УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ
DEVICE AND METHOD OF OPTICAL EXAMINATION OF VALUABLE DOCUMENTS

Настоящее изобретение относится к устройству и способу оптического исследования ценных документов.
Выше и в последующем описании под понятием "ценные документы" подразумеваются выполненные в виде карт или прежде всего листовые объекты, которые имеют, например, денежную стоимость или представляют собой удостоверение и/или обладают такими свойствами, которые создают исключительные сложности в изготовлении ценных документов посторонними лицами. Поэтому ценные документы снабжаются защитными признаками, которые не допускают их простого воспроизведения, прежде всего копирования, и наличие которых является признаком подлинности ценных документов, т.е. изготовления их на печатной фабрике, имеющих лицензию на их выпуск. Важными примерами таких ценных документов являются чип-карты, купоны, ордера, чеки и прежде всего банкноты.
Ценные документы всесторонне оптически исследуются с целью определения их типа и состояния и/или с целью проверки их подлинности. Хотя, в принципе, для исследования и можно использовать свет осветительных устройств в помещении, однако результатом подобных исследований, ориентированных на использование такого света, являются слишком большие ошибки, обусловленные значительными колебаниями свойств света осветительных устройств в помещении.
Поэтому для исследования применяются устройства, которые имеют осветительное устройство, предназначенное для освещения оптическим освещением с заданными свойствами по меньшей мере части того участка ценного документа, который задан размерами рабочей зоны устройства, и детекторное устройство или датчик для детектирования оптического излучения, исходящего из рабочей зоны, прежде всего от ценного документа, освещенного осветительным устройством.
Для освещения хотя и можно использовать источники света, такие, например, как галогенные лампы, однако они потребляют слишком большую мощность по сравнению с мощностью излучения в требуемом спектральном диапазоне и поэтому требуют достаточно интенсивного охлаждения. Помимо этого недостаток этих источников света состоит также в том, что они характеризуются относительно непродолжительным сроком службы. Кроме того, эти источники света занимают достаточно много места.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство для оптического исследования ценных документов, которое, имея компактную компоновку, обеспечивало бы хорошее освещение исследуемого ценного документа, а также соответствующий способ оптического исследования ценных документов.
Эта задача решается с помощью устройства для оптического исследования по меньшей мере одного ценного документа, находящегося в рабочей зоне устройства, содержащего осветительное устройство для освещения ценного документа по меньшей мере в одной части рабочей зоны, имеющее по меньшей мере один лазерный диод поверхностного излучения с вертикальным резонатором, управляющее устройство для управления лазерным диодом и детекторное устройство для регистрации оптического излучения, исходящего по меньшей мере из одной части рабочей зоны.
Эта задача также решается с помощью способа оптического исследования ценного документа в рабочей зоне, при осуществлении которого ценный документ освещают по меньшей мере одним лазерным диодом поверхностного излучения с вертикальным резонатором.
При осуществлении способа можно детектировать предпочтительно оптическое излучение из по меньшей мере одной части рабочей зоны, которое возникает в результате освещения ценного документа. При этом речь может идти прежде всего о люминесценции, возбуждаемой в ценном документе, об отраженном или обратно рассеянном от ценного документа или о проходящем через него оптическом излучении.
В соответствии с этим детекторное устройство может располагаться относительно осветительного устройства и рабочей зоны прежде всего таким образом, чтобы входящий в состав детекторного устройства приемник излучения располагался с той же самой стороны ценного документа, с которой он освещается, или с противоположной стороны. Сказанное означает, что детекторное устройство может располагаться таким образом, чтобы оно могло исследовать свойства отраженного или проходящего света, соответственно отраженных лучей или лучей, проходящих через ценный документ.
В принципе, исследование может проводиться в том случае, когда ценный документ остается неподвижным относительно устройства для исследования ценных документов и прежде всего осветительного устройства. Однако прежде всего при использовании устройства для исследования ценных документов в устройстве для обработки ценных документов, в котором ценные документы исследуются последовательно в автоматическом режиме, ценный документ может также перемещаться в процессе его освещения. В соответствии со сказанным выше объектом изобретения является также устройство для обработки ценных документов, содержащее предлагаемое в изобретении устройство для исследования ценных документов и транспортировочное устройство для перемещения ценного документа через рабочую зону с заданной скоростью. При этом скорость транспортировки может задаваться прежде всего в зависимости от технических характеристик устройства для исследования ценных документов или транспортировочного устройства. Таким образом, при последовательном детектировании можно получать изображение транспортируемого через рабочую зону участка ценного документа.
Изобретение полностью отходит от традиционных средств освещения. Таким образом, хотя для освещения ценного документа вместо галогенных ламп и можно использовать стандартные так называемые лазерные диоды торцевого излучения, они испускают оптическое излучение с исключительно неоднородным и не обладающим простой симметрией распределением интенсивности. Подобные свойства диодов этого типа могут значительно ухудшать качество исследования ценного документа.
Согласно изобретению для освещения ценного документа используется лазерный диод поверхностного излучения с вертикальным резонатором (сокр. VCSEL от англ. "vertical cavity surface emitting laser"), называемый также поверхностно-излучающим лазерным диодом с вертикальным резонатором, т.е. полупроводниковый модуль, лазерный резонатор которого испускает излучение в направлении, которое ориентировано по меньшей мере примерно перпендикулярно поверхности модуля, соответственно чипа. Так, в частности, лазерный резонатор подобных лазерных диодов поверхностного излучения может иметь расположенные по меньшей мере примерно параллельно поверхности отражательные элементы, например отражательные слои, соответственно системы отражательных слоев. Ниже по тексту лазерный диод поверхностного излучения с вертикальным резонатором именуется сокращенно "лазерным диодом поверхностного излучения".
Неожиданно было установлено, что применение подобных лазерных диодов поверхностного излучения в устройстве для исследования ценных документов обеспечивают ему несколько преимуществ.
