ДАТЧИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЗАЩИЩЕННЫХ МЕТОК, СОДЕРЖАЩИХ ЛЮМИНОФОР
SENSOR FOR TESTING OF PROTECTED LABELS CONTAINING LUMINOPHORE

Изобретение относится к области контроля подлинности защищенных документов, например банкнот. Современные защищенные документы, как правило, выполнены на бумажной основе и часто имеют специальные защитные метки, содержащие люминофор. Люминофор содержится в метках в виде микроскопических частиц, размер которых не превышает нескольких микрометров. Столь малый размер частиц люминофора обеспечивает возможность нанесения метки в виде тонкого слоя специальной типографской краски, в которой содержатся эти частицы. Как правило, эта краска дополнительно содержит бесцветное связующее вещество для фиксации частиц на поверхности бумаги, а также растворители и другие добавки, служащие для обеспечения необходимых печатных свойств. При облучении частиц люминофора возбуждающим электромагнитным излучением определенного спектра, метка начинает излучать электромагнитные волны со спектром, отличающимся от спектра возбуждающего излучения. Такие метки обеспечивают весьма высокий уровень защиты защищенных документов от подделок.
В данном описании, мы всегда будем использовать термин «документ» для обозначения защищенного документа. Защищенные документы имеют две поверхности, иногда называемые сторонами документа, используемые для размещения печатной информации и защитных меток разного типа. Метки, содержащие люминофор, могут находиться на любой из поверхностей. Излучение, испускаемое частицами люминофора, принято называть стоксовским, если его длина волны больше длины волны возбуждающего излучения, и антистоксовским, если люминофор излучает более коротковолновое излучение. На банкнотах российских рублей имеются антистоксовские защитные метки, которые при облучении мощным невидимым инфракрасным излучением испускают видимый зеленый свет. В оборудовании для обработки защищенных документов важно обеспечить автоматизированную проверку защитных меток. Известно много решений, предназначенных для автоматизированной проверки меток, содержащих люминофор. В современных устройствах для проверки таких меток обычно проверяют не только само наличие излучения люминофора, но также и характеристику его послесвечения. Характеристика послесвечения люминофора позволяет различить люминофоры разного химического состава, и выявить высококачественную подделку в том случае, когда в ней использован люминофор иного химического состава, чем тот, который применяется в подлинных документах.
Так, в Евразийском патенте ЕА 7887 (опубл. 27.02.2007, МПК G06K 19/14) поверхность проверяемого образца облучают импульсным возбуждающим излучением полупроводникового лазера. Излучение полупроводникового лазера ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 980 нм возбуждает люминофор, находящийся в метке на поверхности проверяемого образца. Для регистрации ответного излучения люминофора метки применяют фотодиод, оснащенный спектральным фильтром, который отсекает излучение лазера и пропускает только излучение люминофора. Используется антистоксовский люминофор, излучающий в видимом диапазоне. Отклик фотодиода измеряют периодически, через равные интервалы времени, и строят кривую нарастания и спадания свечения люминофора во время лазерного импульса и после него. По наличию отклика фотодиода и форме полученной временной зависимости судят о наличии и подлинности метки.
В применении к защищенным документам, данное устройство контролирует метку, находящуюся на той поверхности документа, которая обращена к устройству. Если метка оказалась на противоположной поверхности, то отклик от нее оказывается очень слабым и малопригодным для анализа подлинности. Это связано с ослаблением как возбуждающего излучения, так и ответного излучения люминофора при их прохождении через толщу банкноты. Как показывает опыт, бумага, используемая для защищенных документов, ослабляет проходящее инфракрасное излучение диапазона 700-1100 нм в 2-2,5 раза, без учета дополнительного поглощения красочным слоем. Подавляющая часть этого ослабления связана не с поглощением излучения, а с его диффузным отражением. Для излучения видимого и, особенно, ультрафиолетового излучения, степень ослабления оказывается заметно выше, так как при снижении длины волны растет поглощение и отражение излучения бумагой. Так как ослабляется и возбуждающее, и ответное излучение, то суммарная кратность ослабления составляет 6 и более раз. Дополнительно к этому, ответное излучение ослабляется из-за того, что для большинства антистоксовских люминофоров, применяемых в защитных метках, интенсивность их излучения падает нелинейно по отношению к интенсивности возбуждающего излучения, обычно, по степенному закону. При таком суммарном снижении регистрируемого отклика люминофора затруднительно выделить полезный сигнал на фоне шумов, из-за чего почти невозможно обеспечить уверенную проверку подлинности метки.
Подобная оптическая схема реализует частотное выделение ответного излучения люминофора при помощи спектрального фильтра. Однако спектральный фильтр усложняет конструкцию и увеличивает габариты устройства. Кроме того, применение спектрального фильтра затрудняет анализ ответного излучения люминофора, если его длина волны оказывается близкой к длине волны возбуждающего излучения. Такая ситуация характерна для многих антистоксовских люминофоров, возбуждаемых инфракрасным излучением, которые излучают на нескольких длинах волн, находящихся как в инфракрасном, так и в видимом диапазоне.
При использовании частотного выделения ответного излучения люминофора, в некоторых решениях, для идентификации химического состава люминофора дополнительно проводят спектральный анализ этого излучения. В указанном выше патенте ЕА 7887 описан вариант реализации, где излучение люминофора разлагают в спектр при помощи дифракционного элемента и применяют многоплощадочный фотоприемник для измерения интенсивности каждой из спектральных составляющих. В патенте ФРГ DE 3121491 (опубл. 13.05.1982, МПК В41М 3/14) в качестве приемника излучения используется светоделительная схема с использованием дихроичных зеркал для разделения излучения на несколько диапазонов, и одиночные фотоприемные элементы для регистрации интенсивности в каждом из диапазонов.
В уровне техники известны несколько решений, где оптическая схема содержит импульсный излучатель и фотоприемник, направленные на зону контроля, находящуюся на одной и той же поверхности документа, и в которых фильтр перед фотоприемником не предусмотрен. Эти решения описаны в патентах РФ RU 2444064, RU 2460140, RU 2625253. В таких решениях используют временное выделение ответного излучения люминофора. Такое выделение достигается за счет регистрации и обработки сигнала с фотоприемника после завершения импульса возбуждающего излучения. Сигнал с фотоприемника соответствует излучению послесвечения люминофора.
