СПЕКТРАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ
SPECTRAL SENSOR FOR CHECKING VALUABLE DOCUMENTS

Изобретение относится к спектральному датчику для проверки ценных документов и к способу проверки ценных документов с помощью такого спектрального датчика.
Для проверки ценных документов обычно применяют датчики, с помощью которых определяют тип ценных документов и/или проверяют ценные документы на подлинность и/или на их физическое состояние. Подобные датчики используют для проверки таких ценных документов, как, например, банкноты, чеки, личные документы (удостоверения личности, пропуска), кредитные карты, чековые карты, билеты, ордера и иные аналогичные ценные документы. Проверка ценных документов осуществляется в устройстве для их обработки, в котором в зависимости от свойств проверяемых ценных документов имеется один или несколько разных датчиков. Обычно при проверке ценные документы сканируются датчиком, при этом датчик и ценный документ перемещаются относительно друг друга.
При использовании множества датчиков ценные документы освещаются источниками света определенных цветов с целью определения визуально различимого цвета ценного документа по отражению света от ценных документов или переизлучению ими света при этих цветах. Соответственно трем разным цветочувствительным рецепторам глаза человека такие датчики имеют только три цветовых канала (цветоприемника), реализованных, например, красным (R), зеленым (G) и синим (B) светодиодами (RGB-датчики). Однако подобными оптическими датчиками, которые имеют лишь три цветовых канала, невозможно регистрировать спектральное распределение интенсивности света, исходящего от ценного документа.
Для регистрации спектрального распределения интенсивности известно применение спектральных датчиков, которые освещают ценные документы белым светом и со спектральным разрешением детектируют отраженный от них свет. В подобных спектральных датчиках для спектрального разложения отраженного от ценных документов света используется дифракционная решетка. Однако спектральное разложение света требует наличия сравнительно длинного хода лучей от дифракционной решетки до детекторной линейки, вследствие чего подобные спектральные датчики требуют значительного монтажного пространства. Помимо этого подобный спектральный датчик позволяет охватить относительно узкую спектральную область, и поэтому с его помощью невозможно регистрировать никакое спектральное распределение интенсивности в широкой спектральной области. Обусловлено это тем, что дифракционные решетки оптимизированы под определенную длину волны и в соответствии с этим выполнены с коэффициентом отражения, который имеет максимально возможную для света с данной длиной волны величину. Коэффициент же отражения света с длинами волн, отличными от данной длины волны, у подобной дифракционной решетки резко снижается, и поэтому свет с этими длинами волн доступен для его детектирования лишь с очень низкой интенсивностью.
Исходя из вышеизложенного, в основу изобретения была положена задача разработать усовершенствованный спектральный датчик для проверки ценных документов, который позволял бы регистрировать спектральное распределение интенсивности света, исходящего от одного или нескольких участков ценного документа, в видимой области спектра и/или ближней инфракрасной области спектра.
Указанная задача решается с помощью объектов, заявленных в независимых пунктах формулы изобретения. В соответствующих зависимых от них пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Согласно изобретению спектральный датчик имеет осветительное устройство для освещения проверяемого спектральным датчиком ценного документа, проекционную оптику и детектор. Осветительное устройство имеет множество источников света, которые различаются между собой своими эмиссионными спектрами. Эмиссионные спектры таких источников света лежат в видимой области спектра и/или ближней инфракрасной области спектра. Проекционной оптикой испускаемый осветительным устройством свет проецируется на участок проверяемого ценного документа. Проекционная оптика обеспечивает возможность освещения строго определенного и пространственно ограниченного участка проверяемого ценного документа. Детектор предназначен для детектирования света, который при работе спектрального датчика, когда ценный документ освещается осветительным устройством, исходит от освещаемого участка ценного документа.
Осветительное устройство спектрального датчика имеет множество разных источников света, которые различаются между собой своими эмиссионными спектрами. Источники света могут располагаться в осветительном устройстве рядом друг с другом, например, в виде двухмерного растра, прежде всего на общем для них держателе. Источники света могут также располагаться кольцеобразно, например, вокруг детектора. Проекционная оптика предназначена для проецирования света, испускаемого каждым из его источников, на проверяемый ценный документ. Излучаемый осветительным устройством свет проецируется проекционной оптикой, задающей определенную траекторию лучей, на освещаемый участок ценного документа. Для этого проекционная оптика имеет, например, один или несколько преломляющих оптических элементов (например, линз) и/или дифракционных, и/или зеркально отражающих оптических элементов, которые проецируют свет, испускаемый его источниками, на ценный документ. В предпочтительном варианте проекционная оптика выполнена в виде изображающей линзы. Благодаря проецированию освещающего света на ценный документ его освещаемый участок строго определен и пространственно ограничен. В этом заключается преимущество перед непосредственным освещением ценного документа источниками света (без промежуточно расположенной оптики) и перед простой световодной оптикой (без проекционной оптики), которой свет не проецируется, а падает без определенной траектории лучей от световода на ценный документ.
