DE2335842A1

DE2335842A1 - Vorrichtung zum vergleich der spektralen remission oder transmission eines prueflings und eines standards

Info

Publication number: DE2335842A1
Application number: DE19732335842
Authority: DE
Inventors: Claudio Meisser; Rudolf Mustert
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-01-09
Also published as: NL165864B; DK291974A; DK144108C; SE7407200L; SE400380B; AT328772B; ATA446574A; NL7407249A; NL165864C; DK144108B; GB1442485A; DE2335842C3; DE2335842B2; CH558962A

Description

[ LANDlS & GYR ) LANDIS&GYRAG CH-63O1 Zug, Schweiz

Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission oder Transmission eines Prüflings und eines Standards

Einleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission oder Transmission eines Prüflings und eines Standards, insbesondere zur Echtheitsprüfung von Banknoten und anderen Wertzeichen, mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer aus mehreren Lichtfühlern bestehenden Messeinrichtung zur Ermittlung mehrerer, jeweils nur einen schmalen Spektralbereich erfassender Messwerte an der gleichen Stelle des Prüflings und des Standards, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Vergleich der Prüfmesswerte mit den Standardmesswerten.

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Das menschliche Auge ist bekanntlich nicht imstande, festzustellen, aus welchen Spektralfarben ein Farbreiz zusammengesetzt ist. Es ist daher möglich, dass Farben mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung die genau gleiche Farbempfindung hervorrufen. Die Reproduktion einer bestimmten Farbe ist verhältnismässig leicht, solange nur ein gleicher physischer Eindruck verlangt wird. Viel schwieriger ist es, eine Farbe mit der genau gleichen spektralen Verteilung zu reproduzieren. Beim Vergleich der Remission zweier farbiger Flächen oder beim Vergleich der Transmission eines Prüflings und eines Standards, z.B. bei der Echtheitsprürung von Banknoten, stellt somit eine vollständige spektrale Analyse einen sehr scharfen Test dar.

Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, die selbsttätig eine spektrale Analyse eines Dokuments vornimmt und eine Ja/Nein-Entscheidung trifft. Hierbei werden die gleiche Stelle des Prüflings und eines Originals mit einer Lichtquelle mit schmalem Spektralbereich gleichzeitig beleuchtet, mit Hilfe zweier Lichtfühler das vom Prüfling und das vom Original zurückgeworfene Licht gemessen und die beiden Messwerte miteinander verglichen. Anschliessend wird die gleiche Messung in zwei weiteren schmalen Spektralbereichen wiederholt. Das Dokument wird als echt beurteilt, wenn bei allen drei Vergleichsmessungen die Differenz zwischen dem am Prüfling ermittelten Prüfmesswert und dem am Original ermittelten Standardmesswert einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

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Nachteilig bei dieser bekannten Einrichtung ist, dass für jeden in die Analyse einzubeziehenden Spektralbereieh eine .gesonderte Lichtquelle erforderlich ist; bei einer grösseren Anzahl zu erfassender Spektralbereiche ergibt sich daher ein grosser technischer Aufwand. Ausserdem ist die Arbeitsgeschwindigkeit verhältnismässig gering, weil die einzelnen Spektralmessungen nur nacheinander durchgeführt werden können. Ferner besteht die Gefahr, dass das Messresultat durch Instabilitäten der Lichtfühler verfälscht wird.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur spektralen Analyse von Dokumenten wird der Prüfling mit weissem Licht beleuchtet, das reflektierte Licht mit Hilfe eines Prismas spektral zerlegt und derart auf mehrere Lichtfühler gelenkt, dass jeder Lichtfühler nur von einem ausgewählten Spektralbereieh des reflektierten Lichtes getroffen wird. Dies bedingt eine sehr genaue Justierung des optischen Systems und unerwünscht grosse Abmessungen. Ausserdem können mit der bekannten Vorrichtung nur Absolutmessungen am Prüfling und nicht gleichzeitig auch Vergleichsmessungen an einem Standard durchgeführt werden.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission oder Transmission eines Prüflings und eines Standards zu schaffen, die nicht

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für jede Spektralmessung eine eigene Lichtquelle erfordert, keine besonderen Anforderungen an die Justierung und an die Stabilität der Lichtfühler stellt, auch bei grosser Anzahl erfassbarer Spektralbereiche möglichst einfach ist und deren Arbeitsgeschwindigkeit gross ist.

