DE2247205B2

DE2247205B2 - Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission farbiger Flächen

Info

Publication number: DE2247205B2
Application number: DE2247205A
Authority: DE
Inventors: Claudio Dipl.-El.-Ing. Steinhausen Meisser; Rudolf Oberwil Mustert
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1972-02-17
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1974-07-11
Also published as: ES411639A1; NL7204746A; DK144605C; FR2172074B1; IT979043B; NL145356B; NO138302B; DE2247205C3; DE2247205A1; GB1384501A; SE392177B; BE795553A; CH541840A; FR2172074A1; DK144605B; NO138302C; AT321619B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission farbiger Flächen, insbesondere zur Echtheitsprüfung von Banknoten und anderen Wertzeichen, mit einer Meßeinrichtung zur Ermittlung mehrerer, jeweils nur einen schmalen Spektralbereich erfassender Meßwerte an dergleichen Stelle des Prüfobjekts und des Originals, und mit einer Auswerteinrichtung zum Vergleich der Prüfmeßwerte mit den am Original ermittelten Referenzmeßwerten.
Das menschliche Auge ist bekanntlich nicht im-

xo stände, festzustellen, aus welchen Spektralfarben ein Farbreiz zusammengesetzt ist. Es ist daher möglich, daß Farben mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung die genau gleiche Farbempfindung hervorrufen. Die Reproduktion einer bestimmten

Farbe ist verhältnismäßig leicht, solange nur ein gleicher physischer Eindruck verlangt wird. Viel schwieriger ist es, eine Farbe mit der genau gleichen spektralen Verteilung zu reproduzieren. Beim Vergleich zweier Farben, z. B. bei der Echtheitsprüfung von

ao Banknoten, stellt somit eine vollständige spektrale Analyse einen sehr scharfen Test dar.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission farbiger Flächen wird das von einer Lichtquelle ausgehende Licht in einem

Doppelmonochromator spektral zerlegt und mit Hilfe einer Polarisationaoptik in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die auf das Prüfobjekt und auf ein Standard fallen. Das remittierte Licht wird von einer Fotozelle gemessen. Bekommt die Fotozelle vom Prüfobjekt und vom Standard unterschiedliche Lichtmengen, so wird ein Polarisationsprisma gedreht und damit das Intensitätsverhältnis der beiden Teilstrahlen derart geändert, daß die remittierten Intensitäten gleich sind. Die Stellung des Polarisationsprismas stellt

dann ein Maß dar für das Verhältnis des Remissionsgrades des Prüfobjekts zu demjenigen des Standards. Diese bekannte Farbprüfvorrichtung ist aufwendig und erfordert eine Bedienung und eine Auswertung der Meßresultate durch qualifiziertes Fachpersonal.

Außerdem wird ihre Stabilität durch eine Vielzahl mechanisch bewegter Teile und durch Teile, die sehr genau justiert sein müssen, ungünstig beeinflußt.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung bekanntgeworden, die selbsttätig eine spektrale Analyse eines Dokumentes vornimmt und eine Ja/Nein-Entscheidung trifft. Hierbei werden die gleiche Stelle des Prüfobjekts und eines Originals mit einer Lichtquelle mit schmalem Spektralbereich gleichzeitig beleuchtet, mit Hilfe zweier Lichtfühler das vom Prüfobjekt und vom Original zurückgeworfene Licht gemessen und die beiden Meßwerte miteinander verglichen. Anschließend wird die gleiche Messung in zwei weiteren schmalen Spektralbereichen wiederholt. Das Dokument wird als echt beurteilt, wenn bei allen drei Vergleichsmessungen die Differenz zwischen dem am Prüfobjekt ermittelten Prüfmeßwert und dem am Original ermittelten Referenzmeßwert einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Da verschmutzte Prüflinge bedeutend mehr Licht absorbieren als neue, saubere Dokumente, müssen bei der beschriebenen bekannten Vorrichtung die bei der Ja/Nein-Entscheidung angewandten Toleranzgrenzen verhältnismäßig weit gewählt werden, was sich auf die Zuverlässigkeit des Tests ungünstig auswirkt. Ferner besteht die Gefahr, daß das Meßergebnis durch Alterungserscheinungen an den Lichtquellen oder an den beiden Lichtfühlern verfälscht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätig arbeitende, einfache und dennoch äußerst zuverlässige Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Verschmutzungen der Prüflinge keine Fehlentscheidung hervorrufen können,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch ' gekennzeichneten Mittel gelöst.

