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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen
Untersuchung von Wertdokumenten sowie Vorrichtungen zur Bearbeitung von
Wertdokumenten mit einer erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung.
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Unter
Wertdokumenten werden dabei Gegenstände verstanden, die beispielsweise
einen monetären
Wert oder eine Berechtigung repräsentieren und
daher nicht beliebig durch Unbefugte herstellbar sein sollen. Sie
weisen daher nicht einfach herzustellende, insbesondere zu kopierende
Merkmale auf, deren Vorhandsein ein Indiz für die Echtheit, d.h. die Herstellung
durch eine dazu befugten Stelle, ist. Wichtige Beispiele für solche
Wertdokumente sind Chipkarten, Coupons, Gutscheine, Schecks und
insbesondere Banknoten.
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Eine
wichtige Klasse von Merkmalen solcher Wertdokumente sind optisch
erkennbare Merkmale, zu denen insbesondere Merkmale gehören, für die Lumineszenzstoffe
verwendet werden, die bei Bestrahlung mit optischer Strahlung vorgegebener
Wellenlänge
Lumineszenzstrahlung mit einem charakteristischen Spektrum abgeben.
Unter optischer Strahlung wird dabei elektromagnetische Strahlung
im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich des elektromagnetischen
Spektrums verstanden.
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Zur
Prüfung
der Echtheit kann ein Wertdokument mit geeigneter optischer Strahlung
bestrahlt werden. Es wird dann mittels einer geeigneten Sensoreinrichtung
geprüft,
ob die optische Strahlung an vorgegebenen Orten auf oder in dem
Wertdokument Lumineszenzstrahlung anregt, wozu von dem Wertdokument
ausgehende optische Strahlung spektral analysiert wird.
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Eine
solche Prüfung
sollte möglichst
schnell und mit geringem apparativen Aufwand vor sich gehen; um
Vorrichtungen, in denen eine Echtheitsprüfung an Hand von Lumineszenzmerkmalen
durchgeführt
wird, möglichst
raumsparend auslegen zu können,
ist es wünschenswert,
daß eine
Vorrichtung zur Prüfung
von Lumineszenzmerkmalen sehr kompakt aufgebaut ist, aber immer
noch eine hinreichende spektrale Auflösung und Empfindlichkeit besitzt,
um das Vorliegen des charakteristischen Lumineszenzspektrums erkennen
zu können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur optischen Untersuchung von Wertdokumenten zu schaffen, die einen
sehr kompakten, raumsparenden Aufbau ermöglicht, und ein entsprechendes
Verfahren zur Untersuchung von Wertdokumenten bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung zur optischen Untersuchung von Wertdokumenten
mit einem Erfassungsbereich, in dem sich bei der Untersuchung ein
Wertdokument befindet, und einer spektrographischen Einrichtung
zur Untersuchung aus dem Erfassungsbereich kommender optischer Strahlung.
Die spektrographische Einrichtung umfaßt eine räumlich dispergierende optische
Einrichtung zur wenigstens teilweisen Zerlegung aus dem Erfassungsbereich
kommender optischer Strahlung in spektral getrennte, sich entsprechend
der Wellenlänge
in verschiedenen Richtungen ausbreitende Spektralkomponenten, eine
in wenigstens einer Raumrichtung ortsauflösende Detektionseinrichtung
zur, insbesondere ortsaufgelösten,
Detektion der Spektralkomponenten, und eine Kollimations- und Fokussieroptik
zur Kollimierung der von dem Erfassungsbereich auf die dispergierende
Einrichtung gelenkten optischen Strahlung und zur Fokussierung wenigstens
einiger der mittels der dispergierenden Einrichtung gebildeten Spektralkomponenten
auf die Detektionseinrichtung.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst
durch ein Verfahren zur optischen Untersuchung eines Wertdokuments,
bei dem von dem Wertdokument ausgehende optische Strahlung durch
eine Optik, insbesondere eine Kollimations- und Fokussieroptik,
zu einem parallelen Strahlenbündel
geformt wird, das Strahlenbündel
wenigstens teilweise in Spektralkomponenten unterschiedlicher Wellenlängen zerlegt wird,
die sich in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, wenigstens einige der
Spektralkomponenten durch die Optik auf eine Detektionseinrichtung
fokussiert werden, und die auf die Detektionseinrichtung fokussierten Spektralkomponenten
detektiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet zur Untersuchung eines Wertdokuments in dem Erfassungsbereich
eine spektrale Zerlegung der von dem Erfassungsbereich, insbesondere
einem Wertdokument in dem Erfassungsbereich, ausgehenden optischen
Strahlung, die im folgenden auch als Detektionsstrahlung bezeichnet
wird. Dazu verfügt
sie über
die räumlich
dispergierende Einrichtung, die einfallende optische Strahlung wenigstens
teilweise in Spektralkomponenten zerlegt, die sich je nach Wellenlänge der
jeweiligen Spektralkomponente in räumlich unterschiedlichen Richtungen
ausbreiten. Die dispergierende Einrichtung braucht dabei nur in einem
in Abhängigkeit
von den vorgegebenen Wertdokumenten vorgegebenen Wellenlängenbereich
arbeiten zu können.
Das Vorhandensein optischer Strahlung in einer bestimmten Raumrichtung
und damit der entsprechenden Spektralkomponente wird mittels der
ortsauflösenden
Detektionseinrichtung detektiert, deren Detektionssignale zur wenigstens teilweisen
Erfassung eines Spektrums der von dem Erfassungsbereich ausgehenden
Strahlung an eine Auswerteeinrichtung gesendet und dort ausgewertet werden
können.
Der Erfassungsbereich kann dabei insbesondere so gewählt sein,
daß eine
vorgegebene Transporteinrichtung für die Wertdokumente, bei spielsweise
angetriebene Riemen, zu untersuchende Wertdokumente in den Erfassungsbereich
transportieren kann.
