Устройство для обработки банкнот с возможностью проверки защитных антистоксовых меток

Полезная модель относится к устройствам контроля подлинности банкнот. Современные банкноты могут быть снабжены специальными защитными метками, содержащими люминофор. При облучении люминофора возбуждающим электромагнитным излучением определенного спектра, метки начинают излучать электромагнитные волны со спектром, отличающимся от спектра возбуждающего излучения. Такие метки обеспечивают весьма высокий уровень защиты банкнот от подделок. На российских рублях имеются так называемые антистоксовские защитные метки, которые при облучении мощным невидимым инфракрасным излучением испускают видимый зеленый свет.
В оборудовании для обработки банкнот важно обеспечить автоматизированную проверку защитных меток. Известно много решений, предназначенных для автоматизированной проверки меток, содержащих люминофор. В современных устройствах проверки таких меток предусмотрено не только установление наличия излучения люминофора, но также анализ характеристики его послесвечения. Характеристика послесвечения люминофора позволяет различить люминофоры разного химического состава, и выявить высококачественную подделку в том случае, когда в ней использован люминофор иного химического состава, чем тот, который применяется в подлинных банкнотах.
В патенте US 7,067,824 (опубл. 27.06.2006, МПК G07D 7/12) раскрыты способ и устройство для распознавания меток, содержащих люминофор. В известном устройстве поверхность банкноты облучают импульсным излучением полупроводникового лазера. Для регистрации ответного излучения люминофора метки применяют фотодиод, оснащенный спектральным фильтром, который отсекает излучение лазера и пропускает только излучение люминофора. Отклик фотодиода измеряют периодически, через равные интервалы времени, и строят кривую нарастания и спадания свечения люминофора во время лазерного импульса и после него. По наличию отклика фотодиода и форме полученной временной зависимости судят о наличии и подлинности метки.
Недостатком данного устройства, как и иных устройств с использованием лазера в качестве источника возбуждающего излучения, является высокая стоимость лазера и плохая стабильность его излучения. Длина волны и мощность излучения лазера значительно меняется у каждого выпущенного экземпляра, кроме того, указанные параметры существенно зависят от температуры окружающей среды. Как результат, отклик метки также оказывается нестабильным. Для повышения стабильности излучения лазера применяют отбор экземпляров и встроенную в лазерный излучатель систему термостабилизации, что повышает стоимость устройства. Высокая стоимость устройства может быть допустима для аппаратуры экспертного класса, но абсолютно неприемлема для устройств, предназначенных для массового применения.
Недостатки устройств с лазерным источником исправлены в устройствах, где возбуждающее излучение создается мощным светодиодом. В патенте RU 158422 (опубл. 27.12.2015, МПК G07D 7/12) на полезную модель «Устройство для подсчета банкнот с возможностью проверки защитных антистоксовых меток» раскрыто устройство, в котором излучателем является светодиод инфракрасного диапазона. Излучение светодиода направлено на поверхность банкноты. Фотоприемник, регистрирующий ответное излучение люминофора, расположен рядом со светодиодом. Он принимает излучение с той же стороны банкноты, которая подвергается облучению. В устройстве согласно этой полезной модели используются пары таких датчиков, контролирующие банкноту как с одной, так и с другой стороны. При контроле, как и в устройстве согласно US 7067824, регистрируется характеристика послесвечения люминофора. Устройство согласно описанной полезной модели имеет повышенную сложность за счет необходимости применения пары датчиков, то есть, двух излучателей и двух приемников.
В патенте RU 165992 (опубл. 10.11.2016, МПК G07D 7/06) на полезную модель «Устройство аутентификации защитной метки, содержащей люминофор» также описано устройство, в котором используется светодиодный источник возбуждающего излучения. В качестве приемника ответного излучения применяется фотодиод, который регистрирует послесвечение люминофора. Недостаток подобного решения связан с применением фотодиода. Послесвечение начинается с высокого уровня излучения, и затем быстро спадает до весьма низкого уровня. Фотодиод является высокоскоростным фотоприемником, но обладает сравнительно небольшой чувствительностью. Для регистрации низкого уровня отклика люминофора в конце периода послесвечения приходится применять специальные схемы усиления, что усложняет и удорожает конструкцию.