Kennzeichen der Erfindung

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Prüflings und des Standards mit polychromatischem Licht eingerichtet ist und dass eine Lichtleiteranordnung vorgesehen ist, die entweder das vom Prüfling oder das vom Standard remittierte bzw. transmittierte Licht über eine Filtereinrichtung auf η Lichtfühler wirft, wobei η die Anzahl der zu erfassenden Spektralbereiche bedeutet.

Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert. Hierbei wird vom Beispiel der Anwendung des Erfindungsgedankens in einem Banknotenprüfgerät ausgegangen.

In der Zeichnung bedeutet 1 eine Lichtquelle, deren Spektrum den insgesamt zu analysierenden Wellenlängenbereich umfasst. Die Lichtquelle kann im Dauer- oder Pulsbetrieb arbeiten.

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Diese Lichtquelle wirft entsprechend der Stellung einer elektromechanischen Blende 2 über Lichtleiter 3, 4 polychromatisches Licht auf eine ausgewählte Prüfstelle einer zu prüfenden Banknote 5 (im folgenden Prüfling genannt) oder einer Original-Banknote 6 (im folgenden Standard genannt). Eine Lichtleiteranordnung 7 wirft einen Teil des vom Prüfling 5 und vom Standard 6 remittierten Lichtes über eine Filtereinrichtung 8 auf η Lichtfühler 9, wobei η die Anzahl der zu erfassenden Spektralbereiche bedeutet.

Die Lichtleiteranordnung 7 weist im dargestellten Beispiel zwei Lichtleiter 10, 11 auf, deren Eingang auf den Prüfling bzw. den Standard 6 gerichtet ist und deren Ausgang in einen Misch- und Verteilkopf 12 münden. Vom Misch- und Verteilkopf 12 - vorzugsweise eine Ulbrichtkugel - führen η Lichtleiter zu je einem Filterbereich der Filtereinrichtung 8. Diese besteht vorzugsweise aus einem Verlauffilter. Entsprechend der geometrischen Anordnung der Ausgänge der Lichtleiter 13 und der diesen gegenüberliegenden Lichtfühler 9 wird von jedem Lichtfühler ein ausgewählter schmaler Spektralbereich des vom Prüfling 5 bzw. vom Standard 6 remittierten Lichtes erfasst. Anstelle eines Verlauffilters kann selbstverständlich auch eine aus η diskreten Einzelfiltern bestehende Filtereinrichtung Anwendung finden.

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Vom Misch- und Verteilkopf 12 führt ein weiterer Lichtleiter 13¹ zu einem Referenzlichtfühler 14. Vor dem Referenzlichtfühler 14 kann ein Filter 15 angeordnet sein, dessen Durchlassbereich dem insgesamt zu analysierenden Wellenlängenbereich entspricht.

Jeder Lichtfühler 9 ist an einen Maxxmalwertspeicher 16 und der Referenzlichtfühler 14 an einen weiteren Maxxmalwertspeicher 17 angeschlossen. Jeder Maxxmalwertspeicher 16 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 18 verbunden, dessen Ausgang jeweils an einem Steuereingang eines Vorwärts-Rückwärtszählers 19 angeschlossen ist. Der Maxxmalwertspeicher ist über einen Integrator 2O mit dem zweiten Eingang der Komparatoren 18 verbunden. Ein Impulsgenerator 21 ist an je einen Zähleingang der Vorwärts-Rückwärtszähler 19 geschaltet. Jedem Vorwärts-Rückwärtszähler 19 ist eine Logikschaltung 22 zugeordnet, die an eine gemeinsame Entscheidungslogik 23 angeschlossen sind.

