专利名称：用来检查安全物品的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如钞票之类的安全物品或其它安全文件，尤其是涉及提供一方法和一设备，其用来在一个或多个安全物品中检查一安全装置或多个装置。
背景技术：
如本文中所使用的，术语“安全文件”包括诸如身份证、有价文件或准许进入的文件之类的文件和标记，它们又对应地包括护照、签证、身份卡、驾驶证，以及安全进入卡、钞票、股票、债券、证书、支票、彩票、银行卡、签帐卡和信用卡，以及飞机票、公共汽车票、火车票，以及公园娱乐或特殊骑乘的票。这些安全文件或标记通常包括某种形式的真实性的认证以防止复制和伪造。然而，应该认识到，本发明适用于需要鉴定和/或防止复制或偷盗的其它类型的物品。这样的物品包括安全文件在内，在本说明书内被广义上称之为“安全物品”。
人们已经提出各种各样安全装置用于安全文件，以便证实其真实性和使得文件的伪造变得困难。某些类型的安全装置是低安全性的装置、印刷的装置或压花，它们相对便宜地形成在安全文件上，但它们仅提供相对低程度的安全性。其它类型的安全装置是高安全性的装置，诸如衍射光栅或全息图。这些可提供一较高程度的安全性，因为它们伪造起来更加困难，但要形成它们更加昂贵，所以通常用于较高价值的安全文件中，诸如$50或$100的纸币，当高安全性装置形成在钞票中时，要求在钞票向公众发行之前能在钞票制造过程中探测出它们的存在和质量。还要求提供设备来检查每一单一钞票中的高安全性的装置。
WO 99/37488揭示了一安全文件和方法，其中，一衍射的光学透射元件设置在文件的透明部分或窗口内，衍射的光学透射元件变换一校准的光束，例如，从一点光源或激光变换为一选定设计的图形的光束。在证实WO 99/37488揭示的安全文件的真实性时，图形的光束透射到一观察表面上，例如，通过折叠安全文件，以使与窗口侧向地间隔的文件的另一部分起作观察的表面。在另一实施例中，WO 99/37488的安全文件可包括一第二透明部分或窗口，当安全文件折叠时，它们可起作一准点光源。
在WO 99/37488揭示的各个实施例中，包含有衍射光学透射元件的安全文件的真实性可用肉眼证实，当光透射到一观察表面上时，人们可观察图形的光束以此用肉眼进行证实。然而，该肉眼观察方法并不非常适合检查钞票中的衍射光学元件的存在或质量，或诸如印刷设备、纸币分拣设备或在处理钞票过程中使用的其它设备等中的钞票的纸张。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一用来检查至少一个安全物品的方法，其中，安全物品包括一衍射光学投射元件作为一安全装置，且其中，该方法包括以下步骤从一光源将一光束引导到所述衍射光学投射元件上，该元件将光束变换为一图形的光束，它重建在空间中的一特殊位置处以形成一投射的图像；以及用位于所述位置的至少一个光学探测装置探测该投射的图像，在该位置处重建图形的光束以形成投射的图像。
用于本发明中的“衍射光学投射元件”是一衍射的微结构，它包括一阵列的单元，各单元设计成将相关的照明光束的相位变换一规定的量。由个别单元从图形的光束转换的衍射波前和位于远离衍射光学元件的平面的一特殊重建平面内的干扰，它们由此在重建平面内形成投射图像。因此，光学探测装置的位置基本上在衍射光学投射元件的重建平面内，在本发明中是重要的特征。这要求知悉待探测的特定的衍射光学投射元件，以便为检查建立装置。
根据本发明的第二方面，提供一用来检查至少一个安全物品的设备，该安全物品包括一衍射光学投射元件作为一安全装置，其中，该设备包括一用来引导光束到所述衍射光学投射元件上的光源，所述投射元件将光束变换为一图形的光束，该图形的光束重建在空间中的一特定位置处，以形成一投射的图像；以及至少一个光学探测装置位于所述位置，在该位置处重建图形的光束以形成投射的图像。
光源较佳地布置成引导一基本上校准的光束到衍射的光学投射元件上。光源较佳地是一点光源，例如，一发光二极管(LED)、一卤素光源或激光(固体状态或其它形式)。然而，应该认识到，也可使用其它类型的点光源。
光学探测装置较佳地布置成探测形成投射图像的图形光束的不同部分的幅值。该光学探测装置可包括一个或多个光电二极管，例如，一阵列的光电二极管，或一电荷耦合器件(CCD)，例如，一直线的CCD或矩阵的CCD。
在一优选的实施例中，衍射光学投射元件设置在一安全文件的基本上透明的或半透明的部分或窗口内，光源定位在安全文件的一侧上，而光学探测装置定位在安全文件的相对侧上。因此，光线通过衍射光学投射元件，而入射的光束变换为位于文件相对侧上的图形的光束，并投射到光学探测装置上。
在另一替代的实施例中，衍射光学投射元件可覆在一反射表面上，诸如安全物品的一金属层或涂层。在此情形中，光源和探测装置可设置在安全物品的同一侧上，使光学探测装置探测一反射光束，其由衍射光学投射元件变换到图形的光束并投射到探测装置上。
