УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОКУМЕНТОВ
DEVICE FOR ANALYSING DOCUMENTS

Настоящее изобретение относится к устройству для исследования документов, прежде всего листовых ценных документов, таких как банкноты, чеки или иные аналогичные документы. Помимо этого настоящее изобретение относится к самофокусирующейся линзе для применения при исследовании документов и к способу изготовления самофокусирующейся линзы с щелевой диафрагмой.
Устройства, предназначенные для исследования документов, известны прежде всего как устройства, используемые для проверки подлинности банкнот. Кроме того, подобные устройства могут использоваться, например, при сортировке, а также при проверке состояния банкнот. В зависимости от типа валюты и номинала банкноты снабжены различными защитными признаками, которые можно быстро и экономично проверять с использованием предназначенных для этого устройств.
В заявке DE 1015934 А1 описано подобное устройство для проверки документов, прежде всего банкнот. Свет, направляемый на исследуемый документ, или свет, исходящий от исследуемого документа, т.е. испускаемый и/или отраженный и/или пропущенный документом, спектрально разлагается с использованием спектрального устройства. При этом под спектральным разложением следует понимать любой тип разложения светового луча или пучка, характеризующегося определенным спектральным составом и направлением, на несколько световых лучей или пучков, характеризующихся соответственно различным спектральным составом и направлением.
Каждый из отдельных пространственно отделенных друг от друга детектирующих приборов регистрирует, или воспринимает, соответствующую спектральную часть спектрально разложенного света. Благодаря спектральному разложению можно отказаться от применения обычно необходимых цветных светофильтров, размещаемых перед детектирующими приборами, благодаря чему устройство имеет более простую и более компактную конструкцию и применяется как детектор, не оснащенный светофильтром.
Если спектральное устройство расположено между источником света и документом, то между документом и детектирующими приборами размещают отображающую оптику, прежде всего собирающую линзу или по меньшей мере одну самофокусирующуюся линзу с целью обеспечить детектирование детектирующими приборами исходящих от документа спектральных частей света отдельно друг от друга. В другом случае, когда спектральное устройство расположено между документом и детектирующими приборами, между документом и спектральным устройством располагают, например, самофокусирующиеся линзы, предназначенные для отображения исходящего от (отдельных участков) банкноты света на спектральное устройство.
Анализ результатов исследования документов основывается на использовании зафиксированных отдельными детектирующими приборами значений интенсивности соответствующих спектральных частей света. Однако из-за применения обычно используемых детекторов на основе кремния восприятие цвета этим устройством, не оснащенным светофильтром, не соответствует восприятию цвета глазом человека. Это несоответствие объясняется тем, что глаз более чувствителен к свету с определенными длинами волн по сравнению с детектором на основе кремния. По этой причине до настоящего времени не представлялось возможным осуществлять точный цветовой анализ результатов исследования документа без применения специальных фильтров.
Помимо этого, как и для любого спектрометра при отображении с дисперсией, для описанной комбинации из самофокусирующейся линзы и спектрального устройства, применяемой для определения ширины отображенного объекта, также требуется щелевая диафрагма. Эта диафрагма не может быть помещена на саму банкноту и поэтому необходимо найти место нахождения промежуточного изображения отображаемого объекта с целью установить в этом месте щелевую диафрагму. Подобная возможность создания промежуточного изображения создается путем размещения друг за другом двух самофокусирующихся линз, однако при этом неизбежно удвоится конструктивная длина устройства.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать усовершенствованное по сравнению с уровнем техники устройство для исследования документов, прежде всего банкнот.
Указанная задача решается с помощью совокупности существенных признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы.
Соответственно, предлагаемое в изобретении устройство, как и его вышеупомянутый аналог, содержит спектральное устройство и по меньшей мере два детектирующих прибора. Источник света освещает исследуемый документ и после этого свет, излученный и/или отраженный и/или пропущенный документом, разлагается спектральным устройством на спектральные части. Эти спектральные части по отдельности регистрируются или обнаруживаются детектирующими приборами. Как и в устройстве-аналоге, в данном случае спектральное разложение света, излученного источником света, при необходимости можно также осуществлять до падения света на банкноту.
Для того чтобы согласовать цветочувствительность устройства с цветочувствительностью - в практически значимом примере - глаза человека, и тем самым обеспечить точную, по цветовым показателям, оценку документов, прежде всего банкнот, в изобретении предлагается выполнить это устройство с возможностью индивидуального взвешивания спектральных частей, регистрируемых соответствующими детектирующими приборами. Такое выполнение может быть реализовано различным образом.
Согласно первому варианту осуществления изобретения протяженность детектирующих приборов в направлении, параллельном направлению спектрального разложения, т.е. в направлении дисперсии, выбирают в зависимости от конкретной спектральной части, регистрируемой соответствующим детектирующим прибором. При этом под протяженностью детектирующего прибора следует понимать, в частности, протяженность активного, т.е. фоточувствительного детектирующего слоя детектирующего прибора.
Таким образом, индивидуальное взвешивание спектральных частей достигается применением различных по протяженности детектирующих приборов. За счет этого спектр, фактически зарегистрированный при исследовании документа детектирующими приборами, преобразуется в модифицированный спектр, адаптированный, например, к цветовосприятию глаза человека. Тем самым согласно изобретению можно выполнить, например, детекторную линейку с различными по площади поверхности пикселями.
