[0001] Die Erfindung betrifft einen Handsensor für die Echtheitserkennung von Signets auf
Dokumenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein mit dem Sensor zusammenwirkendes
Signet, welches mindestens ein Erkennungsmerkmal aufweist. Ein derartiger Sensor ist
mit dem Gegenstand der DE 41 17 011 A1 bekannt geworden, bei dem insbesondere diffuse,
intensitätsschwache Strahlungen erfasst werden sollen, wie sie auch bei der Prüfung
von mit Lumineszenz-Merkmalen versehenen Banknoten auftreten.
[0002] Das dort beschriebene Sensorsystem besteht aus einem konisch aufgeweiteten Lichtfaserstab
und einer weiterverarbeitenden Optik, wobei mit dem schmalen Querschnittsende des
Faserstabes die vom Messobjekt kommende Strahlung in einem großen Raumwinkel erfasst
werden kann. Die Strahlung tritt aufgrund der Querschnittswandlung unter einem wesentlich
kleinerem Winkel, der auf den Öffnungswinkel der nachfolgenden Optik abgestimmt ist,
aus dem Faserstab aus.
[0003] Mit diesem Sensor ist es zwar möglich relativ intensitätsschwache Lumineszenz-Merkmale
zu erfassen; jedoch kann die Stärke der erfassten Lumineszenz-Merkmale, wenn sie über
eine größere Fläche verteilt sind, keine bestimmte Schwelle unterschreiten. Er ist
also noch relativ unempfindlich. Aufgrund der Verwendung eines konisch ausgebildeten
Faserstabes besteht nämlich der Nachteil, dass lediglich ein punktförmiger Bereich
auf dem Dokument erfasst werden kann, was dann scheitert, wenn das zu untersuchende
Element (auch Erkennungsmerkmal genannt) an anderen Stellen des Dokumentes angeordnet
ist.
[0004] Überdies erfolgt die Anregung mit Hilfe von üblichen Lichtquellen mit sichtbarem
Licht (zum Beispiel Glühlampen) was zu einem relativ schwachen Lumineszenz-Signal
führt, welches von dem Faserstab erfasst und der Auswerteoptik zugeführt werden muss.
[0005] Mit dem bekannten Sensor ist es über dies nicht möglich, einen Handbetrieb zu verwirklichen,
bei dem ein handgeführter Sensor über ein Objekt geführt wird, das ein oder mehrere
Signets trägt, deren Echtheit überprüft werden soll. Ein handgeführter Betrieb ist
mit diesem Sensor nicht beschrieben.
[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Handsensor für die Echtheitserkennung
von Signets auf Dokumenten so weiterzubilden, dass lumineszierende Signets (also Signets
mit auf Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Up-Conversion, etc. basierenden Echtheitsmerkmalen)
auf dem Dokument über einen wesentlich größeren Bereich auf dem Dokument hinweg erkannt
werden können und ein handgeführter Betrieb möglich ist.
[0007] Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des
Anspruches 1 gekennzeichnet.
[0008] Ein Handsensor nach der Erfindung wird bevorzugt verwendet, wenn maschinell nicht
erkannte Echtheitssignets noch nachträglich auf Echtheit geprüft werden sollen.
[0009] Man kann einen derartigen Handsensor aber auch unabhängig von maschinellen Einsätzen
verwenden, z. B. für die Echtheitserkennung von Eintrittskarten, Kreditkarten und
alle anderen Fälle, bei denen es um einen schnelle, hochempfindliche und maschinenunabhängige
Prüfung von Erkennungsmerkmalen geht.
[0010] Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass ein von einer Strahlquelle ausgesandtes
Strahlbündel durch eine Fokussierungsoptik derart umgewandelt wird, dass sich auf
der Oberfläche des zu untersuchenden Dokuments eine etwa strichförmige Abtastlinie
ergibt, die das auf dem Dokument angeordnete Erkennungsmerkmal optisch anregt und
das optische Antwortsignal über eine Erfassungsoptik von einer Auswerteeinheit ausgewertet
wird.
[0011] Zur Abgrenzung der einzelnen Begriffe voneinander wird der Begriff "Erkennungsmerkmal"
allgemein als die Echtheit eines Dokumentes ausweisendes Merkmal verwendet, welches
direkt auf dem Dokument selbst aufgebracht sein kann, welches aber auch im Bereich
eines Signets angeordnet ist.
[0012] Der Begriff "Signet" beschreibt eine (z. B. durch Aufkleben aufgebrachte) lösbar
oder unlösbar mit dem Dokument verbundene Marke oder ein Etikett, ein Siegel, einen
abgegrenzten Bereich jeglicher Art oder einen Druckbereich auf einem Dokument, auf
dem das Erkennungsmerkmal angeordnet ist. In der späteren Beschreibung wird offengelassen,
ob sich das Erkennungsmerkmal unmittelbar auf dem Dokument selbst befindet oder Teil
eines auf dem Dokument angebrachten Signets ist, welches trennbar oder untrennbar
mit dem Dokument verbunden ist.
[0013] Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass aufgrund
der Erzeugung einer etwa strichförmigen Abtastlinie auf dem zu untersuchenden Dokument
es nun erstmals möglich ist, nicht nur punktförmige Bereiche auf dem Dokument zu untersuchen,
sondern einen gesamten linienförmigen Bereich, der sich in eine entsprechende Untersuchungsfläche
umwandelt, wenn der Handsensor über das Dokument mit einer bestimmten Geschwindigkeit
etwa senkrecht zur Längsachse der Abtastlinie bewegt wird.