根据本发明，该装置可容纳到用于印刷、分拣、计数、操作或其它处理安全文件的各种设备中。例如，一光源和相关的探测装置可设置用来检查纸币计数器或纸币分拣器中的个别的钞票。该装置可包括多个光学探测装置，例如，在需要检查包含多个钞票的一印张时，其中各钞票包含衍射光学投射元件，例如，在印刷一印张的钞票过程中。
该装置较佳地包括一处理器，用来处理来自光学探测装置的信号。
根据本发明的第三方面，提供用来分拣、操作或其它方式处理安全物品的设备，其包括根据本发明第二方面的检查装置，以及用来相继地根据来自光学探测装置的信号处理安全物品的物品处理装置。例如，如果探测装置识别出一假的安全物品，则它可发出一将假的物品弹出的信号，以使该物品可被标记以便弹出，和/或从安全物品的处理设备中予以弹出。
根据本发明的第四方面，提供用来分拣、操作或其它方式处理安全文件的设备，该设备包括一用来探测安全文件存在的探测器；一用来在包括一衍射光学元件的安全文件中定位一窗口的窗口定位器；一用来引导光束通过所述窗口内的所述衍射光学投射元件的光源，由此，衍射光学投射元件产生一图形的光束，光束可形成一投射的图像；一光学探测装置位于某一位置，图形的光束在该位置重建以形成投射的图像；
一处理器用来处理和分析来自光学探测装置的信号；以及一文件处理装置，其用来根据来自光学探测装置的信号处理安全文件。
根据本发明的第五方面，提供处理或操作安全物品的方法，其包括一根据本发明第一方面进行检查的方法，其中，当它探测到安全物品内的衍射光学投射元件不存在或质量较差时，光学装置产生一信号，并隔离或标记该安全物品。
在另一实施例中，可提供多个光源用来照明至少一个衍射光学投射元件。各个光源可致使一图形的光束衍射在光学探测装置上的略微不同的点处，在该探测器上形成多个信号。通过对这些信号的积分和在一时间周期内采样信号，可将由衍射光学投射元件产生的结构性的衍射与随机的或扩散的散射光线区分，诸如那些由刮伤或表面不完善造成的光学，或通过一标准衍射光栅或全息图透射的光线。还可以构思一产生一入射光束的移动光源，该光束横贯衍射光学投射元件扫描，该移动光源可用来在光学探测器处产生多个信号。
现将参照附图借助于实例描述本发明的优选实施例，在诸附图中图1是用来检查一包含衍射光学投射元件的安全文件的装置的示意图；图2是用来检查一修改的安全文件的装置的示意图；图3是包括图1或图2的检查设备的分拣设备的方框图；以及图4是使用图3的设备分拣文件的方法的示意流程图。
具体实施例方式
图1示出用来检查一包含设置在文件10的透明部分或窗口12内的衍射光学投射元件(DOE)11的安全文件10的设备。该设备包括一将基本上校准的光15的入射光束引导到DOE11上的点光源14，以及呈一光学探测装置16形式的探测装置。
在一优选的实施例中，安全文件10可由至少部分地透明的基底形成，该基底具有涂敷在其至少一个面上的一个或多个不透明层或涂层。安全文件10的透明部分或窗口12可通过将不透明层或涂层涂敷到基底上，以使基底12在透明部分或窗口12的区域内基本上没有不透明层或涂层来形成。透明基底可由一透明的聚合物材料形成，例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在钞票的情形中，基底较佳地由至少一个双轴向定向的聚合物薄膜形成。该基底可包括聚合物材料的一单一薄膜。或者，该基底可包括透明的双轴向定向的聚合物薄膜的两层或更多层的叠合。
然而，应该认识到，本发明同样适用于由纸或其它部分地或全部地不透明材料形成的安全文件。在此情形中，一孔可形成在纸或其它材料内，透明的聚合物材料的补缀插入到孔中或施加到孔上，以形成透明部分或窗口12。
不透明层可包括各种不透明墨中的一种或多种，不透明墨可在印刷钞票或其它安全文件中使用。例如，不透明墨层可包括颜料涂层，这样的涂层包括一种颜料，例如，二氧化钛，分散在一粘结剂或横交连的聚合物材料的载体内。
衍射光学投射元件11起作将从点光源14的入射光束15在光束通过安全文件的至少部分透明部分12(通过安全文件形成的窗口)时变换为一选定设计的图形光束17。衍射光学投射元件是这样一种类型，它起作通过光束15的衍射而产生图形的光束17。这样一装置的实例是衍射光学投射元件11或由Means Optical，Inc.根据WO 98/32590制造的扩散器。这样的装置是类似于衍射光栅的复杂表面的微浮雕结构。入射光束15变换为图形光束17的光学变换根据衍射的光学原理，这样装置的结构的数学在各种情形中设计来产生一独特的光学变换，以便产生一理想的图形的图像，它重建在远离安全文件10的空间中的一特定点处。各个衍射光学投射元件11可依赖于所使用的光束的波长。
用来产生入射光束15的点光源14可包括一LED、一卤素光源、一激光或其它光源，以用来产生朝向DOE11上的基本上校准的光线的光束。