Согласно второму варианту дополнительно к рассмотренному выше решению или взамен него расстояние между соседними детектирующими приборами в направлении, параллельном направлению спектрального разложения, выбирают в зависимости от соответствующих регистрируемых спектральных частей. Таким образом также достигается различное по силе взвешивание спектральных частей света, регистрируемых детектирующими приборами. Тем самым согласно изобретению можно выполнять, например, детекторную линейку с пикселями, не только имеющими различную площадь поверхности, но и отстоящими друг от друга на различном расстоянии.
За счет изменения соответствующего расстояния фактически зарегистрированный при исследовании спектр преобразуется в модифицированный спектр. Так, например, устройство может иметь три расположенных рядом друг с другом детектирующих прибора, предназначенных для регистрации видимого света. В этом случае каждый детектирующий прибор расположен в соответствующей ему своей спектральной части разложенного спектра: один прибор - в "синей" области спектра, другой - в "зеленой" области спектра и третий - в "красной" области спектра. В соответствии с изобретением обозначения отдельных областей спектра как "синяя", "зеленая" и "красная" относятся к соответствующим областям или диапазонам длин волн, при этом диапазоны длин волн могут также накладываться друг на друга. Таким образом, для согласования спектра, регистрируемого при исследовании документа, например, с цветочувствительностью глаза человека расстояние между детектирующими приборами для "синей" и "зеленой" областей спектра выбирают бóльшим по сравнению с расстоянием между детектирующими приборами для "зеленой" и "красной" областей спектра.
Вместе с тем, предлагаемое в изобретении устройство может также содержать более трех детектирующих приборов, с обеспечением восприятия, например, спектральных частей, находящихся вне видимой области спектра. Так, например, можно располагать рядом друг с другом четыре или даже пять детектирующих приборов, из которых три прибора регистрируют спектральные части в видимой области спектра, а одно из устройств регистрирует спектральную часть в инфракрасной (ИК) и/или ультрафиолетовой (УФ) области спектра. При этом детектирующий прибор, предназначенный для регистрации ИК-области спектра, расположен с другой стороны от детектирующего прибора, предназначенного для регистрации красной области спектра, а детектирующий прибор, предназначенный для регистрации, например, УФ-области спектра, расположен с другой стороны от детектирующего прибора, предназначенного для регистрации синей области спектра. Подобный четырехцветный строчный датчик (красная, зеленая, синяя, инфракрасная или ультрафиолетовая области спектра) дает приближение к цветочувствительности глаза человека без промежуточной установки светофильтров благодаря одному только соответствующему взвешиванию спектральных частей, регистрируемых в видимой области спектра. Помимо этого можно отказаться от цветоделения на три видимых цвета и осуществлять лишь отделение видимого света от инфракрасного, соответственно ультрафиолетового света. После этого спектральные части видимого спектра суммируются и далее обрабатываются лишь как суммарная величина.
Индивидуальное взвешивание спектральных частей, регистрируемых соответствующими детектирующими приборами, не ограничено двумя рассмотренными выше вариантами осуществления изобретения. Более того, для индивидуального взвешивания спектральных частей наиболее предпочтительно осуществлять первый и второй варианты в комбинации друг с другом. При осуществлении этой комбинации в направлении, параллельном направлению спектрального разложения, т.е. в направлении дисперсии, как протяженность детектирующих приборов, так и расстояние между соседними детектирующими приборами выбирают в зависимости от конкретной спектральной части, регистрируемой соответствующим детектирующим прибором. При этом, например, увеличение расстояния между двумя соседними детектирующими приборами может сопровождаться уменьшением протяженности одного или обоих детектирующих приборов. За счет уменьшения протяженности в определенной области разложенного спектра соответственно уменьшается чувствительность детектирующего прибора к свету с соответствующими длинами волн. Если детектирующий прибор менее чувствителен, например, к бóльшим длинам волн, что имеет место при применении обычного детектора на основе кремния, то эту пониженную чувствительность можно компенсировать, используя детектирующий прибор большей протяженности.
В соответствии с третьим вариантом предлагаемое в изобретении устройство содержит блок индивидуального взвешивания спектральных частей, регистрируемых соответствующими детектирующими приборами. Для этого могут использоваться, например, средства обработки данных, включенные за детектирующими приборами и реализованные на аппаратном или программном уровне. Тем самым регистрируемые спектральные части можно взвешивать в зависимости от моделируемого спектра. Этот спектр может соответствовать, например, цветочувствительности глаза человека. Преимущество блока взвешивания состоит в том, что его можно использовать для расширения известных устройств для исследования документов, что позволит индивидуально взвешивать спектральные части, регистрируемые детектирующими приборами. При этом взвешивание спектральных частей можно осуществлять как в зависимости, так и вне зависимости от геометрии детектирующих приборов. В этой связи к геометрии, или геометрическим характеристикам детектирующих приборов относятся их протяженность и/или расстояние между ними.
Предлагаемое в изобретении устройств в особом варианте его выполнения наряду с по меньшей мере одним источником света, по меньшей мере одним спектральным устройством и по меньшей мере одним детектирующим прибором содержит также по меньшей мере одну щелевидную или щелевую диафрагму и по меньшей мере одну самофокусирующуюся линзу (типа "селфок"). Для использования устройства для измерения спектра света, спектрально разложенного спектральным устройством, обычно необходимо обеспечить наличие определенной щели для света. Щель определяет поле зрения и спектральную разрешающую способность. Щель можно располагать непосредственно за документом с целью обеспечить ограничение для света, диффузно отраженного от документа, до попадания света на спектральное устройство. Не применяя диафрагму, вполне также можно направлять свет в виде полосок на документ, однако для реализации этого альтернативного решения на практике из-за обычных колебаний положения документа, наблюдаемых в ходе исследований, необходимо обеспечить освещение документа в направлении, которое совпадает с направлением наблюдения и обычно ориентировано перпендикулярно поверхности документа. Это условие можно соблюсти лишь за счет применения разделителя лучей и помимо этого требует обеспечения параллельного света.