Помимо этого, данные устройства для исследования ценных документов можно изготавливать с выходными окнами, размеры которых значительно превышают размеры выходных окон лазерных диодов торцевого излучения, благодаря чему дифракция на краях оказывает лишь небольшое влияние или не оказывает никакого влияния на испускаемый луч.
Кроме того, профиль луча лазерных диодов поверхностного излучения является практически осесимметричным (обладает вращательной симметрией), благодаря чему существенно упрощается формирование луча с использованием простых оптических элементов по сравнению с лазерными диодами торцевого излучения.
Помимо этого, лазерный резонатор лазерных диодов поверхностного излучения более точно задает диапазон длин волн излучения по сравнению с аналогичной характеристикой лазерных диодов торцевого излучения. Такой лазерный резонатор обеспечивает более узкие диапазоны длин волн излучения и более высокую температурную стабильность диапазона длин волн излучения.
В предпочтительном варианте полная ширина на половине максимума (ПШПМ) спектра излучения составляет менее 1 нм.
Кроме того, и пространственная когерентность испускаемого излучения оказывается меньше, чем у лазерных диодов торцевого излучения, благодаря чему можно практически или полностью исключать образование пятнистой структуры или спекл-структуры на ценном документе, освещаемом лазерным диодом.
Благодаря благоприятной форме луча лазерных диодов поверхностного излучения последние предпочтительно можно использовать в комбинации друг с другом для освещения ценного документа, т.е. при осуществлении предлагаемого в изобретении способа наряду с лазерным диодом для освещения можно использовать по меньшей мере один дополнительный лазерный диод поверхностного излучения. Поэтому в предпочтительном варианте выполнения устройства для исследования ценных документов для высвечивания области освещения заданной конфигурации в рабочей зоне осветительное устройство имеет по меньшей мере один дополнительный лазерный диод поверхностного излучения, а управляющее устройство выполнено с возможностью управления этим дополнительным лазерным диодом.
В этом случае лазерные диоды наиболее предпочтительно выполнять в одном модуле или чипе. Подобное простое исполнение возможно применительно лишь к лазерным диодам поверхностного излучения и обеспечивает им определенное преимущество, состоящее в возможности простого изготовления также имеющей значительную площадь поверхности системы лазерных диодов. Еще одно преимущество заключается в том, что при сборке устройства для исследования ценных документов в него необходимо устанавливать в качестве источника излучения лишь один блок, благодаря чему значительно упрощается процесс изготовления этого устройства.
В наиболее предпочтительном варианте в одном модуле расположено более 50 лазерных диодов.
Управление лазерными диодами с использованием управляющего устройства может проводиться различными методами. В простейшем варианте осуществляется общее управление всеми лазерными диодами осветительного устройства, вследствие чего характеристики области освещения, высвечиваемой в рабочей зоне, зависят, в основном, от количества и расположения лазерных диодов.
Согласно еще одному варианту осветительное устройство содержит по меньшей мере две группы лазерных диодов поверхностного излучения, включающие в себя указанные выше лазерные диоды поверхностного излучения, причем управление лазерными диодами одной группы осуществляется независимо от лазерных диодов другой группы. Управляющее устройство выполнено с возможностью управления одной группой лазерных диодов отдельно от управления другими группами лазерных диодов. В этом случае при осуществлении способа ценный документ можно освещать с помощью по меньшей мере двух групп, включающих лазерные диоды поверхностного излучения, при этом лазерные диоды одной группы управляются отдельно от лазерных диодов другой группы. Тем самым путем управления группами можно обеспечивать, в частности, изменение характеристик области освещения в пространстве и времени, преимущество чего состоит в повышенной изменяемости характеристик освещения ценного документа. При этом под отдельным или независимым управлением либо под отдельной или независимой управляемостью подразумевается то, что лазерные диоды допускают такое управление ими. Помимо этого управляющее устройство должно быть способным обеспечивать отдельное управление каждой группой, при этом, как очевидно, например, путем программирования управляющего устройства можно обеспечивать объединенное управление обеими группами лазерных диодов.
В соответствии со следующим вариантом в устройстве для исследования ценных документов используются лазерные диоды, выполненные с возможностью управления каждым из них по отдельности, а само управляющее устройство выполнено с возможностью управления каждым отдельным лазерным диодом. Если при осуществлении способа для освещения ценного документа применяются дополнительные лазерные диоды поверхностного излучения, то каждым лазерным диодом можно управлять отдельно от других лазерных диодов. Так, в частности, управление может осуществляться независимо, соответственно отдельно в указанном выше смысле. Возможность индивидуального управления применительно к каждому лазерному диоду в чипе представляет собой еще одно преимущество лазерных диодов поверхностного излучения.
Путем соответствующего расположения лазерных диодов и управления ими можно в широких пределах варьировать форму области освещения в том случае, когда применяется лишь одна простая осветительная оптическая система, т.е. прежде всего одна осветительная оптическая система с оптическими элементами, такими, например, как линзы, которые расположены в зоне траектории лучей осесимметрично по меньшей мере примерно относительно оптической оси, при необходимости представляющей собой ломаную оптическую ось, созданную отклоняющими элементами. Применение лишь одной подобной осветительной оптической системы упрощает и удешевляет изготовление осветительного устройства.
2
Осветительное устройство с несколькими выполненными предпочтительно в чипе, соответственно в модуле лазерными диодами поверхностного излучения можно использовать благодаря форме профиля луча лазерных диодов предпочтительно для высвечивания плоскостной области освещения. К тому же устройство для исследования ценных документов предпочтительно выполнено с возможностью освещения заданной поверхности с высвечиванием на ней области освещения таким образом, чтобы пространственная неравномерность освещенности в пределах освещаемой лазерными диодами поверхности составляла менее 20% максимальной освещенности области освещения. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа лазерные диоды могут управляться таким образом, чтобы освещать заданную поверхность ценного документа, высвечивая на ней область освещения, в которой пространственная неравномерность освещенности на освещаемой поверхности составляет менее 20% максимальной освещенности области освещения. Подобное освещение является особо однородным и тем самым облегчает надежное детектирование защитных признаков. При этом площадь заданной поверхности составляет предпочтительно более 0,5 мм.