Для проецирования излучаемого осветительным устройством света от разных его источников практически на один и тот же освещаемый участок ценного документа проекционную оптику предпочтительно располагать таким образом, чтобы освещаемый участок ценного документа располагался точно или приблизительно в фокусе проекционной оптики. Благодаря этому несмотря на освещение ценного документа разными расположенными рядом друг с другом источниками света возможно освещение и сканирование детектором в основном одного и того же участка проверяемого ценного документа. Проекционная оптика может быть выполнена с возможностью освещения пятнообразного участка на ценном документе, прежде всего круглого светового пятна. Однако проекционная оптика может быть также выполнена с возможностью освещения полосовидного участка на ценном документе. В первом случае в качестве проекционной оптики можно использовать, например, радиально-симметричную проекционную оптику, а во втором случае - цилиндрическую оптику.
Свет, испускаемый его источниками, может собираться собирающей оптикой, которая надлежащим образом направляет собранный свет на проекционную оптику и которая может являться компонентом осветительного устройства. Источники света, собирающая оптика и проекционная оптика в этом случае расположены относительно друг друга таким образом, что свет, испускаемый каждым из его источников, может проецироваться собирающей оптикой и проекционной оптикой на ценный документ, который должен проверяться спектральным датчиком при его работе. Для фокусирования света, испускаемого его источниками, собирающая оптика расположена между ними и проекционной оптикой. Собирающая оптика может быть реализована множеством расположенных рядом друг с другом, например, преломляющих или дифракционных линз, каждая из которых собирает, соответственно фокусирует свет, испускаемый одним из его источников. Линзы собирающей оптики и проекционная оптика в предпочтительном варианте при этом расположены и выполнены таким образом, что свет от его источников нечетко проецируется на освещаемый участок ценного документа. Помимо этого каждый образующий осветительное устройство источник света предпочтительно располагать на таком удалении от находящейся перед ним линзы, которое меньше ее фокусного расстояния. Линзы собирающей оптики могут быть выполнены в виде отдельных линз или в виде микролинз, образующих микролинзовую систему.
В других вариантах собирающая оптика образована одним или несколькими световодами, который расположен, соответственно которые расположены между источниками света и проекционной оптикой. При этом может быть предусмотрен один общий световод для всех источников света либо для каждого источника света может быть предусмотрен собственный световод. Свет, испускаемый его источниками, вводится в световод, соответственно в световоды и по нему, соответственно по ним передается к проекционной оптике. Выходящий из световода свет проецируется проекционной оптикой на ценный документ. В качестве световода можно использовать, например, стекловолокно или проводник света с круглой или полосовидной светоизлучающей поверхностью.
Осветительное устройство имеет множество разных источников света, эмиссионные спектры которых лежат в видимой области спектра и/или ближней инфракрасной области спектра и различаются между собой. Сказанное означает, что множество источников света обеспечивает наличие множества разных эмиссионных спектров, максимумы интенсивности которых приходятся на разные длины волн. Так, например, каждый образующий осветительное устройство источник света выполнен с возможностью излучения эмиссионной линии на определенной длине волны, положение которой в спектре отлично от положений эмиссионных линий всех других образующих осветительное устройство источников света. Однако в другом варианте осветительное устройство может также иметь несколько одинаковых источников света, например, для получения достаточной интенсивности освещения и в одной спектральной области при использовании источников света с малой светосилой. В предпочтительном варианте множество источников света охватывает интервал ближней инфракрасной области спектра таким образом, что спектральный датчик способен путем регистрации измеряемых значений регистрировать спектральное распределение интенсивности в указанном интервале ближней инфракрасной области спектра. Образующие осветительное устройство источники света подобраны, например, таким образом, что спектральный датчик способен регистрировать спектральное распределение интенсивности в ближней инфракрасной области спектра, охватывающее интервал от видимой области спектра до ближней инфракрасной области спектра, например интервал от видимой области спектра до по меньшей мере длины волны 1000 нм, предпочтительно до по меньшей мере длины волны 1200 нм. Альтернативно этому или дополнительно к этому множество источников света охватывает также интервал видимой области спектра таким образом, что спектральный датчик способен регистрировать спектральное распределение интенсивности детектируемого света в указанном интервале видимой области спектра. Осветительное устройство может также иметь один или несколько источников света, эмиссионный спектр которых лежит в ультрафиолетовой области спектра. В качестве источников света в предпочтительном варианте используют светоизлучающие диоды, например светодиоды, прежде всего полупроводниковые светодиоды или органические светодиоды, и/или лазерные диоды, прежде всего полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором и поверхностным излучением.
При работе спектрального датчика источники света включаются и выключаются последовательно один за другим для освещения участка ценного документа составляющими освещающую последовательность световыми импульсами (или световыми вспышками) с различающимися между собой эмиссионными спектрами. Детектор предназначен для детектирования света, который при работе спектрального датчика исходит от освещаемого освещающей последовательностью участка ценного документа. При испускании каждого из световых импульсов освещающей последовательности при этом регистрируется измеряемое значение для регистрации тем самым спектрального распределения интенсивности детектируемого света. Каждое регистрируемое измеряемое значение соответствует интенсивности света, детектируемой при освещении ценного документа одним из световых импульсов освещающей последовательности. Спектральное распределение интенсивности детектируемого света определяется на основании зарегистрированных измеренных значений.
