УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ БАНКНОТ
DEVICE FOR VERIFICATION OF BANKNOTES

Изобретение относится к устройствам контроля подлинности банкнот, осуществляющим проверку в проходящем свете.
Известно устройство для проверки банкнот в соответствии с патентом РФ №2344481, G07D 7/12, опубл. 20.07.2007. Известное устройство содержит линейный источник света, линейный датчик, между которыми пропускается банкнота, линейный датчик регистрирует проходящий через банкноту свет от источника. Для обеспечения равномерной освещенности в качестве источника света использован цилиндр Ульбрихта с осветительными средствами, например, в виде светодиодов, кроме того, дополнительно использована изображающая система. Однако эффективность передачи излучения от излучателей к банкноте составляет менее 50%, и при этом все равно наблюдается спад интенсивности освещенности на краях исследуемой зоны. Низкая эффективность обусловлена диффузным характером отражения в цилиндре Ульбрихта и неполным согласованием оптического выхода цилиндра с оптическим входом изображающей системы.
Известно устройство «Идентификатор бумажных денег» в соответствии с заявкой РФ №2007109222, G06F 1/00, опубл. 20.09.2008. Данное известное устройство содержит модуль оптического излучателя, включающий определенное количество пакетов светоизлучающих диодов различной длины волны, а также модуль оптического приемника, размещенный с противоположной стороны канала подачи банкнот, включающий определенное количество фотодиодов, между каналом подачи банкнот и модулем оптического излучателя, а также между каналом подачи и модулем оптического приемника размещены системы линз. В этом решении каждая линза обеспечивает засветку одного круглого участка банкноты. Проверка ведется по одной либо нескольким зонам банкноты, ориентированным в направлении перемещения банкноты по тракту. Это обеспечивает простоту и дешевизну известного устройства. Однако для качественной проверки банкноты, движущейся по тракту, необходимо получить информацию о пропускании света со всей поверхности банкноты, что требует создания равномерного освещения по всей ширине. Для реализации этого требования в соответствии с известным изобретением потребуется большое количество светодиодных пакетов и линз, что приводит к усложнению конструкции устройства и его удорожанию.
Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение равномерной засветки исследуемой банкноты.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве контроля подлинности банкнот, содержащем излучатели, по меньшей мере, одной длины волны, а также приемники этого излучения, размещенные с противоположной от контролируемой банкноты стороны, между излучателями и контролируемой банкнотой размещен световод, обеспечивающий прохождение излучения от излучателей к поверхности банкноты и выполненный в виде четырехгранной призмы с основанием в форме трапеции, обращенной к излучателям одной из параллельных боковых граней, являющейся входной для излучения, а противоположной выходной гранью - к поверхности банкноты, причем все остальные грани являются светоотражающими, излучатели размещены вдоль входной грани симметрично относительно ее средней линии с одинаковым шагом между ними с перекрытием засвечиваемых соседними излучателями участков выходной поверхности, при этом первый и последний установлены от края на расстоянии, равном половине этого шага.
В устройстве контроля подлинности банкнот расстояние между излучателями может быть выбрано исходя из условия, что плотность мощности излучения каждого излучателя, измеренная на выходной поверхности в точке, расположенной на кратчайшем расстоянии от любого из соседних излучателей, вдвое больше, чем в точке, равноудаленной от них и находящейся в плоскости, проходящей через средние линии входной и выходной граней световода.
В устройстве контроля подлинности банкнот между приемниками излучения и контролируемой банкнотой может быть размещена оптическая система.
В устройстве контроля подлинности банкнот между световодом и контролируемой банкнотой может быть размещен рассеиватель.
В устройстве контроля подлинности банкнот излучатели могут быть выполнены составными в виде кластеров светодиодов. Причем кластеры могут состоять из светодиодов, расположенных на прямой, соединяющей соседние излучатели, таким образом, что для любого светодиода, не находящегося в центре кластера, имеется светодиод, расположенный симметрично ему относительно центра кластера и излучающий на той же длине волны.
Передача света от излучателей к банкноте осуществляется при помощи световода, имеющего форму четырехгранной призмы, боковые грани которой определяют продольный размер (длину) световода, а форма поперечного сечения - толщину и ширину. Световод располагается поперечно направлению движения банкноты, полностью перекрывая ее по ширине. Поперечное сечение световода имеет форму трапеции, таким образом, две противоположные боковые грани призмы параллельны между собой, при этом они пропускают световое излучение, одна из них направлена в сторону излучателей, другая - к банкноте. Две другие боковые грани расположены параллельно либо под углом друг к другу и являются светоотражающими, так же как и торцевые поверхности световода. Такая конструкция световода обеспечивает отражение излучения каждого излучателя от всех граней, кроме входной и выходной.
