专利名称：利用光学干涉图样的自动检验系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于确定物体真实性的系统和方法。具体的说，本发明涉及用于通过扫描具有预定光谱反射特性的防伪特征来自动检验物品真实性的系统和方法。
背景技术：
在现代社会，采用各种传统的方法来进行货物和服务的交易。但是有许多个人或组织希望通过伪造物品或货币而投机取巧。实际上，物品例如金融货币、钞票、信用卡等的伪造是一个频繁发生的问题。这种物品的制造越来越多，并且特别是由于近年来例如彩色印刷和复制技术的进步，伪造技术也越来越先进。有鉴于此，个人和贸易组织希望改善用于检验所交换的物品和/或所收到的货币的真实性的方法。因此用于通过检测伪造制品或物体而防止伪造的方法必须更加先进。
在Hopwood等人的US5915518和5918960中描述了用于扫描货币或其他防伪制品以检验其真实性的方法。在Hopwood的专利中描述的方法采用了紫外电磁辐射或光源以检测伪造货币或物体。通常，对所测试的物体用紫外光照射，利用两个或多个光电池来测量所得到的反射紫外光量。将从物体所反射的紫外光量与从参照物体所反射的紫外光等级进行比较。如果反射率等级是一致的，则所测试的物体被视为是真实的。
在Hopwood的专利中的方法是基于以下原理真实货币票据通常是由特定配方的未漂白纸制成的，而伪造的票据通常是由漂白纸制成的。通过在紫外辐射下观察纸张，就可以看出漂白和未漂白纸之间的区别。通过将可疑的单据放置在扫描台上并利用光检测器和数据分析设备，采用相关的数据处理回路，来测量和比较测试单据所反射的紫外光的检测等级，可以自动的进行检测过程。
可惜，紫外反射和荧光检测系统还存在着许多问题，这样就导致了不准确的比较以及真实钞票的无效。例如如果可疑物体或物品已经被洗过，该物体会被去掉有荧光的化学品，并因此看起来是伪造的。结果每一个被错误检验的物品必须因此手工检验，以防止毁坏真实物体。
检测伪造物体的其他传统方法是采用物品的磁检测，其中该物品已经用磁性油墨进行压花或压印，以及/或对物体上的影像进行影像检测。可惜，伪造者也可以获得磁性油墨，并能很容易的在伪造物体上施加，而影像检验系统则会被用彩色复印机或彩色印刷机制成的伪造货币所欺骗，因此降低了这些防伪造方法的效率。
其他检验方法利用了磁性检测的性质，以检测物品的电阻，其中该物品已经用一定的透明导电化合物进行了压印。但是这些方法相对较为复杂，需要使用不容易获得、不容易维修或不方便操作的特定设备，特别是对希望快速检验物品真实性的零售组织或银行来说更是这样。
近年来，各种物品例如钞票、货币和信用卡已经压印或压花有光学干涉装置例如光学可变油墨或箔，以防止伪造。光学可变油墨和箔具有随着观察角而改变的色移。尽管这些干涉图样在防止伪造方面是有效的，但是仍然需要准确和方便的测量系统，以检验压印有真实光学干涉图样的物品。
随着科技的发展，需要新技术来对抗制造造伪者的伪造能力。因此需要提供把防伪武器的可用性扩展到政府、贸易零售商和银行，以检验物品的真实性的鉴别系统。
发明概述根据本文具体和广义地描述的本发明，提供一种系统和方法，用于通过扫描光学干涉图样形式的光学干涉防伪特征，来自动检验物体真实性，例如扫描具有特定光谱反射或透射特性的色移图样。因此可以鉴别各种物体例如货币、钞票、信用卡和其他压印或压花有光学干涉图样的类似物体。
色移防伪特征既表现特征反射光谱也表现作为观察角的函数的谱移，它可以被本发明的检验系统所利用确定物体的真实性。本发明的检验系统可以通过将要被检验的物品放置在传送台上来自动操作，其中该传送台将物品以线性方式移动进行扫描。
本发明的检验系统通常包括光学系统、传送调配设备以及分析设备。光学系统包括一个或多个光源，能够产生窄带或宽带光束。传送调配设备与光源配合操作，该传送调配设备被构成为将物体定位而使得一个或多个光束照射在物体应当有防伪特征的位置。分析设备接收物体和防伪特征所反射或透射的光束，并以不同的角度和/或波长分析物体所反射或透射的光束的光学特性，以检验物体的真实性。
在根据本发明的检验物体真实性的一个方法中，将至少一个光束以第一入射角度导向要被鉴别的物体。该物体被定位成使得光束入射在物体应当有光学干涉防伪特征的部分处。从物体沿着一个或多个光路引导该光束，例如通过反射或透射，并且分析光束的一个或多个光学特性以检验物体真实性。可以通过将从物体以不同的角度反射或透射的两个光束与参照谱移相比较、或通过将从物体反射或透射的至少一个光束的光谱形状与参照光谱形状相比较，来分析该光学特性。
本发明的这些和其他方面会从以下描述和所附权利要求中理解得更加清楚，或可以从以下所述的本发明实践中了解。
附图的简要说明为了更好的理解实现本发明的上述和其他优点和目的方式，参考在附图中所示的特定实施方案进行更具体的描述。可以理解这些附图只是显示了本发明的典型实施方案，不应理解为对本发明范围的限制，通过以下的附图，利用更多的说明和细节，描述和解释本发明。
图1表示本发明一个实施方案的自动鉴别系统的示意图；图2表示反射强度曲线图，其中反射强度作为压印有光学干涉防伪特征的钞票上的位置的函数；图3表示本发明变通的实施方案的自动鉴别系统的示意图；图4表示本发明另一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图5表示本发明另一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图6表示本发明变通的实施方案的自动鉴别系统的示意图；图7表示本发明再一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图8表示本发明变通的实施方案的自动鉴别系统的示意图；图9表示本发明再一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图10表示本发明变通的实施方案的自动鉴别系统的示意图；图11表示图10实施方案中各检验段的各反射强度的曲线图；图12表示本发明再一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图13表示图12实施方案变通的结构示意图；图14表示本发明变通的实施方案的自动鉴别系统的示意图；图15表示本发明再一实施方案的自动鉴别系统的示意图；图16表示图15实施方案变通的结构的示意图；优选实施方案的详细说明本发明涉及用于通过扫描具有预定光反谱特性(可以是反射率或透射率特性)的光学干涉防伪特征来自动检验物品真实性的系统和方法。本发明特别用于测试各种物体的真实性，所述物体例如是已经压印或压花有光学干涉防伪特征例如色移颜料、油墨、箔或疏松材料等的例如但不限于塑料的钞票、货币、信用卡等。
