CN102971744A

CN102971744A - 用于测量施加于物体的光学可变标志的光学特性的方法和设备

Info

Publication number: CN102971744A
Application number: CN2011800326655A
Authority: CN
Inventors: E·德库; X·施瓦布
Original assignee: SICPA Holding SA
Current assignee: SICPA Holding SA
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: US20110317150A1; MY161574A; EP2588992A1; CA2798438A1; EP2588992B1; WO2012001077A1; EA201291288A1; JP2013531307A; HK1180810A1; CN102971744B; MX2012012818A; AU2011273522A1; AU2011273522B2; US8467038B2

Abstract

一种测量施加于物体上的光学可变标志的光学特性的方法，该方法包括步骤：照亮光学可变标志以形成由标志在第一视角反射的第一光和由标志在第二视角反射的第二光，该第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；使第二反射光折射通过光学单元以朝向光学传感器重定向第二反射光；用光学传感器同时地捕获第一光和第二折射光；并基于所捕获的第一光和第二光确定光学可变标志的光学特性。

Description

用于测量施加于物体的光学可变标志的光学特性的方法和设备

发明背景

发明领域

本发明涉及一种用于测量施加于物体的光学可变标志的光学特性的方法和设备，来自该光学可变标志的光当从不同角度观察时具有不同的光谱组成。

关联技术的简述

在标签、标志和可视标记的领域中，通常使用具有透镜和图像传感器的相机***，该相机***耦合于取帧器（frame grabber）和计算机***。当带有标签、标志或可视代码的物体进入相机***的视野时，图像传感器可被触发以捕获图像。在物体经过时，物体的标签可在特定触发事件后由图像传感器捕获，例如通过运动检测传感器捕获，以形成标签的数字图像。图像传感器将由此以快速积分时间工作从而产生不模糊的图像，并通常具有必要的驱动器和信号电子器件以通过模数转换将捕获的光转换成数字图像。数字图像可由取帧器保持并格式化，并可传递至计算机***以通过使用特殊图像出来算法进一步处理。例如，可执行物体尺寸的光学测量，并可使用光符号识别或图案匹配算法来检测和读出由标签和标志表示的某些信息。

此外，已提出一些设备以检查由对人类观察者来说光学可变的油墨构成的标签和标志而不使用自动检查的相机***。已提出这些设备使用安装在观察设备中的反射镜来反射已从光学可变标准化射出的光，由此人类观察者可从固定的空间方向观察光学可变标志。这使观察者无需移动就能同时看到第一和第二颜色的光学可变标志的图像。

姑且不论光学检查***领域的所有技术，在测量光学可变标志特性的领域中，仍然需要专门的光学检查方案以改善这些***的成本、性能和多功能性。

发明概述

本发明的一个方面提供一种用于测量施加于物体的光学可变标志的光学特性的方法。优选地，该方法包括下列步骤：照亮光学可变标志以形成由标志在第一视角反射的第一光和由标志在第二视角反射的第二光，所述第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；以及使第二反射的光折射通过光学单元以朝向光学传感器重定向第二反射的光。此外，该方法进一步优选地包括下列步骤：通过光学传感器同时捕获第一光和第二折射光；并基于捕获的第一光和第二光确定光学可变标志的光学特性。

根据本发明的另一方面，提供一种配置成测量施加于物体的光学可变标签的特性的设备。该设备优选地包括：光源，所述光源照亮光学可变标志以形成由标志在第一视角反射的第一光和由标志在第二视角反射的第二光，所述第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；以及棱镜，所述棱镜折射第二反射光以重定向第二反射光。此外，该设备优选地包括：相机，所述相机通过光学传感器同时捕获第一光和第二折射光；以及处理单元，所述处理单元基于捕获的第一光和第二折射光确定光学可变标志的光学特性。

根据本发明的又一方面，提供一种用于测量光学可变标志特性的设备，所述标志施加于物体上。该设备优选地包括：光源，所述光源照亮光学可变标志以形成由标志在第一视角反射的第一光和标志在第二视角上反射的第二光，所述第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；以及光学器件，用于将第二反射光折射向与第二视角不同的方向以形成经重定向的第二光。此外，该设备优选地包括：相机，所述相机通过光学传感器同时地捕获经反射的第一光和经重定向的第二光；以及处理单元，所述处理单元基于经反射的第一光和经重定向的第二光确定光学可变标志的光学特性。