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Die
Detektionseinrichtung kann insbesondere mehrere Detektionselemente
zur Detektion von jeweils auf sie auftreffender optischer Strahlung
unter Bildung entsprechender Detektionssignale aufweisen, die vorzugsweise
in Form einer Zeile angeordnet sind. Es kann jedoch auch ein zweidimensionales Feld
von Detektionselementen verwendet werden.
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Die
Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß nur eine
Optik, die Kollimations- und Fokussieroptik, verwendet wird, um
zwei Aufgaben zu erfüllen,
nämlich
zum einen die Kollimation der von dem Erfassungsbereich, insbesondere
einem Wertdokument darin, ausgehender optischer Strahlung und zum
anderen die Fokussierung der spektral zerlegten Komponenten auf
die Detektionseinrichtung.
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Der
Vorschlag dieses überraschend
einfachen Aufbaus beruht auf der Beobachtung, daß zum Zwecke der Prüfung von
Wertdokumenten ein im Vergleich zu wissenschaftlicher Spektroskopie
nur mäßiges spektrales
Auslösungsvermögen ausreicht, das
mit den vorgeschlagenen Mitteln einfach erreicht werden kann.
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Die
Verwendung nur einer Optik für
Kollimation und Fokussierung ermöglicht
weiter einen wenigstens einfach gefalteten Strahlengang nach der Optik,
was ein gutes spektrales Auflösungsvermögen bei
nur geringem Raumbedarf erlaubt.
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Verglichen
mit einer anderen denkbaren Lösung,
nämlich
der Verwendung eines abbildenden Gittes ergibt sich als weiterer
Vorteil, daß die
dispergierende Einrichtung und die Kollimations- und Fokussieroptik
vergleichswei se einfache und damit einfach und kostengünstig herzustellende
Komponenten sind.
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Darüber hinaus
braucht nur die Kollimations- und Fokussieroptik justiert zu werden,
während
bei Konstruktionen mit getrennten Optiken für Kollimation und Fokussierung
zwei Optiken zu justieren sind.
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Ein
weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung besteht darin, daß sich eine
sehr hohe numerische Apertur des Strahlengangs zwischen der Kollimations-
und Fokussieroptik erzielen läßt.
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Die
Kollimations- und Fokussieroptik kann grundsätzlich beliebig ausgebildet
sein. Beispielsweise kann sie als kollimierendes und fokussierendes optisches
Bauelement wenigstens einen abbildenden Spiegel enthalten. Um jedoch
einen möglichst einfachen
Strahlengang und eine kostengünstigen Aufbau
erreichen zu können,
weist die Kollimations- und Fokussieroptik vorzugsweise wenigstens
eine Linse auf, bei der es sich um eine brechende Linse oder eine
diffraktiv-optische Linse handeln kann.
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Um
eine gute spektrale Auflösung
zu erzielen und eine einfache Auswertung und Kalibrierung der Detektionseinrichtung
zu ermöglichen,
ist bei der Vorrichtung die Kollimations- und Fokussieroptik achromatisch.
Darunter wird verstanden, daß diese Optik
in dem Spektralbereich, in dem die spektrographische Einrichtung
arbeitet, chromatisch korrigiert ist; vorzugsweise liegen die Brennpunkte
für zwei verschiedene
Wellenlängen
in dem vorgegebenen Spektralbereich aufeinander. Die Verwendung
einer achromatischen Optik hat den Vorteil, daß die von dem Erfassungsbereich
ausgehende, auf die dispergierende Einrichtung gelenkte Strahlung
in guter Näherung
nicht spektral aufgespalten wird und insbesondere bei der Fokussierung
der Spektralkomponenten auf die Detektionseinrichtung chromatische Aberrationen
in allenfalls geringem Umfang auftreten. Um bei Verwendung eines
Eintrittsblende oder einer äquivalenten
Einrichtung der durch die Größe der Blendenöffnung,
beispielsweise bei einer Spaltblende der Spaltbreite, gegebenen
theoretischen Auflösungsgrenze
möglichst
nahezukommen, wird dabei angestrebt, die durch Chromasie in dem
nachzuweisenden Spektralbereich bzw. dem Arbeitsspektralbereich
der Vorrichtung entstehende Unschärfekreis eines Bildpunktes
auf der Detektionseinrichtung kleiner bleibt als vorzugsweise 1/5,
besonders bevorzugt 1/10, der Größe der Blendenöffnung.
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Grundsätzlich kann
die Detektionseinrichtung beliebig relativ zu dem Strahlengang der
Strahlung von dem Erfassungsbereich angeordnet und ausgerichtet
sein. Es ist jedoch bei der Vorrichtung bevorzugt, daß die Richtung
der auf die Kollimations- und Fokussieroptik fallenden Strahlung
aus dem Erfassungsbereich gegenüber
einer durch die Spektralkomponenten im Bereich zwischen der Kollimations- und
Fokussieroptik und der Detektionseinrichtung aufgespannte Fläche geneigt
ist. Diese Ausführungsform
erlaubt eine besonders platzsparende Anordnung der Detektionseinrichtung.
Insbesondere in dem Fall, daß die
Spektralkomponenten als Fläche eine
Ebene aufspannen, kann die Detektionseinrichtung eine in Richtung
der Ebene verlaufende Zeile von Detektionselementen umfassen, die
ober- oder unterhalb einer durch den Strahlengang der von dem Erfassungsbereich
ausgehenden Strahlung gegebenen Ebene verläuft. Es ist ebenfalls bevorzugt,
daß die
Richtung der Strahlung aus dem Erfassungsbereich zwischen der Kollimations-
und Fokussieroptik und der dispergierenden Einrichtung gegenüber einer
durch die Spektralkomponenten im Bereich zwischen der Kollimations-
und Fokussieroptik und der dispergierenden Einrichtung aufgespannten
Fläche geneigt
ist.
