оптическая система и датчик для проверки ценных документов с такой оптической системой

Формула изобретения

1. Оптическая система, имеющая плоский анизотропный ретроотражающий участок, который зеркально отражает компоненты излучения в первой плоскости падения, но ретроотражает компоненты излучения во второй плоскости падения, первый отображающий участок, который формирует на ретроотражающем участке растянутое в виде линии во второй плоскости падения промежуточное изображение точки предмета, которая в предметной плоскости находится в заданном положении относительно оптической системы, и второй отображающий участок, которым растянутое в виде линии промежуточное изображение отображается в точку изображения.

2. Оптическая система по п.1, выполненная с возможностью отображения в масштабе 1:1.

3. Оптическая система по п.2, в которой по меньшей мере один из отображающих участков имеет цилиндрическую оптику, предпочтительно по меньшей мере одну цилиндрическую линзу и/или одно параболическое либо цилиндрическое зеркало.

4. Оптическая система по п.1, в которой оба отображающих участка обладают одинаковыми свойствами отображения.

5. Оптическая система по п.4, в которой по меньшей мере один из отображающих участков имеет цилиндрическую оптику, предпочтительно по меньшей мере одну цилиндрическую линзу и/или одно параболическое либо цилиндрическое зеркало.

6. Оптическая система по п.1, в которой по меньшей мере один из отображающих участков имеет цилиндрическую оптику, предпочтительно по меньшей мере одну цилиндрическую линзу и/или одно параболическое либо цилиндрическое зеркало.

7. Оптическая система по одному из пп.1-6, в которой на траектории лучей между по меньшей мере одним из отображающих участков и ретроотражающим участком расположен отражающий элемент.

8. Оптическая система по одному из пп.1-6, в которой по меньшей мере один из отображающих участков изламывает или резко изгибает траекторию лучей.

9. Оптическая система по одному из пп.1-6, в которой по меньшей мере один из отображающих участков, а предпочтительно оба оптических участка и ретроотражающий участок совместно выполнены за одно целое.

10. Оптическая система по одному из пп.1-6, в которой во второй плоскости падения выполнена диафрагма, предпочтительно щелевая диафрагма, край которой частично образован ретроотражающим участком.

11. Оптическая система по одному из пп.1-6, которая выполнена зеркально-симметричной относительно плоскости, параллельной второй плоскости падения.

12. Оптическая система по одному из пп.1-6, которая имеет параллельно ретроотражающему участку еще один плоский анизотропный ретроотражающий участок и в которой первый отображающий участок выполнен таким образом, что он формирует на этом еще одном ретроотражающем участке еще одно растянутое в виде линии промежуточное изображение точки предмета, а второй отображающий участок выполнен таким образом, что он отображает это еще одно растянутое в виде линии промежуточное изображение в точку изображения.

13. Оптическая система по п.12, в которой во второй плоскости падения выполнена диафрагма, предпочтительно щелевая диафрагма, край которой частично образован ретроотражающим участком.

14. Датчик для регистрации оптических свойств ценного документа с оптической системой по одному из пп.1-13.

15. Датчик по п.14, имеющий расположенное за оптической системой диспергирующее устройство и группу приемных элементов для приема разных создаваемых диспергирующим устройством спектральных компонент.

16. Способ отображения точки предмета, заключающийся в том, что точку предмета отображают на растянутое в виде линии промежуточное изображение на анизотропном ретроотражающем участке таким образом, что промежуточное изображение своим продольным направлением располагается в плоскости падения, на которой ретроотражающий участок проявляет ретроотражающее действие, и промежуточное изображение отображают в точку изображения.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к оптической системе, прежде всего к изображающей, т.е. формирующей изображение оптической системе, к датчику для проверки ценных документов с такой оптической системой и к способу отображения точки предмета.

Под ценными документами при этом подразумеваются листовые объекты, которые, например, обладают денежной стоимостью или предоставляют те или иные полномочия и поэтому не должны изготавливаться любыми не уполномоченными на это лицами. По этой причине подобные ценные документы снабжены защитными признаками, которые невозможно изготовить простым путем, прежде всего невозможно сымитировать путем простого копирования, и наличие которых является подтверждением подлинности ценных документов, т.е. подтверждением их изготовления уполномоченным на это учреждением. В качестве важных примеров таких ценных документов можно назвать банковские или платежные карты, купоны, талоны, ордера, чеки и прежде всего банкноты. Банкноты согласно изобретению представляют собой листовые материалы.

Под оптическими системами в последующем в наиболее общем случае подразумеваются системы, которые влияют на оптическое излучение, прежде всего изменяют ход или траекторию его лучей. Оптическим излучением при этом в общеизвестной трактовке называют электромагнитное излучение в диапазоне длин волн ультрафиолетовой и/или инфракрасной, и/или прежде всего видимой области спектра.

Для исследования ценных документов часто используют оптические датчики, которые с пространственным разрешением регистрируют оптические свойства исследуемого ценного документа и для этого по меньшей мере частично отображают полосовидные участки ценного документа на группу расположенных в основном в ряд или в виде строки приемных элементов (строчную группу приемных элементов). Приемные элементы в зависимости от падающего на них излучения формируют сигналы, которые совместно представляют или воспроизводят изображение соответствующего участка ценного документа. Перемещение ценного документа поперечно ориентации строки приемных элементов, соответственно ориентации отображаемого полосовидного участка ценного документа позволяет путем последовательной регистрации таких изображений при перемещении ценного документа мимо датчика регистрировать двухмерное изображение ценного документа.

