用于光谱分辨地采集有价文件的传感器装置和相关方法

专利名称：用于光谱分辨地采集有价文件的传感器装置和相关方法
技术领域：
本发明涉及用于光谱分辨地采集光学检测辐射的传感器装置，所述检测辐射由在 预先给定的传送方向上传送通过传感器装置的采集区域的有价文件发出，且涉及用于采集 有价文件相对于传感器装置的采集区域的运动和/或位置的方法。
背景技术：
有价文件在本发明的范围内理解为页状物体，所述物体例如代表了货币价值或授 权，且因此应该是不可任意由未获授权方制造的。因此，有价文件具有不可简单制造的、特 别不可简单复制的作为真实性标志而存在的特征，即所述特征的制造通过授权方进行。对 于此有价文件的主要的示例是票证、凭单、支票且特别地是纸币。由于其价值，有价文件招致明显的伪造企图，即导致未经许可地制造带有类似物 理特征的文件。为使得此伪造困难，有价文件通常含有仅很难获得的和/或仅很少已知的 具有特征性的散射光谱或荧光光谱的颜料和/或荧光物质。为检验有价文件的真实性或伪 造的存在，可通过传感器装置在通过颜料或荧光物质的光谱的特征部分采集由有价文件发 出的光学辐射且将其与预先给定的光谱进行比较。特别地可机械地进行此类的有价文件验证，其中有价文件被传送通过传感器装置 的采集区域。采集区域在此且在随后定义为如下区域，即由此区域发出的辐射被传感器装 置采集且检测或测量。在机械检验中必要的是控制所使用的传感器装置，使得当有价文件 处于采集区域内时所述传感器装置采集有价文件的特征。在此机械检验中存在如下问题，即传感器装置的检测特征随时间或长期运行而可 能改变。特别地，例如可出现光谱向更高或更低的波长的移动，即预先给定的物质的光谱内 的谱线可能在相对于与该谱线对应的实际波长移动的波长处被检测到。此特性可能影响对 真实和伪造的有价文件的区分。此缺点特别地在未识别到或未及早识别到相应的移动时加 剧。

发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是完成一种用于光谱分辨地采集光学检测辐射的 传感器装置，所述检测辐射由在预先给定的传送方向上传送通过传感器装置的采集区域的 有价文件发出，其中可容易地识别传感器装置的检测特征的改变，并且优选地，能够简单地 至少部分地补偿此改变。此外，应给出相应的方法。此技术问题通过用于光谱分辨地采集光学检测辐射的传感器装置解决，所述检测 辐射由在预先给定的传送方向上传送通过传感器装置的采集区域的有价文件发出，所述传 感器装置包括检测装置，所述检测装置用于在至少一个预先给定的光谱检测区域内光谱 分辨地检测检测辐射且给出检测信号，所述检测信号描述了被检测的检测辐射的至少一个 特征，特别是光谱特征；至少一个参考辐射装置，所述参考辐射装置发出光学参考辐射，所 述参考辐射至少部分地被耦合到检测装置的检测辐射光程内且其具有带有处于预先给定的光谱检测区域内的结构的光谱，特别地带有至少一个位于预先给定的光谱检测区域内的 窄带，和/或带有至少一个位于预先给定的光谱检测区域内的边缘，且所述参考辐射装置 具有辐射源，所述辐射源发出参考辐射或所述辐射源的辐射用于生成参考辐射，且所述辐 射源作为可用以采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置的光垒(Lichtschranke) 的或光扫描器(Lichttaster)的发射器起作用；和控制和分析装置，所述控制和分析装置 设计为接收、分析检测装置的检测信号且取决于分析结果给出分析信号，且进一步设计为 使用描述参考辐射的特征的检测信号，以用于进行检验和/或校正检测装置和/或提供修 正数据，所述修正数据可用于分析描述由有价文件发出的检测辐射的至少一个特征的检测 信号。S卩，传感器装置设置为光谱分辨地采集沿传送路径在预先给定的传送方向上传送 的有价文件的光学特征。实际的采集在此通过如下传感器装置进行，即所述传感器装置设 计为用于在例如取决于待检查的有价文件的特征而预先给定的光谱检测区域(其表示了 检测辐射)内光谱分辨地检测由有价文件发出的光学辐射。光谱分辨的采集在此特别地理 解为在连续的波长范围内进行的采集或在多个、优选地超过八个波长间隔内进行的采集。 为生成检测辐射，例如以照明辐射照亮有价文件，所述照明辐射例如无波长改变地或多或 少地漫射地反射回而作为检测辐射。然而在有价文件的带有至少一个荧光特征的相应的构 造中，有价文件也可以被照明辐射照亮，所述照明辐射激励有价文件发出荧光辐射，所述荧 光辐射然后形成检测辐射。检测辐射在此沿检测辐射光程从采集区域到达传感器装置的导致光谱分解的部 件，光谱成分从所述部件到达检测装置的至少一个接收或检测元件。采集区域的位置至少 通过检测装置的位置和构造给出。传送路径和传送方向除了别的之外通过采集区域的位 置、使得有价文件应无侧向偏转地在采集区域正前方的区域内进入此采集区域的运送，和 (如果传感器装置具有多个轨迹)其位置等得到。如果有价文件沿传送路径向传感器装置传送，则检测装置可采集来自有价文件的 处于采集区域内的至少一个片段的检测辐射。参考辐射装置用于发出光学参考辐射，所述参考辐射耦合在检测装置的检测辐射 光程内，且因此可由检测装置光谱分辨地采集。光学辐射在此理解为在紫外光、可见光或红 外光的光谱区域内的辐射。耦合可在检测辐射光程的仍允许光谱检测的任何位置进行，但 优选地耦合的进行使得参考辐射来自采集区域。参考辐射的辐射光程很大程度上通过参考 辐射装置确定，但也可部分地通过有价文件的位置确定。根据参考辐射装置的实施方式且 因此根据参考辐射光程，耦合可以在在采集区域内没有有价文件时、或在采集区域内有有 价文件时进行。在第一情况中，参考辐射至少部分地直接到达检测辐射光程内；特别地，参 考辐射光程可直接引导到检测辐射光程内。在第二情况中，可实现参考辐射通过有价文件 的处于采集区域内的片段的散射，使得散射的参考辐射到达检测辐射光程内。为产生参考辐射，参考辐射装置具有辐射源，所述辐射源直接发出参考辐射或所 述放射源的辐射可用于产生参考辐射，例如通过以辐射源的辐射照亮荧光参考材料。因为参考辐射的光谱至少部分地位于检测装置的且因此传感器装置的光谱检测 区域内且是预先给定的或已知的，所以参考辐射可用于检验传感器装置或检测装置的光 学特征、特别是其光谱特征，校正检验传感器装置或检测装置，和/或提供数据、特别是修正数据，所述数据在检查有价文件中分析检测信号时被使用。为此目的，提供了与检测装置通过至少一个信号连接相连接的控制和分析装置， 所述控制和分析装置也在采集来自有价文件的光学检测辐射时对检测信号进行分析且输 出相应的输出信号。所述控制和分析装置可原理上以任何方式构成，且特别地包括处理 器，其内存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序当由处理器执行时执行了控制和分 析装置的功能，特定用途集成电路和/或可编程门阵列，特别是现场可编程门阵列(FPGA)， 或这些部件的组合。参考辐射的光谱通过参考辐射装置的构造给出，如在下文中将进一步描述。控制 和分析装置可直接使用检测信号，或在转换为表示检测辐射的特征的数据后使用检测信号。参考辐射装置的辐射源此外用作可用以采集有价文件相对于采集区域的运动和/ 或位置且因此用于控制传感器装置的、特别是检测装置的与控制和分析装置的相应的部件 的光垒或光扫描器的发射器。辐射源因此完成了双重功能，即用于产生参考辐射的源或作 为参考辐射源，和光垒或光扫描器的发射器。光垒在此理解为如下装置，即所述装置包括 用于发出沿光垒辐射光程的光学辐射的发射器，用于接收发射器的沿光垒辐射光程传播的 辐射且发出相应的接收信号的接收器，和至少一个与接收器连接的分析装置，所述分析装 置分析接收器的接收信号以判断由发射器发出的光学辐射是否沿光垒辐射光程通过物体 被遮挡且未到达接收器。因此，光垒检验辐射光程是否被物体中断。光垒可设计为反射光 垒或单向光垒。而光扫描器具有用于发出沿发射辐射光程的光学辐射的发射器；用于接 收发射器的来自发射辐射光程的区域内被物体散射的光学辐射且用于发出相应的接收器 信号的接收器；和至少一个与接收器连接的分析装置，所述分析装置基于接收器信号确定 在发射辐射光程中是否存在物体且发出相应的信号。通过辐射源的双重功能，可得到传感器装置的简化结构。上述技术问题也通过用于采集有价文件相对于传感器装置的采集区域的运动和/ 或位置以用于光谱分辨地采集光学检测辐射的方法解决，所述检测辐射由在预先给定的传 送方向上传送通过传感器装置的采集区域的有价文件发出，其中所述传感器装置包括检测 装置，所述检测装置用于在至少一个预先给定的光谱检测区域内光谱分辨地检测检测辐射 且给出检测信号，所述检测信号描述了被检测的检测辐射的至少一个特征，特别是光谱特 征，在该方法中沿传送路径在传感器装置的采集区域内在预先给定的传送方向上传送有 价文件；产生光学辐射，所述光学辐射至少部分地指向有价文件的传送路径，使得所述光学 辐射适合于采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置，且所述光学辐射用于提供参 考辐射，所述参考辐射耦合在检测装置的检测辐射光程内且具有带有位于预先给定的光谱 检测区域内的窄带的光谱和/或具有带有位于预先给定的光谱检测区域内的边缘的至少 一个光谱；采集来自采集区域的参考辐射以形成描述了参考辐射特征的检测信号，且使用 所述检测信号以进行检验和/或校正检测装置和/或提供在分析描述由有价文件发出的 检测辐射的至少一个特征的检测信号时可使用的修正数据；和采集来自传送路径的光学辐 射或来自采集区域的参考辐射，且将其用于采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位 置，或用于确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否和/或何时 至少部分地位于采集区域内。