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Weiter
kann bei der Vorrichtung wenigstens in einem Abschnitt unmittelbar
vor der Kollimations- und Fokussieroptik eine geometrische Projektion
der aus dem Erfassungsbereich kommenden Strahlung auf eine durch
die auf die Detektionseinrichtung fallenden Spektralkomponenten
aufgespannte und begrenzte Fläche
in dieser Fläche
liegen. Hierdurch ergibt sich eine besonders raumsparende Anordnung.
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Weiter
können
bei der Vorrichtung im Strahlengang von dem Erfassungsbereich zu
der spektrographischen Einrichtung eine in der Brennfläche der Kollimations-
und Fokussieroptik angeordnete Blende und eine Abbildungsoptik zur
Abbildung des Erfassungsbereichs auf die Blende angeordnet sein. Die
Blende kann dabei insbesondere durch einen Blendenkörper mit
einer Blendenöffnung
oder auch durch ein strahlumlenkendes Element bzw. Umlenkelement,
beispielsweise einen Spiegel oder einen Strahlteiler, mit einer
eine Blende darstellenden, die Detektionsstrahlung wenigstens teilweise
reflektierenden Fläche
verkörpert
sein. Durch die Verwendung der Blende kann Strahlung von einem verglichen
mit dem im Strahlengang liegenden Öffnungsbereich großen Teil
des Erfassungsbereichs zur spektralen Untersuchung genutzt werden,
was das Signal-/Rausch-Verhältnis
erhöht.
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Besonders
bevorzugt kann dann die Detektionseinrichtung in einer Richtung
von der Blende beabstandet sein, die orthogonal zu der Richtung
verläuft,
in der die Spektralkomponenten aufgetrennt sind. Damit ergibt sich
ein besonders kompakter Aufbau der Vorrichtung.
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Dabei
liegt die Blende vorzugsweise in Richtung der räumlichen Aufspaltung der Spektralkomponenten
gesehen seitlich neben der Detektionseinrichtung. Seitlich kann
dabei auch, je nach Ausrichtung der Vorrichtung zum Boden, ober-
oder unterhalb bedeuten. Wird eine Detektionseinrichtung mit einer Zeile
mit Detektionselementen verwendet, schneidet eine Senkrechte von
der Blende auf die Zeile die Zeile selbst.
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Weiter
ist es bei der Vorrichtung bevorzugt, daß im Strahlengang zwischen
dem Erfassungsbereich und der Kollimations- und Fokussieroptik ein Strahlteiler
vorgesehen ist, mittels dessen ein Teil der optischen Strahlung
aus dem Erfassungsbereich aus einem Strahlengang zu der Kollimations-
und Fokussieroptik auskoppelbar ist. Dies hat den Vorteil, daß die von
dem Erfassungsbereich ausgehende Strahlung nicht nur spektral untersucht,
sondern wenigstens teilweise auch noch für andere Untersuchungen, beispielsweise
zu Abbildungszwecken oder zur Spektralanalyse anderer, nicht mittels
der spektrographischen Einrichtung analysierbarer Spektralbereiche,
verwendet werden kann.
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Grundsätzlich kann
als dispergierende Einrichtung jedes optische Bauelement oder eine
Kombination optischer Bauelemente verwendet werden, das bzw. die
einfallende Strahlung wenigstens teilweise in Spektralkomponenten
aufspaltet, die sich in entsprechend der jeweiligen Wellenlänge in verschiedenen
Richtungen ausbreiten. Beispielsweise kann ein Prisma verwendet
werden. Vorzugsweise weist die dispergierende optische Einrichtung
der Vorrichtung jedoch ein optisches Gitter auf. Als Spektralkomponenten
können
dabei vorzugsweise die Spektralkomponenten der ersten Beugungsordnung
verwendet werden, wobei jedoch auch die Verwendung höherer Beugungsordnungen
denkbar ist. Diese Ausführungsform
hat den Vorzug, daß Gitter
für beliebige
Bereiche des optischen Spektrums, insbesondere für den infraroten Bereich einfach
und kostengünstig
erhältlich
sind. Bei dem Gitter kann es sich um beliebige, beispielsweise mechanisch,
lithographisch oder holographisch hergestellte, Gitter handeln.
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Vorzugsweise
ist das Gitter dabei ein Reflexionsgitter, das die Spektralkomponenten
unmittelbar zurück
in die Kollimations- und Fokussieroptik lenkt, wodurch ein besonders
kompakter Aufbau erzielt werden kann.
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Weiter
ist es bevorzugt, daß das
Gitter ein Stufengitter ist, das relativ zu der Detektionseinrichtung
so ausgerichtet ist und dessen Stufen so gewählt sind, daß die Strahlung
der nullten Beugungsordnung nicht auf die Detektionseinrichtung
fällt.
Dies hat den Vorteil, daß die
nullte Beugungsordnung optional für andere Untersuchungen genutzt
werden kann. Besonders bevorzugt wird als Stufengitter ein Blazegitter
eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß durch entsprechende Ausbildung
und Anordnung des Gitters die Strahlung der zur Bildung der Spektralkomponenten
vorgegebenen Beugungsordnung eine besonders hohe Intensität erhalten
kann.
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Das
Gitter kann mit seiner dispergierend wirkenden Linienstruktur orthogonal
zu der optischen Achse der Kollimations- und Fokussieroptik ausgerichtet
sein. In diesem Fall muß dann
die von dem Erfassungsbereich ausgehende Strahlung gegen die optische
Achse geneigt auf das Gitter fallen. Vorzugsweise sind jedoch Linienstrukturen
des Gitters gegenüber
der optischen Achse der Kollimations- und Fokussieroptik geneigt.
Dies ermöglicht
eine einfache Justierung aller zwischen dem Erfassungsbereich und
der Kollimations- und Fokussieroptik angeordneten Bauelemente aufeinander.
