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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf das Gebiet von Sicherheitsausrüstung und, genauer gesagt,
auf einen optoelektronischen Dokumentenleser zum Lesen eines Stoffes,
welcher nur in der Anwesenheit von Beleuchtung außerhalb
des sichtbaren Lichtspektrums, d.h. von ultraviolettem (UV) oder infrarotem
(IR) Licht, sichtbar ist, wobei ein solcher Stoff in der Form von
Text, Bildern oder anderen Markierungen, die auf ein Dokument gedruckt
sind, oder in Form eines oberflächensichtbaren
Stoffes, der in ein Substrat eines Dokuments eingebettet ist, vorliegt.
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Hintergrund der Erfindung
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Einige bekannte Verfahren zum Verbessern der
Sicherheit eines Dokuments, z.B. eines Passes oder eines anderen
Identitätsdokuments,
verwenden Materialien, welche nur in der Anwesenheit von ultraviolettem
(UV) Licht sichtbar sind. Solche Materialien sind zu bestimmten
Tinten hinzugefügt
worden, die zum Sicherheitsdrucken verwendet werden, um UV-sichtbare
Markierungen auf ein Dokument zu drucken, wodurch die Durchschnittsperson,
die ein solches Dokument sieht, sich nicht bewusst ist, dass solche
Markierungen auf dem Dokument vorhanden sind, aber eine davon in
Kenntnis gesetzte Person (z.B. ein Zollbeamter) ein solches Dokument
unter UV-Beleuchtung untersuchen wird, um solche Markierungen zum
Zwecke der Feststellung der Echtheit des Dokuments zu identifizieren.
Die bekannten Vorrichtungen, die bei der Identifikation von solch
verborgenen gedruckten UV-Markierungen verwendet werden, umfassen
UV fluoreszierende Röhren,
welche UV-Beleuchtung emittieren. Im Gebrauch wird ein zu untersuchendes
Dokument unter der UV-Beleuchtung, die von solch einer Vorrichtung
emittiert wird, angeordnet, um so zu bewirken, dass alle verborgenen
UV-sichtbaren Markierungen auf dem Dokument mit einem sichtbaren
Licht fluoreszieren (d.h., für
das Auge des Untersuchers sichtbar gemacht werden). Nachteilig jedoch
sind solche Vorrichtungen nur passiv, dahingehend, dass sie einfach
dazu dienen, eine bestimmte Fläche
zu beleuchten; sie sind selbst nicht in der Lage, unsichtbare Markierungen,
welche mittels einer UV-fluoreszierenden Tinte gedruckt worden sind,
zu lesen (d.h. mittels eines automatischen Prozesses, um sie so
zu interpretieren). Stattdessen ist es erforderlich, dass ein Benutzer
solch bekannter Vorrichtungen das resultierende Bild manuell anschaut
und persönlich
interpretiert, um zu bestimmen, ob das Dokument irgendwelche verborgenen Markierungen
aufweist. Außerdem
haben UV-fluoreszierende Röhren
eine lange Stabilisierungszeit, und daher sind sie unfähig, irgendeine
Hochgeschwindigkeit-Verarbeitungsanwendung
zu erreichen, wie es z.B. von einer automatisierten Vorrichtung
zum Lesen von mit UV-Tinte gedruckten Markierungen erforderlich
sein würde.
Ferner sind solche Röhren
an sich instabil (und folglich unverlässlich), weil der Wellenlängenscheitelwert
der Beleuchtung, die sie erzeugen, typischerweise mit der Zeit variiert.
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Es besteht daher ein Bedarf nach
einem Dokumentenleser, welcher auf einer automatisierten Basis arbeitet,
um Sicherheitsdokumente mit einem damit verbundenen Stoff, welcher
nur sichtbar ist, wenn er mit UV- oder IR-Licht beleuchtet wird,
mit relativ hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Weiterhin besteht
ein Bedarf nach einem Dokumentenleser, welcher solch verborgenen,
mit UV-Tinte (oder IR-Tinte)
gedruckten Markierungen auf einer ganzseitigen Basis lesen kann.
Es besteht auch ein Bedarf nach solch einem Leser, welcher eine
oder mehrere vorbestimmte Oberflächen
eines Dokuments mit Licht beleuchten kann, dessen Frequenz oder
Frequenzband innerhalb des infraroten, sichtbaren und ultravioletten
Lichtfrequenzbandes liegt, abhängig von
den einzelnen Markierungen auf solchen Flächen des Dokuments, welches
gelesen werden soll, und welcher schnell von solch einer Frequenz
oder Band zu einer anderen bzw. einem anderen schalten kann. Noch
weiter besteht ein Bedarf nach einem Dokumentenleser, welcher solche
Markierungen automatisch lesen und interpretieren kann. Außerdem besteht
ein Bedarf nach solch einem Dokumentenleser, der aus Festkörperkomponenten
besteht, die eine Verringerung oder Elimination von beweglichen
Teilen ermöglichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung mit der Erfindung
werden ein optischer Dokumentenleser und ein Verfahren zum automatisierten
Lesen von ersten Markierungen in einer maschinenlesbaren Zone eines
Dokuments bereitgestellt, wobei die ersten Markierungen unsichtbar
sind, wenn sie mit sichtbarem Licht beleuchtet werden, und sichtbar
sind, wenn sie mit unsichtbarem Licht eines vorbestimmten Frequenzbereiches
beleuchtet werden. Eine Lesefläche
ist vorgesehen zur Anordnung eines Dokuments, das die maschinenlesbare
Zone aufweist, welche von dem Leser gelesen werden soll. Eine Mehrzahl
von ersten Lichtquellen ist im Abstand von der Lesefläche angeordnet
und ausgebildet, um die maschinenlesbare Zone eines Dokuments auf
der Lesefläche
mit unsichtbarem Licht des vorbestimmten Frequenzbereiches (z.B.