Eine in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Steuerschaltung 24 steuert den Programmablauf der Vorrichtung; sie schaltet die Lichtquelle 1 , steuert die Blende 2, bewirkt im geeigneten Zeitpunkt die Löschung der Maxxmalwertspeicher 16, 17 sowie die Rückstellung der Vorwärts-Rückwärtszähler 19 und steuert deren Zählrichtung.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

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Zu Beginn des Programmablaufes befindet sich die Blende -2 in einer solchen Stellung, dass die Lichtquelle 1 über den Lichtleiter 3 polychromatisches Licht auf den Prüfling 5 wirft. Ein Teil des vom Prüfling remittierten Lichtes wird vom Lichtleiter 1O erfasst, im Misch- und Verteilkopf 12 auf die η Lichtleiter 13 aufgeteilt und von diesen über die Filtereinrichtung 8 auf die η Lichtfühler 9 geworfen. Jeder der Lichtfühler 9 wird von einem nur schmalen Spektralbereich des vom Prüfling remittierten Lichtes getroffen. Der Maximalwert IL bis U der von den Lichtfühlern 9 erzeugten elektrischen Signale wird in den Maximalwertspeichern 16 gespeichert.

Der Referenzlichtfühler 14 erfasst das gesamte von den Lichtfühlern 9 analysierte Spektrum und erzeugt einen Referenzmesswert, der der Grundhelligkeit des Prüflings 5 entspricht. Der Maximalwert U dieses Referenzmesswertes wird im Maximalwertspeicher 17 gespeichert und vom Integrator 20 integriert. Am Ausgang des Integrators entsteht ein Signal U. gemäss der Beziehung U. = U .· t/τ, wobei t die Zeit und τ die Zeitkonstante des Integrators bedeutet.

Gleichzeitig mit dem Integrationsbeginn des Integrators 20 werden die Vorwärts-Rückwärtszähler 19 freigegeben und die vom Impulsgenerator 21 abgegebenen Impulse werden in die Zähler 19 eingezählt. Die Komparatoren 18 vergleichen das Signal U. mit den Messwerten U₁ bis U_nί Wenn das Signal U. den Wert U

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erreicht, so spricht der Komparator 18 des entsprechenden Messkanals an und der diesem zugeordnete Vorwärts-Rückwärtszähler 19 wird gestoppt. Es gilt dann:

U₁ - U₁ « -U_n · *1/τ.

^U1
und t_n = τ · -1 ,

wobei t. die Zeitdauer bedeutet, während der Impulse in den betrachteten Vorwärts-Rückwärtszähler hineingezählt worden sind. Für die anderen Messkanäle gelten analoge Beziehungen. Somit werden in jeden der Impulszähler 19 während einer dem zugehörigen Messwert direkt proportionalen und dem Referenzmesswert umgekehrt proportionalen Zeit Impulse hineingezählt. Wenn die Pulsfrequenz des Impulsgenerators 21 konstant ist, wird also der Quotient aus den Messwerten U„ bis U und dem

1 η

Referenzmesswert U gebildet.

Die Maximalwertspeicher 16, 17 werden nun gelöscht und die Blende 2 wird derart gestellt, dass anschliessend über den Lichtleiter 4 der Standard 6 beleuchtet wird. Der zuvor beschriebene Messvorgang wird in gleicher Weise am Standard 6 durchgeführt, allerdings mit dem Unterschied, dass jetzt die Zählrichtung der Vorwärts-Rückwärtszähler 19 umgekehrt wird, d.h. die Impulse des Impulsgenerators 2O werden aus den Zählern 19 herausgezählt. Es ist leicht ersichtlich, dass am Ende der Messung alle Zähler 19 wieder auf Null stehen, wenn der Prüf-

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ling 5 dem Standard 6 in allen Farbnuancen genau entspricht. Zähler mit positivem oder negativem Zählerstand zeigen eine Abweichung der Remission des betreffenden Spektralbereiches an. Für den Zählerstand N. des Zählers 19 des zuvor betrachteten ersten Messkanals gilt die Beziehung N₁ = (t.. - t *)· fg, wobei fg die Pulsfrequenz des Impulsgenerators 21 und t * die Zeitdauer bedeutet, während der Impulse aus dem betrachteten Vorwärts-Rüekwärtszähler herausgezählt worden sind. Die Logikschaltungen 22 stellen fest, ob der Zählerstand der Vorwärts-Rückwärtszähler 19 innerhalb vorgegebener Grenzen liegt oder nicht. Die Entscheidungslogik 23 schliesslich gibt ein "Gut"-Signal ab, wenn z.B. wenigstens (n - 2) aller Zählerstände innerhalb dieser Grenzen liegen.