Для практической реализуемости временного выделения необходимо, чтобы послесвечение имело достаточно большую длительность в микросекундном или миллисекундном диапазоне. При более коротком послесвечении необходимо применять сложные и дорогие фотоприемники, что, как правило, не оправдано по экономическим соображениям. Описанная особенность позволяет применять временное выделение, главным образом, для детекции меток, содержащих кристаллические неорганические люминофоры. К ним относится подавляющее большинство антистоксовских люминофоров и некоторая часть люминофоров, возбуждаемых ультрафиолетовым излучением. Временное выделение не позволяет измерить характеристику нарастания излучения люминофора. Однако, в большинстве случаев, характеристика послесвечения оказывается достаточно информативной для идентификации определенного типа кристаллического люминофора.
Для контроля меток, находящихся на обеих поверхностях защищенного документа, применяют датчики, элементы которых направлены на зону контроля на каждой из этих поверхностей. В полезной модели РФ RU 177966 (опубл. 16.03.2018, МПК G07D 7/00) излучатель направляют на первую поверхность банкноты, а фотоприемник направляют на облучаемую область на второй поверхности банкноты. Недостатком этого решения является сильное ослабление излучения при прохождении через банкноту. Если метка расположена на первой поверхности, то ослабляется ответное излучение люминофора. Когда метка располагается на второй поверхности, то ослабляется возбуждающее излучение. Подобное ослабление приводит к снижению чувствительности, однако, описанное устройство имеет очень простую конструкцию.
Более чувствительное, но и более сложное устройство описано в заявке Японии JP 2003162748 (опубл. 06.06.2003, МПК G07D 7/00). В нем используют один излучатель, направленный на первую поверхность защищенного документа, и два приемника, направленных на облучаемую область как на первой, так и на второй поверхностях документа. За счет применения двух приемников, имеется возможность регистрировать ответное излучение люминофора без ослабления в толще бумаги. Однако, если метка расположена на второй поверхности, то возбуждающее излучение подвергается тому же ослаблению, как и в устройстве согласно RU 177966.
Наибольшую чувствительность позволяют получить устройства, оснащенные двумя парами излучатель - фотоприемник, где первая пара направлена на первую поверхность защищенного документа, а вторая пара направлена на его вторую поверхность. В заявке РСТ WO 2016092947 (опубл. 16.06.2016, МПК G07D 7/12) описано такое устройство для контроля подлинности защищенных документов, где излучатель испускает ультрафиолетовое излучение. В полезной модели РФ RU 185984 (опубл. 25.12.2018, МПК G07D 7/00) представлено устройство с двумя парами излучатель - фотоприемник для контроля антистоксовских меток, возбуждаемых инфракрасным излучением. Для подобных решений характерна высокая чувствительность, поскольку не происходит ослабления излучения в толще бумаги. Однако, такие устройства имеют много элементов и большие габариты, что ограничивает их применимость.
Для всех описанных устройств, обеспечивающих одновременную проверку меток, находящихся на обеих поверхностях защищенного документа, характерно расположение оптоэлектронных компонентов, то есть излучателя и фотоприемника, по обе стороны от документа. Такое расположение создает серьезные конструктивные ограничения. Современные устройства для проверки подлинности защищенных документов содержат не только датчики меток, содержащих люминофор, но и множество других датчиков, которые контролируют свойства документа по другим физическим характеристикам.
Необходимость размещения оптоэлектронных элементов двухстороннего датчика с двух сторон от документа часто создает препятствия в размещении необходимого набора датчиков в отведенном для этого ограниченном пространстве. Это связано с существенным объемом, занимаемым не только самими оптоэлектронными элементами, но также электрическими цепями для их подключения и оптическими сопрягающими компонентами. Поэтому, было бы желательно обеспечить контроль меток, находящихся на обеих поверхностях документа, таким образом, чтобы оптоэлектронные элементы, реализующие такой контроль, находились бы с одной стороны от документа. По экономическим и технологическим причинам, при изготовлении защищенных документов, концентрацию частиц люминофора в метке поддерживают на весьма малом уровне. Поэтому, излучение люминофора оказывается довольно слабым, что создает существенные проблемы при проверке метки. За счет небольшого уровня интенсивности излучения люминофора, соотношение сигнал/шум датчика часто оказывается невысоким, что ухудшает достоверность проверки защитной метки. Поэтому, актуальной технической задачей является обеспечение высокой чувствительности датчика. Общим недостатком, характерным для всех описанных выше устройств, является низкая эффективность использования как возбуждающего излучения, испущенного излучателем, так и ответного излучения люминофора. Возбуждающее излучение, прошедшее через банкноту и покинувшее ее поверхность, все еще имеет достаточно высокую интенсивность, но оно более не используется для возбуждения люминофора. Частицы люминофора, как правило, испускают ответное излучение в равной мере во всех направлениях, но фотоприемник принимает только небольшую долю этого излучения, испущенную в узкий телесный угол. Низкая эффективность использования излучения ведет к неоправданному увеличению мощности излучателя и/или снижению чувствительности устройства.
Важно отметить, что в видимом и, особенно, в ближнем инфракрасном диапазонах, при длине волны от 400 до 1100 нм, коэффициент пропускания банкнотной бумаги определяется большим коэффициентом диффузного отражения и малым коэффициентом поглощения. Поэтому, истинные потери излучения, приводящие к переходу лучистой энергии в нагрев при прохождении через толщу бумаги, оказываются весьма невелики. Снижение интенсивности проходящего излучения обусловлено, главным образом, диффузным отражением. Повторное использование отраженного излучения могло бы увеличить общую эффективность использования излучения при контроле метки, содержащей люминофор.
Указанные здесь соображения более эффективного использования возбуждающего излучения и излучения люминофора легли в основу заявленного изобретения.
Прототипом для заявленного изобретения был выбран патент ЕА 7887, упомянутый ранее. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности датчика. Дополнительным результатом является возможность двухсторонней проверки банкнот без существенного усложнения устройства. Эти результаты достигаются за счет реализации датчика для проверки защитной метки на защищенном документе, содержащей люминофор и характеризуемой длиной волны возбуждения люминофора в диапазоне от 400 до 1100 нм, в котором предусмотрена зона чувствительности для размещения в ней защищенного документа, подлежащего проверке, и имеющего первую поверхность и вторую поверхность, с обеспечением нахождения, по меньшей мере, части места расположения защитной метки, подлежащей проверке, в указанной зоне чувствительности, при этом датчик содержит излучатель возбуждающего излучения, выполненный с возможностью облучения в зоне чувствительности датчика первой поверхности защищенного документа, подлежащего проверке, и приемник излучения, размещенный с возможностью приема излучения, испускаемого в зоне чувствительности датчика первой поверхностью защищенного документа, подлежащего проверке, при этом в непосредственной близости от второй поверхности защищенного документа, находящегося в зоне чувствительности, размещен отражатель излучения, выполненный с возможностью возвращения излучения, испускаемого в зоне чувствительности датчика второй поверхностью защищенного документа, подлежащего проверке, на эту же поверхность указанного документа.