本发明的概述既不旨在也不解释为表示本发明完全的边界和范围，其额外的方面将从详细说明中变得更为清楚，尤其是当与所附附图一起考虑时。

附图简述

本发明的这些和其它特征、方面和优势将参照下面的说明书、所附权利要求和附图变得更容易理解，在附图中：

图1示出根据本发明一实施例用于光学可变标志的光学特性的设备的示意图；

图2示出表示根据本发明的测量光学可变标志的光学特性的方法的步骤的图；

图3A和3B示出根据本发明用于测量光学可变标志的特性的设备的示意性截面图和前视图；

图4示出用于测量具有某些要素尺寸和要素几何关系的光学可变标志的光学特性的设备的示意图；

图5示出根据本发明另一方面用于测量光学可变标志的光学特征的设备的示意图；

图6示出根据本发明又一方面用于测量光学可变标志的光学特性的设备的示意图；

图7A、7B和7C表示根据本发明又一方面的可与用于测量光学可变标志的光学特性的设备一起使用的不同类型棱镜的示意图；

图8示出根据本发明再一方面用于测量光学可变标志的光学特性的设备的示意图；以及

图9示出根据本发明再一方面用于测量光学可变标志的光学特性的设备的示意图，其中没有光垂直地传播至图像传感器。

这里，使用相同的附图标记，在可能的情形下，用来指示附图共有的相同要素。附图中的图像为解说目的被简化并且不按照比例绘出。

附图简述

根据本发明，用于测量光学可变标志的光学特性的设备5示意地示出于图1中。拟被检查的物体10——例如具有光学可变标志形式的某些安全特征的药剂产品包装盒或银行券——例如通过使用自动包装***的传送带沿与由透镜40限定的光轴O基本垂直的方向V移动经过设备5。物体10具有印刷在其前表面12上的光学可变标志15。标志15可能已之前使用光学可变油墨(OVI)印刷在物体10上。标志15可通过具有不同光学厚度和折射率的薄膜多层涂层构成，由此反射光的颜色或波长将因变于观察角或反射角而改变。

例如，标志15可具有许多特性，这些特性使其能根据相对表面12的视角以不同方式反射照明光的某些波长，以形成当沿不同方向观察时光的不同光谱组成。例如，可使OVI具有色移性质，由此从基本垂直于(α1＝0°，±5°)物体10前表面12的视角α1来看，观察到标志15呈原色PC，例如绿色，而当从相对于前表面12以某一倾斜角(例如角α2)观察标志14时观察到复色SC。也可使标志15的OVI如此形成：即从各个视角或更多视角观察到原色、二次色和三次色PC、SC、TC，并且色移随着视角的连续变化而连续变化。

例如，可形成标志15的OVI以使从标志15反射的光随着视角例如从基本垂直朝向物体10的前表面12的角α1＝0°，±5°开始增大而从红色变为绿色。因变于波长的这些反射是根据视角变化的。例如，反射曲线可在某一波长(例如对于红色在650nm)具有峰值，并且根据视角，反射曲线的峰值就绿色而言移动至510nm。在标志15的另一变例中，使OVI如此形成：即当从不同视角观察时射出不同偏振的光。偏振可因变于观察角而改变，并因此使用不同观察角来分析不同的偏振。此外，可形成诸如由OVI构成的光学可变层覆盖的徽标(logo)、文本或图片的标志15，所述OVI构成的光学可变层由具有随视角改变的可变透明度。由此，如果从一个角度观察，徽标可以是隐藏的，但从第二角度观察时它是可见的。也可能必须使用角α1≠0°来观察到原色PC，这依赖于OVI材料的化学和光学特性以及印刷环境。

物体10上印刷的标志15可包括容易通过设备5分析并包含某些信息的特定图案或形状。例如，可将特殊字符、矩阵码、条形码、图像等作为标志15印刷。照明设备20用来例如通过使用白光发光二极管(LED)将光25射至标志15上。照明设备20被配置成使充分的光从标志15反射出，由此图像传感器可捕获射出的光以供进一步处理。作为一个例子，照明可以是使用一个或多个白光LED的定向光源，这依赖于由LED产生的光强度，例如Edmund^TM先进照明高强度LED聚光灯。照明角（illumination angle）αill也可能影响色移特性的角度。在一变例中，照明设备20可配置在表面12前方的不同位置，以使光25对标志15的照明具有增加的均匀性。然后从标志15反射出宽光谱的白光25。第一光l1从第一角度从物体10的表面12反射出，该第一角度在图示例子中是基本垂直于表面12的0°角。第一光l1可具有第一特性，例如第一原色(PC)或从第一角度可见的第一图案或偏振。另外，从相对于物体10的前表面12倾斜的角度来看，在图示大约45°的例子中，具有与第一特性不同的第二特性的第二光l2被反射。第二特性可以是二次色(SC)的发射或从第二角度可见但从第一角度不可见的第二图案。在这种情形下，第一和第二特性是不同的颜色PC、SC，第一光l1和第二光l2将在这些颜色PC、SC下发射出，并具有在200nm和900nm之间的基本不重叠范围的波长，例如因变于在650nm下具有峰值的PC波长的光谱组成以及因变于在510nm具有峰值的SC波长的光谱组成。