Для проверки ценного документа освещающую последовательность световых импульсов, которыми освещают ценный документ, периодически повторяют. Проверяемый ценный документ по меньшей мере на его части освещают световыми импульсами одной и той же их освещающей последовательности. В других частях ценного документа его можно освещать световыми импульсами другой их освещающей последовательности. Освещающие последовательности световых импульсов можно при этом выбирать в зависимости от проверяемого ценного документа. Уже на основании измеряемых значений, регистрируемых на протяжении единственной освещающей последовательности световых импульсов, можно определять спектральное распределение интенсивности света, исходящего от ценного документа. Однако в другом варианте можно также объединять измеряемые значения, которые регистрируют при освещении ценного документа световыми импульсами разных освещающих последовательностей, предпочтительно измеряемые значения, которые регистрируют при освещении ценного документа световыми импульсами, присутствующими в по меньшей мере двух их следующих одна за другой освещающих последовательностях. Так, например, по меньшей мере два измеряемых значения, которые регистрируют при освещении световым импульсом, испускаемым одним и тем же источником света и присутствующим в следующих одна за другой освещающих последовательностях, объединяют в одно результирующее измеренное значение.
При работе спектрального датчика проверяемые ценные документы перемещаются мимо него с соответствующей скоростью. В предпочтительном варианте освещающая последовательность имеет длительность, которая согласована со скоростью перемещения ценного документа таким образом, что все световые импульсы, испускаемые на протяжении их освещающей последовательности источниками света, освещают практически один и тот же участок ценного документа. Освещаемый первым световым импульсом освещающей последовательности участок ценного документа и освещаемый последним световым импульсом той же освещающей последовательности участок ценного документа прежде всего имеют степень взаимного перекрытия по меньшей мере 75%. Сказанное означает, что при освещении ценного документа всеми световыми импульсами одной и той же их освещающей последовательности поверхности участков ценного документа, последовательно освещаемых этими световыми импульсами, совпадают между собой на по меньшей мере 75% несмотря на перемещение ценного документа на протяжении освещающей последовательности световых импульсов.
В предпочтительном варианте спектральный датчик выполнен с возможностью проверки ценного документа не по всей его поверхности, а вдоль одной или нескольких анализируемых дорожек на нем. При проверке вдоль нескольких анализируемых дорожек между ними расположено по участку ценного документа, не проверяемому спектральным датчиком. Участки, освещаемые для проверки ценного документа, образуют анализируемые дорожки, которые проходят параллельно друг другу и вдоль направления перемещения ценного документа. Такие анализируемые дорожки дискретно распределены на ценном документе. Для каждой из анализируемых дорожек предусмотрено по меньшей мере по одному осветительному устройству, одной проекционной оптике и одному детектору согласно приведенному выше описанию. Освещающие последовательности в предпочтительном варианте следуют одна за другой настолько быстро, что ценный документ квазинепрерывно проверяется вдоль каждой из анализируемых дорожек.
Интервал ближней инфракрасной области спектра, охватываемый источниками света, охватывает, например, по меньшей мере интервал длин волн от 750 до 1000 нм и/или интервал длин волн от 1000 до 1600 нм, а необязательно также интервал длин волн свыше 1600 нм. В предпочтительном варианте спектральный датчик оснащен источниками света, охватывающими спектральную область с длинами волн свыше 1000 нм. Связанное с этим преимущество состоит в том, что спектральный датчик способен также регистрировать спектральное распределение интенсивности в этой длинноволновой спектральной области, для которой не пригодны обычно применявшиеся до настоящего времени спектральные датчики с детекторами на основе кремния. Интервал видимой области спектра, охватываемый источниками света, может соответствовать, например, относящейся к определенному цвету спектральной области, например спектральной области, воспринимаемой глазом человека как красный цвет. Однако источники света могут также испускать свет двух или более цветов, в соответствии с чем спектральное распределение интенсивности охватывает два или более цветов, например, зеленую и красную области спектра. Эмиссионные спектры образующих осветительное устройство источников света охватывают, например, по меньшей мере 5 различающихся между собой эмиссионных спектров в видимой области спектра. Однако интервал видимой области спектра, охватываемый источниками света, может также соответствовать всей видимой области спектра.
Спектральная чувствительность глаза человека основана на лишь трех цветовых каналах. Поэтому существуют цвета, которые хотя и отличны друг от друга, однако при восприятии глазом человека вызывают у него одинаковое цветовое ощущение. Подобные цвета, которые хотя и обладают разными спектральными свойствами, но при одинаковых условиях освещения выглядят одинаково для глаза человека, называют метамерными. Использовавшиеся до настоящего времени датчики, которые, как и глаз человека, имеют лишь три цветовых канала, например RGB-датчики, не способны различать между собой метамерные цвета. Предлагаемый же в изобретении спектральный датчик по своему конструктивному исполнению предназначен для того, чтобы различать метамерные цвета. У такого спектрального датчика эмиссионные спектры его источников света подобраны таким образом, что метамерные цвета можно отличать друг от друга на основании зарегистрированных спектральным датчиком спектральных распределений интенсивности. Так, например, для каждого из двух метамерных цветов, присутствующих на одном и том же ценном документе или на разных ценных документах, спектральный датчик способен регистрировать по спектральному распределению интенсивности, что позволяет сравнивать между собой такие распределения интенсивности и выявлять различия между ними.