Durch die Quotientenbildung und die Bestimmung ihrer Streuung können Verschmutzungen der Prüfobjekte das Meßresultat nicht verfälschen. Auch Alterungseinflüsse der Meßeinrichtung, z. B. einer Lichtquelle oder eines Meßfühlers, können sich nicht nachteilig auswirken, solange diese Alterungseinflüsse nicht einen unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsverlauf der Messungen am Prüfobjekt gegenüber denjenigen am Original bewirken. Einflüsse der letztgenannten Art können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes dadurch eliminiert werden, daß zwei von einer Lichtquelle ausgehende Lichtkanäle vorgesehen sind, die derart zu einem einzigen Meßfühler führen, daP· von diesem alternierend jeweils ein Prüfmeßwert und ein zugehöriger Referenzmeßwert ermittelt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission farbiger Flächen und

F i g. 2 eine Divisionsschaltung.

In der F i g. 1 bedeutet 1 eine Lichtquelle, deren Spektrum den insgesamt zu analysierenden Wellenlängenbereich umfaßt und die durch eine Linse 2 und eine Blende 3 Licht auf ein Verlauffilter 4 wirft. Das Verlauffilter 4 ist mit einer Maske 5 abgedeckt, die mehrere Öffnungen 6 aufweist. Entsprechend der jeweiligen Lage des Verlauffilters, das bei der Messung kontinuierlich oder schrittweise in Pfeilrichtung bewegt wird, fällt Licht durch eine der Öffnungen 6 auf einen von zwei Lichtleitern 7, 8. Der Lichtleiter 7 leitet den Lichtstrahl auf eine ausgewählte Stelle eines Originals 9 und der Lichtleiter 8 auf eine entsprechende Stelle eines Prüfobjekts 10. Zwei weitere Lichtleiter 11,12 leiten einen Teil des vom Original 9 bzw. vom Prüfobjekt 10 remittierten Lichtes zu einem einzigen Meßfühler 13.

Der Meßfühler 13 ist an einen Eingang 14 einer Divisionsschaltung 15 angeschlossen, deren Ausgang 16 mit einem Maximalwertspeicher 17 verbunden ist. Zur Synchronisierung der Divisionsschaltung 15 und zur Steuerung des Maximalwertspeichers 17 ist ein an eine Steuerschaltung 18 angeschlossener Lichtfühler 19 vorgesehen, der über einen Lichtleiter 20 in Abhängigkeit von der Bewegung des Verlauffilters 4 Synchronisierlichtimpulse empfängt. Ein Ausgang 21 der Steuerschaltung 18 ist an einen Synchronisiereingang 22 der Divisionsschaltung 15 und ein weiterer Ausgang 23 an einen Steuereingang 24 des Maximalwertspeichers 17 angeschlossen.

Dem Maximatwertspeicher 17 sind η Fensterkomparatoren 25 bis 29 nachgeschaltet, von denen jeder einer vorgegebenen Klasse der Ausgangsgröße des Maximalwertspeichers zugeordnet ist und ein Signal abgibt, wenn die genannte Ausgangsgröße in die betreffende Klasse fällt. Mit 30 bis 33 sind (« —1) Impulszähler bezeichnet. Jeder dieser Impulszähler ist an die beiden Ausgänge zweier Fensterkomparatoren benachbarter Klassen angeschlossen. Die Ausgänge der Impulszähler 30 bis 33 sind an ein gemeinsames ODER-Tor 34 geführt.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn das Verlauffilter in Pfeilricbtung bewegt wird, gelangt vorerst die erste der Blendenöffnung 6 in den zum Original 9 führenden Lichtkanal. Dieses wird mit einem Lichtstrahl der mittleren Welienlänge ;.j beleuchtet. Anschließend fällt durch die gleiche Blendenöffnung Licht auf das Prüfobjekt 10. Der gleiche Vorgang wiederholt sich mit den Wellenlängen ;._a, A₃ ... Am Meßfühler 13 entsteht die Signalfolie I₁. (/I₁), I₁, (I₁), I_r (A₂), /„ (X₂) . . ., wobei /_r einen am Original 9 ermittelten Referenzmeßwert und I₁, einen Prüfobjekt 10 ermittelten Prüfmeßwert bedeutet. Diese Meßwerte entsprechen der Remission des Originals und des Prüfobjekts im jeweiligen Spektralbereich.

Die Divisionsschaltung 15 bildet aus jedem Meßwertpaar den Quotienten

wobei k eine Konstante und /.,· die jeweilige mittlere Wellenlänge des entsprechenden Spektralbereichs bedeutet. Durch die Quotientenbildung können sich Alterungserscheinungen der Lichtquelle 1 oder des Meßfühlers 13 auf das Meßergebnis nicht auswirken.

Wenn sich Original und Prüfobjekt über den gesamten in die Messung einbezogenen Wellenlängenbereich genau entsprechen, ergibt sich für q der konstante Wert q (/.) = k.