近年来研发的用于防伪特征的色移颜料、油墨、箔和疏松材料已经明显降低了货物、货币、钞票、信用卡等的伪造能力。色移颜料、油墨、箔和疏松材料由制造非常复杂的多层薄膜干涉涂料形成。因此伪造者难以复制这种色移防伪特征的效果。另外在钞票和货币的情况下，特定色移颜料或油墨只能从合法制造商和特定政府代理人例如美国财政部处获得。这些色移颜料和油墨具有随观察角变化的可见色移。色移的量取决于用于形成层的材料以及各层的厚度。另外，在一定波长下，色移颜料和油墨随着观察角的增大而具有更高的反射率。这种用于防伪特征的色移颜料或油墨的特定组成实例如Phillips等人的US5135812所述，其公开内容在此引入作为参考。由于从色移颜料或油墨获得的光学效果是可重复的，并且对每种特定类型涂料结构来说是唯一的，因此所得到的真实防伪特征的色移、反射率、和/或透射率就可以被测量，并被用作物品或物体上可疑防伪特征测试的标准或参照。
通过用入射在防伪特征上的一束或多束光束来扫描不同角度的诸如光谱反射率或透射率的光学特性和/或谱移度，本文所描述的系统和方法可以进行简单和方便的真实性检验。光学特性和/或谱移与存储的参照数据进行比较，以检验防伪特征并因此检验物体的真实性。
参考附图，其中类似的结构由相同的标号表示，图1是本发明一个实施方案的自动检验系统10的示意图，该系统可以用于验证包括光学干涉防伪特征的物体的真实性。该检验系统10测量物体14上光学干涉防伪特征16的反射光谱的光谱形状，以检验其真实性。但是可以理解，该检验系统10可以利用透射光谱的光谱形状，可以单独使用或与反射光谱结合，以检验防伪特征16的真实性。
防伪特征16可以是各种光学干涉图样的形式，例如光学可变油墨，颜料，或包括色移油墨、颜料、或薄箔；疏松材料例如塑料；胆甾型液晶；二色性油墨、颜料或箔；干涉云母油墨或颜料；角色(goniochromatic)油墨、颜料或箔；衍射表面，全息表面或棱柱曲面；或可以施加在物体表面上用于鉴别目的任何其他光学干涉图样。将衍射或全息表面与色移油墨或箔结合的其他适合的光学干涉图样在Roger W.Phillips等人在2000年1月21日提交的题为“光学可变防伪图样”的美国专利申请中披露，其内容在此引入作为参考。其他适合的光学干涉图样在未决的1999年7月8日提交的题为“具有色移背景的衍射表面”的US序列号09/351102的专利申请中披露，其内容在此引入作为参考。
其上施加有防伪特征16的物体14可以选自需要真实性的各种物品，例如防伪单据、防伪标签、钞票、可转让钞票、股票、债券例如银行或政府债券、商业票据、信用卡、银行卡、财务往来卡、护照和签证、移民卡、执照卡、身份证和证件、商业货物、产品标签、货物包装、真实性证明以及各种纸、塑料或玻璃制品等。
如图1所示的检验系统10包括传送调配系统，用于运载要被鉴别的物体14；光学系统18，用于照射物体14；以及分析系统20，用于分析反射光谱的特征。因此该检验系统10用于通过分析防伪特征16的反射光谱的光谱形状而鉴别物体14。通常系统10通过比较在两个不同反射角θ2a和θ2b的防伪特征16的反射光谱而检验防伪特征16的真实性。
检验系统10包括具有两个或多个光源例如宽带光源24a、24b的光学系统18。宽带光源24a、24b产生波长范围是例如约350nm-约1000nm的光，来按照准直方式照射位于物体14上的防伪特征16。用于光源24a、24b的适当的设备包括钨灯丝、石英卤灯、氖闪光灯、以及宽带发光二极管(LED)。可以理解，系统10可以被改进，以只包括例如一个光源24，并包括反光镜和分束器或使用从公共或单个光源供光的二分叉光纤。
光源24a、24b分别产生第一光束26a和第二光束26b，它们以相对于法线50不同的入射角θ1a和θ1b传送至交点52。或者第一光束26a和第二光束26b可以被传送至不相交的不同点。或者光束26a和26b聚焦在两个分开的点上，这两个点位于物体14沿之移动经过的传送台设备的纵轴上。在这种结构中，光束26a和26b不必是按序启动或关闭的，而可以是连续启动的。
光束26a和26b从防伪特征16沿着分别具有角θ2a和θ2b的两个光路朝着分析系统20导向，如光束28a和28b所定义的。如图所示，光束28a和28b从防伪特征16反射，但是可以理解，该光路可以包括透射光束，如图10所示。下面就反射角进行讨论，关于透射角也可进行类似的讨论。可以理解，本发明的操作在θ1a＝θ2a和θ1b＝θ2b时是可能的。光束26a和26b的入射角θ1a和θ1b以及所得到的入射在分析系统20上的反射角θ2a和θ2b的特定值是本发明的重要特征，因为入射角θ1a和θ1b直接影响检验方法。因此，系统10被构成为使得入射角θ1a和反射角θ2a在与法线50成约30°至约80°的范围内，优选在约40°-约60°。入射角θ1b和反射角θ2b在与法线50成约0°至约30°的范围内，优选在约5°-约15°。优选的是，θ1a不等于θ2a，并且θ1b不等于θ2b，或换句话说，应在反射光束28a和28b相对于法线50具有不同于入射光的入射角的角取向上进行测量。这样，从防伪特征16的光泽表面反射的光的光泽效应就被减轻。
图1实施方案的分析系统20包括第一光学检测器40a以及第二光学检测器40b，这两个检测器运转地连接至数据分析设备42。检测器40a、40b优选的形式为分光光度计和摄谱仪。检测器40a、40b用于测量作为被分析的防伪特征16波长函数的反射率幅度。检测器40a、40b在两个不同的角度测量物体14上的防伪特征16在一个波长范围内的反射率，并将在每个波长的反射率数据结合，以产生每个反射角的光谱曲线。
检测器40a、40b可以包括例如，安装于线性二极管阵列或电荷耦合器件(CCD)阵列的线性可变滤光器(LVF)。该LVF是一类被称之为分光计的光学设备中的一个例子，该分光计分离并分析光的光谱成分。线性二极管阵列是光检测器的例子，它将空间变化的分散光束转换为通常显示为像素的电信号。分光仪和光检测器一起包括称之为分光光度计或摄谱仪的光谱分析设备。因此可以理解，可以使用各种其他的分光计和光检测器的结合和构成，以获得所需的反射率数据。例如，但不限于，在一种构成中，检测器40a、40b是基于分光计的光栅、棱镜、滤光镜或干涉仪，其光谱输出被光度阵列设备诸如可能耦合或不耦合至影像增强器的线性二极管阵列进行光度扫描或检测。在另一种构成中，检测器40a、40b利用照相胶片，它被显影并耦合至扫描测微密度计。在又一种构成中，检测器40a、40b经穿过安装在单个光检测器例如光电二极管或光电倍增管前面的狭隙、以传统扫描分光光度计的方式扫描光谱而进行工作。在再一构成中，检测器40a、40b经穿过分光计或LVF的输出面而机械或光学扫描的光检测器来进行工作。在又一构成中，检测器40a、40b经穿过光检测器扫描干涉仪的干涉图纹然后电转换至所分析光的光谱而进行工作。所有这些组合在领域是公知的用于将光转换为称之为光谱的电显示的曲线的方法，并被该领域技术人员统称为分光光度计和摄谱仪。检测器40a被构成为接收在优选接近入射角θ1a的反射角θ2a所反射的光线28a，而检测器40b被构成为接收在优选接近入射角θ1b的反射角θ2b所反射的光线28b。因此检测器40a、40b分别在与检测器所接收的光的各自反射角相对应的特定角取向处构成。如图1所示，检测器40a的角取向比检测器40b的大。