При этом на практике по многим соображениям часто представляется целесообразным использовать датчик, который был бы очень компактным и недорогим по своему конструктивному исполнению. Оптическое же разрешение не всегда должно удовлетворять высоким требованиям. Датчики, оснащенные обычными изображающими системами, в которых применяются только линзы или параболические зеркала, не всегда в необходимом объеме удовлетворяют этим требованиям при построчном формировании изображения. Ранее в этих целях отчасти использовали самофокусирующиеся световоды или так называемые селфоки, однако объемы их выпуска сокращаются. Сказанное относится прежде всего к тем селфокам, которые имеют необходимые для достижения требуемых показателей глубины резкости рабочие отрезки.

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача - разработать оптическую систему для отображения участков ценного документа, соответствующий способ отображения и датчик для регистрации оптических свойств ценного документа, которые обеспечивали бы компактность конструкции даже без применения селфоков.

Указанная задача решается с помощью оптической системы, имеющей плоский анизотропный ретроотражающий участок, который зеркально отражает компоненты излучения в первой плоскости падения, но ретроотражает компоненты излучения во второй плоскости падения, первый отображающий участок, который формирует на ретроотражающем участке растянутое в виде линии во второй плоскости падения промежуточное изображение точки предмета, которая в предметной плоскости находится в заданном положении относительно оптической системы, и второй отображающий участок, которым растянутое в виде линии промежуточное изображение отображается в точку изображения.

Положенная в основу изобретения задача решается также с помощью способа отображения точки предмета, заключающегося в том, что точку предмета отображают на растянутое в виде линии промежуточное изображение на анизотропном ретроотражающем участке таким образом, что промежуточное изображение своим продольным направлением располагается в плоскости падения, на которой ретроотражающий участок проявляет ретроотражающее действие, и промежуточное изображение отображают в точку изображения. Под продольным направлением промежуточного изображения при этом подразумевается прежде всего направление линии, образуемой промежуточным изображением.

Термин плоский применительно к ретроотражающему участку означает, что лучи, которые падают на ретроотражающий участок с одного направления, соответственно параллельны между собой, но падают на его разные места, отражаются в каждом случае в одинаковых направлениях. Для этого ретроотражающий участок прежде всего может иметь оптически активные, предпочтительно одинаково выполненные структуры, расположенные в одной плоскости.

Под зеркальным отражением в первой плоскости падения согласно изобретению подразумевается отражение, при котором луч в первой плоскости падения, образующий заданный угол падения с нормалью к плоскости ретроотражающего участка, отклоняется им в новом направлении, задаваемом углом отражения относительно нормали к плоскости ретроотражающего участка. В подобном случае углы падения и отражения, как и обычно, равны между собой. При падении ортогонально плоскости ретроотражающего участка, т.е. при угле падения, равном 0°, луч отражается в первой плоскости падения в обратном направлении навстречу самому себе. Под терминами же ретроотраженный , соответственно ретроотражение согласно изобретению подразумевается отражение, при котором падающий луч во второй плоскости падения и являющийся результатом ретроотражения падающего луча ретроотраженный луч проходят параллельно друг другу, при этом возможно некоторое смещение лучей относительно друг друга в направлении, параллельном плоскости ретроотражающего участка. Однако подобная ситуация возникает в зависимости от типа ретроотражающего участка только в определенном диапазоне углов падения. Если не указано иное, согласно изобретению исходят из того, что лучи падают под углами, лежащими в диапазоне, в котором ретроотражение возможно по меньшей мере с хорошим приближением.

Анизотропный ретроотражающий участок согласно изобретению может быть образован, например, элементом с плоской поверхностью, в частности пластиной, который выполнен из прозрачного материала и на, соответственно в плоской поверхности которого выполнена группа проходящих параллельно одной прямой в первой плоскости падения призм, предпочтительно крышеобразных призм с преломляющим углом 90°. Такие призмы обеспечивают во второй плоскости падения ретроотражение известным образом, при этом отражение на граничных поверхностях призм может происходить в результате полного отражения либо отражения от зеркального слоя на поверхности призм.

В сравнении с простым зеркалом анизотропный ретроотражающий участок согласно изобретению проявляет, таким образом, необычные свойства, заключающиеся в следующем. При падении луча с заданного направления на анизотропный ретроотражающий участок можно представить, что отраженный луч образуется в результате того, что падающий луч, соответственно падающее излучение может разлагаться на первую и вторую компоненты направления, векторная сумма которых отражает как раз направление падающего луча, соответственно падающего излучения и которые располагаются в первой, соответственно второй плоскости падения. Первая компонента направления отражается зеркально, а вторая компонента направления ретроотражается, и обе отраженные компоненты направления вновь векторно суммируются, соответственно накладываются одна на другую. В первой плоскости происходит зеркальное отражение, при этом одновременно во второй плоскости происходит ретроотражение. При этом исходят из того, что направление падающего луча задано таким, что вообще может происходить ретроотражение. Для этого при применении указанных выше крышеобразных призм в качестве ретроотражающей структуры направление падающего луча может располагаться таким образом, что угол падения компоненты во второй плоскости падения составляет менее 45°.

