專利名稱：檢測(cè)片狀材料特性的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照主權(quán)利要求書(shū)前序中所闡述的利用反射光束來(lái)檢測(cè)如紙幣或有價(jià)證券等片狀材料特性的儀器設(shè)備。
在EP-A0537531，DE-A38 15375和DE-A19532877所公開(kāi)的儀器中，片狀材料沿著一條一傳輸方向穿過(guò)一發(fā)光器件和一個(gè)檢測(cè)器件。發(fā)光器件沿著垂直于輸送方向的直線照射片狀材料，被片狀材料反射的光射也沿著這條線被檢測(cè)器件檢測(cè)。檢測(cè)器件包括一個(gè)CCD陣列或者光電二極管陣列，它們的結(jié)構(gòu)和排列決定了沿該線反射光的局部分辨率。該線的照射寬度通常選擇成比片狀材料在垂直于輸送方向上的寬度要寬一些，以便在輸送過(guò)程中使片狀材料的整個(gè)表面都能被檢測(cè)到。
上述儀器雖然可以很好地對(duì)漫反射光進(jìn)行具體地檢測(cè)，但是，如果片狀材料中包含了鏡面反射組份，如像紙幣中帶有金屬光澤的防偽線，或印刷油墨，或摻合在片狀材料中某些成份或者所謂的OVD等，這些成份在大多數(shù)情況下都不能從片狀材料的漫反射區(qū)域中被區(qū)別出來(lái)，特別是如果它們的反射能力不太強(qiáng)時(shí)更是如此。
美國(guó)專利5,299,268展示了與上述儀器相似的一種設(shè)備，其中片狀材料被沿著第二條與輸送方向垂直的線進(jìn)行了附加的照射。根據(jù)沿著這兩條線測(cè)定光線強(qiáng)度的構(gòu)成比率就能對(duì)片狀材料的鏡面反射組份進(jìn)行鑒定和分析。
這種儀器的缺點(diǎn)首先是它們的價(jià)格昂貴，其次，為了確定片狀材料的鏡面反射成分還需要比較復(fù)雜的評(píng)價(jià)方法。
此外，還沒(méi)有哪種儀器能對(duì)片狀材料組份中的磁特性進(jìn)行測(cè)定。
本發(fā)明就是要在上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上提供一種儀器，可用于沿著某一條線來(lái)測(cè)定帶鏡面反射光成份的片狀材料的特性，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并有利于對(duì)片狀材料組份中的磁特性進(jìn)行測(cè)定。
按照本發(fā)明主權(quán)利要求書(shū)中所闡述的特征能使這些問(wèn)題得到解決，而附加權(quán)利要求書(shū)中對(duì)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)又作了進(jìn)一步發(fā)展。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是提供一成像器件，它將發(fā)光器件發(fā)出的光線轉(zhuǎn)變成基本上是平行的光束，該光束照射到一個(gè)平行于片狀材料的線平面內(nèi)的一條線上并以一個(gè)固定的入射角射入第一照射平面內(nèi)，該第一照射平面沿此線與線平面相交并形成一個(gè)第一照射角。所述的成像器件應(yīng)放置在盡可能靠近直線的位置上。反射光在一個(gè)第一檢測(cè)平面內(nèi)以一個(gè)固定的反射角沿該線反射并被映射到一個(gè)檢測(cè)器件上，第一檢測(cè)平面與片狀材料形成第一檢測(cè)角，并沿著此線與線平面相交。選取入射角等于反射角以及第一照射角等于第一檢測(cè)角。為了測(cè)定片狀材料組份中的磁特性，發(fā)光器件發(fā)出的光最好是偏振光，并且沿著那一條線作鏡面反射的光線在射到檢測(cè)器件之前應(yīng)被一個(gè)偏振器所分解。
本發(fā)明所提出的解決辦法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是儀器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且被檢測(cè)器件檢測(cè)到的光線強(qiáng)度實(shí)際上只包括了鏡面反射光線的一部分，因此勿需通過(guò)復(fù)雜繁瑣的方法就能對(duì)探測(cè)強(qiáng)度作出評(píng)價(jià)。利用偏振器產(chǎn)生的偏振光進(jìn)行照射和對(duì)鏡面反射光進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鍪沟每梢詫?duì)片狀材料組份中的磁特性進(jìn)行測(cè)定。
為了測(cè)定片狀材料鏡面反射成分和它們的磁特性，可將片狀材料置于線平面內(nèi)，這樣一來(lái)，發(fā)光器件發(fā)出的光線就直接照射到片狀材料上并被片狀材料的鏡面反射組份所發(fā)射。