与检测器40a、40b进行通信的是数据分析设备42。数据分析设备42对从检测器40a、40b接收的数据进行电处理，并将其与存储的参照数据进行比较，以检验防伪特征的真实性。该数据包括代表从防伪特征在两个不同角度所反射光的谱移的电信号。特别是，每个检测器40a、40b测量在一个波长范围的反射率，以产生分别在θ2a、θ2b所反射的光束28a和28b的光谱曲线。数据分析设备42利用微处理器和附加电路，以分析每个检测器40a、40b所产生的光谱曲线，来检验防伪特征16的真实性。例如，使用软件来比较所测量的光谱曲线和存储在分析系统20数据库中的参照光谱。如果所测量光谱的特征与参照光谱的特征基本一致，那么该物品就被视为是真实的。因此数据分析设备42可能向使用者显示所测试的物体是真实的还是有可能伪造的。至于检测器40a、40b，该领域技术人员已经知道各种数据分析设备可以执行所需功能，诸如使用特定的逻辑设备、微处理器或计算机。
图1所示的实施方案的防伪特征16通常由以颜料、油墨、箔或疏松材料例如塑料而施加在物体14上的高精确度光学干涉图样来形成的。随着防伪特征16上的入射光线角度变化，在相对波长的反射率曲线中波峰和波谷波长也变化。这样在防伪特征16所产生的低和高反射率光谱特征(即波峰和波谷)之间提供了对比，该对比被检验系统10所利用以确定防伪特征16的真实性。
由物理性质决定，光学干涉图样的反射和透射光谱随着观察角的增加而向短波移动。在系统10所采用的检验物体14真实性的方法中，来自光源24a、24b的每个入射光26a、26b的波长被进行预选，接近防伪特征16的已知相对波长的反射率曲线的波峰或波谷。例如假设θ2a大于θ2b，如果来自光源24a、24b的入射光26a、26b的波长接近于相对波长的反射率曲线的波峰对应的值(即最大反射率)，则在θ2a的反射率与在θ2b的反射率的比例(即反射比)会小于1。反之，如果来自光源24a、24b的入射光26a、26b的波长接近于相对波长的反射率曲线的波谷对应的值(即最小反射率)，则在θ2a的反射率与在θ2b的反射率的比例(即反射比)会大于1。后一种选择波长使之接近相对波长的反射率曲线的波谷的情况对大多数随入射角增加而反射率实际降低的材料来说是有利的，而用于防伪压印的色移颜料、油墨、箔和疏松封装物具有随入射角增加而反射率增加的独特性质。因此后者可提供使得检验更确定的优点。
为了能够测量反射率随入射角变化的变化，阻断26a却让光束26b通过可能是比较有利，反之亦然。因此此处描述的各种实施方案能够从不同的角取向利用连续的光束26a、26b或交替光束26a、26b。因此实现交替光束26a、26b的一个方法是中断光源24a、24b之一的电源或使用阻挡设备，例如光断路器或机电快门。可以理解，可以使用该领域技术人员公知的各种其他设备构成来中断光束26a、26b。
色移颜料和油墨可选用例如在Phillips’812中描述提供低光泽表面所施加的那些材料，入射角θ1a和θ1b优选大致等于各自的反射角θ2a和θ2b。可以理解，反射角θ2a和θ2b不必等于各自的入射角θ1a和θ1b，因为反射角可能根据所采用的光学干涉防伪特征的类型而变化。
在检验系统10工作时，物体14例如已经附有防伪特征16的钞票被放置在传送台设备12上。光源24a、24b分别产生光束26a、26b，它们被引导入射在传送台设备12表面上的交点52上。物体14以线性方式移动穿过交点52，使得防伪特征16线性穿过交点52。由于物体14移动穿过交点52，因此该检验系统10能够扫描防伪特征16的线形区域而不是点。从防伪特征16反射的光束28a、28b入射在检测器40a、40b上，该检测器分别在两个不同的反射角θ2a和θ2b同步测量反射率，在每个角度获得反射率光谱。分析这种数据的一种技术是从该光谱中提取一个波长，比较在这个波长处在各个角度θ2a和θ2b所测量反射率，因此获得该波长的反射比。把在反射角θ2a和θ2b反射的光束的反射比与已知真实的防伪特征的参照反射比进行比较来确定真实性。例如，真实防伪特征可以被形成为在θ2a产生大于在θ2b的反射率，导致预定的反射比，而伪冒品会在θ2a产生等于或小于在θ2b的反射率，导致不同的反射比。可以理解，检验系统10可以按照透射率模式而不是反射率模式工作，以检验防伪特征16的真实性。
根据本发明的另一个方面，检验系统10包括传送台设备12。该传送台设备12设有用于定位物体而使得光束入射在该物体应当有防伪特征的部分上的部件。传送台设备12可以采用多种构造，用于进行理想的传送和定位功能。例如传送台设备12可以包括带或传送器，用于在鉴别过程中在所需的取向上承载和/或保持物体14，并以线性方式移动物体14穿过光学系统18。这种带或传送器可以配置成高速或低速构成，以提供多个物体、物品或制品的连续检验。在另一种构成中，设置传送台设备12用于物体14在检验系统10中的静态定位。各种其他的结构可以用作传送和定位部件，是该领域技术人员公知的。
测量防伪特征的点的传统检验设备明显没有本发明的系统精确，因为可以在物品上防伪特征以外的位置进行测量。这种情况发生是因为，基本不可能确保油墨或其他材料形成的防伪特征会在被检测的物品的精确坐标处存在。相反，本发明的检验系统具有自动确定防伪特征位置的能力，因此提供了更高的检测准确性。
图2示意性的表示了作为扫描物品例如压印有防伪特征的钞票上的线性位置的函数的反射强度典型曲线图。这种图还表示了在钞票穿过系统10中交点52时检测器40a、40b和数据分析设备42所检测的反射数据组成。如图2所示，在钞票上防伪特征的位置处发生反射强度的变化，通常是增加。如果所测量的光谱的特征基本与参照光谱的特征相一致，那么该物品被视为是真实的。
尽管上述参考图1和2的描述集中在诸如钞票之类的单据的鉴别上，但是该领域技术人员可以理解，本发明的系统、方法和设备可以用于各种其他情况，其中需要防伪特征的检验，例如但不限于，信用卡、护照、商业票据、物品、身份证、产品标签等的检验。
参考图3，描述根据本发明另一实施方案的自动检验系统10。该检验系统110包括以上对系统10所述的一些特征，包括传送台设备12，用于承载要被鉴别的物体14。但是检验系统110适用于通过分析从光学干涉防伪特征16所反射的电磁辐射的单波段的角移或色移而鉴别物体14。
检验系统110通常包括用于承载物体14的传送台设备12，光学系统118，以及分析系统120。光学系统118包括两个光源，第一光源124a和第二光源124b，它们是氦氖激光器或激光二极管，分别能够产生单色和准直光束126a、126b。光源124a、124b可以有各种形式，只要它们能够产生单色光束即可。例如光源124a、124b可以是单色器也可以穿过窄带的带通滤光镜的宽带光源。
分析系统120包括第一光学检测器140a和第二光学检测器140b，它们连接至数据分析设备142。与图1的实施方案的检测器40a、40b相对的是，检测器140a、140b可以是半导体光电二极管的形式，能够检测从防伪特征16反射的光。检测器140a、140b将反射光束128a、128b的反射率特征进行转换并将数据传送至数据分析设备142。该领域技术人员可以理解，其他检测器可以执行所需的功能，例如分光光度计和摄谱仪，例如但不限于光电倍增管、CCD阵列，光电检测器或光热检测器。
