルセンサ１００の作製時に、照明ユニット５０の調節は全く必要ではない。
【００３９】
スペクトルセンサ１００はハウジング９０を備え、透明窓１０１がハウジング９０の下側に配置される。照明ユニット５０によって放射される光は窓１０１を通して、スペクトルセンサ１００下を搬送方向Ｔに沿って搬送される、検査されるべき有価証券１上に向けられる。照明ユニット５０，詳しくは光源１５，及び検出ユニット３０は、本例ではハウジング９０内に配置されている制御ユニット６０によって駆動される。制御ユニット６０は、例えばいずれの時点においても次々に正確に１つの光源１５に切り換えられているように、光源１５のオン／オフを次々に切り換える。光源のオン切換え段階中、検出ユニット３０は有価証券類１によって反射された光の強度に対応するそれぞれの測定値を捕捉する。有価証券類１は相異なる光源１５に相異なる発光スペクトルによって次々に照明される。検出ユニット３０は光源１５による照明と同期して１つの測定値をそれぞれ検出するから、光源１５の相異なる発光スペクトルに対して、有価証券類１によって反射された光の強度が検出される。
【００４０】
光源１５は複数の相異なる発光スペクトルを有する。図２ａは、それぞれの発光スペクトルの一部が可視スペクトル範囲にあり、一部が近赤外スペクトル範囲にある、１２の光源を照明ユニットが有する例について、光源の発光スペクトルＥ１〜Ｅ１２を示す。本例において、１２の光源１５の全ての発光ピークＥ１〜Ｅ１２は相異なる波長λ１〜λ１２にある。λ４〜λ８について、個々の発光スペクトルピーク間のスペクトル間隔はそれぞれ６０ｎｍ未満である。λ１０，λ１１及びλ１２に対するスペクトル上で相互に隣接する光源の発光スペクトルＥ１０，Ｅ１１及びＥ１２はスペクトル上で相互に重なり合う。
【００４１】
制御ユニット６０は、光源１５のオン／オフがそれによって切り換えられる、照明シーケンスＢ１が周期的に反復されるように光源１５を駆動する。図２ｂは、例として、１２の光パルスＰ１〜Ｐ１２からなり、周期的に反復される(Ｂ２,Ｂ３,…)、照明シーケンスＢ１を示す。例えば、制御ユニット６０は、照明シーケンスＢ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれの間、照明ユニット５０のそれぞれの光源の正確に１つのオン／オフが切り換えられるようにプログラムすることができる。あるいは、例えば強度が弱い光源１５の低強度を複数の測定によって補償するため、同じ光源１５を数回駆動することもできる。照明シーケンスは、照明ユニット５０に存在する全ての光源の、あるいは存在する光源１５のサブセットだけの、駆動を含むことができる。照明シーケンスＢ１の後、すなわち測定のために与えられた発光スペクトルＥ１〜Ｅ１２のそれぞれを含む照明の下で、測定値が記録された後、測定のために与えられた発光スペクトルＥ１〜Ｅ１２のそれぞれを含む照明の下で、再び測定値が記録される次の照明シーケンスＢ２が始まり、以下同様である。照明シーケンスＢ１，Ｂ２，Ｂ３の間に照明休止期間をおくことができる。照明シーケンス中に得られた測定値はそれぞれの有価証券類の反射に依存するスペクトルを与える。必要に応じて、同じ光源を用いる照明時に連続する照明シーケンスにおいて検出された、いくつかの測定値を組み合わせて１つの測定値にまとめることができる。すなわち、例えば第１の照明シーケンスＢ１の最初の光パルスＰ１による照明時に検出された測定値と第２の照明シーケンスＢ２の最初の光パルスＰ１による照明時に検出された測定値を組み合わせて、１つの測定値にまとめることができる。
【００４２】
図３ａは、照明ユニット５０によって照明された領域２がその上に示されている、有価証券類１の部分領域を示す。照明シーケンスＢ１の光パルスＰ１〜Ｐ１２により、照明領域２の区画４が一様な照明強度でそれぞれ照明される。さらに、照明領域２の一様照明区画４内に完全に配置された検出領域３が示されている。
【００４３】