Для формирования изображения согласно изобретению с помощью первого отображающего участка, который для этого имеет соответствующее исполнение, точку, соответственно точку предмета, лежащую в заданной предметной плоскости, отображают на ретроотражающий участок, появляющееся на котором промежуточное изображение, однако, имеет лишь вид линии, предпочтительно прямой линии. Первая изображающая система выполнена и расположена относительно анизотропного ретроотражающего участка таким образом, что растянутое в виде линии промежуточное изображение располагается во второй плоскости падения, соответственно проходит в ней. Линия образуется при этом исходящими от точки предмета расходящимися лучами, которые отклоняются первым отображающим участком на ретроотражающий участок лишь таким образом, что они непосредственно перед ретроотражающим участком во второй плоскости падения имеют параллельные или прежде всего расходящиеся компоненты, однако в первой плоскости падения сходятся, соответственно фокусируются. Поскольку промежуточное изображение, соответственно линия, находится во второй плоскости падения, лежащие в ней компоненты луча, соответственно излучения отражаются в направлении, обратном направлению своего падения, при этом, однако, в зависимости от типа ретроотражающего участка, от положения падающего луча относительно ретроотражающего участка, а при применении крышеобразных призм - относительно верхнего ребра одной из них и от угла падения может возникать смещение. Компоненты же излучения в первой плоскости падения отражаются зеркально, вследствие чего падающее излучение отражается не в направлении, обратном направлению своего падения, а отклоняется от этого направления. Образованные компонентами излучения во второй плоскости падения ретроотраженные компоненты излучения затем вновь сходятся, тогда как другие компоненты необходимо вновь сводить в пучок. Для этого предназначен второй отображающий участок, которым растянутое в виде линии промежуточное изображение отображается в точку изображения. Такое формирование точки изображения происходит, таким образом, при участии анизотропного ретроотражающего участка и второго отображающего участка.

Благодаря тому, что промежуточное изображение формируется на ретроотражающем участке и имеет в первой плоскости падения лишь малую протяженность, существенно уменьшаются геометрические искажения. Под такими искажениями могут прежде всего подразумеваться искажения, которые могут возникать вследствие конечной протяженности ретроотражающих структур в первой плоскости падения и вследствие наклонного падения на них излучения во второй плоскости падения и появляющихся по этой причине различий в длине оптических путей между точкой предмета и ретроотражающим участком во второй плоскости падения. Одновременно появляется возможность создания компактной оптической системы, в которой не требуется использовать никакие селфоки. Помимо этого такие системы могут иметь значительно различающиеся между собой рабочие отрезки и позволяют тем самым простым путем согласовывать их с заданными требованиями, прежде всего согласовывать также с требованиями по обеспечению увеличенной глубины резкости. Помимо этого при соответствующем конструктивном исполнении такие системы позволяют изготавливать их простым путем.

Для формирования точки изображения с максимально возможной четкостью оптическая система в предпочтительном варианте выполнена с возможностью отображения в масштабе 1:1. Обеспечить отображение в таком масштабе можно особо простым путем, выполнив оба отображающих участка обладающими одинаковыми свойствами отображения, например, имеющими одинаковые фокусные расстояния и/или рабочие отрезки.

Формировать промежуточное изображение можно в принципе любым путем. Однако более предпочтительна в этом отношении оптическая система, в которой по меньшей мере один из отображающих участков имеет по меньшей мере одну цилиндрическую оптику, предпочтительно цилиндрическую линзу и/или параболическое либо цилиндрическое зеркало, формирующую промежуточное изображение. Под цилиндрической оптикой при этом подразумевается оптика, которая для лучей в задаваемой ею плоскости обладает отображающими, т.е. прежде всего фокусирующими, свойствами, но не обладает такими свойствами для лучей в ортогональной ей плоскости. Под цилиндрической линзой при этом подразумевается прозрачный элемент или его часть, имеющий/имеющая по меньшей мере один участок поверхности в виде ограниченного цилиндрической поверхностью участка или образующий/образующая асферическую оптику с соответствующими свойствами отображения. Соответственно под цилиндрическим зеркалом подразумевается участок отражающей поверхности или отражающий слой, имеющий цилиндрическую форму. Преимущество этого варианта состоит в возможности формирования изображения исключительно простыми средствами.

В предпочтительном варианте в предлагаемой в изобретении оптической системе на траектории лучей между по меньшей мере одним из отображающих участков и ретроотражающим участком расположен отражающий элемент. Этот вариант позволяет по меньшей мере однократно изламывать или резко изменять всю траекторию лучей в оптической системе, прежде всего в первой плоскости падения. В простейшем случае отражающий элемент может быть образован предпочтительно отражающей поверхностью прозрачного элемента, прежде всего его поверхностью, на которой происходит полное отражение. В одном из вариантов оптическая система может быть выполнена таким образом, что по меньшей мере один из ее отображающих участков изламывает или резко изгибает траекторию лучей. Этот вариант позволяет получить оптическую систему особо компактной конструкции.

В предлагаемой в изобретении оптической системе прежде всего по меньшей мере один из отображающих участков может иметь цилиндрическую линзу и отображающий отражающий элемент, предпочтительно параболическое или цилиндрическое зеркало, предназначенные предпочтительно для формирования промежуточного изображения, соответственно для его отображения. Изображающая система в этом случае одновременно выполняет две функции, а именно: формирование промежуточного изображения, соответственно его отображение и изламывание, соответственно резкое изменение траектории лучей. В одном из особенно предпочтительных вариантов траектория лучей может располагаться, соответственно проходить параллельно между цилиндрической линзой и отображающим отражающим элементом в проекции на плоскость, ортогональную оси цилиндра, предпочтительно в первой плоскости падения.

В этом варианте особенно предпочтительно, чтобы отображающий отражающий элемент был образован отражающей поверхностью элемента, образующего цилиндрическую линзу. Благодаря этому появляется возможность выполнять соответствующий отображающий участок цельным, что позволяет не только упростить изготовление, но и обеспечивает оптимальную ориентацию цилиндрической линзы и отображающего отражающего элемента, прежде всего и относительно друг друга.