為了測(cè)定非鏡面反射成分的磁特性，最好在線平面內(nèi)加上一個(gè)具有高磁性克爾效應(yīng)(電介質(zhì)的光電效應(yīng))的反射器。將板材引導(dǎo)通過(guò)所述的反射器以便對(duì)它進(jìn)行測(cè)定，由于片狀材料的已被永久磁化了的磁性組份將通過(guò)磁化作用對(duì)反射器的克爾效應(yīng)產(chǎn)生影響，從而使得被反射器所反射的光線強(qiáng)度將發(fā)生改變。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)例和作用原理作一說(shuō)明，其中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)例的示意圖；圖2是光線的不同反射類型的示意圖；圖3是本發(fā)明各部件配置情況的通用示意圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)例的示意圖；圖5是本發(fā)明第三實(shí)例的示意圖；圖6是本發(fā)明第四實(shí)例的示意圖；圖7顯示了采用非偏振光的本發(fā)明第一，第二和第三實(shí)例的作用原理；圖8顯示了采用非偏振光的本發(fā)明第四實(shí)例的作用原理；圖9顯示了采用偏振光的本發(fā)明的第一種作用原理；
圖10顯示了采用偏振光的本發(fā)明的第二種作用原理；圖11顯示了采用偏振光的本發(fā)明的第三種作用原理；圖12顯示了采用偏振光的本發(fā)明第二實(shí)例的具有不同作用原理的若干種儀器設(shè)備的組合方案；圖13是與片狀材料鏡面反射組份中不同磁特性相對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度百分比表；圖14是優(yōu)選的具有高克爾效應(yīng)反射器的本發(fā)明第二實(shí)例的示意圖。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)例的示意圖。從發(fā)光器件10發(fā)出的光線100被成像器件30轉(zhuǎn)換成基本上是平行的光束101，光束101以入射角α照射到一個(gè)平行于片狀材料40的線平面內(nèi)的L線上。這里，片狀材料40被放置在線平面內(nèi)，因此光束101可以直接照射到片狀材料40上。反射光線111沿著線L以固定的反射角β反射，并通過(guò)成像器件30和51成像在檢測(cè)器件50上。在本實(shí)例中，發(fā)光器件10，成像器件30和檢測(cè)器件50均處在一個(gè)與線平面垂直的平面內(nèi)并沿L線與線平面相交。為了對(duì)鏡面反射光進(jìn)行測(cè)定，可將入射角α選擇為與反射角β相等。
線L的長(zhǎng)度最好選取為大于或等于片狀材料40的寬度B。為了測(cè)定鏡面反射光，可將片狀材料40沿著一條與發(fā)光器件10，成像器件30和檢測(cè)器件50所在平面相垂直的方向穿越輸送，這樣一來(lái)，在輸送過(guò)程中片狀材料40的全部表面都能被檢測(cè)到。
檢測(cè)器件50最好采用CCD陣列，如果有必要也可換用光電二極管陣列。沿L線反射光的局部分辨率由探測(cè)器件50的象素?cái)?shù)目和被測(cè)定的L線的長(zhǎng)度確定。為了某些特殊的應(yīng)用，也可以設(shè)想在采用CCD或光電二極管時(shí)其中只含有一個(gè)單獨(dú)的象素。
發(fā)光器件10最好是發(fā)出偏振光，它可以由激光二極管產(chǎn)生或者由白熾燈光經(jīng)合適的偏振器形成。為了確定片狀材料40鏡面反射組份的磁特性，可以在發(fā)光器件10與檢測(cè)器件50之間的光束路徑上設(shè)置若干四分之一波片31或偏振器52。另外，還可以設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生器32，它將以適當(dāng)?shù)姆绞接绊懫瑺畈牧?0鏡面反射組份的磁特性。關(guān)于片狀材料40的鏡面反射組份磁特性獲取設(shè)備的作用原理將要在下面作更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖2是光線的不同反射類型的示意圖。圖2a顯示了光線的漫反射原理。這里，入射角為α的入射光在所有的方向上被均勻地反射。如果漫反射光在反射角β處被檢測(cè)到，它的強(qiáng)度將取決于被檢測(cè)器件檢測(cè)到的反射角δ的范圍。入射強(qiáng)度通常要比檢測(cè)強(qiáng)度大許多。