参考辐射的特征以及一般地检测辐射的特征在本发明的范围内理解为通过至少 一个数值可表示的特征。检验在此理解为，一方面，确定对应于参考辐射的所采集的特征的值是否在预先 给定的公差间隔内。根据确定的结果可生成相应的信号。在本发明的范围内，检验的概念 另一方面也理解为标定。标定理解为在预先给定的条件下，确定在对应于参考辐射的所采 集的特征的值和参考辐射的特征的预先给定的、优选地已知的值之间的关系或偏差，且存 储表示偏差或关系的数据。校正，亦或校准理解为传感器装置的改变，通过该改变尽可能降低在对应于所采 集的参考辐射的特征的值和参考辐射的特征的预先给定的、优选地已知的值之间的偏差。但检测辐射的所采集的特征也可以在传感器装置的校正的意义上用于在分析检 测信号时执行修正。为此，在该方法中从参考辐射的检测信号中确定数据，在下文中所述数 据也称为修正数据，将所述修正数据存储在例如控制和分析装置内的存储器内，且随后在 检验有价文件时在分析检测信号时使用所述修正数据。从参考辐射的检测信号中确定数据 可通过相应地为此设计的控制和分析装置进行。通过使用特别地窄带参考辐射或使用带有光谱内的边缘的参考辐射，可容易地识 别传感器装置的检测特征的改变。光垒或光扫描器还必须具有用于辐射源的辐射的接收器。为此给出了不同的选 择。根据第一替代，对于光垒或光扫描器使用不是参考辐射的光学辐射。此外，传感器装置 作为光垒或光扫描器的接收器可具有至少一个不属于检测装置的检测元件，以用于将辐射 源的辐射转换为电接收信号，所述检测元件不接收检测辐射。这实现了仅当实际上有价文 件处于采集区域时才接通检测装置。在此替代中，参考辐射原理上可任意地被耦合到检测 辐射光程内，而优选地取决于有价文件相对于采集区域的位置进行检测辐射到检测辐射光 程内的耦合。这提供了如下优点，即来自采集区域的参考辐射可被耦合到检测辐射光程内， 使得对于检测装置的检验使用的关系对应于实际采集有价文件的特征时的关系。在另一个替代中，对于光垒或光扫描器使用参考辐射作为辐射。在第一优选实施 方式中，传感器装置作为光垒或光扫描器的接收器可具有至少一个不属于检测装置的检测 元件，以用于将辐射源的辐射转换为电接收信号，所述检测元件不接收检测辐射。在此实施 方式中，检测辐射到检测辐射光程内的耦合特别也可取决于有价文件相对于采集区域的位 置进行，但这不是绝对必须的。S卩，在该方法中为了采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置，或用于确 定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否和/或何时至少部分地位 于采集区域内，可以使用不属于检测装置的、不接收检测辐射的检测元件，用于将光学辐射 或参考辐射转换为电接收信号，从所述接收信号可确定有价文件的位置或运动，且在该方 法中，从所述接收信号确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否 和/或何时至少部分地位于采集区域内。在该另一个替代的第二实施方式中，在传感器装置内检测装置的至少一个部分用 作光垒或光扫描器的接收器。这允许将检测元件的数量保持为很低。在此情况中，特别地， 控制和分析装置可进一步设计为使得其从作为接收信号的、检测装置的检测信号中确定有 价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否和/或何时至少部分地位于采集区域内。在该方法中，相应地可取决于有价文件相对于采集区域的位置至少部分地将参考 辐射耦合到检测辐射光程内。为检测有价文件相对于检测区域的运动和/或位置，从描述 了参考辐射的特征的检测装置的检测信号中可确定有价文件是否和/或何时进入采集区 域内和/或有价文件是否和/或何时至少部分地位于采集区域内。特别地，参考辐射可至少部分地定向于有价文件的传送路径，使得参考辐射适合 于检测有价文件相对于采集区域的运动和/或位置。然后，可在采集参考辐射的特征前和 /或为随后采集有价文件的光谱特征，检测通过参考辐射形成的辐射，且将其用于采集有价 文件相对于采集区域的运动和/或位置。在所有替代中，可特别地将传送路径与传感器装置相关联，所述传送路径提供为 用于将有价文件沿传送方向传送到采集区域内，且在传送路径方向上发出优选地作为参考 辐射的光学辐射。辐射源可在传送路径的方向上发出其辐射，优选地发出参考辐射。这允 许了光垒或光扫描器的特别地简单的结构。如果在传感器装置中将参考辐射装置设计为使得参考辐射光谱在光谱检测区域 内的带宽小于5nm，则实现了检测装置的特别严格的检验或标定或检测信号的严格的分析。 相应地，在该方法中优选地使用在其光谱中在光谱检测区域内的带宽小于5nm的参考辐 射。带宽在此是半最大值全带宽("full width at half maximum"FffHM) 0作为参考辐射装置，原理上可使用任何发出带有要求的光谱的光学辐射的装置。因此，参考辐射例如可通过如下方式形成，即使用光学辐射采集荧光试样，以激励 发出具有荧光辐射形式的参考辐射。为此，参考辐射装置可具有荧光试样，所述荧光试样可 通过辐射源的光学辐射激励以发出具有荧光辐射形式的参考辐射。此实施方式具有如下的 优点，即不需要对辐射源提出高的要求。但优选地，参考辐射装置的辐射源可直接用作发出参考辐射的参考辐射源，所述 参考辐射必要时在滤波后具有带有位于预先给定的光谱检测区域内的窄带的光谱，和/或 具有至少一个带有位于预先给定的光谱检测区域内的边缘的光谱。通过直接在参考辐射源 内生成参考辐射，可实现在很长寿命期中稳定地生成具有已知特征的参考辐射，这在使用 荧光物质的荧光辐射作为参考辐射时不一定是这样。也不必担心荧光试样的污染。例如， 参考辐射装置可以具有参考辐射源，优选地为发光二极管或激光二极管和布置在其后的窄 带滤波器以生成窄带参考辐射。在方法中，相应地可生成其光谱至少部分地位于光谱检测 区域内的光学辐射，且将所产生的辐射窄带滤波以形成参考辐射。进一步地，在将辐射源用作参考辐射的源的传感器装置中，作为参考辐射的源可 包括温度稳定的边缘发射的激光二极管，或带有波长选择性光学谐振器、特别地带有高品 质的谐振器的边缘发射的激光二极管。在方法中，可由至少一个温度稳定的边缘发射的激 光二极管，或带有波长选择性光学谐振器、特别地带有高品质的谐振器的边缘发射的激光 二极管发出参考辐射。基本上已知相应的装置。相应的装置在专利申请DE 102005040821 Al中描述。在使用谐振器时，谐振器具有对应于参考辐射的希望的波长的特征频率。为降低温度影响，作为参考辐射的辐射源也可替代地使用带有“分布反馈”的激光 二极管，即所谓的DFR激光二极管，或带有“分布布拉格反射器”的激光二极管，即所谓的 DBR激光二极管，所述激光二极管为在此所力求的目的不必带有温度稳定。