[0014] Damit ist es nun erstmals möglich, mit einem handbewegten Sensor das zum Sensor gehörende
Messfenster über einen großen Bereich über ein Dokument zu bewegen und so auf das
Vorhandensein von Erkennungsmerkmalen zu untersuchen, und hierbei die auf der Dokumentenoberfläche
projizierte Abtastlinie das Dokument über einen relativ großen Bereich abtastet.
[0015] Es wird bevorzugt, wenn der sogenannte Up-Conversion-Effekt angewendet wird. Hierbei
ist die Anregungswellenlänge größer als die vom Erkennungsmerkmal ausgesandten reflektierten
Wellenlänge. Im Frequenzbereich ausgedrückt heißt dies, dass die Anregungsfrequenz
niedriger ist als die Antwortfrequenz.
[0016] Die Erfindung betrifft aber auch andere Anregungsmechanismen, wie zum Beispiel die
Ausnützung des "normalen" Fluoreszenzeffektes, bei dem mit einer bestimmten Wellenlänge
angeregt wird und das fluoreszierende Erkennungsmerkmal mit einer größeren Wellenlänge
antwortet, was den entgegengesetzten Effekt zum erwähnten Up-Conversion-Effekt darstellt.
[0017] Eine dritte Ausführungsform betrifft den Fluoreszenz-Effekt, bei dem die Anregung
auf der gleichen Wellenlänge liegt wie die Abstrahlungswellenlänge, wobei der Antwortimpuls
aber in einen definierten Zeitabstand zeitlich verzögert dem Anregungsimpuls folgt.
[0018] Alle genannten Effekte sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung und der Schutzbereich
der Erfindung erstreckt sich auf die Ausnützung aller genannten Effekte, auch in Kombination
untereinander.
[0019] Ein besonderes Problem im Stand der Technik wird mit der vorliegenden Erfindung mit
besonders einfachen Mitteln gelöst:
Bei handgeführten Sensoren bestehen zwei einander entgegengesetzte Forderungen:
[0020] Nach der ersten Forderung soll die Auswertung des Signals des Handsensors möglichst
empfindlich sein, um auch relativ schwache Signets erkennen können. Hierzu ist gewünscht,
dass der in dem Handsensor angeordnete Laser einen möglichst starken, energiereichen
Laserstrahl erzeugt.
[0021] Dem gegenüber steht jedoch die Forderung, dass der Laserstrahl bei Fehlbedienung
zu Verletzungen führen kann. Aus diesem Grunde soll der Laser eine möglichst niedrige
Laserklasse haben, um zu vermeiden, dass ein hochenergiereicher Laser bei Betrieb
zu Verletzungen am menschlichen Körper führen kann.
[0022] Diese beiden Forderungen widersprechen sich gegenseitig, weil einerseits für die
trennscharfe Erkennung ein hochenergetischer Laser verlangt wird und andererseits
ein hochenergetischer Laser aus Arbeitsschutzgründen nicht erwünscht ist.
[0023] Als Folge davon gelingt es der Erfindung, mit einem relativ hochenergetischen Laser
eine hochempfindliche Abtastung eines schwachstrahlenden Signets zu verwirklichen,
weil eine relativ hochenergetische Laserquelle mit einer Laserklasse stärker als Klasse
3A verwendet werden kann und nach der Erfindung dafür gesorgt ist, dass der Laser
nur dann eingeschaltet wird, wenn der Handsensor nahe genug an die zu untersuchende
Abtastfläche heran geführt wurde und / oder dass durch Massnahmen der Strahlformung
der Sensor trotz der starken Strahlungsquelle in die Laserklasse 3A oder tiefer eingeordnet
werden kann. Für ersteres schlägt die Erfindung ein Sensorsystem vor, das die Annäherung
des Lasers an die Dokumentenoberfläche erkennt und auswertet und dem entsprechend
die Ein- und gegebenenfalls auch Ausschaltung des Lasers steuert.
[0024] Eine bevorzugte Laserklasse, die einerseits eine wirksame Erkennung auch schwachstrahlender
Signets und andererseits Gesundheitsgefährdungen ausschließt, ist die Laserklasse
3A.
[0025] Wichtig bei der Erfindung ist nach einem ersten Merkmal, dass der in dem Handsensor
angeordnete Laser erst dann in Betrieb geht, wenn zuverlässig an der Kopffläche die
Annäherung oder sogar das Aufsetzen auf ein Objekt mit dem darauf angeordneten Signet
(Erkennungsmerkmal) erkannt wurde. Auf diese Weise wird der Augenschutz selbst bei
stärkeren Lasern erreicht.
[0026] Eine derartige Annäherungserkennung kann auf verschiedene Weise gelöst werden.
[0027] In einer ersten, bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Annäherung durch
eine Abtastung der Oberfläche des Objektes stattfindet. Eine derartige Abtastung kann
mittels einer Optik und einer bevorzugt im IR-Bereich arbeitenden Sende- / Empfangsanordnung
erfolgen, wobei zum Beispiel eine LED als Sendediode und eine einfache oder eine DoppelFotodiode
als Empfangsdiode geschaltet wird.