在检验系统110运行时，第一光束126a由光源124a产生，它以入射角θ1a入射在物体14上，该入射角θ1a不同于光源124b所产生的第二光束126b的入射角θ1b。光束126a以反射角θ2a沿着第一光路朝检测器140a反射，如光束128a所示，而光束126b以反射角θ2b沿着第二光路朝检测器140b反射，如光束128b所示。如前所述，本发明的每个检验系统也可以按照透射模式而不是反射模式操作。因此，光束128a、128b的第一和/或第二光路也可以透射穿过物体14。数据分析设备142与检测器140a、140b运转上相连，并将与从检测器140a、140b接收的谱移特征相关数据进行电处理，以检验物体14上的防伪特征16的真实性。
参考图4，显示了作为本发明图3所示的方案的变通方案。关于检验系统110所讨论的大部分特征都可以用于自动检验系统160。检验系统160包括前面关于系统110所述的一些特征，包括传送台设备12，用于承载要被鉴别的物体14。检验系统160和检验系统110之间的显著差别在与光学系统168。如图4所示，光学系统168包括单个光源174，例如氦氖激光或激光二极管，它能够产生单色且准直的光束176。光源174可以是其他的形式，只要它能够产生单色光束即可。例如光源174可以是单色器或或穿过窄带通滤光镜的宽带光源。
与光源174光学连通的是光分束器182，它将光束176分成两束，第一光束176a和第二光束176b。第一光束176a以相对于法线50的第一入射角θ1a被导向传送台设备12，而第二光束176b被反射至反光镜180，它将第二光束176b以第二入射角θ1b反射引导向传送台设备12。分束器182可以用各种方式来分裂光束176，例如但不限于，偏振分量、带宽、强度等。例如，分束器182可以是偏振分束器，立方分束器，部分反光镜等。
另外，可以理解，分束器182和反光镜180结合的功能可以被分叉光纤系统所替换，它能够将入射光束176分开，并使得一个或多个强度的光束例如176a和176b重新导向。
光束176b从反光镜180向传送台设备12反射。各种反光镜180都适合于执行这项功能，是该领域技术人员所公知的。反光镜180定位成与传送台设备12光学连通，从而光束176b从反光镜，以不同于第一光束176a的入射角θ1a的第二入射角θ1b向传送台设备12反射。无需说明，从反光镜180反射的光束176b在图4所示的交点52处以与光束176a基本相同的点处落在物体14的防伪特征16上。尽管如图所示，光束176a、176b交汇在交点52处，但是可以理解，光束176a、176b不必交汇，而是可以在物体14沿着传送台设备12所穿过的同一纵向路径上的不同点处照射在传送台设备12上。
分析系统170包括如前述讨论的检验系统110类似的检测器和数据分析设备，由此鉴别防伪特征16。因此分析系统170包括第一光学检测器190a和第二光学检测器190b，它们与数据分析设备192连接。检测器190a、190b将从防伪特征16反射的反射光束178a、178b的反射率特征进行转换并将数据传送至数据分析设备192。
参考图5，描述了一种自动检验系统210的变通方案。检验系统210包括以上对检验系统160所述的基本上所有的特征，包括传送台设备12，用于承载要被检验的物体14。检验系统160和检验系统210之间的显著区别在于光学系统218和分析系统220的特定构成。分析系统220被构成为接收来自物体14的两个或多个反射或透射光束228a、228b，经它们结合成为一个单个光束228，用于检验物体14的真实性。因此分析系统220包括反光镜和分束器232。如图所示，光束228b从防伪特征16以角度θ2b反射至反光镜230。可以使用各种类型的反光镜230，是领域内一般技术人员公知的。从反光镜230反射的光束228b入射在分束器232上，它将光束228b和以θ2a反射的光束228a结合成为一个单个光束228。分束器232可以按照各种方式结合光束228a、228b，例如但不限于，偏振分量、带宽、强度等。因此，分束器232可以是偏振分束器，立方分束器，部分反光镜等。可以理解，在另一种构成中，分束器232和反光镜230的功能可以通过分叉光纤系统来提供，而将反射光束228a、228b结合。
可以理解，检验系统160和210的功能和结构可以结合在一个检验系统260中，如图6所示。检验系统260包括光学系统268，它使用反光镜280和分束器282，以将光束分成两束276a、276b。另外，检验系统260包括分析系统270，它也采用了反光镜284和分束器286，以将反射光束278a、278b重新结合为单个光束278，该光束被导向检测器290和数据分析设备292。
图7中所示的是自动检验系统110的另一变通实施方案。关于检验系统110所讨论的大部分特征可以用于检验系统310。系统310包括传送台设备12，用于承载要被鉴别的物体14。光学系统318产生具有单个波长或少量离散波长的光束326。分析系统320设置用来检验从物体14上的防伪特征16反射或透射的光束326的角反射率或透射率。该系统取代了来自两个或多个光源的光的收集，可以通过使用光学扫描设备例如旋转反光镜作为唯一的移动部件而实现多个入射角。
如图7所示，检验系统310适用于检验光束326的角反射率，但是领域内一般技术人员可以将检验系统310的结构修改为检验角透射率。光学系统318包括光源324，诸如氦氖激光或激光二极管等，它能够产生单色和准直的光束326。如前所述，光源324可以具有其他形式，只要它能够执行上述功能即可。在该实施方案中，特别重要的是，光源324产生非常好的准直光束326，因为分析系统320采用角反射率而不是光谱来确定防伪特征16的真实性。采用高度准直的光束326的另一个有益的特征是光束326非常明亮，具有高强度。
与光束光学连通的是光学扫描设备，形式为旋转反光镜330，以及圆柱状透镜332。旋转反光镜330通常为多角形，从而反光镜330的旋转改变了离开反光镜一个表面的光束的角取向。反光镜330的旋转由计时电路(未显示)来控制，从而在任何时候能够完全控制入射角和光束326的反射。可以理解，可以使用各种其他的光学扫描结构来代替可旋转反光镜330，例如旋转或摆动平面镜、电流计的光学扫描仪、电光束偏转器、声光束偏转器、微机电系统扫描仪(MEMS)例如数字反光镜显示(DMD)等。
从反光镜330反射的光被入射在圆柱透镜332上。透镜332通常为圆柱形式，具有输入面334和出射面336。可旋转反光镜330反射的光束326由透镜332传送，而以不同的入射角θ1a-θ1n入射在物体14的防伪特征16上。领域内一般技术人员可以理解，可以采用其他构造的透镜332，只要该透镜能够执行所需功能、即在防伪特征16上传送入射光束326即可。
分析系统320包括检测器340和数据分析设备342。检测器340形式为单个线线检测器或光二极管阵列。或者，可以采用多个检测器，以及领域内一般技术人员公知的其他类型的分光光度计和摄谱仪。
检测器340接收从防伪特征16以不同的反射角θ2a-θ2n反射的光束328，所述不同反射角是由于光束326的不同入射角θ1a-θ1n造成的。检测器340测量在给定反射角θ2a-θ2n的反射光强度，将需要的数据传送给数据分析设备342。数据分析设备342连接至计时电路(未显示)以控制反光镜330的旋转，从而在任何时候都知道特定的入射角θ1a-θ1n。通过将入射角θ1a-θ1n与反射角θ2a-θ2n和所检测的强度进行比较，数据分析设备342可以计算出作为入射角函数的反射强度。然后该值被用于检验物体14的真实性。