Эту однородность освещения в устройстве для исследования ценных документов, в принципе, можно обеспечить путем применения пригодных для решения этой задачи оптических компонентов или обеспечивающих однородность (гомогенизирующих) устройств. Однако в предпочтительном варианте лазерные диоды поверхностного излучения расположены относительно друг друга таким образом, чтобы освещать заданную поверхность, высвечивая на ней область освещения, в которой пространственная неравномерность освещенности на поверхности составляет менее 20% максимальной освещенности области освещения. Тем самым можно исключить применение особых оптических компонентов и прежде всего применение гомогенизирующих устройств, таких, например, как рассеиватели, дифракционно-оптические элементы или световоды, которые понижают интенсивность испускаемого оптического излучения. Поэтому в наиболее предпочтительном варианте устройство для исследования ценных документов не имеет никаких предназначенных для обеспечения однородности освещения гомогенизирующих устройств или элементов, таких, например, как рассеиватели, световоды или системы микролинз.
Среднее расстояние между ближайшими соседними лазерными диодами поверхностного излучения осветительного устройства составляет предпочтительно менее 150 мкм.
Согласно первому варианту выполнения устройства для исследования ценных документов лазерные диоды могут располагаться в форме матрицы. Так, в частности, они могут располагаться в узлах квадратной или прямоугольной решетки. Подобное размещение обеспечивает наиболее простое изготовление поля лазерных диодов в чипе прежде всего по той причине, что при необходимости обеспечить индивидуальное управление каждым лазерным диодом можно простым путем выполнять соответствующие сигнальные или токопроводящие линии. Кроме того, при таком расположении лазерных диодов можно обеспечивать особо простое управление ими.
В соответствии со вторым вариантом выполнения устройства для исследования ценных документов лазерные диоды расположены в узлах гексагональной точечной решетки. Преимущество такого расположения лазерных диодов состоит в том, что простым путем можно обеспечивать их особо плотное расположение, и, следовательно, становится возможным высвечивание особо гомогенной или однородной по освещенности области освещения.
Как уже указано выше, по меньшей мере форма области освещения в рабочей зоне, соответственно на ценном документе может определяться, в основном, расположением излучающих лазерных диодов. Поэтому в устройстве для исследования ценных документов применяется предпочтительно такое управляющее устройство, которое способно управлять соответственно только одной частью лазерных диодов для обеспечения испускания оптического излучения с целью высвечивания заданной области освещения. В соответствии с этим при осуществлении предлагаемого в изобретении способа управляют лазерными диодами с целью обеспечения испускания ими оптического излучения предпочтительно таким образом, чтобы высвечивалась заданная область освещения. Преимущество этого варианта выполнения устройства для исследования ценных документов состоит в том, что в зависимости от его исполнения для изменения области освещения требуется модифицировать лишь управляющее устройство. Если оно выполнено программируемым (что предпочтительно), то необходимо изменить всего лишь используемую в нем программу.
Более высокая гибкость в применении обеспечивается в том случае, когда управляющее устройство, используемое в выполненном по одному из предпочтительных вариантов устройстве для исследования ценных документов, выполнено с возможностью управления лазерными диодами в зависимости от сигнала или хранящихся в управляющем устройстве данных таким образом, чтобы в зависимости от сигнала или данных высвечивать в рабочей зоне одну и ту же область освещения в различных заданных местах. В этом случае при осуществлении предлагаемого в изобретении способа лазерными диодами можно управлять в зависимости от сигнала или данных таким образом, чтобы в зависимости от сигнала или данных высвечивалась одна и та же область освещения в одном из по меньшей мере двух различных мест. Сигнал может считываться, например, через интерфейс из внешнего блока ввода данных или может передаваться из соответствующего блока устройства для обработки ценных документов, в состав которого входит устройство для исследования ценных документов. Управление лазерными диодами может заключаться прежде всего в том, что при этом обеспечивается включение или выключение лишь одной части лазерных диодов.
Так, согласно одному из предпочтительных вариантов устройства для исследования ценных документов, прежде всего управляющее устройство способно управлять лазерными диодами поверхностного излучения таким образом, чтобы протяженность участка детектирования детекторного устройства в направлении транспортировки была меньше по сравнению с протяженностью области освещения в этом же направлении, и область освещения, если смотреть в направлении транспортировки, дальше простиралась относительно участка детектирования, чем в обратном направлении. При этом под участком детектирования подразумевается тот участок рабочей зоны, с которого детекторное устройство может детектировать оптическое излучение, в частности, за исключением лишь рассеянного излучения. Сигнал или данные о направлении транспортировки указанным выше образом может, соответственно могут передаваться в управляющее устройство, которое обеспечивает управление лазерными диодами в зависимости от сигнала или данных. Тем самым одновременно можно решать две задачи. Во-первых, благодаря большей протяженности области освещения в направлении транспортировки при исследовании, прежде всего при люминесцентном исследовании на заданный участок ценного документа, например на след или дорожку с использованными для защиты ценных документов от подделки веществами, можно направлять большее количество оптического излучения, т.е. большее количество световой энергии, благодаря чему можно повышать интенсивность детектируемого излучения. Во-вторых, может автоматически выполняться настройка устройства для исследования ценных документов, а точнее говоря, положения области освещения относительно участка детектирования при встраивании в устройство для обработки ценных документов в зависимости от характеристик транспортировочного устройства, для чего в управляющее устройство передаются или с применением соответствующего интерфейса вводятся вручную соответствующие сигналы, например, от привода транспортировочного устройства или из другого блока устройства для обработки ценных документов. Поэтому устройство для исследования ценных документов может исполняться и применяться как легко конфигурируемый модуль.
Согласно только что описанному варианту управляющее устройство может переключаться, в частности, между двумя или несколькими положениями областей освещения.