Излучение, вошедшее в световод, претерпевает многократные отражения, прежде чем достигнет выходной грани световода. В продольной плоскости сечения световода, расположенной перпендикулярно направлению движения банкноты, излучение проходит от излучателей к выходной грани практически без переотражения. В этой же плоскости поток излучения от каждого излучателя, достигая выходной грани, существенно расширяется, при этом потоки излучения от соседних излучателей при попадании на банкноту перекрываются и обеспечивают непрерывную область засветки по всей ширине банкноты. Размещение крайних излучателей на расстоянии, равном половине шага S между излучателями, обеспечивает равномерность освещенности по краям банкноты. Поскольку торцевые грани световода также являются светоотражающими, то отражение от них создает мнимые изображения излучателей, расположенные на той же оси, что и реальные излучатели.
Выполнение условия обеспечения величины плотности мощности излучения от каждого излучателя, измеренной на выходной поверхности в точке, расположенной на кратчайшем расстоянии от любого из соседних излучателей, вдвое большей, чем в точке, равноудаленной от них, находящейся в плоскости, проходящей через средние линии входной и выходной граней световода, позволяет оптимизировать расстояние между излучателями в зависимости от их технических характеристик, так как в точке между двумя соседними излучателями происходит суммирование плотности мощности излучения от соседних источников. Таким образом, обеспечивается выравнивание амплитуды периодического изменения освещенности при удалении от излучателя.
Переносящая оптическая система может быть установлена между приемниками и банкнотой для увеличения разрешающей способности регистрации оптического образа банкноты.
Дополнительный рассеиватель, установленный между световодом и банкнотой, усиливает диффузное рассеяние излучения и тем самым улучшает равномерность засветки.
Использование излучателей в виде составных кластеров светодиодов позволяет проводить регистрацию оптического образа банкноты в излучении различной длины волны, при этом симметричное размещение светодиодов в кластерах позволяет обеспечить равномерность засветки при любой схеме включения светодиодов.
Описание чертежей изобретения
Фиг.1 - схема прохождения светового излучения в продольном сечении световода.
Фиг.2 - схема прохождения излучения в поперечном сечении световода.
Фиг.3 - схема распределения мощности излучения на поверхности банкноты.
Фиг.4 - схема размещения светодиодов в кластере.
Устройство контроля подлинности банкнот содержит излучатели 1, освещающие контролируемую банкноту 2, а также приемники 3 излучения, расположенные по другую сторону банкноты. Банкнота перемещается по тракту 6 в направлении, указанном стрелкой, при помощи механизма перемещения (не показан). Между банкнотой 2 и излучателями 1 размещен световод 4. В качестве излучателей 1 использованы светоизлучающие диоды, имеющие возможность излучения по крайней мере одной длины волны, расположенные вдоль входной 5 грани световода 4 вдоль ее средней линии с шагом S. Для обеспечения равномерной освещенности поверхности банкноты 2 размещение светодиодов 1 осуществляется с учетом диаграммы направленности светодиодов. Параметрами оптимизации в этом случае являются расстояние между входной и выходной поверхностью и шаг излучателей S. При увеличении расстояния между входной и выходной поверхностями световода 4 до такого уровня, когда ширина зоны засветки от одного источника покрывает всю выходную поверхность, суммарная освещенность от всех источников на выходной поверхности будет практически постоянной. Однако увеличение данного размера световода 4 приводит к росту габаритов всего устройства. Другой способ заключается в увеличении числа излучателей 1 и уменьшении расстояния S между ними. При этом способе за счет увеличения перекрытия зон засветки от соседних излучателей 1 также можно добиться высокой степени равномерности. Однако этот способ ведет к резкому удорожанию устройства при увеличении требований к равномерности.
Для широкого класса светодиодов диаграмма направленности имеет вид эллипсоида. Выбор оптимального шага размещения излучателей 1 позволяет увеличить равномерность освещенности исследуемой зоны банкноты 2 без существенного увеличения габаритов световода 4 и числа излучателей 1. Реализация предпочтительного варианта размещения излучателей 1 показана на фиг.3. Шаг S между излучателями 1 выбирается из условия, что плотность мощности излучения каждого излучателя 1, измеренная на поверхности банкноты в точке А, расположенной на кратчайшем расстоянии от любого из соседних излучателей, вдвое больше, чем в точке В, равноудаленной от них и находящейся в плоскости, проходящей через средние линии входной и выходной граней световода. Кривая 7 соответствует плотности мощности излучения от одного светодиода. При выполнении этого условия плотность мощности излучения от двух соседних источников в точке, равноудаленной от этих источников излучения, будет суммироваться и соответственно будет равна плотности мощности излучения в точке, находящейся на минимальном расстоянии от излучателя. Кривая 8 на фиг.3 отражает суммарную плотность мощности от соседних светодиодов. Она показывает, что значение суммарной плотности мощности излучения периодически изменяется на шаге S, при этом имеет два максимума и два минимума. Расчеты показывают, что при оптимальном размещении излучателей удается добиться отклонения плотности мощности не более ±5% от среднего уровня. Оптимальное расстояние между входной и выходной поверхностью при этом оказывается небольшим и по величине несколько меньше величины шага S излучателей 1.
