Устройство для проверки банкнот
Изобретение относится к средствам для проверки банкнот. Техническим результатом изобретения является обеспечение простой и недорогой реализации и повышения качества проверки банкнот за счет исключения искажений изображения, которые могут быть обусловлены, например, параллактическими погрешностями. Устройство содержит две линейные полупроводниковые матрицы, образованные тремя слоями, каждый из которых обладает чувствительностью к оптическому излучению с длинами волн, отличными от длин волн оптического излучения, к которому чувствительны остальные слои. Первая линейная полупроводниковая матрица сканирует банкноты в определенном диапазоне спектральной чувствительности полупроводника, а вторая линейная полупроводниковая матрица сканирует банкноты в отличном от него диапазоне спектральной чувствительности. На основании сигналов от обеих линейных полупроводниковых матриц путем соответствующего комбинирования таких сигналов получают цветное изображение банкноты и ее изображение в невидимой области спектра оптического излучения. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для проверки банкнот, сканирующему проверяемые банкноты с помощью полупроводниковой матрицы.
Устройство подобного типа известно, например, из DE 19517194 А1. Такое известное устройство имеет в качестве датчика матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС-датчик), образованную четырьмя отдельными линейными матрицами приборов с зарядовой связью (линейными ПЗС-матрицами или ПЗС-линейками), которые расположены параллельно друг другу на постоянном расстоянии одна от другой. Каждая из ПЗС-матриц имеет фильтр с определенной характеристикой, и поэтому одна ПЗС-матрица детектирует оптическое излучение синей области спектра, другая ПЗС-матрица детектирует оптическое излучение зеленой области спектра, третья ПЗС-матрица детектирует оптическое излучение красной области спектра, а четвертая ПЗС-матрица детектирует оптическое излучение инфракрасной области спектра. При перемещении проверяемых банкнот мимо ПЗС-датчика отдельными его линейными ПЗС-матрицами формируются элементы изображения конкретной банкноты, которые сохраняются для последующей обработки. Поскольку скорость, с которой банкноты перемещаются мимо линейных ПЗС-матриц, и расстояние между ПЗС-матрицами являются известными величинами, на основе сохраненных элементов изображения можно построчно сформировать полное изображение конкретной банкноты. Линейные ПЗС-матрицы, детектирующие оптическое излучение синей, зеленой и красной областей спектра, позволяют формировать цветные изображения банкнот, а линейная ПЗС-матрица, детектирующая оптическое излучение инфракрасной области спектра, позволяет формировать изображение банкнот, на котором становятся видны обычно невидимые свойства банкнот, например, их печатных красок.
Однако недостаток такого известного устройства состоит в сложности используемого в нем ПЗС-датчика, требующего применения множества фильтров для возможности детектирования каждой отдельной линейной ПЗС-матрицей оптического излучения требуемой области спектра. Помимо этого при использовании известного устройства могут возникать проблемы с компоновкой полного цветного изображения конкретной банкноты из отдельных элементов изображения, полученных отдельными, детектирующими оптическое излучение синей, зеленой и красной областей спектра ПЗС-матрицами, поскольку их расположение на некотором расстоянии одна от другой может привести к появлению параллактических погрешностей, если геометрический масштаб изображения и частота строк не согласованы между собой соответствующим образом. Этим обусловлена возможность возникновения так называемых муаровых эффектов главным образом на переходах от светлого к темному.
Из US 5965875 известен датчик цветного изображения, образованный полупроводниковой матрицей с тремя последовательно расположенными один поверх другого слоями, каждый из которых чувствителен к определенной составляющей спектра оптического излучения. Принцип работы этого датчика основан на известном свойстве кремния, состоящем в зависимости глубины проникновения в кремний оптического излучения от длины его волны. Оптическое излучение с большей длиной волны успевает до его поглощения проникнуть в кремний на большую глубину. С учетом подобного свойства кремния первым со стороны падения на полупроводниковую матрицу воспринимаемого ею оптического излучения расположен исключительно тонкий слой, который детектирует преимущественно излучение синей области спектра, затем расположен второй, более толстый слой, который детектирует в первую очередь излучение зеленой области спектра, и далее следует третий слой, который детектирует излучение красной и инфракрасной областей спектра. Поскольку чувствительные к оптическому излучению различных областей спектра слои, соответственно их отдельные элементы изображения располагаются друг над другом, в конечном изображении соответствующей проверяемой банкноты каждые три полученные отдельными слоями элемента изображения, каждый из которых воспроизводит свой цвет, всегда точно совмещены друг с другом. Тем самым исключается возможность возникновения параллактических погрешностей между тремя сигналами. За счет соответствующего комбинирования (обычно линейного) между собой трех сигналов каждого элемента изображения получают соответствующие ему сигналы синего, зеленого и красного.
