用於檢查有價文件的光譜傳感器的製作方法

2023-05-18 22:59:31 4

專利名稱：用於檢查有價文件的光譜傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢查有價文件的光譜傳感器和藉助於該光譜傳感器檢查有價文件的方法。
背景技術：
為了檢查有價文件，通常採用傳感器，由其來確定有價文件的類型和/或由其來檢查有價文件以確定真實性和/或它們的狀態。這種傳感器被用來檢查比如鈔票、支票、身份證件、信用卡、支票卡、票證、收據等有價文件。有價文件的檢查在用於處理有價文件的設備中實現，在該設備中包含有一個或數個不同的傳感器，這取決於待檢查的有價文件的性、質。檢查時，有價文件通常被傳感器掃描，其中傳感器和有價文件相對於彼此移動。通過多個傳感器，有價文件被某些顏色的光源照射，以對於這些顏色從有價文件的反射(remission)確定有價文件的視覺可見顏色。對應於人眼的三個不同的顏色受體，這些傳感器只具有由例如紅色、綠色和藍色發光二極體(RGB傳感器)實現的三個顏色通道。然而，對於這種只具有三個顏色通道的光學傳感器，不能記錄從有價文件發出的光的光譜強度分布。為了記錄光譜強度分布，存在有已知的光譜傳感器，其以白光照射有價文件，並以光譜解析方式檢測由有價文件反射的光。對於這種光譜傳感器，採用了衍射光柵來光譜地分離由有價文件反射的光。然而，光譜分離需要從衍射光柵到檢測器線的比較長的光路，因此這種光譜傳感器需要大的安裝空間。此外，能夠被這種光譜傳感器捕捉的光譜範圍比較窄，因此不能由其記錄在寬光譜範圍內的光譜強度分布。因為衍射光柵對於某一波長被最佳化，因此光柵對於該波長的光的反射係數是儘可能大的。然而，對於偏離該波長的波長，在衍射光柵的反射係數中會發生顯著下降，因此在這些波長的光中，只有極低的光強可用於檢測。

發明內容
因此本發明的一個目的是提供一種得到改善的用於檢查有價文件的光譜傳感器，其能夠從有價文件的一個或多個區域記錄處於視覺可見光譜範圍中和/或近紅外線光譜範圍中的光譜強度分布。該目的通過獨立權利要求的主題實現。其從屬權利要求闡述了本發明的有利改進和實施例。光譜傳感器具有用於照射被光譜傳感器檢查的有價文件的照明裝置、成像光學器件和檢測裝置。照明裝置具有多個光源，這些光源的發射光譜彼此不同。這些光源的發射光譜位於視覺可見光譜範圍中和/或近紅外線光譜範圍中。成像光學器件將由照明裝置發射的光成像到待檢查的有價文件的區域上。通過成像光學器件，能夠實現照射待檢查有價文件的被清楚地限定出的且在空間上有限的區域。檢測裝置構造成用於在有價文件被照明裝置照射時，檢測在光譜傳感器的操作時從照射區域發出的光。
光譜傳感器的照明裝置具有多個不同的光源，這些光源的發射光譜彼此不同。在照明裝置內，光源可以並排配置，例如配置成二維網格，特別是配置在各光源所公用的光源接收器件上。光源也可以環形地配置，例如圍繞檢測裝置。成像光學器件構造成將各光源的發射光成像到待檢查的有價文件上。由照明裝置發射的光通過成像光學器件經由預定的光路成像到有價文件的被照射區域上。成像光學器件為此具有例如一個或數個折射性光學元件(例如透鏡)和/或衍射性和/或鏡反射性光學元件，其將光源發射的光成像到有價文件上。優選地，成像光學器件構造成成像透鏡。通過實現照明光向有價文件上的成像，有價文件的被照射區域被清楚地限定出並且在空間上是有限的。與通過光源對有價文件進行直接照明(沒有任何光學器件位於其間)相比，並且與簡單的光導光學器件(沒有成像光學器件)相比，這表現出優點，其中所述簡單的光導光學器件未使光成像，而是在沒有限定出光路的情況下將光從光導帶到有價文件上。為了將照明裝置發射的各種光源的光大幅地成像到有價文件的同一被照射區域上，成像光學器件優選配置成使得有價文件的被照射區域正好或者大致位於成像光學器件的焦點中。由此能夠實現這樣的情況，即，儘管是由並排配置的不同光源照射有價文件，待檢查有價文件的大致同一區域能夠被照射並且能夠被檢測裝置檢測。成像光學器件能夠構、造成照射有價文件上的補丁式(patchy)區域，特別是圓形照明補丁。但是它也可以構造成照射有價文件上的帶狀區域。作為成像光學器件，可以在第一情況中採用例如徑向對稱的成像光學器件，並在第二情況中採用圓柱形光學器件。由光源發射的光可以藉助於聚集光學器件得到聚集，所述聚集光學器件以適當的方式將所聚集的光引導到成像光學器件上，並且可以是照明裝置的一個部件。光源、聚集光學器件和成像光學器件在該情況下相對於彼此配置成使得各光源的發射光能夠通過聚集光學器件和成像光學器件成像到有價文件上，所述有價文件在光譜傳感器的操作時被光譜傳感器檢查。