专利名称：验钞机的制作方法
技术领域：
本发明涉及验钞机，更具体地说涉及用来区别真实票据和伪造票据的验钞机。
货币验证广泛用在产品或服务方面。随着企业家对增大的销售及对增大的财务交易日益增长的货币验证需要，需要革新性的方法来维持增长。通过提供机械地促进高费用交易的能力，钞票接受机响应了市场的需要。验钞机广泛应用于饮料销售、食品销售、产品销售、博奕及赌博交易中。兑换机，即把钞票换为硬币，便利购买饮料、打电话、及其它许多事务的兑换机很普遍。另外，钞票或货币验证机也用于鉴别其它金融文件，例如股票、债券、担保文件等。于是这里使用的术语“钞票”或“票据”包括所有这些应用。
大多数钞票或票据，在退出流通之前，残缺不全，外表损伤严重。在退出流通之前，这些钞票是合法货币，并且应该应用在交易中。现有的验钞机在验证破损及用旧的钞票时存在困难。在验钞机中，对这种残缺及用旧的合法纸币通常不能百分之百地接受。伪币的清除是一件要求非常高的需要。简单地说，所有提交给验钞机的伪币不管其由来，都必须被拒受。甚至当现在还没有研制出的伪造票据出现时，也能够被检测出并拒受。
大多数验钞机被设计成用于一般的交易，验钞机产业允许在一个或多个敏感领域降低性能，便于以一种规格的更为经济的方法适合所有领域。不幸的是，大多数终端用户的应用差别很大，一种规格不适合所有应用领域。事实上，饮料销售机或音乐机产品损失和兑换机、邮政系统或ATM应用的产品损失甚至是不可比的。另外应用准则通常取决于系统成本。验钞机生产商在他们的验钞机使用最适合于用户的应用领域竞争。通常质量不高的验钞机被允许进入没有性能质量测试的真正工具的市场，质量高的验钞机生产商通常被迫提供额外服务或降低价格来维持销售。
目前，随着饮料销售验钞机的引入，在美国钞票验证很普遍。这些验钞机系统简单，但是有效。其主要的缺陷在于验证过程中实现的技术。所有生产商的产品都不能避免偶尔接受伪币。随着验钞机应用于多种类型的应用中，越来越需要一种更好的验钞系统。最初的验钞系统依靠真正的美国货币及少数几个国家货币中内在的磁信息。但是这一技术很容易受现代的复印机的影响。美国的大多数办公室及图书馆都具有黑白复印机，并且绝大多数个人都可使用它们。于是开始采用光学系统，以图改善安全性。光学系统通常影响某些类型的图象分析技术。对于磨损及残破的钞票，及非常新的钞票，光学系统的验证性能差。在努力获得最好的验证性能及可靠性的过程，大多数验钞机均同时采用了光学系统和磁系统。
在使用磁性元件的系统中，使钞票带有尽量窄的磁性条是常见的，该磁性条将使磁性系统失去作用。在光学系统中，借助现代的影印技术，可容易地再现钞票的图象。通常在特定区域把该图象加强，以便欺骗验钞机。
世界上的钞票至少有一点是共同的没有一种钞票可避免伪造。借助影印技术的对钞票的偶然伪造正随着对该技术的普及而变得越来越普遍。同样对货币系统的要求也增加了。
目前，验钞机所具有的最大进步是光学系统的实现。已经透射及反射地使用了光学元件。由于所有的钞票被设计成由人们凭眼力识别，因此光学系统善于分析货币。诸如嵌入作为伪造防止物的水印、安全线、及有色线之类的许多特征基本上都是可由眼力检测的。于是就可理解为什么人们对电子显示系统抱以很高的期望。但是由于成本较高，因此伪造检测的人类模式不能电子化地加入钞票验证系统中。通常采用的方法是利用普通光源，测量通过钞票表面上的印刷区和非印刷区反射或透射的信号响应，并把结果和验钞机存储器中存储的图象进行比较来检测。在拒收伪钞的同时，所遇到的主要困难是不能正确地检测非常新的钞票，及磨损钞票导致图象质量下降，再加上印刷配准不良，图象质量就更糟了。
在光谱分析中，能够表征真币中固有的反射、透射及吸收性质。借助波长狭窄地集中在紫外线和红外线之间的光，能够确定钞票的化学组成，如果其它化学研究的科学分析中采用的一样，并把该结果存储在数据库中，用于以后的比较。实现上，利用钞票的严格受控的“化学特征”正适用于检测假货及伪造物。但是在沿着钞票的长度方向对每个点进行全光谱扫描所需的费用和时间太高，因此在验钞系统中不可能实现光谱分析仪。
光谱分析方法并不一定是依靠钞票印刷影像的高分辨率型系统。光谱分析方法应是当真币的“特征光带”由特定波长的光的吸收、反射及透射产生时，依靠真币的“特征光带”的系统。单个检测器和几个被这样修改(滤波)后的发光二极管(LED)一起使用，即每个LED只发射特定波长±容限(如5纳米)的光。共用检测器逐一地或组合地测量钞票对各个LED的反射或吸收、透射效果。这样当由单个检测器测量时，当钞票响应对其单一区域作用的各种窄波长光时，产生该钞票的特征，如果以这种子系统的阵列形式使用，则所述系统将提供最大的好处，便于保证最大的安全性及对防止对真币的分解。