從圖2b所示的反射情況可以看出，入射角為α的入射光在以反射角為β的方向上被完全反射，入射角α與反射角β相等。在角δ的范圍內(nèi)檢測(cè)器件檢測(cè)到的光線強(qiáng)度基本上等于入射光的強(qiáng)度，如果入射光的入射角α在角度γ的范圍內(nèi)變化，這一情況也將保持，所述的范圍γ等于反射角δ的范圍。這一情況所基于的事實(shí)是，即使光束101僅僅是一條基本上是平行的光束，反射光束111的總強(qiáng)度也能被檢測(cè)器件50檢測(cè)到。平行度的較小的允許偏差可用反射光束111測(cè)定期間反射角的變化范圍來(lái)補(bǔ)償。
如果被測(cè)定光束111的角度范圍選擇得比較小，則由于上述關(guān)系的原因，與鏡面反射光的強(qiáng)度相比較，漫反射光的強(qiáng)度將變?yōu)闊o(wú)限小。這時(shí)檢測(cè)器件50所測(cè)定的實(shí)際上僅僅是鏡面反射光的一部分。
圖3a是本發(fā)明各部件配置情況的通用示意圖。為了清楚起見(jiàn)，在圖3a中，發(fā)光器件10，成像器件30，檢測(cè)器件50和成像器件51均用實(shí)線和虛線表示。
在這種一般的情況下，由發(fā)光器件10發(fā)出的光線100發(fā)射到第二照射平面B2內(nèi)，該平面與線平面EL形成第二照射角ε2。光線100被成像器件30偏轉(zhuǎn)成光線101并發(fā)射到第一照射平面B1內(nèi)，該平面沿L線與線平面EL相交并與線平面E1形成第一照射角ε1。在第一照射平面B1內(nèi)，線L1被平行光束101按固定的入射角α所照射。
在第一檢測(cè)平面D1內(nèi)以固定的反射角β沿L線的反射光111被映射到檢測(cè)器件50上，第一檢測(cè)平面D1沿L線與平面EL相交并與線平面EL之間形成第一檢測(cè)角ρ1。為了將反射光111映射到檢測(cè)器50上，反射光111被成像器件30偏轉(zhuǎn)后變成光線110進(jìn)入到第二檢測(cè)平面D2內(nèi)，平面D2與片狀材料40形成第二檢測(cè)角ρ2。
為了測(cè)定鏡面反射光，選擇入射角α與反射角β相等，以及第一照射角ε1與第一檢測(cè)角ρ1相等，而第二照射角ε2和第二檢測(cè)角ρ2則完全可以自由選擇。
如果有必要，例如由于發(fā)光器件10或者檢測(cè)器件50空間位置安排的需要，可以在發(fā)光器件10和檢測(cè)器件50之間的光束路徑100，101，111和110上增設(shè)一個(gè)或多個(gè)反射器(圖中并未畫(huà)出)，以保證合適的光線偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然，這時(shí)照射平面B1，B2或檢測(cè)平面D1，D2的空間位置也要作相應(yīng)的改變。
圖3b和3c是圖3a在兩個(gè)方向(Y軸方向和Z軸方向)上的投影圖。用點(diǎn)劃線畫(huà)出的想像平面E沿L線與線平面EL相交并與線平面EL垂直。
圖4顯示了本發(fā)明的第二實(shí)例，其中第一照射角ε1與第一檢測(cè)角ρ1相等，兩者幾乎都是90°。選取入射角α與反射角β相等，均為90°。這種安排可以實(shí)現(xiàn)成像器件30的單件化，從而可使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。發(fā)光器件10和成像透鏡51分別位于成像器件30的焦點(diǎn)平面上。發(fā)射光100從中心平面E的上方射進(jìn)成像器件，反射光111從中心平面E的下方離開(kāi)成像器件，它形成的反射光線110偏轉(zhuǎn)了第二檢測(cè)角ρ2。在本實(shí)例中，不論是第二照射角ε2或是第二檢測(cè)角ρ2均可自由選擇。由于成像器件30光學(xué)特性的原因，在任何情況下，第二照射角ε2總是等于第二檢測(cè)角ρ2。為了清楚起見(jiàn)，在圖4中將第二照射角ε2和第二檢測(cè)角ρ2都畫(huà)大了許多，然而在實(shí)際上通常是將它們選取成盡可能小的角度。第一照射角ε1和第一檢測(cè)角ρ1對(duì)90°的偏離是很小的，在圖中對(duì)它們將忽略不計(jì)。
本實(shí)例的另一優(yōu)點(diǎn)是成像器件30與片狀材料40之間的距離波動(dòng)不會(huì)對(duì)被檢測(cè)光線110的強(qiáng)度產(chǎn)生實(shí)際的影響，原因是入射光是垂直入射的。
圖5是本發(fā)明第三實(shí)例的示意圖，它基本上是與本發(fā)明第二實(shí)例相對(duì)應(yīng)的。與第二實(shí)例不同的是，在這里第二照射角ε2也選取為與第二檢測(cè)角ρ2相等并均為90°。
這種結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題是發(fā)光器件10和檢測(cè)器件50至少?gòu)谋砻嫔峡慈ザ际翘幵谂c片狀材料40相垂直的同一條軸線上。為了避免發(fā)生問(wèn)題，可以采取利用發(fā)光器件10將檢測(cè)器件50遮蓋的辦法。這里發(fā)光器件10是由若干發(fā)光元件組成并環(huán)繞成像器件51的周圍放置。發(fā)光器件10的這種結(jié)構(gòu)使得發(fā)射光100被成像器件30唯一轉(zhuǎn)變成基本上是平行的光束。