聚集光學器件配置在光源與成像光學器件之間，以聚集由光源發射的光。聚集光學器件可以由多個例如折射性或者衍射性的並排配置的透鏡實現，這些透鏡各自聚集光源之一的發射光。聚集光學器件和成像光學器件的透鏡在這裡配置並構造成優選使得光源以模糊方式成像到有價文件的被照射區域上。此外還優選的是照明裝置的每個光源小於與分配給它的透鏡分開的透鏡的焦距。聚集光學器件的透鏡可以構造成單個透鏡或者構造成微透鏡陣列的多個微透鏡。在另一些實施例中，聚集光學器件由配置在光源與成像光學器件之間的一個或數個光導形成。這裡，可以為所有光源設置一個公用的光導，也可以為每個光源各設置一個單獨的光導。光源的發射光被耦合到一個或多個光導中，並且光導引導光源的發射光至成像光學器件。離開光導的光被成像光學器件成像到有價文件上。作為光導，可以採用例如具有圓形或者帶狀光出射區域的導光體或玻璃纖維。照明裝置具有多個不同的光源，這些光源的發射光譜位於視覺可見光譜範圍中和/或近紅外線光譜範圍中，並且是彼此不同的。也就是說，所述多個光源提供多個不同的發射光譜，這些發射光譜的強度最大值位於不同波長處。例如，照明裝置的每個光源構造成用於發射某一波長的發射線，其光譜位置不同於照明裝置的所有其它光源的發射線。然而，替代地，照明裝置還可以具有數個相同的光源，以例如在光譜範圍中以低亮度光源同樣獲得充分的照明強度。優選地，所述多個光源覆蓋近紅外線光譜範圍的一部分，以便所述光譜傳感器通過測量值的檢測，能夠記錄處於近紅外線光譜範圍的所述一部分中的光譜強度分布。照明裝置的光源例如選擇成使得光譜傳感器能夠記錄近紅外線光譜範圍中的光譜強度分布，其從視覺可見光譜範圍延伸直到近紅外線光譜範圍中，例如從視覺可見光譜範圍延伸直到至少IOOOnm的波長，優選直到至少1200nm的波長。替代地或附加地，所述多個光源還覆蓋視覺可見光譜範圍的一部分，以便光譜傳感器能夠記錄在視覺可見光譜範圍的所述一部分中的檢測光的光譜強度分布。照明裝置還可以具有發射光譜位於紫外光譜範圍中的一個或數個光源。作為光源，優選使用光輻射二極體，例如發光二極體(LED)，特別是半導體發光二極體或者有機發光二極體(OLED);和/或雷射二極體，特別是垂直空腔表面發射雷射器(VCSEL)。在光譜傳感器的操作時，光源被連續地接通和斷開，以通過具有不同發射光譜的光脈衝的照明序列照射有價文件的區域。檢測裝置構造成用於檢測在光譜傳感器的操作時從被照明序列照射的有價文件的區域發出的光。如此一來，對於照明序列的光脈衝中的每一個，檢測到測量值，以記錄被檢測光的光譜強度分布。檢測到的測量值分別對應於在以照明序列的光脈衝之一照明時檢測到的光強。被檢測的光的光譜強度分布從被檢測到的測量值得到。
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為了檢查有價文件，周期性地重複照明序列至少在待檢查的有價文件的一個局部區域之上，通過同一照明序列照射有價文件。在其它局部區域中，可以通過不同照明序列照射有價文件。照明序列在這裡可以根據待檢查的有價文件進行選擇。從一個單個照明序列期間檢測到的測量值，已經能夠確定從有價文件發出的光的光譜強度分布。然而，替代地，還可能的是將不同照明序列的測量值組合，優選是至少兩個連續照明序列的測量值。例如，將在連續照明序列中以同一光源照明時檢測到的至少兩個測量值組合成一個所得測量值。在光譜傳感器的操作時，待檢查的有價文件以一傳送速度傳送經過光譜傳感器。優選地，照明序列的持續時間相對於待檢查有價文件的傳送速度調節成使得，通過光源在照明序列期間發射的所有光脈衝幾乎照射有價文件的同一區域。特別地，所述有價文件上被所述照明序列的第一光脈衝照射的區域和所述有價文件上被同一照明序列的最後一個光脈衝照射的區域具有至少75%的重疊。這意味著，對於同一照明序列的所有光脈衝，被這些光脈衝連續照射的被照射區域的面積有至少75%是相同的，儘管有價文件在照明序列期間是運動的。優選地，光譜傳感器不構造成用於對有價文件進行全範圍檢查，而是用於在有價文件上的一個或數個軌道中檢查有價文件。在數個軌道中進行檢查的情況下，在軌道之間分別配置有有價文件的不被光譜傳感器檢查的區域。為了檢查有價文件而被照射的區域形成彼此平行地延伸並且是沿有價文件的傳送方向延伸的軌道。這些軌道離散地分布在有價文件上。對於軌道中的每一個，設置了與以上描述相一致的至少一個照明裝置、一個成像光學器件和一個檢測裝置。照明序列優選彼此接續得如此之快，以至於有價文件是沿每一個軌道以準連續的方式得到檢查。