Vorteile

Die beschriebene Vorrichtung ist verhältnismässig einfach, erfordert keine zeitraubende Justierung, ist kaum störungsanfällig und erlaubt trotzdem einen sehr genauen Vergleich der spektralen Remission eines Prüflings und eines Standards. Selbstverständlich können auch Transmissionsmessungen durchgeführt werden; hierzu ist es lediglich erforderlich, die Lichtleiter 10, 11 auf der der Lichtquelle 1 gegenüberliegenden Seite des Prüflings 5 und des Standards 6 anzuordnen.

An die Stabilität der Lichtquelle 1 und der Lichtfühler 9 und 14 werden nur geringe Anforderungen gestellt. Die Empfind-

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- ίΟ -

lichkeit der Lichtfühler muss lediglich während den beiden aufeinanderfolgenden Messungen konstant bleiben. Wenn wie beschrieben der Quotient aus den Messwerten U. bis U und dem Referenzmesswert U gebildet wird, so ist es nicht einmal erforderlich, dass die Intensität des von der Lichtquelle 1 abgegebenen Lichtes bei den beiden Messungen gleich gross ist, wenn nur die relative spektrale Energieverteilung erhalten bleibt. Dieser Vorteil ist wesentlich, wenn als Lichtquelle eine Blitzlampe eingesetzt wird, deren Blitzintensität bekanntlich nur schwer konstant gehalten werden kann. Durch die Bildung des Quotienten aus den Messwerten und dem Referenzmesswert wird auch erreicht, dass eine neutrale, d.h. über den gesamten analysierten Wellenlängenbereich konstante Verschmutzung des Prüflings das Messresultat nicht beeinflusst.

Varianten

Die beschriebene Lösung kann in weiten Grenzen variiert werden, ohne hierbei die Grenzen der Erfindung zu verlassen. Anstelle einer einzigen Lichtquelle 1 und einer Blende 2 können selbstverständlich zwei gesonderte Lichtquellen eingesetzt werden. Die Blende 2 kann mit der gleichen Wirkung anstelle vor dem Prüfling und dem Standard erst hinter diesen angeordnet werden. Die Lichtleiteranordnung 7 kann auch ohne Misch- und Verteilkopf 12 ausgeführt werden, wenn als Lichtleiter 10, 11 Faserbündel verwendet und diese auf die einzelnen Ausgangsstränge

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13 aufgefächert werden. Durch den Misch- und Verteilkopf 12 wird jedoch gewährleistet, dass das gesamte von den Lichtlei- -tern 1O_f 11 erfasste Licht gleichmässig auf die einzelnen Kanäle verteilt wird.

Der Lichtleiter 13', das Filter 15, der Referenzlichtfühler und der Maximalwertspeicher 17 können entfallen, wenn der Eingang des Integrators 20 an einen der Maximalwertspeicher 16 angeschlossen wird. In diesem Fall wird einer der Messwerte

U., bis U als Referenzwert benützt. Der Vorwärts-Rückwärts-1 η

zähler des betreffenden Kanals muss dann nach jeder abgeschlossenen Vergleichsmessung auf Null stehen; trifft dies nicht zu, so wird ein Funktionsfehler der Anordnung angezeigt.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise des dargestellten Aus-.führungsbeispiels wurde angenommen, dass die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 21 konstant ist. Die Vorwärts-Rückwärtszähler 19 registrieren hierbei die Messwerte linear. Da aber die durch die Logikschaltungen 22 festgelegte Fehlergrenze konstant ist, werden somit bei kleinen Messwerten grössere relative Abweichungen zugelassen als bei grossen Messwerten. Um dies zu vermeiden, kann der Impulsgenerator 21 derart gesteuert werden, dass die Pulsfrequenz während der Impulszählung stetig oder in Stufen absinkt. Dadurch kann erreicht werden, dass bei kleinen Messwerten trotz konstanter Fehlergrenze die gleiche relative Abweichung zugelassen wird wie bei grossen Messwerten.