Однако недостаток такого известного датчика цветного изображения состоит в возможности детектирования с его помощью оптического излучения только в трех диапазонах длин волн, попадающих в диапазон чувствительности кремния, ограниченный интервалом длин волн от примерно 380 до примерно 1100 нм. Для применения в фотографии такой датчик снабжают не пропускающим инфракрасное излучение фильтром, который задерживает излучение с длиной волны свыше примерно 680 нм. По указанной причине подобные датчики не позволяют детектировать оптическое излучение в важных прежде всего для проверки банкнот диапазонах длин волн, лежащих в невидимой (инфракрасной) области спектра. В принципе такой известный датчик цветного изображения вполне можно было бы дополнить по меньшей мере еще одним слоем, служащим, например, для детектирования излучения инфракрасной области спектра, однако подобные датчики не выпускаются и поэтому потребовали бы сначала соответствующей разработки их структуры и последующего их изготовления по специальному заказу. Однако с учетом известной высокой стоимости производства полупроводниковых изделий изготовление таких датчиков по специальному заказу связано с исключительно высокими затратами.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача предложить устройство для проверки банкнот, которое позволяло бы сканировать проверяемые банкноты с помощью подобной полупроводниковой матрицы и получать все необходимые результаты проверки при минимальных затратах.
Указанная задача решается с помощью устройства, отличительные признаки которого представлены в п.1 формулы изобретения.
В соответствии с этим в изобретении предлагается устройство для проверки банкнот, которое сканирует проверяемые банкноты с помощью полупроводниковой матрицы, которая образована по меньшей мере двумя линейными полупроводниковыми матрицами, расположенными параллельно друг другу с отступом одна от другой, и мимо которой перемещаются банкноты для их проверки с одновременным их освещением источником света, и у которого указанные линейные полупроводниковые матрицы образованы по меньшей мере тремя слоями, каждый из которых обладает чувствительностью к оптическому излучению с длинами волн, отличными от длин волн оптического излучения, к которому чувствительны остальные слои, при этом первая линейная полупроводниковая матрица сканирует банкноты в определенной области спектра оптического излучения в диапазоне спектральной чувствительности ее полупроводника, а вторая линейная полупроводниковая матрица сканирует банкноты в отличной от нее области спектра оптического излучения, для чего по меньшей мере вторая линейная полупроводниковая матрица имеет фильтр.
При этом предлагаемое в изобретении устройство может иметь три основных варианта его выполнения. В первом варианте первая линейная полупроводниковая матрица не имеет фильтра, а вторая имеет фильтр, пропускающий только невидимое оптическое излучение. Во втором варианте первая линейная полупроводниковая матрица не имеет фильтра, а вторая имеет фильтр, не пропускающий невидимое оптическое излучение. В третьем варианте первая линейная полупроводниковая матрица имеет фильтр, не пропускающий невидимое оптическое излучение, а вторая имеет фильтр, пропускающий только невидимое оптическое излучение.
Во всех трех вариантах можно путем соответствующего, в простейшем случае линейного, комбинирования в общей сложности шести сигналов от обеих линейных полупроводниковых матриц получать четыре необходимых сигнала, т.е. три цветовых сигнала и один сигнал для невидимой области спектра оптического излучения.
В первом и третьем вариантах пропускаемое фильтром невидимое оптическое излучение наряду с инфракрасным излучением может охватывать и ультрафиолетовую область спектра оптического излучения с длинами волн менее примерно 390 нм. Ультрафиолетовое излучение из-за исключительно малой глубины его проникновения в полупроводник полупроводниковой матрицы участвует исключительно в формировании сигнала самого верхнего ее слоя. Инфракрасный сигнал самого верхнего слоя полупроводниковой матрицы при задерживании фильтром видимого излучения (с длиной волны от примерно 390 до 700 нм) можно формировать на основании сигнала обеих нижерасположенных слоев и использовать с присвоением ему соответствующего, определяемого диапазоном спектральной чувствительности и спектральным составом освещающего проверяемую банкноту источника света веса для коррекции сигнала первого слоя, что позволяет дополнительно в качестве пятого сигнала получать сигнал в ультрафиолетовой области спектра.