照明シーケンスＢ１，Ｂ２，Ｂ３,…の継続時間Δｔは、照明シーケンスの相異なる測定値によって有価証券類１上の同じ検出領域３の反射光が少なくともほぼ検出されるように、有価証券類１の搬送速度に対して調節される。説明のため、図３ｂ及び図３ｃは２つの相異なる時点ｔＰ１及びｔＰ２における有価証券類１の部分領域を示す。図３ｂ及び図３ｃには一様照明区画４は示されていない。時点ｔＰ１において、有価証券類１は照明シーケンスＢ１の最初の光パルスＰ１で照明され、よってここで照明される領域は２Ｐ１と称され、対応する検出領域は３Ｐ１と称される(図３ｂ参照)。有価証券類を搬送することにより、有価証券類１は時点ｔＰ１からｔＰ２まで搬送方向Ｔに沿って距離ｄがけ移動する。時点ｔＰ２において、有価証券類１は照明シーケンスＢ１の最後の光パルスＰ１２で照明され、よってここで照明される領域は２Ｐ１２と称され、対応する検出領域は３Ｐ１２と称される(図３ｃ参照)。さらに、図３ｃには、照明領域２Ｐ１２に対して距離ｄだけ移動した、最初の光パルスＰ１で照明された有価証券類１の照明領域２Ｐ１の輪郭も再度示されている。しかし、照明領域の長さＬに比較して距離ｄは非常に短い。したがって、有価証券類上の照明領域２Ｐ１２の位置及び検出領域３Ｐ１２の位置は有価証券類１上の照明領域２Ｐ１の位置及び検出領域３Ｐ１の位置に比較してごく僅かしか移動していない。照明領域の長さＬに比較して、同じ照明シーケンスの開始から終了までに有価証券類１が移動する距離ｄは極めて短く、よって照明領域２Ｐ１及び２Ｐ１２は表面積に関して少なくとも７５％が重なる。
【００４４】
図４ａは第１の色Ｃ１の反射スペクトル(破線)の一例を示す。×印はスペクトルセンサが第１の色Ｃのスペクトル強度分布の記録時に検出した測定値を表す。スペクトル強度分布を記録するため、このスペクトルセンサは１０の相異なる波長λ１〜λ１０の光源を用い、その内の５つ(λ４〜λ８)は赤色スペクトル範囲(ＲＥＤ)にある。図４ｂには、第１の色Ｃ１の反射スペクトルに加えて、第２の色Ｃ２の反射スペクトル(実線)も、スペクトルセンサが第２の色Ｃ２のスペクトル強度分布の記録時に検出した、○印で表される測定値とともに示されている。第１の色Ｃ１と第２の色Ｃ２は相互に目視同色であり、したがってそれぞれの反射スペクトルは赤色スペクトル範囲においてのみ相互に異なり、他では同等に拡がる。
【００４５】
従来のＲＧＢセンサは赤色スペクトル範囲における反射光を検出することができるが、赤色チャネルＲＥＤ全体を統合態様で検出する。これは、赤色スペクトル範囲内のスペクトル分布とは無関係に、赤色スペクトル範囲内にある反射光の総合強度が検出されることを意味する。ＲＧＢセンサは２つの色を、その２つの色がそれぞれの総合強度が異なっている場合にのみ、相互に弁別することができ、ＲＧＢセンサはその色チャネルの内の１つにおいてそれぞれの色を検出する。赤色スペクトル範囲にわたって総合すると色Ｃ１及び色Ｃ２の２つの反射スペクトルは同じ面積を有するから(図４ｂを見よ)、赤色スペクトル範囲を総合的に測定するＲＧＢセンサは、赤色において２つの色を同じ総合強度で検出するであろう。したがって、ＲＧＢセンサは２つの目視同色Ｃ１とＣ２を弁別することができない。
【００４６】
しかし、本発明にしたがうスペクトルセンサは、スペクトルセンサが１つの色チャネル内のそれぞれから記録するスペクトル強度分布に基づいて、目視同色を弁別することができる。図４ａ及び４ｂの例において、赤色スペクトル範囲内のスペクトル強度分布を比較することにより、詳しくはスペクトルセンサがλ４〜λ８の波長において検出する５つの測定値(×または○)を比較することにより、スペクトルセンサは２つの色Ｃ１及びＣ２を弁別することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    有価証券類
２    照明領域
３    検出領域
４    一様照明区画
１０    光源受け手段
１１    光源座
１５    光源
２０    集光光学系（マイクロレンズアレイ）
２１    マイクロレンズ
２２    結合ピン
２５    結像レンズ
３０    光検出素子
３１    感光領域
３５    検出光学系
５０    照明素子
６０    制御ユニット
９０    ハウジング
１００    スペクトルセンサ
１０１    透明窓
【図１】
2013514567.tif 000003
【図２ａ】
2013514567.tif 000004
【図２ｂ】
2013514567.tif 000005
【図３ａ】
2013514567.tif 000006
【図３ｂ−３ｃ】
2013514567.tif 000007
【図４】
2013514567.tif 000008
【国際調査報告】
2013514567.tif 000009
2013514567.tif 000010
2013514567.tif 000011
2013514567.tif 000012
2013514567.tif 000013
2013514567.tif 000014