WO2014167042A1 - Sensor having a plurality of focal positions - Google Patents

Sensor having a plurality of focal positions Download PDF

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WO2014167042A1
WO2014167042A1 PCT/EP2014/057240 EP2014057240W WO2014167042A1 WO 2014167042 A1 WO2014167042 A1 WO 2014167042A1 EP 2014057240 W EP2014057240 W EP 2014057240W WO 2014167042 A1 WO2014167042 A1 WO 2014167042A1
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WO
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optical
light beam
reading device
partial beams
information
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/057240
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan BORGSMÜLLER
Kay Schulte-Wieking
Original Assignee
Tesa Scribos Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tesa Scribos Gmbh filed Critical Tesa Scribos Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10792—Special measures in relation to the object to be scanned
    • G06K7/10801—Multidistance reading
    • G06K7/10811—Focalisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/12—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation using a selected wavelength, e.g. to sense red marks and ignore blue marks
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation

Definitions

  • the invention relates to an optical reader for optical information on a support, in particular a banknote, and to a method for reading out optical information on a support, in particular a banknote.
  • banknotes can be equipped with machine-readable information.
  • information comes, for example, currency, denomination, manufacturing information such as manufacturer, place, date, batch number, piece-specific information such as serial numbers, correlation information, information about piece-individual characteristics of the bill, z. B. distribution of UV fibers in question.
  • the information can be stored unencrypted or encrypted.
  • the information may be hidden or open.
  • Information on banknotes can be stored, for example, by means of electrical circuits, by means of magnetic materials, by means of printing or by means of texturing.
  • the information may be electrically detectable, magnetically detectable or optically detectable. Examples of information carriers are RFID chips, magnetic strips and barcodes.
  • the invention relates to the class of optically detectable information that can be introduced, inter alia, by means of printing or by means of denazification in the banknote.
  • the information can, for example, be stored invisibly in the wavelength range of approximately 400-700 nm which is perceptible for humans.
  • Information can be stored microscopically small, with feature sizes below the resolution of the human eye.
  • a laser-induced change in the material of a component of the banknote is considered as marking, which is optically detectable with suitable detectors.
  • marking which is optically detectable with suitable detectors.
  • the transmission and / or reflection property of a substrate of the banknote or another component of the banknote, such as a foil strip or the printing ink of the banknote paper itself can be changed locally or a local material removal can be induced.
  • Laser-induced means that the information-containing structures are generated by local action of laser radiation.
  • the area on the support in which the hidden optical information is accommodated can be large in comparison to the structures themselves and is typically in the range of one square millimeter up to the entire surface of the support.
  • optically detectable information to use special readers.
  • readers for the manual feeding of banknotes as well as readers for the automated feeding of banknotes.
  • the banknotes are passed past the reader at high speed, in which case the position of the banknote relative to the reading device may be different from reading to reading.
  • a disadvantage of reading devices according to the prior art is that the optical system of these readers has only one focal plane, that is, only one plane in which the optical information of the banknote must be arranged in order to image a sharp image on the camera chip.
  • the banknote must be close to the focal plane.
  • EP 1 496 464 A1 describes an apparatus for optically scanning markings on objects, for example bar codes, with at least two light emitting transmitters and a rotating polygon mirror which directs the light beams of the transmitters onto the markings to be scanned and the light reflected from the markings onto a receiver system directs.
  • US Pat. No. 4,808,804 discloses a laser scanning system for reading bar code symbols, in which an emerging laser beam whose working distance and / or reading point size can be changed passes over the symbols to be read. In this case, a cross-sectional area is varied by a laser beam of predetermined dimension and a predetermined distance to the housing opening. In this way, the laser scanning system should be able to read so-called high-density (HID) symbols and LO-D (low density) symbols among the UPC (Universal Product Code) symbols.
  • HID high-density
  • LO-D low density
  • the invention has for its object to provide a reader for optical information on carriers, in particular banknotes, which has a greater depth of field, and to provide a method for reading optical information on a carrier, in particular a banknote, in which the information may be arranged in a region which is larger in relation to the prior art around the focal plane and nevertheless can be read out.
  • the object is achieved by an aforementioned optical reader with the features of claim one.
  • the optical reader has illumination in the beam path for generating a light beam outgoing from the optical information, and an optical system having at least two spaced apart focal planes, wherein the light beam is split in the optical system into at least two sub-beams each associated with one of the focal planes.
  • the optical reading device further comprises at least one image sensor on which the individual sub-beams lead to images of the optical information of different sharpness, and an image processing system which is connected to the at least one image sensor and determines the sharpness of an image and determines an image with the highest sharpness.
  • the two focal planes are preferably just so far apart that the depths of focus of the individual focal planes overlap and thus form a total depth of field that is slightly less than the sum of the two individual depths of field.
  • the optical information can be read out on the carrier in a larger than the prior art determined by the depth of field range.
  • a positional tolerance of the carrier in the reading device in which the information can still be extracted is increased. This is particularly advantageous in microscopic applications when structures of less than 50 ⁇ m must be imaged. In such applications, conventional reading devices are too shallow in depth.
  • the optical information is optically detectable and / or microscopic and / or machine-readable.
  • the optical information may in particular comprise a security feature.
  • Visually detectable means that the structures that form the information can be illuminated by means of illumination and imaged by means of an optical system and can be supplied to an evaluation by image processing.
  • Microscopically detectable information on carriers, in particular bank notes, means that the information is stored in structures whose typical lateral size is below 50 ⁇ m.
  • the information is machine-readable. This means that previously stored data can be extracted and further processed by an image processing and evaluation system.
  • the reader according to the invention makes it possible to read machine-readable information on carriers, in particular banknotes.
  • the object is achieved by a method for reading out optical information on a carrier, in particular a banknote, by illuminating the optical information, generating a light beam departing from the optical information, the light beam through at least two mutually spaced focal planes splitting optical system is divided into at least two sub-beams, each associated with one of the focal planes, the sub-beams on at least one image sensor to images of the optical information different sharpness lead, the different sharpness are determined and the optical information is evaluated based on the sharpness of the images.
  • the method is particularly suitable for carrying out with one of the above-mentioned reading devices.
  • the optical systems according to the invention make it possible to divide the light beam outgoing from the optical information into individual partial beams.
  • the optical readers according to the invention can be subdivided into three categories, depending on the manner in which the light beam originating from the optical information is split up into partial beams.
  • the term "splitting" is understood here to mean a multiplicity of different processes.
  • the division of the light beam in a first category of the optical systems takes place by decomposition with respect to the wavelength; in the second category, the light beam is divided into equivalent partial beams along a cross section of the light beam. In a third category, the light beam is split into sub-beams transversely to the direction of the beam path. The sub-beams are assigned in different ways to an individual focal plane.
  • the first category of optical systems makes use of the dispersion property of optical components.
  • Dispersive components have different refractive indices for different wavelengths. The individual wavelengths are thus broken to different degrees at the interfaces, for example between air and medium.
  • An optical system comprising the dispersive component has a first focal plane for a first wavelength range and a second focal plane spaced therefrom for a second wavelength range.
  • the illumination provides at least two different wavelengths
  • the optical system comprises a dispersive component providing partial beams separated by at least two wavelengths and the image sensor as at least the two wavelengths of discriminating color image sensor having at least two color channels is trained.
  • the image sensor is an image of the optical information in the associated Wavelength range focused.
  • the image sensor must necessarily be able to distinguish images of different wavelength ranges from each other, that is, the image sensor is a color image sensor, and it can discriminate wavelength ranges.
  • a light beam emanating from the optical information is divided at each point along its cross section, so that at least two partial beams emerge, at least one of which is diverted such that the optical path length of the different partial beams in the optical system is different ,
  • a beam splitting device is provided in the optical system for this purpose.
  • the beam splitting device preferably comprises a beam splitter which splits the light beam into at least two individual sub-beams of different optical path length, and each of the two sub-beams strikes a separate image sensor.
  • This embodiment is structurally particularly simple and also provides separate, easy-to-evaluate images. It is also conceivable to use a common image sensor and to image each of the images on a separate subarea of the image sensor. For this purpose, a mirror for deflecting onto a lens can be provided in one of the two partial beams.
  • the beam splitting device comprises at least two juxtaposed, partially transparent reflector planes which divide the light beam into partial beams of different order.
  • the reflection planes can be arranged parallel or at an angle at an angle to each other. By changing the angle, the various images of the optical information can be imaged on the image sensor superimposed or separated from each other.
  • the partial beams fed to the at least one image sensor can be arranged on the side of the reflection planes facing away from the focal planes or facing them.
  • the beam splitting device comprises a birefringent medium which divides the light beam into two partial beams depending on the polarization.
  • the light beam is split transversely to the direction of the light beam into at least two partial beams.
  • a component in the beam path of the reading device is preferably provided for this, which splits the light beam into at least two partial beams transversely to the direction of the light beam and each partial beam impinges on another portion of the image sensor.
  • the component has a prism, designed either as a transmission prism or as a reflection prism.
  • the component has a plane-parallel plate.
  • the component has a stepped plane-parallel plate.
  • a distance of the separate focal planes is a maximum of 10 mm.
  • the size of at least parts of the structures of the optical information is advantageously less than 50 ⁇ m.
  • Fig. 1 is a schematic illustration of a reading device according to the prior
  • 3a, 3b, 3c show an embodiment of the reading device according to the invention with a lens not corrected for chromatic aberration, 4a, 4b, a reader according to the invention with introduced into the beam path plane-parallel plates, Fig. 5 shows a third embodiment of the reader according to the invention with a beam splitter and two lenses of different focal lengths, Fig. 6 shows a fourth embodiment of the reader according to the invention with two mutually parallel teillicht fashion understanden reflection planes in the beam path .
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of the reading device according to the invention with a part-light-permeable reflection plane and a reflection plane and a lens introduced into the beam path,
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of the reading device according to the invention with a plane-parallel plate introduced into a part of the beam path
  • FIG. 9 shows a seventh embodiment of the reading device according to the invention with a stepped plane-parallel plate which is introduced into the beam path
  • FIG 10 shows an eighth embodiment of the reading device according to the invention with a beam splitter inserted into the beam path and a mirror.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a known in the prior art reading device. 1
  • the reading device 1 shown in FIG. 1 is suitable for reading out optical information 7 applied to banknotes.
  • Optical information 7 means here on the banknote deposited microscopic, not visible to the human eye, optically detectable information with structures with a lying below the resolution of the human eye lateral size of about 50 ⁇ .
  • the banknotes are automatically fed to the reader 1.
  • the banknotes are guided past the reader 1 at high speed and at short time intervals from one another.
  • the reader 1 comprises a digital camera 2 with a camera chip 4 and an optical system 3, which is usually constructed from a plurality of lenses.
  • the optical system 3 in turn has a focal plane 40.
  • the banknote is guided past the optical system 3 as exactly as possible in the focal plane 40 and backlit there by means of a lighting 5.
  • the light beam leaving the banknote strikes the camera chip 4 after passing through the optical system 3 and forms a sharp image of the information there.