В еще одном предпочтительном варианте по меньшей мере один из отображающих участков, а предпочтительно оба оптических участка и ретроотражающий участок совместно выполнены за одно целое. Этот вариант также обеспечивает возможность особо простого изготовления. Отображающий участок в этом случае может прежде всего иметь такое же исполнение, что и описанное в предыдущем абзаце.

В следующем предпочтительном варианте во второй плоскости падения выполнена диафрагма, предпочтительно щелевая диафрагма, край которой частично образован ретроотражающим участком. В этом случае противоположный по отношению к ретроотражающему участку краевой участок диафрагмы может располагаться на заданном расстоянии от плоскости ретроотражающего участка. Подобное конструктивное исполнение оптической системы позволяет достичь одновременно двух преимуществ. Во-первых, диафрагма позволяет сократить рассеяние света, которое обусловлено многократными отражениями в зависимости от условий их возникновения на отображающих участках. Во-вторых, диафрагма позволяет ограничивать промежуточное изображение и может тем самым выполнять функцию полевой диафрагмы, что значительно упрощает конструкцию оптической системы. Диафрагму в этом случае предпочтительно располагать в средней плоскости траектории лучей в зоне ретроотражающего участка.

Особо простую конструкцию оптическая система имеет прежде всего при ее выполнении с возможностью отображения в масштабе 1:1, в том случае, когда она выполнена зеркально-симметричной относительно плоскости, соответственно, относительно зеркальной плоскости, параллельной второй плоскости падения. Первая из указанных плоскостей прежде всего может по меньшей мере приблизительно пересекать промежуточное изображение на ретроотражающем участке. При наличии диафрагмы во второй плоскости падения такая диафрагма в предпочтительном варианте располагается в указанной выше зеркальной плоскости.

В другом варианте оптическая система имеет параллельно ретроотражающему участку еще один плоский анизотропный ретроотражающий участок. В этом случае первый отображающий участок может быть выполнен таким образом, что он формирует на этом еще одном ретроотражающем участке еще одно растянутое в виде линии промежуточное изображение точки предмета. Второй же отображающий участок в этом случае в предпочтительном варианте выполнен таким образом, что он отображает это еще одно растянутое в виде линии промежуточное изображение в точку изображения. В предпочтительном варианте оба ретроотражающих участка расположены параллельно друг другу. В особенно предпочтительном варианте оптическая система выполнена зеркально-симметричной относительно плоскости, параллельной обоим ретроотражающим участкам.

Предлагаемую в изобретении оптическую систему можно эффективно использовать в датчиках для проверки ценных документов. Поэтому еще одним объектом изобретения является также датчик для регистрации оптических свойств ценного документа с предлагаемой в изобретении оптической системой, которая прежде всего отображает участок исследуемого ценного документа.

Такую оптическую систему наиболее предпочтительно использовать в датчиках, которые спектрально разлагают исходящее от точки предмета оптическое излучение и регистрируют спектральные компоненты. В подобном случае указанный в предыдущем абзаце датчик прежде всего может иметь расположенное за оптической системой диспергирующее устройство и группу приемных элементов для приема разных, создаваемых диспергирующим устройством спектральных компонент. Такая группа приемных элементов прежде всего для регистрации излучения, исходящего от точки предмета, может иметь набор приемных элементов, которые относительно диспергирующего устройства расположены в ряд или в виде строки таким образом, что различные приемные элементы их ряда принимают, соответственно регистрируют различные спектральные компоненты. В подобном случае оптическая система в результате в сочетании с диспергирующим устройством отображает по одной спектральной компоненте, соответственно спектральные компоненты из заданного диапазона длин волн на соответствующий один из приемных элементов. В качестве диспергирующего элемента диспергирующее устройство прежде всего может иметь дифракционный элемент, например решетку или, что более предпочтительно, призму.

В предпочтительном варианте датчик может далее иметь источник излучения, испускающий оптическое излучение, предпочтительно излучение в диапазоне длин волн видимой и/или инфракрасной области спектра, на участок предметной плоскости оптической системы в зоне действия датчика, т.е. в той зоне предметной плоскости, которая отображается на приемные элементы. В предпочтительном варианте источник излучения освещает на ценном документе его полосовидный участок.

Ниже изобретение дополнительно более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичный вид оптической системы, выполненной по предельно простому варианту,

на фиг.2 - схематичный вид фрагмента ретроотражающего участка, изображенного на фиг.1,

на фиг.3 - схематичный вид устройства для обработки ценных документов,

на фиг.4 - схематичный вид фрагмента датчика, используемого в изображенном на фиг.3 устройстве и предназначенного для регистрации оптических свойств ценных документов,

на фиг.5 - вид в аксонометрии оптической системы изображенного на фиг.4 датчика в виде элемента, служащего первым и вторым отображающими участками и ретроотражающим участком,

на фиг.6 - вид траектории лучей в изображенном на фиг.5 элементе с одной стороны и

на фиг.7 - вид траектории лучей в служащем первым и вторым отображающими участками и ретроотражающим участком элементе оптической системы, выполненной по другому предпочтительному варианту.

Показанная на фиг.1 оптическая система 10 предназначена для отображения точки 12 предмета в точку 14 изображения. Для этого такая оптическая система имеет плоский анизотропный ретроотражающий участок 16, первый отображающий участок 18, который формирует на ретроотражающем участке 16 растянутое в виде линии промежуточное изображение 22 точки 12 предмета, которая в предметной плоскости 20 находится в заданном положении относительно оптической системы 10, и второй отображающий участок 24, которым растянутое в виде линии промежуточное изображение 22 отображается в точку 14 изображения.