В качестве ближайшего аналога для заявленной полезной модели выбрана описанная выше полезная модель RU 158422. Техническим результатом полезной модели является снижение сложности устройства при сохранении высокого качества проверки.
Этот результат достигается за счет того, что в устройстве для обработки банкнот с возможностью проверки защитных антистоксовых меток, содержащем датчик детектирования защитных меток, содержащих люминофор, выполненный с возможностью размещения, по меньшей мере, части проверяемой банкноты в зоне чувствительности датчика, и содержащий излучатель возбуждающего излучения, содержащий, по меньшей мере, один светодиод инфракрасного излучения, а также приемник излучения; и устройство управления, выполненное с возможностью включения и выключения излучателя, и анализа сигнала, полученного приемником излучения, для определения наличия или отсутствия защитных меток на проверяемой банкноте, излучатель обращен своим выходом излучения к первой стороне проверяемой банкноты, находящейся в зоне чувствительности датчика, а оптический вход приемника излучения обращен ко второй стороне проверяемой банкноты, причем приемник содержит, по меньшей мере, один фототранзистор.
Устройство может также содержать излучатель, снабженный, по меньшей мере, одним световодом, размещенным на оптическом пути между светодиодом и выходом излучателя.
Устройство может также содержать излучатель, снабженный, по меньшей мере, одной оптической системой, размещенной на оптическом пути между светодиодом и выходом излучателя.
Устройство может содержать приемник, снабженный, по меньшей мере, одним световодом, размещенным на оптическом пути между оптическим входом приемника и фототранзистором.
Устройство может содержать приемник, снабженный, по меньшей мере, одной оптической системой, размещенной на оптическом пути между оптическим входом приемника и фототранзистором.
В заявленной полезной модели излучатель и приемник излучения расположены по разные стороны банкноты. Банкнота, обычно, является достаточно прозрачной в инфракрасном и видимом излучении. Как правило, уровень ослабления излучения при прохождении через банкноту составляет около 2,5 раз. Таким образом, возбуждающее излучение может возбудить люминофор, находящийся как на первой, так и на второй стороне банкноты, но в случае второй стороны уровень излучения будет несколько ослаблен. Аналогично, излучение люминофора, находящегося как на первой, так и на второй стороне, достигнет приемника, но в случае первой стороны оно будет несколько ослаблено. Опыт показывает, что, как при расположении метки на первой стороне, так и при ее расположении на второй стороне, уровень излучения, регистрируемого приемником, оказывается почти идентичным. Это происходит из-за того, что в первом случае ослабляется только излучение люминофора, а во втором только возбуждающее излучение.
Применение фототранзистора вместо фотодиода решает ряд задач. Во-первых, фототранзистор, за счет внутреннего усиления, имеет повышенную чувствительность и компенсирует поглощение излучения при прохождении через банкноту. Даже с учетом этого поглощения, фототок фототранзистора в ответ на излучение люминофора, как правило, превышает фототок фотодиода в аналоге. Это позволяет более точно регистрировать финальный участок кривой послесвечения, где уровень излучения сильно спадает.
Во-вторых, фототранзистор за счет наличия большой внутренней емкости является естественным интегратором фототока. Это позволяет применять накопление сигнала на финальном участке кривой послесвечения и, в конечном итоге, уверенно регистрировать даже очень слабый отклик. Подобный способ описан в патенте на изобретение RU 2460140 (опубл. 27.08.2012, МПК G07D 7/06). Согласно этому способу, интервал послесвечения разбивается на два или более временных отрезка. Длины этих отрезков подбираются таким образом, чтобы для подлинной метки накопленный приемником фотозаряд на каждом из этих отрезков был бы примерно равным. В результате, повышается точность измерений при снижении требований к фотоприемнику. Этот способ рекомендуется использовать в сочетании с устройством, описанным в заявленной полезной модели.