Альтернативно или дополнительно применяемое в устройстве для исследования ценных документов управляющее устройство может быть выполнено с возможностью управления лазерными диодами таким образом, чтобы обеспечивать высвечивание в рабочей зоне в процессе освещения изменяющейся с течением времени области освещения. В этом случае при осуществлении предлагаемого в изобретении способа предпочтительно управлять лазерными диодами таким образом, чтобы в процессе освещения высвечивалась изменяющаяся с течением времени область освещения. При этом требуемая изменяющаяся с течением времени область освещения может обеспечиваться прежде всего, например, за счет соответствующего исполнения и/или программирования управляющего устройства.
При этом область освещения может изменяться любым образом, прежде всего может изменяться форма области освещения. Однако для многих целей применения предпочтительно обеспечивать управление лазерными диодами таким образом, чтобы заданная область освещения перемещалась в заданном направлении с заданной скоростью. В этом случае используемое в устройстве для исследования ценных документов управляющее устройство выполнено с возможностью управления лазерными диодами таким образом, чтобы заданная область освещения перемещалась в заданном направлении с заданной скоростью. При этом перемещение должно занимать лишь заданный промежуток времени, необходимый, например, для однократного прохождения области освещения в пределах рабочей зоны. Помимо этого предполагается, что лазерные диоды расположены таким образом, что способны обеспечивать высвечивание заданной области освещения. Этот вариант обеспечивает целый ряд преимуществ, поскольку выполненное по этому варианту устройство для исследования ценных документов может использоваться в различных целях.
Этот вариант позволяет прежде всего последовательно получать одно- или двумерное изображение. Так, в частности, в этом случае используемое в устройстве для исследования ценных документов детекторное устройство необходимо выполнять лишь таким образом, чтобы оно детектировало выходящее из рабочей зоны оптическое излучение интегрально или только одномерно в направлении, проходящем поперек направления перемещения области освещения. При этом под интегральным детектированием подразумевается детектирование в заданный момент времени без пространственного разрешения. За счет последовательного освещения различных мест при перемещении области освещения и соответствующего последовательного детектирования можно таким образом создавать изображение, для чего полученные при каждом отдельном детектировании данные или сигналы объединяются в общее изображение.
С целью создания возможности для максимально простого обеспечения полного освещения устройство для исследования ценных документов можно выполнять прежде всего с таким расчетом, чтобы оно высвечивало прямоугольную, прежде всего линейную область освещения.
Устройство для исследования ценных документов может использоваться прежде всего для детектирования одно- или двумерных штрих-кодов путем перемещения области освещения.
В принципе, ценный документ может находиться в процессе его исследования в неподвижном состоянии. Однако для более быстрого исследования большего количества ценных документов с применением лишь одного устройства для исследования ценных документов при осуществлении предлагаемого в изобретении способа ценный документ предпочтительно в процессе его освещения перемещать в заданном направлении и с заданной скоростью транспортировки.
При этом скорость перемещения области освещения, в принципе, может отличаться от скорости транспортировки,
Однако при осуществлении предлагаемого в изобретении способа ценный документ перемещают предпочтительно в определенном направлении с определенной скоростью, при этом направление представляет собой направление транспортировки, а скорость представляет собой скорость транспортировки. Согласно одному из наиболее предпочтительных вариантов выполнения устройства для обработки ценных документов транспортировочное устройство выполнено с возможностью перемещения ценного документа через рабочую зону с заданной скоростью транспортировки, а управляющее устройство выполнено с возможностью управления лазерными диодами таким образом, чтобы область освещения перемещалась со скоростью транспортировки в направлении транспортировки. Особое преимущество, обеспечиваемое согласно этому варианту осуществления изобретения, состоит в возможности отслеживания определенного участка исследуемого ценного документа, прежде всего оптического защитного признака в процессе его детектирования, благодаря чему становится возможным исследование ценных документов и при исключительно высоких скоростях их транспортировки.
В общем случае, а также прежде всего в связи с последним рассмотренным вариантом используемое в устройстве для исследования ценных документов управляющее устройство может быть выполнено таким образом, чтобы оно могло обеспечивать высвечивание области освещения в одной заданной части рабочей зоны в зависимости от сигналов о положении, поступающих из соответствующего устройства для определения положения. В соответствии с этим при осуществлении предлагаемого в изобретении способа лазерными диодами управляют предпочтительно таким образом, чтобы обеспечивать высвечивание области освещения в одной заданной части рабочей зоны в зависимости от сигналов о положении, поступающих из соответствующего устройства для определения положения. Преимущество этого варианта состоит в том, что с применением одного устройства для определения положения, соответственно положения оптически исследуемого защитного признака может вырабатываться сигнал, отображающий положение ценного документа или защитного признака прежде всего относительно устройства для исследования ценных документов, и в зависимости от этого сигнала положения можно освещать и исследовать именно этот защитный признак. Таким путем можно значительно сократить объем данных, получаемых при исследовании всего ценного документа, благодаря чему исследование может проводиться быстрее, и можно выполнять более простым обрабатывающее устройство, предназначенное для обработки результатов детектирования свойств исследуемых ценных документов. Так, в частности, в том случае, когда детекторное устройство выполнено с возможностью регистрации с пространственным разрешением оптического излучения по меньшей мере в одном заданном спектральном диапазоне, при отслеживании защитного признака можно достичь значительного сокращения объема данных и повышения скорости их обработки.
Вместо рассмотренных выше вариантов или в комбинации с ними можно также использовать вариант, согласно которому используемое в устройстве для исследования ценных документов детекторное устройство может быть выполнено с возможностью детектирования оптического излучения с пространственным разрешением по меньшей мере в одном заданном спектральном диапазоне, а управляющее устройство может быть выполнено с возможностью управления лазерными диодами таким образом, чтобы по меньшей мере частично компенсировать пространственную неравномерность чувствительности детекторного устройства к оптическому излучению в указанном спектральном диапазоне. Соответственно при осуществлении предлагаемого в изобретении способа лазерными диодами предпочтительно управлять таким образом, чтобы по меньшей мере частично компенсировать пространственную неравномерность чувствительности детекторного устройства для детектирования оптического излучения с пространственным разрешением по меньшей мере в одном заданном спектральном диапазоне. Таким путем даже по истечении более продолжительного периода времени можно выполнять местную подстройку интенсивности освещения под чувствительность детекторного устройства, благодаря чему становится также возможным на длительный период времени точное оптическое исследование ценных документов.