运行时，光源324产生导向反光镜330的光束326。光束326以不同的角取向从可旋转反光镜330反射，例如相对于旋转反光镜330的反射表面的法线为±30度。因此从反光镜330反射的光束326在反光镜330旋转时相对于反光镜表面的法线从+30度至-30度扫描。扫描光束入射在圆柱透镜332的入射面上。圆柱透镜332将每个扫描光束326传送至传送调配系统12上的物体14的防伪特征16要经过的特定点。光束326的角取向连续变化，因此入射角θ1a-θ1n和光束328的反射角θ2a-θ2n以及相关的光路连续改变。检测反射角θ2a-θ2n的变化，并用于检验防伪特征16的真实性。特别是，由于防伪特征16是光学干涉图样，所反射的光按照该图样的特征改变角度和波长，与伪造品不同。
本发明的上述实施方案的各种其他构成也是可以的，为领域内一般技术人员公知。例如，检验系统310的其他构成包括能够产生不同波长的单色光的多个光源。因此多角形反光镜330的邻近面反射不同波长的光，而在几个不同的离散波长处同时测量反射率。在另一个构造中，入射角θ1a-θ1n接近或靠近法线50的两侧。因此入射平面必须与法线方向分开，以检测反射光。为了实现这一点，将分析系统320相对于法线50倾斜，因此圆柱透镜332和可旋转反光镜330都以相等的但是相反的角度相对于包括法线50的平面倾斜。
参考图8，描述了本发明另一实施方案的自动检验系统360。检验系统360包括上述系统10的一些特征，包括传送台设备12，用于承载要被鉴别的物体14。但是检验系统360用于通过分析从防伪特征16在一个反射角的反射光的光学谱图光谱形状来鉴别物体14。
此处的讨论将针对各种与使用反射光谱进行鉴别有关的结构和功能，但是可以根据透射光谱进行类似的讨论。
如上所述，由于防伪特征16通常由高精确的光学干涉图样形成，因此在高和低反射光谱特征、即峰和谷之间就会有很大的反差。另外，峰和谷、以及它们各自的波长之间的间距是可以预料的，并可重复的，例如每个防伪特征的光谱形状或轮廓可以作为光学干涉图样的物理结构的“指纹”。例如在5层的多层薄膜干涉图样，如Phillips的’812所述图样中，其设计为金属1-绝缘层-金属2-绝缘层-金属1(M1DM2DM1)，峰(H)和谷(L)具有通过以下算术公式而相关的波长 λH1≅λL1/2]]>λL2≅λL1/3]]>λH2≅λL1/4]]>λL3≅λL1/5]]>λH3≅λL1/6]]>λL4≅λL1/7]]>λH4≅λL1/8]]>
λL5≅λL1/9]]>通过已知真实防伪特征的四分之一光学厚度以及上述比例，可以计算最大反射的波长(λmax)和最小反射的波长(λmin)。另外，通过测量要被测试的物品的反射(或透射)光谱，可以确定所测量的λmax和λmin数值。然后通过将所测量的λmax和λmin数值与公式所预测的数值进行比较，可以确定物体14上的防伪特征16的真实性。
在另一种方法中，可以扫描防伪特征并获得它的反射光谱和/或透射光谱的形状。然后将所测量的光谱的特征形状与已知真实特征的参照光谱进行比较，以确定防伪特征的真实性。
参考图8，检验系统360具有光学系统368，它包括宽带光源374，能够产生在例如约350nm-约1000nm的波长范围内的光，以按照准直方式照射物体14上的防伪特征16。用于光源374的适当设备包括各种发光器，例如但不限于钨灯丝、石英卤灯、氙闪光灯以及宽带发光二极管(LED)。
第一光束376由光源374产生，以入射角θ1a入射在物体14上。光源374构成为使得入射角处于相对于法线50约0°-约80°的范围内，优选是约5°-约60°。
检验系统360还包括分析系统370，具有与分析系统20类似的形式。因此，分析系统370包括检测器390和数据分析设备392。检测器390优选形式为小型分光光度计，但是检测器390可以是摄谱仪，这是领域内一般技术人员公知的。检测器390用于测量反射率幅度，它是作为被分析的防伪特征的波长的函数。检测器390被构成为接收以反射角θ2a反射的光束378，该反射角优选与入射角θ1a幅度类似。
在检验系统360的运转时，检测器390测量物体14上的防伪特征16在一个波长范围内的反射率，并将在每个波长的反射率数据结合以形成光谱曲线。数据分析设备392分析检测器390所产生的光谱曲线或形状，以检验防伪特征16的真实性。使用软件将由物品的防伪特征所测量的光谱曲线与存储在数据库中的参照光谱进行比较。如果所测量的光谱的特征基本与参照光谱的特征相一致，那么所测试的物品被显示为是真实的。
检验系统360的另一个构成是可以采用高精度的分光光度计或摄谱仪以及光源，来收集在一个波长范围内的反射光谱。对反射光谱进行分析，计算所得到的λmax和λmin。将λmax和λmin数值与所预期的数值进行比较，以确定物体14和防伪特征16的真实性。
参考图9，描述检验系统410的另一个防伪特征。参考图1所描述的大部分特征可以用于检验系统410。例如检验系统410包括光学系统418，它包括两个光源424a和424b。检验系统410的独特特征是分析系统420的构成。
分析系统420包括检测器440、数据分析设备442、以及光收集器446。光收集器446具有四个锥形反光镜448，设置形成中空的角状光管。光收集器446的上端450与检测器440接触，它在该特定实施方案中优选具有小型分光光度计或摄谱仪的形式。光收集器446的下端452是打开的，以接收物体14的防伪特征16反射的光。在该构造中，入射在防伪特征16上的光束426a和426b被反射成为反射光锥体，由428a和428b所示。光锥入射在光收集器446上并被其收集，以被传送至检测器440。
该领域技术人员可以理解，可以有各种能够实现其功能的光收集器446的其它构成。例如在另一种构成中，光收集器446由能够传送和收集从光学防伪特征16反射的光锥的光学材料固体片构成。
图9的实施方案能够有效的进行单波长或宽带波长的入射照射。例如如果光源424a和424b是单色的，那么检测器440可以是简单的光二极管等。当光源424a和424b是宽带光源时，那么检测器440可以是分光光度计或摄谱仪。
尽管所示的检验系统410采用反射率数据来检验物体14和防伪特征16的真实性，但是该领域技术人员可以理解，检验系统410可以利用透射系统来进行操作。
参考图10，描述检验系统460的另一个实施方案。参考检验系统10描述的大部分特征可以用于检验系统460。检验系统460包括多个检验段472a-472n，它们沿着传送台设备12的长度、更具体的说是其轨迹463纵向布局。每个检验段472a-472n是由光源474a-474n以及分析系统470的检测器490a-490n的结合构成的。因此每个检验段产生光束476a-476n，接收反射或透射光束478a-478n，并将反射或透射光束478a-478n的数据传送至数据分析设备。
