Область техники
Это изобретение относится, в общем случае, к способам и устройствам оптического распознавания объектов и, в частности, к способам и устройствам распознавания объектов с оптическим кодированием.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патенте США №5448582 раскрыта многофазная усиливающая среда, имеющая излучающую фазу (например, молекулы красителя) и рассеивающую фазу (например, двуокись титана, TiO2). В некоторых вариантах осуществления также может быть предусмотрено наличие и третьей фазы. Веществами, пригодными для матричной фазы, являются, в том числе, растворители, стекла и полимеры. Указанная усиливающая среда служит для обеспечения резкого сужения ширины спектральной линии излучения при превышении определенной энергии импульса накачки подобно тому, как это происходит в лазере. Описанная в патенте усиливающая среда предназначена для кодирования объектов посредством кодов с множеством длин волн и предназначена для использования в совокупности с рядом материалов подложки, в том числе с полимерами и с текстильными материалами.
Существует категория производственных задач, в которых необходимо осуществлять разделение, распознавание, подсчет и/или сортировку большого количества изделий. Существующие в настоящее время способы охватывают собой широкий спектр вариантов решений. Один из вариантов решения, который может быть использован для макроскопических и визуально распознаваемых изделий, содержит в себе процесс, выполняемый вручную, при котором рабочие осуществляют последовательный отбор изделий из многих изделий в группе путем распознавания характерных признаков, присущих изделию, или посредством визуального считываемой системы кодирования, содержащейся в изделии. После отбора изделий их направляют, либо вручную, либо с использованием средства транспортировки, в то место, где осуществляют хранение или дополнительную обработку изделий, обладающих общим отличительным признаком. В тех случаях, когда важно осуществлять контроль за состоянием запасов, может быть выполнен подсчет отобранных изделий и сведение данных в таблицу либо вручную путем некоторых прямых действий рабочего, либо автоматически при проходе отобранного изделия через счетное устройство.
Например, в отрасли коммерческих прачечных возврат и стирку предметов одежды, выдаваемых напрокат, осуществляют в виде групп без сортировки. Рабочие отбирают отдельные предметы одежды, развешивают предметы одежды на вешалки, а затем помещают их на транспортер, который подает предметы одежды в одну из нескольких складских зон для хранения. Выбор соответствующей зоны из нескольких складских зон для отдельного предмета одежды осуществляют на основе считываемого человеком кода, прикрепляемого на предмет одежды, обычно на внутренней стороне воротника, посредством которого обозначают некоторый отличительный признак, общий для всех предметов одежды, находящихся в данной ячейке склада. Отличительные признаки, как правило, содержат в себе, например, день недели, номер маршрута или имя конечного потребителя. Аналогичным образом, в отрасли доставки белья доставку белья в прачечную осуществляют в виде больших групп без сортировки. Рабочие отбирают отдельные бельевые изделия из группы и распознают каждое изделие по его характерным признакам, например цвету, форме и/или размеру. Затем отобранное и распознанное изделие направляют в соответствующую зону для стирки конкретным составом для стирки.
Понятно, что использование ручного труда для распознавания, подсчета, сортировки изделий (например, бельевых изделий и/или предметов одежды) и обобщения данных о них в виде таблицы имеет множество ограничений. Здесь особое значение имеет ограничение по производительности при обработке. В некоторых прачечных за одну 8-часовую рабочую смену необходимо осуществлять обработку приблизительно 100000 отдельных изделий или более. Поскольку для выполнения множества операций в отношении каждого изделия (например, распознавания, подсчета и сортировки) необходимы рабочие, то обычный рабочий за 8-часовую рабочую смену может выполнить обработку только ограниченного количества изделий. Кроме того, необходимость выполнения множества операций в отношении каждого изделия вручную может также приводить к ошибкам в процессах распознавания, сортировки и подсчета.
Были предприняты попытки поиска автоматизированных вариантов решений для устранения или, по меньшей мере, минимизации ограничений в указанных выше процессах, выполняемых вручную. Была осуществлена разработка стандартных автоматизированных способов повышения точности и минимизации трудозатрат, необходимых для распознавания, подсчета и сортировки отдельных изделий. Для достижения этих результатов в прачечных применяли, например, метки со штриховым кодом (состоящим обычно из чередующихся двух из пяти символов) и радиочастотные (РЧ) микросхемы. Однако эти способы имеют ограниченный срок службы, в частности, потому, что метки и микросхемы подвергают воздействию жесткой окружающей среды, существующей в промышленной прачечной. Кроме того, вариант решения, в котором используют метки со штриховым кодом, обладает недостатком, заключающимся в том, что для его выполнения требуется значительное время, и иногда бывает чрезвычайно сложно обнаружить метки на большом изделии в том случае, когда метка не выровнена надлежащим образом относительно устройства считывания штрихового кода, то есть не находится в его поле обзора. Несмотря на то что для РЧ микросхем отсутствует проблема выравнивания, применение РЧ микросхем вызывает затруднения вследствие того, что они имеют неопределенный срок службы и высокую стоимость.
В патенте США №5881886, выданном 16 марта 1999 г., раскрыт альтернативный способ распознавания изделий. В этом альтернативном способе к предметам одежды и белью могут быть прикреплены светоактивные материалы, например, в виде заплат, меток и нитей. Для создания оптически распознаваемых кодов используют соответствующий набор материалов, посредством каждого из которых, например, осуществляют генерацию отличающегося от других и однозначно распознаваемого узкополосного оптического излучения, подобного лазерному. Коды позволяют осуществлять распознавание предметов одежды, бельевых и иных изделий. В одном из вариантов осуществления для введения оптически закодированной информации в предметы одежды, бельевые и иные изделия используют два или большее количество включаемых в состав этих изделий волокон или нитей, именуемых ниже "Лазерная нить" (товарный знак) (LaserThread™), излучение от которых можно обнаружить. Например, "Лазерная нить" (LaserThread™) может быть включена в состав меток предметов одежды для обеспечения однозначного распознавания выдаваемого напрокат предмета одежды или его отличительных признаков при обработке. Аналогичным образом, "Лазерная нить" (LaserThread™) может быть вшита в кромку бельевых изделий, например в кант скатерти или салфетки, для обеспечения однозначного распознавания бельевых изделий и/или их отличительных признаков. Как указано в этом патенте США, "Лазерная нить" (LaserThread™) при ее возбуждении, например, лазером, имеющим определенную длину волны, энергию импульса и длительность импульса, испускает излучение, подобное лазерному. Лазер, необходимый для возбуждения, обычно имеет длину волны в области видимого спектра от красного до синего и может формировать плотность энергии излучения порядка, например, около 10 миллиджоулей на квадратный сантиметр при направлении на "Лазерную нить" (LaserThread™) импульса длительностью 10 наносекунд. Примерами источников возбуждения являются, например, лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) с ламповой накачкой, модуляцией добротности и с удвоением частоты; лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) с диодной накачкой, модуляцией добротности и с удвоением частоты и источники, являющиеся производными от других нелинейных устройств, содержащих в себе, главным образом, лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) или на иных лазерных кристаллах.