UV-Licht mit einem Wellenlängenscheitelwert
von 370nm) zu beleuchten, wenn die ersten Lichtquellen aktiviert
sind, um so zu bewirken, dass die ersten Markierungen sichtbar werden.
Ein Bildsensor ist ausgebildet, um ein Bild, das durch darauf fokussiertes
Licht definiert ist, zu erfassen und elektronische Daten entsprechend
dem erfassten Bild zu erzeugen. Ein optischer Pfad erstreckt sich zwischen
der Lesefläche
und dem Bildsensor und umfasst eine Linse, die ausgebildet ist,
um Licht, das ein Bild definiert, auf den Sensor zu fokussieren.
Ein die ersten Markierungen aufweisendes Dokumentenbild, das durch
Licht definiert ist, welches von der maschinenlesbaren Zone des
Dokuments auf die Lesefläche
emittiert und/oder reflektiert wird, wenn die ersten Lichtquellen
aktiviert sind, wird zu dem Sensor mittels des optischen Pfads transportiert
und von dem Sensor erfasst. Eine Dokumentensteuerungseinrichtung
ist ausgebildet, um die Markierungen von dem erfassten Bild zu identifizieren
und die identifizierten Markierungen zur Anzeige und/oder Verarbeitung
auszugeben.
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Die ersten Lichtquellen können UV-LEDs sein,
die ausgebildet sind, um Licht eines vorbestimmten ultravioletten
Frequenzbereiches zu emittieren, wobei die ersten Markierungen einen
UV-fluoreszierenden Stoff aufweisen, der ausgebildet ist, um sichtbares
Licht zu emittieren, wenn er mit dem Licht des vorbestimmten ultravioletten
Frequenzbereiches beleuchtet wird. Vorzugsweise ist der optische
Pfad durch eine Mehrzahl von reflektierenden Oberflächen innerhalb
des optischen Pfads gefaltet.
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Der Dokumentenleser ist auch vorzugsweise ausgebildet,
um zweite Markierungen in der maschinenlesbaren Zone automatisch
zu lesen, wobei die zweiten Markierungen sichtbar sind, wenn sie
mit sichtbarem Licht beleuchtet werden. Eine Mehrzahl von zweiten
Lichtquellen (z.B. sichtbare LEDs) ist im Abstand von der Lesefläche angeordnet
und ausgebildet, um die maschinenlesbare Zone mit sichtbarem Licht
(z.B. mit einem Wellenlängenscheitelwert von
650nm), wenn sie aktiviert sind, zu beleuchten. Bei Aktivierung
der zweiten Lichtquellen weist das Dokumentenbild die zweiten Markierungen
auf, die durch Licht, welches von der maschinenlesbaren Zone emittiert
und/oder reflektiert wird, definiert sind. Zusätzlich ist der Dokumentenleser
vorzugsweise weiterhin ausgebildet, um dritte Markierungen in der maschinenlesbaren
Zone automatisch zu lesen, wobei die dritten Markierungen Zeichen
aufweisen, die entsprechend der OCR-Standardspezifikation ausgebildet
sind. Eine Mehrzahl von dritten Lichtquellen (z.B. IR-LEDs) ist
im Abstand von der Lesefläche
angeordnet und ausgebildet, um die maschinenlesbare Zone mit Licht
eines vorbestimmten infraroten Frequenzbereiches entsprechend der
OCR-Standardspezifikation zu beleuchten, wenn die dritten Lichtquellen
aktiviert sind. Bei Aktivierung der dritten Lichtquellen weist das
Dokumentenbild die dritten Markierungen auf, die durch Licht, welches
von der maschinenlesbaren Zone emittiert und/oder reflektiert wird,
definiert sind.
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Eine Steuerungseinrichtung, die zum
Steuern der Aktivierung der Lichtquellen (z.B. auf einer sequentiellen
Basis in der Reihenfolge IR, sichtbar und UV) ausgebildet ist, ein
optischer Filter, der innerhalb des optischen Pfads zwischen der
Linse und dem Bildsensor positioniert ist, wobei der optische Filter
zum Entfernen von reflektiertem Licht der ersten Lichtquellen ausgebildet
ist, und eine Dokumentensteuerungseinrichtung, die ausgebildet ist,
um die Markierungen von dem erfassten Bild zu identifizieren und
die identifizierten Markierungen zur Anzeige und/oder Verarbeitung
auszugeben, können
vorgesehen sein.
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Die Lichtquellen sind auf solch eine
Weise angeordnet, dass eine erste Gruppe die ersten Lichtquellen
aufweist, eine zweite Gruppe die zweiten Lichtquellen aufweist und
eine dritte Gruppe die dritten Lichtquellen aufweist, wobei die
Lichtquellen jeder Gruppe angeordnet sind, um eine einheitliche
Beleuchtung der maschinenlesbaren Zone bereitzustellen. Zusätzlich ist
die Beleuchtung, die von jeder Gruppe der Lichtquellen erzeugt wird,
von vergleichbarer Intensität,
um Sättigung
des Bildsensors zu vermeiden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird im
Detail unten mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform und die folgenden
dazugehörigen
Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugsziffern durchgängig gleiche
Elemente bezeichnen.