У предлагаемого в изобретении спектрального датчика эмиссионные спектры его источников света в предпочтительном варианте спектрально расположены таким образом, что метамерные цвета, которые могут присутствовать на освещаемом участке ценного документа, можно отличать друг от друга на основании соответствующего каждому из них спектрального распределения интенсивности, которое спектральный датчик способен регистрировать при детектировании света (оптического излучения), исходящего от метамерного цвета. Так, например, множество источников света охватывает красную область спектра, и/или зеленую область спектра, и/или синюю область спектра, и/или ближнюю инфракрасную спектральную область спектра в интервале длин волн от 750 до 1000 нм таким образом, что спектральный датчик позволяет отличать друг от друга метамерные цвета, которые могут присутствовать на освещаемом участке ценного документа, на основании присущего каждому из них спектрального распределения интенсивности, которое спектральный датчик способен регистрировать при детектировании света, исходящего от метамерного цвета. Для дифференциации метамерных цветов, оптические свойства которых различаются между собой в определенном цветовом канале (например, красном), источники света предпочтительно подбирать таким образом, чтобы в пределах спектральной области данного цветового канала располагались по меньшей мере два разных эмиссионных спектра источников света. Для возможности дифференциации нескольких разных метамерных цветов спектральным датчиком предпочтительно охватывать также каждый из других цветовых каналов (например, зеленый, синий) по меньшей мере двумя разными эмиссионными спектрами. Сказанное аналогичным образом относится и к дифференциации цветов, оптические свойства которых различаются между собой в ближней инфракрасной области спектра. Поэтому множество источников света предпочтительно должно охватывать красную область спектра, и/или зеленую область спектра, и/или синюю область спектра таким образом, чтобы в каждой такой области спектра располагалось по меньшей мере по два разных эмиссионных спектра источников света. В отношении ближней инфракрасной области спектра множество источников света предпочтительно должно охватывать спектральный диапазон длин волн от 750 до 1000 нм и/или спектральный диапазон длин волн от 1000 до 1600 нм таким образом, чтобы в каждом таком спектральном диапазоне располагалось по меньшей мере по три, а предпочтительно по меньшей мере по пять разных эмиссионных спектров источников света.
Предпочтительно далее, чтобы эмиссионные спектры по меньшей мере трех, прежде всего по меньшей мере пяти, источников света, спектрально соседних между собой, спектрально перекрывались и/или имели отличные друг от друга максимумы излучения, спектральный интервал между каждыми двумя соседними из которых составляет максимум 60 нм. Так, например, каждый из эмиссионных спектров образующих осветительное устройство источников света спектрально перекрывается с по меньшей мере одним из эмиссионных спектров одного из других спектрально соседних образующих осветительное устройство источников света.
В предпочтительном варианте детектор имеет спектральную чувствительность, которая спектрально настолько широкополосна, что детектор способен детектировать свет, испускаемый каждым из его источников, образующих осветительное устройство. Детектор прежде всего выполнен с возможностью по меньшей мере детектирования света в видимой области спектра и детектирования света в примыкающей к ней ближней инфракрасной области спектра вплоть до длины волны, достигающей по меньшей мере 1000 нм. Обычно применяемые детекторы на основе кремния хотя и пригодны для детектирования света в видимой области спектра, однако не пригодны для детектирования оптического излучения в спектральной области с длинами волн свыше 1000 нм. Поэтому спектральный датчик наиболее предпочтительно оснащать детектором, который пригоден для детектирования света и в видимой области спектра, и в ближней инфракрасной области спектра с длинами волн свыше 1000 нм. С этой целью спектральный датчик имеет в качестве детектора прежде всего фотодетектор на основе InGaAs, способный детектировать свет в ближней инфракрасной области спектра, прежде всего детектировать оптическое излучение с длинами волн свыше 1000 нм, и детектировать свет в видимой области спектра.
Для детектирования отраженного (или переизлученного) света спектральный датчик может также иметь несколько одинаковых детекторов, например, для регистрации отраженного света в большем угловом диапазоне. Спектральный датчик может иметь и несколько разных детекторов, например, для расширения охватываемой им спектральной области. Разные детекторы могут при этом располагаться рядом друг с другом или один позади другого, например, в виде сэндвич-структуры.
Регистрируемые детектором измеряемые значения обрабатываются устройством обработки, которое может являться компонентом спектрального датчика или же образовано внешним устройством обработки. В предпочтительном варианте измеренные значения подвергаются по меньшей мере предварительной обработке уже самим спектральным датчиком, прежде всего его внутренним устройством обработки. Дальнейшая обработка может также выполняться внутренним устройством обработки либо альтернативно этому может выполняться центральным устройством обработки в составе устройства для обработки ценных документов, в которое встроен спектральный датчик.
Перед детектором может быть расположена детектирующая оптика, которая собирает исходящий от ценного документа свет и направляет его на светочувствительный участок детектора. Такая детектирующая оптика имеет, например, один или несколько преломляющих или дифракционных оптических элементов или зеркал. Детектирующая оптика и детектор выполнены и расположены таким образом, что при работе спектрального датчика из всего света, исходящего от освещаемого участка ценного документа, детектируется только свет от его анализируемого участка, который расположен полностью в пределах указанного освещаемого участка. Благодаря расположению анализируемого участка ценного документа полностью в пределах его освещаемого участка обеспечивается нечувствительность детектируемой интенсивности света к вибрации (″дрожанию″) ценного документа, которая может возникать при его перемещении. Благодаря этому, кроме того, спектральный датчик становится также нечувствителен к возможным погрешностям положения осветительного устройства, проекционной оптики, детектора или детектирующей оптики, которые могут возникать при изготовлении спектрального датчика или при его сборке. В предпочтительном варианте анализируемый участок ценного документа расположен полностью в пределах однородно освещаемой части его освещаемого участка. В такой равномерно освещаемой части интенсивность освещения равномерно распределена преимущественно для всех световых импульсов их освещающей последовательности.