Для дальнейшего увеличения регистрируемого отклика, в возможных реализациях полезной модели, как в излучатель, так и в приемник излучения могут быть добавлены световоды или оптические системы. За счет этого удается снизить потери энергии излучения, как на его пути от излучателя до банкноты, так и от банкноты до приемника. Кроме того, применение световода в излучателе позволяет повысить равномерность засветки в зоне чувствительности датчика, что важно для регистрации меток малого размера.
На Фиг. 1 показано устройство согласно заявленной полезной модели.
Датчик детектирования защитных меток состоит из излучателя 1, содержащего светодиод 2 и световод 3, а также приемника 4 излучения, который представляет собой фототранзистор со встроенной линзой. Банкнота 5 перемещается в тракте банкнотопроводного механизма между входной щелью 6 и выходной щелью 7. Тракт состоит из направляющих 8 и 9. Банкиотопроводный механизм включает в себя приводной мотор и фрикционные ролики (на рисунке не показаны), а также датчик 10 наличия банкноты 5 во входной щели 6. Датчик 10 наличия банкноты является оптопарой, состоящей из светодиода и фототранзистора, которая срабатывает при приближении к ней отражающего объекта, в данном случае, банкноты 5. Устройство 11 управления управляет током светодиода 2, получает выходной сигнал с фототранзистора 4 приемника излучения, контролирует состояние датчика 10 наличия банкноты, и управляет мотором банкнотопроводного механизма. Устройство 11 управления также управляет излучателем 12 звука, который издает тоновый сигнал для предупреждения пользователя устройства о подделке. Зона 13 проверки представляет собой область в тракте, на которую попадает излучение светодиода 2, выходящее из световода 3. Поле зрения приемника 4 излучения также находится в этой области.
Устройство 11 управления содержит измерительную схему для подключения фототранзистора 4, и аналого-цифрового преобразователя для измерения сигнала фототранзистора, получаемого с измерительной схемы.
Устройство работает следующим образом. Когда пользователь помещает проверяемую банкноту 5 во входную щель 6, она обнаруживается датчиком 10 наличия банкноты. По сигналу от датчика 10 устройство 11 управления запускает мотор банкнотопроводного механизма. Банкнота 5 начинает перемещаться в зону 13 проверки.
Одновременно с запуском мотора устройство 11 управления начинает периодический опрос датчика детектирования защитных меток. Период опроса начинается с включения светодиода 2 на интервал времени, равный 400 микросекундам. В течение этого времени происходит возбуждение люминофора защитной метки, если защитная метка находится в зоне 13 проверки. Затем, в течение 3000 микросекунд после выключения светодиода 2, устройство 11 управления измеряет сигнал, поступающий с фототранзистора 4. Если в зоне 13 проверки находится защитная метка, то на фототранзистор 4 будет поступать излучение люминофора, постепенно спадающее по интенсивности. Если же в зоне 13 проверки нет люминофора, то на фототранзистор 4 не будет поступать излучение. Поэтому уже самого факта наличия либо отсутствия сигнала с фототранзистора 4 достаточно, чтобы судить о наличии либо отсутствии защитной метки. Если же метка обнаружена, то устройство 11 управления может более детально измерить зависимость сигнала фототранзистора 4 от времени, чтобы подтвердить подлинность люминофора. Если эта зависимость соответствует характеристике послесвечения люминофора подлинной метки, то принимается решение о подлинности метки. В противном случае, принимается решение о наличии поддельной метки.
Для более детального измерения зависимости сигнала фототранзистора 4 от времени можно использовать измерительную схему с измерением фотозаряда, то есть интегрированием фототока. Такие схемы хорошо известны специалистам. Одна из них описана в упомянутом выше патенте RU 2460140. Там же описано разбиение всего интервала измерения на несколько неравных интервалов интегрирования. Аналого-цифровой преобразователь производит оцифровку уровня, пропорционального накопленному фотозаряду, в конце каждого интервала. Оптимально использовать от 2 до 5 последовательно удлиняющихся интервалов, так чтобы удлинение интервала хотя бы частично компенсировало спад интенсивности послесвечения. Такая компенсация позволяет поддерживать достаточно высоким измеряемый уровень на входе аналого-цифрового преобразователя, чтобы снизить погрешность измерения. Каждый тип люминофора обычно дает весьма стабильное отношение уровней, измеренных в идущих друг за другом интервалах измерения. Для проверки характеристики послесвечения люминофора устройство 11 управления сравнивает полученные отношения с заранее известными отношениями, соответствующими люминофору подлинной метки. Если отношения достаточно близки, то принимается решение о подлинности метки. Если обнаруживается существенная разница, то принимается решение о том, что метка поддельная.