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1(a) und 1(b) sind schematische Diagramme,
die jeweils die optischen Prinzipien des Betriebs und die optischen
Pfade eines Dokumentenlesers gemäß der Erfindung
darstellen;
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2 ist
ein schematisches Diagram einer Draufsicht auf ein illustratives
Dokument, wie es zur Verwendung mit einem Dokumentenleser gemäß der Erfindung
angedacht wird, wobei dieses illustrative Dokument fünf unterschiedliche
Felder (Flächen) aufweist,
auf denen unterschiedliche Typen von Identifikationsmarkierungen
durch Verwendung einer Tinte gedruckt sind, welche nur unter Beleuchtung
außerhalb
des sichtbaren Lichtspektrums sichtbar ist;
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3 ist
ein schematisches Diagram, das die relative Anzahl von IR-, sichtbaren
und UV-LEDs darstellt, die in einer bevorzugten Ausführungsform eines
Dokumentenlesers gemäß der Erfindung
verwendet werden;
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4 ist
ein schematisches Blockdiagram, das die Komponenten einer bevorzugten
Ausführungsform
eines Dokumentenlesers gemäß der Erfindung
zeigt; und
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5 ist
ein Flussdiagram, das die Schritte zeigt, welche von einer auf dem
Dokumentenleser der 4 laufenden
Beispielssoftware durchgeführt werden.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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1 der
Zeichnungen zeigt die optischen Prinzipien des Betriebs, welche
von einer bevorzugten Ausführungsform
eines Dokumentenlesers gemäß der Erfindung
angewandt werden. Ein Dokument 10 wird auf einer gesteuerten
und schnellen Basis mit Licht beleuchtet, das von einem Feld von Lichtquellen 35 emittiert
wird, die Gruppen von drei unterschiedlichen Typen von LEDs umfassen,
nämlich
IR-LEDs, welche Licht in dem infraroten Frequenzband emittieren,
sichtbare LEDs, welche Licht in dem sichtbaren Frequenzband (das
sichtbare Spektrum) emittieren, und UV-LEDs, welche Licht in dem
ultravioletten Frequenzband emittieren. Die unterschiedlichen Typen
von LEDs (d.h. IR, sichtbar und UV) werden auf einer sequentiellen
Basis in der bevorzugten Ausführungsform
beleuchtet, wobei die LEDs sequentiell gemäß dem Typ der LED beleuchtet
werden, zum Beispiel in der Reihenfolge IR-Beleuchtung als erste,
sichtbare Beleuchtung als zweite und UV-Beleuchtung als dritte. Optional kann
der Benutzer eine Frequenz oder Frequenzkategorie (z.B. UV) auswählen, die
einer der verwendeten LED-Typen entspricht, um schnell zu beleuchten
und ein bestimmtes interessierendes Bild zu lesen.
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Viele Sicherheitsdokumente, wie z.B.
maschinenlesbare Reisedokumente (MRTDs), enthalten gedruckte Informationen,
welche sowohl dem International Standard Organisation ISO 1831 Standard,
der das Lesen von Zeichen mittels einer optischen Zeichenerkennung(OCR)-Spezifikation
regelt, sowie der Spezifikation für Reisedokumente, die durch
International Civil Aviation Organization ICAO (Dokument 9303, Paragraph
7.2.1) festgesetzt ist, die fordert, dass solche Zeichen sichtbar
sind, entsprechen müssen.
Wie in ISO 1831 definiert, soll jedes Sicherheitsmerkmal, das in
der maschinenlesbaren Zone (MRZ) eines Dokuments erscheint, nicht das
genaue Lesen irgendwelcher OCR-Zeichen in dem B900 Bereich, d.h.
in dem nahen infraroten (900±50nm)
Bereich des Spektrums, behindern.
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Optional kann die IR-LED-Gruppe für einen oder
beide Zwecke verwendet werden, wobei eine für das Zeichenlesen gemäß dem oben
genannten OCR- Standard
vorgesehen ist und eine zweite zur Beleuchtung von verborgenen IR-sichtbaren Markierungen
vorgesehen ist, um solche Markierungen sichtbar und damit lesbar
zu machen. In solch einer Ausführungsform
würden
verborgene Markierungen auf das Dokument unter Verwendung eines
Materials (d.h. Tinte) gedruckt werden, welches unter IR-Beleuchtung
der von den IR-LEDs emittierten Frequenz fluoresziert. Auf diese
Weise würden
solche verborgenen IR-sichtbaren Markierungen auf die gleiche Weise
funktionieren wie die verborgenen UV-sichtbaren Markierungen der hier beschriebenen
Ausführungsform.
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Ein transparentes Fenster (nicht
gezeigt) liefert eine Lesefläche
zur Anordnung des Dokuments 10 und eine Schutzgehäusefläche für den Leser,
wobei das Fenster zwischen dem Dokument und den optischen Komponenten
des in 1 gezeigten Lesers
angeordnet ist.
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Die LED-emittierten Lichtwellen liefern
eine einheitliche (d.h. gleichförmige)
Beleuchtung der gesamten maschinenlesbaren Zone (MRZ) des Dokuments,
welche unter solcher Beleuchtung gelesen werden soll, und dies ermöglicht es,
dass das Dokument auf einer Seite-für-Seite-Basis schnell gelesen wird.
Die von dem Dokument 10 emittierten und/oder reflektierten
Lichtwellen werden übertragen
zu einem unteren Spiegel 20 und von dort zu einem oberen Spiegel 25 reflektiert,
wo sie nach unten reflektiert werden, zuerst durch eine Linse 30,
welche Photonen der vom Dokument emittierten/reflektierten Lichtwellen
sammelt und fokussiert, und dann durch ein optisches Filter 32 und
dann auf einen optoelektronischen Bildsensor 40.
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Wie gezeigt, sind die optischen Charakteristiken
und das mechanische Positionieren der Linse 30 und der
Spiegel 20, 25 so gewählt, dass die gesamte MRZ (bis
zu 120 mm × 80
mm in der hier beschriebenen Ausführungsform) auf den optoelektronischen
Bildsensor 40 (6,91 mm × 4,6 mm in der hier beschriebenen
Ausführungsform)
fokussiert wird, ohne dass signifikante Verzerrungen auftreten, und so,
dass der längere
optische Pfad in eine kompakte Anordnung im Innern des Lesers gefaltet
wird.