m
b
b
Возбуждающее излучение, направленное излучателем на первую поверхность защищенного документа и падающее в облучаемую область в зоне чувствительности, частично проходит вглубь бумаги вплоть до второй поверхности документа и частично отражается назад от документа. Также, некоторая часть излучения поглощается в толще бумаги и переходит в тепловую энергию. Излучение, достигшее второй поверхности, излучается в пространство, достигает отражателя и возвращается отражателем на вторую поверхность защищенного документа. Так как отражатель расположен в непосредственной близости от второй поверхности, то он возвращает практически все излучение на вторую поверхность документа и в пределы облучаемой области документа в зоне чувствительности, с достаточно малыми потерями. Потери определяются как отличием коэффициента отражения отражателя от единицы, так и краевыми эффектами. Краевой эффект в виде ухода отраженного излучения за пределы облучаемой области возникает из-за того, что излучение после выхода из второй поверхности документа является диффузно-рассеянным и распространяется под различными углами к поверхности отражателя излучения. Другой краевой эффект связан с выходом излучения за пределы облучаемой области за счет рассеяния в толще бумаги. Его влияние также невелико в связи с малой толщиной документа. Пренебрегая краевыми эффектами, в заявленном изобретении можно рассматривать ход потоков излучения в пределах облучаемой области как одномерную задачу, где поток характеризуется значением интенсивности излучения и направлен по нормали к поверхности документа. Пусть коэффициент отражения отражателя излучения равен R, коэффициент отражения поверхности документа равен R, а коэффициент поглощения излучения в толще бумаги равен A. Названные коэффициенты являются безразмерными. Коэффициент отражения поверхности документа и коэффициент поглощения представляют собой отношения интенсивностей отраженного и поглощенного потока, соответственно, к интенсивности потока, падающего на первую поверхность документа. Упомянутые здесь коэффициенты зависят от длины волны излучения и при дальнейших рассуждениях они имеют значения, соответствующие длине волны рассматриваемого излучения.
10
12
b
b
10
R
12
m
b
20
m
b
m
Излучение возбуждения с интенсивностью I от излучателя попадает на первую поверхность документа и проходит сквозь ее толщу, претерпевая отражение и поглощение. Поэтому, интенсивность излучения на выходе из второй поверхности равна I=(1-R-A)I. После отражения и возврата на вторую поверхность, без учета краевых эффектов, на вторую поверхность вернется излучение с интенсивностью I=IR. Однако, возвращенное излучение претерпит отражение от второй поверхности документа, имеющей коэффициент отражения R, дойдет до отражателя, опять отразится и достигнет второй поверхности документа, добавляя к возвращенному излучению интенсивность IRRR. Этот эффект мы будем называть множественным переотражением. За счет множественных переотражений, полное возвращенное излучение будет иметь интенсивность, определяемую формулой суммы бесконечной геометрической прогрессии:
21
b
b
R
m
b
Часть возращенного излучения, оставшаяся после отражения и поглощения в толще бумаги, достигнет первой поверхности и будет иметь на ней интенсивность I=(1-R-A)I. Если коэффициенты отражения R и R близки к единице, что наблюдается на практике, то будет происходить многократное усиление возвращенного излучения на второй поверхности, так как
, где K - коэффициент усиления.
Эффект усиления при множественных диффузионных переотражениях не должен рассматриваться как парадоксальный. Он известен в оптике и используется в устройстве фотоприемника с интегрирующей сферой, применяемом в спектроскопии. Коэффициент усиления интегрирующей сферы тем выше, чем выше коэффициент отражения ее внутренней поверхности, и обычно принимает значения от 10 до 30.
В заявленном изобретении, значительное усиление происходит, когда красочный слой на поверхности документа слабо поглощает излучение. При разработке дизайна защищенных документов, в месте расположения метки, содержащей люминофор, для облегчения проверки метки, как правило, специально снижают поглощение красочным слоем как возбуждающего излучения, так и излучения люминофора. Поэтому, в заявленном изобретении, значительное усиление за счет множественных переотражений является типовой ситуацией.
m
b
R
10
При условии высокого коэффициента отражения отражателя R≈1 и малого коэффициента поглощения A«1, в формуле (1) общий коэффициент  оказывается несколько меньше единицы. Это обозначает, что возвращенное излучение I имеет интенсивность, которая незначительно ниже интенсивности I излучения, падающего на первую поверхность от излучателя. То есть, условия возбуждения частиц люминофора, находящихся на первой и на второй поверхностях, за счет усиления при множественных переотражениях, оказываются близкими. Коэффициент поглощения в толще бумаги, используемой для защищенных документов, является весьма низким при длине волны в интервале 400-1100 нм. Граница 1100 нм соответствует красной границе кремниевых фотоприемников, которые наиболее широко применяются в оборудовании для обработки ценных документов. Изготовители ценных документов стараются обеспечить малое поглощение бумаги вплоть до этой длины волны, чтобы облегчить обработку ценных документов. Коэффициент поглощения растет по мере снижения длины волны. В ультрафиолетовой области (длина волны менее 400 нм) он резко возрастает и становится настолько большим, что интенсивность возвращенного излучения возбуждения существенно падает и сводит на нет технический результат. В более длинноволновом участке инфракрасного диапазона коэффициент поглощения бумаги также растет, в особенности, начиная с длины волны 1450 нм. Поэтому, для обеспечения технического результата, в заявленном изобретении используется возбуждающее излучение в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм.
10
b
21
L
L
Когда на первой поверхности защищенного документа нанесены частицы люминофора, то эти частицы облучаются падающим потоком возбуждающего излучения от излучателя, и дополнительно к этому частью падающего потока, отраженной от документа, а также частью возвращенного потока возбуждающего излучения, дошедшего через толщу документа до его первой поверхности. В заявленном изобретении нет принципиальной разницы между стоксовским либо антистоксовским механизмом переизлучения люминофора. Суммарная интенсивность возбуждающего излучения, которым облучаются частицы люминофора, таким образом, составляет I(1+R)+I (3). Частицы люминофора переизлучают поглощенную энергию на иной длине волны, создавая равномерное свечение в пространство с интенсивностью I. Излучение частиц люминофора направлено во все стороны от частицы, поэтому, в толщу документа также переизлучается интенсивность I. Как и в случае возбуждающего излучения, в заявленном изобретении можно рассматривать ход потоков излучения люминофора в пределах области, подвергшейся облучению, как одномерную задачу, где поток характеризуется значением интенсивности излучения и направлен по нормали к поверхности документа.