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства состоит в возможности его простой и недорогой реализации с использованием существующих на сегодняшний день технологий и в повышении качества проверки банкнот за счет уменьшения искажений изображения, которые могут быть обусловлены, например, параллактическими погрешностями. Предлагаемое в изобретении решение позволяет существенно упростить прежде всего изготовление фильтров, которые отчасти можно даже выполнять из органических полимерных материалов, наносимых, например, центрифугированием непосредственно на подложку фотоприемной матрицы.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства оно имеет блок управления и обработки, предназначенный для обработки и анализа сигналов от линейных полупроводниковых матриц и тем самым для формирования на основании сигналов от слоев линейных полупроводниковых матриц цветного изображения каждой проверяемой банкноты и ее изображения в невидимой области спектра оптического излучения.
Применительно к трем описанным выше основным вариантам выполнения предлагаемого в изобретении устройства функция такого блока управления и обработки состоит в следующем.
В первом варианте первая линейная полупроводниковая матрица выдает сигналы, детектируя оптическое излучение во всем его спектре, а вторая выдает сигналы, детектируя оптическое излучение только в невидимой области спектра. В этом случае три сигнала, выдаваемых второй линейной полупроводниковой матрицей, могут просто суммироваться. После суммирования этих сигналов получают изображение проверяемой банкноты в невидимой области спектра. Это изображение путем присвоения ему соответствующих весов используется для коррекции цветовых сигналов в видимой области спектра.
Во втором варианте первая линейная полупроводниковая матрица выдает сигналы, детектируя оптическое излучение во всем его спектре, а вторая выдает сигналы, детектируя оптическое излучение только в видимой области спектра. Эти сигналы могут без дополнительной их коррекции непосредственно использоваться для получения изображений проверяемой банкноты. Изображение банкноты в невидимой области спектра получают на основании сигналов первой линейной полупроводниковой матрицы, вычитая из них соответствующие сигналы второй линейной полупроводниковой матрицы и затем суммируя их.
В третьем варианте обе линейные полупроводниковые матрицы снабжены фильтрами со взаимно исключающими полосами пропускания, и поэтому первая линейная полупроводниковая матрица выдает сигналы, на основании которых формируется цветное изображение банкноты, а вторая линейная полупроводниковая матрица выдает сигналы, на основании которых после их суммирования формируется изображение банкноты в невидимой области спектра.
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства состоит в первую очередь в возможности улучшить результаты проверки банкнот за счет увеличения пониженной чувствительности полупроводниковых матриц к излучению невидимой области спектра путем суммирования сигналов трех слоев.
Другие преимущества настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид устройства для проверки банкнот, сканирующего проверяемые банкноты с помощью полупроводниковой матрицы 4, 5,
на фиг.2 - другой схематичный вид показанного на фиг.1 устройства под другим углом зрения и
на фиг.3 - характеристики спектральной чувствительности трех слоев показанной на фиг.1 полупроводниковой матрицы, которые обладают примерно одинаковой по величине чувствительностью за счет выполнения каждого из них соответствующей толщины.
Показанное на фиг.1 устройство 1 для проверки банкнот BN имеет полупроводниковую матрицу 4, 5, которой сканируются проверяемые банкноты BN при их перемещении не показанным на чертеже транспортировочным устройством в направлении Т мимо полупроводниковой матрицы 4, 5. Полупроводниковая матрица 4, 5 состоит из двух параллельных линейных матриц 4 и 5, каждая из которых имеет по три расположенных один над другим слоя b, g, r, чувствительных к оптическому излучению с различными длинами волн. Линейные матрицы 4, 5 могут быть выполнены в виде отдельных деталей или же они могут располагаться на одной единственной детали, например, на общей полупроводниковой подложке. Полупроводниковые матрицы 4, 5 могут быть изготовлены, например, из кремния и выполнены по КМОП-технологии.
Чувствительность слоев b, g, r в графическом виде представлена на фиг.3. Верхний слой b обладает максимальной чувствительностью к излучению синей области спектра, средний слой g обладает максимальной чувствительностью к излучению зеленой области спектра, а нижний слой r обладает максимальной чувствительностью к излучению красной области спектра. Более подробную информацию об особенностях подобных, имеющих слоистую структуру КМОП-матриц можно найти, например, в упомянутом в начале описания патенте US 5965875. Три указанных слоя b, g, r различаются между собой своей толщиной и поэтому в соответствии с зависящей от длины волны поглощающей способностью кремния имеют примерно одинаковую чувствительность к излучению соответствующей области спектра.