设备5被配置成使第二光l2朝向棱镜30的前表面31反射并进入棱镜30的第一部分32，并朝向第一部分32的后表面36引导。棱镜30具有与周围环境(即空气)的折射率nenv不同的折射率n。第二折射光l21随后以不同于第二光l2传播角的角度退出棱镜30的第一部分32的后表面36。第二折射光l21由此改变其方向并可具有很大程度上依赖于棱镜使用的材料的某一色散，但没有波长偏移发生。第二折射光l21由透镜40捕获，并随后在图像传感器50的第一位置形成和捕获标志15的图案52。同时，第一光l1朝向棱镜30的前表面31反射并进入棱镜30的第二部分34。第一光l1和第二光l2具有相对物体10的前表面12不同的传播角。在图示变例中，第一光11的角度基本平行于光轴O并基本垂直于物体10的前表面12，并在l2的角度过大而无法直接击中透镜时朝向透镜引导。第一光l1随后朝向第一部分32的后表面36传播并以基本与第一光l1的传播角基本相同的角度作为第一光l11离开后表面38。优选地，第二折射光l21和第一光l11之间的角距不超出10°。

棱镜30被配置成使第二折射光l21也朝向透镜40引导并通过透镜40导向至图像传感器50。第一光l11由透镜40捕获并且标志15的图案54则由与图像传感器50的第一位置(图像传感器50的不同位置)不重叠的第二位置的第二部分捕获。这种配置允许用图像传感器50同时捕获第一图案52和第二图案54，图案52、54分别由第二折射光l21和第一光l11形成，而不需要任何附加的相机或同步机构。这允许对从传感器50捕获的同一图像中的两图案52、54施加数字处理。例如，同时捕获允许在图像传感器50的同一积分周期内捕获图案52和54。

相比使用反射镜来反射光l1和l2，棱镜30的使用，当检查由OVI构成的标志15时表现出若干优势。例如，反射镜经常对由传感器50捕获的图像引入线性畸变，由此可能需要进一步的校正性处理，而标志15的第一和第二特性的检测量和精度可能大为降低。另外，反射镜的使用可能引入附加的多次反射，由此可能无法独立地将图案52、54投影在图像传感器50的不同区域，而不使来自设备5的各个要素的多次反射重叠。多次反射发生在光在两个或更多个反射镜之间反射一次以上时。另外，不合需的二次反射则可能与通过光的原色、合需的反射产生的图像形成干涉。透镜40和棱镜30的使用相比基于反射镜的***允许大量减少线性畸变以改变光的传播，并也表现出比基于反射镜的***明显更好的优势，即可避免反射镜之间的双反射，所述双反射可能妨碍或使某些测量变得不可能。

这种对在图像传感器50的同一积分时间期间由不同角度反射的具有第一特性和第二特性的不同光的图案52、54的同时捕获为测量和分析目的提供额外的优势。给定图像传感器50——例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器——的特定积分时间，例如在1μm-100ms的范围内，可同时捕获图案52和54，并随后直接将源自同一标志15的图案52和54进行比较。

在一变例中，也可仅使用棱镜30呈三角截面形状的第一部分32，而第二部分34不存在，并且第一光l1不通过另一光学介质。由此，从标志15垂直射出的第一光l1将直接由透镜40和图像传感器50捕获。棱镜的第一部分32的前表面31部分被配置成使其宽度例如沿物体10的移动方向V比标志15的宽度更宽。