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Weiter
kann die dispergierende optische Einrichtung selbst reflektiv oder
mit einem reflektiven Element integriert sein, wodurch sich die
Anzahl der optischen Bauelemente reduziert. Es ist jedoch auch möglich, daß als dispergierende
Einrichtung eine in Transmission dispergierende optische Einrichtung verwendet
wird, wobei dann ein Umlenkelement, beispielsweise ein Spiegel,
vorgesehen ist, um die von der Einrichtung erzeugten Strahlkomponenten
in die Kollimations- und Fokussieroptik zurückzuwerfen.
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Obwohl
grundsätzlich
eine Beleuchtung des Erfassungsbereichs mit Umgebungslicht denkbar
ist, verfügt
die Vorrichtung vorzugsweise über
eine Strahlungsquelle zur Abgabe von optischer Beleuchtungsstrahlung
in wenigstens einem vorgegebenen Wellenlängenbereich in den Erfassungsbereich.
Die Beleuchtungsstrahlung kann dabei als Auflicht oder Durchlicht
verwendet werden.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung zur Beleuchtung des Erfassungsbereichs wenigstens
eine Halbleiterstrahlungsquelle auf. Die Verwendung von Halbleiterstrahlungsquellen
hat eine Reihe von Vorteilen. So haben Halbleiterstrahlungsquellen
in der Regel eine deutlich längere
Lebensdauer als andere Strahlungsquellen. Zudem benötigen sie
zur Abgabe von optischer Strahlung einer vorgegebenen Leistung weniger
Eingangsleistung und erzeugen weniger Abwärme, was die Anforderungen
an die Kühlung der
Einrichtung deutlich reduziert. Darüber hinaus sind Halbleiterstrahlungsquellen
für verschiedene Wellenlängenbereiche
erhältlich,
so daß einfach
Anregungsstrahlung in vorgegebenen Wellenlängenbereichen erzeugt werden
kann. Als Halbleiterstrahlungsquellen kommen beispielsweise Leuchtdioden oder
Superlumineszenzdioden, vorzugsweise aber Halbleiterlaser in Betracht.
Unter Halbleiterstrahlungsquellen werden dabei nicht nur Bauelemente auf
der Basis von anorganischen Halbleitern, sondern auch solche auf
der Basis von organischen Stoffen, insbesondere OLED, verstanden.
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Prinzipiell
kann bei Verwendung einer Beleuchtung des Erfassungsbereichs in
Auflicht die Beleuchtungsstrahlung gegenüber dem Wertdokument geneigt
auf dieses gestrahlt werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß im Strahlengang
vom Erfassungsbereich zu der spektrographischen Einrichtung ein Strahlteiler
angeordnet ist, über
den optische Strahlung der Halbleiterstrahlungsquelle in oder auf
den Erfassungsbereich gelangt, insbesondere gelenkt wird. Dies hat
den Vorteil, daß die
Beleuchtungsstrahlung orthogonal auf das Wertdokument gelenkt werden
kann, wodurch weniger Streustrahlung auftritt, die die Detektion
behindern kann. Besonders bevorzugt wird ein dichroitischer Strahlteiler
verwendet, mittels dessen Strahlung im Bereich der in den Erfassungsbereich
gelangenden Beleuchtungsstrahlung von der von dem Wertdokument ausgehenden
der spektralen Zerlegung vorgesehenen Detektionsstrahlung in einem
vorgegebenen Wellenlängenbereich,
der beispielsweise in Abhängigkeit
von wenigstens einem optischen Merkmal des Wertdokuments gewählt sein
kann, getrennt werden kann. Dies erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis bei
der Detektion.
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Weiterer
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von
Wertdokumenten mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung
von Wertdokumenten und einem Transportpfad für zu bearbeitende Wertdokumente,
der in und/oder durch den Erfassungsbereich führt. Der Transportpfad kann
dabei insbesondere durch eine Transporteinrichtung zum Transport
der Wertdokumente, beispielsweise angetrieben Riemen aufweisen.
Insbesondere kommen als Bearbeitungsvorrichtungen Vorrichtungen
zum Zählen
und/oder Sortieren von Banknoten, Kassenautomaten zur Annahme und Ausgabe
von Wertdokumenten, insbesondere Banknoten, sowie Vorrichtungen
zur Echtheitsprüfung
von Wertdokumenten in Betracht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden noch weiter beispielhaft anhand der
Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Banknotensortiervorrichtung,
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von
Banknoten nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine
schematische, teilweise Seitenansicht der Vorrichtung in 2,
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von
Banknoten nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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5 eine
schematische, teilweise Seitenansicht der Vorrichtung in 4,
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6 eine
schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von
Banknoten nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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7 eine
schematische, teilweise Seitenansicht der Vorrichtung in 6,
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8 eine
schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von
Banknoten nach noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, und
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9 eine
schematische, teilweise Seitenansicht der Vorrichtung in 8.
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In 1 ist
als Beispiel für
eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Wertdokumenten eine Banknotensortiervorrichtung 1 mit
einer Untersuchungsvorrichtung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.
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Die
Banknotensortiervorrichtung 1 weist in einem Gehäuse 2 ein
Eingabefach 3 für
Banknoten BN auf, in die zu bearbeitenden Banknoten BN als Bündel entweder
manuell oder automatisch, gegebenenfalls nach einer vorhergehenden
Entbanderolierung, zugeführt
werden können
und dann dort einen Stapel bilden. Die in das Eingabefach 3 eingegebenen
Banknoten BN werden durch einen Vereinzeler 4 vom Stapel
vereinzelt abgezogen und mittels einer Transporteinrichtung 5,
die einen Transportpfad definiert, durch eine Sensoreinrichtung 6 hindurchtransportiert,
die zur Untersuchung der Banknoten dient. Die Sensoreinrichtung 6 verfügt in diesem
Ausführungsbeispiel über mehrere,
in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebrachte Sensormodule. Die Sensormodule dienen dabei zur Prüfung der
Echtheit, des Zustands und des Nennwerts der geprüften Banknoten
BN. Nach Durchlauf durch die Sensoreinrichtung 6 werden
die geprüften
Banknoten BN in Abhängigkeit
von den Untersuchungs- bzw. Prüfergebnissen
der Sensoreinrichtung 6 und von vorgegebenen Sortierkriterien über Weichen 7,
die jeweils über Weichenstellsignale
zwischen zwei verschiedenen Stellungen hin- und herstellbar sind,
und zugehörige Spiralfachstapler 8 in
Ausgabefächer 9 sortiert
ausgegeben, aus denen sie entweder manuell entnommen oder automatisch
abtransportiert werden können.