Кроме того, можно использовать самофокусирующиеся линзы, расположенные не только в виде линейки или строчки, но и предпочтительно в виде нескольких строчек с соответствующим смещением отдельных строчек самофокусирующихся линз друг относительно друга. В продаже обычно имеются двухстрочные матрицы линз, строчки которых расположены рядом друг с другом.
Согласно самостоятельному аспекту настоящего изобретения диафрагму располагают внутри самофокусирующейся линзы, прежде всего в ее середине. Таким путем можно также использовать полное освещение документа. При этом используется то, что посередине продольной оси каждой отдельной самофокусирующейся цилиндрической линзы происходит схождение проходящих через линзу лучей света, благодаря чему весь выходящий из воображаемой щели свет проходит далее также через щелевидную диафрагму (щелевую диафрагму), ширина которой может быть меньше ширины самой щели.
Для оптимального расположения щелевой диафрагмы внутри каждой самофокусирующейся линзы в матрице линз должны быть известны параметры, оказывающие влияние на идеальные размеры диафрагмы, и допуски, оказывающие влияние на идеальное положение диафрагмы относительно оптической оси, которые могут быть определены, например, за счет сложного и дорогостоящего моделирования линзы с диафрагмой с использованием программного обеспечения. Пригодное для этого программное обеспечение может определять методом "отслеживания траектории" исходящих от отображаемой щели лучей света до средней плоскости двухстрочной матрицы самофокусирующихся линз положения и значения ширины щелевых диафрагм, относящихся к отдельным самофокусирующимся линзам. В ходе измерений с использованием подобного программного обеспечения было установлено, что максимальный допуск на ширину щелевой диафрагмы составляет примерно 5% от радиуса самофокусирующейся линзы, что составило примерно ±2 мкм при специально проведенном измерении.
Измерения с использованием программного обеспечения проводились с моделированием двухстрочной матрицы линз, т.е. двух расположенных рядом друг с другом самофокусирующихся линз, поскольку они имеются в продаже. Плоскость, располагающаяся точно посередине между обеими оптическими осями линз, обозначается далее как оптическая плоскость. Расчеты допустимых допусков на расстояние от щелевой диафрагмы линзы до оптической плоскости матрицы самофокусирующихся линз позволили установить, что в конкретном варианте максимально возможный допуск составлял ±2,5 мкм. Если рассматривать вместе обе щелевые диафрагмы двухстрочной матрицы линз, то можно установить, что смещения правого и левого изображений щели при противоположных по знаку допусках складываются, а при одинаковых по знаку допусках сокращаются. По этой причине измеренный допуск относится и к расстоянию между обеими щелевыми диафрагмами на общей подложке. Если пара щелевых диафрагм размещена на общей подложке, то благодаря одинаковому знаку для положения пары щелей в направлении, перпендикулярном оптической плоскости двухстрочной матрицы самофокусирующихся линз, обеспечивается больший допуск, поскольку не идеальное положение документа приводит лишь к смещению общего изображения. В конкретном варианте максимально возможный допуск составлял ±5 мкм.
Ниже описан предлагаемый в изобретении способ, позволяющий обеспечивать как требуемое расположение щелевой диафрагмы внутри самофокусирующейся линзы, так и оптимальные величины, характеризующие положение и ширину диафрагмы внутри самофокусирующейся линзы. При этом используется возможность, состоящая в том, что в средней плоскости самофокусирующейся линзы перпендикулярно оптическим осям в предметной плоскости отображается уменьшенное промежуточное изображение светящейся щели (требуемой щели) требуемой ширины пикселя. Основная идея состоит в использовании оптического отображения требуемой щели через половину самой самофокусирующейся линзы для фотографического получения диафрагмы. Благодаря осуществлению этого способа можно отказаться от выполнения расчетов, поскольку неизвестные величины относятся непосредственно к выполняемой щелевой диафрагме, и тем самым она оптимально подгоняется под свойства самофокусирующейся линзы.
Самофокусирующуюся линзу сначала разделяют посередине ее продольной оси в направлении, перпендикулярном оптической оси этой линзы. Ниже описаны три различных варианта расположения щелевой диафрагмы в разделенной самофокусирующейся линзе, т.е. посередине самофокусирующейся линзы.
Согласно первому варианту на торцовую поверхность одной из двух половин самофокусирующейся линзы наносят позитивный фоторезист. Затем фоторезист освещают через щель в предметной плоскости через обращенную к ней половину линзы. Поскольку лучи, проходящие через самофокусирующуюся линзу, пересекаются в средней плоскости самофокусирующейся линзы, т.е. в том месте, в котором находится фоторезист, его слой освещается лишь в отдельном месте. В результате происходит проявление фоторезиста, и освещенная часть фоторезиста представляет собой необходимую щелевую диафрагму, полностью согласованную со свойствами самофокусирующейся линзы.
Поскольку фоторезист нанесен непосредственно на самофокусирующуюся линзу, т.е. жестко соединен с этой линзой, отпадает необходимость выполнять последующие стадии доработки или юстировки щелевой диафрагмы внутри самофокусирующейся линзы.