光学探测装置16定位在空间中的某一特定点，图形的光束17在那里形成由DOE11投射的图形的图像。
由DOE11投射的图像的空间中的各种点，由正弦光栅形成的特殊焦点坐标确定，该正弦光栅构成DOE11和光源14和探测器16相对于DOE11的位置。
由DOE11投射的图形的图像的存在由探测器16在其所定位的空间中的特殊点处的响应的幅值所确定。为此目的，探测器可包括一阵列的光电二极管，或一诸如直线的CCD或矩阵的CCD那样的变化的偶联装置(CCD)。
图2示出一修改的实施例，它类似于图1且对应的标号应用于对应的零件。图2中的安全文件20与图1中的文件不同之处在于，透明部分或窗口12包括位于衍射光学投射元件(DOE)11下方的反射表面21。反射表面可由设置在窗口12内的金属层22提供，或在DOE11涂敷到反射表面12上之前，由涂敷到形成窗口12的透明部分的表面的金属化涂层提供。
图2设备与图1设备不同之处还在于，点光源24和光学探测器26位于安全文件20的同一侧上。光源24布置成将一基本上校准的入射光束15引导到窗口12上，其与安全文件20的垂直线相交成锐角，以使入射光束15从金属层22的反射表面21反射回到DOE11上。反射光束通过DOE11，并以类似于图1实施例的方式由DOE11变换到一图形的光束17。
探测器26也可包括一阵列的光电二极管18或直线的或矩阵的CCD，该探测器26设置在一相对于安全文件20的位置上以便接受图形的光束17，图形的光束17也从DOE11移动，与安全文件20的表面的垂直线相交成锐角，其对应于入射光束16的角度。否则的话，探测器26以与图1的探测器完全相同的方式发挥作用，其通过确定由图形光束17在光电二极管18定位的空间中的特定点处形成的重建投射的图像的不同部分的幅值来发挥作用。
在类似于图2的一替代的实施例中，光源24布置成引导以锐角入射到DOE11上的基本上校准的入射光束，DOE11将光束转变为一被反射表面22反射并投射到位于空间中的特定位置处的探测器26上的图形的光束，投射的图像由图形的光束17重建在所述空间中。也可使用聚合物表面的反射性而不用一位于下面的金属表面来观察DOE。
图3和4示出分拣设备和一利用图1或图2的检查设备分拣安全文件的方法。图3的分拣设备包括一用来探测一诸如钞票或一印张的钞票之类的安全文件存在的边缘探测器30，一用来定位包含一DOE11的安全文件内窗口12的窗口定位器32，一呈CCD或光电二极管形式的光学探测器16、26用来检查来自DOE11的图形的光束17，一用来处理和分析来自光学探测器16、26的信号的处理器34，一条形码打印机36和一根据来自光学探测器16、26的信号分拣安全文件的文件分拣器38。
图3的分拣设备的操作方法示于图4的流程图中。当一安全文件，例如，一钞票或一印张的钞票进入分拣设备时，边缘探测器30通过探测纸币或印张的边缘(步骤40)，来探测一钞票或一印张钞票存在与否。当窗口定位器32定位纸币或印张内的一窗口(步骤42)时，例如，借助于由处理器34输出的时闸输出，光源(14、24)和CCD或检查设备的光学探测器16、26的光电二极管均被致动(步骤44)。
然后，光学探测器16、26执行对安全文件的检查，并产生输出信号，信号输入到处理器34，其分析信号(步骤46)。处理器34可包括一处理逻辑控制器(PLC)或一诸如PIC芯片的微处理器，并不仅可确定一DOE11是否存在于文件的窗口内，而且可通过检查由来自DOE的图形光束17形成的投射的图像来确定DOE的质量。
根据信号分析，处理器(PLC)34确定钞票是否应接受或弹出(步骤48)，并输出一接受的信号(步骤50)或一弹出的信号(步骤52)。来自处理器34的输出信号输入到条形码打印机36内，打印机在钞票或印张的钞票上打印出一接受的编码(步骤54)或一弹出的编码(步骤56)。然后，钞票或印张的钞票馈送到分拣器38，它分拣诸文件(步骤58)，将标记有接受编码(54)的钞票送到一供应的堆叠，而将标记有弹出编码(56)的钞票送到一弹出的堆叠上。
因此，本发明的方法和设备提供了一自动检查安全物品的有效方式，安全物品诸如钞票之类，它们包含衍射光学投射元件(DOE)作为高安全性的装置。
该检查方法和设备可用于各种各样设备中，诸如印刷设备、纸币计数或分拣设备，或任何其它用于安全文件或其它安全性物品的印刷、操作或处理中的设备。
应该认识到，对于上述实施例可作出各种改型和替代，而不脱离本发明的范围和精神。例如，图1或2的检查设备可用来检查其它类型的安全物品，它们具有一设置在透明部分或窗口内的DOE或设置在安全物品20的反射表面上的DOE。
权利要求