Согласно изобретению лазерные диоды могут функционировать как непрерывно или импульсно излучающие источники излучения, для чего управляющее устройство выполняется соответствующим образом.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид выполненного по первому предпочтительному варианту устройства для обработки ценных документов,
на фиг.2 - схематичный вид устройства для исследования ценных документов, применяемого в показанном на фиг.1 устройстве для обработки ценных документов,
на фиг.3 - схематичный вид сверху лазерного диода торцевого излучения,
на фиг.4 - схематичный вид представленного в форме контурной диаграммы профиля луча показанного на фиг.3 лазерного диода торцевого излучения,
на фиг.5 - схематичный вид сбоку фрагмента лазерного диода поверхностного излучения,
на фиг.6 - схематичный вид представленного в форме контурной диаграммы профиля луча показанного на фиг.5 лазерного диода поверхностного излучения,
на фиг.7 - схематичный вид сверху чипа, применяемого в показанном на фиг.2 устройстве для исследования ценных документов и имеющего расположенные в виде матрицы лазерные диоды поверхностного излучения,
на фиг.8 - схематичный вид сбоку и сверху двух возможных вариантов освещения, реализуемых путем надлежащего управления лазерными диодами, показанными на фиг.7,
на фиг.9 - схематичный вид выполненного по второму предпочтительному варианту устройства для обработки ценных документов,
на фиг.10 - схематичный вид сбоку и сверху, иллюстрирующий процесс обеспечения с течением времени освещения ценного документа, транспортируемого в показанном на фиг.9 устройстве для обработки ценных документов, при котором (освещении) область освещения сопровождает ценный документ,
на фиг.11 - схематичный вид сбоку и сверху, иллюстрирующий процесс обеспечения с течением времени освещения неподвижного ценного документа, при котором (освещении) область освещения перемещается по ценному документу,
на фиг.12 - схематичный вид части детекторного устройства, используемого в устройстве для исследования ценных документов согласно еще одному варианту осуществления изобретения, и
на фиг.13 - схематичный вид сверху чипа, используемого в показанном на фиг.2 устройстве для исследования ценных документов и имеющего лазерные диоды поверхностного излучения, расположенные в узлах гексагональной точечной решетки.
На фиг.1 показано устройство 10 для обработки ценных документов, которое включает в себя устройство для оптического исследования ценных документов 12, например банкнот, и имеет приемный лоток 14 для помещения в него подаваемых на обработку ценных документов 12, листоотделяющее устройство 16 для поштучного отделения ценных документов от стопки, способное захватывать ценные документы 12, помещенные в приемный лоток 14, транспортировочное устройство 18 со стрелкой 20 и устройство 24 для исследования ценных документов, расположенное вдоль заданного транспортировочным устройством 18 транспортировочного пути 22 перед стрелкой 20, а также расположенный за стрелкой 20 первый приемный лоток 26 для выклада в него признанных подлинными ценных документов и второй приемный лоток 28 для выклада в него ценных документов, признанных не подлинными или поддельными. Центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30 соединено по меньшей мере с устройством 24 для исследования ценных документов и со стрелкой 20 сигнальными проводами и предназначено для управления устройством 24 для исследования ценных документов, обработки испытательных сигналов от устройства 24 для исследования ценных документов, а также для управления по меньшей мере стрелкой 20 в зависимости от результата обработки испытательных сигналов.
Устройство 24 для исследования ценных документов в соединении с управляющим и обрабатывающим устройством 30 используется для определения оптических свойств ценных документов 12 и для формирования испытательных сигналов, отображающих эти свойства.
При транспортировке ценного документа 12 с заданной скоростью в заданном транспортировочным путем 22 направлении Т устройство 24 для исследования ценных документов определяет показатели оптических свойств ценного документа, и при этом формируются соответствующие испытательные сигналы.
Путем обработки испытательных сигналов, принимаемых от устройства 24 для исследования ценных документов, центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30 определяет, является ли ценный документ подлинным или нет, в соответствии с заданным критерием подлинности, связываемым с испытательными сигналами.
Для решения этой задачи центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30 имеет прежде всего наряду с соответствующими интерфейсами для датчиков соответствующий процессор 32 и соединенное с этим процессором 32 запоминающее устройство 34, в котором хранится по меньшей мере одна компьютерная программа с программным кодом, при исполнении которой процессор 32 управляет устройством, соответственно обрабатывает испытательные сигналы и в соответствии с результатами обработки управляет транспортировочным устройством 18.
Так, в частности, центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30, а точнее говоря, находящийся в нем процессор 32 может проверять ценный документ на соответствие критерию подлинности, в который входят, например, справочные данные, которые относятся к считающемуся подлинным ценному документу и которые заданы и сохранены в запоминающем устройстве 34. В зависимости от результата определения подлинности или не подлинности центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30, прежде всего находящийся в нем процессор 32, подает транспортировочному устройству 18, а точнее говоря, стрелке 20 такой управляющий сигнал, по которому ценный документ 12, который соответственно был признан подлинным, транспортируется в первый приемный лоток 26, предназначенный для выклада в него признанных подлинными ценных документов, или во второй приемный лоток 28, предназначенный для выклада в него ценных документов, признанных не подлинными.