Однако серийно выпускаемые источники возбуждения, предназначенные для возбуждения светоактивных материалов, таких как, например, "Лазерная нить" (LaserThread™), могут иметь высокую стоимость. Поэтому понятна важность создания системы распознавания, которая обеспечивает максимальную эффективность использования энергии в импульсе возбуждения. Кроме того, понятно, что максимальная эффективность использования энергии в импульсе возбуждения может быть получена путем жесткого управления местоположением и ориентацией светоактивных материалов, содержащихся в анализируемом изделии. При наличии средств жесткого управления узкий возбуждающий луч, имеющий постоянную ориентацию, может попадать на светоактивные материалы, содержащиеся в изделии, анализ которого осуществляют с прогнозируемой степенью достоверности. В противном случае, при наличии ослабленного управления местоположением и ориентацией светоактивных материалов необходима система наведения для установки изделия, содержащего в себе светоактивные материалы, в положение, обеспечивающее возможность направления возбуждающего луча на материалы, подвергаемые возбуждению.
Как было описано выше, обеспечение возможности жесткого управления ориентацией светоактивных материалов, содержащихся в изделии, подвергаемом анализу, вызывает особые затруднения при выполнении различных операций обработки. Например, область изделия, содержащая в себе вышеуказанный материал, может быть загрязнена или иметь какие-либо иные препятствия для прохождения излучения, что, следовательно, не позволяет осуществлять облучение светоактивных материалов. Поэтому автору изобретения стало понятно, что для процессов разделения, распознавания, подсчета, необязательной сортировки, а также проверки и подтверждения подлинности изделий целесообразным является использование системы наведения и системы распознавания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Решение вышеуказанных и иных проблем и реализацию целей и преимуществ осуществляют посредством способов и устройств согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
В предпочтительном, но не ограничивающем варианте осуществления исследуемыми изделиями являются банкноты и аналогичные, по существу, плоские изделия, а эту идею изобретения используют при обработке банкнот, например, при проверке правильности и проверке подлинности банкнот и других изделий, содержащих в себе, по меньшей мере, один защитный элемент.
В изобретении описаны способ и устройство обработки банкнот. Способ включает следующие этапы: обеспечивают банкноту, имеющую, по меньшей мере, один светоактивный защитный элемент, причем банкноту перемещают вдоль траектории транспортировки; осуществляют облучение, по меньшей мере, одного защитного элемента светом от источника стимулирующего воздействия; распознают местоположение, по меньшей мере, одного защитного элемента путем регистрации излучения от защитного элемента; направляют источник возбуждения в распознанное местоположение; осуществляют облучение, по меньшей мере, одного защитного элемента светом от источника возбуждения и регистрируют дополнительное излучение от светоактивного защитного элемента, полученное в ответ на свет от источника возбуждения.
Этап распознавания может содержать в себе этап, осуществляемый посредством камеры с однострочным сканированием, ось сканирования которой параллельна оси транспортировки, или посредством камеры с однострочным сканированием, ось сканирования которой перпендикулярна оси транспортировки. Этап распознавания может также включать в себя этап накопления строк сканирования вдоль банкноты в том же самом месте на поперечной оси, что и поле обзора источника возбуждения, выполняемый посредством одноэлементного регистрирующего устройства.
В одном из вариантов осуществления этап направления (источника) содержит в себе этап задержки функционирования источника возбуждения на промежуток времени, который является функцией, по меньшей мере, скорости устройства транспортировки и расстояния между точками облучения источником стимулирующего воздействия и источником возбуждения.
Светоактивный защитный элемент может содержать в себе, по меньшей мере, одну нить, планшетку или иную структуру, например ленту, которая содержит в себе вещество подложки и вещество, испускающее и усиливающее электромагнитное излучение, которое служит для создания излучения, подобного лазерному. Эта структура может быть встроена в банкноту или расположена на ней. Зарегистрированное дополнительное излучение может представлять собой оптический код для распознавания, по меньшей мере, одного отличительного признака банкноты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и иные отличительные признаки изобретения станут более очевидными из приведенного ниже подробного описания изобретения при его рассмотрении совместно с сопроводительными чертежами, на которых:
на Фиг.1 изображен источник возбуждения;
на Фиг.2 изображена система наведения луча, вид сверху;
на Фиг.3 изображена система наведения луча согласно Фиг.2, вид сбоку;
на Фиг.4 и фиг.5 представлена иллюстрация способа калибровки;
на Фиг.6А изображена схема калибровочного оборудования, используемого для обеспечения совпадения оптических осей систем наведения и сбора данных;
на Фиг.6Б и фиг.6В представлены примеры калибровочных таблиц;
на Фиг.7А представлено увеличенное перспективное изображение вертикального разреза структуры цилиндрической бусинки, посредством которой осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, являющейся пригодной для встраивания в изделие;
на Фиг.7Б представлено увеличенное изображение поперечного сечения структуры цилиндрической бусинки, посредством которой осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, согласно Фиг.7А;
на Фиг.8 изображена схема примерного варианта системы распознавания изделий;
на Фиг.9 представлена детальная блок-схема самонаводящегося устройства считывания из системы распознавания, изображенной на Фиг.8;
на Фиг.10А, фиг.10Б и фиг.10В изображены: примерный вариант регистрирующего устройства с однострочным сканированием, ось строки сканирования которого параллельна оси транспортировки изделия, например банкноты; примерный вариант регистрирующего устройства с однострочным сканированием, ось строки сканирования которого перпендикулярна оси транспортировки изделия, и примерный вариант одноэлементного регистрирующего устройства, посредством которого осуществляют накопление строк сканирования вдоль изделия, соответственно, в том же самом месте на поперечной оси, что и поле обзора источника возбуждения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрытие сущности патента США №5448582, выданного 5 сентября 1995 г. и имеющего название "Источники оптического излучения, имеющие усиливающую среду с сильным рассеянием, которая действует подобно лазеру" ("Optical Sources Having a Strongly Scattering Gain Medium Providing Laser-Like Action"), автором которого является Нэбил М. Лоуэнди (Nabil М. Lawandy), включено сюда в полном объеме путем ссылки.
В этом изобретении может быть использовано излучение, подобное лазерному, например, излучение, возникающее в результате сжатия по спектру и времени, или вторичное излучение. Вторичное излучение может представлять собой любое оптическое излучение от светоактивного материала, которое возникает непосредственно в результате поглощения энергии от источника возбуждения. Используемый здесь термин вторичное излучение может охватывать собой как флюоресценцию, так и фосфоресценцию.