Поскольку при нанесении фоторезиста непосредственно на поверхность раздела необходимо выполнить относительно высокие с технической точки зрения требования, согласно второму варианту фоторезист наносится на отдельную подложку, при этом подложка представляет собой, например, пленку или стеклянную пластину. В результате помещения подложки и фоторезиста между двумя частями или половинами самофокусирующейся линзы происходит увеличение ее длины, соответствующее толщине подложки и фоторезиста. Следствием того, что щелевая диафрагма уже не располагается посередине продольной оси самофокусирующейся линзы, а лучи, как указано выше, пересекаются посередине самофокусирующейся линзы, могут стать нежелательные результаты. Во избежание подобных результатов толщину подложки задают по возможности минимальной и/или самофокусирующуюся линзу с одной из ее сторон укорачивают или заранее разделяют таким образом, чтобы введенная диафрагма в конечном итоге располагалась посередине продольной оси линзы.
В соответствии с третьим вариантом фоторезист нанесен также на подложку, при этом он представляет собой негативный фоторезист. При этом подложка касается внутренней поверхности обращенной к банкноте половины самофокусирующейся линзы. Далее отдельную подложку можно использовать после освещения и проявления фоторезиста в качестве маски для обратной литографии (пленочной маски) для последующей металлизации. Пленочную маску можно также использовать в качестве маски для изготовления определенной партии самофокусирующихся линз. Однако обязательным условием для этого являются достаточно малые допуски в партии, благодаря чему положение полученной путем освещения щелевой диафрагмы для каждого отдельного волокна находится в допустимых пределах допуска. Если подложка и фоторезист используются в качестве пленочной маски для изготовления множества щелевых диафрагм, то изготовление щелевой диафрагмы по третьему варианту отличается в целом большей экономичностью по сравнению с изготовлением по первому и второму вариантам.
Из-за наличия рассеянного света внутри линзы лучи света могут попадать на светочувствительный слой за пределами края получаемой поверхности диафрагмы. В таком случае профиль диафрагмы после проявления фоторезиста не соответствует прямоугольному профилю и имеет косые кромки, поскольку рассеянный свет у края характеризуется меньшей интенсивностью по сравнению с основным лучом света. В результате этого отображение изображения щели хотя и получается нерезким, однако при наложении различных частей спектра проявляется преимущество такого профиля, поскольку наложение оказывается более "мягким". В этом случае применительно к уже описанному предлагаемому в изобретении устройству в целом можно пренебречь астигматизмом отклоняющей призмы для получения закругленного изображения щели. Преимущество этого решения состоит в том, что для спектрального разложения можно использовать призмы прямого зрения, имеющие компактную конструкцию, и можно отказаться от применения призмы Водсворта.
После разделения самофокусирующихся линз и помещения щелевой диафрагмы по одному из трех описанных вариантов посередине самофокусирующейся линзы обе ее части или половины вновь соединяют друг с другом, например склеивают. Смещение обеих половин друг относительно друга примерно до величины, составляющей 1/10 радиуса линзы, не оказывает никакого существенного влияния на интенсивность и резкость изображений.
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно описаны ниже на примере различных соответствующих изобретению вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид выполненного по первому варианту устройства для исследования документов,
на фиг.2 - схематичный вид спереди предлагаемых в изобретении детектирующих приборов,
на фиг.3 - схематичный вид по фиг.1 устройства, имеющего отдельный блок взвешивания,
на фиг.4 - схематичный вид устройства для исследования документов, выполненного по второму варианту,
на фиг.5 - схематичный вид самофокусирующейся линзы с расположенной в ней диафрагмой,
на фиг.6 - спектр чувствительности, соответствующий одному из вариантов осуществления изобретения, и соответствующие геометрические характеристики детектирующих приборов,
на фиг.7 - спектр нормальной восприимчивости глаза человека (пунктирные линии) и спектр чувствительности (сплошные линии), аппроксимированный детектором на основе кремния с заданной на фиг.6 геометрией со специальным фильтром (фильтр BG38),
на фиг.8А-8Г - схемы, иллюстрирующие осуществление предлагаемого в изобретении способа изготовления самофокусирующейся линзы с щелевой диафрагмой, выполненной по первому варианту фотографическим методом,
на фиг.9 - второй вариант выполнения щелевой диафрагмы фотографическим методом,
на фиг.10 - третий вариант выполнения щелевой диафрагмы фотографическим методом,
на фиг.11 - еще один вариант выполнения диафрагмы, расположенной между двумя самофокусирующимися линзами,
на фиг.12 - схематичный вид в поперечном сечении двухстрочной матрицы самофокусирующихся линз с соответствующими диафрагмами,
на фиг.13 - схематичный вид части матрицы согласно фиг.12 и
на фиг.14 - следующий вариант выполнения диафрагмы, расположенной между двумя самофокусирующимися линзами.
На фиг.1 схематично показано выполненное по первому варианту устройство 1, в котором исследуемый документ 2, например банкнота, освещается светом 4 от источника 3 света. Свет 5, переизлученный, т.е. диффузно отраженный, документом 2, проходит через предназначенную для ограничения поля зрения диафрагму 6 и отображается на спектральное устройство 8 расположенными в ряд самофокусирующимися линзами 7, из которых в данном случае видна лишь ближайшая линза.
Под самофокусирующимися линзами обычно понимают цилиндрические оптические элементы, изготовленные из материала, который характеризуется показателем преломления, параболически уменьшающимся от оптической оси цилиндра к его наружной поверхности. Благодаря применению подобных линз 7 на спектральное устройство 8 проецируется не зависящее от расстояния между документом и изображением и не требующее настройки изображение исследуемого отдельного участка 19 документа 2 в масштабе 1:1.