  • the image is processed by means of an image processing system (not shown) connected to the camera chip 4.
  • the optical system 3 has a depth of field d 0 .
  • the depth of field d 0 is a tolerance range that extends symmetrically on both sides of the focal plane 40.
  • the optical information of a banknote guided past the optical system 3 within the depth of field d 0 is still imaged as a sharp image on the camera chip 4. At least the image is so sharp that the optical information 7 is recognizable to the image processing system and can be usefully supplied to an evaluation. To generate a sharp image 8, it is therefore sufficient to pass the banknotes within the depth of field d 0 along the focal plane 40 on the reading device 1.
  • the focal planes 40, 41 of the optical system 3 are arranged so far apart from each other that overlap their associated depth of field d 0 , di in the direction of the beam path.
  • Fig. 2 shows the arrangement according to the invention schematically.
  • the two depths of field d 0 , di of the optical system 3 according to the invention add up to approximately twice the total depth of field compared to the known optical system.
  • optical information can also be read from inaccurately fed to the reader 1 according to the invention banknotes.
  • different embodiments of readers 1 according to the invention are presented, whose optical systems 3 each comprise two or more focal planes 40, 41 oriented perpendicular to the beam path and spaced apart parallel to one another.
  • Different categories of optical systems 3 can be distinguished. In each of the systems, the light beam originating from the information to the optical system is shared. The division takes place in different ways.
  • a first category relates to the optical system 3 shown in FIGS. 3 and 4, which is based on the targeted utilization of the dispersion properties of optical components of the optical system 3.
  • a light beam which extends from the optical information and covers several wavelengths, is passed through a dispersive medium.
  • the dispersive medium has different refractive indices for different wavelengths. As a result, the light beam is split into sub-beams according to the wavelength.
  • the second category relates to the optical systems 3 shown in Figs. 5, 6, 7, 10.
  • the light beam outgoing from the optical information is divided, and the sub-beams impose a different optical path length to a common lens 6 or two separate lenses 6, 6a of the same focal length or a corresponding lens system.
  • This category can be distinguished with regard to the type of division of the light beam, namely by a beam splitter which generates two partial beams, or by juxtaposed, partially mirrored reflection planes which theoretically generate partial beams of arbitrarily high order.
  • parts is meant here that the light beam is divided along its entire cross section perpendicular to the direction of the light beam, ie at each point of the cross section in each case both partial beams.
  • the light beam is split into partial beams.
  • Columns are here understood to mean a division of the light beam transversely to the direction of the beam path into a plurality of partial beams. That is, a contiguous portion of the cross section of the light beam is split into a sub-beam and a disjunctively contiguous portion is split off into another sub-beam.
  • 3a, 3b, 3c show a structurally simple form of the reading device 1 according to the invention with a lens 6 which is not corrected for chromatic aberration. In this illustration, the lens 6 is also representative of a plurality of lenses and / or additional lens packages.
  • the light beam emerging from the optical information 7 shown as an arrow in the object space is, if it lies in a first wavelength range ⁇ -1, sharply imaged on the camera chip 4 as image 8, if the optical information 7, as shown in FIG the first focal plane 40 is positioned.
  • Wavelength range is understood to mean a single wavelength here as well.
  • the other two on both sides of the lens 6 most closely spaced from her dashed planes represent the focal length of the lens 6.
  • the focal lengths are also shown in Figures 4a, 4b.
  • the optical information 7 shown in the second focal plane 41 is arranged by the arrow.
  • the image 8 of the optical information 7 imaged with light from the first wavelength range ⁇ -1 is imaged out of the second focal plane 41 on the camera chip 4.
  • the optical information 7 is backlit with light of a second wavelength range ⁇ 2 , and light of the second wavelength range ⁇ 2 is emitted as a light beam from the optical information 7 to the lens 6.
  • the first wavelength range ⁇ -1 is different from the second wavelength range ⁇ 2 .
  • the optical information 7 arranged in the second focal plane 41 is sharply imaged on the camera chip 4 because the lens 6 which is not corrected for chromatic aberration has a longer focal length for the second wavelength range ⁇ 2 than for the first wavelength range ⁇ 1 .
  • the illumination 5 of the optical reading device for this embodiment necessarily comprises at least the first and second wavelength ranges ⁇ 1 , ⁇ 2 .
  • the camera chip 4 is a color sensor chip which discriminates the wavelength ranges ⁇ 1 , ⁇ 2 , that is, the color sensor chip can separately record images associated with different wavelength ranges ⁇ 1 , ⁇ 2 and supply the acquired separate images to a unit for evaluation
  • FIGS. 4a and 4b show a second exemplary embodiment of the optical reading device 1 according to the invention.
  • the operation of this reading device 1 is based on the fact that a dispersive material in the form of a translucent plane-parallel plate 43 is introduced into the beam path.
  • the lens 6 can be corrected for chromatic aberrations or not corrected. In the second case, even more widely spaced focal planes 40, 41 would be possible. Chromatic aberration is in the embodiment in Figs. 4a, 4b not taken into account.
  • the optical information 7 in the second wavelength range ⁇ 2 of the light from the second focal plane 41 is imaged sharply on the camera chip 4 because the plane-parallel plate 43 has a different refractive index ⁇ 2 for the second wavelength range ⁇ 2 than for the second wavelength range ⁇ 2 first wavelength range ⁇ - ⁇ and therefore the refraction angles are different.
  • the illumination 5 of the reading device 1 according to the invention comprises both the first wavelength range ⁇ -1 and the second wavelength range ⁇ 2 .
  • the camera chip 4 is in turn a color sensor chip and can discriminate the two wavelength ranges ⁇ - 1 , ⁇ 2 .
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the reading device 1 according to the invention, which is assigned to the second category by dividing the light beam emerging from the optical information 7.
  • the light beam is fed to a beam splitter 50.
  • the beam splitter 50 is located in Fig. 5, between the optical information and two identical lenses 6, 6a. But it can also be placed between a single lens 6 and two camera chips 4, 4 a.
  • Each of the two lenses 6 6a is each a camera chip 4, 4a arranged downstream in the beam path. If the optical information 7 is located in the first focal plane 40, then it is sharply imaged on the camera chip 4; if the optical information is located in the second focal plane 41, it is sharply imaged on the second camera chip 4a.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the optical reading device 1 according to the invention with a camera chip 4 and a lens 6.
  • the optical system 3 comprises not only the lens 6 but also two reflection planes 60, 61 arranged side by side, which are arranged parallel to one another.
  • the two reflection planes 60, 61 are arranged between the optical information 7 and the lens 6.
  • the two reflection planes 60, 61 split the light beam into sub-beams of different orders. First order light is transmitted through the first reflection plane 60 and subsequently also transmitted through the second reflection plane 61.
  • the second-order light is the light transmitted through the first reflection plane 60 and subsequently reflected by the second reflection plane 61 and then reflected by the first reflection plane 60 and then transmitted through the second reflection plane 61. Accordingly, the light of higher orders affects further reflections. The higher the order, the weaker the intensity of the light.
  • the first-order light is sharply imaged on the camera chip 4. If an object is located in the first focal plane 40, the second-order light is sharply imaged on the camera chip 4.
  • the optical system 3 therefore also has a third, fourth, etc. focal plane. Disadvantageously, the light of higher orders is weaker than the light of lower orders. Moreover, the image 8 of the optical information 7 is imaged on the camera chip 4 for each of the orders at the same location.
  • 7 shows a fifth embodiment of the optical reading device 1 according to the invention with two reflection planes 70, 71 arranged next to one another, wherein the first reflection plane 70 is made partially transparent and the second reflection plane 71 almost completely reflects the incident light.
  • the two reflection planes 70, 71 are arranged between the optical information 7 and the lens 6. However, they can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4.
  • the two reflection planes 70, 71 split the light beam into partial beams of different orders.
  • the first order light is the light reflected from the first reflection plane 70
  • the second order light is the light of the sub-beam transmitted through the first reflection plane 70 and subsequently reflected by the second reflection plane 71 and subsequently transmitted through the first reflection plane 70. Partial beams of higher orders concern further reflections. The higher the order, the weaker the intensity of the light is also in this case. If optical information 7 is located in the second focal plane 41, the first-order light is sharply imaged on the camera chip 4.
  • the second-order light is sharply imaged on the camera chip 4.
  • the sub-beams of different orders are superimposed as images 8, 8a on the camera chip 4 at the same location.
  • VerLiteungs grade and thus the reflectivities of the two reflection planes 70, 71 can be adjusted so that the partial beams of the first two orders on the camera chip 4 are about equally strong.
  • Fig. 8 relates to a sixth embodiment of the optical reader.
  • the optical system comprises a plane-parallel sub-plate 80, which, however, in contrast to the plane-parallel plate of FIG. 4, is introduced only into a subregion of the beam path.
  • the plane-parallel sub-plate 80 is in this embodiment between the optical information 7 and the lens 6. It can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4.
  • the plane-parallel sub-plate 80 causes a first sub-region of the camera chip 4 to be assigned to the first focal plane 40 and another sub-region of the camera chip 4 to be assigned to the second focal plane 41.
  • the optical information 7 can only be read completely in this reading device 1 if the optically readable information is applied twice identically to the banknote and is in each case located completely in a subregion of the camera chip 4.
  • Fig. 9 shows a modification of the embodiment in Fig. 8, in which case a plane-parallel step plate 90 is introduced into the beam path.
  • the plane-parallel step plate 90 is in this embodiment between the optical information 7 and the lens 6. It can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4.
  • the plane-parallel step plate 90 causes each one part of the camera chip 4 is assigned to a respective other focal plane 40, 41, 42.
  • the information 7 can only be read out completely in this optical reader 1 if it is repeated identically in triplicate on the banknote and is completely reflected as image 8, 8a, 8b in each case in one of the subregions of camera chip 4.
  • FIG. 10 shows an eighth embodiment of the optical reader 1 with an optical system 3 comprising a beam splitter 50 and a mirror 100.
  • Beam splitter 50 and mirror 100 are again in the beam path between optical information 7 and the lens 6. However, they can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4.
  • the beam splitter 50 splits the light beam into two sub-beams, while one of the sub-beams on the way to the camera chip 4 passes through a longer optical path than the other sub-beam.
  • the two partial beams are imaged on the camera chip 4 in an offset manner, thereby two images 8, 8a of the same subarea of the banknote are imaged side by side on the camera chip, the focal planes 40, 41 of the two images 8, 8a differing.

Abstract

The invention relates to an optical reading device (1) for optical information (7) on a carrier, in particular on a banknote, comprising an illumination unit (5) for producing a light beam coming from the information (7), an optical system (3) having at least two focal planes (40, 41, 42) at a distance from each other, which optical system divides the light beam into at least two sub-beams, at least one image sensor (4, 4a), on which each of the sub-beams produces images (8, 8a, 8b) of the information (7) of different sharpness, and an image processing system, which is connected to the at least one image sensor (4, 4a) and which determines an image (8, 8a, 8b) having the highest sharpness.