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Der gedruckte fluoreszierende Stoff
auf dem Dokument 10, welcher durch die UV-LED-Beleuchtung
angeregt wird, emittiert ein breiteres Frequenzspektrum von Lichtwellen
als es erforderlich ist, um ein scharfes Bild auf dem Sensor 40 zu
erzeugen, und das optische Filter 32 (welches eine Abschneidewellenlänge bei
420nm hat) reduziert dieses breite Spektrum. Das optische Filter 32 beeinflusst
das sichtbare oder das Nah-IR-Licht nicht, aber eliminiert die reflektierten,
unerwünschten
UV-elektromagnetischen Wellen (auf welche der CCD-Bildsensor empfindlich
ist und welche das Bild zu hell und verschwommen machen können) und
einige sichtbare Lichtwellen in dem ultravioletten Frequenzband,
so dass solche Lichtwellen den Bildsensor 40 nicht erreichen.
Vorteilhaft verbessert die Elimination von unerwünschten UV-Spektrumkomponenten
die sichtbaren und Nah-IR-Band-Bilder.
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Der Bildsensor 40, der zur
Verwendung in dem hier beschriebenen Dokumentenleser ausgewählt ist,
ist eine CCD (Charge Coupled Device), insbesondere ein Sensor, der
unter der Produktbezeichnung KAF-401 E, hergestellt oder geliefert
von Eastman Kodak Company, USA, verkauft wird. Andere Sensoren,
welche zur Verwendung in einer unterschiedlichen Ausführungsform
geeignet sein können, weisen
einen CMOS-Sensor, beispielsweise den, der von Kodak unter der Produktbezeichnung
KAC-1310 geliefert wird, und einen CIS (Kontaktbildsensor) auf.
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Eine MRZ (Betrachtungsfläche) von
120mm × 80mm
(siehe die Fläche 50 des
in 2 gezeigten Dokuments 10)
wird von dem Bildsensor 40 zur Gewinnung eines bestimmten
Merkmals erfasst, wie beispielsweise eines Portabeldatendatei(PDF)-Bildes,
eines sichtbaren Bildes, wie z.B. eine Fotographie, OCR-Text, UV-gedruckter
Stoff, etc., und das gewonnene Merkmal sowie optional auch das erfasste
Bild werden von dem Sensor 40 zu einem Wirtscomputer mittels
eines RS-232-Anschlusses, eines parallelen Anschlusses oder einer
Ethernet-Schnittstelleneinrichtung übertragen.
Vorteilhaft erfassen die CCD 40 und zugehörige Hardware
das Bild in der Form von digitalen Daten mit einer Auflösung von 768
Pixeln × 512
Pixeln für
diese Betrachtungsfläche (wenn
gewünscht,
kann eine höhere
Auflösung
durch Auswählen
eines unterschiedlichen Sensors erhalten werden).
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Der optische Pfad des Lesers ist
durch 1(b) gezeigt.
Die Geometrie des o ptischen Pfads ist abhängig von
der Vergrößerung (0,058 in der hier beschriebenen Ausführungsform),
vom Sichtfeld (FOV) und von der Fokuslänge (10,3mm in
der hier beschriebenen Ausführungsform) der Linse 30. Die zwei
Spiegel 20, 25, die in den
1(a) und 1(b) gezeigt sind, werden verwendet,
um den Pfad zu falten und dadurch seine Größe zu minimieren, damit er
in den kompakten Leser passt. Die F-Zahl der Linse (ausgewählt zu 2,8
für die
beschriebene Ausführungsform)
wird auf der Basis der Beleuchtung, Fokustiefe, Brechung und Abberationseffekte
ausgewählt.
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Früher wurde von den Durchschnittsfachleuten
angenommen, dass ein hochauflösender
automatisierter Bildleser gemäß dem der
vorliegenden Erfindung aufgrund der chromatischen Abberationseffekte,
wenn er mehrere spektrale Bänder
verwendet, und aufgrund der vorstehenden Leistungsnachteile, die
mit den UV-Lichtröhren verbunden
sind, nicht eingesetzt werden könnte.
LED-Vorrichtungen mit sichtbarem/unsichtbarem Licht, welche Frequenzenscheitelwerte
emittieren, die sich nahe oder unterhalb des sichtbaren Spektrums
erstrecken, sind zur Verwendung in Lasertechnologien bekannt geworden. Überraschend
haben die Anmelder festgestellt, dass ein Feld von gleichen Festkörper-LED-Vorrichtungen,
die zum Emittieren von UV-Licht ausgebildet sind, erfolgreich und
vorteilhaft in einem Dokumentenleser verwendet werden können, um
automatisiertes UV-Bildlesen zu erreichen.
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Die Anmelden haben gefunden, dass
die Verwendung eines geeigneten UV-fluoreszierenden Druckmaterials zusammen
mit einer geeigneten UV-Beleuchtung, kombiniert mit der Verwendung
einer Linse 30 mit einer ausreichenden Fokustiefe, solche
chromatischen Abberationseffekte auf ein Niveau reduziert, welches
akzeptabel ist. Da zusätzlich das
UV-fluoreszierende Material des Dokuments unter UV-Beleuchtung als
eine Lichtquelle wirkt, ist es anders als bei sichtbaren gedruckten
Zeichen/Bilder, welche Licht absorbieren, für Genauigkeitszwecke beim Lesen
des mit UV-Tinte gedruckten Stoffs notwendig, dass das Dokumentensubstrat
sowie jegliche über
dem Dokument angeordnete Schutzschicht UV-tödlich sind (d.h., es sollte
keinen superfluoreszierenden UV-anregbaren Stoff enthalten, welcher mit
dem zu lesenden korrekten Bild interferieren würde) und dass die Hintergrundfläche der
mit UV-Tinte gedruckten Flächen
absorbierend (d.h. dunkel) und nicht interferierend sind. Zusätzlich ist
es notwendig, die Sättigung
des Bildsensors zu vermeiden. Dies wird vermieden, indem sichergestellt
wird, dass die Intensitäten
des Lichts, das von dem Dokument bei Beleuchtung durch die verschiedenen
LED-Gruppen emittiert/reflektiert
wird, übereinstimmen
(d.h. durch entsprechendes Steuern der Aktivierungspegel der LEDs).