Спектральное устройство 8, которое может представлять собой, например, призму, разлагает свет 5 на отдельные спектральные части. В качестве призмы обозначается прозрачное клиновидное тело, предназначенное для отклонения лучей света. Призма может быть изготовлена из стекла, стеклокерамики, кварца или же полимерного материала. Для оптимизации коэффициента полезного действия и устранения помех вследствие отражений на входной и выходной поверхностях призмы может быть предусмотрено широкополосное противоотражающее покрытие, оптимизированное для среднего угла входа. Угол отклонения призмы зависит от показателя преломления материала, а показатель зависит от длины волны света. Призма разлагает (белый) свет на его спектральные части.
Эти спектральные части спектрально разложенного света выходят из спектрального устройства 8 в различных направлениях, лежащих в общей плоскости. Этот результат является следствием того, что показатель преломления зависит от длины волны, и эта зависимость называется дисперсией. При этом показатель преломления меньше для света с большей длиной волны (красная область спектра) по сравнению со светом с меньшей длиной волны (синяя область спектра). Дисперсия призмы является свойством материала. Для изготовления призмы можно использовать, например, кронглас, средний показатель n преломления которого составляет примерно 1,52. Спектральные части света, выходящие из призмы в различных направлениях, по отдельности регистрируются соответствующим образом выполненными детектирующими приборами 9, 10, 11, расположенными на общей подложке 12. На фиг.1 показаны соответственно лишь ближайшие детектирующие приборы 9, 10, 11 линейки или строчки расположенных рядом друг с другом детектирующих приборов 9, 10, 11, которые образуют соответственно строчный детектор для построчного сканирования документа 2.
Согласно изобретению вместо простой призмы с углом 60° в качестве спектрального устройства 8 можно применять различные призмы, из которых ниже кратко рассматриваются лишь призма Водсворта и призма прямого зрения. Призма Водсворта состоит из призмы с установленным параллельно ее основанию зеркалом, предназначенным для отклонения лучей, выходящих из призмы. Особенность призмы Водсворта состоит в том, что для длины волны минимума отклонения луч, выходящий после отражения от зеркала, проходит параллельно, но со смещением относительно входящего луча. Поэтому эти лучи падают перпендикулярно поверхности детектора, который может быть расположен как в датчике изображений без дисперсии своей входной поверхностью перпендикулярно оптической оси самофокусирующейся линзы. Призма прямого зрения представляет собой комбинацию призм, не приводящую к общему отклонению падающего пучка света определенной длины волны, и поэтому данная призма может использоваться как призма Водсворта.
При этом диафрагма 6, показанная на фиг.1, расположенная вблизи проверяемого документа 2 и пропускающая переизлученный документом 2 свет 5, выполнена предпочтительно как щель, ширина которой составляет от 0,1 до 0,2 мм, и за щелью расположен ряд самофокусирующихся линз 7. Длина щели диафрагмы 6 обычно составляет от 10 до 200 мм, предпочтительно примерно 100 мм.
В другом варианте выполнения этой конструкции вместо диафрагмы 6 или дополнительно к ней можно предусмотреть линейное или полосчатое освещение исследуемого отдельного участка 19 документа 2. С этой целью можно использовать линейный источник света (не показан). В общем случае с использованием оптических компонентов можно также направлять свет точечного источника в виде линий или полосок на документ 2.
Следует отметить, что согласно альтернативному или дополнительному варианту можно также реализовать измерение света, прошедшего через исследуемый документ, или же с помощью отклоняющих зеркал или делителей лучей обеспечить другой путь их прохождения, например, за счет освещения и/или измерения под прямым углом.
На фиг.2 в виде спереди схематично показаны представленные на фиг.1 детектирующие приборы 9, 10, 11. Согласно показанному на фиг.2 варианту детектирующие приборы 9, 10, 11 имеют различную протяженность 13 и отстоят друг от друга на различных расстояниях 14.
Влияние на спектр чувствительности всего устройства оказывается путем изменения протяженности 13 и положения детектирующего прибора в зоне спектрально разложенного луча света, при этом положение определяется также расстоянием 14 между двумя соседними детектирующими приборами. Это позволяет взвешивать ту спектральную часть, которая регистрируется соответствующим детектирующим прибором 9, 10, 11. Так, например, протяженность 13 и/или положение каждого из детектирующих приборов 9, 10, 11 можно выбрать таким образом, чтобы зарегистрированный спектр по меньшей мере приблизительно соответствовал восприятию цвета глазом человека. Этот процесс более подробно описан ниже со ссылкой на фиг.6 и 7. Протяженность детектирующих приборов 9, 10, 11 и расстояние между ними в направлении спектрального разложения (т.е., как показано на фиг.2, в горизонтальном направлении) определяется прежде всего дисперсией, шириной щели и астигматизмом. Перпендикулярно этому направлению (т.е., как показано на фиг.2, в вертикальном направлении) предпочтительно соответственно несколько подобных детектирующих приборов 9, 10, соответственно 11 расположено друг за другом, благодаря чему в конкретном случае можно образовать, например, три детекторных линейки или строчки. При этом размер отдельных детектирующих приборов 9, 10, 11 соответствующих детекторных линеек может быть постоянным и может быть задан для требуемой разрешающей способности (например, 0,2 мм для разрешающей способности, составляющей 125 точек на дюйм).