На фиг.2 более подробно представлено устройство 24 для исследования ценных документов. Оно включает в себя осветительное устройство 36 для освещения по меньшей мере одной части плоской рабочей зоны 38 на транспортировочном пути 22, в которую по транспортировочному пути 22 поступают исследуемые ценные документы 12, а также детекторное устройство 40. Управляющее устройство 42, предназначенное для управления осветительным устройством 36, и обрабатывающее устройство 44, предназначенное для обработки сигналов детекторного устройства 40, объединены в программируемом устройстве 46 для обработки данных, которое согласно этому варианту имеет не показанные процессор и запоминающее устройство, в котором хранится исполняемая процессором программа для обеспечения управления осветительным устройством 36 и обработки сигналов детекторного устройства 40. Управляющее 42 и соответственно обрабатывающее 44 устройства соединены сигнальными проводами с центральным управляющим и обрабатывающим устройством 30.
Осветительное устройство 36 имеет полупроводниковый модуль, соответственно полупроводниковый чип 48, в котором размещены в виде матрицы по меньшей мере пятьдесят лазерных диодов 50 поверхностного излучения для испускания оптического излучения в заданном спектральном диапазоне (см. фиг.7), и осветительную оптическую систему 52. Последняя имеет размещенную по ходу лучей освещения коллимирующую оптическую систему 54, отклоняющий элемент 56 для отклонения выходящего из коллимирующей оптической системы оптического излучения в рабочую зону 38 и фокусирующую оптическую систему 58 для фокусировки отклоненных лучей освещения в виде области 60 освещения на освещаемое поле 62 в рабочей зоне 38.
Спектральный диапазон задан типом исследуемых ценных документов, а точнее говоря, выполненных на них защитных признаков. Согласно этому варианту исследуются свойства люминесценции ценных документов. С этой целью спектральный диапазон выбран таким образом, чтобы излучение возбуждения люминесценции подлинного ценного документа находилось в пределах этого спектрального диапазона. Отклоняющий элемент 56 отклоняет возбуждающее излучение, однако практически полностью прозрачен для люминесцентного излучения, благодаря чему оно может проходить без отклонения сквозь отклоняющий элемент 56.
Оптическое излучение, т.е. детектируемое излучение, исходящее из рабочей зоны 38, соответственно от находящегося в ней ценного документа 12, направляется фокусирующей оптической системой 58 в бесконечность и попадает через отклоняющий элемент 56 без отклонения в детекторное устройство 40, которое согласно этому варианту включает в себя детекторную оптическую систему 64, освещаемый детекторной оптической системой 64 спектрографический блок 66, например формирующую изображение оптическую решетку и детекторные элементы (приемники излучения) 68 для детектирования интенсивности созданных спектрографическим блоком 66 пространственно разделенных спектральных составляющих детектируемого излучения. Детекторные элементы 68, используемые для передачи сигналов детектируемого излучения, которые отображают интенсивность попадающих на них (элементы) спектральных составляющих, в обрабатывающее устройство 44, соединены с ним сигнальными проводами. Поэтому детекторное устройство 40 детектирует детектируемое излучение без пространственного разрешения, в результате чего имеет место интегральное детектирование детектируемого излучения.
Как показано на фиг.7, в полупроводниковом модуле 48 осветительного устройства 36 лазерные диоды 50 поверхностного излучения расположены в параллельных строках и в столбцах, расположенных перпендикулярно строкам, при этом расстояние между ближайшими друг к другу лазерными диодами, составляющее 110 мкм, определяется непосредственно перед соответствующим лазерным диодом.
Для четкого представления обычных лазерных диодов торцевого излучения на фиг.3 схематично в виде сверху показан полупроводниковый модуль 70 с лазерным диодом торцевого излучения. В полупроводниковом модуле 70 параллельно поверхности полупроводникового модуля 70, соответственно полупроводниковой платы для изготовления полупроводникового модуля расположен резонатор 72, который на своих торцах 74 и 74' вдоль низкоиндексной плоскости кристаллической решетки является частично отражающим для генерируемого лазерного излучения и в котором располагается активная зона лазера, т.е. р-n-переход лазерного диода. Испускаемое лазерное излучение, как указано на фиг.3, испускается перпендикулярно торцам 74 и 74' и параллельно поверхности. Профиль луча, т.е. распределение интенсивности в плоскости, расположенной перпендикулярно направлению излучения, схематично показан на фиг.4 в виде контурной диаграммы, на которой х и у представляют собой декартовы координаты в плоскости, а линии представляют собой линии одинаковой интенсивности. Распределение имеет четко выраженную седловидную форму, которая тем самым не является осесимметричной.
На фиг.5 же схематично показан такой лазерный диод 76 поверхностного излучения, у которого на подложке 78 расположен резонатор 80, который выполнен в виде проходящих параллельно подложке 78 и поверхности или плоскости 82 полупроводниковой пластины отражательных структур, соответственно структур 84, 84' отражательных слоев, например в виде интерференционных слоев. Таким образом, лазерное излучение испускается перпендикулярно поверхности 82 полупроводниковой пластины, соответственно подложки 78. Для сохранения наглядности чертежа на нем не показаны электроды и распределение токопроводящих слоев.
На фиг.6 показан соответствующий изображению на фиг.4 профиль лазерного луча, испускаемого лазерным диодом поверхностного излучения. Этот профиль имеет практически точную осесимметричную форму относительно направления лучей и поэтому пригоден для последующего формирования луча с применением простой осветительной оптической системы со сферическими и планарными оптическими элементами, как и в этом варианте.
Лазерные диоды 50 поверхностного излучения выполнены и компактно размещены в полупроводниковом модуле 48 таким образом, чтобы была обеспечена возможность управлять независимо каждым из них по отдельности.
2
Количество, расположение и поверхность полупроводниковых диодов 50 поверхностного излучения и осветительная оптическая система 52 выбраны таким образом, чтобы в рабочей зоне 38 можно было равномерно, т.е. с неравномерностью освещенности менее 20% максимальной освещенности, освещать связное плоскостное поле площадью по меньшей мере 0,5 мм.