Поэтому сначала следует осознать, что сущность этого изобретения может быть использована для распознавания изделий, закодированных посредством веществ, не обладающих действием, подобным действию лазера, например посредством частиц люминофора, красителей (без рассеивающих частиц) и полупроводниковых материалов. Изготовление одного из наиболее целесообразных типов полупроводниковых материалов осуществляют таким образом, чтобы создать структуры с квантовой ямой, которые испускают свет на таких длинах волн, регулировка которых может быть выполнена посредством изменения параметров при его изготовлении.
Одной из отличительных особенностей этого изобретения, по существу, является то, что в нем используют оптическую усиливающую среду, которая может действовать подобно лазеру, или же среду, которая может испускать излучение иного типа, при ее возбуждении источником энергии возбуждения, что раскрыто в вышеуказанном патенте США №5448582. Оптическая усиливающая среда может содержать в себе матричную фазу, например полимер или подложку, которая является, по существу, прозрачной на интересующих длинах волн; и фазу, испускающую и усиливающую электромагнитное излучение, например хромовый краситель или люминофор. В некоторых вариантах осуществления изобретения оптическая усиливающая среда также содержит в себе контрастную фазу, рассеивающую электромагнитное излучение, которая обладает высоким показателем преломления, например частицы окисла и/или рассеивающие центры, находящиеся внутри матричной фазы.
Согласно предпочтительному варианту реализации этого изобретения для проявления электрооптических свойств, сходных с действием лазера, можно использовать краситель или какое-либо другое вещество, которое, возможно, в совокупности с рассеивающими частицами или центрами способно излучать свет, то есть излучение, подобное лазерному, которое при превышении порогового уровня подводимой энергии накачки обладает как более узкой шириной спектральной линии, так и сжатием по времени.
Как было указано выше, еще одной отличительной особенностью этого изобретения является использование вторичного излучения, которое может представлять собой любое оптическое излучение от светоактивного материала, возникающее непосредственно в результате поглощения энергии от источника возбуждения. Вторичное излучение может содержать в себе как излучение флюоресценции, так и излучение фосфоресценции.
Изобретение может быть использовано для создания изделий, например предметов одежды или бельевых изделий, в которых изделие дополнительно содержит в себе, по меньшей мере, одну часть, содержащую в себе усиливающую среду, посредством которой обеспечивают испускание узкополосного (например, около 3 нм) оптического излучения в ответ на превышение порогового значения интегральной плотности потока энергии накачки. Испускаемое узкополосное оптическое излучение позволяет осуществлять распознавание (и возможную сортировку) изделий.
Нитевидная структура в виде удлиненного волокна, например "Лазерная нить" (LaserThread™), содержит в себе вещество, испускающее и усиливающее электромагнитное излучение. Как описано выше, вещество, испускающее и усиливающее электромагнитное излучение, возможно, в совокупности с рассеивающими объектами, создает излучение, подобное лазерному. В одном из вариантов осуществления изобретения на поверхности или внутри, по меньшей мере, одного участка предмета одежды или полотна располагают одну или большее количество удлиненных нитевидных структур, которые имеют диаметр, например, приблизительно 5-50 мкм. Таким способом может быть создано множество длин волн излучения, посредством которых обеспечивают спектральное кодирование предмета одежды или бельевого изделия.
Согласно другой отличительной особенности настоящего изобретения излучение, подобное лазерному, создают посредством описанной выше структуры, в которой используют одну или большее количество пленок оптической усиливающей среды, расположенных вокруг сердцевины. Структура может иметь различную форму, в том числе бусинок, дисков и сфер. Бусинки, диски и сферы встраивают в изделие для обеспечения распознавания и возможной сортировки изделий при выполнении операций обработки. Например, в находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявке на патент №60/086,126 от 2 мая 1998 г., имеющей название "Цилиндрические бусинки, посредством которых осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, для комбинаторной химии и иных областей применения" ("Cylindrical Micro-Lasing Beads For Combinatorial Chemistry and Other Applications"), автором которой является Нэбил М.Лоуэнди (Nabil M. Lawandy) и права на которую принадлежат владельцу прав на данное изобретение, раскрыта структура цилиндрических бусинок, посредством которых осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, пригодных для практической реализации этой отличительной особенности настоящего изобретения. Раскрытие сущности этих предварительных заявок на патент включено сюда в полном объеме путем ссылки.
На Фиг.7А показано увеличенное перспективное изображение вертикального разреза структуры цилиндрической бусинки 20, посредством которой осуществляют микрогенерацию лазерного излучения. Структура цилиндрической бусинки 20, посредством которой осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, содержит в себе цилиндрические диэлектрические слои, которые эквивалентны закрытому двумерному пластинчатому световоду и обеспечивают резонансный режим. При толщине активного слоя, равной приблизительно 1-2 мкм, и диаметре (D), равном приблизительно 5-50 мкм, возможно возникновение мод со значениями добротности Q, превышающими 106. На Фиг.7Б показано увеличенное изображение поперечного сечения структуры цилиндрической бусинки 20, посредством которой осуществляют микрогенерацию лазерного излучения, из Фиг.7А. Область 22 сердцевины окружена слоем или областью 24 усиливающей среды и изолирующим слоем или областью 26. Слой 24 усиливающей среды имеет более высокий показатель преломления, чем область 22 сердцевины и изолирующий слой 26. Вокруг области 22 сердцевины расположено множество слоев усиливающей среды и множество слоев изоляции. Область 22 сердцевины может быть выполнена из металла, полимера или рассеивающего вещества. В предпочтительном варианте слой 24 усиливающей среды представляет собой одну из множества пленок оптической усиливающей среды, которые располагают вокруг сердцевины 22 для создания множества характеристических длин волн излучения.
Из приведенных выше нескольких примеров вариантов осуществления изобретения понятно, что для распознавания изделия можно использовать оптическую усиливающую среду, способную испускать излучение, подобное лазерному, или вторичное излучение. В общем случае, такими изделиями могут являться бельевые изделия, предметы одежды, или различные типы текстильных изделий, но эти примеры не являются ограничивающими.
В варианте осуществления, который в настоящее время является предпочтительным, изделиями могут являться, в том числе, банкноты, другие типы денег, чеков и банковских платежных поручений, а также изделия других подобных типов, которые имеют, в общем случае, плоскую форму при помещении их в средство транспортировки, например на ленту транспортера, для их транспортировки сквозь или через систему, которая соответствует идее этого изобретения.
Как описано ниже, отличительная особенность идеи этого изобретения заключается в обеспечении устройства распознавания (и возможной сортировки), которая содержит в себе устройство обнаружения, устройство наведения, устройство возбуждения и устройство регистрации. В соответствии с этой отличительной особенностью существа данного изобретения устройство распознавания позволяет осуществлять определение местоположения (то есть обнаружение) светоактивных материалов, находящихся на анализируемом изделии, наводить источник возбуждения на обнаруженные материалы, направлять на них возбуждающее излучение и производить регистрацию оптического отклика светоактивных материалов (излучения, подобного лазерному, или вторичного излучения) на возбуждающее излучение. Таким образом, система "поиска, наведения, выстрела и регистрации" позволяет осуществлять распознавание изделий при выполнении операций обработки.