近紅外線光譜範圍的被光源覆蓋的部分包括例如至少750nm-1000nm的波長和/或1000nm-1600nm的波長，可選地還包括1600nm以上的波長。優選地，光譜傳感器配備有覆蓋IOOOnm以上的光譜範圍的光源。因為光譜傳感器能夠有利地還記錄該長波光譜範圍中的光譜強度分布，對此，到目前為止採用矽基檢測器的常規光譜傳感器是不適當的。視覺可見光譜範圍的被光源所覆蓋的部分可以是例如屬於某一顏色的光譜範圍，例如被人眼感覺為紅色的光譜範圍。然而，光源也可以覆蓋兩種或者數種顏色，以便光譜強度分布橫跨兩種或者數種顏色延伸，例如橫跨綠色和紅色光譜範圍延伸。照明裝置的光源的發射光譜包括例如處於視覺可見光譜範圍中的至少5種不同發射光譜。然而，視覺可見光譜範圍的被光源所覆蓋的部分也可以是整個視覺可見光譜範圍。眼睛的光譜敏感度只基於三個顏色通道。因此，存在彼此是不同的但是在人眼中卻觸發相同顏色印象的顏色。具有不同光譜性質但是在相同照明條件下對於人來說看起來是相同的這些顏色被稱為同色異譜顏色(metameric color)。如同人眼那樣只具有三個顏色通道的先有傳感器，例如RGB傳感器，不能彼此區分同色異譜顏色。然而，本發明的光譜傳感器構造成區分同色異譜顏色。在該光譜傳感器中，光源的發射光譜被選擇成使得能夠基於光譜傳感器所記錄的光譜強度分布彼此區分同色異譜顏色。例如，光譜傳感器可以對於被包含在相同或者不同有價文件上的兩種同色異譜顏色分別記錄一個光譜強度分布，以便它們能夠彼此對比，並且能夠確定它們的差異。
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在光譜傳感器中，光源的發射光譜優選在光譜上定位成使得能夠基於光譜傳感器可以在檢測從同色異譜顏色發出的光時記錄的相應光譜強度分布，彼此區分可以被包含在有價文件的被照射區域中的同色異譜顏色。例如，所述多個光源覆蓋紅色光譜範圍和/或綠色光譜範圍和/或藍色光譜範圍和/或750nm-1000nm的近紅外線光譜範圍，以便能夠基於光譜傳感器在檢測從同色異譜顏色發出的光時記錄的光譜強度分布，通過光譜傳感器彼此區分可以被包含在被照射區域中的同色異譜顏色。為了區分光學性質在某一顏色通道(例如紅色)內不同的同色異譜顏色，有利的是將光源選擇成使得在該顏色通道的光譜範圍內，存在光源的至少兩個不同的發射光譜。為了使光譜傳感器能夠彼此區分許多不同的同色異譜顏色，優選的是還分別通過至少兩個不同的發射光譜覆蓋其它顏色通道(例如綠色、藍色)。同理適用於近紅外線光譜範圍中光學性質不同的顏色的區別。因此優選的是所述多個光源覆蓋紅色光譜範圍和/或綠色光譜範圍和/或藍色光譜範圍，使得在各光譜範圍中存在光源的至少兩個不同發射光譜。對於近紅外線光譜範圍，優選的是所述多個光源覆蓋750nm-1000nm的近紅外線光譜範圍和/或1000nm-1600nm的近紅外線光譜範圍，使得在各光譜範圍中存在所述光源的至少三個、優選為至少五個不同發射光譜。另外，優選的是，光譜相鄰的光源的至少三個、特別是至少五個發射光譜，在光譜上重疊和/或具有分別彼此不同的發射最大值，其光譜距離不大於60nm。例如，照明裝置的光源的發射光譜中的每一個與照明裝置的其它光譜相鄰的光源之一的發射光譜中的至少一個在光譜上重疊。檢測裝置優選具有這樣一種光譜敏感度，其光譜如此之寬，使得照明裝置的光源中的每一個的發射光通過檢測裝置是可檢測的。特別地，檢測裝置構造成至少用於檢測視覺可見光譜範圍中的光，以及用於檢測與之相鄰的達到至少IOOOnm的近紅外線光譜範圍的光。通常採用的矽基檢測裝置適合於視覺可見光譜範圍，但是不適合於IOOOnm以上的光譜範圍。因此特別有利的是為光譜傳感器配備這樣一種檢測裝置，其構造成既用於檢測視覺可見光譜範圍中的光又用於檢測高達IOOOnm及以上的近紅外線光譜範圍中的光。特別地，光譜傳感器為此具有作為檢測裝置的InGaAs光電檢測器，其構造成既用於檢測近紅外線光譜範圍中的光，特別是用於檢測IOOOnm以上的波長，又用於檢測視覺可見光譜範圍中的光。為了檢測反射光，光譜傳感器還可以包含數個相同的檢測裝置，以便例如捕捉更大角度範圍內的反射光。光譜傳感器還可以具有數個不同的檢測裝置，以便例如加寬能夠被光譜傳感器捕捉的光譜範圍。不同的檢測裝置在這裡可以並排配置或者前後配置，例如呈三明治結構的形式。由檢測裝置記錄的測量值被評價裝置評價，所述評價裝置可以是光譜傳感器的一個部件，或者由外部評價裝置形成。優選地，通過光譜傳感器，特別是通過光譜傳感器的內部評價裝置，已經至少實現了對測量值的預處理。進一步的評價也可以通過內部評價裝置實現，或者替代地通過安裝有光譜傳感器的設備的中心評價裝置實現。在檢測裝置前，可以配置有檢測光學器件，通過它將從有價文件發出的光聚集並引導到檢測裝置的光敏區域上。