检验系统460的构成允许光源474a-474n和检测器490a-490n的简单光学对准。另外，由于每个检验段472a-472n是非常简单的，因此通过加入多于检验物体14真实性所需要的检验段472a-472n，可以在重复度方面提高可靠性。因此如果一些检验段472a-472n停止工作，在替换故障检验段同时能够继续进行操作。这一点是可能的，因为利用剩余的检验段可以进行准确的真实性检验。除了允许重复之外，检验系统460的速度只受限于物体14穿过检测器490a-490n之下的速度以及数据处理的速度。
如上所述，每个光源产生各自的具有窄电磁辐射波长范围的光束476a-476n。每个光束476a-476n可以按照相对于其他光束476a-476n的角取向来说不同或相同的角取向而入射在物体14的防伪特征16上。另外，每个光束476a-476n的波长可以和后一个或前一个光束476a-476n的波长不同或相同。例如一个光束476a可以具有红区的波长，并以大的角度入射在物体14上，而另一个光束476b可以具有兰区的波长，并以小的角度入射在物体14上。
每个光源474a-474n的一种构造是耦合至光纤端部的发光二极管(LED)。可以采用光源474a-474n的各种其他的构造，这是领域内一般技术人员公知的。
检验系统460还包括分析系统470，它具有沿着轨迹463设置的多个检测器490a-490n。每个检测器490a-490n位于和相关的光源474a-474n相对的位置，可以在物体14的同一侧或在物体14的相对侧，如光源474n和检测器490n所示。每个检测器490a-490n接收从防伪特征16反射或透射的部分光束476a-476n。每个检测器490a-490n可以是前述的任何检测器的形式。
分析系统470的数据分析设备(未显示)结合了来自每个检验段472a-472n的信息，特别是来自每个检测器490a-490n的信息，根据所反射的(或透射的)光，来识别防伪特征16的光谱特性。图11是表示检测器490a-490n所测量的作为时间函数的各种反射强度的曲线图(图中标为检测器A，B，C)。数据分析设备将所测量的光谱特性与真实防伪特征的存储数据进行比较，以检验防伪特征16和物体14的真实性。因此，数据分析设备可以是和前述数据分析设备一样的形式。
运转时，物体14，例如货币，穿过每个检验段472a-472n。光束476a-476n以不同的入射角、例如两个或多个角取向入射在物体14上，从而反射(或透射)光入射在检测器490a-490n上。检测器490a-490n将表示每个检验段472a-472n的反射率(或透射率)值的数据收集起来。因此沿着轨迹463的长度测量了各反射率和/或透射率的数值。例如，检验段472a可以具有850nm的光源474a以及设置在高角度的检测器490a，因此得到一个反射率值。下一个检验段472b可以具有另一850nm的光源474b以及设置在低角度的检测器490b，因此得到不同的反射率值。如果在850nm测量的防伪特征16的反射率随角度而变化，那么在两个不同的检验段472a、472b之间的反射率值的比较会指示出在850nm处的这种差异。
另外，或或者，其他检验段472c-472n可以有光源以及配对的检测器，发出其他电磁辐射波长例如540nm(绿)。检验段472c-472n可以由发出不同波长的光源474c-474n建立，光源474c-474n和检测器490c-490n以不同角度设置。在这种构成中，从多个检验段472a-472n接收的数据可以加在一起，直至有可以唯一识别出防伪特征16的足够的角度和波长的结合。
检验系统460的操作是与时间依赖性的，因为形成要被分析的防伪特征16的光学干涉图样在不同的时间位于不同的检验段472a-472n。因此，来自各检验段472a-472n的信号可能被排成一行，随后进行比较。可以采用多种不同的方法来将有时间依赖性的信号重新排列。实现这一目的的一种方法是设定物体14经过每个检验段472a-472n的速度，在每个检验段472a-472n产生的信号上插入时间延迟，从而信号在基本相同的时间到达数据分析设备，因此可以直接比较信号。
在检验系统460中可以采用不同的检测器构成。如图10所示，沿着样品移动的线路设置离散的检测器。或者一个或多个线性检测器可以沿着行动方向而按照一个或多个角度安装。在另一种构成中，可以使用两维检测器阵列来提供作为角度和下游位置的函数的反射率(或透射率)数值。
关于检验系统460所描述的结构和方法优点在于，避免对光源474a-474n进行“开”和“关”切换实现光的不同入射角和光的不同波长的需要。
参考图12，描述检验系统510的另一个实施方案。参考检验系统10描述的大部分特征可以用于检验系统510。检验系统510包括扩光学系统518和分析系统520。光学系统518包括两个准直的宽带光源524a、524b，能够产生两个光束526a、526b。每个光源524a、524b可以包括光纤546a、546b，宽带光源524a、524b耦合在其第一端548a、548b，而准直透镜550a、550b例如GRIN透镜耦合至第二端552a、552b。领域内一般技术人员公知多种类型的光源524a、524b和准直透镜550a、550b。
与光束526a、526b光学连通的是分析系统520。分析系统520包括漫射体554和影像记录设备例如摄象机556。漫射体554靠近物体14，漫射来自防伪特征16的反射光。来自防伪特征16的反射光可以遍布在反射角范围内，由于形成防伪特征16的光学干涉设备的特性，电磁辐射或颜色的各种波长选择性的在一定的方向上前进。因此漫射体554作为后投影屏幕，在光后向散射离开该表面时，跨其表面显示不同颜色以形成彩色光谱图案。
另外，漫射体554将光再导向摄象机556。漫射体554被选择为在透射至摄象机556的光量和后向散射的光量之间进行平衡。散射较多光的漫射体554因为吸收而损耗光，而散射非常少光的漫射体554会使可看见的颜色直线穿过而不会到达摄象机镜头558。
漫射体554优选是平面磨砂玻璃漫射体，例如在图12的实施方案所示。各种其他类型的漫射体也是可以的，例如但不限于有圆顶的漫射体。这种有圆顶的漫射体554’表示在图13所示替换构造的检验系统510’中，该系统包括系统510的类似元件。有圆顶的漫射体554’优点在于提供了越过其表面的均匀亮度。有圆顶的漫射体可以是半球形的，完全球形的，球形的任何一部分，卵形体的一部分等。此处使用的“有圆顶的”一词表示具有二维或三维结构的各种曲面或曲线形状。
摄象机556观察入射在漫射体554上的反向散射光，该摄象机的形式为彩色摄象机，但那是可以使用其他各种影像记录设备，例如分析系统520中的彩色摄象机可以被红外摄象机、或检测器阵列例如CCD、线性二极管阵列、或二维二极管阵列所代替。
摄象机556聚焦在漫射体554的表面上，以将其上收集的波长或颜色的图案成像。摄象机556所成像的波长频道被传送至数据分析设备542，例如计算机，它存储了真实防伪特征16的波长和位置图案。数据分析设备542通过识别算法来处理摄象机556所接收的数据，以确定是否不同的波长或颜色被以和真实防伪特征16相同的方式反射。可以单独和结合利用波长或颜色影像、影像的图案和每种颜色或波长的强度来进行确定。另外，由于宽带光源524a、524b在漫射体554所产生的彩色影像中产生白点，因此数据分析设备542可以将测试物体14所产生的白点的位置和数量与真实物体14和防伪特征16所产生的白点的数量进行比较。