Описанный выше способ достижения равномерности засветки опирается на геометрические и энергетические соотношения, выраженные в точных терминах. Отклонения от точного расположения излучателей, а также от заданной геометрической формы световода и стандартизированной диаграммы направленности, неизбежные при промышленном производстве, могут несколько ухудшить равномерность засветки. Однако это ухудшение имеет непрерывный характер в зависимости от величин производственных допусков. В условиях известных предельных отклонений можно провести расчеты и определить уровень равномерности засветки, достижимый в заданных производственных условиях.
В предпочтительном варианте исполнения крайние излучатели 1 расположены на расстоянии S/2 от торцевых 6 поверхностей световода 4. Световод 4 имеет форму четырехгранной призмы. Грани боковой поверхности, направленные к излучателям и к банкноте, являются светопропускающими, а все остальные грани, включая торцевые 6, - светоотражающими. Излучение от излучателей 1 проходит через световод 4, претерпевая многократное внутреннее отражение от боковых, а также от торцевых граней. Отражение излучения от торцевых 6 граней создает мнимые 1' изображения излучателей 1 (фиг.1). Мнимые 1' изображения излучателей расположены с тем же шагом S, что и реальные излучатели 1, и продолжают ряд излучателей в обе стороны за пределы ширины тракта. Излучение от мнимых 1' излучателей достигает выходной поверхности световода 4, а за ней и банкноты 2, как если бы оно исходило из бесконечного ряда излучателей и проходило через бесконечный световод, не ограниченный основаниями призмы. Таким образом, обеспечивается равномерность засветки по краям банкноты.
Излучение, пришедшее на банкноту со стороны световода, претерпевает диффузное рассеяние. На приемники 3 попадает диффузно-рассеянный свет, испускаемый поверхностью банкноты. Поглощение света красочными слоями на обеих сторонах банкноты, а также элементами в толще бумаги (водяной знак, металлизированная ленточка) приводит к различной светимости участков банкноты. Эта различная по поверхности банкноты светимость регистрируется приемниками как оптический образ банкноты в проходящем свете.
Если требования к разрешающей способности регистрации оптического образа банкноты невелики, то приемники 3 могут быть выполнены в виде многоэлементной полупроводниковой приемной линейки, близко расположенной к поверхности банкноты 2. Размытие изображения банкноты будет определяться расстоянием между приемной поверхностью линейки и поверхностью банкноты.
Для увеличения разрешающей способности регистрации между приемниками 3 и банкнотой 2 может быть установлена переносящая оптическая система. Эта оптическая система может быть выполнена, например, как массив градиентных микролинз. Подобные оптические системы типа Cellfoc хорошо известны из уровня техники.
Известны банкноты определенных стран мира, которые содержат прозрачные окна, выполненные из прозрачной полимерной пленки. При прохождении света через такое окно диффузного рассеяния не происходит, и лучи продолжают идти по направлению к приемникам по тем траекториям, по которым они вышли из выходной поверхности световода. За счет этого при достижении фотоприемников 3 равномерность засветки может нарушаться, что ухудшает качество регистрации. Для коррекции этого явления между выходной поверхностью световода 4 и банкнотой 2 может быть размещен дополнительный рассеиватель. В частности, он может быть размещен непосредственно на выходной поверхности световода.
Для регистрации оптического образа банкноты в излучениях с разной длиной волны, излучатели 1 могут быть выполнены с возможностью попеременного излучения нескольких длин волн. Это может быть достигнуто, например, применением многокристальных светодиодов, в которых несколько кристаллов, излучающих на различных длинах волн, расположены рядом на очень небольшом расстоянии. При другой реализации, излучатель выполняется составным в виде кластера из нескольких близко расположенных светодиодов. В этом случае за положение излучателя принимают центр кластера.
При использовании составного излучателя светодиоды являются отдельными источниками излучения. Для крайнего излучателя один из светодиодов оказывается ближе к основанию призмы, чем другой. Соответственно, мнимое изображение этого источника будет расположено ближе к основанию призмы, чем мнимое изображение другого. Это нарушает постоянство шага следования реальных и мнимых источников излучения, что может несколько ухудшить равномерность засветки на краях банкноты. Если размер кластера мал по сравнению с шагом излучателей S, то этим явлением можно пренебречь.
Однако данного эффекта можно полностью избежать, если в составе кластера в положениях светодиодов, отличных от центра кластера, использовать, по меньшей мере, два светодиода, излучающих на одной длине волны и расположенных на прямой, соединяющей соседние излучатели, симметрично по отношению к центру кластера, как показано на фиг.4. Если, например, в кластере используются светодиоды красного (R), зеленого (G) и голубого (В) цветов, то их можно разместить на общей прямой линии размещения излучателей на равных расстояниях друг от друга в порядке BGRG'B'. Красный светодиод располагается в центре кластера, а голубые В и В' и зеленые G и G' светодиоды - симметрично относительно центра. Тогда при отражении от основания призмы мнимый излучатель 1' будет иметь последовательность расположения светодиодов B'G'RGB. Таким образом, как реальные, так и мнимые источники излучения каждого из трех цветов будут следовать с постоянным шагом S, и дополнительной неравномерности засветки банкноты на краях наблюдаться не будет.
Заявленное устройство также может быть использовано для контроля подлинности других защищенных документов по их оптическому образу, получаемому в проходящем свете.