光束101平行度的偏差如圖5a所示。然而它們可以通過(guò)如上所述的相應(yīng)的選擇檢測(cè)器件50的反射角δ的角度范圍來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。在光束101中存在不同的方向還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是被測(cè)定的對(duì)象(即片狀材料)由于對(duì)檢測(cè)平面發(fā)生傾斜而產(chǎn)生的位置偏差同樣也能得到補(bǔ)償。
圖6是本發(fā)明第四實(shí)例的示意圖，它基本上對(duì)應(yīng)于第三實(shí)例。為了避免上述問(wèn)題發(fā)生，在光束路徑100，110中放置了光束分離器20，它能讓發(fā)光器件10發(fā)出的光線100中的至少一部分透射，并將片狀材料40反射的光線110中的至少一部分反射到檢測(cè)器件50的方向上。這樣一來(lái)，本來(lái)就不希望采用的遮蓋方法也能得以避免。如果有必要，發(fā)光器件10和檢測(cè)器件50的位置還可以相互交換。
以下將參照附圖7至11對(duì)本發(fā)明的作用原理作一說(shuō)明。
圖7顯示了本發(fā)明第一，第二和第三實(shí)例的作用原理，發(fā)光器件10發(fā)出的非偏振光由50％的垂直偏振光和50％的水平偏振光組成。非偏振光通過(guò)成像器件30映射到片狀材料上并照射到不同的區(qū)域。區(qū)域41是漫反射區(qū)域，區(qū)域42表示的是一個(gè)金屬鏡面反射區(qū)域，而區(qū)域43是一個(gè)磁性鏡面反射區(qū)域，它顯示了磁-光克爾效應(yīng)。
由50％的垂直偏振光和50％的水平偏振光組成的光線將射到其中的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，如上所述。當(dāng)光線射到漫反射區(qū)域41時(shí)，其中一部分垂直偏振光將被分解成50％的垂直和50％的水平偏振光。這也同樣適用于照射到漫反射區(qū)域的水平偏振光。被這樣一個(gè)區(qū)域41反射的光線這時(shí)將再次由50％的垂直偏振光和50％的水平偏振光組成。
在金屬鏡面反射區(qū)域42的情況下，偏振光仍保持為垂直偏振光和水平偏振光。被區(qū)域42反射的光線這時(shí)轉(zhuǎn)為由50％的垂直和50％的水平偏振光組成。
在磁性鏡面反射區(qū)域43內(nèi)，由于克爾效應(yīng)的作用使入射光的偏振方向產(chǎn)生一定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)。被區(qū)域43反射的垂直偏振光這時(shí)基本上(95％)仍為垂直偏振光，只是反射光中的一小部分(5％)被轉(zhuǎn)為水平偏振光。這也同樣適用于被反射的水平偏振光。因此，被區(qū)域43反射的兩種偏振光合起來(lái)仍包含50％的垂直和50％的水平偏振光。
從區(qū)域43反射出來(lái)的垂直偏振光和水平偏振光之間的比率取決于片狀材料40組份的磁特性。所述的比率95％和5％在這里是隨意選取的，其目的只是為了圖解說(shuō)明磁特性產(chǎn)生的影響。
被區(qū)域41至43反射的光線隨后被成像器件30映射到檢測(cè)器件50上。本發(fā)明對(duì)設(shè)備各部件的安排將保證實(shí)際上沒(méi)有被區(qū)域41漫反射的光線被檢測(cè)器件50檢測(cè)到。被檢測(cè)器件50檢測(cè)到的由金屬鏡面反射區(qū)域42和磁性鏡面反射區(qū)域43反射的光線將是完全的非偏振光。
圖8顯示了本發(fā)明第四實(shí)例的作用原理。這里，發(fā)光器件10也是發(fā)出非偏振光。光線首先照射到光束分離器20上，它能使50％的垂直和50％的水平偏振光透射過(guò)去，然后通過(guò)成像器件30將它們映射到片狀材料40的區(qū)域41至43上。在這里，光線按照?qǐng)D7所述的作用原理發(fā)生反射。經(jīng)區(qū)域41至43反射的光線隨后抵達(dá)成像器件30，成像器件30只將從區(qū)域42和43鏡面反射的光線經(jīng)光束分離器20映射到探測(cè)器件50上。光束分離器20僅將反射光中50％的垂直和水平偏振光反射到檢測(cè)器50上。
與圖7的作用原理相同的是，檢測(cè)器件也只能檢測(cè)到從區(qū)域42或43鏡面反射的光。然而與圖7的作用原理不同的是，到達(dá)檢測(cè)器件50的光線強(qiáng)度僅為原來(lái)的四分之一。