10
b
21
В прототипе, интенсивность возбуждающего излучения, которым облучаются частицы люминофора, складывается из интенсивности падающего излучения излучателя и также его части, отраженной от толщи бумаги, что в сумме составляет I(1+R) (2). В заявленном изобретении к этому добавляется интенсивность возвращенного потока возбуждающего излучения I, за счет чего степень возбуждения частиц люминофора оказывается выше, чем в прототипе. Соответственно, интенсивность излучения люминофора, при прочих равных условиях, в заявленном изобретении превышает интенсивность, получаемую в прототипе, что дает прирост чувствительности при проверке метки, содержащей люминофор.
Излучение частиц люминофора, направленное в пространство, падает на приемник и вызывает изменение его электрического сигнала. К нему добавляется излучение частиц люминофора, отраженное от толщи бумаги и достигающее приемника. В этом заявленное изобретение не отличается от прототипа. Однако, часть излучения люминофора, прошедшая вглубь бумаги, достигает второй поверхности документа, с нее испускается в пространство, достигает отражателя и возвращается отражателем на вторую поверхность документа. Это излучение претерпевает усиление за счет множественных переотражений и еще раз проходит через толщу бумаги, выходит на первую поверхность документа, и с нее попадает на приемник. За счет двойного прохода через толщу бумаги эта часть излучения люминофора значительно ослабляется, но, тем не менее, вносит дополнительный вклад в выходной сигнал приемника. Это дает дополнительный прирост чувствительности при проверке метки, содержащей люминофор.
Таким образом, за счет применения отражателя, в заявленном изобретении достигается более высокая чувствительность, в сравнении с прототипом. При реализации заявленного изобретения может применяться как частотное, так и временное выделение излучения люминофора. В случае частотного выделения, в оптический путь от первой поверхности защищенного документа до приемника излучения либо в сам приемник излучения необходимо ввести фильтр, отсекающий возбуждающее излучение. Для реализации временного выделения излучения люминофора необходимо обеспечить считывание и последующую обработку сигнала послесвечения люминофора с приемника излучения. В обоих случаях, приемник излучения может иметь несколько выходных сигналов, каждый из которых соответствует определенному интервалу длин волн излучения люминофора. Однако, эти варианты реализации не имеют прямой связи с сущностью заявленного изобретения. Сущность заявленного изобретения относится к повышению интенсивности излучения люминофора на оптическом входе приемника излучения. Повышение интенсивности излучения люминофора обеспечивает повышение чувствительности датчика. Повышение чувствительности датчика обеспечивает повышение соотношения сигнал/шум, что необходимо для повышения надежности проверки защитной метки.
Рассмотрим случай, когда частицы люминофора нанесены на вторую поверхность документа. Как уже указывалось, при таком расположении метки, за счет больших потерь излучения, прототип оказывается практически неработоспособным. В заявленном изобретении, возбуждающее излучение, дошедшее через толщу бумаги до второй поверхности документа, ослабляется в толще бумаги, но претерпевает усиление согласно формуле (1) за счет множественного переотражения. Излучение, возвращенное отражателем, достигает второй поверхности документа и далее диффузно отражается микроструктурой волокон в толще бумаги. Это диффузно отраженное излучение, на пути к отражателю, пересекает вторую поверхность, облучая частицы люминофора со стороны толщи бумаги. Поэтому, на частицы люминофора действует сумма интенсивностей излучения, прошедшего через толщу бумаги со стороны первой поверхности, излучения, возвращенного отражателем, и излучения, отраженного второй поверхностью:
m
b
10
b
m
b
10
При качественном изготовлении отражателя его коэффициент отражения R«1, и при использовании инфракрасного возбуждающего излучения коэффициент поглощения A«1. Сравнивая (4) с выражением для облучения люминофора на первой поверхности документа в прототипе I(1+R) (2), можно увидеть, что эти значения близки по величине. То есть, заявленное изобретение обеспечивает интенсивность облучения люминофора на второй поверхности документа, близкую к той, которую обеспечивает прототип для люминофора, расположенного на первой стороне. В предельном случае при R→1 и A→0 значение (4) стремится к 2I, что больше, чем значение (2) для прототипа. Иными словами, интенсивность облучения люминофора на второй поверхности защищенного документа, при определенном сочетании параметров, может оказаться даже выше интенсивности облучения люминофора на первой стороне в прототипе.
L
L
Люминофор излучает под действием возбуждающего излучения. Часть излучения люминофора с интенсивностью I, которая направлена в толщу бумаги, выходит на первую поверхность документа, и с нее попадает на приемник. Другая часть, направленная в пространство и также имеющая интенсивность I, возвращается отражателем на вторую поверхность, также проходит через толщу бумаги, выходит на первую поверхность документа, и с нее попадает на приемник. Излучение люминофора претерпевает усиление за счет множественного переотражения между отражателем и второй поверхностью документа, аналогично тому, как это происходит для возбуждающего излучения. Излучение люминофора, возвращенное на вторую поверхность документа за счет множественного переотражения, имеет интенсивность . Суммарное излучение, входящее во вторую поверхность напрямую от люминофора и в результате множественного переотражения, имеет интенсивность . После прохождения от второй поверхности к первой оно ослабляется в толще бумаги до интенсивности  и покидает первую поверхность.
m
b
b
L
b
L
В предельном случае при R→1 и A→0 значение (5) стремится к (2-R)I. Отметим, что, в прототипе, для люминофора, находящегося на первой поверхности документа, интенсивность излучения, покидающего эту поверхность, имеет сопоставимое значение и равна (1+R)I. В реальности, предельное значение не может быть достигнуто. Как показывает опыт, в заявленном изобретении интенсивность излучения люминофора, который находится на второй поверхности документа, при выходе через первую поверхность обычно оказывается в 1,3-2 раза ниже, чем интенсивность излучения люминофора на первой поверхности документа, получаемая в прототипе. Это ослабление можно считать приемлемым для надежной детекции метки, поскольку оно невелико в сравнении с ослаблением интенсивности излучения люминофора, обусловленным другими причинами, такими как разброс свойств печатной краски и износ ценных документов при их нахождении в обращении. Алгоритмы анализа сигнала с датчика метки, содержащей люминофор, в устройствах для обработки ценных документов адаптированы к возможности подобных вариаций отклика датчика. Таким образом, наличие отражателя обеспечивает как эффект усиления интенсивности возбуждающего излучения, так и эффект усиления интенсивности излучения, испускаемого люминофором. Сочетание этих эффектов в значительной степени компенсирует ослабление излучения при прохождении через толщу бумаги. Поэтому, отклик приемника для метки, содержащей люминофор и находящейся на второй поверхности документа, оказывается сопоставимым с откликом для метки, находящейся на первой стороне документа. То есть, применение отражателя позволяет применять заявленное изобретение для проверки меток, расположенных на обеих сторонах ценного документа.