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Die Verwendung von UV-LEDs (im Vergleich zu
Röhren)
ermöglicht
es, dass die Belichtungszeit der UV-Beleuchtung geregelt und schnell
geschaltet wird. Speziell, wenn eine LED mit einer Stabilisierungszeit
von 50 Nanosekunden verwendet wird, kann UV-Beleuchtung innerhalb
weniger Millisekunden an- und ausgeschaltet werden. Die Wahl der
zur Beleuchtung des Dokuments zu verwendenden UV-Lichtfrequenz ist
abhängig
von der zu wählenden UV-LED,
und diese wiederum ist abhängig
von dem Anregungsmaterial der Tinte oder des Substrats, das als
verborgenes Sicherheitsmaterial verwendet wird, welches von dem
Leser gelesen werden soll. Für
die bevorzugte Ausführungsform
wurden UV-LEDs,
geliefert und/oder hergestellt von Nichia Corporation unter der
Produktbezeichnung NSHU550E, zur Verwendung in dem UV-Lichtquellenfeld
ausgewählt. Dieses
UV-LED-Produkt emittiert eine schmalbandige Beleuchtung mit einem
Wellenlängenscheitelwert bei
370nm und liefert eine kurze Stabilisierungszeit (d.h. die Zeit,
die von der Aktivierung benötigt
wird, um die Wellenlängenscheitelwertbeleuchtung
zu erreichen) von 50ns. Diese UV-LED wurde auch in eine Zener-Diode
eingebaut, die Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD) liefert.
Die Anmelden haben gefunden, dass die Auswahl einer UV-fluoreszierenden
Drucktinte, welche, wenn durch ein vorbestimmtes UV-Frequenzlicht (d.h.
von einer Wellenlänge
von 370nm in der bevorzugten Ausführungsform) angeregt wird,
eine geeignete Frequenz (d.h. in der bevorzugten Ausführungsform
blaues Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 423nm) von sichtbarem Licht emittiert, kombiniert mit der
Verwendung einer Linse 30 mit ausreichender Fokustiefe
und geringerer chromatischer Abberation, um chromatische Abberationseffekte
auf ein Maß zu
reduzieren, welches bei der Verwendung von hier beschriebener Software
akzeptabel ist, zur Erfassung eines verwendbaren Bildes der mit
UV-Tinte gedruckten Markierung führt.
Unerwünscht
wird bewirkt, dass einige unerwünschte UV-Lichtfrequenzen
auf die Linse 30 reflektiert werden. Um diese unerwünschten
UV-Lichtfrequenzen zu blockieren, ist ein optischer Filter 32 in
den optischen Pfad vor dem Sensor 40 vorgesehen, wobei der
Filter 32 ein Hochpass-UV-Filter mit einer Abschneidewellenlänge von
420nm (geliefert und /oder hergestellt von Edmund Industrial Optics
unter der Produktbezeichnung GG420) ist.
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UV-fluoreszierende Tinten sind im
Stand der Technik wohl bekannt, und ein Durchschnittsfachmann wird
ohne weiteres eine geeignete Auswahl einer fluoreszierenden Tinte
zur Verwendung zum Drucken des verborgenen Stoffes auf das Dokument
für irgendeine
Anwendung machen können.
Zum Beispiel für
eine thermische Transfer-Druckanwendung kann die im US-Patent Nr.
6,155,168 beschriebene Tinte, übertragen
auf Alps Electric Co., Ltd., Tokio, Japan, zur Verwendung ausgewählt werden.
Eine weitere Quelle von geeigneten UV-fluoreszierenden Tinten ist Angstrom
Technologies Inc., Kentucky, USA. Für Laserdruckanwendungen ist
ein geeigneter UV-fluoreszierender elektrostatischer Toner von dieser
Firma erhältlich.
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Der Dokumentenleser kann verschiedene Typen
von verborgenem Stoff detektieren und verarbeiten, einschließlich unterschiedlicher
Typen von verborgenen Bildern, die mit UV-fluoreszierender Tinte
gedruckt sind, einschließlich
maschinenlesbare Textzeichenzeilen, zweidimensionale Strichcodes und
Sicherheitseinrichtungsbilder, wie z.B. solche, die durch den Rechtsnachfolger
dieser Anmeldung, welche als Pixelplex-Bilder bezeichnet werden,
unter Verwendung von übereinandergelegter
Ablenkung und verschlüsselten
Bildern, auf der Basis eines Quellbildes hergestellt werden (wie
detaillierter beschrieben in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr.
09/553,454 des Rechtsnachfolgers,
angemeldet am 19. April 2000, und in der entsprechenden veröffentlichten
PCT-Anmeldung
WO 01/80512 ,
deren Inhalte hierin durch Bezugnahme inkorporiert werden).
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Optional kann der optische Pfad einen
elektrostatischen Spiegel (in 1 nicht
gezeigt) mit Reflektions- und transparenten Zuständen einschließen, um
optisch veränderliche
Vorrichtungen, die auf das Dokument angewandt werden, auf Echtheit
zu prüfen,
wie z.B. Hologramme oder Kinegramme.