總的來(lái)說(shuō)，帶有發(fā)光器件10并發(fā)出非偏振光的本發(fā)明的第一至第四實(shí)例設(shè)備能夠檢測(cè)到片狀材料40的鏡面反射組份，但是不能獲得所述組份的磁特性。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，任何損失，例如由于設(shè)備各部件對(duì)光線的吸收和散射造成的損失通常都忽略不計(jì)。
下面將參照?qǐng)D9至11對(duì)利用偏振光能夠?qū)ζ瑺畈牧?0鏡面反射組份中的磁特性進(jìn)行測(cè)定的本發(fā)明的三種作用原理作一說(shuō)明。在需要說(shuō)明的所有這些原理中，為了顯示偏振光的效果，作為舉例，現(xiàn)假定發(fā)光器件發(fā)出的偏振光為100％的垂直偏振光。
在第一至第三實(shí)例中，由發(fā)光器件10發(fā)出的偏振光直接射到成像器件30上。在第四實(shí)例的設(shè)備中，設(shè)置了偏振光束分離器20，它使垂直偏振光透射而將水平偏振光反射，因此從發(fā)光器件10發(fā)出的垂直偏振光將被分離器20完全透射而抵達(dá)成像器件30。
在第一至第三實(shí)例中，在片狀材料40反射光的光束路徑內(nèi)，偏振器52只讓成像器件30和檢測(cè)器件50之間的水平偏振光透射。在第四實(shí)例中，由于設(shè)置了偏振光分離器20，因此只有片狀材料40反射光中的水平偏振部分能被反射到檢測(cè)器件50上。
按照?qǐng)D9的第一種作用原理，一種四分之一波片被放置在成像器件30和片狀材料40之間的光束路徑上，以及片狀材料40與成像器件30的光束路徑上，用來(lái)將垂直偏振光轉(zhuǎn)變成右旋圓偏振光和將水平偏振光轉(zhuǎn)變成左旋圓偏振光，或者將右旋圓偏振光轉(zhuǎn)變成垂直偏振光和將左旋圓偏振光轉(zhuǎn)變成水平偏振光。
當(dāng)照射光線在漫反射區(qū)域41上被反射時(shí)，照射的右旋圓偏振光中的50％保持為右旋圓偏振光，50％轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮龍A偏振光。當(dāng)右旋圓偏振光在金屬鏡面反射區(qū)域42上被反射時(shí)，右旋圓偏振光將完全轉(zhuǎn)變成左旋圓偏振光。當(dāng)右旋圓偏振光在磁性鏡面反射區(qū)域43上被反射時(shí)，右旋圓偏振光基本上(95％)被轉(zhuǎn)變成左旋圓偏振光，只有一小部分(5％)仍保持為右旋圓偏振光。當(dāng)反射光穿過(guò)四分之一波片31時(shí)，圓偏振分量將轉(zhuǎn)回到線性偏振分量，隨后如上所述，將被偏振器32或偏振光束分離器20分解。
根據(jù)帶偏振光的本發(fā)明的第一種作用原理，其結(jié)果是在檢測(cè)器件50上將檢測(cè)不到漫反射區(qū)域41反射光的強(qiáng)度。但在金屬鏡面反射區(qū)域42上反射光的強(qiáng)度則能完全被檢測(cè)器件50檢測(cè)到，與此同時(shí)在磁性鏡面反射區(qū)域43上反射光的強(qiáng)度卻很小。僅有5％，因此能夠很容易區(qū)分金屬反射區(qū)域42和磁性反射區(qū)域43。
圖10顯示了采用偏振光的本發(fā)明的第二種作用原理，其中取消了按照本發(fā)明第一種作用原理而設(shè)置的四分之一波片31，因此片狀材料40可直接受到垂直偏振光照射。以上述方式在區(qū)域41至43中發(fā)生的反射是按照?qǐng)D7的作用原理進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)由偏振器52或偏振光束分離器20反射光的進(jìn)一步分析可以看出，沒(méi)有從區(qū)域41和42反射的光線抵達(dá)檢測(cè)器50，只有很少一部分(5％)被磁性反射區(qū)域43反射的光射能被檢測(cè)器件50檢測(cè)到。采用偏振光的本發(fā)明的第二種作用原理只允許片狀材料40的磁性反射區(qū)域反射的光線能被檢測(cè)到。
采用偏振光的本發(fā)明的第三種作用原理如圖11所示，它基本上與采用偏振光的本發(fā)明的第二作用原理相對(duì)應(yīng)，它在片狀材料40的反射區(qū)域內(nèi)增設(shè)了一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32。在本例中已將磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)選取得足夠大，使得金屬反射區(qū)域42反射的偏振光基本上得到保持(85％)，其中只有一小部分(15％)轉(zhuǎn)變成其他方向的偏振光。