Периодический опрос датчика детектирования защитных меток производится все время при движении банкноты. Устройство 11 управления запоминает решение о наличии и подлинности метки, получаемое на каждом периоде опроса.
Банкнотопроводное устройство продвигает банкноту 5 в тракте (8, 9) до тех пор, пока она полностью не зайдет во входную щель 6. В этот момент срабатывает датчик 10 наличия банкноты, в результате чего устройство 11 управления останавливает мотор. Далее, устройство 11 управления анализирует решения о наличии и подлинности метки, запомненные в течение всего времени движения банкноты 5. Если хотя бы на одном периоде опроса было принято решение о наличии подлинной метки, то принимается решение о подлинности банкноты 5. Если же ни на одном из периодов подлинная метка не была обнаружена, принимается решение о том, что банкнота 5 поддельная.
Если обнаружена подлинная банкнота, то мотор банкнотопроводного механизма включается в прежнем направлении, на интервал времени, достаточный, чтобы полностью вывести банкноту 5 из устройства через выходную щель 7. Для пользователя, выдача банкноты 5 через выходную щель 7 считается признаком успешной проверки подлинности.
Если же обнаружена поддельная банкнота, то устройство 11 управления запускает мотор в направлении, противоположном изначальному. Банкнота 5 начинает двигаться в обратном направлении. Датчик 10 наличия банкноты вновь обнаруживает наличие банкноты 5 во входной щели 6. При ее дальнейшем движении банкнота 5 полностью выходит из устройства и датчик 10 обнаруживает отсутствие банкноты 5 в его поле зрения. Это служит устройству 11 управления сигналом для остановки мотора. Вслед за этим, устройство 11 управления через излучатель 12 звука выдает короткий тональный сигнал. Возврат банкноты 5 через входную щель 6 и тональный сигнал указывают пользователю на то, что банкнота признана поддельной.
Размеры и расположение защитной метки на банкноте 5 могут потребовать увеличения размера зоны 13 чувствительности. Для этого можно увеличить количество светодиодов 2 и фототранзисторов 4 в датчике. Светодиоды 2 могут быть включены последовательно либо параллельно. Фототранзисторы 4 следует объединить параллельным включением для суммирования фотозарядов.
Если скорость перемещения банкнот в тракте (8, 9) должна быть достаточно большой, то возбужденный участок метки на банкноте 5 может, за время послесвечения, выйти из поля зрения фототранзистора 4. В этом случае необходимо заложить в конструкцию асимметрию зоны 13 чувствительности. Область, облучаемая излучателем 1, должна быть первой по ходу банкноты, а поле зрения фототранзистора 4 должно быть смещено от нее в направлении движения банкноты. Величина этого смещения выбирается таким образом, чтобы возбужденный участок метки на банкноте 5 в течение всего времени измерения сигнала с фототранзистора 4, находился в его поле зрения, несмотря на движение банкноты.
В зависимости от количества и расположения меток на банкноте, в устройстве могут быть установлены несколько датчиков детектирования защитных меток, при этом способ их опроса и определения подлинности метки остается прежним. Для проверки иных признаков подлинности устройство может быть дополнительно оснащено иными датчиками контроля подлинности. Устройство обработки может выполнять дополнительную функцию подсчета банкнот, прошедших через устройство, используя для этого сигнал с датчика наличия банкноты, расположенного в тракте банкнотопроводного механизма. Банкнотопроводный механизм может быть выполнен с возможностью полистной подачи банкнот из пачки для обработки и укладки их в пачку после обработки. Такие механизмы хорошо известны специалистам и применяются в счетчиках банкнот.