Description

Beschreibung  description
Sensor mit mehreren Fokuslagen Sensor with several focal positions
Die Erfindung betrifft ein optisches Lesegerät für optische Information auf einem Träger, insbesondere einer Banknote, sowie ein Verfahren zum Auslesen von optischer Information auf einem Träger, insbesondere einer Banknote. The invention relates to an optical reader for optical information on a support, in particular a banknote, and to a method for reading out optical information on a support, in particular a banknote.
Zur Erhöhung der Fälschungssicherheit von Banknoten können diese mit maschinenlesbarer Information ausgestattet werden. Als Information kommen zum Beispiel Währung, Denomination, Herstellungsinformation wie Hersteller, Ort, Datum, Chargennummer, stückindividuelle Information wie Seriennummern, Korrelationsinformation, Information über stückindividuelle Eigenschaften des Scheins, z. B. Verteilung von UV-Fasern in Frage. Die Information kann unverschlüsselt oder verschlüsselt abgelegt sein. Die Information kann versteckt oder offen abgelegt sein. Information auf Banknoten kann zum Beispiel mittels elektrischer Schaltkreise, mittels magnetischer Materialien, mittels Bedruckung oder mittels Belaserung abgelegt sein. Die Information kann elektrisch erfassbar, magnetisch erfassbar oder optisch erfassbar sein. Beispiele für Informationsträger sind RFID Chips, Magnetstreifen und Barcodes. To increase the counterfeit security of banknotes, these can be equipped with machine-readable information. As information comes, for example, currency, denomination, manufacturing information such as manufacturer, place, date, batch number, piece-specific information such as serial numbers, correlation information, information about piece-individual characteristics of the bill, z. B. distribution of UV fibers in question. The information can be stored unencrypted or encrypted. The information may be hidden or open. Information on banknotes can be stored, for example, by means of electrical circuits, by means of magnetic materials, by means of printing or by means of texturing. The information may be electrically detectable, magnetically detectable or optically detectable. Examples of information carriers are RFID chips, magnetic strips and barcodes.
Die Erfindung betrifft die Klasse der optisch erfassbaren Information, die unter anderem mittels Bedruckung oder mittels Belaserung in die Banknote eingebracht werden kann. Oft ist es bei dieser Klasse optischer Information wünschenswert, dass die Information und der Informationsträger für den menschlichen Betrachter nicht offensichtlich sind. Um dies zu erreichen, kann die Information zum Beispiel im für den Menschen wahrnehmbaren Wellenlängenbereich von ca. 400-700 nm nicht sichtbar abgelegt sein. Information kann mikroskopisch klein abgelegt sein, mit Strukturgrößen unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges. Versteckte optische Information, die in eine Banknote oder Teile einer Banknote eingebracht ist, kann beispielsweise aus kleinen, laserinduzierten Markierungen bestehen, deren jeweilige Strukturgröße unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegt. Als Markierung wird dabei eine laserinduzierte Materialveränderung eines Bestandteils der Banknote angesehen, die mit geeigneten Detektoren optisch detektierbar ist. Beispielsweise kann durch einen Laserbearbeitungsprozess die Transmissions- und/oder Reflexionseigenschaft eines Substrats der Banknote oder eines weiteren Bestandteils der Banknote wie beispielsweise eines Folienstreifens oder der Druckfarbe des Banknotenpapiers selber, lokal geändert werden oder ein lokaler Materialabtrag induziert werden. Laserinduziert bedeutet, dass die informationsbeinhaltenden Strukturen durch lokales Einwirken von Laserstrahlung erzeugt werden. The invention relates to the class of optically detectable information that can be introduced, inter alia, by means of printing or by means of denazification in the banknote. Often, with this class of optical information, it is desirable that the information and information carrier be not obvious to the human observer. In order to achieve this, the information can, for example, be stored invisibly in the wavelength range of approximately 400-700 nm which is perceptible for humans. Information can be stored microscopically small, with feature sizes below the resolution of the human eye. Hidden optical information that is introduced into a banknote or parts of a banknote, for example, from small, laser-induced markings exist whose respective structure size is below the resolution limit of the human eye. In this case, a laser-induced change in the material of a component of the banknote is considered as marking, which is optically detectable with suitable detectors. For example, by a laser processing process, the transmission and / or reflection property of a substrate of the banknote or another component of the banknote, such as a foil strip or the printing ink of the banknote paper itself, can be changed locally or a local material removal can be induced. Laser-induced means that the information-containing structures are generated by local action of laser radiation.
Der Bereich auf dem Träger, in dem die versteckte optische Information untergebracht ist, kann im Vergleich zu den Strukturen selbst groß sein und liegt typischerweise im Bereich von einem Quadratmillimeter bis hin zur gesamten Fläche des Trägers. Zur Auswertung der optisch erfassbaren Information bedient man sich spezieller Lesegeräte. Es stehen Lesegeräte für die manuelle Zuführung der Banknoten sowie Lesegeräte für die automatisierte Zuführung von Banknoten zur Verfügung. Im Falle der automatisierten Zuführung werden die Banknoten mit hoher Geschwindigkeit an dem Lesegerät vorbeigeführt, hierbei kann die Position der Banknote relativ zum Lesegerät von Lesevorgang zu Lesevorgang unterschiedlich sein. Nachteilig an Lesegeräten gemäß dem Stand der Technik ist, dass das optische System dieser Lesegeräte nur eine Fokusebene aufweist, das heißt nur eine Ebene aufweist, in der die optische Information der Banknote angeordnet sein muss, um auf dem Kamerachip ein scharfes Bild abzubilden. Die Banknote muss sich nahe bei der Fokusebene befinden. Je weiter entfernt sie von der Fokusebene ist, desto unschärfer wird das Bild auf dem Sensorchip. Die Fokusebene hat meist einen Toleranzbereich, der Schärfentiefe genannt wird. Außerhalb der Schärfentiefe wird das Bild so unscharf, dass die optische Information nicht mehr ausgewertet werden kann. Lesegeräte zur Auswertung optisch erfassbarer Information sind aus dem Bereich des Barcodescannens bekannt. EP 1 496 464 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum optischen Abtasten von Markierungen auf Objekten, zum Beispiel von Barcodes, mit wenigstens zwei lichtemittierenden Sendern und einem rotierenden Polygonspiegel, der die Lichtstrahlen der Sender auf die abzutastenden Markierungen und das von den Markierungen reflektierte Licht auf ein Empfängersystem lenkt. Die Lichtstrahlen treffen unter unterschiedlichen Winkeln gegen den rotierenden Polygonspiegel; jedem Sender ist ein getrenntes Empfängersystem zugeordnet, wodurch zwei getrennte Sender- Empfänger-Kanäle gebildet sind, die die Markierungen phasenversetzt und omnidirektional abtasten. Aus US 4,808,804 ist ein Laserabtastsystem zum Lesen von Strichcodesymbolen bekannt, bei der ein austretender Laserstrahl, dessen Arbeitsdistanz und/oder Lesepunktgröße sich verändern lassen, die zu lesenden Symbole überstreicht. Dabei wird eine Querschnittsfläche durch ein Laserstrahlbündel von vorbestimmter Abmessung und vorbestimmtem Abstand zur Gehäuseöffnung variiert. Das Laserabtastsystem soll auf diese Weise so genannte Hl-D(„high density") - Symbole und LO-D(„low density") - Symbole unter den UPC(Universal Product Code)-Symbolen lesen können. The area on the support in which the hidden optical information is accommodated can be large in comparison to the structures themselves and is typically in the range of one square millimeter up to the entire surface of the support. For the evaluation of optically detectable information to use special readers. There are readers for the manual feeding of banknotes as well as readers for the automated feeding of banknotes. In the case of automated feeding, the banknotes are passed past the reader at high speed, in which case the position of the banknote relative to the reading device may be different from reading to reading. A disadvantage of reading devices according to the prior art is that the optical system of these readers has only one focal plane, that is, only one plane in which the optical information of the banknote must be arranged in order to image a sharp image on the camera chip. The banknote must be close to the focal plane. The farther away it is from the focal plane, the blurrier the image on the sensor chip becomes. The focal plane usually has a tolerance range, which is called the depth of field. Outside of the depth of field, the image is so blurred that the optical information can no longer be evaluated. Readers for evaluating optically detectable information are known from the field of bar code scanning. EP 1 496 464 A1 describes an apparatus for optically scanning markings on objects, for example bar codes, with at least two light emitting transmitters and a rotating polygon mirror which directs the light beams of the transmitters onto the markings to be scanned and the light reflected from the markings onto a receiver system directs. The light rays hit at different angles against the rotating polygon mirror; Each transmitter is associated with a separate receiver system, thereby forming two separate transmitter-receiver channels which scan the tags out of phase and omnidirectional. US Pat. No. 4,808,804 discloses a laser scanning system for reading bar code symbols, in which an emerging laser beam whose working distance and / or reading point size can be changed passes over the symbols to be read. In this case, a cross-sectional area is varied by a laser beam of predetermined dimension and a predetermined distance to the housing opening. In this way, the laser scanning system should be able to read so-called high-density (HID) symbols and LO-D (low density) symbols among the UPC (Universal Product Code) symbols.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lesegerät für optische Information auf Trägern, insbesondere Banknoten, zur Verfügung zu stellen, das eine größere Schärfentiefe aufweist, sowie ein Verfahren zum Auslesen von optischer Information auf einem Träger, insbesondere einer Banknote, zur Verfügung zu stellen, bei dem die Information in einem gegenüber dem Stand der Technik größeren Bereich um die Fokusebene angeordnet sein darf und dennoch ausgelesen werden kann. The invention has for its object to provide a reader for optical information on carriers, in particular banknotes, which has a greater depth of field, and to provide a method for reading optical information on a carrier, in particular a banknote, in which the information may be arranged in a region which is larger in relation to the prior art around the focal plane and nevertheless can be read out.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes optisches Lesegerät mit den Merkmalen des Anspruchs eins gelöst. With regard to the device, the object is achieved by an aforementioned optical reader with the features of claim one.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Das optische Lesegerät weist im Strahlengang eine Beleuchtung zur Erzeugung eines von der optischen Information abgehenden Lichtstrahls auf sowie ein optisches System mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Fokusebenen, wobei der Lichtstrahl im optischen System in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die jeweils einer der Fokusebenen zugeordnet sind. Das optische Lesegerät umfasst weiterhin wenigstens einen Bildsensor, auf dem die einzelnen Teilstrahlen zu Abbildungen der optischen Information unterschiedlicher Schärfe führen, sowie ein Bildverarbeitungssystem, das an den wenigstens einen Bildsensor angeschlossen ist und die Schärfe einer Abbildung bestimmt und eine Abbildung mit der höchsten Schärfe bestimmt. Die beiden Fokusebenen sind vorzugsweise gerade so weit voneinander entfernt, dass sich die Schärfentiefen der einzelnen Fokusebenen überlappen und somit eine Gesamtschärfentiefe ausbilden, die etwas weniger als die Summe der beiden einzelnen Schärfentiefen umfasst. Somit kann die optische Information auf dem Träger in einem gegenüber dem Stand der Technik größeren durch die Schärfentiefe bestimmten Bereich ausgelesen werden. Dadurch wird eine Positionstoleranz des Trägers im Lesegerät, in der die Information noch extrahiert werden kann, vergrößert. Dies ist insbesondere bei mikroskopischen Anwendungen von Vorteil, wenn Strukturen von unter 50 μηη Größe abgebildet werden müssen. Bei solchen Anwendungen haben herkömmliche Lesegräte eine zu geringe Schärfentiefe. The optical reader has illumination in the beam path for generating a light beam outgoing from the optical information, and an optical system having at least two spaced apart focal planes, wherein the light beam is split in the optical system into at least two sub-beams each associated with one of the focal planes. The optical reading device further comprises at least one image sensor on which the individual sub-beams lead to images of the optical information of different sharpness, and an image processing system which is connected to the at least one image sensor and determines the sharpness of an image and determines an image with the highest sharpness. The two focal planes are preferably just so far apart that the depths of focus of the individual focal planes overlap and thus form a total depth of field that is slightly less than the sum of the two individual depths of field. Thus, the optical information can be read out on the carrier in a larger than the prior art determined by the depth of field range. As a result, a positional tolerance of the carrier in the reading device in which the information can still be extracted is increased. This is particularly advantageous in microscopic applications when structures of less than 50 μm must be imaged. In such applications, conventional reading devices are too shallow in depth.