检验系统510的优点在与其硬件非常容易组装，并且通过将观察角与以期望的方式反射的样品进行比较，数据分析设备542可以容易的校准容差。
参考图14，描述了检验系统的另一个替换实施方案。参考检验系统110所描述的大部分特征可以用于检验系统560。检验系统560包括光学系统568和分析系统570，只描述它们的一部分。光学系统568包括多个光源574a-574n，它们可以是宽带光源(例如白光光源)或产生电磁辐射离散波长的窄带光源(例如发光二极管)，设置成二维(2-D)阵列572。类似地，按照同样的阵列572，在与光源574a-574n不同但是接近的位置处设置多个检测器590a-590n，例如分光光度计和/或摄谱仪。光学系统568和分析系统570的其他部分均与前面所述的相同，下面将进一步描述。
在运行中，2-D阵列572被放置在面对物体的位置，阵列572的中心基本直接与防伪特征16相对。阵列572优选是平面的，但是各种其他阵列572的结构也是可以的，例如通过但不限于，半球形、圆屋顶形等。阵列572连接至控制系统(未显示)，该系统启动一个或多个光源574a-574n，并在给定的时间接收来自一个或多个源590a-590n的数据。
以下讨论操作检验系统560的各种方法。此处的讨论仅作示例之用，不能视为将本发明的应用排除于不同的操作模式、不同的电磁辐射波长或不同的检验系统560的结构。
在一个实例中，光源574a-574n发出白光，而检测器590a-590n向数据分析设备592输出RGB(红、绿、兰)信号，这些信号与到达检测器590a-590n的光的红、绿、兰的光强度成比例。当例如光源574a-574n中基本位于阵列572中心的一个被打开时，检测器590a-590n记录RGB信号作为阵列572上的位置(并因此是离样品的角度)的函数。然后来自每个检测器590a-590n的信号被数据分析设备592综合成为反射率图，它是样品的特征。例如，引入光学干涉图样例如Phillips’812中所述光学可变颜料的物体14具有与其他类型颜料不同的反射率图。在利用品红-绿光学可变颜料制成的防伪特征16的实例中，打开阵列572中光源574a-574n的中心光源会使得接近打开的光源光源574a-574n的检测器590a-590n检测近法线(near-normal)反射的品红色。在检测信号产生的反射率图中，定位成从一个光源574a-574n向外辐射的每个检测器590a-590n会检测在距离表面法线角度最大的位于阵列572周边周围的检测器590a-590n之一处的，从品红色开始、经金色并最后至绿色的颜色渐变。在该实例中，数据分析设备592不只提供来自检测器590a-590n的颜色值，而且还提供每个检测器所测量的强度。
在防伪特征16用光学干涉颜料薄片制成并且这些薄片主要与物体14的平面对准的此例中，所检测的信号的强度倾向于从光源的位置径向降低，因为少量的薄片以较高的角度倾斜。
在周边处的光源574a-574n之一而不是在中心的光源574a-574n之一被打开的情况下，会在入射角最接近于反射角之处再次检测出最强信号，但是在这个变通的实施例中，对最接近光源的检测器来说不是这样。如果所利用的光在顶部中心位置，那么会在底部中央位置获得最大强度。对同样的品红—绿的光学可变颜料样品，底部中央检测器会在检测角约为45度时检测最高强度的绿色，而接近光源的检测器会看见具有较低强度的品红色。因此通过将阵列572中不同光源574a-574n进行电切换，检测器阵列会获得产生一序列图的强度和颜色信号，这些图是要被检测的特定防伪光学干涉图样的个性的和共性的特征。
应当理解，在阵列572中可以使用光源574a-574n和检测器类型的其他结合。例如，白光光源可以用发光二极管(LED)所代替，它能够发出较窄范围的波长(或可选择波长)。如果这些LED与宽带检测器(或基于硅的检测器)并排安装，那么就可以获得一系列给出作为波长、光源位置和检测器位置的函数的强度数据图。通过切换不同的LED的“开”和“关”，可以获得一系列映射，这些影射也是防伪特征16的光学干涉图特征。这种结构是有益的，因为使用了较为廉价的检测器和LED光源。
参考图15，描述检验系统610的另一实施方案。参考检验系统10描述的大部分特征可以用于检验系统610。检验系统610包括光学系统618和分析系统620。检验系统610允许多个光束以不同的角度入射在物体14和防伪特征16上，而分析系统620接收以不同的离散角度反射或透射的光，因此可以确定物体14的防伪特征16的真实性。
如图15所示，检验系统610被构成为利用防伪特征16的反射率特征来检验物体14的真实性，但是该领域技术人员可以采用其他结构，可以单独利用透射率特征或与反射率特征结合来检验物体14的真实性。光学系统618具有多个光源624a-624n，每一个均耦合至多个光传输光纤622a-622n。耦合至光纤622a-622n的每个光源624a-624n产生离散波长的电磁辐射，例如由激光器或LED产生的单色光束，或宽带电磁辐射例如由白光光源产生。光纤622a-622n远离光源的端部连接在一起，以形成光纤束，因此使得光源624a-624n可以是小的、坚固的和耐用的，同时易于安装和使用。光纤622a-622n端部的布局必须仔细地进行，以在检验系统610的工作过程中限制光在高锥角耦合的影响。
光纤622a-622n的一个或多个远端可以包括聚焦或缩窄透镜632a-632n，例如GRIN透镜或微球状透镜，以降低从光纤622a-622n射出的光的锥角，从对应于0.3的数值孔径的约35度锥角降低至对应于0.1数值孔径的约12度。因此从每个光纤622a-622n远端射出的光会以不同的角取向入射在防伪特征16上。
与防伪特征16表面反射或透射的多个光束628a-628n光学连通的是一个或多个检测器640a-640n。每个检测器640a-640n可以是分光光度计或摄谱仪的形式，或具有滤光镜允许光谱的一定区域通过的多个检测器。检测器640a-640n靠近防伪特征16，以限制在光纤束630周边上距离光纤622a-622n的高角度光耦合的影响。检测器640a-640n在每个光源624a-624n按时序“开”和“关”时收集反射光。通过这样做，检测器640a-640n收集入射在每个检测器640a-640n上的反射和/或透射光的强度，用于有角度的改变在预定的时序中具有不同波长或颜色的入射光锥。反射率(或透射率)数据被转送给数据分析设备642，它将数据进行处理，以确定光强度、波长(或颜色)以及角度的图案。该图案与所存储的真实防伪特征的图案特征进行比较，以检验物体14的真实性。
如图15所示，检测器640a-640n可以耦合至多个光接收光纤644a-644n。因此从防伪特征16反射或透射的光沿着多个光路穿过光纤644a-644n的远端。光沿着光纤644a-644n被传送至各检测器640a-640n，用于测量并转换为电信号，该电信号被送至数据分析设备642进行处理。