Следует отметить, что после осуществления распознавания изделия может оказаться желательным выполнение последующей сортировки или отделение распознанного изделия от других изделий. В этом случае к устройству распознавания может быть присоединено отводящее устройство, манипулятор или сортировочное устройство любого подходящего типа, посредством которого осуществляют воздействие на дальнейшую обработку распознанного (или нераспознанного) изделия. Однако выполнение сортировки или какого-либо разделения распознанных объектов между собой либо их отделение от других объектов не является обязательным условием при практической реализации идеи этого изобретения.
На Фиг.8 и Фиг.9 представлен пример варианта осуществления системы с самонаводящимся устройством считывания для дистанционного распознавания изделий, то есть рассмотренной выше системы "поиска, наведения, выстрела и регистрации". Как показано на Фиг.8, распознавание изделий 30, представляющих собой, например, предметы одежды, бельевые изделия, текстильные изделия и иные закодированные материалы, осуществляют при их прохождении через зону 32 обнаружения в устройстве 34 дистанционного распознавания. В одном из вариантов осуществления этого изобретения может быть осуществлено автоматическое пропускание множества изделий 30 через зону 32 обнаружения в направлении, указанном стрелкой "А", путем использования устройства транспортировки, представляющего собой, например, подвижную направляющую или транспортер 36.
Изделия 30 имеют, по меньшей мере, одну область 38, содержащую в себе светоактивные материалы. Как указано выше, светоактивные материалы позволяют осуществлять оптическое кодирование изделий 30 для, например, распознавания и необязательной сортировки изделий 30 при выполнении этапов обработки. По меньшей мере, одна область 38 может представлять собой, например, метку, нашитую, приклеенную или иным образом прикрепленную или присоединенную к изделию 30. Из приведенного выше краткого описания различных вариантов осуществления изобретения понятно, что оптическое кодирование и распознавание изделий 30 могут быть осуществлены путем регистрации однозначно заданного излучения, подобного лазерному, или вторичного излучения, по меньшей мере, от одной области 38, возникающего в ответ на возбуждение.
На Фиг.9 изображена принципиальная схема устройства с самонаводящимся устройством считывания согласно Фиг.8. На Фиг.9 особо выделены четыре функциональных блока устройства считывания. Этими четырьмя функциональными блоками являются, в том числе, устройство 40 обнаружения цели, устройство 42 наведения, устройство 44 возбуждения и приемное или регистрирующее устройство 46, то есть устройства, которые обеспечивают функции "поиска, наведения, выстрела и регистрации" для устройства 34 с самонаводящимся устройством считывания.
В блоке обнаружения цели для определения местоположения области изделия 30 с наибольшей яркостью или с наибольшей интенсивностью излучения используют светоизлучающую способность светоактивного материала, присоединенного к анализируемому изделию 30. То есть определяют местоположение области 50 изделия 30, которая в ответ на возбуждение испускает световое излучение или излучение флюоресценции в одном или в большем количестве характерных диапазонов длин волн.
Изображенный на Фиг.9 соответствующий источник 52 стимулирующего воздействия может быть выполнен в совокупности с линзой 54 или с каким-либо другим средством создания в предпочтительном варианте расходящегося луча 53, которым освещают зону обнаружения в системе 34 считывания. В результате этого светоактивный материал, присоединенный к изделию 30, которое пропускают через эту зону, возбуждают излучением от источника 52 стимулирующего воздействия. Как указано выше, в ответ на возбуждение светоактивный материал испускает световое излучение или излучение флюоресценции в характерном диапазоне длин волн. Понятно, что выбор надлежащих источников 52 стимулирующего воздействия осуществляют в соответствии с областью применения и свойствами флюоресцентных веществ, введенных в состав анализируемых изделий. Целесообразно, чтобы луч 53 был достаточно широким для обеспечения регистрации светоактивного материала при любой его ориентации.
В качестве соответствующих примеров источников 52 стимулирующего воздействия могут служить, например, источники рентгеновского излучения, ксеноновые лампы-вспышки, люминесцентные лампы, лампы накаливания, светодиоды, лазерные диоды и лазерный луч с большой расходимостью. В одном из вариантов осуществления соответствующий источник 52 стимулирующего воздействия может быть создан посредством видоизменения устройства 44 возбуждения.
При этом, со ссылкой на Фиг.1, в режиме возбуждения излучение из лазерного источника 1 возбуждения проходит по траектории 7 луча к системе наведения. В режиме обнаружения из возбуждения создают источник стимулирующего воздействия путем перенаправления излучения источника возбуждения вдоль луча 8 посредством введения подвижного зеркала 5. Зеркало 5 предназначено для прерывания траектории 7 луча посредством исполнительного механизма 2, который имеет вращающийся вал 3, на котором посредством приводного рычага 4 закреплено зеркало 5. Исполнительный механизм 2 может представлять собой соленоид, гальванометр или любое другое устройство, которое может обеспечивать установку зеркала 5 на траектории 7 луча и вне ее, в предпочтительном варианте посредством электрической команды, поступающей из электронных схем управления устройством считывания. После отклонения луча по траектории 8 луча его направляют на входную грань 11 кристалла 10, посредством которого осуществляют смешение мод. В зависимости от конкретных требований, предъявляемых к конструкции, луч может быть направлен на грань 11 кристалла путем отражения от зеркала 6, а для обеспечения ввода всего луча в грань 11 кристалла может потребоваться фокусировка посредством линзы 9. Кристалл 10, посредством которого осуществляют смешение мод, представляет собой световод, форма поперечного сечения которого в предпочтительном варианте является такой же, как и форма поля обзора при обнаружении (то есть, если согласно конструкции поле обзора является квадратным, то поперечное сечение кристалла также является квадратным). В предпочтительном варианте осуществления изобретения все боковые поверхности кристалла полируют таким образом, чтобы свет, распространяющий внутри кристалла, при падении на боковую поверхность и отражении от нее претерпевал бы полное внутреннее отражение. В альтернативном варианте боковые поверхности кристалла 10 могут быть выполнены имеющими высокий коэффициент отражения, что осуществляют путем нанесения на боковые поверхности металлического или диэлектрического покрытия. Входную грань 11 шлифуют с использованием микрозернистого абразивного материала таким образом, чтобы обеспечить рассеяние света, входящего во входную грань, по случайным направлениям внутри кристалла 10. Такое смешение волновых фронтов приводит к тому, что после множественных внутренних отражений от боковых поверхностей кристалла свет равномерно заполняет собой объем кристалла 10. Когда свет доходит до выходной грани кристалла 10, его распределение является равномерным по всей выходной грани и имеет форму поперечного сечения кристалла. К тому же свет выходит из кристалла 10 в широком диапазоне углов, причем случайным образом, а максимальный угол определяется показателями преломления кристалла и окружающей среды (обычно воздуха). Свет, выходящий из кристалла 10, коллимируют посредством линзы 12 и формируют его изображение в области прицеливания, на которую нацелено устройство 14 обнаружения. Линзу 12, посредством которой формируют изображение, выбирают таким образом, чтобы, по существу, вся область прицеливания была заполнена лучами 13, выходящими из кристалла 10 и формирующими изображение.