图像传感器50随后用来捕获第一图案52、第二图案54的图像，并且该图像可被转换成数字格式。图像传感器50与驱动器单元56耦合，该驱动器单元56被配置成读出由图像传感器50捕获的图像。例如，所有驱动信号和时钟信号发生器、电源电压和基准电压发生器、模数转换器、定时信号发生器、存储器缓存器等可以是驱动器单元56的一部分。驱动器单元56自身耦合至处理单元60，该处理单元60可对由图像传感器50捕获的图像执行数据和图像处理。处理单元60可由个人计算机(PC)实现，或由重新组合了处理单元60、图像传感器50和驱动器单元56的智能相机***(例如Cognex^TM InSight 1400c)实现，并可包括配置成存储计算机可读指令的硬件处理器和存储器，该计算机可读指令当在处理器上执行时能实现各种数据处理、显象和通信功能。存储器可以是易失性或FLASH存储器或其组合。另外，处理单元60也可包括可执行例如图像处理、特征提取、统计学算法和校正算法等数据处理的硬件编码的图像处理芯片、现场可编程门阵列(FPGA)或者复杂可编程逻辑器件(CPLD)。例如，单元60可执行图像过滤，例如媒体过滤、图像校正、背景图像传感器噪声校正、统计学图像分析、估算、查找表生成和管理等。

通过处理单元60完成的对表征具有第一和第二特性(例如原色PC和二次色SC)的图案52、54的捕获图像数据的典型测量各自包括：读取数据矩阵码、条形码、颜色质量印刷检查、偏振图案分析、标志几何形状的校验等。例如，这种测量允许校验标志15是否由特殊类型的OVI构成，这种特殊类型的OVI在使用颜色图像传感器50的情况下具有精确定义的色移特性。例如，处理单元60可将第一光l11、第二光l21两者因变于波长的频谱分布与存储在处理单元60中的基准分布进行比较。作为又一示例，鉴于当标志15从不同角度观察时可变的透明度，图案54可通过光l11表现出可见的第一徽标，而图案52可通过光l21表现出与第一徽标不同的第二徽标。

图2示出表示可在如图1所示的设备5上执行的测量光学可变标志的光学特性的方法的步骤的图。在步骤S10，物体10在被配置成测量光学可变标志15特性的设备5之前经过，以使标志15处于透镜40和图像传感器50的视野内，并在步骤S10由具有宽光谱白光的照明设备20照亮。接着，在步骤S22，第一光l1从标志15与物体15的表面12成第一角度地反射，而在步骤S20，第二光l2从标志15与物体15的表面12成第二角度地反射。反射的第二光l2朝向棱镜30的第一部分32射出，并在步骤S30在第一部分32折射以作为折射的第二光121离开。同时，在示出的图中，第一光l1不经过除透镜40以外的任何其它光学介质，从而将图像聚焦在图像传感器50上。在一变例中，可引导第一光l1通过光学介质，例如棱镜30的第二部分34。

接着，在步骤S40，第二折射光l21和第一光l1朝向透镜40传播并通过透镜40聚焦在在图像传感器50上以分别形成第一折射光l21和第一光l1的图案52、54。执行触发步骤S45，该步骤将信号提供给图像传感器单元50或驱动器单元56，以在需要捕获图案52、54时作出指示。一旦通过第一光l1作为图案54投射到棱镜30前表面31的标志15位于棱镜30的第一部分32的一个区域，触发信号可通过传感器单元50触发图像积分。例如，该触发可通过检测进入触发区的物体10到来的遮光板实现，或通过传感器单元50本身在高频率下读出部分图像以检测物体10的到来而实现。然后，在步骤S40，这些图案52、54在图像传感器的同一积分周期被同时捕获，并被转换成数字图像，并且该数字图像被提交给处理单元60。

在下一步骤S50，处理单元60分别评估数字图像以及被捕获的具有第一特性和第二特性的图案52、54。例如，可执行颜色处理以校验关于每个图案52、54的某些波长的色域和强度是否与其中特定波长λ与一振幅相比拟的预定图案对应。另外，处理单元60可将RGB颜色信息转换成色相-饱和度-亮度(HSL)或色相-饱和-数值(HSV)颜色信息，由此利于图像上的特征检测、图像分段或颜色分析。该颜色处理可与其它处理算法结合，例如条形码或矩阵码的读出、标志15某些尺寸的测量、某些印刷信息的读出、识别标记或徽标等。作为又一示例，可预先形成具有不同特性的图案52、54上的图案匹配。