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2 der
Zeichnung zeigt eine Ansicht eines Musterlayouts eines Dokuments,
nämlich
die Identifikationsseite eines Passes, wobei fünf unabhängige Sicherheitsfelder vorgesehen
sind, die UV-fluoresziertes Material aufweisen. Felder 1 und 3 weisen
jeweils maschinenlesbaren Text (alphanumerische Zeichen) auf, die
mit einem, geeigneten fluorochromen Material gedruckt sind, welches
fluoresziert, wenn es mit einer vorbestimmten UV-Frequenz entsprechend dem
Frequenzband der ausgewählten
UV-LED beleuchtet wird. Die UV-beleuchteten Textbilder werden von
dem Bildsensor 40 detektiert und dann unter Verwendung
eines herkömmlichen
OCR-B-Textalgorithmus interpretiert (solche Algorithmen sind den
Fachleuten wohl bekannt und ohne weiteres auf dem Markt erhältlich).
Um die von diesen Feldern vorgesehene Sicherheit zu erhöhen, wird
der Text vorzugsweise zerhackt und unter Verwendung eines geeigneten
Software-Algorithmus verschlüsselt
(solche Algorithmen sind ohne weiteres auf dem Markt erhältlich).
In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Inhalt des Feldes 3 Zahlen, die der Passnummer
entsprechen, derart, dass dieses Feld als eine Kreuzprüfung gegen
eine sichtbar gedruckte Passnummer, die auf dem Dokument erscheint,
verwendet wird.
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Feld 2 des in 2 gezeigten Musterdokuments
umfasst verschlüsselte
Markierungen, welche Text darstellen, wobei der Text unter Verwendung
von Ablenkbildern verschlüsselt
worden ist, so dass er in UV-fluoreszierendem Material als eine
Reihe von vertikalen Linien erscheint. Diese Markierungen werden
auch von dem Bildsensor 40 detektiert und durch geeignete
Software in dem Leser interpretiert (d.h. entschlüsselt).
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Feld 4 weist einen zweidimensionalen
Strichcode in der Form eines portablen Datendatei(PDF)417-Bildes
auf, welches in UV-fluoreszierendem Material gedruckt ist. Wie den
Durchschnittsfachleuten wohl bekannt, kann das zweidimensionale Strichcodebild
irgendeine Kombination von Bild (Bildern) und alphanumerischem Text
aufweisen, wie durch die jeweils verwendete Auflösung erlaubt wird. Das PDF-Bild wird von dem
Bildsensor 40 detektiert und durch geeignete Software in
dem Leser interpretiert. Optional wird der Strichcode in mehrere
Teile aufgebrochen, und diese Teile sind über die Dokumentenseite auf
vorbestimmte Weise verteilt (eine Information, welche bekannt ist
oder von den Software-Systemen des Lesers gelernt wird). Da kein
Strichcode für
den Benutzer unter gewöhnlichem
Licht sichtbar ist, beeinflusst die Tatsache, dass der Strichcode
fragmentiert ist, den Benutzer nicht. Es verleiht dem Dokument jedoch
ein anderes Sicherheitsmerkmal, da die spezielle Anordnung der von
dem Leser gelesenen Fragmente mit der dem Leser bekannten vorbestimmten
Anordnung zusammenfallen muss. Wenn gefunden wird, dass die von
dem Leser gelesene Strichcode-Fragmentanordnung nicht der bekannten
Anordnung entspricht, identifiziert der Leser das Dokument als durch
den von ihm durchgeführten Echtheitsprüfprozess
durchgefallen.
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Feld 5 weist ein Pixelplex-Bild
auf, das in UV-fluoreszierendem Material gedruckt ist. Wie in 2 gezeigt, ist das verschlüsselte Quellbild,
das durch das verborgene Pixelplex-Bild dargestellt ist, vorzugsweise
das Foto des Passinhabers, wie es auf der Identifikationsseite zu
dem Zeitpunkt erscheint, zu dem der Pass an den autorisierten Inhaber
ausgestellt wurde, wodurch das Foto des Passinhabers bei Entschlüsselung
des Pixelplex-Bildes enthüllt
wird.
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Ein weiteres Sicherheitsmerkmal (in 2 nicht gezeigt) ist durch
das Substratmaterial der Dokumentenseite bereitgestellt und ist
nicht auf irgendeines der Felder 1-5 beschränkt, nämlich eine Zufallsverteilung
der UV-fluoreszierenden Breifasern innerhalb des Papierblattes,
welches die Dokumentenseite aufweist. Es ist bekannt, dass eine
kleine Anzahl von solchen Fasern während der normalen Herstellung
der Sicherheitspapiere eingefügt
wird und dass ihre resultierende Anordnung innerhalb des fertiggestellten
Papiersubstrates zufallsbestimmt ist. Die Zufallsnatur dieser Fasern
wird vorteilhaft verwendet, um Sicherheit bereitzustellen, indem
ihre Anordnung auf der Seite zu dem Zeitpunkt identifiziert wird,
zu dem das Dokument erzeugt oder erstellt wird, und diese speziellen
Anordnungen mit dem jeweiligen Dokument assoziiert werden. Der Dokumentenleser
detektiert und liest diese Fasern, einschließlich ihrer Anordnung auf der
Seite, und vergleicht diese Information mit der bekannten Information,
die die Faseranordnungen zum Zeitpunkt der Erzeugung oder der Erstellung
des Dokuments betrifft. Wenn die beiden Informationssätze nicht
zusammenfallen, identifiziert der Leser das Dokument als durch den Echtheitsprüfprozess
durchgefallen.