Vorzugsweise ist die optische Information optisch erfassbar und/oder mikroskopisch und/oder maschinenlesbar. Die optische Information kann insbesondere ein Sicherheitsmerkmal umfassen. Preferably, the optical information is optically detectable and / or microscopic and / or machine-readable. The optical information may in particular comprise a security feature.
Optisch erfassbar bedeutet, dass die Strukturen, die die Information bilden, mittels einer Beleuchtung beleuchtet und mittels eines optischen Systems abgebildet werden können und einer Auswertung durch Bildverarbeitung zugeführt werden können. Mikroskopisch erfassbare Information auf Trägern, insbesondere Banknoten, bedeutet, dass die Information in Strukturen abgelegt ist, deren typische laterale Größe unter 50 μηη ist. Visually detectable means that the structures that form the information can be illuminated by means of illumination and imaged by means of an optical system and can be supplied to an evaluation by image processing. Microscopically detectable information on carriers, in particular bank notes, means that the information is stored in structures whose typical lateral size is below 50 μm.
Günstigerweise ist die Information maschinenlesbar. Das heißt, dass durch ein Bildverarbeitungs- und Auswertesystem vorher eingespeicherte Daten extrahiert und weiterverarbeitet werden können. Das erfindungsgemäße Lesegerät ermöglicht es, maschinenlesbare Information auf Trägern, insbesondere Banknoten auszulesen. Conveniently, the information is machine-readable. This means that previously stored data can be extracted and further processed by an image processing and evaluation system. The reader according to the invention makes it possible to read machine-readable information on carriers, in particular banknotes.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Auslesen von optischer Information auf einem Träger, insbesondere einer Banknote, gelöst, indem die optische Information beleuchtet wird, ein von der optischen Information abgehender Lichtstrahl erzeugt wird, der Lichtstrahl durch ein wenigstens zwei voneinander beabstandete Fokusebenen aufweisendes optisches System in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die jeweils einer der Fokusebenen zugeordnet sind, die Teilstrahlen auf wenigstens einen Bildsensor zu Abbildungen der optischen Information unterschiedlicher Schärfe führen, die unterschiedlichen Schärfen bestimmt werden und die optische Information anhand der Schärfe der Abbildungen ausgewertet wird. With regard to the method, the object is achieved by a method for reading out optical information on a carrier, in particular a banknote, by illuminating the optical information, generating a light beam departing from the optical information, the light beam through at least two mutually spaced focal planes splitting optical system is divided into at least two sub-beams, each associated with one of the focal planes, the sub-beams on at least one image sensor to images of the optical information different sharpness lead, the different sharpness are determined and the optical information is evaluated based on the sharpness of the images.
Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung mit einem der oben genannten Lesegräte. The method is particularly suitable for carrying out with one of the above-mentioned reading devices.
Grundsätzlich ermöglichen es die erfindungsgemäßen optischen Systeme den von der optischen Information abgehenden Lichtstrahl in einzelne Teilstrahlen aufzuteilen. Die erfindungsgemäßen optischen Lesegeräte lassen sich insbesondere in drei Kategorien unterteilen, je nachdem auf welche Art und Weise der von der optischen Information abgehende Lichtstrahl in Teilstrahlen aufgeteilt wird. Unter dem Begriff des Aufteilens wird hier eine Vielzahl unterschiedlicher Vorgänge verstanden. In principle, the optical systems according to the invention make it possible to divide the light beam outgoing from the optical information into individual partial beams. The optical readers according to the invention can be subdivided into three categories, depending on the manner in which the light beam originating from the optical information is split up into partial beams. The term "splitting" is understood here to mean a multiplicity of different processes.
Dabei erfolgt die Aufteilung des Lichtstrahls in einer ersten Kategorie der optischen Systeme durch Zerlegung bezüglich der Wellenlänge; in der zweiten Kategorie wird der Lichtstrahl entlang eines Querschnitts des Lichtstrahls in gleichwertige Teilstrahlen geteilt. In einer dritten Kategorie wird der Lichtstrahl quer zur Richtung des Strahlenganges in Teilstrahlen aufgespalten. Den Teilstrahlen wird auf verschiedene Weise eine individuelle Fokusebene zugeordnet. In this case, the division of the light beam in a first category of the optical systems takes place by decomposition with respect to the wavelength; in the second category, the light beam is divided into equivalent partial beams along a cross section of the light beam. In a third category, the light beam is split into sub-beams transversely to the direction of the beam path. The sub-beams are assigned in different ways to an individual focal plane.
Die erste Kategorie optischer Systeme macht von der Dispersionseigenschaft optischer Bauteile Gebrauch. Dispersive Bauteile weisen für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Brechungsindizes auf. Die einzelnen Wellenlängen werden also unterschiedlich stark an den Grenzflächen, beispielsweise zwischen Luft und Medium gebrochen. Ein das dispersive Bauteil umfassendes optisches System weist für einen ersten Wellenlängenbereich eine erste Fokusebene und für einen zweiten Wellenlängenbereich eine davon beabstandete zweite Fokusebene auf. The first category of optical systems makes use of the dispersion property of optical components. Dispersive components have different refractive indices for different wavelengths. The individual wavelengths are thus broken to different degrees at the interfaces, for example between air and medium. An optical system comprising the dispersive component has a first focal plane for a first wavelength range and a second focal plane spaced therefrom for a second wavelength range.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt die Beleuchtung daher wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen bereit, und das optische System umfasst ein dispersives Bauteil, das nach wenigstens zwei Wellenlängen zerlegte Teilstrahlen zur Verfügung stellt und der Bildsensor als zumindest die zwei Wellenlängen diskriminierender, wenigstens zwei Farbkanäle aufweisender Farbbildsensor ausgebildet ist. Je nachdem, in welcher Fokusebene die optische Information positioniert ist, ist auf dem Bildsensor ein Bild der optischen Information in dem zugehörigen Wellenlängenbereich scharf gestellt. Der Bildsensor muss notwendigerweise Bilder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche voneinander unterscheiden können, das heißt der Bildsensor ist ein Farbbildsensor, und er kann Wellenlängenbereiche diskriminieren. Therefore, in a preferred embodiment of the invention, the illumination provides at least two different wavelengths, and the optical system comprises a dispersive component providing partial beams separated by at least two wavelengths and the image sensor as at least the two wavelengths of discriminating color image sensor having at least two color channels is trained. Depending on in which focal plane the optical information is positioned, on the image sensor is an image of the optical information in the associated Wavelength range focused. The image sensor must necessarily be able to distinguish images of different wavelength ranges from each other, that is, the image sensor is a color image sensor, and it can discriminate wavelength ranges.
In der zweiten Kategorie von optischen Systemen wird ein von der optischen Information abgehender Lichtstrahl an jeder Stelle entlang seines Querschnitts geteilt, so dass wenigstens zwei Teilstrahlen entstehen, von denen zumindest einer so umgeleitet ist, dass die optische Weglänge der verschiedenen Teilstrahlen im optischen System unterschiedlich ist. In the second category of optical systems, a light beam emanating from the optical information is divided at each point along its cross section, so that at least two partial beams emerge, at least one of which is diverted such that the optical path length of the different partial beams in the optical system is different ,
Günstigerweise ist dafür eine Strahlteilungseinrichtung im optischen System vorgesehen. Conveniently, a beam splitting device is provided in the optical system for this purpose.
Vorzugsweise umfasst die Strahlteilungseinrichtung einen Strahlteiler, der den Lichtstrahl in wenigstens zwei einzelne Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Weglänge teilt, und jeder der beiden Teilstrahlen trifft auf einen eigenen Bildsensor. Diese Ausführungsform ist konstruktiv besonders einfach und stellt darüber hinaus voneinander getrennte, leicht auswertbare Bilder zur Verfügung. Es ist auch denkbar einen gemeinsamen Bildsensor zu verwenden und jedes der Bilder auf einem separaten Teilbereich des Bildsensors abzubilden. Dazu kann in dem einen der beiden Teilstrahlen ein Spiegel zum Umlenken auf eine Linse vorgesehen sein. The beam splitting device preferably comprises a beam splitter which splits the light beam into at least two individual sub-beams of different optical path length, and each of the two sub-beams strikes a separate image sensor. This embodiment is structurally particularly simple and also provides separate, easy-to-evaluate images. It is also conceivable to use a common image sensor and to image each of the images on a separate subarea of the image sensor. For this purpose, a mirror for deflecting onto a lens can be provided in one of the two partial beams.
In einer anderen Variante umfasst die Strahlteilungseinrichtung wenigstens zwei nebeneinander angeordnete, teillichtdurchlässige Reflexionsebenen, die den Lichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Ordnung teilen. Die Reflexionsebenen können parallel oder in einem Winkel schräg zueinander angeordnet sein. Durch Verändern des Winkels können die verschiedenen Bilder der optischen Information überlagernd oder getrennt voneinander auf dem Bildsensor abgebildet werden. In another variant, the beam splitting device comprises at least two juxtaposed, partially transparent reflector planes which divide the light beam into partial beams of different order. The reflection planes can be arranged parallel or at an angle at an angle to each other. By changing the angle, the various images of the optical information can be imaged on the image sensor superimposed or separated from each other.
Die dem wenigstens einen Bildsensor zugeführten Teilstrahlen können auf der den Fokusebenen abgewandten oder zugewandten Seite der Reflexionsebenen angeordnet sein. The partial beams fed to the at least one image sensor can be arranged on the side of the reflection planes facing away from the focal planes or facing them.