接着，图3A和3B中绘出了用于测量光学可变标志的光学特性的设备105的示意性截面图和前视图。拟被检查的物体110在面向设备105的表面112上具有光学可变标志115，并通过传送带117移动经过设备105的视野。设备105包括例如铝或聚合物外形的壳体190，其具有由防擦石英玻璃或普通玻璃制成的前窗194以及具有配置在其中的连接器180、181的后闭合结构192构成。连接器180可以是高速图像数据传输总线182，其将相机150连接于处理单元160以进一步处理由相机150传递的数字图像。针对这种应用的示例性相机150可以是具有640×480像素分辨率并具有C安装或CS安装透镜接口的Genie^TM C640-1/3。相机150通过保持支架156附连于壳体190的侧壁。此外，透镜140通过支架142附连于壳体190，并耦合于相机150的C安装或CS安装接口。可用于这种应用的典型透镜140可以是Computar^TM或Fujinon^TM透镜。支架142用来固定透镜140，但也可用来将透镜140的焦点固定在某一位置。

此外，棱镜130被配置在壳体190内并与前窗194直接接触，并且附连元件139被配置在壳体190内以将棱镜130附连至固定位置。前窗194和棱镜130也可由一个单件构成。棱镜可由材料硅蓝宝石、类似聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物等构成。一种示例性棱镜可以是例如Edmund^TM NT43-672 12.7mm×12.7mm×21.9mm的利特罗(Littrow)色散棱镜。该棱镜130没有壳体内部宽度那样宽，由此照明设备120可紧挨着棱镜130设置，照明设备120同样面向前窗194。在一变例中，照明设备120也可配置在壳体190外侧以避免前窗194上的反射。分隔罩127被配置成使照明部分与棱镜130光学地分隔开，以避免杂散光通过棱镜130的侧壁进入，该杂散光会与标志115在棱镜130中的第一光l₁和第二光l₂形成干涉。壳体内部可用具有非常低反射特征的黑色颜料或涂层覆盖，并可对棱镜130加上网罩以减少棱镜的视野。这些网罩可被施加于棱镜130的前表面131以限定光l₂和l₁的输入区。照明设备120可包括反射器122、诸如发光二极管(LED)或卤素灯泡的发光元件124，该发光元件124连接于供电单元126。例如，照明设备120可以是Edmund^TM先进照明高强度LED聚光灯。照明设备120连接于可配置在壳体190内部的控制单元170，该控制单元170可为照明源120的频闪观测照明提供功率控制信号、触发信号。触发检测单元172——例如遮光板172——也可与控制单元170连接以使得可提供触发相机150和频闪观测发光120的图像获取的触发信号。控制单元170本身可通过端口181与外部电源161连接，并也可与处理单元160连接以提供或接收触发信号和其它控制信息，例如用以监视电源和温度105。

图3B示出表示棱镜130位于壳体190左侧的第一和第二部分132、134的设备105主视图。分隔罩127位于壳体190右侧上的区域内，它围住具有发光元件124和反射器122的照明设备120。此外，附连元件139透过透明前窗194图示出，该附连元件139将棱镜130和分隔罩127定位在壳体190内的限定的位置。

图4示出在图像捕获的可能时间实例中光学检测设备5和物体10的诸要素与标志15的尺寸和几何关系的示意图。该尺寸和几何关系主要由标志15的尺寸和OVI的特征确定。例如，取决于所使用的OVI和标志15的多层结构，不同的标志特性将确定理想角α₂。另外，照明角α_i11将对理想角α₂造成影响。角α₂一般选择为大于α_i11以避免直接反射。例如，在第一和第二特性是原色PC和二次色SC的情形下，角α₂将被确定以使得能够容易地和清楚地将SC从PC检测和区别开来，理想地从角度α₁＝0°观察到并在某一倾角下基于标志15的可读性的几何因素。设置尺寸和几何关系以使第二折射光l₂₁和第一光l₁₁将借助透镜40朝向图像传感器50传播。优选地，选择l₁₁和l₂₁之间的角距以使图案52、54充分地彼此间隔开从而给定图案52和图案54的中心之间的距离G使它们投射到图像传感器50的相应区域上。请注意图像传感器50在图4中未按比例示出，没有绘出透镜40，并且图像传感器50的宽度一般小于B和F。

标志15具有限定的宽度L，棱镜30的第一部分32的前表面具有宽度B，并且棱镜30的第二部分34的前表面具有宽度F。此外，物体10的前表面12和棱镜30的前表面31之间沿垂直于表面12的方向的距离为D。宽度E代表在由传感器50进行图像捕获时标志12的前向边和棱镜30的第一部分32的右侧边之间的横向距离。在图示变例中，棱镜的第一部分32具有直角三角形的截面形状。此外，图像传感器50和透镜40的光轴O(图1)也垂直于物体10的前表面12。照明设备20被配置在右侧以不阻碍光从标志15至棱镜30的前表面31的反射，并被配置成相对于光轴O具有照明角α_i11。第二反射光l₂以角度α₂从标志15射出，并相对于与前表面31垂直的轴线以角度φ₁进入棱镜31的前表面31。在该变例中示出与前表面31垂直的轴线与光轴平行。