На фиг.3 схематично показано устройство 1, изображенное на фиг.1 и оснащенное блоком 15 взвешивания, предназначенным для индивидуального взвешивания спектральных частей, регистрируемых соответствующими детектирующими приборами 9, 10, 11. Блок 15 взвешивания может применяться согласно описанным выше вариантам осуществления изобретения, поскольку он может быть выполнен с возможностью взвешивания регистрируемых спектральных частей в зависимости или вне зависимости от геометрии детектирующих приборов 9, 10, 11. Спектральные части индивидуально взвешиваются в зависимости от их интенсивности с помощью весовых коэффициентов, при этом весовые коэффициенты зависят от спектра, в отношении свойств которого должна быть обеспечена аппроксимация. При этом, например, детектор на основе кремния определяет, что спектральная часть характеризуется в "красной" области спектра в целом величиной Х интенсивности, однако эта величина должна бы равняться величине Y. Далее заранее устанавливается весовой коэффициент таким образом, чтобы величина Х превращалась в величину Y. Эта аппроксимация осуществляется для всех регистрируемых спектральных частей в процессе калибровки всего устройства.
Согласно описанным выше вариантам спектральное устройство 8 расположено между документом 2 и детектирующими приборами 9, 10, 11, при этом исходящий от документа 2 свет 5 разлагается на несколько спектральных частей, и они попадают на соответствующие им детектирующие приборы 9, 10, 11. В альтернативном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства 1 согласно фиг.4 спектральное устройство 8 расположено между источником 3 света и документом 2. В этом варианте свет 16, падающий на документ 2, разлагается спектральным устройством 8 на несколько спектральных частей, которые на различных отдельных участках 17 попадают на документ 2 и переизлучаются этими участками. Спектральная часть 20, исходящая от соответствующих отдельных участков 17 документа 2, отображается в конечном итоге на соответствующие детектирующие приборы 9, 10, 11, благодаря чему каждый из детектирующих приборов 9, 10, 11 регистрирует свою спектральную часть света. Отображение на соответствующие детектирующие приборы 9, 10, 11 обеспечивает, например, собирающая линза 18 или самофокусирующаяся линза 7, используемые в качестве отображающей оптики. Как и в описанных выше вариантах, согласно этому варианту сканируется также проходящий перпендикулярно плоскости чертежа отдельный участок 19 документа 2, состоящий из отдельных, спектрально по-разному освещенных участков 17, и исходящий от этого документа свет 20 регистрируется соответствующими детектирующими приборами 9, 10, 11.
В рассмотренных выше вариантах регистрируется соответственно свет 5, 20, отраженный от документа 2, и полученные результаты используются для исследования его спектральных свойств света. В альтернативном варианте аналогичным образом можно регистрировать и обрабатывать свет, прошедший через документ 2, для чего детектирующие приборы 9, 10, 11, спектральное устройство 8 и при определенных условиях необходимые другие оптические компоненты располагают в зоне обращенной от источника 3 света стороны документа 2.
В общем случае можно использовать источники 3 света, которые испускают свет с непрерывным спектром. В зависимости от характера исследования или проверки документов 2 излучаемый источником свет 4 имеет части в видимой и/или невидимой, например, инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра. В принципе, источник 3 света может также состоять из нескольких отдельных источников света, например светодиодов, испускающих соответственно свет различного спектрального состава. Возможно также применение в качестве источника 3 света ламп накаливания.
На фиг.5 схематично показана самофокусирующаяся линза 7, имеющая размещенную в ней диафрагму 6 и предпочтительно используемая в рассмотренных выше вариантах. Применение диафрагмы 6 необходимо по той причине, что в используемых для измерения спектрометрах обычно должна быть определенная щель. Однако на практике лишь с большим трудом эту задачу можно решить за счет щелевого или полосчатого освещения документа 2 из-за обычных колебаний положения документа 2. Однако при заданной для отображения в масштабе 1:1 длине самофокусирующейся линзы 7 в середине продольной длины линзы имеет место схождение проходящих через линзу лучей 21 света. Это схождение лучей 21 света используется для смещения определенной щели в середину продольной оси самофокусирующейся линзы 7. Для этого каждая из самофокусирующихся линз 7 имеет в соответствующем месте диафрагму 6. Так, например, для изготовления самофокусирующейся линзы 7 с расположенной в ней диафрагмой 6 можно соединить две половины (по длине) самофокусирующейся линзы 7, при этом между половинами располагают диафрагму 6. Ниже соответствующий предлагаемый в изобретении способ изготовления самофокусирующейся линзы с щелевой диафрагмой более подробно описан со ссылкой на фиг.8А-8Г.
Со ссылкой на фиг.6 и 7 рассматривается адаптация детектирующих приборов 9, 10, 11, 24 для регистрации светового спектра примерно таким образом, как это соответствует цветовосприятию глаза человека.
Согласно изобретению регистрируемые детектирующими приборами 9, 10, 11, 24 спектральные части света индивидуально взвешиваются предпочтительно в не оснащенном фильтром устройстве 1 для исследования документов 2 с целью настроить его (устройство) на цветочувствительность, соответствующую цветовосприятию глаза человека. В соответствии с этим на фиг.6 показаны спектры 22 (синий), 23 (зеленый) и 24 (красный), зарегистрированные четырьмя детектирующими приборами 9, 10, 11, 26, геометрическая система 25 которых выделена в виде диаграммы на фиг.6. При этом три левых детектирующих прибора 9, 10, 11 соответствуют приборам, показанным на фиг.2, и тем самым позволяют регистрировать спектральные части из видимой области спектра. Четвертый детектирующий прибор 26 предназначен для регистрации спектральной части 27 инфракрасного спектра.