Отражатель представляет собой простой и компактный элемент, который практически не увеличивает размеры и сложность устройства. Он может быть выполнен в виде полоски тонкого полированного металла, либо полимерной пленки с наполнением микроскопическими стеклянными сферами, какая обычно применяется в качестве световозвращающего материала при изготовлении дорожных знаков. Также, может применяться прозрачная полимерная пленка с тонким слоем металла на поверхности. Либо же, роль отражателя может выполнять пластмассовый катафот, содержащий малогабаритные уголковые либо сферические отражатели. Отражателем может быть даже диффузно-отражающий материал с низким показателем поглощения излучения, поскольку направление переотраженного излучения не играет существенной роли для описанного выше хода излучения ко второй поверхности документа и через толщу бумаги.
Заявленное изобретение позволяет построить датчик защитной метки, размеры и сложность которого лишь незначительно больше прототипа. Одиночный датчик, выполненный согласно заявленному изобретению, сохраняет высокое качество проверки защищенного документа при расположении метки как на первой, так и на второй поверхности документа. Это дает возможность двухсторонней проверки защищенных документов без существенного усложнения устройства. Отметим, что прототип позволяет надежно определять наличие защитной метки только на одной стороне документа. Для проверки документа с двух сторон необходимо использовать два таких устройства, обращенных к первой и ко второй поверхностям документа, соответственно. Источником излучения в излучателе может быть полупроводниковый лазер либо светодиод. На современном уровне технологии полупроводников, предпочтительно использование светодиодов высокой мощности, которые обладают большей стабильностью характеристик излучения. Для дальнейшего увеличения регистрируемого отклика, в возможных реализациях изобретения, как в излучатель, так и в приемник излучения могут быть добавлены световоды или оптические системы. За счет этого удается снизить потери энергии излучения, как на его пути от излучателя до первой поверхности документа, так и от этой поверхности документа до приемника. Кроме того, применение световода в излучателе позволяет повысить равномерность засветки облучаемой области в зоне чувствительности датчика, что важно для регистрации меток малого размера.
В некоторых реализациях изобретения предусматривается применение дополнительных отражателей. Дополнительный отражатель возвращает излучение, вышедшее из первой поверхности документа, назад на эту же поверхность. Использование дополнительного отражателя позволяет реализовать усиление излучения за счет множественного переотражения от первой поверхности. Это позволяет в еще большей степени увеличить как интенсивность возбуждающего излучения, так и долю излучения люминофора, достигающую приемника. Дополнительный отражатель может быть выполнен в виде отражающей поверхности, расположенной вне оптических путей, проходящих от излучателя до первой поверхности документа и от первой поверхности документа до приемника.
Дополнительным отражателем может служить поверхность фотоприемной площадки полупроводникового приемника излучения. Поверхность полупроводника отражает достаточно большое количество излучения. Так, в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм коэффициент отражения полированной поверхности кремния составляет от 31% до 49%.
Кроме того, дополнительный отражатель может быть реализован в виде дихроичного зеркала, установленного на оптическом пути от первой поверхности защищенного документа, подлежащего проверке, до приемника излучения, и выполненного с возможностью пропускания хотя бы части спектра излучения люминофора, характерного для подлинной защитной метки, и возможностью отражения на длине волны возбуждающего излучения.
Дихроичное зеркало при этом выполняет роль фильтра, препятствующего попаданию возбуждающего излучения в фотоприемник. Такой фильтр позволяет использовать частотное выделение излучения люминофора. Дихроичное зеркало возвращает возбуждающее излучение на первую поверхность банкноты.
Дополнительные отражатели разного вида могут совместно использоваться в устройстве для повышения интенсивности излучения, возвращаемого на первую поверхность документа.
Когда защищенный документ во время проверки неподвижен либо движется с малой скоростью, желательно, чтобы область на поверхности документа, подлежащего проверке, которая помещена в зону чувствительности датчика и облучается излучателем, была бы размещена внутри области на поверхности документа, которая оптически сопряжена с приемником излучения. Это позволяет направить на приемник излучение всех или почти всех возбужденных частиц люминофора. Таким образом, обеспечивается высокая степень использования излучения возбужденных частиц. Высокая степень использования излучения люминофора повышает чувствительность датчика. В автоматизированных устройствах для обработки документов, как правило, проверку метки производят на движущемся документе. В высокопроизводительных устройствах скорость движения документа в момент проверки может достигать нескольких метров в секунду. Это может вызывать сложности при использовании излучателя в импульсном режиме и регистрации послесвечения люминофора. Дело в том, что, при столь высоких скоростях, частица люминофора за время послесвечения сдвигается на значительное расстояние от того положения, где она была возбуждена импульсом возбуждающего излучения. Для компенсации указанного сдвига, область на поверхности документа, подлежащего проверке, которая помещена в зону чувствительности датчика, и облучается излучателем, располагают со смещением относительно той области на поверхности документа, которая оптически сопряжена с приемником излучения. Описанное смещение позволяет, с целью повышения чувствительности датчика, повысить степень использования излучения люминофора возбужденной метки, сместившейся во время возбуждающего импульса и последующего времени регистрации отклика фотоприемника.
На Фиг. 1 показано устройство проверки подлинности банкнот, содержащее датчик согласно заявленному изобретению. На Фиг. 2 более подробно изображены элементы датчика. Рассмотрим реализацию заявленного изобретения в составе устройства для проверки подлинности банкнот. Это устройство производит проверку защитной метки на поверхности банкноты, содержащей антистоксовский люминофор. Люминофор на подлинной банкноте требует возбуждения в инфракрасном диапазоне на длине волны в диапазоне от 920 до 990 нм. Излучение люминофора представляет собой излучение с несколькими длинами волн, находящимися в видимом и/или ближнем инфракрасном диапазоне. Примером таких банкнот могут являться российские рубли, китайские юани или мексиканские песо.