Die Steuerung der Banknotensortiervorrichtung 1, insbesondere
die Umsetzung von Untersuchungssignalen der Sensoreinrichtung 6 in
Weichenstellsignale für
die Weichen 7, erfolgt dabei mittels einer Steuereinrichtung 10.
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Wie
bereits erwähnt,
weist die Sensoreinrichtung 6 in diesem Ausführungsbeispiel
unterschiedliche Sensormodule auf, von denen nur das Sensormodul 11,
eine Vorrichtung zur Untersuchung von Wertdokumenten, im Beispiel
Banknoten BN, nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, im
folgenden als Untersuchungsvorrichtung bezeichnet, in den Figuren
gezeigt und im folgenden genauer beschrieben ist. Die Sensormodule
zur Erkennung des Zustands, d.h. der Umlauffähigkeit, und des Nennwerts
bzw. der De nomination der Banknoten BN sind gewöhnliche, dem Fachmann bekannte Sensormodule
und brauchen daher nicht genauer beschrieben zu werden.
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Die
Untersuchungsvorrichtung 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel
zur Detektion und Analyse von Lumineszenzstrahlung ausgelegt, die
bei Beleuchtung vorgegebener Banknoten mit optischer Strahlung vorgegebener
Wellenlänge,
im Beispiel im Infrarotbereich des Spektrums, angeregt wird.
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Die
Untersuchungsvorrichtung 11 verfügt über ein Sensorgehäuse 12 mit
einer durch eine für die
zur Untersuchung verwendete optische Strahlung transparenten Scheibe 13,
die ein Fenster zu einem Erfassungsbereich 14 verschließt, in dem
sich eine Banknote BN während
einer Untersuchung wenigstens teilweise befindet. Das Sensorgehäuse 12 mit der
Scheibe 13 ist so ausgebildet und insbesondere verschlossen,
daß ein
unerlaubter Zugriff auf die darin enthaltenen Komponenten nicht
ohne Beschädigung
des Sensorgehäuse 12 und/oder
der Scheibe 13 möglich
ist.
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Der
unter anderem durch die Anordnung und Eigenschaften der optischen
Bauelemente der Untersuchungsvorrichtung 11 eingegrenzte
Erfassungsbereich 14 wird auf der dem Sensorgehäuse 12 gegenüberliegenden
Seite durch eine Platte 33 begrenzt, so daß eine Banknote
BN in einer in 2 orthogonal zu der Zeichenebene
verlaufenden Richtung T mittels der in 2 nicht
gezeigten Transporteinrichtung 5 an der Scheibe 13 vorbeitransportiert
werden kann.
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Die
Untersuchungsvorrichtung 11 verfügt über eine Beleuchtungseinrichtung 15 zur
Abgabe von Beleuchtungsstrahlung in den Erfassungsbereich 14 und
insbesondere auf ein in dem Erfassungsbereich 14 wenigstens
teilweise befindliches Wertdokument, im Beispiel eine Banknote BN,
und eine spektrographische Einrichtung 16 zur Untersuchung
und insbesondere spektral aufgelösten
Detektion von aus dem Erfassungsbereich 14 bzw. einem Wertdokument
darin ausgehender optischer Strahlung. Im Beispiel umfaßt die Detektionsstrahlung
Lumineszenzstrahlung in einem durch die Art der Wertdokumente vorgegebenen
Wellenlängenbereich,
beispielsweise infrarote Lumineszenzstrahlung. Diese von dem Erfassungsbereich 14 in
Richtung der Scheibe 13 ausgehende optische Strahlung wird
im Folgenden auch als Detektionsstrahlung bezeichnet. Eine Detektionsoptik 17 dient
dazu, aus dem Erfassungsbereich 14 durch die Scheibe 13 in
das Sensorgehäuse 12 gelangende
optische Strahlung, d.h. die Detektionsstrahlung, in die spektrographische
Einrichtung 16 einzukoppeln.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 15 verfügt über eine Halbleiterstrahlungsquelle 18 in
Form eines Halbleiterlasers, der im Beispiel optische Strahlung im
sichtbaren Bereich abgibt, und eine Beleuchtungsoptik. In anderen
Ausführungsbeispielen
kann der Halbleiterlaser auch zur Abgabe von Strahlung im infraroten
Bereich ausgelegt sein. Die Beleuchtungsoptik besitzt in einem Beleuchtungsstrahlengang eine
erste Kollimatoroptik 19 zur Bildung eines Beleuchtungsstrahls
bzw. parallelen Beleuchtungsstrahlenbündels 20 aus der von
der Halbleiterstrahlungsquelle 18 abgegebenen optische
Strahlung, einen dichroitischen Strahlteiler 21, der für die Strahlung
des Beleuchtungsstrahls bzw. Beleuchtungsstrahlenbündels 20 reflektiv
ist und den Beleuchtungsstrahl bzw. das Beleuchtungsstrahlenbündel 20 um
im Beispiel 90° auf
die Scheibe 13 ablenkt, und eine erste Kondensoroptik 22 zur
Fokussierung der Beleuchtungsstrahlung durch die ebenfalls einen
Teil der Beleuchtungsoptik bildenden Scheibe 13 in den Erfassungsbereich 14,
insbesondere ein Wertdokument BN in dem Erfassungsbereich 14.