而更简单的替代在于，在传感器装置中将辐射源用作参考辐射的源，且所述辐射 源包括至少一个表面发射的激光二极管。在方法中，参考辐射优选地通过至少一个表面发 射的激光二极管生成。该激光二极管的使用提供了同样更多的优点。因此，该激光二极管 具有非常窄带的发射光谱，使得优选地在参考辐射装置和检测装置之间不需要限制参考辐 射的光谱带宽的滤波器或参考物质。此外，带的位置与其他类型的激光二极管相比对于温 度影响不敏感，使得无需温度稳定。此外，由表面发射激光二极管发出的辐射不很发散。这 具有如下优点，即在传感器装置中优选地在辐射光程中表面发射的激光二极管后直至检测 装置，不需要且不提供用于生成参考辐射的聚焦的光学元件或荧光物质。原理上可使用所采集的参考辐射的任意特征。然而特别地，为采集光谱优选的是 确定参考辐射的光谱特征作为参考辐射的特征，且在检验或校正或分析时使用。为此，控制 和分析装置此外可进一步设计为，确定参考辐射的光谱特征作为参考辐射的特征，且在检 验或校正或确定用于分析的数据时使用。特别地，其可确定，描述了参考辐射的光谱特征的 检测信号在预先给定的公差范围内是否符合如通过参考辐射装置决定的且必要时无关地 确定的已知的或预先给定的相应的参考辐射的特征。作为光谱特征，可特别地使用预先给 定的波长区域上在带或边缘周围确定的光谱的最大值的位置或重心。替代地或组合地，也可确定参考辐射的强度作为参考辐射的特征，且在检验或校 正或确定用于分析的数据时使用。在传感器装置内可为此将控制和分析装置进一步设计为 确定参考辐射的强度作为参考辐射的特征，且在检验或校正或分析时使用。以此方式，例如 也可确定检测装置的灵敏度，因为在分析光谱特征时，不需要一定使用光谱检测区域内的 绝对强度值。特别地如果希望校正，则在传感器装置中可具有摄谱装置(spektrographische Einrichtung)，所述摄谱装置带有检测元件场和将检测辐射空间地分解为落到检测元件场 上的光谱成分的空间分散装置，且传感器装置可进一步具有至少一个可由控制和分析装置 控制的执行机构，所述执行机构与可运动地支承的检测元件场机械联接，或与摄谱装置的 至少部分地确定光谱成分在检测元件场上的位置的至少一个可运动地支承的光学元件机 械联接，特别地与空间分散装置或入口狭缝机械联接。控制和分析装置为此设计为取决于 检测信号对于耦合的参考辐射控制执行机构，使得降低参考辐射的光谱成分在检测元件场 上的位置与预先给定的位置的偏差。检测装置的特征可取决于一系列因素。例如，在方法中可采集检测装置的至少一 个部分的温度，和/或用于生成参考辐射的参考辐射装置的至少一个部分的温度，和/或与 检测装置和/或参考辐射装置连接的温度补偿元件的温度，且在检验或校正或确定用于分 析的数据时使用。传感器装置可为此具有通过信号连接与控制和分析装置连接的至少一个 温度传感器，以用于采集检测装置的至少一个部分的温度，和/或参考辐射装置的至少一 个部分的温度，和/或与检测装置和/或参考辐射装置连接的温度补偿元件的温度；控制和 分析装置可此外设计为在检验或校正或确定用于分析的数据时也使用所采集的温度。以此 方式可实现对传感器装置的不同影响的分离。但温度影响不仅在检测装置中出现。在许多实施方式中，传感器装置可包括照明 装置，所述照明装置为采集由有价文件发出的例如荧光辐射的检测辐射的光谱特征将光学 辐射发出到采集区域内在位于其内的有价文件上，因此给出检测辐射。然后可采集用于照亮采集区域的照明装置的至少一个部分的温度，和/或与之连接的温度补偿元件的温度， 且将其在验证或校正或确定用于分析的数据时使用。传感器装置因而可具有用于照亮采集 区域的至少一个部分的照明装置和通过信号连接与控制和分析装置连接的至少一个温度 传感器，以采集照明辐射装置的至少一个部分的温度，和/或与之连接的温度补偿元件的 温度；控制和分析装置可另外为此设计为在验证或校正或分析时使用所采集的温度。以此 方式，也可考虑照明装置的影响，但其中在此所述影响不可通过使用参考辐射和检测辐射 时的测量来确定。本发明原理上可用于前述类型的任何传感器装置。但优选地，将具有其带宽小于 400nm的光谱检测区域的检测装置作为检测装置使用。相应地，在传感器装置中，检测装置 可设计为使得光谱检测区域具有小于400nm的带宽。为分解为光谱成分，检测装置可具有任意的、特别地也已知的装置或元件。特别 地，检测装置可例如具有在预先给定的光谱检测区域内衍射的分散元件。此元件的示例是 光栅，也特别地是成像光栅。替代地或补充地，检测装置例如可具有在预先给定的光谱检测区域内折射的分散 元件。此元件的示例是合适的棱镜。检测装置原理上可具有用于采集由分散元件光谱地分解的光谱成分的任意接收 或检测元件，只要所述接收或检测元件在必要的光谱区域内是敏感的。优选地，为检测检 测辐射的光谱成分和耦合到检测辐射光程内的参考辐射的光谱成分或相应的光谱成分，使 用位置分辨的CMOS场、NMOS场或CCD场。传感器装置可相应地具有位置分辨的CMOS场、 NMOS场或CCD场，以检测检测辐射的光谱成分和耦合到检测辐射光程内的参考辐射的光谱 成分。所述场可简单且廉价地得到。因为在CCD场中单个的检测元件被相继地读取，所以特别地对于快速检测，有利 的是检测装置具有其信号可被相互独立地、优选并行读取的单个检测元件的布置。在方 法中，相应地为检测检测辐射和参考辐射及其光谱成分，使用其信号被相互独立、优选并 行读取的单个检测元件的布置。此实施方式不仅允许快速读取，而且允许根据希望的光 谱敏感度匹配单个检测元件的尺寸和特征。与之相关的可能性例如在申请人的申请WO 2006/010537 Al中描述，其内容通过引用合并到本描述中。参考辐射装置可设计且布置为使得参考辐射取决于有价文件相对于采集区域的 位置被耦合到检测辐射光程中。为此特别地可构思两个可能性。一方面，可通过参考辐射 装置的相应的设计和布置，将参考辐射-或在偏转后-从采集区域耦合到检测辐射光程中， 即如同在检查有价文件时将正常的检测辐射耦合到检测辐射光程中。如果有价文件处于采 集区域内，则有价文件遮挡了参考辐射，且参考辐射不能被耦合到检测辐射光程中。为此， 例如可将参考辐射的源在采集区域内相对于有价文件与检测装置相对地布置。但也可以将 参考辐射的源在采集区域内相对于有价文件布置在与检测装置相同侧，且具有布置在对置 侧上的将参考辐射在检测辐射方向上偏转的光学元件。此替代的优点是参考辐射可直接使 用。另一方面，可将参考辐射装置设计且布置为使参考辐射照亮位于采集区域内的有 价文件，且使从被照亮的区域发出的辐射，即被有价文件散射或反射的参考辐射耦合到检 测辐射光程中。如果由于位置原因传感器装置应仅布置在传送路径的一侧上，则可使用此替代。所述替代的优点是，参考辐射实际上具有与检测辐射相同的光程，且因此采集了 检测装置的可能的干扰源的大部分。此外，传感器装置的控制和分析装置可分析检测信号，使得在确定参考辐射的至 少一个特征之前和/或之后进行有价文件相对于采集区域的运动和/或位置的检测。光垒 或光扫描器因此可用于控制检验或传感器装置的校正或用于分析的数据的确定。特别地， 方法可构造为在每次识别到有价文件接近采集区域或进入采集区域内后进行检验和/或 校正和/或确定用于分析的数据。因此，可与直接相继检验的有价文件的数量无关地高质 量地检验每个有价文件。但光垒或光扫描器也可特别地用于控制光谱特征的采集。因此，可取决于有价文件的所采集的位置或运动，在至少一个预先给定的时间段 和/或取决于检测信号将参考辐射的强度断开或降低且然后再次接通或提高。在传感器装 置中，为此控制和分析装置可进一步设计为取决于有价文件的所采集的位置或运动，在至 少一个预先给定的时间段和/或取决于检测装置的检测信号将参考辐射装置接通为处于 静止状态，且然后再次接通为处于运行状态。静止状态在此理解为照明装置的如下状态，即 其中不给出或给出强度降低的光学照明辐射。特别地，优选地取决于传送速度在预先确定 的时间间隔后进行到静止状态的接通；所述时间间隔可选择为使得不干扰对于有价文件的 光谱特征的随后检测。进一步地，在识别到有价文件进入采集区域内后预先给定的时间间隔后，优选地 为照亮采集区域内的有价文件，可生成在预先给定的光谱照明区域内带有预先给定的最小 强度的光学照明辐射且将其辐射到采集区域内，且优选地在有价文件从采集区域离开时， 断开光学照明辐射或降低其强度。在传感器装置中，为此将控制和分析装置设计为，使得在 识别到有价文件进入采集区域后预先给定的时间间隔后将照明装置接通为处于运行状态， 以使用预先给定的光谱照明区域内的光学照明辐射照亮采集区域内的有价文件，且优选地 在有价文件从采集区域离开时将照明装置接通为处于静止状态。预先给定的时间间隔例如 可选择为使得在所述时间间隔期间可进行参考辐射的特征的采集，和/或在所述时间间隔 过去之后可使用传感器装置采集有价文件的预先给定的区域。至少在第二情况中，所述时 间间隔的持续时间取决于传送速度选择。


将在下文中根据附图进一步示例地解释本发明。各图为图1示出了纸币分类设备的示意图，图2示出了图1中示出的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示，图中示出了 传送装置的部分，图3示出了图2中示出的传感器装置的检测装置的示意示，图4示出了根据第二实施方式的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示，图中 示出了传送装置的部分，图5示出了根据第三实施方式的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示，图中 示出了传送装置的部分，