Die Schmutzschich. einer Banknote verhält sich in der Regel wie ein Graufilter, d. h., sie absorbiert nicht selektiv. Bei der Prüfung einer echtrn, aber verschmutzten Banknote mit der beschriebenen Vorrichtung ergibt sich daher q {>.) = k ■ a, wobri α das Absorptionsvermögen der Schmutzschicht bedeutet.

Als Echtheitskriterium gilt also nicht der Betrag, sondern die Konstanz der nacheinander auftretenden Quotienten q (/,·). Da in der Praxir auch echte Prüfobjekte gegenüber dem verwendeten Original Unterschiede aufweisen und sich die Verschmutzung nicht immer wie ein ideales Graufilter verhält, ergeben auch echte Prüflinge einen gewissen Streubereich der ermittelten Quotienten. Durch die der Divisionsschaltung 15 nachgeschaltete Anordnung wird geprüft, ob dieser Streubereich innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

Die Ausgangssignale der Divisionsschaltung 15 gelangen zum Maximalwertspeicher 17. Die Maximalwerte dieser infolge der Bewegung des Verlauf filters 4 nicht rechteckförmigen Signale werden im Maximalwertspeicher 17 jeweils bis zum Erscheinen des nächstfolgenden Signals gespeichert und gelangen zu den Fenste-komparatoren 25 bis 29. Jeder dieser Fensferkomparatoren gibt einen Impuls ab, wenn sein den Quotienten q darstellendes Eingangssignal in die ihm zugeordnete Klasse fällt, Die Klassen sind z. B. wie folgt gewählt:

Fensterkomparator	0,28 ...	q	... 0,37
25 26 27 28 29	0,37 ...		... 0,50
	0,50 ..		... 0,67
0,67 ...		.. 0,90
0,90 ...		... 1,20

Die Breite einer Klasse ist vorzugsweise dem Mittelwert der betreffenden Klasse proportional.

Die von den Fensterkomparatoren 25 bis 29 abgegebenen Impulse werden in die Impulszähler 30 bis 33 eingezählt, und zwar derart, daß jeder Impulszähler die Anzahl der in zwei benachbarte Klassen fallenden Quotienten zählt.

Bei einem dem Original entsprechenden, nicht verschmutzten Prüfobjekt fallen alle <jr-Werte in die durch den Fensterkomparator 29 gegebene Klasse, so daß nach beendeter Messung im Impulszähler 33 eine der totalen Anzahl spektraler Einzelmessungen entsprechende Impulszahl eingespeichert ist. Ein echtes, leicht verschmutztes Prüfobjekt ergibt kleinere (7-Werte, deren Anzahl von einem der Impulszähler 30 bis 32 gezählt wird. Der Test gilt als bestanden, wenn z. B. 9O°/o aller Quotienten in die gleiche oder in zwei benachbarte Klassen fallen, d. h., wenn nach beendeter Messung einer der Impulszähler 30 bis 33 eine vorgegebene Impulszahl erreicht hat. In diesem Fall erscheint am Ausgang des betreffenden Impulszählers ein Signal, das das ODER-Tor 34 öffnet, wodurch die Ja-Entscheidung auf nicht näher dargestellte Weise angezeigt wird.

Bei einem Prüfobjekt, dessen spektrale Remission mit derjenigen des Originals nicht übereinstimmt, ergibt sich eine entsprechende Streuung der g-Werte, so daß keiner der Impulszähler 30 bis 33 den zur Ja-Entscheidung erforderlichen Zählerstand erreicht. Ein sehr stark verschmutztes Prüfobjekt schließlich, das zwar konstante, aber unterhalb der vorgegebenen Klassen liegende <?-Werte ergibt, vermag ebenfalls keine Ja-Entscheidung herbeizuführen. Dies gilt auch für einen Prüfling mit zu großen q-Werten.

Die beschriebene Vorrichtung kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Als Filtereinrichtung mit mehreren Filterbereichen mit unterschiedlichem schmalem Spektralbereich kann an Stelle eines maskierten Verlauffilters ein rotierendes System mit diskreten Einzelfiltern vorgesehen werden. Vorzugsweise eignet sich eine Trommel, auf deren Mantelfläche die Filter und in deren Innern eine Lichtquelle angeordnet sind. An Stelle von Lichtleitern kann auch ein Spiegelsystem verwendet werden, das das Licht über die Filtereinrichtung alternierend auf das Original und das Prüfobjekt wirft und das von diesen remittierte Licht zum Meßfühler lenkt.

Dadurch, daß ein Prüfmeßwert und ein zugehöriger Referenzmeßwert nicht gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander anfallen, wird die Anwendung einer besonders einfachen Divisionsmethode ermöglicht. Beispielsweise kann das sogenannte Doppelintegrationsverfahren angewendet werden, wobei ein Kondensator während einer konstanten Zeit mit einem der ersten Meßgröße proportionalen Strom aufgeladen und mit einem der zweiten Meßgröße proportionalen Strom wieder entladen wird. Die Entladezeit entspricht dann dem Quotienten aus den beiden Meßwerten. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit geht aus der F i g. 2 hervor.