В предпочтительном варианте спектральный датчик снабжен управляющим устройством, которое предназначено для включения и выключения образующих осветительное устройство источников света последовательно один за другим с целью последовательного освещения ценного документа светом от разных его источников с различающимися между собой эмиссионными спектрами. Управляющее устройство может быть выполнено в виде компонента спектрального датчика, однако может быть также выполнено в виде внешнего управляющего устройства, например в виде компонента устройства для обработки ценных документов, которое оснащается спектральным датчиком. Управляющее устройство предназначено для управления осветительным устройством спектрального датчика, прежде всего источниками света, и его детектором. При работе спектрального датчика управляющее устройство включает и вновь выключает источники света последовательно один за другим, например, таким образом, что в каждый момент включен только один из источников света. Однако в один момент или в несколько моментов могут быть также одновременно включены несколько источников света из всего их количества, например, несколько источников света с одинаковым эмиссионным спектром. Помимо этого по команде управляющего устройства детектор во включенном состоянии источников света регистрирует по измеряемому значению, которое соответствует интенсивности света, исходящего от ценного документа. Поскольку детектор синхронно с освещением ценного документа источниками света регистрирует по измеряемому значению, таким путем для тех длин волн, которые заданы эмиссионным спектром соответствующего источника света, определяется интенсивность света, исходящего от ценного документа.
При конфигурировании спектрального датчика задают освещающие последовательности, используемые для проверки ценного документа, прежде всего задают, какие из источников света должны включаться и выключаться для освещения ценного документа. Предусмотренное для спектрального датчика управляющее устройство можно конфигурировать уже при изготовлении спектрального датчика. Однако конфигурирование управляющего устройства можно также проводить лишь после окончательного изготовления спектрального датчика. Помимо этого можно также предусмотреть возможность изменения конфигурации управляющего устройства после ввода спектрального датчика в эксплуатацию. Подобное переконфигурирование после ввода спектрального датчика в эксплуатацию может выполняться, например, его изготовителем или оператором, работающим со спектральным датчиком или устройством, в которое он встроен. При переконфигурировании может также потребоваться согласование параметров управления детектором с параметрами управления осветительного устройства, например, при изменении количества источников света, включаемых и выключаемых для выполнения измерений. При переконфигурировании управляющего устройства с его измененной конфигурацией необходимо также согласовывать устройство обработки, используемое для обработки регистрируемых детектором измеряемых значений, например, в том случае, когда для проверки ценного документа должны использоваться другие источники света.
В предпочтительном варианте спектральный датчик имеет, кроме того, корпус, в котором расположены осветительное устройство, проекционная оптика и детектор, а также возможно предусмотренные управляющее устройство и детектирующая оптика.
Еще одним объектом изобретения является способ проверки ценных документов, который можно осуществлять с помощью описанного выше спектрального датчика. Для проверки ценного документа его с соответствующей скоростью перемещают мимо спектрального датчика. Ценный документ при этом освещают осветительным устройством, имеющим множество источников света, которые различаются между собой своими эмиссионными спектрами. Источники света при освещении ценного документа последовательно один за другим включают и выключают для освещения участка ценного документа составляющими освещающую последовательность световыми импульсами с различающимися между собой эмиссионными спектрами. Испускаемый осветительным устройством свет проецируют с помощью проекционной оптики на освещаемый участок ценного документа. Свет, испускаемый его источниками, в предпочтительном варианте фокусируют с помощью собирающей оптики, расположенной между источниками света и проекционной оптикой. В ходе такого процесса детектируют свет, исходящий от освещаемого участка ценного документа. При этом для каждого из световых импульсов их освещающей последовательности регистрируют измеряемое значение в целях регистрации таким путем спектрального распределения интенсивности света, исходящего от освещаемого участка ценного документа. Множество источников света охватывает при этом интервал видимой области спектра и/или интервал ближней инфракрасной области спектра таким образом, что путем регистрации измеряемых значений регистрируют спектральное распределение интенсивности в указанном интервале видимой области спектра и/или в указанном интервале ближней инфракрасной области спектра.
В одном из вариантов осветительное устройство имеет держатель источников света, на котором предусмотрено множество установочных мест, каждое из которых предназначено для размещения и крепления одного источника света. Установочные места для размещения источников света расположены на их держателе рядом друг с другом и определяются множеством индивидуальных углублений, в каждое из которых можно поместить по источнику света в виде чипа. Однако установочные места для размещения источников света могут также определяться возвышениями и/или возможно предусмотренными у держателя источников света электрическими контактными площадками, каждое/каждая из которых предназначено/предназначена для размещения и крепления одного источника света в виде чипа.