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檢測光學器件包括例如一個或多個折射性或者衍射性光學元件或者反射鏡。檢測光學器件和檢測裝置被構造並配置成使得，在光譜傳感器的操作時，在從被照射區域發出的光中，只檢測到有價文件的完全配置在被照射區域內的檢測區域的光。通過將檢測區域完全配置在被照射區域內，實現了這樣的結果，即被檢測到的光強對可能在有價文件的傳送時發生的有價文件的顫動不敏感。光譜傳感器因此還變得能容忍可能在製造或者在組裝光譜傳感器時發生的照明裝置的、成像光學器件的、檢測裝置的或者檢測光學器件的任何位置波動。優選地，檢測區域完全配置在被照射區域的被均勻照射的部分內。在該被均勻照射的部分中，照明的強度優選對於照明序列的所有光脈衝是均勻地分布的。優選地，對於光譜傳感器設置有控制裝置，該控制裝置被適配成連續地接通和斷開照明裝置的光源，以通過不同光源的不同發射光譜連續地照射有價文件。控制裝置可以構造成光譜傳感器的一個部件，但是它也可以構造成外部控制裝置，例如作為用於處理有價文件的在其中安裝有光譜傳感器的設備的一個部件。控制裝置適配成驅動光譜傳感器的照明裝置特別是光源，以及光譜傳感器的檢測裝置。在光譜傳感器的操作時，控制裝置連續地接通和斷開光源，使得例如在任一時間點正好其中有一個光源被接通。然而，在一個或數個時間點處，也可以同時接通數個光源，例如具有相同發射光譜的數個光源。此外，控制裝置引發檢測裝置在光源的接通階段中分別捕捉與從有價文件發出的光強相對應的測量值。由於檢測裝置分別記錄與光源的照明同步的一個測量值，因此對於由相應光源的發射光譜預先確定的那些波長檢測到從有價文件發出的光強。在光譜傳感器的構造時，指定了照明序列，其被用來檢查有價文件，特別是光源被接通和斷開以照明有價文件。為光譜傳感器提供的控制裝置可以在製造光譜傳感器時就已經構造好了。然而，也可以只在光譜傳感器完成後，進行控制裝置的構造。還可以設置成使得即使在光譜傳感器投入運行後，控制裝置的構造也是可變的。這種在投入運行後的重新構造可以例如通過光譜傳感器的製造商、或者通過光譜傳感器的操作者或安裝有光譜傳感器的設備的操作者來進行。重新構造時，還可能必要的是將檢測裝置的驅動調節成適應照明裝置的驅動，例如在被接通和斷開以用於測量的光源的數量發生變化時。重新構造時，用來評價被檢測到的測量值的評價裝置也將被調節成適應控制裝置的變化了的構造，例如在使用其它光源來檢查有價文件時。
優選地，光譜傳感器還具有殼體，在殼體中配置有照明裝置、成像光學器件和檢測裝置，可選地還配置有控制裝置和檢測光學器件。本發明的另一方面是用於檢查有價文件的方法，其可以藉助於上述光譜傳感器來進行。為了檢查有價文件，以一傳送速度將有價文件傳送經過光譜傳感器。通過具有發射光譜彼此不同的多個光源的照明裝置來照射有價文件。所述多個光源在照明有價文件時被連續地接通和斷開，以通過具有不同發射光譜的光脈衝的照明序列來照射有價文件的區域。藉助於成像光學器件將照明裝置發射的光成像到有價文件的被照射區域上。優選藉助於配置在光源與成像光學器件之間的聚集光學器件來聚集由光源發射的光。檢測從有價文件的被照射區域發出的光。如此一來，對於照明序列的光脈衝中的每一個，檢測到一個測量值，以記錄從被照射區域發出的光的光譜強度分布。所述多個光源至少覆蓋視覺可見光譜範圍的一部分和/或近紅外線光譜範圍的一部分，使得通過對測量值的檢測，記錄了處於視覺可見光譜範圍的所述一部分和/或近紅外線光譜範圍的所述一部分中的光譜強度分布。在一個實施例中，照明裝置具有光源接收器件，在光源接收器件上設置有多個光源位置，每個光源位置構造成用於接收光源。光源位置在光源接收器件上並排配置，並且由多個個體凹部限定出，通過所述凹部，分別能夠接收一個晶片狀的光源。然而，光源位置也、可以由隆起和/或由電氣接觸區域限定出，其可以被光源接收器件具有，並且其構造成用於接收晶片狀光源。光譜傳感器的照明裝置可以具有聚集光學器件。該聚集光學器件例如構造成包含多個微透鏡的微透鏡陣列。這裡，微透鏡陣列和光源接收器件相對於彼此配置成使得配置在光源接收器件上的光源各自正好被分配給一個微透鏡。在光譜傳感器的操作時，因此各光源的發射光正好被微透鏡陣列的一個微透鏡聚集。通過將微透鏡分配至相應的光源，光源的發射光能夠以高效率得到聚集。