В обычном режиме работы устройство считывания функционирует следующим образом. Сначала зеркало 5 располагают на траектории луча 7. При считывании данных об изделии в поле обзора, в котором осуществляют обнаружение, включают источник возбуждения, в результате чего получают равномерное освещение в пределах области прицеливания и, следовательно, изделия. Равномерное освещение вызывает флюоресценцию закодированных материалов на изделии, которую регистрируют посредством камеры, служащей для обнаружения. Зеркало 5 выводят из траектории луча 7, а в систему наведения подают команду осуществить наведение в направлении точки с наибольшей яркостью зарегистрированной флюоресценции. При считывании данных об изделии в области, на которую нацелена система наведения, снова включают источник возбуждения, в результате чего узкий луч возбуждения, направленный на цель, попадает на закодированный материал. После регистрации и анализа закодированного излучения зеркало 5 снова располагают на траектории луча 7, и эта последовательность операций может быть повторена.
Следует понимать, что соответствующий источник 52 стимулирующего воздействия, в общем случае, представляет собой источник электромагнитного излучения, излучение которого поглощается светоактивным материалом, а энергия светового излучения которого является достаточной для индуцирования в светоактивном материале такой флюоресценции, которая может быть обнаружена. Например, в варианте осуществления изобретения, в котором анализируемое изделие 30 содержит в себе вышеуказанную "Лазерную нить" (LaserThread™), целесообразным источником 52 стимулирующего воздействия является ксеноновая лампа-вспышка с суженным посредством фильтра спектром излучения, поскольку флюоресценция "Лазерной нити" (LaserThread™) может возникать в результате поглощения видимого излучения от ксеноновой лампы-вспышки. В другом варианте осуществления, в котором изделие 30 является самоизлучающим в том месте, где оно содержит в себе светоактивный материал, источник 52 стимулирующего воздействия не нужен. Такими самоизлучающими изделиями являются, например, биолюминесцентные и хемилюминесцентные изделия.
Регистрацию светового излучения или излучения флюоресценции от светоактивного материала, как индуцированного, так и собственного, осуществляют, например, посредством системы 56 электронной камеры для регистрации изображений, входящей в состав устройства 40 обнаружения цели. В предпочтительном варианте поле обзора устройства 56, представляющего собой камеру, совпадает с формой расходящегося луча 53 от источника 52 стимулирующего воздействия или является меньшим. В сущности, поле 55 обзора устройства 56, представляющего собой камеру, определяет собой зону 32 обнаружения для устройства 34 считывания.
В одном из вариантов осуществления изобретения излучение флюоресценции от светоактивного материала проходит через фильтр, который, по существу, пропускает излучение флюоресценции, но сильно ослабляет излучение стимулирующего воздействия, возникшее в результате диффузного рассеяния или зеркального отражения сигнала от изделия 30. Путем размещения соответствующих фильтров, то есть фильтров, которые обладают несовпадающими полосами пропускания, на траектории между источником 52 стимулирующего воздействия и камерой 56, обеспечивают то, что камера 56 не регистрирует исходное излучение от источника 52 стимулирующего воздействия после его попадания на изделие 30. Для определения местоположения области 50 изделия 30, обладающей наиболее сильным излучением в пределах поля 55 обзора, может быть осуществлен анализ электронных сигналов от системы 56, представляющей собой камеру для регистрации изображений, который выполняют посредством компьютера или специализированных электронных схем 41 обработки изображений. Для этого может быть использовано обычное программное обеспечение для получения и обработки изображений.
Следует понимать, что в тех вариантах применения, в которых в зоне обнаружения 32 одновременно может находиться только один флюоресцентный участок изделия 30, вместо системы 56, представляющей собой камеру для регистрации изображений, могут быть использованы другие устройства регистрации изображений, например датчики положения.
Информацию, которая определяет местоположение области 50 изделия 30, обладающей наиболее сильным излучением в пределах поля 55 обзора, передают из устройства 40 обнаружения цели, то есть из устройства 56, представляющего собой камеру, или из электронных схем 41 обработки в устройство 42 наведения луча. Устройство 42 наведения луча осуществляет обработку информации о местоположении и в ответ на нее ориентирует или направляет излучение 60 от устройства 44 возбуждения таким образом, чтобы оно попадало на изделие 30, по существу, в область 50, обладающую наиболее сильным излучением.
Устройство 42 наведения может содержать в себе устройство 58 быстрого управления положением луча, которое реагирует на информацию о местоположении (например, на электронные управляющие сигналы), которая поступает из устройства 40 обнаружения цели. Также следует понимать, что устройство 42 наведения может содержать в себе акустооптические устройства отклонения луча, вращающиеся многогранные зеркала, линзовые преобразователи (микролинзовый растр), резонансные гальванометрические устройства сканирования и голографические устройства сканирования либо любую их совокупность.
В одном из вариантов осуществления устройства 42 наведения устройство наведения с управлением положением луча по двум осям содержит в себе два нерезонансных гальванометрических устройства сканирования, каждое из которых имеет зеркало, закрепленное на валу устройства сканирования. Одно из устройств сканирования отклоняет луч по одной оси и перенаправляет излучение от источника возбуждения на зеркало второго устройства сканирования. Ось вращения второго устройства сканирования имеет ориентацию, перпендикулярную по отношению к оси первого устройства сканирования, что обеспечивает перенаправление излучения возбуждения к изделию и сканирование по двум независимым осям для осуществления перекрытия, по существу, всей зоны обнаружения для устройства 40 обнаружения. Параметры отражения от зеркал задают таким образом, чтобы обеспечить высокую пропускаемую мощность для устройства возбуждения при одновременном обеспечении высокой пропускаемой мощности вторичного излучения или излучения, подобного лазерному, от светоактивного материала, прикрепленного к изделию 30. В предпочтительном варианте зеркала обладают высоким пороговым значением плотности энергии разрушения на длине волны возбуждения.
Устройство 42 наведения также содержит в себе разделительный фильтр 59, посредством которого объединяют излучение 60 от источника возбуждения 44, идущее к изделию 30, с вторичным излучением или излучением 62, подобным лазерному, от светоактивного материала, которое идет к приемному устройству 46.