Осветительное устройство спектрального датчика может иметь собирающую оптику. Такая собирающая оптика выполнена, например, в виде микролинзовой системы, образованной множеством микролинз. Микролинзовую систему и держатель источников света при этом располагают относительно друг друга таким образом, что перед каждым из источников света, расположенных на их держателе, оказывается расположена точно одна из микролинз. В результате при работе спектрального датчика свет, испускаемый каждым из его источников, собирается, соответственно фокусируется точно одной микролинзой микролинзовой системы. Расположенная перед соответствующим источником света микролинза способна с высокой эффективностью собирать свет, испускаемый его источниками. Для обеспечения взаимно-однозначного соответствия в относительном расположении микролинз и источников света схема расположения микролинз в микролинзовой системе и схема расположения источников света на их держателе одинаковы. Так, например, микролинзы и источники света расположены в виде одинаковых двухмерных растров. В предпочтительном варианте микролинзовая система выполнена в виде цельного элемента, который имеет являющиеся его интегральным компонентом крепежные средства. Держатель источников света, в свою очередь, имеет ответную часть, соответствующую крепежным средствам микролинзовой системы.
С применением микролинзовой системы связаны значительные преимущества по сравнению с осветительным устройством, в котором для каждого источника света используется отдельная линза. Подобные преимущества обусловлены тем, что в этом случае для каждой из отдельных линз потребовалось бы предусматривать индивидуальное крепление, а при закреплении отдельных линз потребовалось бы обеспечивать точное позиционирование каждой из них относительно соответствующего источника света. При этом может потребоваться последующая юстировка точного положения и/или ориентации отдельных линз. В отличие от этого при применении микролинзовой системы, которая для каждого источника света имеет ровно одну микролинзу, вполне достаточно однократного точного позиционирования. Такое позиционирование может обеспечиваться крепежными средствами микролинзовой системы, соединяемыми с соответствующими ответными частями держателя источников света. Поэтому изготовление спектрального датчика может происходить намного проще и без юстировки. Помимо этого в отличие от реализации соответствующего освещения с применением отдельных линз, которые требуют их индивидуального крепления и между которыми при их размещении всегда остаются промежутки, в микролинзовой системе между отдельными микролинзами отсутствуют всякие промежутки либо в крайнем случае имеются лишь минимальные промежутки. Поскольку микролинзовая система выполнена в виде цельного элемента, микролинзы могут переходить непосредственно одна в другую. Поэтому микролинзовая система позволяет обеспечить фокусирование света как бы по всей своей площади. Использование микролинзовой системы позволяет получить осветительное устройство, которое обладает высокой эффективностью фокусирования света и является исключительно компактным.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - спектральный датчик, проверяющий перемещаемый мимо него ценный документ,
на фиг.2а - пример эмиссионных спектров источников света, образующих осветительное устройство (с нормированной интенсивностью),
на фиг.2б - временная диаграмма освещения ценного документа несколькими последовательностями световых импульсов, каждая из которых состоит из множества таких световых импульсов,
на фиг.3а - фрагмент ценного документа с изображением его освещаемого участка и анализируемого участка,
на фиг.3б и 3в - фрагменты ценного документа в момент освещения первым (фиг.3б) и в момент освещения последним (фиг.3в) световыми импульсами одной их освещающей последовательности с указанием величины смещения освещаемого участка на протяжении освещающей последовательности световых импульсов и
на фиг.4а и 4б - пример спектрального распределения интенсивности двух метамерных цветов, различающихся между собой в красной области спектра, и результатов измерений спектральным датчиком.
Ниже спектральный датчик для проверки ценных документов более подробно рассмотрен на примере датчика отражательного типа. Однако предлагаемый в изобретении спектральный датчик может быть также выполнен в виде датчика просветного типа. Для этого детектор располагают напротив осветительного устройства и детектируют освещающий свет, прошедший сквозь ценный документ.
На фиг.1 показан пример спектрального датчика 100, который предназначен для проверки перемещаемых мимо него ценных документов 1. Для освещения ценного документа 1 спектральный датчик 100 имеет осветительное устройство 50, образованное множеством источников 15 света со множеством разных эмиссионных спектров. Испускаемый осветительным устройством 50 освещающий свет проецируется собирающей оптикой и изображающей линзой 25 на ценный документ 1. В данном примере собирающая оптика 20 выполнена в виде микролинзовой системы 20. Однако для проецирования испускаемого осветительным устройством 50 света на ценный документ 1 в качестве проекционной оптики можно вместо изображающей линзы 25 использовать и другие оптические компоненты, например линзовые системы, один или несколько дифракционных оптических компонентов, например линзы Френеля, или проекционные зеркала. От ценного документа 1 в зависимости от его оптических свойств отражаются составляющие освещающего света. Отраженный от ценного документа 1 свет детектируется детектором 30, имеющим светочувствительный участок 31. Детектор 30 может быть образован, например, фотодиодом на основе InGaAs или фототранзистором на основе InGaAs. Перед детектором 30 расположена детектирующая оптика 35, которая собирает или фокусирует отраженный от ценного документа 1 свет и направляет его на светочувствительный участок 31. В показанном на чертеже примере освещающий свет проецируется на ценный документ 1 перпендикулярно ему, а детектор 30 воспринимает отраженный под острым углом свет. В другом варианте можно также освещать ценный документ под острым углом, а детектором 30 регистрировать свет, отраженный в перпендикулярном направлении или под острым углом.