[0028] Wird nun der Abtaststrahl dieser Anordnung von dem zu untersuchenden Objekt reflektiert,
dann wird der reflektierte Strahl von der Empfangsfotodiode in dem Handsensor ausgewertet
und damit ist zuverlässig die Annäherung an das Objekt festgestellt. Erst wenn diese
Annäherung festgestellt wurde, geht der Laser in Betrieb und tastet das Objekt mit
dem Laserstrahl ab, um das Erkennungsmerkmal zu überprüfen.
[0029] Im Falle eine einfachen Fotodiode als Empfangsdiode wird eine fokussierte Optik verwendet,
die gewährt, dass nur Licht vom Lichtfleck 24 auf die Fotodiode fällt, wenn das Objekt
direkt vor oder ganz nah unter dem Austrittsfenster 7 liegt. Im Falle einer Doppelfotodiode
als Empfangsdiode kann eine Triangulationsauswertung erreicht werden. Ist das Objekt
weiter vom Austrittsfenster 7 entfernt, so trifft das vom Lichtfleck 24 abgebildete
Licht auf die eine Fotodiode (erster Teil der Doppelfotodiode), genannt Hintergrunddiode.
Ist das Objekt dagegen direkt vor dem Austrittsfenster, so fällt das Licht auf die
andere Fotodiode(zweiter Teil der Doppelfotodiode), genannt Vordergrunddiode. Auf
diese Art kann die Annäherung noch sicherer erkannt werden, als mit nur einer Fotodiode.
[0030] In einer anderen Ausgestaltung dieser technischen Lehre ist vorgesehen, dass statt
einer berührungslos arbeitenden Abtastung eine berührende Abtastung erfolgt. Eine
berührende Abtastung kann z. B. ein Kontaktschalter, oder ein Drucksensor sein, der
erst dann ein Signal abgibt, wenn die Kopffläche des Handsensors auf das Objekt aufgesetzt
wurde.
[0031] Alle genannten Annäherungserkennungen können bevorzugt mit einem handbedienbaren
Knopf (Schalter oder Taster) kombiniert werden, so dass nur bei zusätzlicher Betätigung
dieses Knopfes und bei Erkennung der Annäherung des Handsensors an das Objekt der
Laser eingeschaltet wird.
[0032] Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich also der Vorteil, dass ein hochempfindlicher
Handsensor auch für die Erkennung von schwachleuchtenden Signets verwendet werden
kann, der einen zuverlässigen Handbetrieb unter Einhaltung von Arbeitsschutzbestimmungen
gewährleistet.
[0033] Unabhängig von der vorher genannten Annäherungserkennung des Handsensors an ein Objekt
mit einem darauf angeordneten Erkennungsmerkmal wird als weitere technische Lehre
beansprucht, dass im Handsensor für die Erzeugung der Laserstrahlen eine sogenannte
Linienoptik verwendet wird. Hierunter wird verstanden, dass in X- und Y-Richtung eine
unterschiedliche Abbildung des vom Laser erzeugten Laserstrahlbündels auf dem Objekt
erfolgt. Es wird bevorzugt, wenn in Y-Richtung oberhalb des auf der Oberfläche des
Dokuments erzeugten Abtastbalkens und oberhalb des Dokumentes fokussiert wird, d.
h. also im Bereich des Strahlenganges des Sensors (noch innerhalb des Sensorgehäuses),
während in X-Richtung eine Fokussierung unmittelbar auf dem Objekt (=Dokumenten-Oberfläche)
selbst erfolgt. Weiter wird bevorzugt, wenn die Strahlwinkel der äussersten Strahlbündel
bezogen auf die optische Achse möglichst gross sind.
[0034] Durch diese in unterschiedlichen Höhen über der Dokumentenoberfläche zu einander
versetzten Fokussierungsebenen wird gewährleistet, dass bei Einstrahlung des Laserstrahlbündels
auf ein tierisches oder menschliches Auge es nicht mehr möglich ist, den Strahl punktförmig
auf der Netzhaut des Auges abzubilden. Daher wird eine punktförmige Beschädigung der
Netzhaut vermieden, weil der Laserstrahl in X- und in Y-Richtung in unterschiedlichen
Abständen vor der Netzhaut fokussiert wird. Die Bestrahlung der Netzhaut mit dem Abbild
des länglichen Abtastbalkens erfolgt dagegen mit einer im Vergleich zur punktförmigen
Abbild mit einer stark reduzierten Bestrahlungsstärke, einerseits wegen den versetzten
Fokussierungsebenen, andererseits wegen den steilen Strahlwinkeln, da das Auge mit
seiner 7 mm grossen Öffnung nicht mehr alle Strahlung aufnehmen kann.
[0035] Es wird also eine gesundheitsgefährdende Beeinträchtigung der Netzhaut des Auges
verhindert, auch wenn mit einem etwas leistungsstärkeren Laser gearbeitet wird. Der
Sensor kann dank den obengenannten Massnahmen in eine tiefere und damit ungefährlichere
Laserklasse eingeordnet werden, als ohne diese Massnahmen. Beispielsweise kann der
Sensor wegen dieser Massnahmen in die Laserklasse 3A statt 3B eingeordnet werden,
was ein ganz wichtiger Unterschied bedeutet. Weiter kann dank der Verwendung dieser
speziellen Linienoptik ein für die Auswertung schwacher Signale günstiger, etwas stärkerer
Laser verwendet werden, der aber dennoch eine ungefährliche Handhabung des Handsensors
gewährleistet.