Проверяемая банкнота BN освещается источником 2 света. Форма и границы освещаемого участка банкноты BN задаются с помощью диафрагмы 3 или пригодной для этого оптической системы таким образом, чтобы они примерно соответствовали размерам КМОП-матрицы 4, 5, соответственно ее проекции на плоскость банкноты. В спектре излучаемого источником 2 света присутствуют при этом составляющие, длины волн которых лежат в диапазонах, необходимых для проверки банкноты BN, т.е. прежде всего в диапазоне видимой области спектра, а также в диапазоне инфракрасной, соответственно ультрафиолетовой области спектра. Интенсивность излучаемого источником 2 света предпочтительно должна быть одинаковой во всем релевантном диапазоне длин волн либо спектральное распределение интенсивности излучаемого источником 2 света должно быть согласовано с характеристикой полной чувствительности КМОП-матрицы, как это описано, например, в предварительно не опубликованной заявке на патент Германии DE 10239225.0 на имя Giesecke & Devrient GmbH.
Как показано на фиг.2, банкнота BN сканируется линейными КМОП-матрицами по всей ее ширине 4, 5 поэлементно, т.е. с разложением ее изображения на отдельные элементы изображения. Сканирование банкноты BN в синхронизированном со скоростью ее перемещения режиме позволяет получить ее полные цветное и инфракрасное изображения. Касательно необходимого для такого сканирования подхода, прежде всего касательно синхронизации со скоростью перемещения банкнот BN, можно сослаться на упомянутую в начале описания заявку DE 19517194 А1.
В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства цветное изображение банкноты BN формируется блоком 7 управления и обработки на основании сигналов от первой линейной КМОП-матрицы 4. С этой целью в блок 7 управления и обработки для формирования им компонентного видеосигнала (например, RGB-сигнала), а тем самым и цветного изображения банкноты подаются сигналы от чувствительного к излучению синей области спектра слоя b, чувствительного к излучению зеленой области спектра слоя g и чувствительного к излучению красной области спектра слоя r соответствующих элементов изображения КМОП-матрицы 4. Перед КМОП-матрицей 4 можно установить фильтр, задерживающий излучение с большими длинами волн (излучение инфракрасной области спектра). В этом случае сигналы от КМОП-матрицы 4 не требуют никакой коррекции. Подобная коррекция сигналов от этой КМОП-матрицы 4 необходима только при отсутствии указанного фильтра, а также при наличии у этой КМОП-матрицы и чувствительности к излучению невидимой области спектра.
На основании сигналов от второй линейной КМОП-матрицы 5 блоком 7 управления и обработки формируется инфракрасное изображение банкноты BN. Для этого перед КМОП-матрицей 5 установлен фильтр 6, пропускающий излучение только инфракрасной области спектра, например, излучение с длиной волны более 850 нм. Сигналы от чувствительного к излучению синей области спектра слоя b, чувствительного к излучению зеленой области спектра слоя g и чувствительного к излучению красной области спектра слоя r соответствующих элементов изображения КМОП-матрицы 5 поступают в блок 7 управления и обработки, который обрабатывает эти сигналы и формирует на их основании инфракрасное изображение банкноты. Наиболее предпочтительно при этом, чтобы сигналы от чувствительных соответственно к излучению синей, зеленой и красной областей спектра слоев b, g и r КМОП-матрицы 5 суммировались блоком 7 управления и обработки. Преимущество такого подхода состоит в том, что суммирование сигналов трех слоев b, g, r позволяет улучшить пониженную чувствительность КМОП-матрицы к излучению инфракрасной области спектра (см. фиг.3), например, в диапазоне длин волн свыше 850 нм. Однако из-за меньшей толщины слоев b и g основная доля в инфракрасном сигнале приходится на сигнал от слоя r.
Наряду с описанными выше со ссылкой на прилагаемые чертежи вариантами осуществления изобретения возможны и другие самые разнообразные вариации и модификации рассмотренного выше устройства.
Так, например, расстояние между обеими КМОП-матрицами 4 и 5 можно уменьшить до минимально возможной величины. Подобное расположение обеих КМОП-матриц максимально близко друг к другу позволяет практически полностью исключить параллактические погрешности при формировании цветного изображения КМОП-матрицей 4 и инфракрасного изображения КМОП-матрицей 5. Для этого в предлагаемом в изобретении устройстве 1 можно использовать КМОП-матрицу, выполненную в виде одной единственной линейной КМОП-матрицы или же в виде КМОП-матрицы, у которой необходимые КМОП-линейки расположены на одной общей подложке.