Der Eingang 14 der in der Fig. 2 dargestellten Divisionsschaltung 15 ist über einen Widerstand 35 an einen ersten Eingang 36 eines Differenzverstärkers 37, an den Ausgang 16 der Schaltungsanordnung und einen an Masse gelegten steuerbaren Widerstand 38 geführt. Ein zweiter Eingang 39 des Differenzverstärkers 37 ist an eine Referenzspannung Ur angeschlossen. Vom Ausgang des Differenzverstärkers 37 führt

ao ein Regelstromkreis über eine Diode 40 zur Steuerelektrode 41 des steuerbaren Widerstandes 38. Ein Schalter 42, dessen Steuerelektrode den Synchronisiereingang 22 der Divisionsschaltung bildet, liegt einem zwischen die Steuerelektrode 41 und Masse

as geschalteten Speicherkondensator 43 parallel.

Die Widerstände 35 und 38 bilden einen geregelten Spannungsteiler. Bei entladenem Speicherkondensator 43 ist der Widerstand 38 sehr hochohmig. Wenn am Eingang 14 ein Signal I_r erscheint, wird der Speicherkondensator 43 aufgeladen, bis die Spannung U_e am Eingang 36 des Differenzverstärkers 37 den Wert U_R erreicht. Der Widerstand 38 stellt sich dadurch so ein, daß U_c = U_R ist. Wenn das Signal I_r wieder verschwindet, verhindert die Diode 40 ein Entladen des Speicherkondensators 43, so daß das Teilerverhältnis des Spannungsteilers 35, 38, das sich in Abhängigkeit von der Größe des Signals I₁. eingestellt hat, erhalten bleibt. Beim Erscheinen des Signals /„ tritt am Ausgang 16 eine Spannung auf, die dem Quotienten

entspricht. Anschließend gibt die Steuerschaltung 18 (Fig. 1) an den Synchronisiereingang 22 einen Impuls ab. Dadurch wird der Schalter 41 kurzzeitig leitend und der Speicherkondensator 43 wieder entladen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vergleich der spektralen Remission farbiger Flächen, insbesondere zur Echtheitsprüfung von Banknoten und anderen Wertzeichen, mit einer Meßeinrichtung zur Ermittlung mehrerer, jeweils nur einen schmalen Spektralbereich erfassender Meßwerte an der gleichen Stelle des Prüfobjekts und des Originals, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Vergleich der Prüfmeßwerte mit den am Original ermittelten Referenzmeßwerten, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Divisionsschaltung (15) vorgesehen ist, die die Quotienten aus den einzelnen Prüfmeßwerten und den zugehörigen Referenzmeßwerten bildet, daß eine Schaltung (25 bis 33) zur Bestimmung der Streuung der Quotienten vorgesehen ist, wobei die Quotienten von dieser fchaltung in Klassen eingeteilt werden und wobei jeweils die Ausgänge zweier benachbarter Klassen an einen Impulszähler (30 bis 33) angeschlossen sind, die nur bei einer vorbestimmten Anzahl von Zählimpulsen ein Ausgangssignal abgeben, und daß die Ausgänge der Impulszähler (30 bis 33) an ein gemeinsames ODER-Tor (34) zur Abgabe eins Ja/Nein-Signals angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klasse ein der Divisionsschaltung (15) nachgeschalteter Fensterkomparator (25 bis 29) zugeordnet is*

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionsschaltung (15) einen zwischen den Eingang (14) und den Ausgang (16) geschalteten geregelten Spannungsteiler (35, 38) aufweist, der an einen ersten Eingang (36) eines DiHerenzverstärkers (37) geschaltet ist, dessen zweiter Eingang (39) an eine Referenzspannung (U_R) und dessen Ausgang an einen Speicherkondensator (43) und an einen Steuereingang (41) des Spannungsteilers (35, 38) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von einer Lichtquelle (1) ausgehende Lichtkanäle (7, 11; 8, 12) vorgesehen sind, die derart zu einem einzigen Meßfühler (13) führen, daß von diesem alternierend jeweils ein Prüfmeßwert und ein zugehöriger Referenzmeßwert ermittelt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtkanäle (7, 11; 8, 12) durch Lichtleiter gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtkanälen (7, 11; 8, 12) eine kontinuierlich oder schrittweise bewegte Filtereinrichtung (4, 5) mit mehreren Filterbereichen (6) mit unterschiedlichem schmalem Spektralbereich angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung durch ein Verlauffilter (4) mit einer Maske (5) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung durch ein rotierendes System mit diskreten EinzeSfiltern gebildet ist.