[0036] Die Linienoptik besteht im einfachsten Fall aus einer Zylinderlinse. Statt einer
solchen einfachen Zylinderlinse können jedoch auch Linsenkollektive verwendet werden,
wie z. B. eine Sammellinse i. V. m. einer Zylinderlinse oder speziell geformte Zylinderlinsen.
[0037] Die Sammellinse stellt hierbei die Fokussierung auf der Objekt-Oberfläche her, während
die Zylinderlinse die stark auseinanderlaufenden (defokussierten) Strahlen auf dem
Objekt bewirken, die den länglich ausgebildeten Abtastbalken auf dem Objekt erzeugen.
[0038] Um wie für die Erfindung von Vorteil genügend starke Strahlwinkel erzeugen zu können,
ist es meist nötig zwei Zylinderlinsen nacheinander einzusetzen und / oder diese mit
einer Spezialform auszustatten. Die Zylinderlinsen haben dann nicht mehr eine kreiszylindrische
Oberfläche, sondern eine davon abweichende, asphärische Oberfläche mit einer Konizität.
Dadurch kann gerade bei steilen Strahlwinkeln immer noch eine gute Strahlführung erreicht
werden. Die Form der Oberfläche wird in einer optischen Designsoftware optimiert.
Alternativ können auch diffraktiv optische Elemente eingesetzt werden oder Fresnellinsen
oder Sinuswellige Oberflächen. Alle diese Elemente sind Teil der Linienoptik und haben
ähnliche, aber für die Anwendung verbesserte Eigenschaften wie normale Zylinderlinsen.
[0039] Im Folgenden werden die erfindungswesentlichen Merkmale nochmals in Kurzform wiedergegeben:
■ Hochgeöffnete Empfangsoptik mit Blendenzahl von etwa 1
■ Laserlinienoptik mit steilen Austrittswinkeln zur Reduktion der Augen- und Hautgefährdung
bei Verwendung einer starken Laserdiode, was gleichzeitig eine Klassierung in eine
niedrigere Laserklasse ermöglicht. Ziel ist Laserklasse 3A oder tiefer, so dass bei
Normalgebrauch keine Gefährdung mehr gegeben ist.
■ Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen:
- Drucktaster: Laser sendet nur mit dem Fingerdruck der Taste sein Licht aus.
- Optischer Lichttaster oder zusätzlicher, mechanischer Drucktaster zur Erkennung dieses
Objektes
- Zeitliche Begrenzung: Das Laserlicht wird bei Erfüllung der beiden oberen Kriterien
jeweils nur etwa 2 Sekunden ausgestrahlt.
■ Erkennung von kleinen spektralen Lichtanteilen von schwach rückstrahlenden Erkennungsmerkmalen
auf Objekten.
■ Abschattung von Fremdlicht durch den Eigenschatten des Handsensors, der Handsensor
muss in Kontakt über die Stellen des Objektes, wo das Erkennungsmerkmal aufgebracht
ist, hinwegbewegt werden.
■ Der Handsensor tastet beim Bewegen ein etwa 2 mm breiten Bereich ab, dank seiner
etwa 2 mm breiten Laserlinie.
[0040] Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem
Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen
Patentansprüche untereinander.
[0041] Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und
Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
[0042] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden
Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
[0043] Es zeigen:
- Figur 1:
- Schematisiert gezeichneter Schnitt durch eine Ausführungsform eines Handsensors nach
der Erfindung
- Figur 2:
- Die Draufsicht auf ein Objekt mit einem darauf angeordneten Erkennungsmerkmal und
dem Abtastbalken
- Figur 3:
- Die Vorderansicht des Handsensors in Richtung des Pfeils III in Figur 1
- Figur 4:
- Eine gegenüber Figur 1 perspektivische Darstellung der Elemente des Handsensors
- Figur 5:
- Die Darstellung des Strahlbündels in X- und Y-Richtung einer Linienoptik
[0044] Der Handsensor hat im wesentlichen im Querschnitt ein etwa kreiszylindrisches Gehäuse,
welches allerdings auch mehrkantig oval oder eckig sein kann. Dieses Gehäuse ist in
Figur 1 mit 19 bezeichnet.
[0045] In dem Gehäuse können ein oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren 20 angeordnet
sein, welche zur Stromversorgung der Laserdiode 1 dienen.
[0046] Statt der Batterie 20 kann auch ein externer Stromanschluss an dem Gehäuse vorgesehen
werden. Ebenso kann ein separater Batteriepack vorgesehen werden, welcher über ein
längeres Kabel mit dem Handsensor verbunden wird.
[0047] Die Laserdiode 1 erzeugt ein Strahlbündel 34, das zunächst ein oder mehrere Fokussierlinsen
2 passiert. Diese Fokussierlinsen 2 fokussieren den Strahl in X-Richtung (Strahlbündel
32 in Figur 5) im wesentlichen auf die Objektebene des Objektes 5, welches das Erkennungsmerkmal
21 trägt.
[0048] Wichtig ist, dass im Anschluss an die Fokussierlinse 2 eine Linienoptik 3 passiert
wird, die im einfachsten Fall aus einer Zylinderlinse besteht. Unter dem Begriff "Linienoptik
3" wird allgemein jede Optik verstanden, die in der Lage ist, einen etwa linien- oder
ellipsenförmigen Abtastbalken 22 zu erzeugen. Dieser Abtastbalken 22 ist beispielsweise
in Figur 5 dargestellt und wird in Zusammenhang mit dieser Figur dort näher beschrieben.