Датчик для проверки защитной метки содержит излучатель в виде мощного светодиода 1, обеспечивающего мощность излучения 50-100 мВт в диапазоне длин волн 930-980 нм. Приемник излучения содержит кремниевый фототранзистор 2, расположенные в торце световода 3. Противоположный, так называемый рабочий торец 4 световода 3 обращен к месту расположения банкноты 5, подлежащей проверке. Банкнота 5 перемещается в тракте банкнотопроводного механизма между входной щелью 6 и выходной щелью 7. Тракт состоит из направляющих 8 и 9. Световод 3 укреплен на направляющей 9 таким образом, что его рабочий торец 4 обращен в тракт и выровнен с поверхностью направляющей 9. В углублении на поверхности направляющей 8, напротив рабочего торца 4 световода 3, размещен отражатель 10, выполненный из полированной нержавеющей стали и обладающий высоким коэффициентом отражения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Банкнотопроводный механизм содержит приводной мотор и фрикционные ролики (на рисунке не показаны), а также датчик 11 наличия банкноты 5 во входной щели 6. Датчик 11 наличия банкноты является оптопарой, состоящей из светодиода и фототранзистора. Оптопара срабатывает при приближении к ней отражающего объекта, в данном случае, банкноты 5. Устройство 12 управления управляет током светодиода 1, получает и оцифровывает выходной сигнал с фототранзистора 2 приемника излучения, контролирует состояние датчика 11 наличия банкноты, и управляет приводным мотором банкнотопроводного механизма. Устройство 12 управления также управляет громкоговорителем 13, который издает тоновый сигнал для предупреждения пользователя устройства о подделке.
На Фиг. 2 устройство датчика изображено более подробно. Область 19 облучения представляет собой область в тракте, на которую попадает излучение светодиода 1, выходящее из рабочего торца 4 световода 3. Область 19 облучения при помощи световода 3 оптически сопряжена с фотоприемной площадкой 16 фототранзистора 2. Область 19 облучения совпадает с областью чувствительности датчика.
Световод 3 имеет форму параллелепипеда и выполнен из износостойкого стекла, чтобы уменьшить повреждение рабочего торца 4 при трении о банкноты 5. Ход лучей внутри световода 3 схематически показан при помощи стрелок. Чтобы не загромождать чертеж, показаны лишь некоторые лучи на пути от светодиода 1 к рабочему торцу 4 и от рабочего торца 4 к приемной площадке 16. Боковые поверхности световода 3, перпендикулярные рабочему торцу 4, не имеют дополнительного покрытия. Они отражают излучение, перемещающееся внутри световода, за счет эффекта полного внутреннего отражения на границе стекла и окружающего воздуха. Оптимальная длина стороны рабочего торца 4 световода 3 составляет 3-6 мм, что позволяет создать необходимую плотность мощности возбуждающего излучения для обеспечения высокой квантовой эффективности излучения антистоксовского люминофора. Банкнота 5, при ее прохождении через тракт, занимает место между рабочим торцом 4 световода 3 и отражателем 10. Метка 18 на банкноте 5, содержащая люминофор, при попадании в область 19 облучения, оказывается также и в области, оптически сопряженной с приемной площадкой фототранзистора 2. Отражатель 10 целиком охватывает область 19 облучения. Поэтому, он отражает как излучение, прошедшее через банкноту 5, так и излучение, испускаемое люминофором в метке 18, по всей площади области 19 облучения.
Светодиод 1 и фототранзистор 2 смонтированы на печатной плате датчика 15, которая обеспечивает им точное позиционирование относительно световода 3. Датчик также содержит дополнительный отражатель 17, выполненный из полированного и никелированного листа стали и прикрепленный к печатной плате 15. Он размещен между печатной платой 15 и световодом 3 и имеет отверстия для прохождения излучения из светодиода 1 в световод 3 и из световода 3 на приемную площадку 16 фототранзистора 2. Излучение, вышедшее из световода 3 в направлении печатной платы 15 и не попавшее в светодиод 1 или на фотоприемную площадку 16 фототранзистора 2, почти полностью отражается от отражателя 17 назад в световод 3. Излучение, вышедшее из световода 3 и попавшее на приемную площадку 16 фототранзистора 2, частично поглощается в материале фототранзистора, и частично отражается назад в световод 3. Эта отраженная часть, по интенсивности, составляет примерно одну треть от излучения, попавшего на приемную площадку 16.
Устройство 12 управления, выполненное на основе микроконтроллера, содержит измерительную схему для подключения фототранзистора 2, и аналого-цифровой преобразователь для измерения сигнала фототранзистора, получаемого с измерительной схемы.
Устройство предназначено для проверки банкнот при их подаче оператором вручную. Банкноты подаются короткой кромкой вперед. Длина большинства банкнот по длинной кромке составляет от 120 до 180 мм. Наибольшая комфортная скорость подачи банкнот оператором, как показывает опыт, не превышает 70 банкнот в минуту. В соответствии с этим, скорость перемещения банкноты в устройстве выбрана равной 200 мм/с, что обеспечивает время проверки банкноты, составляющее несколько менее одной секунды. Устройство работает следующим образом. Когда пользователь помещает проверяемую банкноту 5 во входную щель 6, она обнаруживается датчиком 11 наличия банкноты. По сигналу от датчика 11 устройство 12 управления запускает приводной мотор банкнотопроводного механизма (на рисунках не показан). Банкнота 5 начинает перемещаться в область 19 облучения.
Одновременно с запуском приводного мотора устройство 12 управления начинает периодический опрос датчика детектирования защитных меток. Период опроса начинается с включения светодиода 1 на интервал времени, равный 400 микросекундам. В течение этого времени происходит возбуждение люминофора защитной метки 18, если эта защитная метка находится в области 19 облучения. Затем, в течение 2000 микросекунд после выключения светодиода 1, устройство 12 управления измеряет сигнал, поступающий с фототранзистора 2. Если в области 19 облучения находится защитная метка 18, то на фототранзистор 2 будет поступать излучение люминофора, постепенно спадающее по интенсивности. Если же в зоне проверки нет люминофора, то на фототранзистор 2 не будет поступать излучения. Поэтому, уже самого факта наличия, либо отсутствия сигнала с фототранзистора достаточно, чтобы судить о наличии либо отсутствии защитной метки. Если же метка обнаружена, то устройство 12 управления может более детально измерить зависимость сигнала фототранзистора от времени, чтобы подтвердить подлинность люминофора. Если эта зависимость соответствует характеристике послесвечения люминофора подлинной метки, то принимается решение о подлинности метки. В противном случае, принимается решение о том, что метка 18 не является подлинной.