图6示出了根据第四实施方式的纸币分类设备的传感器装置的检测装置的示意 性图示，图7示出了根据第五实施方式的纸币分类设备的传感器装置的检测装置的示意 性图示，图8示出了根据第六实施方式的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示，图9示出了根据第七实施方式的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示，图中 示出了传送装置的部分，和图10示出了根据另外的实施方式的纸币分类设备的传感器装置的示意性图示， 图中示出了传送装置的部分。
具体实施例方式图1中示出的包括用于光学检查例如纸币的有价文件12的设备的有价文件处理 设备10具有用于输入待处理的有价文件12的输入盒14，可抓住输入盒14内的有价文件 12的分离器16，带有转辙器20的传送装置18，和沿通过传送装置18给出的传送路径22 的布置在转辙器20前方的用于检查有价文件的设备24，以及转辙器22后方的用于识别为 真实有价文件的第一输出盒26和用于识别为非真实有价文件的第二输出盒观。中央控制 和输出装置30至少与检查设备M和转辙器20通过信号连接来连接，且用于控制检查设备 24，分析检查设备M的检验信号以及取决于检验信号的分析结果控制至少转辙器20。检查设备M与控制和分析装置30连接，用于采集有价文件12的光学特征且形成 描述此特征的检验信号。在有价文件12以预先给定的传送速度在通过传送路径22预先给定的传送方向T 上被传送通过期间，检查设备M采集有价文件的光学特征，其中形成相应的检验信号。在对检查设备M的检验信号分析时，中央控制和输出装置30根据检验信号的预 先给定的真实性标准从检验信号确定有价文件被识别为真实还是非真实有价文件。中央控制和分析装置30为此特别地除具有用于传感器的相应的接口位置外还具 有处理器32和与处理器32连接的存储器34，在所述存储器34内存储至少一个带有程序代 码的计算机程序，所述程序代码在由处理器32执行时控制所述设备以及分析检验信号，且 根据分析控制传送装置18。特别地，中央控制和分析装置30，严格地讲，其内的处理器32，可检验真实性标 准，在所述真实性标准内例如含有用于视作真实的有价文件的参考数据，所述参考数据被 预先给定且存储在存储器34内。取决于所确定的真实性或非真实性，中央控制和分析装置 30，特别是其内的处理器32控制传送装置18，严格地讲控制转辙器20，使得有价文件12根 据其所确定的真实性被传送，以存储在用于识别为真实的有价文件的第一输出盒26内，或 存储在用于识别为非真实的有价文件的第二输出盒观内。检查设备M包括用于光谱分辨地采集从在预先给定的传送方向T上传送的有价 文件12发出的光学检测辐射的传感器装置。在示例中，检测辐射是光谱的不可见光区域内 的荧光辐射。在下文中，以附图标号对标出的传感器装置M在图2中更详细图示。传感器装 置M包括照明装置36，以照亮传送路径22内的平的采集区域38的至少部分，在传送路径22上的待检查的有价文件12到达所述采集区域38内，传感器装置M还包括检测装置40。 特别地用于控制照明装置36的控制装置和特别地用于处理且分析检测装置40的检测信号 的分析装置被综合在例如为可编程数据处理装置的控制和分析装置42内，所述控制和分 析装置42在此示例中包括未示出的处理器和未示出的存储器，在所述存储器内存储了由 处理器可执行的程序，以控制照明装置36且分析检测装置40的检测信号。控制和分析装 置42通过信号连接与中央控制和分析装置30连接。此外提供了具有发射器46和接收器48的光扫描器44，所述光扫描器44与控制和 分析装置42连接，以控制发射器46以及分析接收器48的信号。在另外的实施例中，对接 收器信号的分析也可通过其输出与控制和分析装置42连接的分开的光扫描器控制装置进 行。照明装置36用于以在此示例中在红外光内的预先给定的波长区域内的光学辐射 照亮采集区域，且为此具有相同设计的表面反光激光二极管(“垂直腔体表面发射激光二极 管”VCSEL)的场作为照明辐射源，它们在此示例中同样地由控制和分析装置42通过相应的 信号连接控制。从这些激光二极管发出的辐射在下文中称为照明辐射，所述照明辐射由未 示出的照明装置36的集束光学器件(strahlbtodelnden Optik)汇集为平行的辐射束。为照亮采集区域38，照明辐射通过检测装置40的偏转元件50，例如对于照明辐射 具有反射性的双色辐射零件(dichrotischen Strahlteiler)，向聚焦光学器件52偏转，所 述聚焦光学器件52将照明辐射聚焦在采集区域38上。如果有价文件12位于采集区域38 内，则以相应的照明模式照亮位于采集区域内的片段。通过照明激励的光学辐射在此由所述片段发出且作为检测辐射到达检测装置40 的检测辐射光程内，在有价文件12为真实有价文件时，所述光学辐射具有在由有价文件的 类型或存在于有价文件内的发光体预先给定的光谱检测区域内的荧光辐射的形式。在图3中对于实施例更详细图示的检测装置40用于光谱分辨地检测在至少一 个预先给定的光谱检测区域内的检测辐射，且发出描述被检测的检测辐射的至少一个 特征、特别是光谱特征的检测信号。此检测装置更详细地在本发明人的官方文件号为 102006017256的德国专利申请中描述，其内容因此通过引用合并在此描述中。在此实施例中，检测装置40为此包括检测光学器件M以及摄谱装置56，所述摄谱 装置56带有采集装置58以光谱分辨地采集由摄谱装置生成的光谱成分。检测光学器件M沿检测辐射光程首先具有聚焦光学器件52，所述聚焦光学器件 52向无限远处形成了采集区域，即来自采集区域38的检测辐射被转化为平行辐射束，且检 测光学器件M具有对于在预先给定的光谱检测区域内的辐射来说是透明的选择性通过的 偏转元件50。检测光学器件M进一步包括用于将平行检测辐射聚焦到摄谱装置56的入口 开口或入口狭缝上的聚光光学器件60。在聚光光学器件60和摄谱装置56之间选择地布置 了滤波器62，以从检测辐射光程中滤除不希望的光谱成分，特别地滤除处于照明辐射的波 长区域内的光谱成分；以及布置了偏转元件64，在示例中偏转元件64是反射镜，以将检测 辐射偏转预先给定的角度，例如偏转90度。 摄谱装置56具有入口挡板66，所述入口挡板66在实施例中带有狭缝形挡板开口， 所述狭缝形挡板开口形成了入口狭缝且其纵向延展至少近似垂直于通过检测辐射光程限 定的平面延伸。
通过挡板开口进入的检测辐射通过例如摄谱装置56的无色准直和聚焦光学器件 68被集束为平行束。准直和聚焦光学器件68以及另外的光学器件也在附图中仅符号地作 为透镜图示，但它实际上通常构造为透镜组合。“该光学器件是无色的”理解为它在摄谱装 置56工作的波长区域内相对于彩色偏差被修正。相应的修正在另外的波长区域内是不需 要的。入口挡板66和准直和聚焦光学器件68布置为使得挡板开口至少很好近似地位于准 直和聚焦光学器件68的入口挡板侧的焦平面内。摄谱装置56进一步具有空间色散的装置70，例如光学反射光栅，其将入射的检测 辐射即来自采集区域的光学辐射分解为至少部分地在光谱上分开的根据波长在不同方向 上传播的光谱成分。摄谱装置56的采集装置58具有检测设备72，所述检测设备72用于在至少一个空 间方向上位置分辨地检测光谱成分。在检测时，将由检测设备形成的检测信号提供到控制 和分析装置42，控制和分析装置42采集所述检测信号且基于检测信号将采集的光谱与预 先给定的光谱进行比较。控制和分析装置42与控制装置10连接，以通过相应的信号向控 制装置10传输比较的结果。空间色散装置70在本示例中是带有直线结构的反射光栅，其直线平行于通过挡 板开口的纵向方向的平面和准直和聚焦光学器件68的光学轴线延伸。直线间隔选择为使 得检测辐射在预先给定的光谱检测区域内，例如在红外区域内可被光谱分解。色散装置70 为此调整为使得分开的光谱成分，例如第一阶衍射，通过准直和聚焦光学器件68聚焦到采 集装置58上严格地说是聚焦到检测设备72上。检测设备72具有用于光谱成分的检测元件74的行形布置，所述行形布置至少近 似地平行于光谱成分的空间分解的方向定向，即在此平行于通过光谱成分张成的面-在此 情况中严格地为平面-定向。因而，光谱成分通过准直和聚焦光学器件68成像到检测设备 72上。行形布置的检测元件74设计为使其信号相互独立地可读取，优选地平行地可读 取。为实现尽可能紧凑的结构，一方面色散装置70相对于检测设备72以及在准直和 聚焦光学器件68和色散装置70之间入射的检测辐射的方向在两个方向上倾斜。