Управляющее устройство 42 используется для управления каждым лазерным диодом 50 по отдельности. Согласно этому варианту устройство 24 для исследования ценных документов выполнено в виде модуля для встраивания в устройство для обработки ценных документов, который выполнен таким образом, что в него ценные документы 12 могут подаваться, в принципе, с противоположных направлений.
С целью обеспечения максимально длительного освещения люминесцирующих веществ в исследуемом ценном документе управляющее устройство 42 управляет лазерными диодами 50 таким образом, чтобы в рабочей зоне 38 высвечивать поле 62 освещения, соответственно область 60 освещения, которая простирается навстречу направлению Т транспортировки за детекторное поле 86 (см. фиг.8) дальше, чем в направлении Т транспортировки. При этом детекторное поле 86 определено тем, что вплоть до рассеянного излучения только оптическое излучение может попадать с детекторного поля 86 в детекторное устройство 40. Тем самым обеспечивается возможность нахождения участка ценного документа под воздействием освещающего, соответственно возбуждающего излучения в течение периода времени, превышающего период времени, в течение которого этот участок находится в детекторном поле 86. Тем самым можно обеспечить повышенное люминесцентное излучение, благодаря чему облегчается детектирование люминесценции.
Управляющее устройство 42 подготовлено в данном случае путем его соответствующего программирования таким образом, что оно (устройство) по сигналу центрального управляющего и обрабатывающего устройства 30, отображающему направление Т транспортировки относительно положения устройства 24 для исследования ценных документов, управляет лазерными диодами 50 таким образом, чтобы в зависимости от направления Т транспортировки, соответственно от представляющего его сигнала лазерными лучами 88 высвечивалась в рабочей зоне 38 одна из двух показанных на фиг.8 областей 60, 61 освещения. Эти области освещения смещены относительно чипа 48, благодаря чему проявляется описанный выше эффект. Для его проявления включается только часть лазерных диодов 50, т.е. часть показанных на фиг.8 слева (а), соответственно справа (б) лазерных диодов, а остальные диоды остаются отключенными. Для сохранения наглядности на чертеже не показаны осветительная оптическая система 52, соответственно ее влияние на ход лучей. При этом под "включенными диодами" подразумеваются диоды, функционирующие в непрерывном или же в импульсном режиме.
Второй вариант осуществления изобретения, представленный на фиг.9, отличается от первого варианта тем, что вдоль транспортировочного пути 22 по ходу движения ценных документов перед устройством 24' для исследования ценных документов расположен датчик 90 изображения, который предназначен для регистрации изображений транспортируемых ценных документов и передает изображения по соответствующей линии связи в центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30'. Все другие компоненты аналогичны компонентам, представленным в первом варианте, и поэтому обозначаются теми же самыми позициями, что и в первом варианте, а пояснения, приведенные выше применительно к первому варианту, в равной степени относятся соответственно и ко второму варианту.
Центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30' отличается от центрального управляющего и обрабатывающего устройства 30 тем, что оно имеет не показанный на фиг.9 интерфейс для получения видеоданных датчика 90 изображения, и согласно этому варианту благодаря наличию соответствующего программного модуля подготовлено с расчетом на определение по видеоданным положения более тщательно исследуемого оптическим устройством 24' для исследования ценных документов участка ценного документа, например определенного участка с защитным признаком и передачу данных о положении этого участка в устройство 24' для исследования ценных документов. Поэтому датчик 90 изображения в соединении с центральным управляющим и обрабатывающим устройством 30' представляет собой устройство для определения положения исследуемого участка.
Устройство 24' для исследования ценных документов отличается от выполненного по первому варианту устройства 24 для исследования ценных документов только тем, что его управляющее устройство изменено по сравнению с управляющим устройством 42. Точнее говоря, его управляющее устройство выполнено с возможностью управления лазерными диодами 50 иначе по сравнению с управляющим устройством 42. Как схематично показано на фиг.10 во временной последовательности а), b), с) аналогично фиг.8, управляющее устройство управляет лазерными диодами 50 таким образом, чтобы во временной последовательности соответственно в направлении Т транспортировки лазерные диоды 92, находящиеся впереди в направлении транспортировки, включались с опережением, а лазерные диоды 94, находящиеся сзади в направлении транспортировки, отключались. Благодаря этому та же самая область 60' освещения, соответственно то же самое освещаемое поле 62', высвечиваемая(ое) лазерными лучами 88 передних лазерных диодов, перемещается со скоростью транспортировки в направлении Т транспортировки и проецируется на выбранный участок 98. Таким образом, в результате освещается только выбранный участок 98 в то время, когда он транспортируется в пределах детекторного поля 86. Таким путем можно эффективно уменьшать образование рассеянного или помехового излучения, исходящего от других участков ценного документа 12.
Согласно другим вариантам по сравнению с последним вариантом датчик 90 изображения можно также заменять другими блоками, позволяющими определять место расположения определенных исследуемых защитных признаков. Так, например, в зависимости от защитного признака для формирования приемлемого сигнала о месте расположения исследуемого признака в сочетании с известной скоростью транспортировки и известными координатами места расположения защитного признака на ценном документе можно также использовать сигнал краевого детектора, предназначенного для обнаружения появления переднего в направлении транспортировки края ценного документа и представляющего собой, например, фотоэлектрический барьер или ультразвуковой датчик.
Еще один вариант отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что для исследования ценный документ полностью останавливается и после остановки в рабочей зоне в устройство 24'' для исследования ценных документов передается пусковой сигнал, для чего центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30 модифицировано соответствующим образом. Устройство 24'' для исследования ценных документов отличается от выполненного по первому варианту устройства 24 для исследования ценных документов только исполнением, соответственно программированием управляющего и обрабатывающего устройства 42, соответственно 44. Все другие компоненты аналогичны компонентам, представленным в первом варианте, и поэтому обозначаются теми же самыми позициями, что и в первом варианте, а пояснения, приведенные выше применительно к первому варианту, в равной степени относятся соответственно и к этому варианту.