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3 der
Zeichnungen zeigt die Anordnung von LED-Gruppen 35 in dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Dokumentenlesers. Die LEDs sind auf einem Substrat 36 in
der Form eines thermoplastischen Materialstreifens mit zwei Befestigungsstreifen 34 zur
Installation innerhalb und über
dem Leser befestigt, wie in 1(a) und (b) gezeigt ist. Das Bild (Anordnung)
der LEDs in jeder LED-Gruppe ist ausgebildet, um ausreichende und
gleichmäßige Beleuchtung
an das Dokument 10 zu liefern, wobei die folgenden Faktoren
berücksichtigt
werden: (i) die Richteigenschaft (Betrachtungswinkel) der LEDs;
(ii) nichtlineare menschliche Sehaufnahme des Bildes (d.h. Einheitenänderungen
der Leuchtstärke
entsprechen nicht Einheitenänderungen
der sichtbaren Empfindlichkeit); (iii) der dynamische Bereich des Bildsensors
(CCD), um Sättigung
zu vermeiden; (iv) die sich ändernde
Antwort des Bildsensors (CCD) auf Wellenlängenänderungen, dahingehend, dass
die Quanteneffizienz (QE) des Sensors bei Rot höher ist und kleiner bei Blau;
und (v) erforderliche Kompaktheit, um auf das Substrat 36 zu
passen. Wie in 3 gezeigt,
sind die UV-LEDs 37 lateral über das Substrat verteilt,
wobei eine größere Anzahl
der UV-LEDs 37 in Richtung auf jedes Endes des Substrats 36 positioniert
ist. Gleichermaßen
sind Nah-IR-LEDs 38 und sichtbare LEDs 39 lateral über das Substrat
verteilt, wobei eine höhere
Konzentration jeweils an den Enden des Substrats 36 auftritt.
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Die drei Gruppen (Sätze) von
LEDs werden nacheinander für
eine Zeitperiode aktiviert, die auf der Basis der Helligkeit des
gedruckten Materials (d.h. der Tinte) bestimmt wird, wobei diese
Aktivierungsperiode typischerweise zwischen 10 Millisekunden und
2 Sekunden liegt. Für
einen normalen Betriebsmodus der bevorzugten Ausführungsform
ist die bevorzugte Reihenfolge zum Aktivieren der LED-Gruppen IR-LEDs,
sichtbare LEDs und dann UV-LEDs. Die Nah-IR-LEDs emittieren bei
einem Frequenzscheitelwert innerhalb des Bereichs von 900±50nm,
um den ISO 1831 Standard zu erfüllen. Die
sichtbaren LEDs emittieren Licht innerhalb des Bereichs 400nm–660nm,
und die UV-LEDs emittieren Licht innerhalb des Bereichs 360nm–380nm mit jeweils
einem Frequenzscheitelwert bei 650nm und 370nm. Jedoch können irgendeine
oder alle LEDs zu einem vorgegebenen Zeitpunkt für eine gegebene Anwendung aktiviert
werden, um das bzw. die bestimmten gedruckten Bilder, die für den Benutzer
von Interesse sind, zu beleuchten. Zum Beispiel können die
IR-LEDs aktiviert werden, wenn es gewünscht wird, den auf das Dokument
gedruckten Text unter Verwendung der optischen Zeichenerkennungsverarbeitung
in Übereinstimmung
mit dem ISO 1831 Standard zu lesen. Auf gleiche Weise können die sichtbaren
LEDs aktiviert werden, um den sichtbar gedruckten Stoff auf der
Seite, die von dem Leser gelesen wird, zu aktivieren, und/oder die
UV-LEDs können
aktiviert werden, um die mit UV-fluoreszierender Tinte
gedruckten Bilder zu beleuchten. Die beleuchteten Bilder werden
auf den Bildsensor 40 fokussiert und von den Softwaresystemen
des Wirtscomputers interpretiert, um eine Anzeige des Ergebnisses
(d.h. des gelesenen Bildes) für
den Benutzer zu erzeugen.
-
4 zeigt
in Blockdiagrammform die Komponenten des bevorzugten Dokumentenlesers
und ihre Wechselwirkung. Der Bildsensor 40, der eine CCD
in der bevorzugten Ausführungsform
ist, erfasst das Bild, welches unter der angelegten Beleuchtung in
der Form von digitalen Daten sichtbar ist, welche zu einem Bilddirektzugriffspeicher
(RAM) 45 übertragen
werden. Flashspeicherchips 47 sind vorgesehen, um Firmware
und Konfigurationsdaten zu speichern. Ein digitaler Signalprozessor
(DSP) führt
Verarbeitungsfunktionen an der digitalisierten Bildinformation durch,
wobei der für
die Verwendung in der bevorzugten Ausführungsform ausgewählte DSP
von Texas Instruments unter der Produktbezeichnung TMS320C32 geliefert
wurde. Eine Lesesteuerungseinrichtung 60 in der Form eines
feldprogrammierbaren, kundenspezifischen Halbleiterschalt-(FPGA)-Logikchips
wird in der bevorzugten Ausführungsform
verwendet, um verschiedene Steuerfunktionen, wie in 4 gezeigt, durchzuführen, einschließlich des
Transfers der Daten von der CCD 40 zu dem Bild RAM 45,
des Steuerns des Datenbus zwischen dem DSP 110 und dem
Bild RAM 45, des Steuerns der peripheren Schnittstelle
(einschließlich Steuern
des LED-Feldes 35) und der Bildvergrößerung. Das resultierende Dokumentenbild
wird zu einem Wirtscomputer (nicht gezeigt) mittels einer Serien-,
parallelen oder Ethernet-Schnittstelle 70 transferiert.