因为在实 施例中在准直和聚焦光学器件68和色散装置70之间的检测辐射方向平行于准直和聚焦光 学器件68的光学轴线延伸，所以首先平的反射光栅70且因此其直线结构相对于准直和聚 焦光学器件68的光学轴线0在检测辐射光程的平面内倾斜。因此，至少在色散装置70和 准直和聚焦光学器件68之间的区域内，通过光谱成分生成的面，例如平面，相对于检测辐 射的方向以及准直和聚焦光学器件的光学轴线倾斜角度α。特别地，平的反射光栅70的法 线在检测辐射光程的平面内相对于准直和聚焦光学器件68的光学轴线0倾斜角度α (见 图3)。其次，色散装置70，严格地讲镜面(spekulare)反射的入射狭缝，即在此为反射光栅 70的直线结构的平面的法线相对于在准直和聚焦光学器件68和色散装置70之间的检测辐 射的方向以及光学轴线0倾斜一角度，使得第一阶衍射落在检测设备72上。另一方面，检测设备的检测元件74的行至少近似地布置在带有入口挡板66的挡 板开口的平面内，且在与通过光谱成分的传播方向限定的平面正交的方向上与挡板开口间 隔开地-在图3中在挡板开口之上-布置。在图3中，为清晰起见，入口挡板66和检测元件74的接收面平行于准直和聚焦光学器件68的焦平面相互间隔开地示出，但实际上它们 基本上处于共同的平面内。在平行于检测元件74的行的方向上观察时，挡板开口大致位于 行的中间。在检测时，从有价文件12上的一个点在采集区域38内发出的检测辐射沿检测辐 射光程通过聚焦光学器件52被集束为平行束，所述平行束通过双色辐射零件进入，且由聚 光光学器件60在入口挡板66上成像。所述检测辐射沿检测辐射光程通过准直和聚焦光学 器件68在空间色散装置70上成像在无穷远处，所述空间色散装置70将投射在其上的辐射 分解为光谱成分。第一阶衍射的光谱成分再次通过准直和聚焦光学器件68在检测设备72 上成像，其中每个检测元件74对应于一个波长或波长区域。对应于检测元件的检测信号特 别地描述了所接收的光谱成分的强度和功率。检测装置40向控制和分析装置42给出对应 于检测辐射的光谱特征的检测信号。检测信号由控制和分析装置42接收和分析。光扫描器44具有表面发射激光二极管形式的辐射源作为发射器46，所述辐射源 给出位于预先给定的光谱检测区域内的窄带波长区域内的光学参考辐射，其半最大值全带 宽(FWHM)为lnm。例如，区域内的最大值可处于760nm，808nm，948nm或980nm处。发射器 46在此实施例中用作参考辐射装置和参考辐射源。激光二极管46向采集区域38定向为使 得从以之照亮的有价文件12的片段在采集区域38内发出的散射参考辐射到达即耦合在检 测辐射光程内。参考辐射的反射部分到达接收器48，即前接有挡板的光检测元件，所述光检 测元件在参考辐射的区域内是敏感的，且在投射参考辐射时输出相应的信号。如从图2中可见，仅当有价文件12的片段处于采集区域38内时，参考辐射才可耦 合在检测辐射光程内且到达接收器。耦合因此取决于有价文件12相对于采集区域38的位 置。传感器装置M的工作如下首先，关断光扫描器44、照明装置36和检测装置40。如果控制和分析装置42采集到传送行程上的未示出的传送传感器的指示了传送 来的有价文件12到达的信号，则控制和分析装置42使发射器46，即参考辐射装置处于运行 状态，在该运行状态发射器46将参考辐射发出到采集区域38内。如果接收器48在取决于有价文件的传送速度选择的持续时间后未检测到参考辐 射，则控制和分析装置42使发射器46再次处于关断状态。但如果有价文件12如预期地被传送到采集区域38内，则落在有价文件12上的参 考辐射的部分在接收器48的方向上被反射。如果接收器48检测到参考辐射且向控制和分 析装置42发出相应的信号，则控制和分析装置42接通检测装置40，且至少对于参考辐射的 正确地调整的光谱成分应落到其上的检测元件以及与之相邻的检测元件采集检测装置40 的检测信号。因为有价文件12在采集区域38内的片段被照明辐射照亮，所以由有价文件12散 射的(例如散射回的)参考辐射到达检测辐射光程内且被分解为被聚焦到检测设备72上 的光谱成分。这生成了相应的检测信号且将其发送到控制和分析装置42，所述检测信号描 述或表示了参考辐射的光谱特征。控制和分析装置42对于预先给定的时间段接收检测信号，例如在取决于传送速 度选择为采集Imm的有价文件所必须的时间段内接收检测信号，且确定通过检测信号表示的光谱特征是否满足至少一个预先给定的标准。例如控制和分析装置42检验，基于检测信 号所确定的检测辐射的光谱的最大值是否位于由表面发射激光二极管46给出的参考辐射 的光谱的最大值的预先给定的公差区域内。如果检验结果为否，则输出错误信号。否则，则关断发射器46。在预先给定的也取决于传送速度选择的时间段之后接通 照明装置36，且采集有价文件的光谱特征，在所述时间段内为确定偏移值采集检测信号且 确定偏移值。在此，检测设备的检测元件的每个对应于一个波长或波长区域。在取决于传送速度和在传送方向上所期待的最长的有价文件的长度的另外的时 间段经过之后，照明装置36和检测装置40再次被断开。在图4中示意性地示出的传感器装置M’的第二实施例中，与第一实施例不同之 处在于光扫描器和控制和分析装置42的设计。所有另外的部分未改变，使得对于这些部分 使用与在第一实施例中相同的附图标号，且在此对其解释也相应地适用。在此实施例中，检测装置40承担光扫描器的接收器的任务。作为光扫描器 44的替代，现在仅提供用于由有价文件12在采集区域38内反射的参考辐射的辐射阱 (StrahlungSfalle)76，所述辐射阱76吸收相应的参考辐射。控制和分析装置42’与第一实施例的控制和分析装置42的区别在于它这样控制 检测装置40或分析其检测信号，使得检测装置40作为光扫描器的接收器工作。更详细地讲，控制和分析装置42’设计为执行如下方法。如果控制和分析装置42，采集到传送行程上的未示出的传送传感器的指示了传送 来的有价文件12到达的信号，则控制和分析装置42’使发射器46，即参考辐射装置，处于运 行状态，在该运行状态中发射器46发出参考辐射到采集区域38内，且使检测装置40处于 其运行状态，只要检测装置不总处于持续运行中。从此时刻起，控制和分析装置42’采集由 检测装置40发出的检测信号。如果检测装置40在取决于有价文件的传送速度选择的时间段之后未检测到参考 辐射且控制和分析装置42’相应地未采集到由检测辐射引起的检测信号，则控制和分析装 置42’使发射器46再次处于关断状态且断开检测装置。但如果有价文件12如预期地被传送到采集区域38内，则位于采集区域内的有价 文件12的片段被参考辐射照亮。从被照亮的片段在检测辐射光程的方向上散射的参考辐 射在作为接收器的检测装置40的方向上耦合在检测辐射光程内且被分解为光谱成分，所 述光谱成分聚焦在检测设备72上。检测装置40生成了相应的检测信号且将其发送到控制 和分析装置42’，所述检测信号描述或表示了参考辐射的光谱特征。控制和分析装置42’采 集此检测信号且其首先仅分析，是否的确采集到参考辐射，且必要时确认，物体被光扫描器 采集到。控制和分析装置42’对于预先给定的时间段接收检测信号，例如在取决于传送速 度选择为采集Imm的有价文件所必须的时间段内接收检测信号，且进一步确定通过检测信 号表示的光谱特征是否满足至少一个预先给定的标准。例如控制和分析装置42’检验，基 于检测信号所确定的检测辐射的光谱的最大值是否位于由表面发射激光二极管46给出的 参考辐射的光谱的最大值的预先给定的公差区域内。如果检验结果为否，则向中央控制和 分析装置30输出错误信号，所述中央控制和分析装置30控制在未示出的显示器上显示相 应的错误通知。