На Фиг.2 изображена система наведения, вид сверху, а на Фиг.3 - вид сбоку. Траектория луча А начинается в разделительном фильтре 59 и содержит в себе возбуждающий луч и свет, полученный от закодированного изделия, который распространяется в противоположном направлении. Луч А отражается от первого зеркала З1 (M1) и образует собой луч Б, либо он образует собой луч "В" в том случае, если зеркало З1 является вращающимся. Зеркало З1 закреплено на валу В1 (S1) первого гальванометра ГВ1 (GV1). Ось вала В1 обычно закреплена перпендикулярно траектории луча А. В ответ на электрические сигналы от электронных схем управления, содержащихся в устройстве считывания, ГВ1 приводит во вращение зеркало З1. Луч Б или В отражается от второго зеркала З2 (М2) и образует собой луч Г, либо он образует собой луч Д в том случае, если зеркало М2 является вращающимся. Зеркало З2 закреплено на валу В2 (S2) второго гальванометра ГВ2 (GV2), при этом ось В2 направлена перпендикулярно В1 и обычно расположена в плоскости, содержащей в себе луч А. В ответ на электрические сигналы от электронных схем управления, содержащихся в устройстве считывания, ГВ2 приводит во вращение зеркало З2. Зеркало З1 вызывает перемещение луча вдоль линии, проекция которой на плоскость области прицеливания параллельна первоначальной траектории луча А. Зеркало 32 вызывает перемещение луча вдоль линии, проекция которой на плоскость области прицеливания перпендикулярна относительно первоначального луча и обычно является параллельной лучу Б. Таким образом, приведение в действие зеркал З1 и З2 вызывает отклонение луча в заданную посредством команд точку, расположенную внутри области прицеливания ОП (ТА).
Разделительный фильтр 59 может быть выполнен в виде нескольких обычных устройств, в которых для обеспечения коллинеарного распространения светового пучка в противоположных направлениях используют любое из трех свойств фотонов. Этими тремя свойствами являются поляризация, длина волны и векторный импульс. В результате разделительный фильтр 59 может быть выполнен в виде поляризационного светоделителя (при использовании поляризации), дихроичного зеркала (при использовании длины волны) и элемента свободного пространства, не обладающего обратимостью, который известен в данной области техники как циркулятор (при использовании векторного импульса). Другим предпочтительным вариантом осуществления является частично отражающее зеркало, известное также как светоделитель, которое можно использовать в том случае, когда в общей конструкции устройства допустимо наличие потерь, связанных с этим устройством.
Элемент 66 приемного устройства 46 представляет собой функциональный эквивалент разделительного фильтра 59, но обычно выполнен в виде одного из трех описанных выше устройств, которое отличается от используемого выше. Например, в одном из вариантов осуществления разделительный фильтр 59 представляет собой дихроичное зеркало, а элемент 66 представляет собой поляризационный светоделитель. Элемент 66, в сущности, служит для суммирования излучения, получаемого на выходе источника 64 когерентного или калибровочного излучения, с коллинеарным лучом, идущим из устройства 42 наведения в приемное устройство 46. Добавление излучения, получаемого на выходе источника 64 когерентного излучения, осуществляют во время выполнения процедуры калибровки устройства 34 считывания.
В режиме калибровки излучение, получаемое на выходе источника 64 когерентного излучения, суммируют с коллинеарным лучом, что позволяет осуществлять калибровку ориентации местоположения, определенного устройством 42 наведения, относительно области 50, обладающей наиболее сильным излучением, которая зарегистрирована устройством 40 обнаружения. В одном из вариантов осуществления источник 64 когерентного излучения содержит в себе, например, лазерный диод, гелий-неоновый лазер или иной подходящий источник, испускаемое которым излучение может быть зарегистрировано посредством устройства 56, представляющего собой камеру, которая входит в состав устройства 40 обнаружения.
В предпочтительном варианте осуществления процесса калибровки при выполнении операции калибровки в поле 55 обзора системы 56, представляющей собой первую регистрирующую систему с камерой, помещают плоскую цель таким образом, чтобы обеспечить рассеяние части светового излучения от источника 64 когерентного излучения, которая распространяется коллинеарно вместе со световым излучением 60 от источника возбуждения и регистрируемым световым излучением 62 от плоской цели в систему 56.
Создают таблицу данных и осуществляют ее запоминание в компьютере или в специализированных электронных схемах 41 обработки изображений, входящих в состав первой регистрирующей системы. Элементы таблицы данных связывают однозначным образом зарегистрированную область 50 изделия 30, обладающую наиболее сильным излучением, с однозначно определяемой ориентацией системы 42 наведения. В обычном режиме работы системы 34 считывания, то есть когда выключен режим калибровки и, следовательно, выключен источник 64 когерентного излучения, таблицу данных используют в качестве вспомогательного средства при определении надлежащей ориентации устройства 42 наведения для направления излучения 60 от источника возбуждения. То есть соответствующую ориентацию устройства 42 наведения определяют путем сравнения местоположения зарегистрированной области 50, находящейся в зоне обнаружения и обладающей наиболее сильным излучением, с соответствующими элементами таблицы данных.
Теперь будет приведено более подробное описание процесса калибровки со ссылкой на чертеж Фиг.4, на котором показан более подробный вид системы сбоку. На этом чертеже изображены устройство обнаружения (УО) (AS) (и соответствующее поле обзора ПО1 (FOV1)) и устройство наведения (УН) (PS) (с соответствующим ей полем обзора ПО2 (FOV2)), которые для ясности разделены между собой, хотя фактически может оказаться целесообразным, чтобы эти два поля обзора были выполнены перекрывающимися в максимально возможной степени для минимизации ошибок при наведении, которые возникают в результате нежелательного перемещения изделия относительно устройства транспортировки, которое может возникать в промежутке времени между обнаружением и возбуждением. Местоположение наиболее яркой точки флюоресценции, зарегистрированное посредством камеры для регистрации изображений, входящей в состав устройства обнаружения, соответствует двум ортогональным углам в поле обзора камеры. Если провести воображаемую линию, соединяющую камеру и область флюоресценции, то эта линия может быть охарактеризована посредством углов, которые она образует с центральной осью камеры. Один из этих углов, У1, находится в плоскости, которая содержит в себе вектор скорости изделия и камеру, то есть в плоскости чертежа. Второй угол находится в плоскости, перпендикулярной плоскости первого угла, которая содержит в себе линию, проходящую вдоль ширины транспортера, и камеру, то есть в вертикальной плоскости, проекция которой перпендикулярна странице. Аналогичные углы (например, У2 (А2)) могут быть проведены из местоположения изделия внутри поля обзора системы наведения. Если эти углы в полях обзора не равны между собой (то есть У1≠У2), то наличие погрешностей, обусловленных параллаксом, может приводить к тому, что устройство наведения УН будет наведено на неправильную область. Таким образом, сохранение равенства этих углов является важной отличительной особенностью изобретения. Это особенно важно потому, что изделия на транспортере не обязательно расположены в плоскости ленты транспортера. На самом деле, наиболее вероятно, что после того, как изделия сложены в кучу, они будут обладать характерными признаками трехмерной структуры.