接着，第二反射光l2相对于与前表面31垂直的轴线以角度φ₂、并相对于前表面本身31以角度β₂传播进入棱镜30的第一部分32，并相对于与后表面36垂直的轴线A以角度φ₃、并相对于后表面36本身以角度β₂撞击到棱镜30的第一部分32的后表面36。当离开棱镜30时，第二折射光l₂₁改变其方向角，该方向角相对于与后表面36垂直的轴线A具有角φ₄。此外，棱镜30的第一部分32的倾角为β。在图示变例中，选择β和棱镜30的尺寸以使第二折射光l₂₁和第一光l₁₁朝向透镜40和图像传感器50传播。形成在图像传感器50上的图案52、54(例如表示字母A)分别从棱镜30的后表面36、38投射。

当通过其要素设计设备5、105时，可以发现下列关系。具有折射率n并形成直角三角形侧的棱镜30的第一部分32的前表面的宽度B优选地是在标志宽度L的1.2至3倍范围内的因数，更优选地在宽度L的1.5倍和2倍之间。在不需要通过两个完整图案52、54检查标志15几何形状的情形下，宽度B可小于宽度L。此外，使图像捕获时的距离E处于宽度L的0.1倍至0.5倍之间的范围，更优选地处于宽度L的0.2倍至0.3倍之间的范围内。宽度L一般大于1mm。第二反射光l₂的观察角α₂是根据标志15所使用的OVI类型选择的，并在40°-85°的范围内，而第一光l₁的观察角α₁在0°左右。在图示变例中，角度α₂大约为45°。基于这些参数，根据下列方程[1]可计算优选距离D：

D = \frac{B}{\tan α_{2}} - - - [1]

此外，作为棱镜30的三角形第一部分32应当使用的角β被定义如下：

并且角φ₂通过下面方程[3]被定义为：

这些方程[1]、[2]和[3]基于这样一个事实，即β+β₁+β₂＝180°，并遵循斯涅耳法则：

以及

此外，在图4所示配置中，其中前表面31垂直于光轴O，下列方程[6]也适用：

由此I₂₁和I₁₁的方向沿由光轴O定义的方向朝向透镜40和图像传感器50的配置而传播。

此外，图像传感器50的视野W的宽度被配置成使其覆盖由来自棱镜30的后表面36的由第二折射光l₂₁和来自棱镜30的后表面38的由第一光l₁₁发射的图案52、54两者。这种配置是通过具有适当尺寸的图像传感器50连同用于投射的相应透镜40达成的。

图5示出用于测量光学可变标志的光学特性的设备205的变例的示意性截面图，其中使用不同的偏振滤光器282、285来对均以相反角α₂轴对称地射出的第二反射光l₂₁和l₂₂进行过滤。滤光器282、285被配置成使第二反射光l₂₁、l₂₂在经过滤光器282、285以后具有不同的偏振状态，例如以角度α₂传播的二次色SC，并可作为薄膜或层施加在棱镜230的前表面231上。在一变例中，这些滤光器可不与前表面231接触地配置在棱镜230前面，或配置在棱镜230之后并位于棱镜230和图像传感器250之间，例如配置在透镜(未示出)处。设备205图示为处于一时间实例，在该时间实例图像由图像传感器250捕获并且物体210沿透镜的光轴O基本位于由棱镜230的轴对称中心线定义的中心。物体210上的标志215朝向彼此对称的两侧以角度α₁射出第二光。棱镜230具有特定的梯形截面形状，其中两个梯形外部232、236具有斜角β。倾斜的后表面237、239将射出光，该光将在图像传感器250上形成图案252、256。也可省去棱镜的中央部分234，以直接从标志215捕获原色PC的图案254，并且棱镜部分232、234形成具有三角形截面形状的两个独立棱镜。这种配置允许产生第二光l₂₁和l₂₂的图案252、256，该第二光l₂₁和l₂₂具有第二特性，例如二次色SC或某一偏振，当两个偏振滤光器282、285被***到相应的光路中时，不同的偏振(例如左偏振LP和右偏振RP)平移90°。