否则，将发射器46关断。如下步骤对应于第一实施例中的步骤。在图5中示意性地解释的传感器装置对”的第三实施例与第二实施例的差异仅在 于作为光扫描器的替代使用了光垒。这意味着参考辐射装置和控制和分析装置被改变。所 有另外的部分未改变，使得对于这些部分使用相同的附图标号，且在此对其解释也相应地 适用。参考辐射装置46”具有与前两个实施例中作为参考辐射源78的相同的表面发射 激光二极管，且具有偏转元件80，例如反射镜，如无有价文件处于采集区域38内，则所述偏 转元件80使由参考辐射源发出的参考辐射偏转且耦合在检测辐射光程内。为此，偏转元件 布置在传送路径的与检测装置40对置的侧上。控制和分析装置42”在除了如下所述的修改之外与控制和分析装置42’相同地设 计。特别地，控制和分析装置42”设计为执行如下步骤。如果控制和分析装置42 ”采集到传送行程上的未示出的传送传感器的指示了传送 来的有价文件12到达的信号，则控制和分析装置42”使发射器46，即参考辐射装置，处于运 行状态，在该运行状态中发射器46发出参考辐射到采集区域38内，且使检测装置40处于 其运行状态，只要检测装置不总处于持续运行中。从此时刻起，控制和分析装置42”采集由 检测装置40发出的检测信号。只要无有价文件12处于采集区域38内，则由激光二极管78出发的且由偏转元件 80偏转的参考辐射耦合到检测辐射光程内且被分解为光谱成分，所述光谱成分被聚焦到检 测设备72上。检测装置40生成了相应的检测信号且将其发送到控制和分析装置42”，所 述检测信号描述或表示了参考辐射的光谱特征。控制和分析装置42”采集此检测信号且确 定通过检测信号表示的光谱特征是否满足至少一个预先给定的标准。例如控制和分析装置 42”检验，基于检测信号所确定的检测辐射的光谱的最大值是否位于由表面发射激光二极 管78给出的参考辐射的光谱的最大值的预先给定的公差区域内。如果检验结果为否，则输 出错误信号。否则，继续检测信号的采集。只有当有价文件进入采集区域38时才中断从偏转元 件80到检测装置40的光学路径。控制和分析装置42”现在可不再接收表示参考辐射的光 谱特征的检测信号。控制和分析装置42”因此持续检验此信号是否仍存在，且如果此信号 不存在，则控制和分析装置42”断开参考辐射装置，例如参考辐射源78，因为控制和分析装 置42”识别到有价文件进入到采集区域38内。在预先给定的取决于传送速度选择的时间段内接通照明装置36，且如在第一实施 例中所述采集有价文件的光谱特征，在所述时间段内为确定偏移值采集检测信号且确定偏 移值。在取决于传送速度和在传送方向上所期待的最长的有价文件的长度的另外的时 间段经过之后，照明装置36被再次断开，且参考辐射装置78被接通。第四实施例与第二实施例的区别在于图6中示出的检测装置和控制和分析装置 的设计。所有另外的部分基本上相对于第二实施例的设计未改变或类似于第二实施例的设 计，使得对于这些部分分别使用与第二实施例中相同的附图标号。检测装置82与检测装置40的区别在于，作为准直和聚焦光学器件68的替 代，使用与反射光栅70相结合的成像光栅。涉及检测装置的细节可从申请人的申请WO2006/010537 Al中获得，其完整内容在本描述中通过引用合并。如同检测装置40，检测装置82具有聚焦光学器件52，偏转元件50，聚光光学器件 60，滤波器62和偏转元件64，当然相对于第一实施例中的位置略微旋转，所有部件如同第 一实施例中的设计，因此对于它们使用与第一实施例中相同的附图标号。检测装置82的摄谱装置84又具有与第一实施例中设计相同的入口挡板66，对其 使用与第一实施例中相同的附图标号。作为空间色散装置，使用成像光栅86，所述成像光栅 86进行通过衍射落在其上的检测辐射的光谱分解，且因为所述成像光栅86设计为凹面镜， 它同时进行由入口挡板66形成的入口狭缝对于通过其形成的检测辐射的光谱成分的至少 一些到检测装置58上的成像。采集装置58具有摄谱装置84或检测装置82的行形的检测 设备88，所述检测设备88与检测设备72的设计相同。此外，检测装置82具有校正装置，所述校正装置允许改变检测设备88上的光谱成 分的位置或入口挡板的入口狭缝的对于光谱成分的图像的位置。一方面，为此，摄谱装置的至少一个合适的部件可运动地，优选地无间隙地支承。另一方面，检测装置82具有与摄谱装置84的至少一个部件，例如与空间色散元件 86，机械联接的执行机构(或调整装置)90，以改变预先给定的通过摄谱装置生成的光谱成 分在检测设备上的位置。执行机构90为此通过信号连接与控制和分析装置连接，且根据控 制和分析装置的调整信号使摄谱装置的至少一个部件运动，例如使空间色散元件86运动。在示例中，执行机构90具有压电元件，所述压电元件根据相应的调整信号允许很 准确的部件运动。虽然原理上为移动光谱成分在检测设备88上的位置而旋转成像光栅86 在理论上是更有利的，但在本示例中部件支承为且执行机构与部件机械联接为使得部件在 垂直于成像光栅的光学轴线且平行于光谱成分的分解方向延伸的方向上可直线运动。此支 承基本上是允许摆动的简单支承。控制和分析装置92与控制和分析装置42’的区别在于它不仅执行检测装置82的 检验，而且也执行校正。为此控制和分析装置92特别地设计为执行如下方法。如果控制和分析装置92采集到传送行程上的未示出的传送传感器的指示了传送 来的有价文件12到达的信号，则控制和分析装置92使发射器46，即参考辐射装置，处于运 行状态，在该运行状态中发射器46发出参考辐射到采集区域38内，且使检测装置82处于 其运行状态，只要检测装置不总处于持续运行中。从此时刻起，控制和分析装置92采集由 检测装置82发出的检测信号。如果检测装置82在取决于有价文件的传送速度选择的时间段之后未检测到参考 辐射且控制和分析装置92相应地未采集到由检测辐射引起的检测信号，则控制和分析装 置92使发射器46再次处于关断状态且断开检测装置。但如果有价文件12如预期地被传送到采集区域内，则位于采集区域内的有价文 件12的片段被参考辐射照亮。从被照亮的片段在检测辐射光程的方向上散射的参考辐射 在作为光扫描器的接收器的检测装置82的方向上耦合到检测辐射光程内且被分解为光谱 成分，所述光谱成分聚焦在检测设备72上。检测装置82生成了相应的检测信号且将其发送 到控制和分析装置92，所述检测信号描述或表示了参考辐射的光谱特征。控制和分析装置 92采集此检测信号且因此首先分析是否的确采集到参考辐射，如果是，则识别，物体被光扫 描器采集到。
如果光扫描器采集到物体，即有价文件，则控制和分析装置92在预先给定的时间 段内-例如在取决于传送速度选择为采集Imm的有价文件所必须的时间段内-进一步采集 随后的检测信号，且确定通过检测信号表示的光谱特征与对于参考辐射预先给定的光谱特 征的偏差，所述参考辐射在此示例中通过表面发射激光二极管46确定。在示例中，控制和 分析装置92精确地确定在基于检测信号确定的检测辐射的光谱的最大值的波长与通过表 面发射激光二极管46给出的参考辐射的光谱的最大值的波长之间的偏差。在此，控制和分 析装置92不需要一定明确地确定波长，而是也可以仅形成所采集的检测设备88上的最大 值的位置和检测设备上的最大值的预先给定的位置之间的差异。取决于所确定的差异，控制和分析装置92现在这样控制执行机构90，使得执行机 构90使部件(在此为色散元件86)运动而使差异降低。例如，移动的辐值可选择为与差异 成比例，或由其内存储了对于预先给定的差异所必需的移动或调整信号的表格中读出。此 表格可通过实验或计算确定。以此实现了检测装置的校正。虽然以此对于单独的有价文件仅得到了控制，但在检查多个相互快速跟随的有价 文件时检测装置的调节可实现相应的结果，因为导致不希望的不对齐的影响仅很缓慢地变 化。如下的步骤，即偏移确定和采集表示荧光辐射的光谱特征的检测信号，对应于第 一实施例的步骤。在改变的变体中，作为调整色散元件的替代，可进行入口挡板66的调整，严格地 讲入口狭缝的调整。在另一个改变的变体中，并非摄谱装置的至少一个部件运动，而是检测设备88沿 其纵向方向直线可运动地支承，且与用于移动检测设备的相应的驱动器联接。摄谱装置的相应的可调整性也适用于其他实施例。图7中的第五实施例与第四实施例的区别一方面在于成像光栅固定地支撑且取 消了执行机构90 ；且另一方面在于采集装置58的设计，即检测设备72或检测设备88的设 计。此外，控制和分析装置相对于第四实施例被修改。对于第四实施例未改变的部件使用 与第四实施例中相同的附图标号，且在此对其解释也相应地适用。检测设备88’包括行形的CCD场，所述CCD场在其纵向方向上平行于光谱成分的 空间分解的方向延伸。所述CCD场提供了高的空间分辨率，例如行形CCD场包括256个布 置在一行内的检测器元件。现在，控制和分析装置设计为确定可用于修正所采集的检测结果的修正参数。这 与传感器装置的校正可比较。特别地，控制和分析装置92’设计为用于执行如下步骤。如果控制和分析装置92，采集到传送行程上的未示出的传送传感器的指示了传送 来的有价文件12到达的信号，则控制和分析装置92’使发射器46，即参考辐射装置，处于运 行状态，在该运行状态中发射器46发出参考辐射到采集区域38内，且使检测装置82’处于 其运行状态，只要检测装置不总处于持续运行中。从此时刻起，控制和分析装置92’采集由 检测装置82’发出的检测信号。如果检测装置82’在取决于有价文件的传送速度选择的时间段之后未检测到参考辐射且控制和分析装置92’相应地未采集到由检测辐射引起的检测信号，则控制和分析装 置92’使发射器46再次处于关断状态且断开检测装置92’。但如果有价文件12如预期地被传送到采集区域38内，则位于采集区域内的有价 文件12的片段被参考辐射照亮。从被照亮的片段在检测辐射光程的方向上散射的参考辐 射在作为接收器的检测装置82’的方向上被耦合到检测辐射光程内且被分解为光谱成分， 所述光谱成分聚焦在检测装置58或检测设备88’上。