[0049] Das erzeugte Strahlbündel 31, 32, dargestellt in Figur 5, und zusammengefasst als
Sendestrahlen 28 in Figur 1, wird auf einen Umlenkspiegel 4 gelenkt, der in Figur
5 der Einfachheit halber fortgelassen wurde.
[0050] Es wird der etwa längliche Abtastbalken 22 gem. Figur 5 erzeugt, der aus dem Austrittsfenster
7 an der Kopffläche 26, 27 des Handsensors austritt.
[0051] In Figur 3 ist dargestellt, dass die Kopffläche 26 (Breite des Abtastkopfes) wesentlich
größer ist, als vergleichsweise die Breite des Austrittsfensters 7.
[0052] Hierdurch werden mit Sicherheit von der Seite her kommende Fremdlichteinflüsse unterdrückt.
[0053] Gleiches gilt im übrigen auch für die Ausdehnung der Kopffläche 27 in Längsrichtung
(Pfeilrichtung 23).
[0054] Insgesamt wird also das auf das Objekt 5 gerichtete Strahlenbündel mit 6 (Sendestrahlen)
bezeichnet.
[0055] Weitere Erläuterungen werden später anhand der Figur 5 gegeben.
[0056] Der gem. Fig. 2 erzeugte Abtastbalken 22 wird in Pfeilrichtung 23 in Richtung auf
das Erkennungsmerkmal 21 über das Objekt 5 geführt.
[0057] Es wird im übrigen darauf hingewiesen, dass in Figur 2 nur schematisiert ein Lichtfleck
24 der Annäherungssensorik dargestellt ist, der die Dokumentenoberfläche abtastet.
Die Auswertung des reflektierten Anteils stellt die Anwesenheit des Dokuments fest.
Der Lichtfleck 24 überdeckt nur beispielhaft den Abtastbalken 22. Er kann auch neben,
hinter oder vor dem Abtastbalken angeordnet sein.
[0058] Der Begriff Lichtfleck 24 soll im übrigen nicht implizieren, dass es sich um sichtbares
Licht handelt. Es kann auch im unsichtbaren Bereich, nämlich im IR-oder im UV-Bereich
liegen.
[0059] Der von dem Erkennungsmerkmal 21 reflektierte Strahlanteil, der eine anderen Wellenlänge
als der Sendestrahl 6 haben kann, wird als Empfangsstrahl 8 in den Handsensor zurückgestrahlt
und über eine erste Empfangslinse 9 fokussiert.
[0060] Hinter der ersten Empfangslinse 9 kann eine zweite Empfangslinse 9' angeordnet sein,
welche eine weitere Fokussierung bewirkt.
[0061] Das so erhaltene und fokussierte Empfangsstrahlbündel wird schließlich über einen
optischen Filter 10 auf ein Empfangselement 11 gestrahlt, welches beispielsweise eine
Fotodiode oder eine Avalance-Fotodiode sein kann.
[0062] Statt des hier beschriebenen Empfangselementes 11 kann auch ein Photomultiplier verwendet
werden.
[0063] Mit der beschriebenen Laseroptik wird der Vorteil erreicht, dass dank der Verwendung
einer speziellen Linienoptik ein Sendestrahlbündel mit steilen Strahlwinkeln entsteht,
das wiederum die Klassierung des Handsensors in eine vergleichsweise tiefe, ungefährliche
Laserklasse erlaubt.
[0064] Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform einer Annäherungserkennung des Handsensors
an die Fläche des Objektes 5 beschrieben.
[0065] Hierzu lässt sich aus den Figuren 1 und 4 entnehmen, dass mittels einer Leuchtdiode
14 ein Sendestrahl - bevorzugt im IR-Bereich - ausgesendet wird, der über einen Umlenkspiegel
13 und ein oder mehrere Linsen 12 auf das Austrittsfenster 7 fokussiert wird.
[0066] Damit trifft der Leuchtdiodenstrahl auf die Oberfläche eines Objektes 5, das unmittelbar
von dem Fenster 7 des Handsensors berührt wird oder in kurzem Abstand vor diesem Fenster
angeordnet ist.
[0067] Die von dem Objekt 5 reflektierten Strahlen werden wieder auf dem gleichen Wege durch
Linsen 12 empfangen, dort über den Umlenkspiegel 13 umgelenkt und einer Empfangsdiode
14' zugeleitet, die mit einer entsprechenden Elektronik verbunden ist.
[0068] Sobald die Empfangsdiode 14' einen reflektierten Sendestrahl der Annäherungssensorik
erkennt, ist sichergestellt, dass der Handsensor in dichtem oder sogar berührendem
Abstand auf dem Objekt 5 aufsitzt und nur wenn dieser Fall gegeben ist, wird die Laserdiode
1 eingeschaltet.
[0069] Statt der beschriebenen berührungslosen Abtastung des Objekts 5 können auch berührende
Abtastungen verwendet werden. Es entfällt dann die Anordnung der LED 14 und Photodiode
14' und statt dessen kann eine berührende Abtastung der Objektoberfläche, wie z. B.
durch einen Kontaktschalter oder einen Kontaktbügel oder auch einen Drucksensor erfolgen.