В показанном на фиг.1 примере осветительное устройство 50 имеет держатель 10 источников света, на котором предусмотрено множество установочных позиций или установочных мест 11, каждое из которых предназначено для размещения и крепления одного источника 15 света. Держатель 10 источников света выполнен, например, в виде печатной платы и имеет необходимую для работы источников 15 света разводку (не показана), которая позволяет избирательно управлять каждым отдельным источником 15 света. В рассматриваемом примере установочные места 11 для размещения источников света образованы углублениями в держателе 10, в каждом из которых закреплено по источнику 15 света. Для образования осветительного устройства 50 в некоторых или во всех установочных местах 11 предусматривают по источнику 15 света. В качестве источников 15 света используют, например, светодиоды. и/или органические светодиоды, и/или полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором и поверхностным излучением.
Микролинзовая система 20 осветительного устройства имеет множество микролинз 21. Держатель 10 источников света и микролинзовая система взаимно согласованы таким образом, что с каждым из установочных мест 11 для размещения источников света соотнесена ровно одна из микролинз 21. С этой целью микролинзы 21 расположены в микролинзовой системе 20 по такой же схеме, что и установочные места 11 на держателе 10 источников света. Свет, испускаемый отдельными его источниками 15, собирается микролинзой 21, расположенной перед соответствующим источником 15 света. Микролинзовая система 20 выполнена в виде цельного элемента и образована, например, стеклянным элементом или прозрачным пластмассовым элементом. Диаметр отдельных микролинз лежит, например, в микрометровом или миллиметровом диапазоне. Для крепления микролинзовой системы 20 ее основа или корпус снабжена/снабжен крепежными штифтами 22, вставляемыми в соответствующие им отверстия в держателе 10 источников света. Благодаря использованию крепежных штифтов 22 для крепления микролинзовой системы 20 автоматически обеспечивается ее установка в оптимальное положение относительно источников 15 света. Поэтому при изготовлении спектрального датчика 100 отсутствует необходимость в юстировке его осветительного устройства 50.
Спектральный датчик 100 имеет корпус 90, с нижней стороны которого расположено прозрачное окошко 101. Испускаемый осветительным устройством 50 свет направляется через окошко 101 на проверяемый ценный документ 1, который перемещается мимо спектрального датчика 100 в направлении Т. Управление осветительным устройством 50, прежде всего источниками 15 света, и детектором 30 осуществляется управляющим устройством 60, которое в рассматриваемом примере расположено в корпусе 90. Управляющее устройство 60 включает и вновь выключает источники 15 света последовательно один за другим, например, таким образом, что в каждый момент включен только один источник 15 света. На протяжении включенного состояния источников света детектор 30 регистрирует по измеряемому значению, которое соответствует интенсивности света, отраженного от ценного документа 1. Ценный документ 1 последовательно освещается разными источниками 15 света, различающимися между собой своими эмиссионными спектрами. Поскольку детектор 30 синхронно с освещением источниками 15 света регистрирует по одному измеряемому значению, таким путем для различающихся между собой эмиссионных спектров источников 15 света детектируется интенсивность света, отраженного от ценного документа 1.
Источники 15 света характеризуются множеством различающихся между собой эмиссионных спектров. На фиг.2а показаны эмиссионные спектры E1-E12 источников света для примера, в котором осветительное устройство имеет двенадцать источников 15 света, эмиссионные спектры которых отчасти лежат в видимой, а отчасти - в ближней инфракрасной области спектра. В данном примере максимумы E1-E12 излучения в эмиссионных спектрах всех двенадцати источников 15 света приходятся на разные длины волн λ1-λ12. Спектральные интервалы между каждыми двумя соседними между собой максимумами излучения, приходящимися на длины волн λ4-λ8, составляют в данном примере менее 60 нм. Эмиссионные же спектры Е10, Е11 и Е12 у спектрально соседних между собой источников света с максимумами излучения, приходящимися на длины волн λ10, λ11 и λ12, спектрально перекрываются между собой.
Управляющее устройство 60 управляет источниками 15 света таким образом, что освещающая последовательность B1, с которой происходит включение и выключение источников 15 света, периодически повторяется. На фиг.2б в качестве примера показана освещающая последовательность В1, которая состоит из 12-ти световых импульсов P1-P12 и периодически повторяется (B2, B3, …). Управляющее устройство 60 может быть запрограммировано, например, таким образом, что в пределах каждой из освещающих последовательностей B1, B2, B3 каждый источник 15 света осветительного устройства 50 включается и выключается ровно по одному разу. В другом варианте один и тот же источник 15 света можно также включать и выключать многократно в пределах одной освещающей последовательности с целью, например, скомпенсировать низкую интенсивность маломощного источника 15 света путем многократных измерений. Освещающая последовательность может состоять из световых импульсов, испускаемых либо всеми имеющимися в осветительном устройстве 50 источниками 15 света путем их включения и выключения, либо только их частью. По окончании освещающей последовательности B1, т.е. по завершении процесса регистрации измеряемого значения при освещении ценного документа световыми импульсами, каждый из которых характеризуется своим эмиссионным спектром E1-E12, предусмотренным для проведения измерений, начинается следующая освещающая последовательность B2, на протяжении которой вновь при освещении световыми импульсами, каждый из которых характеризуется своим эмиссионным спектром E1-E12, предусмотренным для проведения измерений, регистрируется измеряемое значение, и т.д. Между освещающими последовательностями B1, B2, B3 может быть предусмотрена пауза в освещении. Измеренные на протяжении одной освещающей последовательности значения характеризуют спектральную зависимость отражения света от соответствующего анализируемого участка на ценном документе. При необходимости несколько значений, измеренных при освещении ценного документа световыми импульсами, испускаемыми одним и тем же источником света в следующих одна за другой освещающих последовательностях, можно объединять в результирующее измеренное значение. Так, например, в результирующее измеренное значение можно объединять значение, измеренное при освещении первым световым импульсом P1 из первой освещающей последовательности B1, и значение, измеренное при освещении первым световым импульсом P1 из освещающей последовательности B2.