Термин отображение согласно изобретению при этом охватывает также случай, когда отображение (картина) не является безупречно резким или четким, а имеет ограниченное компонентами оптической системы разрешение.

Плоский анизотропный ретроотражающий участок 16 отражает компоненты 26 излучения в первой плоскости 28 падения зеркально, однако компоненты 30 излучения во второй плоскости 32 падения ретроотражаются, т.е. отражаются в направлении, противоположном направлению их падения, соответственно в направлении, параллельном направлению их падения. Представив локально направление распространения излучения в виде вектора, сказанное означает, что излучение можно представить как наложение двух компонент вектора в первой и второй плоскостях падения. Излучение, отраженное от ретроотражающего участка 16, распространяется в этом случае в направлении, определяемом компонентами в обеих плоскостях падения. Компонента в первой плоскости падения соответствует зеркальному отражению, а компонента во второй плоскости падения соответствует ретроотражению.

Положение первой и второй плоскостей падения относительно друг друга зависит от исполнения ретроотражающего участка. В рассматриваемом примере первая 28 и вторая 32 плоскости падения расположены взаимно ортогонально.

Ретроотражающий участок 16 является плоским, т.е. указанные выше свойства отражения не зависят от того, в каком месте лучи от отображающего участка падают на ретроотражающий участок.

В данном примере ретроотражающий участок 16 имеет в качестве анизотропно отражающей структуры проходящие вдоль параллельных друг другу прямых, равноудаленные друг от друга и продолговатые или вытянутые симметричные призмы 34, а точнее говоря, крышеобразные призмы с преломляющим углом 90°, которые сформированы в плоской поверхности основного элемента 36. Поскольку ретроотражающий участок 16 выполнен плоским, соответствующие ребра призм 34 располагаются соответственно по меньшей мере приблизительно в одной плоскости. В рассматриваемом примере поперечное сечение призм 34 перпендикулярно их продольной протяженности, т.е. во второй плоскости падения, имеет форму равнобедренного треугольника с углом при вершине 90° и с длиной В основания примерно 300 мкм. Показатель преломления материала призм подобран с таким расчетом, что ретроотражение происходит в результате двукратного полного отражения на гранях призм. Ретроотражение преимущественно происходит при этом во всем интервале углов падения на плоскость ретроотражающего участка 16, соответственно призменной системы.

Первый и второй отображающие участки 18, соответственно 24 в данном примере для обеспечения отображения в масштабе 1:1 выполнены в согласовании с ретроотражающим участком 16 и обладают для этого одинаковыми отображающими свойствами. С этой целью они выполнены одинаковыми, и каждый из них образован цилиндрической линзой 38, соответственно 40 с одинаковыми фокусными расстояниями, соответственно рабочими отрезками.

Первый отображающий участок 18, которым в рассматриваемом примере является цилиндрическая линза 38, расположен таким образом, что он отображает точку 12 предмета в предметной плоскости 20 в растянутое в виде линии промежуточное изображение 22 на ретроотражающем участке 16, а точнее, на ту его часть, где расположены призмы 34. Первый отображающий участок 18 и прежде всего образующая его цилиндрическая линза 38 расположены относительно ретроотражающего участка 16 таким образом, что растянутое в виде линии промежуточное изображение по меньшей мере с хорошим приближением проходит вдоль линии во второй плоскости падения. Предметная плоскость 20 расположена по меньшей мере приблизительно ортогонально оптической плоскости 42 цилиндрической линзы, т.е. плоскости, в которой лежит ось цилиндрической линзы и относительно которой отображающие свойства цилиндрической линзы зеркально-симметричны. В данном примере в этой плоскости лежат ось цилиндрической линзы и линия ее вершин.

Обычно исходящие от точки 12 предмета лучи, отклоняемые первым отображающим участком 18 на ретроотражающий участок 16, падают на него наклонно к первой 28 и ко второй 32 плоскостям падения. Подобный луч отражается в соответствии со своими компонентами, соответственно компонентами направления, т.е. в соответствии с проекциями единичного вектора вдоль падающего луча на плоскость падения, следующим образом. Компонента в первой плоскости 28 падения, т.е. проекция единичного вектора на первую плоскость 28 падения, отражается зеркально в направлении точки 14 изображения, а компонента во второй плоскости 32 падения, т.е. проекция единичного вектора на вторую плоскость 32 падения, ретроотражается. Задаваемое зеркально отраженной и ретроотраженной компонентами направление отраженного от ретроотражающего участка 16 луча определяется векторным сложением отраженных компонент и ориентировано на точку 14 изображения. Ретроотражение прежде всего обеспечивает возможность отображения растянутого в виде линии промежуточного изображения в проекции на вторую плоскость падения вновь в одну точку, т.е. в точку 14 изображения.

На резкость отображения влияют помимо прочего аберрации при ретроотражении на призмах и дифракция на них. В соответствии с лежащим в основе принципом при ретроотражении возникает зависящее от длины В основания призмы смещение между падающим и ретроотраженным лучами во второй плоскости падения. Поскольку точка предмета отображается в растянутое в виде линии промежуточное изображение на ретрооотражающей структуре ретроотражающего участка 16, представляющей собой в рассматриваемом примере призмы 34, такие аберрации значительно уменьшаются в результате ретроотражения.

Оптическая система, работающая по принципу описанной выше оптической системы, может использоваться прежде всего в датчиках, применяемых для оптического исследования ценных документов.