На Фиг.5 показано то, как параллакс может приводить к ошибкам при наведении в том случае, когда не сохраняется равенство углов в полях обзора. Устройство обнаружения (УО) определяет местоположение области Ф (F) с наибольшей величиной флюоресценции и отображает эту область в точку Т (Р), находящуюся в плоскости области прицеливания ОП. Для плоских изделий точка Ф (F) совпадает с точкой Т (Р). Устройство наведения из этого варианта осуществления не снабжено сканирующим зеркалом, посредством которого изменяют направление излучения возбуждения в плоскости чертежа. Вместо этого данное устройство ждет до тех пор, пока изделие не переместится под устройством наведения таким образом, чтобы точка прицеливания ТП (ТР) оказалась непосредственно внизу. Теперь, когда точка прицеливания ТП совпадает с точкой в плоскости области прицеливания ОП, излучение проходит мимо желательной точки прицеливания ЖТП (DTP) на изделии. Это происходит потому, что устройство наведения не сохраняет угол У1 цели, измеренный системой обнаружения, и возникает погрешность, обусловленная параллаксом.
Однако в одном из вариантов осуществления, в котором известно, что изделия, лежащие на транспортере, являются плоскими, устройство, имеющее такую компоновку, осуществляет наведение в желательную точку и обладает преимуществом, заключающимся в том, что количество используемых в ней сканирующих зеркал является меньшим на одно зеркало.
Таким образом, поскольку для выдачи команд направляющим зеркалам устройства наведения используют угол, соответствующий области с наибольшей флюоресценцией, то для угла У1 обнаружения может быть выполнена процедура калибровки для его согласования с углом У2 наведения из Фиг.4, что обеспечивает точное воспроизведение углов наведения. Процедура калибровки предусматривает использование во время процедуры калибровки дополнительного устройства, которое обеспечивает совпадение оптических осей системы обнаружения и системы наведения. На Фиг.6А изображен предпочтительный вариант его осуществления.
Устройство калибровки из Фиг.6А содержит в себе частично отражающий светоделитель СД (BS) (также известный как пленочный светоделитель), зеркало 3 (М) и держатель для закрепления камеры 56, посредством которой осуществляют обнаружение, и системы наведения СН на одной оси с зеркалом 3 и светоделителем СД. Принцип действия устройства состоит в обеспечении точного совпадения оси вращения устройства наведения УН со зрачком линзы Л (L) камеры. При наличии такой юстировки произвольный луч Л1 (R1), выходящий из системы наведения, проходит к области прицеливания в виде луча Л2 (R2), претерпевает отражение в области прицеливания и возвращается назад по траектории Л2, а также попадает в камеру 56 в виде луча Л3 (R3). Луч Л3 имеет тот же самый угол относительно оптической оси камеры 56, что и луч Л1 относительно оптической оси системы наведения. Луч Л1 получают из источника когерентного излучения, находящегося в приемнике (калибровочный источник 64 из Фиг.9).
При выполнении процедуры калибровки на направляющие зеркала подают управляющий сигнал, посредством чего осуществляют наведение источника когерентного излучения в направлении, например, луча Л1, а свет от источника когерентного излучения, рассеянный областью прицеливания, регистрируют камерой 56 как луч Л3. Теперь имеет место соответствие управляющего сигнала, подаваемого на направляющие зеркала, и зарегистрированного местоположения в камере 56, посредством которой осуществляют обнаружение. Создают таблицу, которая содержит в себе все возможные комбинации управляющих сигналов, подаваемых на зеркала, и соответствующего зарегистрированного местоположения в камере 56. После этого процедуру калибровки завершают, а калибровочную таблицу используют в обратном порядке таким образом, что теперь зарегистрированное местоположение в камере 56 может быть использовано для определения однозначно заданного управляющего сигнала, подаваемого на зеркала, посредством чего осуществляют точное воспроизведение того же самого угла в поле обзора.
В Таблице 1 из Фиг.6Б показан пример сокращенного варианта калибровочной таблицы, созданной во время процедуры калибровки. Значения Vx и Vy представляют собой напряжения, подаваемые на направляющие зеркала, а элементы таблицы, расположенные на пересечении значений напряжений, представляют собой значения элементов изображения по х и y в камере, посредством которой осуществлена регистрация отраженного света, полученного из источника. Таблицу 2 из Фиг.6 В получают из Таблицы 1 и используют во время обычного режима работы. После того как обнаружена яркая флюоресцирующая область, для определения управляющих напряжений Vx и Vy, подаваемых на направляющие зеркала, используют значения элемента изображения по х и у для того элемента изображения, в котором зарегистрирована флюоресценция.
Как указано выше, возбуждение светоактивного материала, например "Лазерной нити" (LaserThread™), создают посредством источника 44 возбуждения. Следовательно, характеристики подходящих источников 44 возбуждения определяют в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к светоактивному материалу изделий 30, представляющих интерес. Например, возбуждение "Лазерной нити" (LaserThread™), обеспечивающее генерацию ею светового излучения, подобного лазерному, происходит при облучении ее выходным излучением лазера, имеющего конкретные параметры по длине волны, энергии в импульсе и по длительности импульса. В общем случае, необходимый для этого возбуждающий лазер имеет длину волны в области видимого спектра от красного до синего и может создавать плотность энергии излучения порядка, например, около 10 миллиджоулей на квадратный сантиметр при направлении на "Лазерную нить" (LaserThread™) импульса длительностью приблизительно 10 наносекунд. Примерами источников возбуждения являются, например, лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) с ламповой накачкой, модуляцией добротности и с удвоением частоты; лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) с диодной накачкой, модуляцией добротности и с удвоением частоты и источники, являющиеся производными от других нелинейных устройств, содержащих в себе, главным образом, лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG) или на иных лазерных кристаллах. Для повышения устойчивости системы к ошибкам при наведении (то есть к неправильной ориентации источника 44 возбуждения) и к отклонениям при перемещении изделия через поле 55 обзора устройства 40 обнаружения, возбуждающий луч 60 в предпочтительном варианте выполняют имеющим такую расходимость, которая обеспечивает облучение им большего пятна на изделии, чем разрешающая способность устройства считывания при формировании изображения и наведении.
Для обеспечения оптического кодирования светоактивный материал возбуждают источником 44 возбуждения таким образом, что он начинает флюоресцировать, а источник 44 может быть иным, чем лазерный источник. В этом случае выбор источника осуществляют таким образом, чтобы создать в регистрирующем устройстве сигнал с высоким отношением сигнал/шум, который является пригодным для спектрального анализа. Например, источник может содержать в себе ксеноновую лампу-вспышку, излучение которой отфильтровано по спектру и является, по существу, коллимированным.