[0070] Allgemein soll also die (berührend oder berührungslos arbeitende) Annäherungserkennung
sicher stellen, dass nur dann der Laser eingeschaltet wird, wenn sichergestellt ist,
dass das Austrittsfenster 7 berührend oder nahezu berührend auf dem Objekt 5 aufgesetzt
ist.
[0071] Zusätzlich kann auch eine Drucktaste 15 im Gehäuse 19 angeordnet sein, die durch
manuellen Fingerdruck betätigt wird und bei deren Betätigung die Laserdiode 1 eingeschaltet
wird.
[0072] Damit wird gewährleistet, dass die Laserdiode 1 nicht selbsttätig durch die Annäherungssensorik
eingeschaltet wird, sondern das zusätzlich noch eine willkürliche Betätigung der Drucktaste
15 notwendig ist.
[0073] Zusätzlich kann in dem Gehäuse noch eine Wärmesenke 16 für die Laserdiode 1 eingebaut
werden, die bevorzugt aus einer Kühlfläche besteht.
[0074] Ebenso kann ein Temperaturstabilisierungselement 17 eingebaut werden, welches z.
B. aus einer Heizspule oder einem Peltier-Element mit einem zusätzlichen Temperaturfühler
besteht.
[0075] Das Temperaturstabilisierungselement 17 soll eine gleichmäßige Temperatur der Laserdiode
1 gewährleisten.
[0076] Nachdem in einer bevorzugten Ausführung das Peltier-Element die Laserdiode 1 kühlt,
muss die vom Peltier-Element erzeugte Wärme über eine weitere Wärmesenke 18 abgeführt
werden.
[0077] Die hier beschriebenen Wärmesenken 16 und 18 sind jedoch nicht lösungsnotwendig und
können auch bei Bedarf weggelassen werden.
[0078] Ebenso kann auch das Temperaturstabilisierungselement 17 auch in verschiedenen Anwendungsfällen
entfallen.
[0079] In der Figur 3 i. V. m. der Figur 5 ist erkennbar, dass in der Y-Ebene (Figur 5)
ein Kreuzungspunkt 25 vorhanden ist, so dass sich das Strahlbündel 31 jenseits dieses
Kreuzungspunktes wieder aufweitet und so den länglichen Abtastbalken 22 erzeugt.
[0080] Statt einer fokussierenden Zylinderlinse (Linienoptik 3) kann auch eine streuende
Zylinderlinse verwendet werden, wobei sich in diesem Falle der Kreuzungspunkt 25 jenseits
der Zylinderlinse 3 befindet. Der Kreuzungspunkt 25 ist damit virtuell.
[0081] Ebenso ist aus Figur 5 zu entnehmen, dass wegen der Verwendung der gewählten Linienoptik
die Fokussierung in X- und Y-Ebene in unterschiedlicher Höhe über dem Objekt erfolgt.
[0082] Während die Fokussierung für das Strahlbündel 32 in der X-Achse direkt auf dem Objekt
selbst erfolgt, wie dies in Figur 5 mit einer Schmalfläche der Breite 29 dargestellt
ist, ist andererseits erkennbar, dass die Fokussierung in Y-Richtung in Form des Strahlbündels
31 im Kreuzungspunkt 25 gegeben ist, so dass sich jenseits dieses Kreuzungspunktes
25 ein etwa länglicher Abtastbalken der Länge 30 und der Breite 29 ergibt.
[0083] Damit werden die Vorteile erreicht, dass eine relativ hohe Gesamtenergiedichte auf
die Ebene des Objektes 5 gebracht wird, dass aber trotzdem keine Fokussierung in einem
einzigen Punkt auf der Ebene des Objektes 5 oder anderswo stattfindet, so dass auch
selbst wenn anstatt des Objektes 5 eine menschliches Auge vorhanden wäre, eine Beschädigung
der Netzhaut nicht zu befürchten ist, oder zumindest extrem stark reduziert ist.
[0084] Das Auge kann dieses Strahlbündel nicht mehr als Punkt auf der Netzhaut abbilden.
[0085] Mit der gegebenen technischen Lehre wird also ein Handsensor vorgeschlagen, bei dem
mit hoher Erkennungsgenauigkeit auch schwachstrahlende Signets (Erkennungsmerkmale
21) erkannt werden können, ohne das die Gefahr besteht, dass eine Beschädigung eines
menschlichen oder tierischen Auges entsteht.
[0086] Es werden zwei unterschiedliche Erfindungsbereiche unabhängig voneinander aber auch
in Kombination miteinander beansprucht, nämlich die Einschaltung des Lasers erst dann,
wenn die Annäherung an die Objektfläche zuverlässig erkannt wurde und / oder die Verwendung
einer Linienoptik, welche das trotz eines relativ hochenergetischen Strahls eine punktförmige
Abbildung auf einem menschlichen oder tierischen Auge unterbindet. Weiter wird der
Laser erst eingeschaltet, wenn zuvor eine Drucktaste am Handsensor mit einem Fingerdruck
aktiviert wurde.
[0087] Diese Empfangsoptik ist hochgeöffnet, d. h. sie hat eine Blendenzahl von etwa 1 und
ist deshalb besonders lichtempfindlich.