Пунктирные линии 28 на фиг.7 представляют спектры нормальной цветочувствительности глаза человека. Сплошные линии 23 на фиг.6 показывают регистрируемые детектором на основе кремния спектры, аппроксимированные к спектрам 28 нормальной цветочувствительности глаза человека с использованием фильтра BG38 (фильтр с коротким путем прохождения лучей света для отсечки ближней инфракрасной области в красном спектре 25 по фиг.6).
Четыре детектирующих прибора 9, 10, 11, 26, показанных на фиг.6 и характеризующихся различной шириной в направлении дисперсии, распределены на отрезке, равном примерно 1 мм, при этом четыре детектирующих прибора 9, 10, 11, 26 отстоят друг от друга на различных расстояниях. Направление дисперсии располагалось при этом перпендикулярно к исследуемой строчке документа 2. Помимо этого для измерения использовалась щель, ширина которой составляла 0,2 мм, и призма с углом 60°, изготовленная из кронгласа (ВК7) и имеющая средний показатель n преломления, равный примерно 1,52. В этом случае угол отклонения составляет примерно 40° при длине волны, равной 400 нм, при этом дисперсия уменьшает этот угол более чем на 2° при длине волны до 1100 нм.
Отдельные детектирующие приборы 9, 10, 11, 26 могут быть изготовлены, например, на основе кремния. При этом для обеспечения аппроксимации к цветовосприятию глаза человека для регистрации спектральных частей из "синей" (слева) и "инфракрасной" (справа) областей спектра, как показано на фиг.6, детектирующие приборы 9, 10, 11, 26 должны иметь сравнительно большую протяженность 13, поскольку кремний является менее чувствительным к излучению с длинами волн в этом диапазоне по сравнению с излучением с длинами волн в других диапазонах.
Из сравнения спектров, показанных на фиг.6 и 7, следует, что регистрируемый четырехцветным строчным датчиком спектр, показанный на фиг.7 в видимой области (примерно от 380 до 750 нм), довольно близко приближается к спектру 22 нормального цветовосприятия глаза человека согласно фиг.6. Благодаря этому возможен точный цветовой анализ документов 2, прежде всего банкнот, за счет индивидуального взвешивания спектральных частей с использованием, например, детектора с четырьмя параллельными детектирующими приборами 9, 10, 11, 26 различной протяженности 13.
В соответствии с рассмотренным выше со ссылкой на фиг.6 вариантом предусмотрено использовать четыре детектирующих прибора 9, 10, 11, 26, но можно также использовать другое количество детектирующих приборов. Так, например, согласно еще одному предпочтительному варианту система 25 имеет пять детектирующих приборов. Между детектирующими приборами 9 и 10 может быть предусмотрен, например, еще один детектирующий прибор, соответствующий голубому цвету (Cyan). В подобном случае на основе измеренных пяти значений компонентов цвета предпочтительно для сокращения объема данных получают четыре значения компонентов цвета, на основе которых вновь получают измеренные спектры 22-24, соответствующие спектру 22 нормального цветовосприятия глаза человека.
На фиг.8А-8Г схематично проиллюстрировано осуществление предлагаемого в изобретении способа изготовления самофокусирующейся линзы 7 (SELFOC) с щелевой диафрагмой 6. При этом на фиг.8А и фиг.8Б проиллюстрировано осуществление обеих основных стадий способа. На первой стадии осуществления способа (см. фиг.8А) самофокусирующуюся линзу 7 разделяют по ее средней плоскости в направлении, перпендикулярном оптической оси линзы, с целью разместить внутри линзы щелевую диафрагму 6 (см. фиг.8Б). Диафрагму 6 получают фотографическим методом во избежание проблем, обусловленных технологическими допусками, которые могут быть связаны с обеспечением требуемой ширины щели и требуемого положения щелевой диафрагмы 6 относительно оптической оси.
Для этого согласно первому варианту используют позитивный фоторезист 30, который, как показано на фиг.8В, наносят непосредственно на торцовую поверхность, предпочтительно на возникающую при разделении самофокусирующейся линзы поверхность раздела одной половины самофокусирующейся линзы. Далее, как показано на фиг.8Г, фоторезист 30 освещают через отверстие 31, при этом отверстие 31 расположено с противоположной от фоторезиста 30 стороны. Отверстие 31 имеет форму изготавливаемой щелевой диафрагмы 6 и расположено в предметной плоскости. Благодаря свойствам самофокусирующейся линзы 7 фоторезист 30 лишь локально освещается и проявляется. При этом в фоторезисте 30 образуется уменьшенное отверстие. Согласно проведенным измерениям ширина щелевой диафрагмы 6 составляла 0,24 от ширины отверстия 31. Освещенная структура 32 фоторезиста образует необходимую щелевую диафрагму 6, оптимально согласованную со свойствами самофокусирующейся линзы 7. После изготовления щелевой диафрагмы 6 обе части самофокусирующейся линзы 7 вновь соединяют друг с другом, как показано на фиг.8Б.
На фиг.9 показана щелевая диафрагма, выполненная по второму варианту. По сравнению с первым вариантом позитивный фоторезист 30 наносят на подложку 33, поскольку эту операцию можно выполнить технически простым методом. После этого подложку 33 помещают на торцовую поверхность разделенной самофокусирующейся линзы. Очевидно, что вместо подложки 33 на торцовую поверхность можно также наносить позитивный фоторезист 30 перед освещением самофокусирующейся линзы через отверстие 31.