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Die
Detektionsoptik 17 umfaßt entlang eines Detektionsstrahlengangs,
der sich von dem Erfassungsbereich 14 bzw. dem Wertdokument
BN darin zur der spektrographischen Einrichtung 16 und
in diese hinein erstreckt, neben der Scheibe 13 die erste Kondensoroptik 22,
die von einem Punkt auf dem Wertdokument BN in dem Erfassungsbereich 14 ausgehende
Strahlung in ein paralleles Strahlenbündel sammelt, den Strahlteiler 21,
der für
die der spektrographischen Einrichtung 16 zuzuführende Strahlung transparent
ist, aber als Streustrahlung in den Detektionsstrahlengang gelangende
Beleuchtungsstrahlung durch Reflexion aus dem Detektionsstrahlengang
ausfiltert, und eine zweite Kondensoroptik 23 zur Fokussierung
der parallelen Detektionsstrahlung auf eine Eintrittsöffnung der
spektrographischen Einrichtung 16. Zwischen der zweiten
Kondensoroptik 23 und der spektrographischen Einrichtung 16 sind optional
ein Filter 24 zur Ausfilterung unerwünschter spektraler Anteile
aus dem Detektionsstrahlengang, insbesondere im Wellenlängenbereich
der Beleuchtungsstrahlung, sowie ein Umlenkelement 25,
im Beispiel ein Spiegel, zur Umlenkung der Detektionsstrahlung um
einen vorgegebenen Winkel, im Beispiel 90°, angeordnet.
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Die
spektrographische Einrichtung 16 verfügt über eine Eintrittsblende 26 mit
einer im Ausführungsbeispiel
spaltförmigen
Blendenöffnung 27,
deren Längsausdehnung
wenigstens näherungsweise orthogonal
zu der durch den Detektionsstrahlengang definierten Ebene verläuft.
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Durch
die Blendenöffnung 27 eintretende Detektionsstrahlung
wird durch eine im Beispiel achromatische Kollimations- und Fokussieroptik 28 der
spektrographischen Einrichtung 16 gebündelt. Die Kollimations- und
Fokussieroptik 28 ist in den Figuren nur symbolische als
Linse dargestellt, wird jedoch tatsächlich häufig als Kombination von Linsen ausgeführt sein.
Darunter, daß diese
Optik achromatisch ist, wird verstanden, daß sie in dem Wellenlängenbereich,
in dem die spektrographische Einrichtung 16 arbeitet in
Bezug auf chromatische Aberrationen korrigiert ist. Eine entsprechende
Korrektur in anderen Wellenlängenbereichen
ist nicht notwendig. Die Eintrittsblende 26 und die Kollimations-
und Fokussieroptik 28 sind so ange ordnet, daß die Blendenöffnung 27 wenigstens
in guter Näherung
in der eintrittsblendenseitigen Brennfläche der Kollimations- und Fokussieroptik 28 liegt.
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Die
spektrographische Einrichtung 16 verfügt weiter über eine räumlich dispergierende Einrichtung 29,
im Beispiel ein optisches Gitter, das einfallende Detektionsstrahlung,
d.h. aus dem Erfassungsbereich kommende optische Strahlung, wenigstens
teilweise in spektral getrennte, sich entsprechend der Wellenlänge in verschiedenen
Richtungen ausbreitende Spektralkomponenten zerlegt.
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Eine
Detektionseinrichtung 30 der spektrographischen Einrichtung 16 dient
zur in wenigstens einer Raumrichtung ortsauflösenden Detektion der Spektralkomponenten.
Bei der Detektion gebildete Detektionssignale werden einer Auswerteeinrichtung 31 der
spektrographischen Einrichtung 16 zugeführt, die die Detektionssignale
erfaßt
und auf der Basis der Detektionssignale einen Vergleich des erfaßten Spektrums
mit vorgegebenen Spektren durchführt. Die
Auswerteeinrichtung 31 ist mit der Steuereinrichtung 10 verbunden,
um dieser über
entsprechende Signale das Ergebnis des Vergleichs zu übermitteln.
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Die
räumlich
dispergierende Einrichtung 29 ist im vorliegenden Beispiel
ein Reflexionsgitter mit einer Linienstruktur, deren Linien parallel
zu einer Ebene durch die Längsrichtung
der Blendenöffnung 27 und
einer optischen Achse der Kollimations- und Fokussieroptik 28 verlaufen.
Der Linienabstand ist so gewählt,
daß die
Detektionsstrahlung in einem vorgegebenen Spektralbereich, im Beispiel
im Infratoren, spektral zerlegt werden kann. Die dispergierende Einrichtung 29 ist
dazu so ausgerichtet, daß die
getrennten Spektralkomponenten, im Beispiel die erste Beugungsordnung
durch die Kollimations- und Fokussieroptik 28 auf die Detektionseinrichtung 30 fokus siert
werden. Um ein möglichst
gutes Signal-Rausch-Verhältnis
zu erhalten, sind der Linienabstand und die Lage der dispergierenden
Einrichtung 29 so gewählt,
daß nicht
spektral zerlegte Anteile der Detektionsstrahlung, im Beispiel die
nullte Beugungsordnung, nicht in die Kollimations- und Fokussieroptik 28 fallen,
sondern auf eine in den Figuren nicht gezeigte Strahlungsfalle,
beispielsweise eine für
die Detektionsstrahlung absorbierende Platte.
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Die
Detektionseinrichtung 30 verfügt über eine zeilenförmige Anordnung
von Detektionselementen 32 für die Spektralkomponenten,
beispielsweise eine Zeile von CCD-Elementen, die wenigstens näherungsweise
parallel zur der Richtung der räumlichen
Aufspaltung der Spektralkomponenten, d.h. hier der durch die Spektralkomponenten
aufgespannten Fläche
S, in diesem Fall genauer eine Ebene, ausgerichtet ist. Die Ebene
S ist in 3 durch eine gestrichelte Linie
veranschaulicht.