Показанное на фиг.3 устройство 44 для обработки ценных документов, в данном примере банкнот, имеет расположенные в его корпусе 46 загрузочный карман 48, в который помещаются обрабатываемые ценные документы 50, в данном примере банкноты, листоотделитель 52, который может захватывать помещенные в загрузочный карман 48 ценные документы 50 и поштучно отделять их от стопки, транспортировочную систему 54, предназначенную для поштучного перемещения отделенных от стопки ценных документов и имеющую распределительные стрелки 56, и расположенные в ответвлениях задаваемого транспортировочной системой 54 транспортировочного пути 58 в направлении перемещения ценных документов после каждой из распределительных стрелок 56 приемные лотки 60, в которые выкладываются обработанные в устройстве 44 ценные документы. Перед приемными лотками 60 установлены стопоукладочные колеса 62. Вдоль задаваемого транспортировочной системой 54 транспортировочного пути 58 устройство 44 для обработки ценных документов имеет далее расположенную перед распределительными стрелками 56 измерительно-преобразовательную систему 64, предназначенную для регистрации свойств перемещаемых вдоль транспортировочного пути 58 ценных документов 50, а также блок 66 управления и обработки, который сигнальными линиями соединен по меньшей мере с измерительно-преобразовательной системой 64 и с распределительными стрелками 56 и который предназначен для обработки отражающих по меньшей мере одно свойство ценного документа 50 измерительных сигналов от измерительно-преобразовательной системы 64 и для управления по меньшей мере одной из распределительных стрелок 56 в зависимости от результата такой обработки измерительных сигналов от измерительно-преобразовательной системы.

Измерительно-преобразовательная система 64 имеет в рассматриваемом примере датчик 68 для регистрации оптических свойств ценных документов, в данном случае для регистрации спектрально-разрешенного изображения ценных документов, например, в целях их проверки на наличие загрязнений и/или для определения номинала ценных документов и/или для определения их подлинности согласно заданным критериям. Измерительно-преобразовательная система может иметь далее, например, не показанный на фиг.3 ультразвуковой датчик, предназначенный для определения состояния ценных документов, например, наличия на них клейких лент, путем регистрации свойств ценных документов касательно пропускания ими ультразвука.

На основании поступающих от измерительно-преобразовательной системы 64 сигналов блок 66 управления и обработки определяет, имеет ли согласно по меньшей мере одному заданному критерию сканированный измерительно-преобразовательной системой 64 ценный документ соответственно степени его загрязнения допускающее его нахождение в обращении, т.е. пригодное для дальнейшего применения в качестве платежного средства, состояние, соответственно какой номинал имеет ценный документ, соответственно является ли он подлинным. В зависимости от результата такой проверки блок 66 управления и обработки выдает по меньшей мере на одну из распределительных стрелок 56 управляющий сигнал, по которому ценный документ 50 перемещается транспортировочной системой 54 в соответствующий результату его проверки, соответственно соответствующий определенному заданному типу, прежде всего номиналу, ценных документов приемный лоток 60 и выкладывается в него.

Предназначенный для регистрации спектрально-разрешенного изображения ценного документа датчик 68 в предельно упрощенном схематичном виде показан на фиг.4 совместно с частью транспортировочной системы 54. Такой датчик 68 предназначен, в частности, для построчной регистрации спектрально-разрешенного изображения ценного документа, когда он перемещается мимо датчика 68. Строки проходят поперечно направлению перемещения ценного документа. Датчик 68 имеет осветительную систему 70 для испускания падающего на ценный документ оптического излучения, в данном примере видимого света, а в предпочтительном варианте дополнительно также для испускания инфракрасного излучения, оптическую систему 72 для отображения по меньшей мере части освещенного участка ценного документа 50 на приемник 74, имеющий группу расположенных в виде двухмерной матрицы приемных элементов 76, и расположенное на траектории лучей между оптической системой 72 и приемником 74 диспергирующее устройство 78, которое пространственно разлагает падающее на него излучение в зависимости от длины волны, вследствие чего спектральные компоненты падающего излучения падают в зависимости от степени разложения на разные приемные элементы 76. Для обработки и анализа сигналов приемника 74, соответственно приемных элементов 76, а в предпочтительном варианте также для управления осветительной системой 70 предназначен соединенный сигнальными линиями с приемником 74 и предпочтительно с осветительной системой блок 80 обработки сигналов датчика, которой блок после обработки сигналов датчика выдает характеризующие ее результат сигналы по сигнальным линиям в блок 66 управления и обработки.

Ценный документ 50 при его перемещении транспортировочной системой 54 мимо датчика 68 освещается оптическим излучением, в данном примере видимым светом, испускаемым осветительной системой 70. Осветительная система 70 выполнена таким образом, что оптическое излучение освещает на ценном документе 50 только одну полоску, которая, будучи ориентирована своим продольным направлением поперечно направлению перемещения ценного документа 50, проходит по всей его ширине и по меньшей мере частично находится в зоне действия датчика, прежде всего в предметной плоскости. Зона действия датчика определяется зоной, которая отображается оптической системой 72 на приемник 74.

Оптическое излучение, исходящее от по меньшей мере части освещенного участка ценного документа в зоне действия датчика, отображается оптической системой 72 на приемник 74 и при этом спектрально разлагается диспергирующим устройством 78. Для этого оптическая система 72 расположена относительно транспортировочной системы 54, соответственно относительно транспортировочного пути 58 таким образом, что ценный документ по меньшей мере с хорошим приближением располагается на находящемся в датчике участке транспортировочного пути в предметной плоскости оптической системы 72. В рассматриваемом примере диспергирующее устройство имеет призму из прозрачного материала, диспергирующего излучение видимой, а предпочтительно также инфракрасной области спектра.