為了獲得微透鏡與光源之間的一對一分配，微透鏡陣列中的微透鏡的配置與光源接收器件上的光源的配置是完全相同的。例如，微透鏡和光源配置成相同的二維網格。優選地，微透鏡陣列構造成一體件，該一體件具有作為一體件的必要構成部件的緊固器件。光源接收器件具有與微透鏡陣列的緊固器件匹配的對應件。與採用單透鏡來用於每個光源的照明裝置相比，微透鏡陣列的採用獲得了較大優點。在該情況下，必須為每個單透鏡設置單獨的底座，並且在緊固單透鏡時確保相對於相應光源的確切定位。如此一來，可能必要的是必須隨後調節單透鏡的確切位置和/或取向。相比之下，在採用對於每個光源正好具有一個微透鏡的微透鏡陣列時，單次確切定位就已足夠。該定位可以通過微透鏡陣列的緊固器件來實現，所述緊固器件連接至光源接收器件的相應的對應件。因此能夠更加簡單地並且在不用調節的情況下實現光譜傳感器的製造。比起以單透鏡(其必須分別安裝並且其配置總是會留下空隙)實現相應照明裝置的情況，微透鏡陣列此外在各微透鏡之間不包含空隙或者包含很少的空隙。因為微透鏡陣列構造成一體件，所以各微透鏡能夠直接進入彼此中。因此能夠通過微透鏡陣列獲得準區域覆蓋光聚集。通過微透鏡陣列，形成了具有高的光聚集效率並且非常緊湊的照明裝置。


下面，將參考以下附圖通過示例來說明本發明。附圖中圖I示出了光譜傳感器，其檢查傳送經過光譜傳感器的有價文件，
圖2a示出了照明裝置的光源的發射光譜的示例(具有規範化的強度)，圖2b示出了分別來自多個光脈衝的數個照明序列進行的照明的時間序列，圖3a是有價文件的詳圖，在其上示出了被照射區域和檢測區域，圖3b_3c是第一時間點處(圖3b)和照明序列的最後一個光脈衝處(圖3c)的有價文件的詳圖，其中示出了被照射區域在照明序列期間的偏移，圖4a_4b示出了在紅色光譜範圍中彼此不同的兩種同色異譜顏色的光譜強度分布和光譜傳感器的測量值的示例。
具體實施例方式下面將通過反射傳感器(remission sensor)的示例來說明用於檢查有價文件的光譜傳感器。然而，根據本發明的光譜傳感器也可以構造成透射傳感器。為此，將檢測裝置配置成與照明裝置相對，以便透過有價文件的照明光被檢測。、圖I示出了光譜傳感器100的一個示例，所述光譜傳感器100構造成用於檢查被傳送經過光譜傳感器100的有價文件I。為了照明有價文件1，光譜傳感器100具有照明裝置50，所述照明裝置50配備有具有多個不同發射光譜的多個光源15。由照明裝置50發射的照明光被聚集光學器件和成像透鏡25成像到有價文件I上。聚集光學器件20在本示例中構造成微透鏡陣列20。然而，為了將照明裝置50發射的光成像到有價文件I上，作為成像光學器件，作為成像透鏡25的替代，也可以採用其它光學部件，例如透鏡系統，一個或數個衍射性光學部件，例如菲涅耳透鏡或者成像反射鏡。通過有價文件1，反射了一部分照明光，這取決於有價文件I的光學性質。被有價文件I反射的光在具有光敏區域31的檢測裝置30的幫助下得到檢測。檢測裝置30可以例如由InGaAs光電二極體或者InGaAs光電電晶體形成。在檢測裝置30前，配置有檢測光學器件35，通過它將有價文件I所反射的光聚集並引導到光敏區域31上。在圖示的示例中，照明光垂直地成像到有價文件I上，並且檢測裝置30捕捉以傾斜角度反射的光。替代地，照明也可以以傾斜角度實現，而檢測裝置30可以捕捉沿垂直方向或者沿傾斜方向反射的光。在圖I的示例中，照明裝置50包括光源接收器件10，在其上設置有多個光源位置11，每個光源位置構造成用於接收光源15。光源接收器件10構造成例如電路板，並且具有操作光源15所需的電氣配線結構(未示出)，其允許對每個個體光源15進行選擇性的驅動。光源位置11在本示例中由光源接收器件10中的凹部形成，在其中分別緊固有一個光源15。為了形成照明裝置50，一部分或全部光源位置11分別設置有光源15。作為光源15，使用了例如LED和/或OLED和/或VCSEL。照明裝置的微透鏡陣列20具有多個微透鏡21。光源接收器件10和微透鏡陣列相對於彼此調節成使得光源位置11各自正好被分配一個微透鏡21。為此，微透鏡21配置在微透鏡陣列20內，處於與光源位置11在光源接收器件10上配置的相同網格中。由個體光源15發射的光被配置在相應光源15上方的微透鏡21聚集。微透鏡陣列20構造成一體件，並且例如由玻璃體或者由透明塑料體形成。個體微透鏡的直徑處於例如微米範圍中或者毫米範圍中。為了緊固微透鏡陣列20，微透鏡陣列20的本體配備有緊固銷22，其插入與光源接收器件10中的孔匹配的孔中。通過藉助於緊固銷22緊固微透鏡陣列20，自動地實現了微透鏡陣列20相對於光源15的最佳定位。