[0088] Der Laser (Laserdiode 1) kann auch ersetzt werden durch eine starke LED oder durch
eine andere Strahlungsquelle oder Oberflächenstrahler oder auch durch eine Superlumineszenzdiode.
[0089] In seltenen Fällen kann auch auf die Linienoptik verzichtet werden, wenn der Strahlaustritt
bereits schon die erwünschte längliche Fläche des Abtastbalkens 22 hat (Länge 30 und
Breite 29) und nicht kohärent ist.
[0090] Eine längliche Form der Länge 30 ist dann nicht erforderlich, sondern der Abtastbalken
22 kann insgesamt auch als Rundbalken einer gewissen Ausdehnung ausgebildet sein.
[0091] An der Kopffläche 26, 27 können zur Abdichtung gegen Fremdlicht auch noch zusätzliche
Abdichtmittel verwendet werden, wie z. B. seitliche Abdichtbürsten oder Lippen oder
dgl. mehr.
[0092] Vorteil der beschriebenen Annäherungssensorik ist im übrigen, dass wenn das Objekt
5 ein durchsichtiges Glas ist, der Laser nicht einschaltet. Dies deshalb, weil die
Annäherungssensorik bevorzugt auf eine diffuse und nicht auf eine spiegelnde Reflektion
auf der Oberfläche des Objekts 5 reagiert.
[0093] Ferner kann mit dem Empfangselement 11 der Laseranordnung auch eine Fremdlicht-Erkennung
verwirklicht werden. Beim Empfang von Fremdlicht oder Umgebungslicht wird der Laser
nicht eingeschaltet.
[0094] Dies zeigt auch, dass die Annäherungssensorik in die Laseroptik selbst integriert
werden kann. In diesem Fall entfallen die Elementen 12, 13, 14 und die gesamte Annäherungssensorik
wird durch die entsprechende Abfrage des Empfangselementes 11 verwirklicht.
[0095] Man kann für die Annäherungssensorik also auch den vom Objekt reflektierten Laserstrahl
selbst nehmen. In diesem Fall wird zunächst nur schwache, sehr kurze und absolut harmlose
Laserpulse ausgesandt, mit deren Hilfe die Annäherung überwacht wird. Erst bei Erkennung
der eindeutigen Annäherung des Objektes wird der gleiche Laser auf die stärkeren Laserleistung
hochgefahren, die nötig ist zur Erkennung der Lumineszenzmerkmale.
[0096] In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es jedoch auch vorgesehen sein,
dass vor dem Empfangselement 11 ein Strahlteiler angeordnet ist, der einen bestimmten
Anteil des vom Objekt reflektierten Laserlichts abzweigt und auf eine Erkennungsoptik
leitet, die eine vom Objekt erzeugte Reflektion der schwachen, kurzen Laserpulse auswertet.
[0097] Außerdem kann in einer anderen Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass zur Annäherungserkennung
der von dem Objekt reflektierte Strahlungsanteil nicht dem Empfangselement 11 oder
von einem vor dem optischen Filter 10 angeordneten Empfangselement erfasst wird. Die
Erkennung der Annäherung erfolgt mit der in Figur 4 dargestellten Fotodiode 14', doch
mit den reflektierten, schwachen und kurzen Laserpulsen.
[0098] Bevorzugt wird der Laser gepulst um Fremdlicht oder Umgebungslicht, das dennoch in
den Empfänger eindringt möglichst unterdrücken zu können. Dies ist sehr gut möglich,
indem in der Empfängerelektronik Hochpass- und Tiefpassfilter oder Bandpassfilter
eingebaut werden, die nur die Pulsfrequenz des Lasers durchlassen. Weiter wird durch
starke optische Filter nur die gewünschte Wellenlänge der optischen Antwort des durch
den Laser optisch angeregten Merkmales durchgelassen. Alle anderen Wellenlängen werden
unterdrückt, insbesondere auch die Laserwellenlänge selbst, die in den meisten Fällen
im Empfänger selbst stört. Einzig bei einer Antwort auf derselben Wellenlänge muss
die Laserwellenlänge natürlich durchgelassen werden. In diesem Fall wird zeitverzögert
gemessen um die optische Antwort des Merkmales zu erkennen, das heisst nach Ende eines
jeden Laserpulses wird beobachtet, ob in der Sendepause noch Licht vom Merkmal erkennbar
ist.
[0099] Zur weiteren Fremdlichtunterdrückung werden die Signale zusätzlich über mehrere Laserpulse
gemittelt. Dies geschieht vorzugsweise in einem Mikroprozessor, nach vorgängiger Analog-Digital-Wandlung.
Zeichnungslegende
[0100]
- 1.
- Laserdiode
- 2.
- Fokussierlinse
- 3.
- Linienoptik
- 4.
- Umlenkspiegel
- 5.
- Objekt mit Erkennungsmerkmal
- 6.
- Sendestrahlen
- 7.
- Austrittsfenster
- 8.
- Empfangsstrahlen
- 9.
- Empfangslinse (9': zweite Empfangslinse)
- 10.
- Optisches Filter
- 11.
- Empfangselement
- 12., 12'.
- Linsen für Lichttaster
- 13.
- Umlenkspiegel für Lichttasterstrahlen
- 14., 14'.
- LED und Fotodiode für Lichttaster
- 15.
- Drucktaste
- 16.
- Wärmesenke für Laserdiode
- 17.
- Temperaturstabilisierungselement
- 18.
- Wärmesenke
- 19.