如果將區(qū)域43的磁性組份置于磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)中，并使其磁性分量與磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的磁場(chǎng)方向相反，這時(shí)該磁場(chǎng)以及偏振平面的旋轉(zhuǎn)量都將相應(yīng)地減小。在這個(gè)例子中，區(qū)域43的磁性分量使磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)減小，因此大比例量的偏振光部分基本上保持不變(90％)，而小比例量的偏振光部分則有所改變(10％)。
就本發(fā)明的全部作用原理而言，沒(méi)有從漫反射區(qū)域41反射的光線能被檢測(cè)到。由于磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)被片狀材料40的磁性反射區(qū)域43的磁性分量所抵消，因此被探測(cè)器件50探測(cè)到的區(qū)域43反射光的強(qiáng)度(10％)也低于金屬反射區(qū)域42反射光的強(qiáng)度(15％)，從而能夠鑒別出金屬反射光線與磁性反射光線之間的差別。
圖12顯示了采用偏振光的本發(fā)明第二實(shí)例的具有不同作用原理的若干種儀器設(shè)備的組合方案。發(fā)光器件10發(fā)出的光線100經(jīng)成像器件30映射后垂直于片狀材料40，被片狀材料40反射的光線111經(jīng)成像器件30映射成光線110，它經(jīng)成像器件51投射到檢測(cè)器50上。在光線110投射到檢測(cè)器50之前先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振器52，它只讓與光線100的偏振方向相垂直的偏振分量透射過(guò)去，有如采用偏振光的本發(fā)明的第一種至第三種作用原理所述。
為了加大片狀材料40的硬磁性成份和軟磁性成份之間的差別，可附加一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置33，用來(lái)將片狀材料40的硬磁性成份預(yù)先磁化，這樣一來(lái)也增強(qiáng)了磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32或33可以采用永久磁鐵或載流線圈。
圖13是與片狀材料鏡面反射組份中不同磁特性相對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度百分比表。表中列出了被檢測(cè)器件50檢測(cè)到的各類設(shè)備的光強(qiáng)度。
第一類設(shè)備帶有成像器件30和四分之一波片31，用來(lái)檢測(cè)金屬成份的100％的光強(qiáng)度和硬磁性成份的95％的光強(qiáng)度而如圖9所示。由于沒(méi)有外磁場(chǎng)出現(xiàn)，在這里軟磁性成份起到與金屬成份相同的作用，因此檢測(cè)器件50能檢測(cè)到100％的光強(qiáng)度。
第二類設(shè)備中只有成像器件30，因此它只能從硬磁性成份中檢測(cè)到5％的光強(qiáng)度，如圖10所述。在這里沒(méi)有光強(qiáng)度能從片狀材料40的軟磁性反射成份中檢測(cè)到。
第三類設(shè)備中有成像器件30和磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32，其磁場(chǎng)的選取應(yīng)保證不會(huì)與片狀材料的硬磁性成份一致。如圖11所述，由片狀材料40磁性成份形成的15％的光強(qiáng)度源于磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)。片狀材料的硬磁性成份已被磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置33預(yù)先磁化了，因此它們?cè)鰪?qiáng)了磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)，如前所述，從而將檢測(cè)器件50檢測(cè)到的光強(qiáng)度增加到20％。片狀材料40的軟磁性成份與磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備32的磁場(chǎng)方向相反，因此它們削弱了磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置32的磁場(chǎng)，于是只能探測(cè)到10％的光強(qiáng)度。