检测装置82’生成了相应的检测信 号且将其发送到控制和分析装置92，所述检测信号描述或表示了参考辐射的光谱特征。控 制和分析装置92采集此检测信号且其首先仅分析是否的确采集到参考辐射，且必要时确 认物体被光扫描器采集到。如果光扫描器采集到物体，即有价文件，则控制和分析装置92’在预先给定的时间 段内-例如在取决于传送速度选择为采集Imm的有价文件所必须的时间段内-进一步采集 随后的检测信号，且确定通过检测信号表示的光谱特征与对于参考辐射预先给定的光谱特 征的偏差，所述参考辐射在此示例中通过表面发射激光二极管46确定。在示例中，控制和 分析装置92’基于对于参考辐射的检测信号精确地确定检测元件，所述检测元件采集了最 大强度，即光谱的最大值。这是隐含地确定最大值在波长刻度上的实际位置。在良好地调 整表示检测装置82’的修正数据时，控制和分析装置92’然后存储最大值的位置或最大值 位置与最大值额定位置的偏差。替换地，还可以确定最大值的波长和与最大值的预先给出的波长的偏差并存储相 应的修正数据。偏移确定的以下步骤如第一实施例中所述进行。接通照明装置36且采集有价文件的光谱特征。在此，检测设备的检测元件的每个 对应于一个波长或波长区域。现在，在将检测信号转化为波长时，根据变体的不同，通过使 用修正数据对应于在波长相关性方面的移动来执行所采集的光谱的修正。这可例如通过如 下方式进行，即使得检测元件的每个根据所确定的偏差或根据修正数据来一个对应于修正 的波长或修正的波长区域。作为结果的数据然后可与预先给定的真实有价文件的光谱进行 比较。替代地，在将检测信号转换为作为波长或波长区域的函数的强度后，也可以通过 使用修正数据将预先给定的光谱移动。在取决于传送速度和在传送方向上所期待的最长的有价文件的长度的相应的时 间段经过之后，控制和分析装置92’再次断开照明装置36和检测装置40。图8中的第六实施例与第一实施例的区别在于，在照明装置36和应传导光学部件 和检测设备的热量的检测装置40的温度补偿元件94上布置了温度传感器96以及98，所述 温度传感器采集了照明装置36和温度补偿元件94的温度，且因此采集了检测装置40的温 度，且向通过信号连接与温度传感器连接的控制和分析装置100发出相应的温度信号。控制和分析装置100是第一实施例和第五实施例的控制和分析装置的组合。在光 扫描器的功能方面，所述控制和分析装置100与第一实施例的控制和分析装置40相同地设 计，且在确定和存储修正数据以及使用修正数据方面，所述控制和分析装置100与第五实 施例相同地设计。控制和分析装置100此外设计为采集温度传感器96和98的温度信号， 且在确定修正数据以及确定通过照明装置36照亮的有价文件的检测辐射的检测信号的光谱特征时使用所述温度信号。为此，在控制和分析装置100内存储了具有温度修正数据形 式的温度改变的效果，所述温度修正数据可通过实验或通过使用照明装置和检测装置的模 型获得。图9中的第七实施例与第一实施例的区别仅在于，在传感器装置24’ ”中照明辐射 倾斜地辐射到有价文件上，且检测辐射相应地被倾斜地采集。另外的实施例与第一实施例的区别在于，作为辐射源，作为表面发射激光二极管 的替代，包括温度稳定的边缘发射激光二极管，DFR或DBR激光二极管或带有基本上仅放大 希望的参考辐射波长的高品质光学谐振器的边缘发射的激光二极管。图10中的另外的实施例与第一实施例的区别仅在于，间接地生成参考辐射。作为 发射器46的替代使用激光二极管102，所述激光二极管102的光学辐射落在辐射光程内位 于检测区域下方的在参考辐射的预先给定的波长区域内的荧光试样104上。激光二极管的 此光学辐射选择为使得所述光学辐射可激励试样104以发出荧光辐射作为以上意义中的 参考辐射，该参考辐射然后被耦合到检测辐射光程内。在另外的实施例中，控制和分析装置被改变，使其除参考辐射的光谱特征外也确 定参考辐射的总强度，且在检验、校正或确定修正数据时使用所述总强度。在另外的实施例中，也可使用如在WO 01/88846A1中描述的检测装置，且除了别 的之外利用二维CCD场作为检测设备。虽然在示出的实施例中参考辐射光程和检测辐射光程至少部分地平行于相同的 平面延伸或在相同的平面内延伸，但不需如此。例如，在第一实施例中，也可构思使得通过 光扫描器44及其辐射光程确定的平面与图1中示出的照明和传感器装置的检测辐射光程 的平面正交地延伸。
权利要求
1.一种用于光谱分辨地采集光学检测辐射的传感器装置，所述检测辐射由在预先给定 的传送方向上传送通过传感器装置的采集区域的有价文件发出，所述传感器装置包括检测装置，所述检测装置用于在至少一个预先给定的光谱检测区域内光谱分辨地检测 检测辐射且给出检测信号，所述检测信号描述了被检测的检测辐射的至少一个特征，特别 是光谱特征，至少一个参考辐射装置，所述参考辐射装置发出光学参考辐射，所述参考辐射至少部 分地被耦合到检测装置的检测辐射光程内且具有光谱，所述光谱带有处于预先给定的光谱 检测区域内的结构，特别地带有至少一个位于预先给定的光谱检测区域内的窄带，和/或 带有至少一个位于预先给定的光谱检测区域内的边缘，且所述参考辐射装置具有辐射源， 所述辐射源发出参考辐射或所述辐射源的辐射用于生成参考辐射，且所述辐射源作为可用 以采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置的光垒或光扫描器的发射器起作用，和控制和分析装置，所述控制和分析装置设计为接收、分析检测装置的检测信号且取决 于分析结果给出分析信号，且进一步设计为使用描述参考辐射的特征的检测信号，以用于 进行检验和/或校正检测装置和/或提供修正数据，所述修正数据在分析描述由有价文件 发出的检测辐射的至少一个特征的检测信号时被使用。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，所述传感器装置进一步作为光垒或光扫描器的 接收器具有至少一个不属于检测装置的检测元件以将辐射源的辐射转化为电接收信号，所 述检测元件不接收检测辐射。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述参考辐射到检测辐射光程内的耦 合取决于有价文件相对于采集区域的位置进行。
4.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，所述传感器装置进一步作为光垒或光 扫描器的接收器具有至少一个不属于检测装置的检测元件以将参考辐射转化为电接收信 号，所述检测元件不接收检测辐射。
5.根据权利要求1或3所述的传感器装置，其中所述检测装置的至少一个部分用作光 垒或光扫描器的接收器。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中所述控制和分析装置进一步设计为使其由 检测装置的检测信号作为接收信号确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有 价文件是否和/或何时至少部分地位于采集区域内。
7.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述参考辐射装置设计为使得参 考辐射光谱在光谱检测区域内的带宽小于5nm。
8.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述参考辐射装置具有荧光试 样，所述试样通过辐射源的光学辐射被激励以输出具有荧光辐射形式的参考辐射。
9.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述辐射源用作参考辐射的源， 且包括表面发射激光二极管、DFR激光二极管或DBR激光二极管，且优选地在辐射光程内在 表面发射的激光二极管或DFR激光二极管或DBR激光二极管后直至检测装置不提供聚焦的 光学元件。
10.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述辐射源用作参考辐射的源 且包括温度稳定的边缘发射激光二极管或带有波长选择性光学谐振器的边缘发射激光二 极管。
11.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述控制和分析装置进一步设 计为确定参考辐射的光谱特征作为参考辐射的特征，且在检验或校正或分析时使用。
12.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述控制和分析装置进一步设 计为确定参考辐射的强度作为参考辐射的特征，且在检验或校正或分析时使用。