因此，在製造光譜傳感器100時，不必調節照明裝置50。光譜傳感器100具有殼體90，在殼體90的下側配置有透明窗口 101。由照明裝置50發射的光被引導透過窗口 101射向待檢查的有價文件I上，所述待檢查的有價文件I沿傳送方向T傳送經過光譜傳感器100。照明裝置50 (特別是光源15)和檢測裝置30被控制裝置60驅動，所述控制裝置60在本示例中配置在殼體90內。控制裝置60連續地接通和斷開光源15，例如使得在任一時間點分別接通有正好一個光源15。在光源的接通階段中，檢測裝置30分別捕捉與有價文件I所反射的光強相對應的測量值。有價文件I被不同光源15的不同發射光譜連續地照射。由於檢測裝置30分別檢測與光源15的照明同步的一個測量值，所以對於光源15的不同發射光譜，檢測到由有價文件I反射的光強。光源15具有多個不同的發射光譜。圖2a對於照明裝置具有十二個光源15的示例示出了光源的發射光譜E1-E12，其發射光譜部分地位於視覺I可見的光譜範圍中，並且部分地位於近紅外線光譜範圍中。在本示例中，所有十二個光源15的發射最大值E1-E12位於不同波長入I-入12處。入4-入8的各個發射最大值之間的光譜距離在本示例中分別小、於60nm。入10、入11和入12的彼此光譜相鄰的光源的發射光譜E10、Ell和E12彼此光譜重疊。控制裝置60驅動光源15，使得照明序列BI (由其接通和斷開光源15)被周期性地重複。圖2b通過示例示出了照明序列BI，其由十二個光脈衝P1-P12構成並且周期性地重複(B2、B3、.)。例如，控制裝置60可以被編程成為使得在各照明序列B1、B2、B3期間，照明裝置50的每個光源15被接通和斷開正好一次。替代地，同一光源15也可以在每個照明序列被驅動數次，例如以便通過多次測量抵消微弱強度的光源15的低強度。照明序列可以包括驅動存在於照明裝置50中的所有光源15，或者只驅動存在的光源15的子集。在照明序列BI後，即在已經在通過提供來進行測量的每個發射光譜E1-E12的照明下記錄了測量值後，開始下一照明序列B2，其中再次在通過提供來進行測量的每個發射光譜E1-E12照明下記錄測量值等。在照明序列B1、B2、B3之間，可以存在照明中斷。在照明序列期間獲得的測量值傳遞相應有價文件的檢測區域的反射的光譜依存性。可選地，在通過同一光源照明時的連續照明序列中檢測到的數個測量值，可以組合成一個所得測量值。因此，例如通過第一照明序列BI的第一光脈衝Pl照明時檢測到的測量值和通過第二照明序列B2的第一光脈衝Pl照明時檢測到的測量值可以組合成一個所得測量值。圖3a示出了有價文件I的一個局部區域，在其上示出了被照明裝置50照射的區域2。通過照明序列BI的光脈衝P1-P12，照明區域2的一個部分4分別被均勻光強照射。其中還進一步示出了完全配置在照明區域2的均勻照射部分4內的檢測區域3。照明序列B1、B2、B3、...的持續時間A t相對於有價文件I的傳送速度調節成使得通過照明序列的不同測量值，至少大致檢測到有價文件I上的同一檢測區域3的反射光。為了說明，圖3b和3c示出了在兩個不同時間點tP1和tP12處的有價文件I的局部區域。被均勻照射的部分4在圖3b、3c中未畫出。在時間點tP1處，有價文件I被照明序列BI的第一光脈衝Pl照射，其中將由其照射的區域稱為2P1，並將相關聯的檢測區域稱為3P1，見圖3b。通過傳送有價文件，有價文件I從時間點tP1到時間點tP12沿傳送方向T移動了距離d。在時間點tP12處，有價文件I被照明序列BI的最後一個光脈衝P12照射，其中將由其照射的區域稱為2P12，並將相關聯的檢測區域稱為3P12，見圖3c。另外，在圖3c中再次勾劃出了被第一光脈衝Pl照射的有價文件I的區域2P1，其相關於照射區域2P12偏移了距離d。然而，與照射區域的長度L相比，距離d非常短。有價文件上照射區域2P12的和檢測區域3P12的位置因此與有價文件I上照射區域2P1和檢測區域3P1的位置相比只發生了略微偏移。與照射區域的長度L相比，從開始運行直到同一照明序列結束時有價文件I所運行的距離d如此短，以至於兩個照射區域2P1和2P12就表面積而言重疊至少75%。圖4a示出了第一顔色Cl的反射光譜(虛線)的ー個示例。符號x標誌光譜傳感器在記錄第一顔色Cl的光譜強度分布時檢測的測量值。為了記錄光譜強度分布，該光譜傳感器採用十個不同波長λ I-λ 10的光源，其中五個波長位於紅色光譜範圍(RED) (λ 4-λ 8)中。在圖4b中，除第一顔色Cl的反射光譜之外，還示出了第二顔色C2的反射光譜(實線)以及由符號ο代表的測量值，所述測量值是光譜傳感器在記錄第二顔色C2的光譜強度分布時檢測到的。第一顔色Cl和第二顔色C2相對於彼此是同色異譜的顔色，其中其反射光譜只在紅色光譜範圍中是彼此不同的，而在其它方面是等同地延伸的。