片狀材料40鏡面反射組份的磁特性可從被檢測(cè)到的光強(qiáng)度中獲取。片狀材料40的硬磁性成份可從第二類設(shè)備的測(cè)量結(jié)果中獲取。對(duì)于片狀材料的金屬成份或軟磁性成份可以采用它們?cè)诘谌愒O(shè)備中的光強(qiáng)度與在第一類設(shè)備中的光強(qiáng)度的比率來(lái)衡量。如果照此辦理的話，則金屬成份的光強(qiáng)度比率(0.15)總是大于片狀材料40軟磁性成份的光強(qiáng)度比率(0.1)。
通過(guò)將幾種本發(fā)明的設(shè)備組合在一起的辦法可以將片狀材料40鏡面反射成分的磁特性進(jìn)一步區(qū)分為金屬性，硬磁性或軟磁性。
在上述各實(shí)例中，片狀材料40均置于線平面EL內(nèi)。圖14顯示了第二實(shí)例的一個(gè)示意圖，其中已將一個(gè)反射器34置于線平面EL內(nèi)。所述的反射器34有一個(gè)沿著L線的鏡面磁性反射區(qū)域，與片狀材料40的區(qū)域43相似，它最好是具有高克爾效應(yīng)。
光束101被反射器34反射后成為反射光束111。如果發(fā)光器件10發(fā)出偏振光100，則該偏振光將按照?qǐng)D9，10和11所述的用于片狀材料40區(qū)域43的作用原理進(jìn)行反射。
當(dāng)片狀材料40被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)反射器34進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，片狀材料40的磁性組份會(huì)影響反射器34的克爾效應(yīng)，該項(xiàng)影響將導(dǎo)致按照上述作用原理的被檢測(cè)的光線強(qiáng)度發(fā)生改變。
如果有必要，當(dāng)然也可以對(duì)第一，第三和第四實(shí)例作一些改變，將反射器34插入到相應(yīng)的位置上。
這些實(shí)例的優(yōu)點(diǎn)是，未被鏡面反射的片狀材料40組份的磁特性也能被探測(cè)到。
通過(guò)對(duì)上述實(shí)例的適當(dāng)組合就能檢測(cè)到鏡面反射成份。如果有必要也能獲得這些鏡面反射成份的磁特性。此外，要獲取片狀材料40的非鏡面反射磁性組份的磁特性也是可能的。
本發(fā)明的儀器可以用來(lái)檢測(cè)帶克爾效應(yīng)的具有鏡面反射成份的防偽文件。為了提高防偽文件的安全性，該文件可以具有多種不同克爾效應(yīng)的鏡面反射成份，因?yàn)檫@些不同的克爾效應(yīng)能夠用本發(fā)明的儀器設(shè)備來(lái)加以區(qū)分。鏡面反射成份的克爾效應(yīng)最好是選取得高一些，以保證有高的檢測(cè)可靠性。
這種反射成份可以采用圖形和(或)暗碼的形式設(shè)置在防偽文件上。例如可以用油墨將圖形和暗碼印制在防偽文件上或者以微粒或防偽線的形式鑲嵌在防偽文件中。
權(quán)利要求
1.一種利用反射光線來(lái)檢測(cè)如紙幣或有價(jià)證券等片狀材料特性的儀器，具有一個(gè)用來(lái)發(fā)射光線(100)的發(fā)光器件(10)，它照射平行于片狀材料(40)的一個(gè)線平面(EL)內(nèi)的一條線(L)，以及一個(gè)用來(lái)檢測(cè)沿線(L)反射的光線(110)的檢測(cè)器件(50)，其特征在于，提供一成像器件(30)，·它被設(shè)置在線(L)的附近；·它所提供的焦距長(zhǎng)度能使得發(fā)光器件(10)以及另一成像器件(51)都至少是近似地位于焦平面內(nèi)；·它將發(fā)光器件(10)發(fā)出的散射光線(100)轉(zhuǎn)變成基本上是平行的光束(101)，該光束在第一照射平面(B1)內(nèi)以一個(gè)固定的入射角(α)照亮線(L)，第一照射平面(B1)沿線(L)與線平面(EL)相交并與線平面(EL)形成第一照射角(ε1)；以及·它把在第一檢測(cè)平面(D1)內(nèi)以一個(gè)固定的反射角(β)沿線(L)反射的光線(111)映射到位于檢測(cè)器件(50)前面的另一成像器件(51)上，于是所述的另一成像器件(51)可通過(guò)它的光闌觀測(cè)到沿線(L)被反射的那些光束，它們的軸線與線(L)之間有一個(gè)反射角(β)，第一檢測(cè)平面(D1)沿線(L)與線平面(EL)相交并與線平面(EL)形成第一檢測(cè)角(ρ1)；以及·入射角(α)等于反射角(β)，并且第一照射角(ε1)等于第一檢測(cè)角(ρ1)。
2.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，發(fā)光器件發(fā)出的光線(100)照射到第二發(fā)光平面(B2)上并與線平面(EL)之間形成第二照射角(ε2)，而成像器件(30)則將光線(100)偏轉(zhuǎn)到第一發(fā)光平面(B1)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，在第一檢測(cè)平面(D1)內(nèi)沿線(L)反射的光線(111)被成像器件(30)偏轉(zhuǎn)到第二檢測(cè)平面(D2)內(nèi)，并與線平面(EL)形成一個(gè)第二檢測(cè)角(ρ2)。