In einer weiteren Variante umfasst die Strahlteilungseinrichtung ein doppelbrechendes Medium, das den Lichtstrahl polarisationsabhängig in zwei Teilstrahlen aufteilt. In der dritten Kategorie wird der Lichtstrahl quer zur Richtung des Lichtstrahls in wenigstens zwei Teilstrahlen gespalten. Konstruktiv ist dazu vorzugsweise ein Bauteil im Strahlengang des Lesegerätes vorgesehen, das den Lichtstrahl in wenigstens zwei Teilstrahlen quer zur Richtung des Lichtstrahl spaltet und jeder Teilstrahl auf einen anderen Teilbereich des Bildsensors trifft. Hierbei kann es je nach Ausführungsform dazu kommen, dass die Teilstrahlen nur jeweils disjunkte Teilbereiche der optischen Information auf den Bildsensor abbilden. In diesem Fall muss ein Träger mit einer der Anzahl der Teilstrahlen entsprechenden Redundanz der optisch lesbaren Informationen zur Verfügung gestellt werden. In a further variant, the beam splitting device comprises a birefringent medium which divides the light beam into two partial beams depending on the polarization. In the third category, the light beam is split transversely to the direction of the light beam into at least two partial beams. Structurally, a component in the beam path of the reading device is preferably provided for this, which splits the light beam into at least two partial beams transversely to the direction of the light beam and each partial beam impinges on another portion of the image sensor. Depending on the embodiment, it may happen that the partial beams only image disjoint portions of the optical information onto the image sensor. In this case, a carrier must be provided with a redundancy of the optically readable information corresponding to the number of sub-beams.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bauteil ein Prisma auf, entweder als Transmissions- oder als Reflektionsprisma ausgeführt. In a particularly preferred embodiment of the invention, the component has a prism, designed either as a transmission prism or as a reflection prism.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bauteil eine planparallele Platte auf. In a particularly preferred embodiment of the invention, the component has a plane-parallel plate.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bauteil eine gestufte planparallele Platte auf. In a particularly preferred embodiment of the invention, the component has a stepped plane-parallel plate.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Abstand der voneinander getrennten Fokusebenen maximal 10 mm. Günstigerweise beträgt die Größe zumindest von Teilen der Strukturen der optischen Information weniger als 50 μηη. In a further preferred embodiment of the invention, a distance of the separate focal planes is a maximum of 10 mm. The size of at least parts of the structures of the optical information is advantageously less than 50 μm.
Die Erfindung wird anhand von mehreren Ausführungsbeispielen in 13 Figuren beschrieben. Dabei zeigen: The invention will be described with reference to several embodiments in FIG. 13. Showing:
Fig. 1 eine schematische Abbildung eines Lesegerätes gemäß dem Stand der Fig. 1 is a schematic illustration of a reading device according to the prior
Technik,  Technology,
Fig. 2 eine schematische Abbildung eines erfindungsgemäßen Lesegerätes, 2 shows a schematic illustration of a reading device according to the invention,
Fig. 3a, 3b, 3c eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einer gegen chromatische Aberration nicht korrigierten Linse, 4a, 4b ein erfindungsgemäßes Lesegerät mit in den Strahlengang eingebrachten planparallelen Platten, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einem Strahlteiler und zwei Linsen unterschiedlicher Brennweite, Fig. 6 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit zwei parallel zueinander angeordneten teillichtdurchlässigen Reflexionsebenen im Strahlengang, 3a, 3b, 3c show an embodiment of the reading device according to the invention with a lens not corrected for chromatic aberration, 4a, 4b, a reader according to the invention with introduced into the beam path plane-parallel plates, Fig. 5 shows a third embodiment of the reader according to the invention with a beam splitter and two lenses of different focal lengths, Fig. 6 shows a fourth embodiment of the reader according to the invention with two mutually parallel teillichtdurchlässigen reflection planes in the beam path .
Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einer teillichtdurchlässigen Reflexionsebene und einer Reflexionsebene und einer in den Strahlengang eingebrachten Linse, 7 shows a fifth embodiment of the reading device according to the invention with a part-light-permeable reflection plane and a reflection plane and a lens introduced into the beam path,
Fig. 8 eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einer in einen Teil des Strahlenganges eingebrachten planparallelen Platte, Fig. 9 eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einer gestuften planparallelen Platte, die in den Strahlengang eingebracht ist, 8 shows a sixth embodiment of the reading device according to the invention with a plane-parallel plate introduced into a part of the beam path, FIG. 9 shows a seventh embodiment of the reading device according to the invention with a stepped plane-parallel plate which is introduced into the beam path,
Fig. 10 eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes mit einem in den Strahlengang eingebrachten Strahlteiler und einem Spiegel. 10 shows an eighth embodiment of the reading device according to the invention with a beam splitter inserted into the beam path and a mirror.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines im Stand der Technik bekannten Lesegerätes 1 . Das in Fig. 1 dargestellte Lesegerät 1 eignet sich zum Auslesen von auf Banknoten aufgebrachter optischer Information 7. Fig. 1 shows schematically the structure of a known in the prior art reading device. 1 The reading device 1 shown in FIG. 1 is suitable for reading out optical information 7 applied to banknotes.
Optische Information 7 bedeutet hier auf der Banknote abgelegte mikroskopische, für das menschliche Auge nicht erkennbare, optisch erfassbare Information mit Strukturen mit einer unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges liegenden lateralen Größe von ca. 50 μηι. Die Banknoten werden dem Lesegerät 1 automatisiert zugeführt. Dabei werden die Banknoten mit hoher Geschwindigkeit und in kurzen zeitlichen Abständen voneinander an dem Lesegerät 1 vorbeigeführt. Das Lesegerät 1 umfasst eine Digitalkamera 2 mit einem Kamerachip 4 und einem optischen System 3, das in der Regel aus einer Mehrzahl von Linsen aufgebaut ist. Das optische System 3 wiederum weist eine Fokusebene 40 auf. Die Banknote wird möglichst exakt in der Fokusebene 40 entlang an dem optischen System 3 vorbeigeführt und dort mittels einer Beleuchtung 5 hinterleuchtet. Der von der Banknote abgehende Lichtstrahl trifft nach Durchgang durch das optische System 3 den Kamerachip 4 und bildet dort ein scharfes Bild der Information ab. Das Bild wird mittels eines an den Kamerachip 4 angeschlossenen (nicht dargestellten) Bildverarbeitungssystems verarbeitet. Optical information 7 means here on the banknote deposited microscopic, not visible to the human eye, optically detectable information with structures with a lying below the resolution of the human eye lateral size of about 50 μηι. The banknotes are automatically fed to the reader 1. The banknotes are guided past the reader 1 at high speed and at short time intervals from one another. The reader 1 comprises a digital camera 2 with a camera chip 4 and an optical system 3, which is usually constructed from a plurality of lenses. The optical system 3 in turn has a focal plane 40. The banknote is guided past the optical system 3 as exactly as possible in the focal plane 40 and backlit there by means of a lighting 5. The light beam leaving the banknote strikes the camera chip 4 after passing through the optical system 3 and forms a sharp image of the information there. The image is processed by means of an image processing system (not shown) connected to the camera chip 4.
Das optische System 3 weist eine Schärfentiefe d0 auf. Die Schärfentiefe d0 ist ein Toleranzbereich, der sich symmetrisch auf beiden Seiten der Fokusebene 40 erstreckt. Die optische Information einer innerhalb der Schärfentiefe d0 an dem optischen System 3 vorbeigeführten Banknote wird noch als scharfes Bild auf dem Kamerachip 4 abgebildet. Zumindest ist das Bild so scharf, dass die optische Information 7 für das Bildverarbeitungssystem erkennbar ist und einer Auswertung sinnvoll zugeführt werden kann. Zur Erzeugung eines scharfen Bildes 8 genügt es daher, die Banknoten innerhalb der Schärfentiefe d0 entlang der Fokusebene 40 am Lesegerät 1 vorbeizuführen. The optical system 3 has a depth of field d 0 . The depth of field d 0 is a tolerance range that extends symmetrically on both sides of the focal plane 40. The optical information of a banknote guided past the optical system 3 within the depth of field d 0 is still imaged as a sharp image on the camera chip 4. At least the image is so sharp that the optical information 7 is recognizable to the image processing system and can be usefully supplied to an evaluation. To generate a sharp image 8, it is therefore sufficient to pass the banknotes within the depth of field d 0 along the focal plane 40 on the reading device 1.
Die im Weiteren vorgestellten erfindungsgemäßen Lesegeräte 1 weisen im Gegensatz zum Lesegerät 1 im Stand der Technik optische Systeme 3 mit zwei voneinander entlang des Strahlenganges beabstandet angeordneten ersten und zweiten Fokusebenen 40, 41 auf mit einer ersten Schärfentiefe d0 und einer zweiten Schärfentiefe di. Die Fokusebenen 40, 41 des optischen Systems 3 sind dabei so weit voneinander beabstandet angeordnet, dass sich die ihnen zugeordneten Schärfentiefen d0, di in Richtung des Strahlenganges überlappen. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung schematisch. Die beiden Schärfentiefen d0, di des erfindungsgemäßen optischen Systems 3 addieren sich in etwa zu einer gegenüber dem bekannten optischen System doppelt so großen Gesamtschärfentiefe auf. Somit kann optische Information auch noch von ungenau dem erfindungsgemäßen Lesegerät 1 zugeführten Banknoten ausgelesen werden. Es werden im Folgenden unterschiedliche Ausführungsformen erfindungsgemäßer Lesegeräte 1 vorgestellt, deren optische Systeme 3 jeweils zwei oder mehr senkrecht zum Strahlengang ausgerichtete und parallel voneinander beabstandete Fokusebenen 40, 41 umfassen. The readers 1 according to the invention presented in the following, unlike the reader 1 in the prior art optical systems 3 with two mutually spaced along the beam path arranged first and second focal planes 40, 41 with a first depth of field d 0 and a second depth of field di. The focal planes 40, 41 of the optical system 3 are arranged so far apart from each other that overlap their associated depth of field d 0 , di in the direction of the beam path. Fig. 2 shows the arrangement according to the invention schematically. The two depths of field d 0 , di of the optical system 3 according to the invention add up to approximately twice the total depth of field compared to the known optical system. Thus, optical information can also be read from inaccurately fed to the reader 1 according to the invention banknotes. In the following, different embodiments of readers 1 according to the invention are presented, whose optical systems 3 each comprise two or more focal planes 40, 41 oriented perpendicular to the beam path and spaced apart parallel to one another.
Dabei können verschiedene Kategorien optischer Systeme 3 unterschieden werden. In jedem der Systeme wird der Lichtstrahl, der von der Information zum optischen System abgeht, geteilt. Die Teilung erfolgt auf unterschiedliche Weise. Eine erste Kategorie betrifft das in den Fig. 3 und 4 dargestellte optische System 3, das auf der gezielten Ausnutzung der Dispersionseigenschaften optischer Bauteile des optischen Systems 3 beruht. Dort wird ein von der optischen Information abgehender, mehrere Wellenlängen umfassender Lichtstrahl durch ein dispersives Medium geleitet. Das dispersive Medium weist definitionsgemäß für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Brechungsindizes auf. Dadurch wird der Lichtstrahl nach der Wellenlänge in Teilstrahlen zerlegt. Different categories of optical systems 3 can be distinguished. In each of the systems, the light beam originating from the information to the optical system is shared. The division takes place in different ways. A first category relates to the optical system 3 shown in FIGS. 3 and 4, which is based on the targeted utilization of the dispersion properties of optical components of the optical system 3. There, a light beam, which extends from the optical information and covers several wavelengths, is passed through a dispersive medium. By definition, the dispersive medium has different refractive indices for different wavelengths. As a result, the light beam is split into sub-beams according to the wavelength.