13.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，所述传感器装置具有通过信号连接 与控制和分析装置连接的至少一个温度传感器，以用于采集检测装置的至少一个部分的温 度，和/或参考辐射装置的至少一个部分的温度，和/或与检测装置和/或参考辐射装置连 接的温度补偿元件的温度，且其中控制和分析装置进一步设计为在检验或校正或分析时也 使用所采集的温度。
14.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，所述传感器具有通过信号连接与控 制和分析装置连接的至少一个温度传感器，以采集辐射源的至少一个部分的温度，和/或 与辐射源连接的温度补偿元件的温度，且其中控制和分析装置进一步设计为在检验或校正 或分析时使用所采集的温度。
15.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述检测装置设计为使得光谱 检测区域具有小于400nm的带宽。
16.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述检测装置具有位置分辨的 CMOS场、匪OS场或CCD场。
17.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述检测装置具有单个检测元 件的布置，所述检测元件的信号相互无关地，优选地并行地被读取。
18.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述控制和分析装置进一步设 计为取决于所采集的有价文件的位置或运动，对于至少一个预先给定的时间段，和/或取 决于检测装置的检测信号，将参考辐射装置接通为处于静止状态，且然后再次接通为处于 运行状态。
19.根据前述权利要求中一项所述的传感器装置，其中所述控制和分析装置在识别到 有价文件进入采集区域后在预先给定的时间间隔后将照明装置接通为处于运行状态，以使 用预先给定的光谱照明区域内的光学照明辐射照亮采集区域内的有价文件，且优选地在有 价文件从采集区域离开时将照明装置接通为处于静止状态。
20.一种用于采集有价文件相对于传感器装置的采集区域的运动和/或位置以用于光 谱分辨地采集光学检测辐射的方法，所述检测辐射由在预先给定的传送方向上传送通过传 感器装置的采集区域的有价文件发出，其中所述传感器装置包括检测装置，所述检测装置 用于在至少一个预先给定的光谱检测区域内光谱分辨地检测检测辐射且给出检测信号，所 述检测信号描述了被检测的检测辐射的至少一个特征，特别是光谱特征，其中有价文件沿传送路径在预先给定的传送方向上被传送到传感器装置的采集区域内，产生光学辐射，所述光学辐射至少部分地指向有价文件的传送路径，使得所述光学辐 射适合于采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置，且所述光学辐射用于提供参考 辐射，所述参考辐射被耦合到检测装置的检测辐射光程内且具有带有位于预先给定的光谱 检测区域内的窄带的光谱和/或具有带有位于预先给定的光谱检测区域内的边缘的至少 一个光谱，采集来自采集区域的参考辐射，以形成描述了参考辐射特征的检测信号，且所述检测信号用于进行检验和/或校正检测装置和/或提供修正数据，所述修正数据在分析描述由 有价文件发出的检测辐射的至少一个特征的检测信号时被使用，和采集来自传送路径的光学辐射或来自采集区域的参考辐射，且将其用于采集有价文件 相对于采集区域的运动和/或位置，或用于确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内 和/或有价文件是否和/或何时至少部分地位于采集区域内。
21.根据权利要求20所述的方法，其中为采集有价文件相对于采集区域的运动和/或 位置，或为确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否和/或何时 至少部分地位于采集区域内，使用不属于检测装置的不接收检测辐射的检测元件以将光学 辐射或参考辐射转化为电接收信号，从所述电接收信号可确定有价文件的位置或运动，且 其中由接收信号确定有价文件是否和/或何时进入采集区域内和/或有价文件是否和/或 何时至少部分地位于采集区域内。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中取决于有价文件相对于采集区域的位置将 参考辐射至少部分地耦合到检测辐射光程内。
23.根据权利要求20或22所述的方法，其中为检测有价文件相对于采集区域的运动和 /或位置，从描述了参考辐射的特征的检测装置的检测信号确定，有价文件是否和/或何时 进入采集区域内和/或有价文件是否和/或何时至少部分地位于采集区域内。
24.根据权利要求20至23中一项所述的方法，其中使用参考辐射，在该参考辐射的光 谱中带宽在光谱检测区域内具有小于5nm的宽度。
25.根据权利要求20至M中一项所述的方法，其中所述参考辐射通过至少一个表面发 射激光二极管或至少一个DFR激光二极管或至少一个DBR激光二极管产生，且优选地在辐 射光程内在表面发射激光二极管或至少一个DFR激光二极管或至少一个DBR激光二极管之 后直至检测装置不提供聚焦光学元件。
26.根据权利要求20至M中一项所述的方法，其中所述参考辐射通过温度稳定的边缘 发射激光二极管或带有波长选择性光学谐振器的边缘发射激光二极管生成。
27.根据权利要求20至沈中一项所述的方法，其中确定参考辐射的光谱特征作为参考 辐射的特征，且在检验或校正或确定用于分析的数据时使用。
28.根据权利要求20至27中一项所述的方法，其中确定参考辐射的强度作为参考辐射 的特征，且在检验或校正或确定用于分析的数据时使用。
29.根据权利要求20至观中一项所述的方法，其中采集检测装置的至少一个部分的 温度，和/或用于生成参考辐射的参考辐射装置的至少一个部分的温度，和/或与检测装置 和/或参考辐射装置连接的温度补偿元件的温度，且在检验或校正或确定用于分析的数据 时使用。
30.根据权利要求20至四中一项所述的方法，其中采集用于照亮采集区域的照明装置 的至少一个部分的温度，和/或与照明装置连接的温度补偿元件的温度，且在检验或校正 或确定用于分析的数据时使用。
31.根据权利要求20至30中一项所述的方法，其中作为检测装置使用其光谱检测区域 具有小于400nm的带宽的检测装置。
32.根据权利要求20至31中一项所述的方法，其中为检测检测辐射的光谱成分和耦合 到检测辐射光程内的参考辐射的光谱成分，使用位置分辨的CMOS场、NMOS场或CCD场。
33.根据权利要求20至32中一项所述的方法，其中为检测检测辐射和参考辐射使用单 个检测元件的布置，所述检测元件的信号相互独立地优选地并行地被读取。
34.根据权利要求20至33中一项所述的方法，其中这样控制检测信号，使得有价文件 相对于采集区域的运动和/或位置的检测在确定参考辐射的至少一个特征之前和/或之后 进行。
35.根据权利要求20至34中一项所述的方法，其中取决于采集的有价文件的位置或运 动，对于至少一个预先给定的时间段，和/或取决于检测信号，将参考辐射的强度断开或降 低且然后再次接通或提高。
36.根据权利要求20至35中一项所述的方法，其中在识别到有价文件进入采集区域内 后在预先给定的时间间隔后，为照亮采集区域内的有价文件，生成在预先给定的光谱照明 区域内带有预先给定的最小强度的光学照明辐射且将其辐射到采集区域内，且优选地在有 价文件从采集区域离开时，断开光学照明辐射或降低其强度。
全文摘要
本发明涉及一种用于光谱分辨地采集光学检测辐射的传感器装置，所述检测辐射由传送通过传感器装置的采集区域的有价文件发出，所述传感器装置包括检测装置，用于光谱分辨地检测检测辐射且给出描述了检测辐射的至少一个特征的检测信号；至少一个参考辐射装置，其发出光学参考辐射，所述参考辐射被耦合到检测装置的检测辐射光程内且具有光谱，所述光谱带有处于光谱检测区域内的结构，且所述参考辐射装置具有辐射源，其作为可用以采集有价文件相对于采集区域的运动和/或位置的光垒或光扫描器的发射器起作用；和控制和分析装置，其设计为接收、分析检测装置的检测信号且取决于分析结果给出分析信号，且进一步设计为使用描述参考辐射的特征的检测信号，以用于进行检验和/或校正检测装置和/或提供修正数据，所述修正数据在分析描述由有价文件发出的检测辐射的至少一个特征的检测信号时可使用。
文档编号G07D7/16GK102124497SQ200980131555
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月4日 优先权日2008年6月17日
发明者沃尔夫冈·德肯巴赫, 迈克尔·布洛斯, 马丁·克拉拉 申请人:德国捷德有限公司