4.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，第一照射角(ε1)等于第一檢測(cè)角(ρ1)，兩者幾乎都等于90°。
5.按照權(quán)利要求4所述的儀器，其特征在于，入射角(α)等于反射角(β)并等于90°，發(fā)光器件(10)被設(shè)置在環(huán)繞檢測(cè)器件(50)周圍的區(qū)域內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，一種光束分離器(20)被設(shè)置在發(fā)光器件(10)和檢測(cè)器件(50)之間的光束路徑(100，101，111，110)中。
7.按照權(quán)利要求6所述的儀器，其特征在于，光束分離器(20)用作偏振光束的分離器。
8.按照權(quán)利要求1或6所述的儀器，其特征在于，在發(fā)光器件(10)和檢測(cè)器件(50)之間的光束路徑(100，101，111，110)中至少有一個(gè)偏振器(52)。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的儀器，其特征在于，在發(fā)光器件(10)和檢測(cè)器件(50)之間的光束路徑(100，101，111，110)中至少有一個(gè)四分之一波片(31)。
10.按照權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的儀器，其特征在于，在發(fā)光器件(10)和檢測(cè)器件(50)之間的光束路徑(100，101，111，110)中至少有一個(gè)反射器。
11.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，發(fā)光器件(10)發(fā)出的是偏振光。
12.按照權(quán)利要求11所述的儀器，其特征在于，發(fā)光器件(10)至少有一個(gè)激光二極管。
13.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，檢測(cè)器件(50)有一CCD陣列。
14.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，檢測(cè)器件(50)中有一個(gè)光電二極管陣列。
15.按照權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，線(L)的長(zhǎng)度大于片狀材料(40)的寬度(B)。
16.按照權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求所述的儀器，其特征在于，片狀材料(40)被放置在線平面(EL)內(nèi)。
17.按照權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求所述的儀器，其特征在于，在線平面(EL)內(nèi)有一個(gè)反射器(34)。
18.按照權(quán)利要求17所述的儀器，其特征在于，反射器(34)具有較高的克爾效應(yīng)。
19.一種防偽文件，其特征在于，在該文件中具有帶克爾效應(yīng)的鏡面反射組份。
20.按照權(quán)利要求19所述的防偽文件，其特征在于，在該文件中具有帶多種不同克爾效應(yīng)的鏡面反射組份。
21.按照權(quán)利要求19或20所述的防偽文件，其特征在于，防偽圖形和/或暗碼隨同所述成份將被置于文件中和/或文件上。
全文摘要
該儀器有一成像器件,它將發(fā)光器件發(fā)出的光線轉(zhuǎn)變成基本上是平行的光束,該光束照射到一個(gè)平行于片狀材料的線平面內(nèi)的一條線上并以一個(gè)固定的入射角射入第一照射平面內(nèi),第一照射平面沿此線與線平面相交并形成第一照射角。反射光在第一檢測(cè)平面內(nèi)以一個(gè)固定的反射角沿該線反射,并被映射到一個(gè)檢測(cè)器件上,第一檢測(cè)平面與片狀材料形成第一檢測(cè)角,并沿著此線與線平面相交。選取入射角等于反射角以及第一照射角等于第一檢測(cè)角。為了測(cè)定片狀材料組份中的磁特性,發(fā)光器件發(fā)出的光最好是偏振光,并且沿此線作鏡面反射的光線在射到檢測(cè)器件之前被一個(gè)偏振器所分解。
文檔編號(hào)G06K19/14GK1253646SQ98804572
公開(kāi)日2000年5月17日 申請(qǐng)日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月29日
發(fā)明者伯恩德·旺德拉 申請(qǐng)人:德國(guó)捷德有限公司