Die zweite Kategorie betrifft das in den Fig. 5, 6, 7, 10 dargestellte optische Systeme 3. Bei diesen optischen Systemen wird der von der optischen Information abgehende Lichtstrahl geteilt, und die Teilstrahlen legen eine unterschiedlich lange optische Weglänge bis zu einer gemeinsamen Linse 6 oder zwei separaten Linsen 6, 6a gleicher Brennweite bzw. einem entsprechenden Linsensystem zurück. Diese Kategorie kann hinsichtlich der Art der Teilung des Lichtstrahl unterschieden werden, nämlich durch einen Strahlteiler, der zwei Teilstrahlen erzeugt, oder durch nebeneinander angeordnete, teilverspiegelte Reflexionsebenen, die Teilstrahlen theoretisch beliebig hoher Ordnung erzeugen. Unter Teilen wird hier verstanden, dass der Lichtstrahl entlang seines gesamten Querschnitts senkrecht zur Richtung des Lichtstrahls, also an jeder Stelle des Querschnitts in jeweils beide Teilstrahlen geteilt wird. In einer dritten Kategorie wird der Lichtstrahl in Teilstrahlen gespalten. Unter Spalten wird hier eine Teilung des Lichtstrahls quer zur Richtung des Strahlenganges in mehrere Teilstrahlen verstanden. Das heißt, ein zusammenhängender Teilbereich des Querschnitts des Lichtstrahls wird in einen Teilstrahl und ein dazu disjunkter zusammenhängender Teilbereich wird in einen anderen Teilstrahl abgespalten. Fig. 3a, 3b, 3c zeigen eine konstruktiv einfache Form des erfindungsgemäßen Lesegerätes 1 mit einer gegen chromatische Aberration nicht korrigierten Linse 6. Die Linse 6 steht in dieser Darstellung auch stellvertretend für mehrere Linsen und/oder auch zusätzliche Linsenpakete. The second category relates to the optical systems 3 shown in Figs. 5, 6, 7, 10. In these optical systems, the light beam outgoing from the optical information is divided, and the sub-beams impose a different optical path length to a common lens 6 or two separate lenses 6, 6a of the same focal length or a corresponding lens system. This category can be distinguished with regard to the type of division of the light beam, namely by a beam splitter which generates two partial beams, or by juxtaposed, partially mirrored reflection planes which theoretically generate partial beams of arbitrarily high order. By parts is meant here that the light beam is divided along its entire cross section perpendicular to the direction of the light beam, ie at each point of the cross section in each case both partial beams. In a third category, the light beam is split into partial beams. Columns are here understood to mean a division of the light beam transversely to the direction of the beam path into a plurality of partial beams. That is, a contiguous portion of the cross section of the light beam is split into a sub-beam and a disjunctively contiguous portion is split off into another sub-beam. 3a, 3b, 3c show a structurally simple form of the reading device 1 according to the invention with a lens 6 which is not corrected for chromatic aberration. In this illustration, the lens 6 is also representative of a plurality of lenses and / or additional lens packages.
Der von der als Pfeil im Objektraum dargestellten optischen Information 7 abgehende Lichtstrahl wird, wenn er in einem ersten Wellenlängenbereich λ-ι liegt, scharf auf dem Kamerachip 4 als Bild 8 abgebildet, wenn die optische Information 7, wie in Fig. 1 dargestellt, in der ersten Fokusebene 40 positioniert ist. Unter Wellenlängenbereich wird hier auch eine einzelne Wellenlänge verstanden. The light beam emerging from the optical information 7 shown as an arrow in the object space is, if it lies in a first wavelength range λ-1, sharply imaged on the camera chip 4 as image 8, if the optical information 7, as shown in FIG the first focal plane 40 is positioned. Wavelength range is understood to mean a single wavelength here as well.
Die beiden weiteren auf beiden Seiten der Linse 6 am dichtesten angeordneten von ihr gleich weit entfernten gestrichelten Ebenen stellen die Brennweite der Linse 6 dar. Die Brennweiten sind auch in den Figuren 4a, 4b eingezeichnet. The other two on both sides of the lens 6 most closely spaced from her dashed planes represent the focal length of the lens 6. The focal lengths are also shown in Figures 4a, 4b.
In Fig. 3b ist die wiederum durch den Pfeil dargestellte optische Information 7 in der zweiten Fokusebene 41 angeordnet. Das mit Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich λ-ι abgebildete Bild 8 der optischen Information 7 wird aus der zweiten Fokusebene 41 heraus unscharf auf dem Kamerachip 4 abgebildet. In Fig. 3b, in turn, the optical information 7 shown in the second focal plane 41 is arranged by the arrow. The image 8 of the optical information 7 imaged with light from the first wavelength range λ-1 is imaged out of the second focal plane 41 on the camera chip 4.
In Fig. 3c wird die optische Information 7 mit Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches λ2 hinterleuchtet, und Licht des zweiten Wellenlängenbereiches λ2 geht als Lichtstrahl von der optischen Information 7 zur Linse 6 ab. Der erste Wellenlängenbereich λ-ι ist verschieden vom zweiten Wellenlängenbereich λ2. Die in der zweiten Fokusebene 41 angeordnete optische Information 7 wird scharf auf dem Kamerachip 4 abgebildet, weil die gegen chromatische Aberration nicht korrigierte Linse 6 für den zweiten Wellenlängenbereich λ2 eine längere Brennweite aufweist als für den ersten Wellenlängenbereich λ-ι . Notwendigerweise umfasst die Beleuchtung 5 des optischen Lesegerätes für diese Ausführungsform zumindest die ersten und zweiten Wellenlängenbereiche λ-ι , λ2. Der Kamerachip 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Farbsensorchip, der die Wellenlängenbereiche λ-ι , λ2 diskriminiert, das heißt, der Farbsensorchip kann verschiedenen Wellenlängenbereichen λ-ι , λ2 zugeordnete Bilder separat erfassen und die erfassten separaten Bilder jeweils einer Einheit zur Auswertung zuführen. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Lesegerätes 1 . Die Funktionsweise auch dieses Lesegerätes 1 beruht darauf, dass ein dispersives Material in Form einer lichtdurchlässigen planparallelen Platte 43 in den Strahlengang eingebracht ist. Die Linse 6 kann gegen chromatische Aberrationen korrigiert oder auch nicht korrigiert sein. Im zweiten Fall wären noch weiter voneinander beabstandete Fokusebenen 40, 41 möglich. Chromatische Aberration ist in dem Ausführungsbeispiel in den Fign. 4a, 4b nicht berücksichtigt. In FIG. 3 c, the optical information 7 is backlit with light of a second wavelength range λ 2 , and light of the second wavelength range λ 2 is emitted as a light beam from the optical information 7 to the lens 6. The first wavelength range λ-1 is different from the second wavelength range λ 2 . The optical information 7 arranged in the second focal plane 41 is sharply imaged on the camera chip 4 because the lens 6 which is not corrected for chromatic aberration has a longer focal length for the second wavelength range λ 2 than for the first wavelength range λ 1 . The illumination 5 of the optical reading device for this embodiment necessarily comprises at least the first and second wavelength ranges λ 1 , λ 2 . In this exemplary embodiment, the camera chip 4 is a color sensor chip which discriminates the wavelength ranges λ 1 , λ 2 , that is, the color sensor chip can separately record images associated with different wavelength ranges λ 1 , λ 2 and supply the acquired separate images to a unit for evaluation , FIGS. 4a and 4b show a second exemplary embodiment of the optical reading device 1 according to the invention. The operation of this reading device 1 is based on the fact that a dispersive material in the form of a translucent plane-parallel plate 43 is introduced into the beam path. The lens 6 can be corrected for chromatic aberrations or not corrected. In the second case, even more widely spaced focal planes 40, 41 would be possible. Chromatic aberration is in the embodiment in Figs. 4a, 4b not taken into account.
In Fig. 4a ist die wiederum durch einen Pfeil dargestellte, in der ersten Fokusebene 40 angeordnete optische Information 7 aus dem ersten Wellenlängenbereich λ-ι des Lichtes heraus scharf als Bild 8 auf dem Kamerachip 4 abgebildet. In FIG. 4 a, the optical information 7, which in turn is shown by an arrow and is arranged in the first focal plane 40 from the first wavelength range λ-1 of the light, is imaged sharply as image 8 on the camera chip 4.
In Fig. 4b wird die optische Information 7 in dem zweiten Wellenlängenbereich λ2 des Lichtes aus der zweiten Fokusebene 41 heraus scharf auf dem Kamerachip 4 abgebildet, weil die planparallele Platte 43 für den zweiten Wellenlängenbereich λ2 einen anderen Brechungsindex η2 aufweist als für den ersten Wellenlängenbereich λ-ι und daher die Brechungswinkel unterschiedlich sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Beleuchtung 5 des erfindungsgemäßen Lesegerätes 1 sowohl den ersten Wellenlängenbereich λ-ι als auch den zweiten Wellenlängenbereich λ2. Der Kamerachip 4 ist wiederum ein Farbsensorchip und kann die beiden Wellenlängenbereiche λ-ι, λ2 diskriminieren. In FIG. 4b, the optical information 7 in the second wavelength range λ 2 of the light from the second focal plane 41 is imaged sharply on the camera chip 4 because the plane-parallel plate 43 has a different refractive index η 2 for the second wavelength range λ 2 than for the second wavelength range λ 2 first wavelength range λ-ι and therefore the refraction angles are different. Also in this embodiment, the illumination 5 of the reading device 1 according to the invention comprises both the first wavelength range λ-1 and the second wavelength range λ 2 . The camera chip 4 is in turn a color sensor chip and can discriminate the two wavelength ranges λ- 1 , λ 2 .