图16显示了检验系统710的变通结构，它具有与系统610类似的部件，光纤622a-622n与光源624a-624n耦合，光纤644a-644n与检测器640a-640n耦合。光纤被缠绕，使得光纤622a-622n与644a-644n的远端被结合在同一个光纤束630中。通过这样做，只有一个光纤束630与物体14和防伪特征16接近，限制了所需的空间，并降低了检验系统710的复杂程度。
一般来说，本发明可以按照执行多种功能的多种结构来实现，例如但不限于(i)用于将第一光束在第一入射角以及第二光束在第二入射角导向要被鉴别的物体的部件；(ii)用于将物体定位而使得第一和第二光束入射在物体的应当有光学干涉防伪特征的部分上的部件；以及(iii)用于分析沿着第一光路从物体导出的第一光束和沿着第二光路从物体导出的第二光束的一个或多个光学特征来检验物体真实性的部件。例如能够执行以不同入射角引导光束功能的各种结构，如本发明前述实施方案中光学系统所述。执行光引导功能的示例性结构包括一个或多个窄带或宽带光源，它产生一个或多个光束入射在物体上，例如图1，3，5，9所示的实施方案所述。执行光引导功能的另一种示例性结构如图4和6所示，其中一个光源产生单个光束，它被分束器和反光镜分成两个光束。执行光引导功能的再一种示例性结构如图7所示，其中单个光束入射在旋转反光镜上，它在不同的入射角将光束反射至物体。执行光引导功能的其他结构如图12-13以及15-16所示，其中多个光源耦合至光纤端部。执行光引导功能的再一种结构如图10所示，其中多个光源沿着一列设置，在图14中多个光源在阵列中分开。
能够执行定位物体而使得光束入射在物体会有防伪特征的部分的各种结构如本发明前述实施方案所述。例如上述实施方案描述的传送台设备就执行用于物体的定位功能。如上所述，可以采用用于执行所需传送和定位功能的多种结构，例如带或传送器，它将物体承载和/或保持在所需取向，将物体按照线性方式移动穿过光学系统。另外，调整设备可以用于把物体在本发明的检验系统中静态定位。
有许多结构能够执行对从物体导出的光束的一个或多个光学特征进行分析的功能，以检验物体的真实性。例如本发明前述实施方案中的分析系统就执行分析功能。更具体的说，这些分析系统包括至少一个分光光度计或摄谱仪，可以包括多个检测器和检测器阵列。分析系统还可以包括数据分析设备，它与一个或多个检测器协同工作以分析从各种角度反射或透射的光束的谱移或谱图曲线。可以理解，该领域技术人员知道许多其他可以执行该分析功能的结构。
可以理解，本发明前述每个实施方案可以利用其他实施方案的一部分，不应视为限制本文讨论的一般原理。例如每个实施方案以及其他可应用的配合和结构可以利用防伪特征16以及物体14的透射光而不是反射光的有益效果。另外，此处描述的每个光源可以单个或多个窄带和/或宽带光，它通过空气或其他气体介质传播，通过光波导例如光纤或通过真空传播。另外，每个检验系统可以利用分束器和反光镜构造，或利用光纤，从而光束被分成两个或多个分开的光束，它们被分开并被多个检测器或单个阵列检测器接收，或被结合为单个光束而被单个检测器接收。最后，每个光源可以产生连续的光束或交变的光束，入射在防伪特征和物体上。
另外，可以理解，此处讨论的各实施方案可以通过现有技术被构成并小型化，以作为手持单元来操作，并因此不需要传送台设备。
本发明可以用其他特定的形式来实现，而不脱离本发明的精神和其主要特征。所描述的实施方案被视为只是示意性的，并不是限制。本发明的范围由所附的权利要求而不是前述描述所限定。落入权利要求等同含义和范围之内的所有变化也属于本发明的范围。
权利要求
1.一种用于检验物体真实性的系统，包括(a)至少一个光源，被构成为将入射光束朝着要被鉴别的物体引导；(b)分析设备，包括多个光学检测器，用于分析从物体以不同的反射角反射的光束的光学特征，从而检验物体的真实性；其中该至少一个光源和多个光学检测器在阵列中彼此靠近。
2.如权利要求1的系统，其特征在于，所述至少一个光源包括多个光源。
3.如权利要求1的系统，还包括传送台设备，被构成为用于定位物体，从而使一个或多个光束入射在物体上应当设置光学干涉防伪特征的部分。
4.如权利要求1的系统，其特征在于，所述阵列基本是平面阵列。
5.如权利要求1的系统，其特征在于，所述阵列具有圆顶形的结构。
6.如权利要求1的系统，其特征在于，所述至少一个光源产生离散波长的电磁能。
7.如权利要求1的系统，其特征在于，所述至少一个光源产生宽带波长的电磁能。
8.如权利要求2的系统，其特征在于，所述多个光源中的一个或多个可以同时启动或关闭。
9.一种用于检验物体真实性的系统，包括(a)一个或多个光源，用于提供一个或多个光束；(b)光学检测器阵列，被构成为接收来自物体上应当设置光学干涉防伪特征的部分的沿着第一光路引导的一个或多个光束，该光学检测器阵列用于测量在一个光谱波长范围内的光束，以产生与防伪特征的反射或透射光谱相对应的光谱曲线；以及(c)与所述光学检测器运转上连接的数据分析设备，用于分析由光学检测器产生的光谱曲线而检验物体的真实性，其中所述一个或多个光源所述光学检测器阵列彼此靠近。
10.如权利要求9的系统，其特征在于，所述一个或多个光源和检测器阵列形成单一模块。
11.如权利要求1的系统，其特征在于，所述检测器阵列包括RGB检测器，用于检测与颜色相关的强度信息。
12.如权利要求11的系统，其特征在于，所述分析设备包括用于将所检测到的作为反射角函数的颜色相关信息与所储存的颜色相关信息进行比较的装置。
13.如权利要求1的系统，其特征在于，所述一个或多个光源基本上发出白光，其中所述检测器提供分开的信号，用于检测红、蓝和绿光，并提供所述光的相应强度。
14.如权利要求13的系统，其特征在于，在运行中，红、蓝和绿信号综合成为反射率图，用于现所储存的数据相比较，以检验物体的真实性。
15.如权利要求1的系统，其特征在于，所述阵列包括一个或多个光源，所述多个检测器面对要检验的物体。
16.如权利要求13的系统，其特征在于，所述光学检测器是RGB检测器，其中所述分析设备用于分析从物体以不同的反射角反射的光束的光学特征，以与所储存的数据进行比较，该光学特征取决于作为角度的函数的颜色和强度。
17.如权利要求1的系统，其特征在于，所述阵列是非平面阵列。
18.如权利要求2的系统，其特征在于，所述多个光源中的一个或多个可以同时启动或关闭。
19.如权利要求9的系统，包括多个光源，它们包括在检测器阵列中而形成单一模块。
全文摘要
一种自动检验系统，用于鉴别具有光学防伪特征的物体，包括光学系统、传送台设备和分析设备。光学系统包括一个或多个光源，能够产生窄带或宽带光束。传送台设备与光源配合操作，被构成为将物体定位而使得一个或多个光束照射在物体应当设有防伪特征的部分。分析设备接收从物体反射或透射的光束，并用于分析在不同角度和/或波长的光束的光学特征，以检验物体的真实性。
文档编号G07F7/04GK1728184SQ20051007396
公开日2006年2月1日 申请日期2000年10月10日 优先权日2000年1月21日
发明者保罗·G·库姆斯, 唐纳德·M·弗里德里克, 肯·D·卡德尔, 柯蒂斯·R·鲁斯卡, 查尔斯·T·马尔坎特斯 申请人:Jds单相公司