、
先有的RGB傳感器能夠檢測紅色光譜範圍中的反射光，但是它們是以一體方式(integral fashion)檢測整個紅色通道RED。這意味著檢測的是位於紅色光譜範圍中的反射光的總強度，獨立於其在紅色光譜範圍內的光譜分布。RGB傳感器能夠只在兩個顏色的總強度不同時彼此區分這兩個顔色，所述總強度是RGB傳感器從其顏色通道之一中的相應顏色檢測到的。由於顏色Cl和C2的兩個反射光譜，在整個紅色光譜範圍內觀察時，具有相同的區域(見圖4b)，所以一體地測量紅色光譜範圍的RGB傳感器將從紅色中的這兩個顏色檢測到相同的總強度。因此，RGB傳感器不能區分這兩個同色異譜顏色Cl和C2。然而，本發明的光譜傳感器能夠基於光譜強度分布彼此區分同色異譜顏色，所述光譜強度分布是光譜傳感器在一個顏色通道內從這些顔色記錄到的。在圖4a、4b的示例中，光譜傳感器能夠通過比較紅色光譜範圍內的光譜強度分布，特別是通過比較它在波長λ 4-λ 8處檢測到的五個測量值(X或者ο)，來區分兩個顏色Cl和C2。
權利要求
1.一種光譜傳感器(100)，用於檢查有價文件(I)，所述有價文件(I)在所述光譜傳感器(100)的操作時以一傳送速度被傳送經過所述光譜傳感器(100)，所述光譜傳感器(100)包括 一照明裝置(50)，具有發射光譜(E1-E12)彼此不同的多個光源(15)，其中所述多個光源(15)在所述光譜傳感器(100)的操作時被連續地接通和斷開，從而以具有不同發射光譜(E1-E12)的光脈衝(P1-P12)的照明序列(BI)照射所述有價文件(I)的一個區域(2)，和 一成像光學器件(25)，通過它，由所述照明裝置(50)發射的光在所述光譜傳感器(100)的操作時成像到所述有價文件(I)的被照射的區域(2)上，和 一檢測裝置(30)，用於檢測在所述光譜傳感器(100)的操作時從被所述照明序列(BI)的光脈衝(P1-P12)照射的所述區域(2)發出的光，其中對於所述照明序列(BI)的光脈衝(P1-P12)中的每一個，檢測到與被檢測光的強度相對應的測量值， 其中所述多個光源(15)覆蓋近紅外線光譜範圍的一部分和/或視覺可見光譜範圍的一部分，使得所述光譜傳感器(100)通過對所述測量值的檢測能夠記錄所述近紅外線光譜範圍的所述一部分中和/或所述視覺可見光譜範圍的所述一部分中的光譜強度分布。
2.如權利要求I所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述光源(15)被選擇成使得所述光譜傳感器(100)能夠記錄從所述視覺可見光譜範圍延伸直到所述近紅外線光譜範圍中的光譜強度分布，優選是從所述視覺可見光譜範圍延伸直到至少IOOOnm的波長的光譜強度分布，特別是從所述視覺可見光譜範圍延伸直到至少1200nm的波長的光譜強度分布。
3.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述多個光源(15)覆蓋紅色光譜範圍和/或綠色光譜範圍和/或藍色光譜範圍和/或750nm-1000nm的近紅外線光譜範圍，使得能夠基於所述光譜傳感器(100)在檢測從同色異譜顏色(Cl、C2)發出的光時記錄的光譜強度分布，彼此區分同色異譜顏色(Cl、C2)，所述同色異譜顏色(Cl、C2)能夠被包含在被照射的區域(2)中。
4.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述多個光源(15)覆蓋紅色光譜範圍和/或綠色光譜範圍和/或藍色光譜範圍，使得在各光譜範圍中存在所述光源(15)的至少兩個不同發射光譜(E1-E12)。
5.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述多個光源(I5)覆蓋750nm-1000nm的近紅外線光譜範圍和/或I 000nm-1600nm的近紅外線光譜範圍，使得在各光譜範圍中存在所述光源(15)的至少三個、優選為至少五個的不同發射光譜。
6.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述多個光源(15)的發射光譜(E1-E12)包括位於所述視覺可見光譜範圍中的至少五個不同發射光譜。
7.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，光譜彼此相鄰的所述光源(15)的至少三個優選至少五個發射光譜，在光譜上重疊和/或具有分別彼此不同的發射最大值，其光譜距離不大於60nm。