Равным образом для получения изображений с определенными свойствами перед КМОП-матрицей 4, 5 можно предусмотреть диафрагму или оптическую систему.
В соответствии еще с одним вариантом с помощью устройства 1 можно также проверять банкноты в других невидимых областях спектра оптического излучения. Для этого фильтр 6 можно заменить, например, на фильтр, пропускающий только или дополнительно коротковолновое оптическое излучение, например УФ-излучение. Равным образом в дополнение к обеим КМОП-матрицам 4 и 5 можно использовать еще одну - третью - КМОП-матрицу, снабженную соответствующим фильтром.
Очевидно, что устройство 1 при соответствующем его конструктивном исполнении не только может быть рассчитано на описанную выше проверку банкнот BN на основании проходящего сквозь них оптического излучения, но и вместо этого или в дополнение к этому может быть также рассчитано на проверку банкнот BN на основании отраженного от них оптического излучения, для чего КМОП-матрица 4, 5 и источник 2 света должны располагаться по одну сторону от проверяемой банкноты BN.
Очевидно также, что вместо показанного на чертежах перемещения банкнот BN их короткой стороной вперед, т.е. в продольной ориентации, их можно также перемещать и длинной стороной вперед, т.е. в поперечной ориентации. В этом случае размеры КМОП-матрицы 4, 5 и источника 2 света, соответственно их диафрагмы 3 или оптических систем при их использовании должны быть соответствующим образом согласованы с продольными размерами банкнот.
1. Устройство (1) для проверки банкнот (BN), сканирующее проверяемые банкноты (BN) с помощью полупроводниковой матрицы (4, 5), которая образована по меньшей мере двумя линейными полупроводниковыми матрицами (4, 5), расположенными параллельно друг другу с отступом одна от другой, и мимо которой перемещаются банкноты (BN) для их проверки с одновременным их освещением источником (2) света, отличающееся тем, что линейные полупроводниковые матрицы (4, 5) образованы по меньшей мере тремя слоями (b, g, r), каждый из которых обладает максимальной чувствительностью к оптическому излучению с длинами волн, отличными от длин волн оптического излучения, к которому максимальной чувствительностью обладают остальные слои, при этом первая линейная полупроводниковая матрица (4) сканирует банкноты (BN) в определенном диапазоне спектральной чувствительности полупроводника, а вторая линейная полупроводниковая матрица (5) сканирует банкноты (BN) в отличном от него диапазоне спектральной чувствительности, для чего по меньшей мере вторая линейная полупроводниковая матрица (5) имеет фильтр (6), пропускающий только часть спектра оптического излучения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая линейная полупроводниковая матрица (4) обладает чувствительностью ко всему спектру оптического излучения, а вторая линейная полупроводниковая матрица (5) снабжена фильтром, пропускающим только невидимую часть спектра оптического излучения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая линейная полупроводниковая матрица (4) обладает чувствительностью ко всему спектру оптического излучения, а вторая линейная полупроводниковая матрица (5) снабжена фильтром, пропускающим только видимую, но не пропускающим невидимую часть спектра оптического излучения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая линейная полупроводниковая матрица (4) снабжена фильтром, пропускающим только видимую часть спектра оптического излучения, а вторая линейная полупроводниковая матрица (5) снабжена фильтром, пропускающим только невидимую часть спектра оптического излучения.
5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что невидимое оптическое излучение лежит в инфракрасной области спектра.
6. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что невидимое излучение лежит в ультрафиолетовой области спектра.
7. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что оно имеет блок (7) управления и обработки, предназначенный для обработки и анализа сигналов от обеих линейных полупроводниковых матриц (4, 5) и тем самым для формирования на основании сигналов от слоев (b, g, r) линейных полупроводниковых матриц (4, 5) путем комбинирования этих сигналов трехцветного изображения каждой проверяемой банкноты (BN) и по меньшей мере одного ее изображения в невидимой области спектра оптического излучения.
8. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что полупроводниковая матрица (4, 5) и источник (2) света расположены по одну сторону и/или по разные стороны от банкноты (BN).
9. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что обе линейные полупроводниковые матрицы (4, 5) расположены на одной единственной подложке.
10. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что обе линейные полупроводниковые матрицы (4, 5) выполнены из кремния.