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Um
einen möglichst
kompakten Aufbau zu erzielen, ist zum einen die dispergierende Einrichtung 29 in
zwei Richtungen gegenüber
der Detektionseinrichtung 30 und der Richtung der einfallenden Detektionsstrahlung
zwischen der Kollimations- und Fokussieroptik und des eine Faltung
des Strahlengangs bewirkenden reflektiven Bauelements, hier der dispergierenden
Einrichtung 29, geneigt. Da im Ausführungsbeispiel die Richtung
der Detektionsstrahlung zwischen der Kollimations- und Fokussieroptik 28 und
dem reflektiven Baulement, d.h. der dispergierenden Einrichtung 29,
parallel zur optischen Achse O der Kollimations- und Fokussieroptik 28 verläuft, ist
erstens das ebenen Reflexionsgitter 29 und damit auch dessen
Linienstruktur gegenüber
der optischen Achse O der Kollimations- und Fokussieroptik 28 in der
Ebene des Detektionsstrahlengangs geneigt. Daher ist wenigstens
im Bereich zwischen der dispergierenden Einrichtung 29 und
der Kollimations- und Fokussieroptik 28 die
durch die Spektralkomponenten erzeugte Fläche S, im Beispiel eine Ebene,
gegenüber
der Richtung der Detektionsstrahlung bzw. der optischen Achse O
der Kollimations- und Fokussieroptik um den Winkel β geneigt.
Insbesondere ist eine Normale auf das ebene Reflexionsgitter 29 in der
Ebene des Detektionsstrahlengangs um einen Winkel β gegenüber der
optischen Achse O der Kollimations- und Fokussieroptik 28 geneigt
(vgl. 3). Zweitens ist die dispergierende Einrichtung 16,
genauer das Einfallslot für
spekulare Reflexion, d.h. hier die Normale auf die Ebene der Linienstruktur
des Reflexionsgitters 29, um einen Winkel α gegenüber der Richtung
der Detektionsstrahlung bzw. der optische Achse O zwischen der Kollimations-
und Fokussieroptik 28 und der dispergierenden Einrichtung 29 geneigt.
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Zum
anderen ist die Zeile von Detektionselementen 31 der Detektionseinrichtung 30 wenigstens näherungsweise
in einer Ebene mit der Blendenöffnung 27 und
in einer Richtung orthogonal zu der durch die Ausbreitungsrichtungen
der Spektralkomponenten definierten Ebene S von der Blendenöffnung 27 beabstandet,
in 3 oberhalb der Blendenöffnung 27, angeordnet.
In den 2 und 3 sind der Übersichtlichkeit halber die
Eintrittsblende 26 und die Empfangsflächen der Detektionselemente 32 parallel
zur Brennebene der Kollimations- und Fokussieroptik 28 voneinander
beabstandet gezeigt, tatsächlich
liegen sie jedoch im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene. In
der Richtung parallel zur Zeile der Detektionselemente 32 gesehen,
liegt die Blendenöffnung 27 etwa
in der Mitte der Zeile.
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Damit
ergibt sich auch, wie 2 entnehmbar ist, dass in dem
Anschnitt zwischen der Eintrittsblende 26 und der Kollimations-
und Fokussieroptik 28, d.h. insbesondere auch unmittelbar
vor der Kollimations- und Fokussieroptik 28, eine geometrische Projektion
der aus dem Erfassungsbereich 14 kommenden Detektionsstrahlung
auf eine durch die auf die Detektionseinrichtung 30 fallenden
Spektralkomponenten aufgespannte und begrenzte Fläche A, die in
diesem Fall trapezförmig
ist, in dieser Fläche
liegen. Hierdurch ergibt sich eine besonders raumsparende Anordnung.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Detektionseinrichtung 30, die Eintrittsblende 26,
die Kollimations- und Fokussieroptik 28 und die dispergierende
Einrichtung 29 so ausgebildet und angeordnet, daß sie sich
in einem kreiszylindrischen Raumbereich befinden, dessen Zylinderachse
durch die optische Achse der Kollimations- und Fokussieroptik 28, und
dessen Zylinderdurchmesser durch den Durchmesser der Kollimations-
und Fokussieroptik 28, bzw. den der Linse oder größten Linse
darin, gegeben sind. Die Länge
des Kreiszylindrischen Raumbereichs ist dabei vorzugsweise kleiner
als 50 mm, im Beispiel 40 mm. Es ergibt sich so ein besonders geringer
Platzbedarf für
die spektrographische Einrichtung, wobei gleichzeitig eine im Vergleich
zur Ausdehnung große
numerische Apertur erzielt wird.
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Zur
optischen Untersuchung eines Wertdokuments, hier einer Banknote
BN im Erfassungsbereich 14, wird das Wertdokument mit Beleuchtungsstrahlung,
im Beispiel zur Anregung von Lumineszenzstrahlung geeignete optische
Strahlung der Halbleiterstrahlungsquelle 18, beleuchtet
und die von dem Wertdokument ausgehende optische Strahlung, hier
Lumineszenzstrahlung, durch die Detektionsoptik 17 und
die Kollimations- und Fokussieroptik 28 zu einem parallelen
Detektionsstrahlenbündel
geformt. Dieses wird wenigstens teilweise in Spektralkomponenten
unterschiedlicher Wellenlängen
zerlegt, die sich in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten. In 2 sind die
nullte Beugungsordnung, die ohne spektrale Aufspaltung reflektiert
wird, durch eine durchgezogenen Linie und durch die erste Beugungsordnung
gegebenen Spektralkomponenten für
zwei verschiedene Wellenlängen
durch gepunktete bzw. gestrichelte Linien dargestellt. Die Spektralkomponenten
werden durch die Kollimations- und Fokussieroptik 28 auf
die Detektionseinrichtung 30, genauer die Zeile mit Detektionselementen 32 fokussiert,
und von diesen räumlich
aufgelöst
detektiert. Jedes Detektionselement 32 ist einer Ausbreitungsrichtung
und damit in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
einer Spektralkomponente zugeordnet. Die Auswerteeinrichtung 31 bildet
daher jeweils aus den Lagen der Detektionselemente 32 und
den von diesen jeweils erfassten Intensitäten ein Spektrum, das dann
mit Vergleichsspektren verglichen werden kann.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
in den 4 und 5 unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel
zum einen in der Art der dispergierenden Einrichtung und zum anderen
der Anordnung der Beleuchtungseinrichtung. Für gleiche Bauelemente werden
daher die gleichen Bezugszeichen verwendet und die Erläuterungen
zu dem ersten Ausführungsbeispiel
gelten entsprechend auch hier.