Управляющее устройство выполнено с возможностью управления лазерными диодами 50 таким образом, чтобы они высвечивали в процессе освещения переменную во времени область освещения. Точнее говоря, лазерные диоды управляются таким образом, что одна и та же область 60'' освещения перемещается в этом варианте с постоянной скоростью относительно ценного документа 12 во временной последовательности а), b), с), как это представлено на фиг.10, соответствующей в описании фиг.11. Одновременно через постоянные промежутки времени в импульсном режиме работы лазерных диодов синхронно с импульсами детекторное устройство 40 и обрабатывающее устройство 44 регистрируют отраженное детектируемое излучение, и в соответствии с временной последовательностью, а, следовательно, и с координатами исследуемого места на ценном документе сохраняют полученные данные в памяти обрабатывающего устройства 44 или передают непосредственно в центральное управляющее и обрабатывающее устройство. Таким путем обеспечивается получение изображения ценного документа. При необходимости после временного хранения в обрабатывающем устройстве соответствующие видеоданные передаются в центральное управляющее и обрабатывающее устройство 30 и в нем дополнительно обрабатываются.
При этом, как показано на фиг.11, область 60'' освещения имеет форму прямоугольной узкой полоски. В предпочтительном варианте область 60'' освещения настолько узкая, что может использоваться как "виртуальная" входная щель для детекторного устройства, соответственно спектрографического блока, которому в таком случае не требуется никакая входная щель.
Такое устройство для исследования ценных документов предпочтительно можно также использовать для распознавания штрих-кодов. Так, в частности, в этом случае детекторному устройству требуется только один детекторный элемент, но не требуется спектрографический блок.
Согласно следующему варианту вместо лишь одного детекторного элемента можно предусмотреть строку, образуемую детекторными элементами в детекторном устройстве, с применением которого вдоль строки перпендикулярно направлению перемещения области освещения можно регистрировать участки в зоне или на участке регистрации, соответственно детектирования с пространственным разрешением. Такое устройство для исследования ценных документов можно использовать прежде всего также для детектирования или распознавания двумерных штрих-кодов.
Выполненное по другому варианту устройство для исследования ценных документов отличается от выполненного по первому варианту устройства для исследования ценных документов наличием иного детекторного устройства 40''', а также иного управляющего и обрабатывающего устройства.
Детекторное устройство 40''' (см. фиг.12) имеет поле 100 с двумерным расположением детекторных элементов 102 для детектирования исходящего из рабочей зоны 38, соответственно от детекторного поля 86 оптического излучения с пространственным разрешением, а также проекционную оптическую систему 104 для фокусирования бесконечного хода параллельных лучей за фокусирующей оптической системой 58 на расположение детекторных элементов 102. Детекторные элементы 102, например, вследствие допусков при изготовлении или вследствие различного старения могут обладать различной чувствительностью к оптическому излучению в одном и том же спектральном диапазоне.
В этом отношении управляющее устройство 42'' изменено, т.е. иначе выполнено по сравнению с управляющим устройством 42 с возможностью управления лазерными диодами 50 в соответствии с чувствительностью детекторными элементами 102 таким образом, чтобы обеспечивать сглаживание различий в их чувствительности. Точнее говоря, это означает, что лазерные диоды 50 управляются таким образом, чтобы все детекторные элементы 102 выдавали одинаковые сигналы детектируемого излучения.
Таким путем можно также сглаживать ошибки проекционной оптической системы.
Обрабатывающее устройство 44'' выполнено для регистрации сигналов детектируемого излучения, получаемых от детекторных элементов 102.
Согласно одному из наиболее предпочтительных вариантов управляющее устройство выполнено с расчетом на получение от детекторных элементов сигналов детектируемого излучения для заданного управления лазерными диодами с применением обрабатывающего устройства и на автоматическое изменение управления лазерными диодами таким образом, чтобы все детекторные элементы выдавали одинаковый сигнал детектируемого излучения.
Такой порядок работы управляющего устройства соответствует в определенном смысле калибровке устройства для исследования ценных документов. В зависимости от варианта этот процесс может проводиться в автоматическом режиме через соответственно заданные интервалы в период работы устройства для исследования ценных документов или при его включении либо отключении, для чего управляющее устройство может быть соответственно сконфигурировано, например, путем его соответствующего программирования.
Еще один вариант отличается от первого варианта только тем, что лазерные диоды 50 поверхностного излучения выполнены и соединены в полупроводниковом модуле таким образом, что они, будучи разделены на по меньшей мере две группы, согласно этому варианту в виде строк, могут управляться по отдельности, соответственно независимо друг от друга. В этом отношении управляющее устройство 42 модифицировано соответственно с возможностью управления каждой группой, т.е. в данном случае каждой строкой по отдельности и независимо от других строк, при этом, как и в первом варианте, может высвечиваться одна и та же область освещения.
Другие варианты отличаются от описанных выше вариантов только расположением лазерных диодов 50 в полупроводниковом модуле 48'. Все другие отдельные функционально одинаковые компоненты в сравниваемых вариантах выполнены идентичными друг другу. В полупроводниковом модуле 48' лазерные диоды 50 поверхностного излучения (см. фиг.13) расположены в узлах гексагональной точечной решетки, и ближайшие друг к другу диоды отстоят друг от друга менее чем на 120 мкм, в рассматриваемом варианте на 100 мкм, благодаря чему становится возможной дополнительно повышенная однородность области освещения.
В соответствии с другими вариантами осветительное устройство не имеет отклоняющего элемента 56, вследствие чего обеспечивается прямолинейный ход лучей освещения. Детекторное устройство, необходимое для детектирования оптического излучения после его прохождения сквозь ценный документ, выполнено и расположено соответствующим образом. Оно имеет свою собственную оптическую систему, соответствующую по свойствам фокусирующей оптической системе и предназначенную для отображения по меньшей мере одного участка ценного документа со стороны, не освещаемой осветительным устройством.
Согласно другим вариантам ценный документ может также освещаться под углами, не равными 90°, для чего при необходимости детекторное устройство выполнено и расположено соответствующим образом.