1.一种用来检查至少一个安全物品的设备，该安全物品包括一衍射光学投射元件作为一安全装置，其中，该设备包括一光源，用于将一光束引导到所述衍射光学投射元件上，该衍射光学投射元件将光束变换为一图形的光束，该图形的光束重建在空间中的一特殊位置处以形成一投射的图像；以及位于所述位置的至少一个光学探测装置，在该位置处重建图形的光束以形成投射的图像。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光源布置成将一基本上校准的光束引导到衍射光学投射元件上。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，光源是一点光源。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，光源是以下中的任何一个一发光二极管(LED)；或一卤素光源；或一激光
5.如权利要求1至4中任何一项所述的设备，其特征在于，光学探测装置布置成探测形成投射图像的图形光束的不同部分的幅值。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，光学探测装置包括一个或多个光电二极管。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，光学探测装置包括一电荷耦合器件(CCD)。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的设备，其特征在于，衍射光学投射元件设置在一安全物品的基本上透明的或半透明的部分或窗口内，光源定位在安全物品的一侧上，而光学探测装置定位在安全物品的相对侧上，因此，光线通过衍射光学投射元件，以使入射的光束变换为位于文件相对侧上的图形的光束，并投射到光学探测装置上。
9.如权利要求1至7中任何一项所述的设备，其特征在于，衍射光学投射元件设置在一下面的反射表面上，光源和光学探测装置设置在安全物品的同一侧上，使光学探测装置探测一反射光束，该反射光束由衍射光学投射元件变换到图形的光束并投射到光学探测装置上。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的设备，其特征在于，设备容纳在以下的至少一个中印刷设备；或计数设备；或操作设备。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的设备，其特征在于，设备包括多个光学探测装置。
12.如权利要求1至11中任何一项所述的设备，其特征在于，设备包括多个光源，其用来照明至少一个衍射光学投射元件。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，各个光源致使图形的光束在光学探测装置上的略微不同点处发生衍射，在光学探测装置处产生多个信号。
14.如权利要求1至11中任何一项所述的设备，其特征在于，光源是一产生一入射光束的移动光源，该光束横贯衍射光学投射元件扫描，以在光学探测器处产生多个信号。
15.如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，还包括一处理器，用来处理来自光学探测装置的信号。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，处理器分析多个信号以区分由衍射光学元件产生的结构性衍射和随机的或扩散的散射光。
17.一种用来检查至少一个安全物品的方法，其中，安全物品包括一衍射光学投射元件作为一安全装置，且其中，该方法包括以下步骤从一光源将一光束引导到所述衍射光学投射元件上，该衍射光学投射元件将光束变换为一图形的光束，该图形的光束重建在空间中的一特殊位置处以形成一投射的图像；以及用位于所述位置的光学探测装置探测该投射的图像，在该位置处重建图形的光束以形成投射的图像。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，引导光束的步骤包括引导一基本上校准的光束到衍射的光学投射元件上。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，探测投射的图像的步骤包括探测形成投射图像的图形光束的不同部分的幅值。
20.如权利要求17至19中任何一项所述的方法，其特征在于，衍射光学投射元件设置在安全文件的基本上透明的或半透明的部分或窗口内，从一安全文件的一侧，光束从光源引导到衍射光学投射元件上，通过衍射光学投射元件，并探测位于安全文件相对侧上的投射图像。
21.如权利要求17至19中任何一项所述的方法，其特征在于，衍射光学投射元件设置在一下面的反射表面上，从安全文件的同一侧引导光束和探测投射的图像。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，衍射光学投射元件设置在一透明窗口内，窗口内具有一反射层，光束以锐角引导到衍射光学投射元件外面的窗口表面，以使从反射层反射的光束通过衍射光学投射元件到达光学探测装置。