- Gehäuse
- 20.
- Optionale Batterie oder Akkumulator
- 21.
- Erkennungsmerkmal (Signet)
- 22.
- Abtastbalken
- 23.
- Pfeilrichtung
- 24.
- Lichtfleck
- 25.
- Kreuzungspunkt
- 26.
- Kopffläche (Breite)
- 27.
- Kopffläche (Länge)
- 28.
- Sendestrahlen vor Umlenkung
- 29.
- Breite (Abtastbalken)
- 30.
- Länge (Abtastbalken)
- 31.
- Strahlenbündel (Y-Achse)
- 32.
- Strahlenbündel (X-Achse)
- 33.
- Strahlquerschnitt
- 34.
- Strahlbündel
1. Sensor für die Echtheitserkennung von lumineszierenden Erkennungsmerkmalen auf Dokumenten,
bei dem das Erkennungsmerkmal mit einer Anregungswellenlänge bestrahlt wird und gegebenenfalls
mit einer anderen Wellenlänge antwortet, wobei die Antwortwellenlänge von einem Strahlungsempfänger
erfasst und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Strahlquelle (1) ausgesandtes Strahlenbündel (31, 32) durch eine Fokussierungsoptik
(2, 3) derart umgewandelt wird, dass auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts
(5) ein annährend strichförmiger Abtastbalken (22) projiziert wird, der das auf dem
Objekt (5) angeordnete Erkennungsmerkmal (21) mindestens in einem Teilbereich optisch
anregt und das optische Antwortsignal des Erkennungsmerkmales über eine Erfassungsoptik
(9, 9', 10) auf eine Auswerteeinheit (11) geleitet wird, welche diese optische Antwortsignal
auswertet und dass der Sensor handgeführt ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Annäherungserkennung aufweist, welche einen Laser (Laserdiode 1)
nur dann einschaltet, wenn sich das zu untersuchende Objekt (5) dicht vor und berührend
an einem Austrittsfenster (7) in der Kopffläche (26,27) des Sensors befindet.
3. Sensor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung berührungslos arbeitet.
4. Sensor nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung auf eine diffuse Reflektion auf der Oberfläche des Objekts
(5) reagiert.
5. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungserkennung an das Objekt (5) berührend arbeitet.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Annäherungserkennung eine handbetätigte Drucktaste (15) vorhanden
ist, die in UND-Schaltung mit der Annäherungserkennung gekoppelt ist oder deren vorgängige
Betätigung eine Vorbedingung ist zur Aktivierung des Lasers nach Erkennung der Annäherung
innerhalb eines kurzen Zeitfensters.
7. Sensor für die Echtheitserkennung von lumineszierenden Erkennungsmerkmalen auf Dokumenten,
bei dem das Erkennungsmerkmal (21) mit einer Anregungswellenlänge bestrahlt wird und
gegebenenfalls mit einer kleineren, grösseren oder gleichen Wellenlänge antwortet,
wobei die Antwortwellenlänge von einem Strahlungsempfänger erfasst und ausgewertet
wird, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Objekt (5) erzeugte Strahlenbündel (32,33) von mindestens einer Laserquelle
(1) erzeugt ist, die eine Linienoptik (2, 3) durchstrahlt.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in X- und Y-Richtung eine unterschiedliche Abbildung des vom Laser erzeugten Laserstrahlbündels
(32, 33) auf dem Objekt (5) erfolgt.
9. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung in X- und Y-Ebene in unterschiedlicher Höhe über dem Objekt (5)
erfolgt.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass die grössten Winkel der Strahlenbündel in der X- oder Y-Ebene einen Winkel zur optischen
Achse von grösser als + / - 10° erreichen.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfangsweg der Echtheitserkennung des Erkennungsmerkmals (21) eine Fremdlichterkennung
integriert ist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdlichterkennung in der Anordnung zur berührungslosen Annäherungserkennung
integriert ist.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Handsensor in die Laserklasse 3A klassiert werden kann.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser gepulst betrieben wird.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine hochgeöffnete Empfangsoptik besitzt mit einem Öffnungsverhältnis
von nahezu 1 oder kleiner.
16. Erkennungsmerkmal zur Erfassung mit einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung des Erkennungsmerkmals (21) auf einem Dokument das Signet mindestens
in Teilbereichen mit einem Pigment ausgerüstet ist, welches unter Ausnützung des Up-Conversion-Effektes
erfassbar ist.
17. Erkennungsmerkmal zur Erfassung mit einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass das es als fluoreszierendes Erkennungsmerkmal (21) unter Ausnützung des Down-Conversion-Effektes
erfassbar ist.
18. Erkennungsmerkmal zur Erfassung mit einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das es als fluoreszierendes Erkennungsmerkmal (21) mit einer bestimmten Wellenlänge
angeregt wird und mit der gleichen Wellenlänge antwortet.
19. Erkennungsmerkmal zur Erfassung mit einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlungswellen-Länge des Erkennungsmerkmals auf der gleichen Wellenlänge
wie die Anregungswelle liegt und dass die Impulsantwort zeitlich verzögert dem Anregungsimpuls
folgt.
20. Erkennungsmerkmal zur Erfassung mit einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente in einer aufgebrachten Lösung, einem aufgebrachten Lack, dem Kleber
oder dem Papier direkt beigemischt sind.