Осветительная система 70, оптическая система 72, диспергирующее устройство 78 и приемник 74 ориентированы таким образом, что происходит спектральное разложение оптического излучения поперечно той плоскости, в которой проходит траектория лучей для строки, соответственно полоски для одной длины волны, происходит пространственно-разрешенное детектирование в направлении, соответствующем направлению полоски, соответственно строки поперечно направлению перемещения ценного документа, а также происходит спектрально-разрешенное детектирование в направлении, поперечном, прежде всего перпендикулярном, направлению пространственно-разрешенного детектирования.

Оптическая система 72 более детально показана в аксонометрии на фиг.5 и в разрезе на фиг.6. При этом для упрощения чертежей на них не показано диспергирующее устройство 78.

В рассматриваемом примере оптическая система 72 состоит из цельного, соответственно единого элемента, который имеет ретроотражающий участок 82, первый отображающий участок 84 для отображения точки 12 предмета в предметной плоскости 20, в данном примере в плоскости, в которой ценный документ 50 перемещается мимо датчика 68, в растянутое в виде линии промежуточное изображение 22 на ретроотражающем участке 82 и второй отображающий участок 86, который отображает промежуточное изображение, частично зеркально отраженное, а частично ретроотраженное от ретроотражающего участка, в точку 14 изображения в плоскости изображения, которая при применении предлагаемой в изобретении оптической системы в датчике 68 располагается в плоскости приемных элементов 76.

Указанный элемент может быть выполнен, например, из материала, прозрачного для оптического излучения в исследуемой датчиком спектральной области, например, из пригодной для применения в этих целях пластмассы или стекла. Показатель преломления по меньшей мере в зоне ретроотражающего участка 82 предпочтительно выбирать таким, чтобы ретроотражение происходило в результате полного (внутреннего) отражения. Вместо этого или дополнительно к этому соответствующая ретроотражающая поверхность ретроотражающего участка 16 может быть выполнена зеркально отражающей, например, путем нанесения на нее пригодного для этой цели покрытия.

Ретроотражающий участок 82 выполнен аналогично ретроотражающему участку 16, при этом, однако, основной элемент 88 со своей обращенной от ретроотражающей структуры стороны имеет иное исполнение, поскольку он одновременно образует первый и второй отображающие участки 84, соответственно 86. Поскольку ретроотражающий участок 82 выполнен аналогично ретроотражающему участку 16, а свойства ретроотражающего участка 82 соответствуют свойствам ретроотражающего участка 16, для обозначения тех же элементов, плоскостей и изображений в данном случае используются те же позициями, что и выше, а соответствующие, приведенные выше пояснения справедливы и в данном случае.

Отображающие участки выполнены зеркально-симметричными относительно плоскости, расположенной ортогонально плоскому ретроотражающему участку 82, соответственно параллельно второй плоскости 32 падения.

Поэтому в последующем описании достаточно ограничиться более подробным рассмотрением только первого отображающего участка 84. В этом случае аналогичные пояснения относятся соответственно и ко второму отображающему участку 86.

Отображающий участок 84 действует как цилиндрическая оптика, которая, как описано выше, отображает точку в предметной плоскости на растянутое в виде линии промежуточное изображение 22 на ретроотражающем участке 82 и одновременно изламывает траекторию лучей таким образом, что излучение падает на ретроотражающий участок 82 практически ортогонально. Связанное с этим преимущество состоит в уменьшении рассеяния света.

Для этого отображающий участок 84 имеет первый выпуклый участок 90 поверхности в виде ограниченного цилиндрической поверхностью участка, радиус которого выбран таким, что он отображает точку в предметной плоскости в бесконечность. Сказанное означает, что компоненты исходящих из точки 12 предмета лучей, расположенные в плоскости, ортогональной оси цилиндра, соответственно расположенные в данном примере в первой плоскости падения, после прохождения участка 90 поверхности проходят параллельно. Поэтому участок 90 поверхности действует как цилиндрическая линза.

Второй участок 92 поверхности основного элемента 88, противолежащий первому участку 90 поверхности, выполнен в виде линейного параболического зеркала, образованного, например, зеркально отражающим слоем. Ось 94 цилиндрического первого выпуклого участка 90 поверхности и продольная ось 96 второго выпуклого участка 92 поверхности ориентированы параллельно друг другу, и поэтому оба этих участка являются частями цилиндрической оптики. В рассматриваемом примере прежде всего продольная ось 96 лежит в оптической плоскости первого участка 90 поверхности. Ось 98 параболического зеркала наклонена относительно первого участка 90 поверхности таким образом, что угол между плоскостью, в которой лежит ось цилиндрического первого выпуклого участка 90 поверхности и продольная ось 96 второго участка 92 поверхности, и осью 98 параболического зеркала составляет от 35 до 55°, предпочтительно от 40 до 50°, а в рассматриваемом примере составляет 42°. В результате этого траектория лучей резко изгибается, соответственно изламывается в направлении ретроотражающего участка 82. Выпуклость второго участка 92 поверхности выбрана такой, что фокальная линия параболического зеркала располагается на ретроотражающем участке 82, соответственно в пределах него, и поэтому точка 12 предмета в предметной плоскости 20 отображается в линию, соответственно в растянутое в виде линии промежуточное изображение на ретроотражающем участке 82, соответственно в пределах него. Выпуклость второго участка 92 поверхности, соответственно параболического зеркала выбрана далее такой, что фокусное расстояние меньше фокусного расстояния первого участка 90 поверхности. Благодаря этому удается до минимального уменьшить расстояние до ретроотражающего участка 82. Помимо этого на нем формируется меньшее промежуточное изображение, что способствует уменьшению аберраций оптической системы.