На фиг.10 показана щелевая диафрагма, выполненная по третьему варианту. В этом случае сначала на подложку 33 наносят негативный фоторезист 34 и далее подложку 33 помещают на торцовую поверхность одной половины разделенной самофокусирующейся линзы 7. После освещения через отверстие 31 и проявления негативного фоторезиста 34 подложку 33 можно использовать, например, как маску для обратной литографии (пленочную маску) для последующей металлизации или как маску для изготовления определенной партии самофокусирующихся линз, поскольку на подложке 33 негативный фоторезист 34 остается в виде требуемой щелевой диафрагмы.
Выше описан способ изготовления прежде всего фотолитографическим методом диафрагмы, размещаемой внутри самофокусирующейся линзы. Согласно альтернативному варианту осуществления способа диафрагму 6 можно также размещать между двумя самофокусирующимися линзами 7, как это показано на фиг.11. Обе самофокусирующиеся линзы 7 и диафрагму 6 можно жестко соединять друг с другом как отдельный узел не показанным механическим соединительным элементом, таким, например, как фиксирующая гильза или охватывающая заливочная масса, которая находится вне пути прохождения световых лучей. Как показано на фиг.11, диафрагма 6 с выполненной в ней щелью 35 может также находиться при этом на определенном расстоянии от обеих самофокусирующихся линз 7, расположенных с противоположных ее сторон. В альтернативном варианте диафрагма 6 может также контактировать непосредственно с обеими самофокусирующимися линзами 7, расположенными с противоположных ее сторон.
На фиг.12 в поперечном сечении схематично показана двухстрочная матрица 36 самофокусирующихся линз 7, при этом каждой из двух строчек самофокусирующихся линз 7 поставлена в соответствие вытянутая в направлении строчки прямоугольная диафрагма 6 со щелью 35, проходящая вдоль всех самофокусирующихся линз 7 соответствующей строчки. На фиг.12, в частности, показаны две строчки самофокусирующихся линз 7, расположенных в плоскости, находящейся за плоскостью диафрагм 6. Кроме того, в плоскости, находящейся перед плоскостью диафрагм 6, размещаются две соответствующие строчки самофокусирующихся линз, которые для обеспечения лучшей наглядности не показаны на фиг.12. Расположение этих обеих плоскостей самофокусирующихся линз 7 и находящихся между этими плоскостями диафрагм 6 показано в виде сбоку, например, соответственно на фиг.11. По меньшей мере самофокусирующиеся линзы 7, расположенные в плоскости за диафрагмами 6 и/или перед ними, однако предпочтительно весь узел, состоящий из двух самофокусирующихся линз со своими плоскостями раздела и расположенными между ними диафрагмами 6, заливаются заливочной массой 37 и тем самым фиксируются друг относительно друга.
Необходимо отметить, что в матрице 36 с парами самофокусирующихся линз 7 и находящейся между ними диафрагмой 6, как это проиллюстрировано на фиг.12 на примере двух строчек, состоящих из пар самофокусирующихся линз 7, плоскость щели 35 диафрагм 6 расположена предпочтительно со смещением относительно оптической оси самофокусирующихся линз 7. Это решение проиллюстрировано на левой части фиг.12 в увеличенном масштабе на примере самофокусирующейся линзы 7 с соответствующей диафрагмой. В конкретном варианте щель 35 диафрагмы смещена соответственно на расстояние D относительно оптической оси М, проходящей через центр самофокусирующейся линзы 7 перпендикулярно плоскости листового документа. Преимущество этого решения проявляется в улучшении свойств отображения, характеризующих матрицу 36 самофокусирующихся линз 7. Это преимущество обусловлено тем, что в том случае, когда самофокусирующаяся линза 7 не располагается на оптической оси 39 отображаемого объекта G, т.е. этот объект G смещен в сторону, промежуточное изображение также не находится в центре М самофокусирующейся линзы 7. Эта зависимость проиллюстрирована на фиг.13.
На фиг.14 показан еще один предпочтительный вариант, аналогичный варианту, показанному на фиг.11, характеризующийся тем, что согласно ему в середине между двумя самофокусирующимися линзами 6 имеется щель, т.е. диафрагма 7. Исходящее от отображаемого объекта G излучение, прошедшее через эту самофокусирующуюся систему 6, 7, 6 линз и диафрагм, спектрально разлагается призмой 40 и направляется на детектор 41, который может быть выполнен так, как это описано согласно настоящему изобретению.
В качестве особо предпочтительного был описан вариант, согласно которому предлагается применять детектор с 4 или 5 каналами цветовых сигналов. В альтернативном варианте может также применяться матрица, состоящая из более чем 5, предпочтительно более 100, детекторных элементов. При этом получают уменьшенное количество обрабатываемых цветов, равное, например, четырем, из величин, измеренных отдельными детекторными элементами, как это было описано, например, применительно к случаю использования детектора с 5 детекторными элементами.
Так, в частности, согласно этому варианту можно также использовать микродатчик изображений на приборах с зарядовой связью (ПЗС) или датчик, изготовленный по технологии получения комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник (КМОП) и имеющий в направлении спектрального разложения одинаковые по размерам детекторные элементы. Однако недостаток этого решения состоит в том, что приходится получать путем измерения большой объем разнообразных данных, из-за чего усложняется обработка результатов измерений. Тем не менее особое преимущество этого варианта состоит в том, что кривые цветочувствительности, например, согласно фиг.6, можно также аппроксимировать в последующем путем внесения изменений в программное обеспечение, что не требует разработки и применения нового детектора. Помимо этого становится возможной более простая регулировка устройства.