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Die Logikschaltungen 22 können auch so ausgelegt werden, dass jeder Zählerstand mit mehreren verschiedenen Fehlergrenzen verglichen wird. Somit können extreme Abweichungen von der Entscheidungslogik 23 entsprechend stark bewertet werden.

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Claims

Landis & Gyr AG.

PATENTANSPRUECHE

1 .\ Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission oder Transmission eines Prüflings und eines Standards, insbesondere zur Echtheitsprüfung von Banknoten und anderen Wertzeichen, mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer aus mehreren Lichtfühlern bestehenden Messeinrichtung zur Ermittlung mehrerer, jeweils nur einen schmalen Spektralbereich erfassender Messwerte an der gleichen Stelle des Prüflings und des Standards, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Vergleich der Prüfmesswerte mit den Standardmesswerten, dadurch gekennzeihnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1 bis 4) zur Beleuchtung des Prüflings (5) und des Standards (6) mit polychromatischem Licht eingerichtet ist und dass eine Lichtleiteranordnung (7) vorgesehen ist, die entweder das vom Prüfling (5) oder das von" Standard (6) remittierte bzw« transmittierte Licht über eine Filterein-

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richtung (8) auf η Lichtfühler (9) wirft, wobei η die Anzahl der zu erfassenden Spektralbereiche bedeutet.

•2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom Prüfling (5) und vom Standard (6) je ein Lichtfühler (10, 11) zu einem Misch- und Verteilkopf (12) führt und dass η Lichtleiter (13) vom Misch- und Verteilkopf (12) zu je einem Filterbereich der Filtereinrichtung (8) führen.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Misch- und Verteilkopf (12) eine Ulbrichtkugel ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung aus einer einzigen Lichtquelle (1) besteht, von der über eine Blende (2) je ein Lichtleiter (3, 4) zum Prüfling (5) und zum Standard (6) führt.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (-8) ein Verlauf filter ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Misch- und Verteilkopf (12) ein weiterer

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Lichtleiter (13¹) zu einem Referenzlichtfühler (14) führt.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung zur Bildung der Quotienten aus den von den Lichtfühlern (9) ermittelten Messwerten (U₁ bis U ) und dem von Referenzlichtfühler (14) ermittelten Referenzmesswert eingerichtet ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der Ansprüche 2, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Lichtfühler (9; 14) ein Maximalwertspeicher (16; 17) nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der η Liehtfühler (9) ein Vorwärts-Rückwärtszähler (19) zugeordnet ist, der vom Maximalwertspeicher (16) und von einer Steuerschaltung derart gesteuert ist, dass er die von einem Impulsgenerator (21) erzeugten Impulse während einer dem gespeicherten Messwert (U₁ bis U ) proportionalen und einem Referenzmesswert (U ) umgekehrt proportionalen Zeitdauer bei der Ermittlung eines Prüfmesswertes in der einen und bei der Ermittlung eines Standardmesswertes in der anderen Zähl richtung zählt.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Maximalwertspeicher (16) an einen ersten Eingang eines Komparators (18) angeschlossen ist, dessen

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Ausgang mit einem Steuereingang des zugeordneten Vorwärts-Rückwärtszählers (19) verbunden ist, und dass die zweiten Eingänge der Komparatoren (18) an einen Integrator (2O) gekoppelt sind, dessen Eingang ein Referenzsignal (U ) zugeführt ist.

11. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 6, 7 und 1O, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des Integrators (2O) an den Referenzlichtfühler (14) angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Impulsgenerators (21) zeitlich variabel ist.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Vorwärts-Rückwärtszähler (19) eine Logikschaltung (22) zugeordnet ist, die den Zählerstand des Vorwärts-Rückwärtszählers (19) mit mehreren verschiedenen Fehlergrenzen vergleicht.

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