Для более детального измерения зависимости сигнала фототранзистора от времени можно использовать измерительную схему с измерением накопленного фотозаряда, то есть интегрированием фототока. Такие схемы хорошо известны специалистам. Одна из них описана в упомянутом выше патенте RU 2460140. Там же описано разбиение всего интервала измерения на несколько неравных интервалов накопления. Аналого-цифровой преобразователь в устройстве 12 управления производит оцифровку уровня, пропорционального накопленному фотозаряду, в конце каждого интервала. Оптимально использовать от 2 до 5 последовательно удлиняющихся интервалов, так чтобы удлинение интервала хотя бы частично компенсировало спад интенсивности послесвечения. Такая компенсация позволяет поддерживать достаточно высоким измеряемый уровень на входе аналого-цифрового преобразователя, чтобы снизить погрешность измерения. Каждый тип люминофора обычно дает весьма стабильное отношение уровней, измеренных в идущих друг за другом интервалах измерения. Для проверки характеристики послесвечения люминофора устройство 12 управления сравнивает полученные отношения с заранее известными отношениями, соответствующими люминофору подлинной метки. Если полученные отношения достаточно близки к заранее известным и лежат в допустимом интервале отклонения, то принимается решение о подлинности метки. Если обнаруживается существенная разница, выходящая за допустимый интервал отклонения, то принимается решение о том, что метка 18 не является подлинной.
Периодический опрос датчика детектирования защитных меток производится все время при движении банкноты. Устройство 12 управления запоминает решение о наличии и подлинности метки, получаемое на каждом периоде опроса.
Банкнотопроводное устройство продвигает банкноту 5 в тракте по направляющим (8, 9) до тех пор, пока она полностью не зайдет во входную щель 6. В этот момент срабатывает датчик 11 наличия банкноты, в результате чего устройство 12 управления останавливает приводной мотор. Далее, устройство 12 управления анализирует решения о наличии и подлинности метки, запомненные в течение всего времени движения банкноты 5. Если хотя бы на одном периоде опроса было принято решение о наличии подлинной метки, то принимается решение о подлинности банкноты 5. Если же ни на одном из периодов подлинная метка не была обнаружена, принимается решение о том, что банкнота 5 не является подлинной. Этот процесс не требует существенных вычислительных затрат и занимает несколько миллисекунд. Если обнаружена подлинная банкнота, то приводной мотор банкнотопроводного механизма включается устройством 12 управления в прежнем направлении, на интервал времени, достаточный, чтобы полностью вывести банкноту 5 из устройства через выходную щель 7. Для пользователя, выдача банкноты 5 через выходную щель 7 считается признаком успешной проверки подлинности.
Если же обнаружена банкнота, не являющаяся подлинной, то устройство 12 управления запускает приводной мотор в направлении, противоположном изначальному. Банкнота 5 начинает двигаться в обратном направлении. Датчик 11 наличия банкноты вновь обнаруживает наличие банкноты 5 во входной щели 6. При ее дальнейшем движении банкнота 5 полностью выходит из устройства и датчик 11 обнаруживает отсутствие в его поле зрения банкноты 5. Это служит устройству 12 управления сигналом для остановки приводного мотора. Вслед за этим, устройство 12 управления через громкоговоритель 13 выдает короткий тональный сигнал. Возврат банкноты 5 через входную щель 6 и тональный сигнал указывают пользователю на то, что банкнота признана неподлинной.
Рассмотрим более подробно, каким образом возникает излучение люминофора в метке 18 и как оно достигает фототранзистора 2. Возбуждающее излучение светодиода 1 проходит через световод 3, выходит из его рабочего торца 4, и падает на банкноту 5. Пусть метка 18 расположена на той поверхности банкноты 5, которая обращена к рабочему торцу 4 световода 3. За счет близости расположения, на метку 18 падает возбуждающее излучение с практически той же интенсивностью, которую оно имеет при выходе из рабочего торца 4 световода 3. Метка 18 начинает излучать уже во время импульса возбуждающего излучения и продолжает излучать в течение нескольких миллисекунд после его окончания.
Как уже указывалось, в метках на современных банкнотах применяется очень небольшое количество высокоэффективного люминофора в виде микроскопических частиц. Частицы люминофора, хотя и поглощают возбуждающее излучение, но за счет малых размеров и невысокой концентрации оказывают очень небольшое влияние на параметры отражения и поглощения банкноты.
Излучение, упавшее на первую поверхность банкноты, отражается не от этой поверхности, а от всей толщи бумаги. В банкноте имеются два противоположно направленных потока излучения, один из которых входит снаружи в толщу бумаги со стороны первой поверхности, а другой выходит из толщи бумаги после отражения. Оба эти потока облучают частицы люминофора, находящиеся на первой поверхности. К ним добавляется поток излучения, вошедшего со стороны второй поверхности и достигшего первой поверхности банкноты. Излучение, вошедшее со стороны второй поверхности банкноты, в свою очередь, образуется из излучения, прошедшего насквозь через банкноту с первой стороны до второй, вслед за этим отраженного отражателем и усиленного при множественных переотражениях между отражателем и второй стороной банкноты. Мощность возбуждающего излучения, облучающего каждую частицу люминофора, определяется суммарной интенсивностью в соответствии с формулой (3), как было описано ранее.
Частицы люминофора, находящиеся на первой поверхности, возбуждаются под действием возбуждающего излучения и излучают ответное излучение, направленное во все стороны. Излучение, направленное в пространство, входит в световод 3 и облучает фототранзистор 2. Излучение, направленное в толщу бумаги, частично отражается от толщи бумаги, входит в световод 3 и также облучает фототранзистор 2. Другая часть излучения люминофора, направленного в толщу бумаги, достигает второй поверхности банкноты, с нее излучается в пространство, достигает отражателя 10 и возвращается отражателем на вторую поверхность банкноты. Это излучение претерпевает усиление за счет множественных переотражений между второй поверхностью и отражателем 10, еще раз проходит через толщу бумаги, выходит на первую поверхность банкноты, и с нее через световод 3 достигает фототранзистора 2. Три перечисленные здесь компонента ответного излучения, облучающие фототранзистор, приводят к изменению его электрического сигнала в ответ на импульс возбуждающего излучения.
Скорость генерации фотозаряда в фототранзисторе 2, с момента завершения возбуждающего импульса, спадает в соответствии со спадом ответного излучения в процессе послесвечения люминофора. Временная зависимость спада скорости генерации фотозаряда является уникальной характеристикой люминофора, которая позволяет подтвердить подлинность химического состава люминофора в защитной метке. Так как приемник регистрирует излучение люминофора как в инфракрасном, так и в видимом диапазоне, то указанная временная зависимость является интегральной характеристикой, определяемой интенсивностью каждого спектрального компонента излучения люминофора, временной зависимостью послесвечения для каждого из этих спектральных компонентов, и спектральной характеристикой чувствительности приемника. Кроме того, на эту интегральную характеристику оказывает влияние различие как коэффициента отражения, так и коэффициента поглощения бумаги для различных спектральных компонентов излучения люминофора. В описываемой реализации заявленного изобретения, отсчеты аналого-цифрового преобразователя соответствуют фотозаряду, накопленному в фототранзисторе за время соответствующих интервалов измерения. Интегральная временная зависимость спада скорости генерации фотозаряда оценивается при помощи вычисления отношения между отсчетами аналого-цифрового преобразователя в устройстве 12 управления, зарегистрированными в последовательных интервалах накопления выходного сигнала приемника излучения после завершения возбуждающего импульса.