23.如权利要求17至21中任何一项所述的方法，其特征在于，多个光束从多个光束引导从多个光源引导到衍射光学投射元件上，以产生多个图形的光束并形成多个信号。
24.如权利要求17至22中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括从移动光源引导一光束，以使引导的光束横贯衍射光学投射元件扫描而在光学探测装置处产生多个信号。
25.如权利要求17至24中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括处理来自光学探测装置的信号的步骤。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，处理信号的步骤包括在一时间周期内积分和采样多个信号，可将由衍射光学投射元件产生的结构性的衍射与随机的或扩散的散射光线区分。
27.一种处理或操作安全物品的方法，包括一如权利要求17至26中任何一项所述的检查方法，其中，当在一安全物品中没有探测出衍射光学投射元件或其质量很差时，则产生一信号。
28.一种处理或操作如权利要求27所述的安全物品的方法，其中，当由光学装置产生信号时，安全物品被隔绝或标记。
29.一种用来分拣、操作、计数或其它方式处理安全文件的设备，该设备包括一用来探测安全文件存在的探测器；一用来在包括一衍射光学元件的安全文件中定位一窗口的窗口定位器；一用来引导光束通过所述窗口内的所述衍射光学投射元件的光源，由此，衍射光学投射元件产生一图形的光束，光束形成一投射的图像；一光学探测装置，位于某一位置，图形的光束在该位置重建以形成投射的图像；一处理器，用来处理和分析来自光学探测装置的信号；以及一文件处理装置，用来根据来自光学探测装置的信号处理安全文件。
30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，当光学探测装置没有探测出衍射光学投射元件或其质量很差时，处理器产生一弹出信号。
31.如权利要求29或30所述的设备，其特征在于，处理器包括一处理逻辑控制器(PLC)或一微处理器，以确定一衍射光学投射元件是否存在于窗口内。
32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，通过检查由图形光束形成的投射图像，PLC或微处理器确定衍射光学投射元件的质量。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，根据衍射光学投射元件的质量，PLC或微处理器输出一接受或弹出的信号。
34.如权利要求29至33中任何一项所述的设备，其特征在于，还包括一条形码打印机。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，条形码打印机根据处理器的输出在安全文件上打印一接受或弹出的编码。
36.如权利要求34所述的设备，其特征在于，文件处理装置根据由条形码打印机打印的编码处理安全文件。
37.如权利要求29至36中任何一项所述的设备，其特征在于，用来探测安全文件存在的探测器是一边缘探测器，用来探测一安全文件的边缘。
38.如权利要求29至37中任何一项所述的设备，其特征在于，文件处理装置包括一文件分拣器。
39.如权利要求29至37中任何一项所述的设备，其特征在于，文件处理装置包括一用来计数安全文件的计数器。
40.如权利要求28至36中任何一项所述的设备，其特征在于，文件处理装置包括一文件打印机。
41.一种用来分拣、操作、或其它方式处理安全物品的设备，该设备包括根据权利要求1至15中任何一项所述的检查设备；以及物品处理装置，用来根据来自探测装置的信号然后处理安全物品。
全文摘要
提供一用来检查安全物品(10)的方法和设备，其中，一基本上校准的光束(15)从一点光源(14)引导到一衍射光学投射元件(DOE)(11)上。DOE(11)将光束变换为一图形的光束(17)，它重建在远离安全物品(10)的表面的空间中的一特殊位置处以形成一投射的图像。一光学探测装置(16)定位在图形光束(17)重建的位置以便探测投射的图像。该检查方法和装置可用于操作、分拣、计数或其它方式处理安全物品的设备中，尤其是，诸如钞票之类的安全文件。装置可包括一处理器，当探测出没有一DOE或其质量很差时，处理器用来产生一信号，该信号可用来隔绝或标记安全物品。
文档编号B07C5/342GK1910627SQ200580002143
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年1月9日
发明者G·F·鲍尔, P·斯维福特, J·H·H·楚埃, A·纳尔德拉, P·汉森 申请人:证券票据有限公司