8.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述照明裝置(50)具有配置在所述光源(15)與所述成像光學器件(25)之間的聚集光學器件，以聚集由所述光源(15)發射的光，其中所述聚集光學器件特別具有並排配置的多個透鏡，通過這些透鏡，能夠聚集分別由所述光源(15)其中之一發射的光。
9.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述光譜傳感器(100)具有檢測光學器件(35)，其中所述檢測光學器件(35)和所述檢測裝置(30)構造並配置成使得，在所述光譜傳感器(100)的操作時，在從被照射的區域(2)發出的光中，只檢測到所述有價文件(I)的完全配置在被照射區域(2)內的檢測區域(3)的光，其中所述檢測區域(3)優選完全配置在被照射區域(2)的均勻照射部分(4)內。
10.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述照明序列(BI)的持續時間(AT)相對於所述有價文件(I)的傳送速度調節成使得，在所述照明序列(BI)期間由所述光源(15)發射的所有光脈衝(P1-P12)均大致照射所述有價文件(I)的相同區域(2)。
11.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述有價文件(I)上被所述照明序列(BI)的第一光脈衝(Pl)照射的區域(2P1)和所述有價文件(I)上被同一照明序列(BI)的最後一個光脈衝(P12)照射的區域(2P12)具有至少75%的重疊。
12.如上述權利要求中任一項所述的光譜傳感器(100)，其特徵在於，所述檢測裝置(30)是InGaAs光電檢測器，其構造成既用於檢測視覺可見光譜範圍中的光，又用於檢測近紅外線光譜範圍中的光。
13.一種用於檢查有價文件的方法，特別是藉助於如權利要求1-12中任一項所述的光譜傳感器(100)，具有以下步驟 一以一傳送速度傳送待檢查的有價文件(I)經過構造成用於檢查所述有價文件(I)的光譜傳感器(100)， 一通過照明裝置(50)照射所述有價文件(I)，所述照明裝置(50)具有發射光譜(E1-E12)彼此不同的多個光源(15)，其中所述多個光源(15)在照射所述有價文件(I)時被連續地接通和斷開，從而以具有不同發射光譜的光脈衝(P1-P12)的照明序列(BI)照射所述有價文件(I)的一個區域(2)， 一藉助於成像光學器件將所述照明裝置(50)發射的光成像到所述有價文件(I)的被照射區域⑵上， 一檢測從所述有價文件⑴的被照射區域⑵發出的光，其中對於所述照明序列(BI)的光脈衝(P1-P12)中的每一個，檢測到與被檢測光的強度相對應的測量值， 其中所述多個光源(15)覆蓋近紅外線光譜範圍的一部分和/或視覺可見光譜範圍的一部分，使得所述光譜傳感器(100)能夠通過對所述測量值的檢測來記錄所述近紅外線光譜範圍的所述一部分中和/或所述視覺可見光譜範圍的所述一部分中的光譜強度分布。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，由其照射所述區域(2)的所述照明序列(BI)周期性地重複。
15.如權利要求13或14所述的方法，其特徵在於，在不同的、特別是連續的照明序列 (BUB2)中由同一光源(15)的相應一個光脈衝進行照明時檢測到的至少兩個測量值，被組合成一個所得測量值。
全文摘要
本發明涉及用於檢查有價文件光譜傳感器，所述傳感器具有用於照射有價文件的照明裝置、成像光學器件和檢測裝置。照明裝置包含發射光譜彼此不同的多個光源，所述光源被連續地接通和斷開，從而以由具有不同發射光譜的光脈衝構成的照明序列照射有價文件的區域。對於光脈衝各檢測到一個測量值，以記錄被檢測光的光譜強度分布。所述多個光源覆蓋近紅外線光譜範圍的一部分和/或可見光光譜範圍的一部分，使得光譜傳感器能夠記錄所述近紅外線光譜範圍的所述一部分中和/或所述可見光光譜範圍的所述一部分中的光譜強度分布。
文檔編號G07D7/12GK102754130SQ201080063190
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月16日 優先權日2009年12月18日
發明者J.弗蘭肯伯格, W.勞舍, W.德肯巴赫 申請人:德國捷德有限公司