通过棱镜230的对称几何形状从来自标志215的光发射产生的、但具有分别由滤光器282、285产生的不同偏振状态的两个基本相同图案252、256的产生可用来分析OVI的液晶聚合物的性质，并检验它是初始的还是经篡改的标志215。

图6示出用于测量光学可变标志的光学特性的设备305的一个变例的示意性截面图，在该变例中例如标志315的三个不同特性必须被检测出。例如，标志315可产生原色、二次色和三次色PC、SC和TC，这些色从物体310上的标志315反射。同样，设备305图示为处于一时间实例，在该时间实例图像由图像传感器350捕获，并且物体310基本位于棱镜330的中间部分334的中心。标志315由OVI设置以使原色PC垂直地从物体310的表面312反射，二次色SC通过角α₂₁反射，而三次色TC通过角α₂₂反射离开物体的前表面312。在图示例子中，α₂₁为大约42°，而α₂₂为大约65°。棱镜330由两个三角形部分332、336形成，这些三角形部分332、336分别具有不同的斜角β₂₁和β₂₂。尽管角β₂₁可通过方程[2]确定，然而三角形部分336的角β₂₂是基于三次色的传播角α₂通过等价方程确定的。图案352、354和356是针对从棱镜330的后表面337、338和339射出的原色PC、二次色SC和三次色TC中的每一个形成在图像传感器350上的。也可省去棱镜的中间部分334，以使原色PC的图案354直接从标志315捕获而不需要通过透镜或保护玻璃(未示出)以外的光学媒体，并且棱镜部分332、336可形成具有三角截面形状的两个独立棱镜。同样，包括图像传感器350和透镜(未示出)的光学***被配置成使其视野能够在传感器350的同一积分时间捕获所有这些图案352、354和356。

图7A、7B和7C示出被配置成测量光学可变标志的光学特性的设备的棱镜实现的各个实施例，其中图像已由图像传感器捕获。使用这些棱镜的一个目的是将从由OVI构成的标志反射的光重定向至相机的单个图像传感器50，由此在图像传感器的一个积分时间，可在单个捕获的图像中测量与颜色、偏振、形状、图案、可变透明度等关联的各个特性。在标志415的不同特性是优于色移效应的不同颜色的情形下，该设备的另一目的是使从标志415反射的所有不同颜色朝向透镜和图像传感器垂直于图像传感器的上表面传播。例如，图7A从垂直于所检查物体的前表面的视角示出棱镜430，其中棱镜430的左部436和右部439被用来使经过左/右偏振滤光器的光折射以产生左偏振光LP和右偏振光RP。另外，向下部分432用来折射物体的标志415的二次色SC。中间部分438用来使原色PC传递至图像传感器(未示出)。

另一变例示出于图7B，其中棱镜530的左部536和右部539被用来使已经过左/右偏振滤光器的光折射，所述左/右偏振滤光器可如参照图5所述那样配置以产生作偏振光LP和右偏振光RP。另外，向下部分和向上部分532、534可用来折射物体的标志515的二次色SC和第三次色TC，以将SC和TC引向图像传感器。中间部分538用来使原色PC传递至图像传感器(未示出)。另外，图7C示出一棱镜630，其中中间部分具有六边形截面，突出的棱镜部分636设置在该六边形周围。突出的棱镜部分636可被配置成通过使用中间部分638和六个突出部分636使得从单个标志615射出的不同颜色的七个不同图案折射，例如为了投射出不同的偏振和颜色。突出部分可具有带不同角的三角形，如图6所示，以折射来自标志615的不同颜色。

图8示出用于测量光学可变标志715的光学特性的设备705的另一变例的示意性截面图。在图示变例中，图像传感器750的上表面751不平行于物体710的上表面712，但图像传感器750和透镜(未示出)与通过在角度α₂射出的观察光I₂、具有第一特性的发射光l₂形成的轴线垂直地配置。具有第一特性的第一光l1从物体710的表面712以角度α₁＝0°垂直地射出并在前表面731进入具有三角形截面形状的棱镜730。光l₂随后离开棱镜的后表面736，并作为具有第二特性的光l₁₁朝向图像传感器垂直地重导向。照明设备720被配置成以某一照明角α_i11投射宽光谱白光，并且不阻碍光l₁和l₂朝向棱镜730和图像传感器750反射。