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Statt
des ebenen Reflexionsgitters 29 wird nun ein Blaze-Gitter 29' verwendet wird,
dessen Stufen so geneigt sind, daß die erste Beugungsordnung in
Richtung der spekularen Reflexion erfolgt. Dadurch kann eine kompaktere
Anordnung erzielt werden, bei der gleichzeitig eine höhere Intensität der Spektralkomponenten
erzielt wird.
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Prinzipiell
kann in dem ersten Ausführungsbeispiel
die Beleuchtungseinrichtung um die optische Achse der ersten Kondensoroptik 22 gedreht
werden, ohne daß sich
die Funktion ändert.
Um eine möglichst
kompakte Bauform erzielen zu können, sind
daher in diesem Ausführungsbeispiel
die Halbleiterstrahlungsquelle 18 und die Kollimatoroptik 19 neben
der Kollimations- und
Fokussieroptik 28 angeordnet.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
darin, daß statt
des Umlenkelements 25 ein Umlenkelement 25' verwendet wird,
das die Eintrittsblende 26 ersetzt. Eine ent sprechende
Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels
ist in 6 und 7 gezeigt. Darin werden für gleiche
Elemente die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
verwendet und die Erläuterungen
zu diesen im ersten Ausführungsbeispiel
gelten auch hier. Das Umlenkelement 25' ist nun ein Spiegel von der Größe der Blendenöffnung 27 im
ersten Ausführungsbeispiel
und in der Brennebene der Kollimations- und Fokussieroptik 28 angeordnet.
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Noch
weitere bevorzugte Ausführungsformen
unterscheiden sich von den zuvor geschilderten Ausführungsformen
dadurch, daß die
Detektionseinrichtung 30 und die Eintrittsblende 26 integriert
sind. Dazu ist die Blendenöffnung
in einer Platine ausgebildet, die auch die Detektionselemente 31 trägt.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
besitzt die Beleuchtungseinrichtung 15 als Strahlungsquelle statt
der Laserdiode 18 eine Leuchtdiode, eine Superlumineszenzdiode
oder eine OLED.
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Weiter
kann die Beleuchtungseinrichtung 15 in anderen Ausführungsbeispielen
wenigstens zwei Halbleiterstrahlungsquellen aufweisen, die optische Strahlung
bei unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen, d.h. den mit der Emissionsintensität gewichteten
Mittelwert über
die Emissionswellenlängen,
abgeben und unabhängig
voneinander ein- und ausschaltbar sind. Damit können nacheinander Untersuchungen
bei verschiedenen Wellenlängen
stattfinden.
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Bei
anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen
kann die Eintrittsblende 26 ganz entfallen. Die Beleuchtungseinrichtung 15 ist
dann so ausgebildet, daß sie
im Erfassungsbereich nur einen schmalen, langgestreckten Bereich
be leuchtet, wozu die erste Kondensoroptik 19 eine Zylinderlinse
enthalten kann.
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Noch
weitere Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich von den zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen
darin, daß im
Detektionsstrahlengang noch weitere Linsen angeordnet sind, um Abbildungsfehler
durch die Elemente der Detektionsoptik und die Kollimations- und
Fokussieroptik 28 zu reduzieren oder die Ausleuchtung zu
verbessern.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich von den zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen
darin, dass das Umlenkelement 25 bzw. 25' ein Strahlteiler
ist, so daß durch
diesen hindurchtretende Anteile der Detektionsstrahlung zum Beispiel
zur Erzeugung eines Bildes des Wertdokuments, ausgekoppelt werden
können.
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In
weiteren Ausführungsbeispielen
kann auch ein Beleuchtung in Transmission verwendet werden.
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Weiterhin
braucht nicht unbedingt eine reflektive dispergierende optische
Einrichtung, wie zum Beispiel das Reflexionsgitter 29,
verwendet zu werden. So ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
das sich nur in dieser Hinsicht von dem Ausführungsbeispiel in den 6 und 7 unterscheidet, möglich, im
Detektionsstrahlengang nach der Kollimation- und Fokussieroptik 28 ein
Transmissionsgitter 29'' anzuordnen,
das die Detektionsstrahlung wenigstens teilweise in Spektralkomponenten
zerlegt. Die Spektralkomponenten können dann mittels wenigstens
eines reflektiven Bauelements 34, beispielsweise eines
Spiegels, der gegen die durch die Spektralkomponenten aufgespannte
Ebene geneigt ist, zurück
in die Kollimations- und Fokussieroptik 28 geworfen werden.
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Durch
die Faltung des Strahlengangs nach der Kollimations- und Fokussieroptik
wird eine wesentlich kompaktere Bauform erreicht als bei einer auch
möglichen
Vorrichtung, bei der hinter dem Transmissiongitter statt des Spiegels
eine Fokussieroptik und die Detektionseinrichtung angeordnet sind.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann das Sensorgehäuse 12 und/oder
die Platte 33 auch anders ausgebildet sein oder ganz entfallen.
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Weiterhin
kann in anderen Ausführungsbeispielen
die Auswerteeinrichtung 31 in die Steuereinrichtung 10 integriert
sein.
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Andere
bevorzugte Ausführungsformen
unterscheiden sich von den zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen
dadurch, daß statt
die Detektionseinrichtung statt einer Zeile von CCD-Elementen zeilenförmig angeordnete
Photodetektionselemente, beispielsweise CMOS-Elemente, oder Photodetektionselemente
zur Detektion von optischer Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen
aufweist.