In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lesegerätes 1 dargestellt, das der zweiten Kategorie zugeordnet ist, indem der von der optischen Information 7 abgehende Lichtstrahl geteilt wird. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird der Lichtstrahl einem Strahlteiler 50 zugeführt. Der Strahlteiler 50 befindet sich in Fig. 5, zwischen der optischen Information und zwei baugleichen Linsen 6, 6a. Er kann aber auch zwischen einer einzelnen Linse 6 und zwei Kamerachips 4, 4a platziert sein. Jeder der beiden Linsen 6 6a ist jeweils ein Kamerachip 4, 4a im Strahlengang nachgeordnet. Befindet sich die optische Information 7 in der ersten Fokusebene 40, so wird sie auf dem Kamerachip 4 scharf abgebildet, befindet sich die optische Information in der zweiten Fokusbenene 41 , so wird sie auf dem zweiten Kamerachip 4a scharf abgebildet. Der Strahlteiler 50 ist ein teillichtdurchlässiger Spiegel. Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Lesegerätes 1 mit einem Kamerachip 4 und einer Linse 6. Das optische System 3 umfasst neben der Linse 6 zwei nebeneinander, hier parallel zueinander angeordnete teillichtdurchlässige Reflexionsebenen 60, 61 . Die beiden Reflexionsebenen 60, 61 sind zwischen der optischen Information 7 und der Linse 6 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, die beiden Reflexionsebenen 60, 61 zwischen der Linse 6 und dem Kamerachip 4 anzuordnen. Die beiden Reflexionsebenen 60, 61 teilen den Lichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Ordnungen auf. Licht erster Ordnung ist durch die erste Reflexionsebene 60 transmittiertes und anschließend auch durch die zweite Reflexionsebene 61 transmittiertes Licht. Das Licht zweiter Ordnung ist das durch die erste Reflexionsebene 60 transmittierte und anschließend von der zweiten Reflexionsebene 61 reflektierte und anschließend von der ersten Reflexionsebene 60 reflektierte und anschließend durch die zweite Reflexionsebene 61 transmittierte Licht. Entsprechend betrifft das Licht höherer Ordnungen weitere Reflexionen. Je höher die Ordnung, desto schwächer ist die Intensität des Lichtes. FIG. 5 shows a third embodiment of the reading device 1 according to the invention, which is assigned to the second category by dividing the light beam emerging from the optical information 7. In the exemplary embodiment of FIG. 5, the light beam is fed to a beam splitter 50. The beam splitter 50 is located in Fig. 5, between the optical information and two identical lenses 6, 6a. But it can also be placed between a single lens 6 and two camera chips 4, 4 a. Each of the two lenses 6 6a is each a camera chip 4, 4a arranged downstream in the beam path. If the optical information 7 is located in the first focal plane 40, then it is sharply imaged on the camera chip 4; if the optical information is located in the second focal plane 41, it is sharply imaged on the second camera chip 4a. The beam splitter 50 is a partial translucent mirror. FIG. 6 shows a fourth embodiment of the optical reading device 1 according to the invention with a camera chip 4 and a lens 6. The optical system 3 comprises not only the lens 6 but also two reflection planes 60, 61 arranged side by side, which are arranged parallel to one another. The two reflection planes 60, 61 are arranged between the optical information 7 and the lens 6. However, it is also conceivable to arrange the two reflection planes 60, 61 between the lens 6 and the camera chip 4. The two reflection planes 60, 61 split the light beam into sub-beams of different orders. First order light is transmitted through the first reflection plane 60 and subsequently also transmitted through the second reflection plane 61. The second-order light is the light transmitted through the first reflection plane 60 and subsequently reflected by the second reflection plane 61 and then reflected by the first reflection plane 60 and then transmitted through the second reflection plane 61. Accordingly, the light of higher orders affects further reflections. The higher the order, the weaker the intensity of the light.
Befindet sich eine optische Information 7 in der zweiten Fokusebene 41 , so wird das Licht erster Ordnung auf dem Kamerachip 4 scharf abgebildet. Befindet sich ein Gegenstand in der ersten Fokusebene 40, so wird das Licht zweiter Ordnung auf dem Kamerachip 4 scharf abgebildet. Das optische System 3 weist daher auch noch eine dritte, vierte usw. Fokusebene auf. Nachteiligerweise ist das Licht höherer Ordnungen schwächer als das Licht geringerer Ordnungen. Darüber hinaus wird das Bild 8 der optischen Information 7 auf dem Kamerachip 4 für jede der Ordnungen an der gleichen Stelle abgebildet. Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Lesegerätes 1 mit zwei nebeneinander angeordneten Reflexionsebenen 70, 71 , wobei die erste Reflexionsebene 70 teillichtdurchlässig ausgebildet ist und die zweite Reflexionsebene 71 das einfallende Licht nahezu vollständig reflektiert. Die beiden Reflektionsebenen 70, 71 sind zwischen der optischen Information 7 und der Linse 6 angeordnet. Sie können aber auch zwischen der Linse 6 und dem Kamerachip 4 platziert sein. Die beiden Reflexionsebenen 70, 71 teilen den Lichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Ordnungen auf. Das Licht erster Ordnung ist das von der ersten Reflexionsebene 70 reflektierte Licht, das Licht zweiter Ordnung ist das Licht des Teilstrahls, das durch die erste Reflexionsebene 70 transmittiert und anschließend von der zweiten Reflexionsebene 71 reflektiert und anschließend durch die erste Reflexionsebene 70 transmittiert wird. Teilstrahlen höherer Ordnungen betreffen weitere Reflexionen. Je höher die Ordnung, desto schwächer ist die Intensität des Lichtes auch in diesem Fall. Befindet sich optische Information 7 in der zweiten Fokusebene 41 , so wird das Licht erster Ordnung auf dem Kamerachip 4 scharf abgebildet. Befindet sich optische Information 7 in der ersten Fokusebene 40, so wird das Licht zweiter Ordnung auf dem Kamerachip 4 scharf abgebildet. Auch in dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Teilstrahlen verschiedener Ordnungen als Bilder 8, 8a auf dem Kamerachip 4 an der gleichen Stelle überlagert. Es ist jedoch denkbar, den Winkel der ersten und zweiten Reflexionsebene 70, 71 gegeneinander zu ändern, so dass die Teilstrahlen verschiedener Ordnungen an verschiedenen Stellen des Kamerachips 4 auftreffen. Verspiegelungsgrade und somit die Reflektivitäten der beiden Reflexionebenen 70, 71 können so eingestellt werden, dass die Teilstrahlen der ersten beiden Ordnungen auf dem Kamerachip 4 ungefähr gleich stark sind. Fig. 8 betrifft eine sechste Ausführungsform des optischen Lesegerätes. Das optische System umfasst eine planparallele Teilplatte 80, die jedoch im Gegensatz zur planparallelen Platte der Fig. 4 nur in einen Teilbereich des Strahlenganges eingeführt ist. Die planparallele Teilplatte 80 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel zwischen der optischen Information 7 und der Linse 6. Sie kann aber auch zwischen der Linse 6 und dem Kamerachip 4 platziert sein. Die planparallele Teilplatte 80 bewirkt, dass ein erster Teilbereich des Kamerachips 4 der ersten Fokusebene 40 zugeordnet ist und ein anderer Teilbereich des Kamerachips 4 der zweiten Fokusebene 41 zugeordnet ist. Die optische Information 7 kann bei diesem Lesegerät 1 jedoch nur dann vollständig gelesen werden, wenn die optisch lesbare Information zweifach auf der Banknote identisch aufgetragen ist und sich jeweils vollständig in einem Teilbereich des Kamerachips 4 befindet. If an optical information 7 is located in the second focal plane 41, the first-order light is sharply imaged on the camera chip 4. If an object is located in the first focal plane 40, the second-order light is sharply imaged on the camera chip 4. The optical system 3 therefore also has a third, fourth, etc. focal plane. Disadvantageously, the light of higher orders is weaker than the light of lower orders. Moreover, the image 8 of the optical information 7 is imaged on the camera chip 4 for each of the orders at the same location. 7 shows a fifth embodiment of the optical reading device 1 according to the invention with two reflection planes 70, 71 arranged next to one another, wherein the first reflection plane 70 is made partially transparent and the second reflection plane 71 almost completely reflects the incident light. The two reflection planes 70, 71 are arranged between the optical information 7 and the lens 6. However, they can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4. The two reflection planes 70, 71 split the light beam into partial beams of different orders. The first order light is the light reflected from the first reflection plane 70, the second order light is the light of the sub-beam transmitted through the first reflection plane 70 and subsequently reflected by the second reflection plane 71 and subsequently transmitted through the first reflection plane 70. Partial beams of higher orders concern further reflections. The higher the order, the weaker the intensity of the light is also in this case. If optical information 7 is located in the second focal plane 41, the first-order light is sharply imaged on the camera chip 4. If optical information 7 is located in the first focal plane 40, the second-order light is sharply imaged on the camera chip 4. Also in this embodiment of the invention, the sub-beams of different orders are superimposed as images 8, 8a on the camera chip 4 at the same location. However, it is conceivable to change the angle of the first and second reflection plane 70, 71 relative to one another so that the partial beams of different orders impinge on different points of the camera chip 4. Verspiegelungsgrade and thus the reflectivities of the two reflection planes 70, 71 can be adjusted so that the partial beams of the first two orders on the camera chip 4 are about equally strong. Fig. 8 relates to a sixth embodiment of the optical reader. The optical system comprises a plane-parallel sub-plate 80, which, however, in contrast to the plane-parallel plate of FIG. 4, is introduced only into a subregion of the beam path. The plane-parallel sub-plate 80 is in this embodiment between the optical information 7 and the lens 6. It can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4. The plane-parallel sub-plate 80 causes a first sub-region of the camera chip 4 to be assigned to the first focal plane 40 and another sub-region of the camera chip 4 to be assigned to the second focal plane 41. However, the optical information 7 can only be read completely in this reading device 1 if the optically readable information is applied twice identically to the banknote and is in each case located completely in a subregion of the camera chip 4.
Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform in Fig. 8, wobei hier eine planparallele Stufenplatte 90 in den Strahlengang eingebracht ist. Die planparallele Stufenplatte 90 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiels zwischen der optischen Information 7 und der Linse 6. Sie kann aber auch zwischen der Linse 6 und dem Kamerachip 4 platziert sein. Die planparallele Stufenplatte 90 bewirkt, dass jeweils ein Teilbereich des Kamerachips 4 einer jeweils anderen Fokusebene 40, 41 , 42 zugeordnet ist. Die Information 7 kann bei diesem optischen Lesegerät 1 nur dann vollständig ausgelesen werden, wenn sie dreifach auf der Banknote identisch wiederholt ist und sich als Bild 8, 8a, 8b jeweils in einem der Teilbereiche des Kamerachips 4 vollständig wiederfindet. Fig. 9 shows a modification of the embodiment in Fig. 8, in which case a plane-parallel step plate 90 is introduced into the beam path. The plane-parallel step plate 90 is in this embodiment between the optical information 7 and the lens 6. It can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4. The plane-parallel step plate 90 causes each one part of the camera chip 4 is assigned to a respective other focal plane 40, 41, 42. The information 7 can only be read out completely in this optical reader 1 if it is repeated identically in triplicate on the banknote and is completely reflected as image 8, 8a, 8b in each case in one of the subregions of camera chip 4.