验钞技术始终被个人使用工程影印机复制钞票固有特征的能力所击败。临时伪造者具有任由他们使用的各种各样仪器，这些仪器足以产生较好的复制件以击败最好的验钞机。复印机器，黑白复印机，彩色复印机，影印机，喷墨打印机，计算机及扫描仪都是可用于击败常用验钞机的仪器。这些方法中的一部分非常的细致和复杂，然而没有任一种方法使用雕刻染料中发现的确切化学物质及钞票印刷中使用的油墨。
目前的验钞机一般使用一个或多个光学传感器来检测钞票的光学反射或光学吸收特性。许多系统包括有2个或更多波长的发射器及检测器。这些设备通过在沿着钞票长轴的不连续通路或通道上选取几个点。通过把采样结果和预先存储的来自真币的结果相比较，就可判断该钞票的类型及其真实性。
通常发射器/检测器包括至少一组红外灵敏元件，使得对几乎所有货币均可获取数据，而不必考虑钞票的可见光颜色。但是这种方法的缺陷是可设计一个两色调(黑和白)复制品或在彩色纸张上产生的彩色复制品，从而产生与真币极为相似的数据，使伪币作为真币被接受。随着彩色复制技术的改进，也可能产生在可见光光谱内和真币几乎相同的彩色复制品。
许多国家经常改变它们的货币，以此来限制伪币，降低制造成本，延长使用寿命等等。几个国家还使用不同宽度的钞票。由于较窄钞票的数据通道就随着验钞机中的插入位置而变化，因此难以在单个验钞机中接收这些不同宽度的钞票。这样通常需要为一个面值的钞票建立几个数据库。在验钞过程中，必须连续搜索这些数据库中的每一个数据库，随后确定是否存在匹配。这将使验钞过程持续几秒钟，使用户烦恼焦虑。
由于世界上大多数货币在不同面值上使用不同的色彩组合，因此可检测这些颜色的验钞机将能够选择数据库用于和该钞票进行比较。由于只需检索一组数据库，这将显著减少处理时间。由于两色调复制器的收集数据中没有颜色，因此可以除去两色调复制品。由于会遗漏真币上的细微色彩变化，因此也可除去在彩色纸上印刷的复制品。通过把色彩数据和红外数据进行比较，可极大地减少对彩色复制品的接受。
一般检测色彩的系统使用用于可见光光谱的红、绿及蓝部分的三个传感器，及白光来照明钞票。产生均匀光谱的白光源通常较贵，体积庞大，或者需要外来电源。每个传感器都具有一个滤波器，只使光谱的特定部分通过。通过结合来自这三个传感器的信息，并对这些数据应用数学等式，即可确定钞票的颜色。
现有验钞机所缺少及期望具有的是在保持成本及尺寸最小的同时，快速准确地确定钞票的真实性的能力。对能够快速准确区别真币及伪币的紧致、廉价验钞机的这种长期存在，但是迄今仍未实现的需要，现在由在此公开的本发明实现。
根据本发明，验钞机包括检测来自LED，反射自钞票表面，并透过钞票的光以确定该钞票真实性的检测器。该系统包括四个发射器，一个检测器，及一个可编程增益放大器。
本发明的全部细节在下面的说明及附图中说明了。
结合附图，参考下面的详细说明，将更完全地理解本发明的特征和目的，其中
图1示意地表示了本发明；图2示意地表示了传感器的功能；在附图中，同样的附图标记代表同样的部件。
本发明的目的是提供一种简单、准确并且经济地确定钞票的颜色的方法。该方法使用光谱特性类似于人眼的PIN二极管检测器。
由于常用票据验证机必须小巧并且廉价，因此在结构上采用多个传感器及白光源并不是最佳。本发明的实施例使用多个照射票据的不同可见颜色的LED，及一个在可见光谱中灵敏的IR检测器。系统中含有被布置成照射到相同的固定点的四个LED，即红、绿、蓝和红外光LED。检测器用于收集来自LED的反射光或透视光。
本发明中，当检测的钞票通过验钞机的验证部分时，由多个LED组成的光电二极管10选择性地检测来自受检钞票的光信号，即由光电二极管从选定的LED产生的电流被送给由数字12表示的放大器部分，放大器部分的操作，包括放大器部分12的输出的排序由计算机控制(CPU)级14控制，用于分析、显示及确定钞票的合法性。根据获得的结果，接受或拒收该钞票。