На фиг.3а показан фрагмент ценного документа 1 с изображением его освещаемого осветительным устройством 50 участка 2. Световыми импульсами P1-P12, составляющими освещающую последовательность B1, освещается часть 4 освещаемого участка 2 светом в каждом случае однородной интенсивности. Помимо этого на чертеже показан анализируемый участок 3, который расположен полностью в пределах однородно освещаемой части 4 освещаемого участка 2.
P1
P12
P1
P1
P1
P1
P12
P12
P12
Р12
Р1
Р12
Р12
Р12
Р1
Р1
Р1
Р12
Длительность Δt освещающих последовательностей B1, B2, B3, …, согласована со скоростью перемещения ценного документа 1 таким образом, что путем регистрации разных измеряемых значений в пределах одной освещающей последовательности детектируется свет, отраженный по меньшей мере приблизительно от одного и того же анализируемого участка 3 на ценном документе 1. Для иллюстрации сказанного на фиг.3б и 3в показан фрагмент ценного документа 1 в два разных момента t и t. На фиг.3б, 3в не показана однородно освещаемая часть 4. В момент t ценный документ 1 освещается первым световым импульсом P1 из освещающей последовательности B1, при этом освещаемый в данный момент участок обозначен позицией 2, a соответствующий анализируемый участок обозначен позицией 3 (см. фиг.3б). В результате перемещения ценного документа 1 он за время, проходящее от момента t до момента t, успевает пройти расстояние d в направления Т своего перемещения. В момент t ценный документ 1 освещается последним световым импульсом P12 из освещающей последовательности B1, при этом освещаемый в данный момент участок обозначен позицией 2, a соответствующий анализируемый участок обозначен позицией 3 (см. фиг.3в). Помимо этого на фиг.3в схематично еще раз обозначен освещаемый первым световым импульсом P1 участок 2 ценного документа 1, смещенный относительно его освещаемого участка 2 на расстояние d. Однако по сравнению с длиной L освещаемого участка расстояние d очень мало. Поэтому положения освещаемого участка 2 и анализируемого участка 3 на ценном документе лишь незначительно смещены относительно положений освещаемого участка 2 и анализируемого участка 3 на ценном документе 1. По сравнению с длиной L освещаемого участка расстояние d, которое ценный документ 1 успевает пройти за время от начала до конца одной и той же освещающей последовательности, настолько мало, что оба освещаемых участка 2 и 2 взаимно перекрываются по своей площади на по меньшей мере 75%.
На фиг.4а в качестве примера показан спектр отражения (штриховая линия) первого цвета C1. Символами x обозначены значения, измеряемые спектральным датчиком при регистрации спектрального распределения интенсивности первого цвета C1. Для регистрации спектрального распределения интенсивности такой спектральный датчик использует источники света, испускающие оптическое излучение на десяти разных длинах λ1-λ10 волн, пять из которых лежат в красной области спектра (λ4-λ8). На фиг.4б наряду со спектром отражения первого цвета C1 представлен также спектр отражения второго цвета C2 (сплошная линия), а также указаны обозначенные символами о значения, измеряемые спектральным датчиком при регистрации спектрального распределения интенсивности второго цвета C2. Первый цвет C1 и второй цвет C2 являются метамерными по отношению друг к другу цветами, спектры отражения которых различаются между собой только в красной области спектра, а в остальном идентичны друг другу.
Применявшиеся до настоящего времени RGB-датчики хотя и способны детектировать отраженный свет в красной области спектра, однако они детектируют весь красный цветовой канал интегрально. Сказанное означает, что детектируется полная интенсивность отраженного света в красной области спектра вне зависимости от спектрального распределения в ней такого отраженного света. RGB-датчик способен дифференцировать между собой два цвета только в том случае, когда оба они различаются между собой своей полной интенсивностью, которую RGB-датчик детектирует для конкретного цвета в одном из своих цветовых каналов. Поскольку у обоих цветов C1 и C2 их спектры отражения имеют по ширине красной области спектра одну и ту же площадь под кривой спектрального отражения (см. фиг.4б), RGB-датчик, интегрально измеряющий интенсивность отраженного света в красной области спектра, для обоих цветов детектировал бы в этой спектральной области одну и ту же полную интенсивность. Поэтому RGB-датчик не способен дифференцировать между собой оба метамерных цвета C1 и C2.
Предлагаемый же в изобретении спектральный датчик способен дифференцировать между собой метамерные цвета на основании присущего каждому из них спектрального распределения интенсивности, которое спектральный датчик регистрирует для этих цветов в одном своем цветовом канале. В показанном на фиг.4а, 4б примере спектральный датчик способен различать оба цвета C1 и C2 путем сравнения присущего каждому из них спектрального распределения интенсивности в красной области спектра, прежде всего путем сравнения пяти измеряемых значений (x, соответственно o), которые он регистрирует на длинах волн λ4-λ8.