Между теми частями основного элемента 88, которые образуют первый и второй отображающие участки 84, соответственно 86, в данном примере находится диафрагма 100, которая расположена ортогонально плоскости ретроотражающего участка 82, соответственно параллельно второй плоскости падения и которая с одной стороны ограничена ретроотражающим участком 82. С противоположной стороны она в рассматриваемом примере ограничена концом щели 102 в основном элементе 88, проходящей ортогонально плоскости ретроотражающего участка 82 между указанными частями основного элемента 88 и оканчивающейся над ретроотражающим участком 82 на малом расстоянии от него, которое в данном примере составляет примерно 0,1 мм. Ограничивающие эту щель поверхности основного элемента 88 выполнены, например, путем нанесения покрытия из непрозрачного материала таким образом, что образуется диафрагма для траектории лучей оптической системы. В других вариантах такую щель можно было бы также заменить другим элементом, ограничивающим траекторию лучей, например, непрозрачным слоем. Поэтому диафрагма 100 своей продольной протяженностью располагается параллельно второй плоскости падения и в плоскости зеркальной симметрии оптической системы.

Подобная диафрагма 100, во-первых, уменьшает возможное рассеяние света в результате многократного отражения от не используемых поверхностей основного элемента 88 и от самих оптически активных поверхностей. Поскольку, однако, диафрагма в конечном итоге ограничивает также промежуточное изображение 22 на ретроотражающем участке 82, она действует также как полевая диафрагма. По этой причине датчик 68 не требует щелевидного освещения ценного документа 50 или наличия располагаемой непосредственно над ценным документом щелевидной полевой диафрагмы для получения щелевидного изображения, необходимого для спектрального разложения (спектральной дисперсии) диспергирующим устройством 78. В этом отношении диафрагма 100 ориентирована прежде всего таким образом, что изображение ее узкой стороны располагается на приемнике 74 поперечно спектральному разложению.

В других вариантах отображение может обеспечиваться исключительно первым выпуклым участком поверхности, тогда как второй участок поверхности выполнен плоским и служит только для изламывания траектории лучей.

В следующих вариантах оптические оси, соответственно плоскости отображающих участков могут в отличие от описанных выше примеров располагаться не параллельно друг другу, а наклонно друг к другу, вследствие чего излом траектории лучей в датчике может компенсироваться диспергирующим устройством 78.

Еще один вариант выполнения датчика отличается от показанного на фиг.4 варианта тем, что вместо оптической системы 72 используется выполненная по другому варианту оптическая система 104 (фиг.7).

Оптическая система 104 отличается от оптической системы 72 наличием двух плоских ретроотражающих участков 106 и 106 , на каждом из которых формируется по растянутому в линию промежуточному изображению точки 12 предмета в предметной плоскости 20. Ретроотражающие участки 106 и 106 выполнены одинаковыми и расположены параллельно друг другу таким образом, что их первые и вторые плоскости падения расположены параллельно друг другу.

Оптическая система 104 и в данном случае образована основным элементом 108, имеющим ретроотражающие участки 106 и 106 , а также первые и вторые отображающие участки 110 и 112.

Основной элемент 108 выполнен симметричным относительно средней плоскости 114, которая расположена параллельно плоскостям ретроотражающих участков 106 и 106 по середине между ними.

Каждая из частей основного элемента 108 по обе стороны от средней плоскости 114 выполнена так же, как основной элемент 88, при этом, однако, первый выпуклый участок 90 поверхности и зеркально-симметричная ему часть на втором отображающем участке заменены на общие выпуклые участки 116 и 118 поверхности, которые также выполнены цилиндрическими и оси которых, однако, расположены в средней плоскости 114. Аналогично оптической системе 72 предусмотрены вторые отражающие выпуклые участки 120 поверхностей, образующие линейные параболические зеркала и фокусирующие лежащие в плоскости 28 падения компоненты идущего от выпуклого участка 116 поверхности пучка параллельных лучей от точки 12 предмета на соответствующий ретроотражающий участок 106, соответственно 106 с формированием на нем растянутого в линию промежуточного изображения. Соответствующие грани 120 параллелизуют расположенные параллельно плоскости 32 падения компоненты исходящего от промежуточного изображения пучка лучей, который затем фокусируется выпуклым участком 118 поверхности в точку изображения.

Поэтому одна половина пучка лучей, исходящего от точки предмета в предметной плоскости, отображается той частью основного элемента 108, которая расположена на фиг.7 выше средней плоскостью 114, а другая половина пучка лучей отображается нижней на фиг.7 частью основного элемента 108. Преимущество этого варианта состоит в большей симметричности свойств отображения и в направлении, ортогональном средней плоскости.

В других вариантах освещать ценный документ можно также в тактовом режиме.

В следующих вариантах осветительная система может быть также выполнена с возможностью испускания инфракрасного излучения или инфракрасного излучения и видимого света.

Основные элементы 88 и 108 можно рентабельно изготавливать литьем под давлением из пригодной для этого пластмассы либо штамповкой из пригодного для этого стекла.

Еще один вариант может отличаться от показанного на фиг.5 варианта тем, что на параболическом зеркале 92 при соответствующем выборе его материала происходит полное отражение.