具体地，如图2所示，来自光电二极管，通过LED得到的电流被输入第一级放大器20，并在放大器20被转换为电压。输入信号电流由第一级中的电容器22滤波，以减少来自外部电源的噪声。放大器20是低偏压型放大器，以减小任何因电路的高增益引起的误差。第一级的输出被输入放大D/A转换器24的反馈管脚。D/A转换器和第二放大器26，即其增益可由微处理器28修改的放大器一起构成可编程增益级。这样可使第二放大器26在终端30的输出与所选颜色的光或波长平衡，因为光波长均可由不同的增益调整，以平衡最终输出。最终放大器级32充当反相器，及低通滤波器(1KHz及以上被切去)，以减小来自外部电源的噪声，并防止在A/D转换器信号抗混淆。最终或第三放大器32的输出通过终端34传给控制CPU16。
为了采样，照射LED18，设置放大器20的增益，并由A/D转换器24在滤波器级的输出端获取样本。A/D转换器的输出如果输入可编程增益控制re放大器26及处理器28，该输出经红、绿、蓝和红外被排序。随后存储在CPU的存储器中，用于验证设备的处理、显示及控制。
图1所示的结构使用分别用于各个LED颜色红、绿及蓝的独立放大器信道R、G、B，及用于红外光的放大器信道IR。它们是分别用于每种颜色的预置非可编程频率放大器。图1所示的结构还需要关联的增益和滤波电路(尽管这些关联增益和滤波电路的操作实质上和图2中说明的一样)，为每种LED颜色提供独立的放大器信道。当包括更多部件的时候，每一级的增益可在工厂中一个一个单独设置。这样就不需要由熟练技术人员在现场进行调节。常常验钞机在使用一段时间后需要维修(the unit mightrequire servicing as parts age)，不过这不是一个大问题。
于是图2所示的结构最佳，其中颜色输出由微处理器28通过单个放大器/增益电路控制及平衡。这种结构省去了用于每种颜色的独立放大器，减少所需部件的数目，并改善了系统的线性度。
如上所述，本发明能够检测反射光或透射光，使用透射光的原因之一是帮助补偿由于温度改变而引起的LED亮度的变化。验钞机在从撒哈拉沙漠到格陵兰岛的各种环境中用于销售应用中。-25℃～+50℃的温度极限不是没有被发现。对于给定电流，每个LED的光输出和温度成正比，从而随着温度的升高，光输出将降低，反之亦然。另外，由不同方法制得的LED对不同程度的温度的响应不同。红、绿及蓝LED对于温度变化的表现彼此不同。由于本发明要求对白光的响应应保持相当恒定，因此设置为适于在9月的纽约工作的验钞机将不能在撒哈拉或格陵兰工作。
为了补偿温度变化，可编程增益级装有视频调节传感器持续不断地监视LED亮度，并调节各个光色信道的增益。在LED和检测器之间没有纸张或钞票的情况下，当做出视频调节时，产生各个光色信道的透射光的相应读数。这些读数被存储在存储器中。当验钞机等待插入钞票时，微处理器监视LED并修改增益，保持增益和存储的读数相等。在预期的温度变化范围内，这将维持平衡。插入一张卡，以便调节验钞机。该卡上具有白、黑、红、绿和蓝色的区域。当各个不同的颜色区在传感器下通过时，信号响应的相应强度被测量。随后微处理器中的算法调节各个LED的D/A设置，以获得恰当的平衡。
应注意的是上面的说明及本发明的附图应被看作是例证性的，而不应被认为是对本发明的限制。
另外后面的权利要求用来覆盖在此说明的发明的普通实施例、特殊实施例及特征。
权利要求
1．在具有确定钞票的合法性以便接受或拒收该钞票的装置的验钞机中，确定所述钞票色彩正确性的系统，包括检测分别从所述钞票进入的红、绿、蓝及红外光的光检测器，把所述光检测器的输出转换为数字信号的A/D装置，选择性地限定所述A/D装置的输出增益、得到表示出所述颜色中选定一种颜色的输出信号的装置，及把所述输出信号提供给确定该钞票合法性的装置的装置。
2．按照权利要求1所述的系统，还包括介于所述光检测器及所述A/D转换器装置之间、放大并滤波模拟信号的装置。
3．按照权利要求1所述的系统，其中所述限定装置包括一个放大器及一个可编程地控制该放大器的增益、提供输出的选定频率级的微处理单元。
4．按照权利要求1所述的系统，其中所述光检测器包括一个光检测光电二极管阵列，每个光电二极管为所述颜色中的相应一种颜色而预先设置。
全文摘要
一种具有检测从钞票反射及透射的红、绿、蓝及红外光的四个LED的钞票检测器。来自放大器的信号被输入微计算机和/或微处理器以便进行分析。
文档编号G07D7/00GK1225730SQ9719644
公开日1999年8月11日 申请日期1997年5月27日 优先权日1996年6月4日
发明者米切尔·沃尔西, 米勒思劳·布拉茨泽斯, 托马斯·W·马泽维斯基 申请人:环球付款技术公司