图9示出用于测量光学可变标志815的光学特性的设备805的另一变例的示意性截面图，其中分别具有第一和第二特性的第一和第二光l₁、l₂的传播角α₁、α₂中的任何一个都不垂直于图像传感器850的上表面851。在这种配置中，必须使用棱镜830的两个部分832、834以折射光l₁和l₂两者，使其作为光l₁₁、l₁₂朝向透镜(未示出)和图像传感器850引导，并垂直地撞击在图像传感器850的上表面上。该变例可用来设计一种棱镜830，在该棱镜830中对于光l₁、l₂具有非常相似的传播路径长度，由此图案852、854将具有由棱镜830产生的相似形状和尺寸。

尽管已参照具体实施例对本文所述的本发明进行了描述，然而要理解这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的解说。因此要理解可对这些解说性实施例作出许多变化并可构思出其它配置而不脱离本发明如所附权利要求书定义的精神和范围。

Claims

1.一种用于测量施加于物体上的光学可变标志的光学特性的方法，所述方法包括：

照亮所述光学可变标志以形成由所述标志在第一视角反射的第一光和由所述标志在第二视角反射的第二光，所述第一光和第二光因所述光学可变标志而具有不同的光谱组成；

使所述第二反射光折射通过光学单元以便朝向光学传感器重定向所述第二反射光；

通过所述光学传感器同时地捕获所述第一光和所述第二折射光；以及

基于所述捕获的第一光和第二光确定所述光学可变标志的光学特性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

使所述第一反射光折射通过所述光学单元，所述第一反射光折射通过所述光学单元的第一部分，而所述第二反射光折射通过所述光学单元的第二部分，所述光学单元的所述第一部分和所述第二部分具有彼此不同的折射特性。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述光学传感器包括颜色传感器，并且所述确定光学特性的步骤还包括：

测量所述捕获的第一光和第二光的颜色特性。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

在用所述光学传感器进行所述捕获之前用偏振滤光器对所述第一光和第二光中的至少一个进行过滤。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测量包括测量在所述物体上的所述光学可变标志的几何特性。

6.一种配置成测量施加于物体上的光学可变标志的特性的设备，所述设备包括：

光源，所述光源作用以照亮所述光学可变标志以便形成由标志在第一视角反射的第一光和由标志在第二视角反射的第二光，所述第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；

棱镜，所述棱镜作用以折射所述第二反射光以重定向所述第二反射光；

光学传感器，所述光学传感器作用以通过光学传感器同时地捕获第一光和第二折射(经重定向的)光；以及

处理单元，所述处理单元基于所述捕获的第一光和第二折射光确定光学可变标志的光学特性。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述棱镜作用以折射所述第一反射光，所述第一反射光折射通过所述棱镜的第一部分，而所述第二反射光折射通过所述棱镜的第二部分，所述棱镜的所述第一和第二部分具有彼此不同的折射特性。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括：

偏振滤光器，所述偏振滤光器作用以在用所述相机捕获光之前对所述第一和第二反射光中的至少一个进行滤光。

9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述棱镜还包括：

作用以折射所述第一反射光的第一部分；以及

作用以折射所述第二反射光的第二部分，其中

所述棱镜的第一部分和第二部分具有彼此不同的折射特性。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述光源进一步作用以照亮所述光学可变标志以便形成由所述光学可变标志在第三视角反射的第三光，所述第三视角不同于所述第一视角和第二视角，所述棱镜进一步包括：

作用以折射所述第三反射光的第三部分，其中

所述棱镜的所述第一、第二和第三部分具有彼此不同的折射特性。

11.一种用于测量施加于物体上的光学可变标志的光学特性的设备，所述设备包括：

光源，所述光源作用以照亮所述光学可变标志以便形成由所述标志在第一视角反射的第一光和所述标志在第二视角上反射的第二光，所述第一光和第二光因光学可变标志而具有不同的光谱组成；

光学装置，其作用以将第二反射光折射向与所述第二视角不同的光轴方向以形成经重定向的第二光；

光学传感器，所述光学传感器通过光学传感器同时地捕获经反射的第一光和经重定向的第二光；以及

处理单元，所述处理单元连接于所述光学传感器并作用以基于从所述光学传感器接收的信号确定所述光学可变标志的光学特性。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述经重定向的第二光和所述第一反射光之间的角距不超过10°。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述反射的第一光的光路和所述经重定向的第二光的光路使所述第一光和第二光朝向所述相机传播，以在所述光学传感器上产生对于所述第二折射光和所述第一反射光的两个独立的非重叠投影。