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Ein Dokumentendetektor 80 detektiert
die Anwesenheit eines Dokuments 10 auf der Lesefläche des
Lesers, indem eine Kombination von Fotodetektor- und IR-Sensorschaltkreisen
verwendet wird. Benutzerschnittstellen-LEDs (UI-LEDs) 90 sind
vorgesehen, um den Status von Operationen zu zeigen. Die LEDs der
LED-Feldgruppen 35 sind
Festkörpervorrichtungen,
welche durch Software, die auf dem Dokumentenleser läuft, schnell
kontrollierbar sind. Ein Magnetleser 100, der bis zu vier
Datenspuren lesen kann, ist auch vorgesehen, um, falls vorhanden, Daten,
die auf einem magnetischen Streifen, der auf das Dokument angewandt
wird, zu lesen.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die von der Dokumentensteuer-Firmware durchgeführt werden,
welche auf dem Dokumentenleser läuft.
Die Dokumentensteuer-Software steuert die von dem Dokumentenleser
durchgeführten
Aktivitäten,
und dabei bestimmt sie, welche Software-Komponenten laufen sollen,
um die Eingabe zu verarbeiten und die erforderliche Ausgabe zu erzeugen.
Dabei ist die Funktionalität
des Dokumentenlesers auf Dokumente beschränkt, welche eine Konfiguration
haben, die in die Lehre der Steuer-Software (d.h. zu solchen, welche
dadurch bearbeitet werden können)
fällt,
und so ist der Dokumentenleser wirksam einem vorbestimmten Dokumententyp
angepasst.
-
Wenn die Anwesenheit eines Dokuments von
dem Dokumentendetektor 80 des Lesers detektiert wird, wird
das Dokument durch Anregen der IR-, sichtbaren und UV-LED-Gruppe
gescannt, um so die MRC jeweils mit einer oder mehreren der sichtbaren, IR-
und UV-Beleuchtung zu beleuchten. Wie oben ausgeführt, werden
diese LED-Gruppen mit verschiedener Beleuchtungsfrequenz normalerweise auf
einer sequenziellen Basis angeregt, aber sie können auch auf einer gerichteten
(individuellen) Basis, falls gewünscht,
angeregt werden. Für
jedes gescannte (d.h. sichtbare) Bild, das in der MRZ des Dokuments
als Ergebnis der angelegten Beleuchtung erscheint, wird das Bild
von dem Bildsensor (d.h. von der CCD 40 in 4) des Lesers erfasst und an einen Wirtscomputer
weitergeleitet, um von einer oder mehreren auf dem Wirtscomputer
laufenden Anwendungen bearbeitet zu werden (falls gewünscht).
Eine Merkmalanordnungskomponente der Dokumentensteuer-Software macht
die einzelnen Merkmale (Markierungen) des Dokumentenbildes ausfindig
und identifiziert sie. Speziell macht sie mit Bezug auf
-
2 die
folgenden Markierungen der maschinenlesbaren Zone des Dokuments
ausfindig und identifiziert sie: das sichtbare Foto 51;
den Streifencode 52; den OCR-Text 53, 54; und die
UV-sichtbaren Felder 1–4.
-
Verschiedene Typen von Merkmalen
werden durch individuelle Software-Komponenten unterschiedlich verarbeitet,
die geeignet ausgebildet sind, um die gewünschten Verarbeitungsschritte
durchzuführen.
Eine OCR-Software-Komponente 120 verarbeitet die OCR-Merkmale 53, 54 gemäß den herkömmlichen
Prozessschritten, wobei die Linien von OCR-B-Zeichen dieser Merkmale
erkannt und interpretiert werden. Wie den Durchschnittsfachleuten
bekannt ist, schließt
die OCR-Software-Komponente vorzugsweise
Prozessschritte für
Inhalt und Formatprüfung
ein, um mögliche
Fehler in den identifizierten Zeichen zu bestimmen. Die OCR-Software-Komponente 120 gibt
den interpretierten Zeichensatz aus, der durch sie bestimmt ist,
und diese Ausgabe wird zu einem Wirtscomputer zur Anzeige auf einem
Monitor und/oder zur weiteren Verarbeitung, wenn gewünscht, weitergeleitet.
Optional könnten
die ausgegebenen Zeichen stattdessen direkt an eine elektronische
Anzeige (z.B. wenn eine zugehörige
Verarbeitung durch andere Software-Anwendungen nicht gewünscht wird)
weitergeleitet werden.
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Eine PDF-Software-Komponente 130 isoliert,
analysiert und entschlüsselt
das PDF417-Strichcodemerkmal 52. Eine UV-Feld-Software-Komponente 140 bestimmt
die Bilder der UV-Felder 1–5 und,
wo anwendbar, verarbeitet diese Bilder unter Verwendung der vorstehenden
OCR- und PDS-Software-Komponenten. Eine Magnetkartenleser-Software-Komponente
ist vorzugsweise auch vorgesehen, um Daten, die von einem Magnetkartenleser 100 des
Lesers gelesen werden, zu verarbeiten. Wie für die Ausgabe der OCR-Komponente
werden die Ausgaben jeder dieser Software-Komponenten an den Wirtscomputer
zur weiteren Verarbeitung und/oder Anzeige auf einem Monitor weitergeleitet.
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Das einzelne optoelektronische System
und die Software-Verarbeitungsfunktionen,
die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben werden,
sind den Fachleuten wohl bekannt. Es sollte einem Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet der Optoelektronik und Bildverarbeitung klar sein,
dass eine Vielzahl von anderen Implementierungen zur Ersetzung ausgedacht
werden kann, und es wird erwartet, dass solche Personen die vorliegende
Erfindung anwenden können,
um verschiedene Anwendungen davon zu implementieren.
-
Folglich sollte verstanden sein,
dass die hier mittels Darstellung beschriebene bestimmte Ausführungsform
die Lehre der von den Erfindern beanspruchten Erfindung, welche
durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, nicht beschränken
soll.