Fig. 10 zeigt eine achte Ausführungsform des optischen Lesegerätes 1 mit einem optischen System 3, das einen Strahlteiler 50 und einen Spiegel 100 umfasst. Strahlteiler 50 und Spiegel 100 befinden sich wiederum in dem Strahlengang zwischen optischer Information 7 und der Linse 6. Sie können jedoch auch zwischen der Linse 6 und dem Kamerachip 4 platziert sein. Der Strahlteiler 50 teilt den Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen auf, dabei durchläuft der eine der Teilstrahlen auf dem Weg zum Kamerachip 4 einen längeren optischen Weg als der andere Teilstrahl. Die beiden Teilstrahlen werden zueinander versetzt auf dem Kamerachip 4 abgebildet, dadurch werden zwei Bilder 8, 8a des gleichen Teilbereichs der Banknote auf dem Kamerachip nebeneinander abgebildet, wobei sich die Fokusebenen 40, 41 der beiden Bilder 8, 8a unterscheiden. 10 shows an eighth embodiment of the optical reader 1 with an optical system 3 comprising a beam splitter 50 and a mirror 100. Beam splitter 50 and mirror 100 are again in the beam path between optical information 7 and the lens 6. However, they can also be placed between the lens 6 and the camera chip 4. The beam splitter 50 splits the light beam into two sub-beams, while one of the sub-beams on the way to the camera chip 4 passes through a longer optical path than the other sub-beam. The two partial beams are imaged on the camera chip 4 in an offset manner, thereby two images 8, 8a of the same subarea of the banknote are imaged side by side on the camera chip, the focal planes 40, 41 of the two images 8, 8a differing.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Lesegerät 1 reader
2 Digitalkamera  2 digital camera
3 optisches System 3 optical system
4 Kamerachip  4 camera chip
4a Kamerachip 4a camera chip
5 Beleuchtung  5 lighting
6 Linse  6 lens
6a Linse 6a lens
7 optische Information  7 optical information
8 Bild  8 picture
8a Bild 8a picture
8b Bild 8b picture
40 erste Fokusebene 40 first focal plane
41 zweite Fokusebene  41 second focal plane
42 dritte Fokusebene  42 third focal plane
43 planparallele Platte  43 plane-parallel plate
50 Strahlteiler 50 beam splitters
60 teillichtdurchlässige Reflexionsebene 60 partial translucent reflection plane
61 teillichtdurchlässige Reflexionsebene  61 partial translucent reflection plane
70 teillichtdurchlässige Reflexionsebene 70 partial translucent reflection plane
71 Reflexionsebene  71 Reflection level
80 planparallele Teilplatte 80 plane-parallel partial plate
90 planparallele Stufenplatte 90 plane-parallel step plate
100 Spiegel d0 Schärfentiefe di Schärfentiefe λ-ι erster Wellenlängenbereich λ2 zweiter Wellenlängenbereich η-ι Brechungsindex 100 mirror d 0 depth of field the depth of field λ- 1 first wavelength range λ 2 second wavelength range η-ι refractive index
η2 Brechungsindex η 2 refractive index

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Optisches Lesegerät (1 ) für optische Information (7) auf einem Träger, 1 . Optical reading device (1) for optical information (7) on a carrier,
insbesondere einer Banknote, mit in particular a banknote
einer Beleuchtung (5) zur Erzeugung eines von der Information (7) abgehenden Lichtstrahls, lighting (5) for generating a light beam emanating from the information (7),
einem optischen System (3) mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Fokusebenen (40, 41 , 42), an optical system (3) with at least two spaced focal planes (40, 41, 42),
wobei der Lichtstrahl im optischen System in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, wherein the light beam in the optical system is divided into at least two partial beams,
wenigstens einem Bildsensor (4, 4a), auf dem jeder der Teilstrahlen zu einer unterschiedlich scharfen Abbildung (8, 8a, 8b) der Information (7) führt, at least one image sensor (4, 4a), on which each of the partial beams leads to a differently sharp image (8, 8a, 8b) of the information (7),
einem Bildverarbeitungssystem, das an den wenigstens einen Bildsensor (4, 4a) angeschlossen ist und das eine Abbildung (8, 8a, 8b) mit der höchsten Schärfe bestimmt. an image processing system which is connected to the at least one image sensor (4, 4a) and which determines an image (8, 8a, 8b) with the highest sharpness.
2. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 1 , 2. Optical reading device (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung (5) wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen (λ-ι, λ2) bereitstellt, das optische System (3) ein dispersives Bauteil (43) umfasst, das nach wenigstens zwei Wellenlängen (λ-ι, λ2) zerlegte Teilstrahlen zur Verfügung stellt, und der Bildsensor (4, 4a) als zumindest die zwei characterized in that the illumination (5) provides at least two different wavelengths (λ-ι, λ 2 ), the optical system (3) comprises a dispersive component (43) which detects at least two wavelengths (λ-ι, λ 2 ). decomposed partial beams are available, and the image sensor (4, 4a) as at least the two
Wellenlängen (λ-ι, λ2) diskriminierender, wenigstens zwei Farbkanäle aufweisender Farbbildsensor ausgebildet ist. Wavelengths (λ-ι, λ 2 ) discriminating color image sensor having at least two color channels is formed.
3. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 1 , 3. Optical reading device (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (3) eine characterized in that the optical system (3) has a
Strahlteilungseinrichtung umfasst. Beam splitting device includes.
4. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 3, 4. Optical reading device (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinrichtung einen Strahlteiler (50) aufweist, der den Lichtstrahl in wenigstens zwei einzelne Teilstrahlen characterized in that the beam splitting device has a beam splitter (50) which divides the light beam into at least two individual partial beams
unterschiedlicher optischer Weglänge teilt und jeder Teilstrahl auf einen separaten Bildsensor (4, 4a) trifft. different optical path lengths and each partial beam hits a separate image sensor (4, 4a).
5. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 3, 5. Optical reading device (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinrichtung wenigstens zwei nebeneinander angeordnete, teilverspiegelte Reflexionsebenen (60, 61 , 70, 71 ) umfasst, die den Lichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Ordnungen teilt. characterized in that the beam splitting device comprises at least two partially mirrored reflection planes (60, 61, 70, 71) arranged side by side, which divide the light beam into partial beams of different orders.
6. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 5, 6. Optical reading device (1) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die dem wenigstens einen Bildsensor (4, 4a) zugeführten Teilstrahlen auf der den Fokusebenen zugewandten Seite der Reflexionsebenen (70, 71 ) angeordnet sind. characterized in that the partial beams supplied to the at least one image sensor (4, 4a) are arranged on the side of the reflection planes (70, 71) facing the focal planes.
7. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 4, 7. Optical reading device (1) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reflexionsebenen (60, 61 ) parallel zueinander angeordnet sind und die Linsenanordnung auf der den Fokusebenen (40, 41 ) gegenüberliegenden Seite der parallelen Reflexionsebenen (60, 61 ) angeordnet ist. characterized in that the two reflection planes (60, 61) are arranged parallel to one another and the lens arrangement is arranged on the side of the parallel reflection planes (60, 61) opposite the focus planes (40, 41).
8. Optisches Lesegerät nach Anspruch 3, 8. Optical reading device according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinrichtung ein doppelbrechendes Medium umfasst und der Lichtstrahl polarisationsabhängig in Teilstrahlen unterteilt wird. characterized in that the beam splitting device comprises a birefringent medium and the light beam is divided into partial beams depending on polarization.
9. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 3, 9. Optical reading device (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil (80, 90) den Lichtstrahl in wenigstens zwei Teilstrahlen quer zum Strahlverlauf spaltet und jeder Teilstrahl auf einen anderen Teilbereich des Bildsensors (4, 4a) trifft. characterized in that a component (80, 90) splits the light beam into at least two partial beams transverse to the beam path and each partial beam hits a different partial area of the image sensor (4, 4a).
10. Optisches Lesegerät (1 ) nach Anspruch 9, 10. Optical reading device (1) according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine planparallele Platte (80) oder eine gestufte planparallele Platte (90) oder ein Prisma aufweist. characterized in that the component has a plane-parallel plate (80) or a stepped plane-parallel plate (90) or a prism.
1 1 . Lesegerät nach einem der vorigen Ansprüche, 1 1 . Reading device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet , dass sich Schärfentiefen (d0, di) zweier direkt benachbarter Fokusebenen (40, 41 , 42) überlappen. characterized in that depths of field (d 0 , di) of two directly adjacent focal planes (40, 41, 42) overlap.
12. Lesegerät nach einem der vorigen Ansprüche, 12. Reading device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zweier voneinander beabstandeter Fokusebenen (40, 41 , 42) maximal 10mm beträgt. characterized in that the distance between two spaced focal planes (40, 41, 42) is a maximum of 10mm.
Lesegerät nach einem der vorigen Ansprüche, Reading device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Größe zumindest von Teilen der optischen Strukturen der optischen Information kleiner ist als δθμηη. characterized in that the size of at least parts of the optical structures of the optical information is smaller than δθμηη.
14. Verfahren zum Auslesen von optischer Information (7) auf einem Träger, 14. Method for reading out optical information (7) on a carrier,
insbesondere einer Banknote, indem in particular a banknote, by
die optische Information (7) beleuchtet wird, the optical information (7) is illuminated,
ein von der optischen Information (7) abgehender Lichtstrahl erzeugt wird, der Lichtstrahl durch ein wenigstens zwei voneinander beabstandete Fokusebenen (40, 41 , 42) aufweisendes optisches System (3) in wenigstens zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die jeweils einer der Fokusebenen (40, 41 , 42) zugeordnet sind, die Teilstrahlen auf wenigstens einem Bildsensor (4, 4a) zu Abbildungen (8, 8a, 8b) der optischen Information (7) unterschiedlicher Schärfe führen, a light beam emanating from the optical information (7) is generated, the light beam is divided into at least two partial beams by an optical system (3) having at least two spaced apart focal planes (40, 41, 42), each of which is one of the focal planes (40, 41, 42), the partial beams on at least one image sensor (4, 4a) lead to images (8, 8a, 8b) of the optical information (7) of different sharpness,
die unterschiedlichen Schärfen bestimmt werden und die optische Information anhand der Schärfe der Abbildungen (8, 8a, 8b) ausgewertet wird. the different sharpnesses are determined and the optical information is evaluated based on the sharpness of figures (8, 8a, 8b).
15. Verfahren nach Anspruch 14, 15. Method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl in Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen (λ-ι, λ2) zerlegt wird. characterized in that the light beam is broken down into partial beams of different wavelengths (λ-ι, λ 2 ).
Verfahren nach Anspruch 14, Method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl in Teilstrahlen geteilt wird, die nach Zurücklegen einer unterschiedlichen Weglänge auf den wenigstens einen characterized in that the light beam is divided into partial beams which, after covering a different path length, reach the at least one
Bildsensor (4, 4a) treffen. Hit the image sensor (4, 4a).
Verfahren nach Anspruch 16, Method according to claim 16,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl in Teilstrahlen verschiedener Ordnungen durch eine mit der jeweiligen Ordnung korrespondierenden Anzahl an Reflexionen geteilt wird. Verfahren nach Anspruch 14, characterized in that the light beam is divided into partial beams of different orders by a number of reflections corresponding to the respective order. Method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl quer zur Richtung des characterized in that the light beam is transverse to the direction of the
Strahlenganges in wenigstens zwei Teilstrahlen gespalten wird und ein Träger mit einer der Anzahl der Teilstrahlen entsprechenden Redundanz der optisch lesbaren Information (7) zur Verfügung gestellt wird. The beam path is split into at least two partial beams and a carrier with a redundancy of the optically readable information (7) corresponding to the number of partial beams is provided.
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