Заранее известные отношения и их допустимые интервалы отклонения, соответствующие подлинной метке, получают в ходе процедуры обучения. Для этого, через устройство для проверки подлинности банкнот пропускают заранее подобранный представительный набор подлинных банкнот, соответствующих различным степеням износа в обращении. При прохождении подлинной банкноты через устройство, во время движения защитной метки 18 через область 19 облучения, совпадающую с зоной чувствительности датчика, формируют импульс возбуждающего излучения и по его окончании регистрируют отсчеты аналого-цифрового преобразователя в конце каждого интервала накопления. Для каждой подлинной банкноты вычисляют индивидуальный набор отношений между полученными отсчетами. Индивидуальные наборы отношений подвергают статистической обработке, чтобы найти усредненное значение, а также допустимый интервал отклонения для каждого отношения.
Рассмотрим теперь случай, когда частицы люминофора расположены на второй поверхности банкноты. Возбуждающее излучение, падающее на первую поверхность банкноты, частично отражается от толщи бумаги и частично доходит до второй поверхности, далее выходит в пространство между второй поверхностью банкноты и отражателем. Здесь оно претерпевает множественные переотражения между второй поверхностью и отражателем. При переотражениях происходит усиление возбуждающего излучения, возвращенного отражателем на вторую поверхность, в соответствии с формулой (1). На частицы люминофора действует сумма интенсивностей возбуждающего излучения, прошедшего через толщу бумаги со стороны первой поверхности, излучения, возвращенного отражателем, и излучения, отраженного второй поверхностью. Эта суммарная интенсивность возбуждающего излучения описывается формулой (4).
Частицы люминофора, находящиеся на второй поверхности банкноты, возбуждаются под действием возбуждающего излучения и излучают ответное излучение, направленное во все стороны. Часть излучения люминофора, которая направлена в толщу бумаги, выходит на первую поверхность банкноты, и с нее через световод 3 облучает фототранзистор 2. Часть, направленная в пространство, возвращается отражателем на вторую поверхность и претерпевает множественные переотражения между второй поверхностью и отражателем. Эта часть усиливается за счет множественных переотражений между второй поверхностью и отражателем, проходит через толщу бумаги, выходит на первую поверхность банкноты, и с нее через световод 3 облучает фототранзистор 2. Суммарная интенсивность излучения люминофора, покидающего первую поверхность, описывается формулой (5). Изменение интенсивности излучения люминофора во времени по завершении импульса возбуждающего излучения происходит в точности так же, как было описано ранее для случая расположения частиц люминофора на первой поверхности банкноты. Интегральная временная зависимость спада скорости генерации фотозаряда определяется теми же факторами, какими она определяется при расположении частиц люминофора на первой поверхности. Однако, для одного и того же люминофора, эта зависимость несколько отличается, в зависимости от того, на какой из поверхностей банкноты располагаются частицы люминофора. Это связано с тем, что излучение люминофора проходит к приемнику по различным оптическим путям, в зависимости от того, на какой поверхности банкноты расположены частицы люминофор. При этом, для одной и той же спектральной составляющей излучения люминофора, отражение, поглощение и усиление сочетаются по-разному. Соответственно, доля каждой спектральной составляющей в суммарном излучении, падающем на приемник, оказывается различной. Заранее известные отношения и их допустимые интервалы отклонения, соответствующие подлинной метке, расположенной на второй поверхности банкноты, получают при помощи такой же процедуры обучения, которая используется для метки, расположенной на первой поверхности. Однако, в силу указанных различий в доле каждой спектральной составляющей в общем излучении, достигшем фототранзистора 2, заранее известные отношения и их допустимые интервалы отклонения, соответствующие подлинной метке, расположенной на второй поверхности банкноты, также несколько отличаются от соответствующих отношений и допустимых интервалов отклонения, найденных в ходе обучения для такой же метки, расположенной на первой поверхности банкноты.
Скорость перемещения банкноты в устройстве, равная 200 мм/с, обеспечивает смещение возбужденных частиц люминофора на 0,2 миллиметра за одну миллисекунду. Размер и расположение облучаемой области, а также области, оптически сопряженной с приемником излучения, совпадают и соответствуют размеру и расположению рабочего торца 4 световода 3. За время возбуждения люминофора и регистрации его свечения фототразистором 2, частицы люминофора смещаются на несколько десятых миллиметра, то есть, на величину, которая мала в сравнении с размерами рабочего торца 4 световода 3, и которой можно пренебречь. При указанном смещении, за пределы области, оптически сопряженной с приемником излучения, смещается пренебрежимо малая часть возбужденных частиц люминофора, что не приводит к существенным потерям излучения люминофора. Таким образом, в описываемой реализации облучаемая область 19 и область, оптически сопряженная с приемником излучения, расположены оптимально и совпадают с зоной чувствительности датчика.
Как уже было показано ранее с использованием выражений (1)-(5), за счет применения отражателя, удается получить сопоставимый отклик приемника на излучение люминофора для расположения метки как на первой, так и на второй поверхности банкноты. Использование дополнительного отражателя в виде пластинки 17 и приемной площадки фототранзистора 16 обеспечивает добавочное усиление как возбуждающего излучения, так и излучения люминофора, выходящих из первой поверхности банкноты. При этом, общий уровень отклика приемника на подлинную метку оказывается высоким, так как применение отражателей позволяет почти полностью исключить потери возбуждающего излучения и излучения люминофора, возникающие из-за выхода этих излучений за пределы зоны чувствительности датчика. Высокий отклик приемника обеспечивает большое соотношение сигнал/шум. Выбранный способ обработки отсчетов аналого-цифрового преобразователя в устройстве 12 управления для принятия решения о подлинности метки, опирается не на абсолютную величину отсчета, а на отношения между полученными отсчетами. Стабильность отношений между отсчетами, полученными при нахождении в области 19 облучения подлинной метки 18, определяется, главным образом, соотношением сигнал/шум, которое является большим в силу описанной здесь конструкции датчика. Это позволяет надежно проводить проверку защитной метки вне зависимости от износа банкноты и места расположения защитной метки на банкноте.
Таким образом, в заявленном изобретении достигается повышенная чувствительность, а также возможность проверки защитной метки, находящейся на любой из двух поверхностей банкноты.