Как указано выше, устройство 42 наведения осуществляет сбор вторичного или генерируемого светового излучения 62, подобного лазерному, от светоактивного материала и направляет его в приемное устройство 46 через устройство 58 управления положением луча и разделительный фильтр 59. В одном из вариантов осуществления приемное устройство 46 представляет дисперсионный элемент для спектрального анализа полученного излучения. Например, приемное устройство 46 может осуществлять объединение и ввод принятого излучения в оптическое волокно, которое соединено со спектрометром с дифракционной решеткой и многоканальным регистрирующим элементом типа, например, с матрицей прибора с зарядовой связью (ПЗС-матрицей). В альтернативном варианте приемная система 46 представляет в себе спектрометр с формированием изображения для спектрального анализа излучения по одной оси и пространственного отображения излучения по перпендикулярной оси. Затем может быть выполнен анализ спектра и/или пространственных характеристик излучения посредством компьютера или специализированного электронного устройства обработки для вывода данных об отличительных признаках анализируемого изделия.
Понятно, что для сбора совокупности данных из устройства 56, представляющего собой камеру, и обработки этих данных в системе 40 обнаружения с целью определения местоположения области 50 изделия 30, имеющей наибольшую яркость флюоресценции, требуется конечное время. За это время изделие 30 может перемещаться через зону 32 обнаружения системы 34 считывания. Если не обеспечен учет смещения изделия в результате этого перемещения, то устройство 42 наведения будет направлять излучение из источника 44 возбуждения в неправильное место, то есть в то место, где ранее была обнаружена область 50 изделия 30, имеющая наибольшую яркость флюоресценции. Следовательно, под объем патентных притязаний этого изобретения подпадает обеспечение учета смещения изделия 30 за время его анализа. Например, в одном из вариантов осуществления устройство 40 обнаружения физически отделено от других узлов устройства 42 считывания, по меньшей мере, на такое расстояние, которое необходимо для учета времени, затрачиваемого на сбор и обработку данных о местоположении области 50, имеющей наибольшую яркость флюоресценции, плюс некоторого времени установки в заданное положение, которое необходимо для направления излучения 60 от источника 44 возбуждения в нужную точку посредством механических элементов системы 42 наведения. Понятно, что этот промежуток времени может изменяться в зависимости от конкретных факторов, обусловленных вариантом исполнения, например от скорости устройства 36 транспортировки, которое перемещает изделие 30 через зону 32 обнаружения.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления устройство 40 обнаружения и устройство 42 наведения приводят в действие посредством первого датчика, расположенного таким образом, что он осуществляет регистрацию движения изделия через зону 32 обнаружения, а устройство 44 возбуждения и приемное устройство 46 приводят в действие посредством второго датчика. Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения местоположение первого и второго датчиков подбирают таким образом, чтобы минимизировать и, по существу, устранить ошибки, возникающие в результате перемещения изделия 30.
В одном из вариантов осуществления устройство 34 считывания осуществляет распознавание множества изделий, находящихся в пределах неподвижной зоны обнаружения. В этом варианте осуществления изделия, размер каждого из которых является меньшим, чем зона обнаружения, могут быть распределены по зоне обнаружения случайным образом или, в альтернативном варианте, отделены одно от другого и упорядочены таким образом, что соседние изделия не соприкасаются между собой. Упорядоченное разделение изделий может быть получено, например, путем использования лотка, разделенного на сегменты. Облучение всех изделий, находящихся внутри зоны обнаружения, может быть осуществлено посредством одиночного импульса от источника стимулирующего воздействия, например от источника 52 стимулирующего воздействия. Одиночный импульс обладает энергией, достаточной для возбуждения флюоресценции во всех изделиях, находящихся внутри зоны обнаружения. Понятно, что, как указано выше, изделия могут также являться самофлюоресцирующими.
В этом варианте осуществления посредством алгоритма обнаружения цели осуществляют распознавание всех обнаруживаемых типов светового излучения, испускаемого изделиями, яркость которого превышает заранее заданное пороговое значение. Данные о местоположении целей, зарегистрированных системой обнаружения, могут быть затем последовательно переданы в систему наведения, систему возбуждения и в приемную систему для их распознавания и необязательной сортировки изделий, находящихся в зоне обнаружения.
Система наведения направляет излучение от системы возбуждения и излучение отклика от светоактивного материала в приемную систему. Однако специалист в данной области техники должен понимать, что под объем патентных притязаний данного изобретения подпадают и другие варианты его осуществления. Например, один из вариантов осуществления может включать только устройство возбуждения, излучение от которого направляют через систему наведения, а для сбора излучения отклика от светоактивного материала приемное устройство осуществляет просмотр всей зоны обнаружения по отдельным участкам, или наоборот. В другом варианте осуществления ориентация каждого из устройства: устройства обнаружения, устройства возбуждения и приемного устройства, может быть выполнена посредством системы наведения.
Несмотря на то, что описание изложено применительно к предпочтительным вариантам осуществления, следует понимать, что для специалиста в данной области техники очевидна возможность некоторых видоизменений идей этого изобретения. Например, подразумевают, что идея этого изобретения не ограничена распознаванием и необязательной сортировкой какого-либо конкретного типа изделий. Специалистам в данной области техники понятно, что идея этого изобретения, по существу, может быть использована для широкого круга прикладных задач, в которых выполняют распознавание.
Может оказаться желательным использование устройства считывания для широкого класса закодированных объектов, при этом одна длина волны от источника возбуждения является недостаточной для создания требуемого возбуждения для всех объектов. В этом случае источник возбуждения может быть выполнен таким образом, что содержит в себе множество длин волн. В одном из вариантов осуществления посредством нелинейного оптического процесса (например, посредством стоксова сдвига) выполняют генерацию второй длины волны из первой длины волны и обеспечивают коллинеарность этих двух длин волн путем использования одного из ранее описанных устройств, представляющих собой разделительный фильтр. В предпочтительном варианте эти два луча проходят через систему наведения коллинеарно.
Кроме того, может оказаться желательным определение иных характеристик изделия, чем закодированный материал. Например, может оказаться целесообразным определение цвета изделия, на которое нанесен закодированный материал. В этом варианте осуществления определение других характеристик изделия может быть выполнено путем введения в состав приемника устройства считывания других подходящих регистрирующих устройств в дополнение к спектрометру из предпочтительного варианта осуществления. Оптическая ось этого дополнительного регистрирующего устройства (устройств) может быть выполнена коллинеарной по отношению к оптической оси приемника посредством узла разделительного фильтра. Для обеспечения измерения этих других характеристик изделия в местах, расположенных поблизости от месторасположения закодированного материала, может оказаться желательным, чтобы поле обзора дополнительного регистрирующего устройства (устройств) было выполнено существенно большим, чем поле обзора спектрометра.
В одном из вариантов осуществления устройство считывания может выполнять обнаружение целей в двумерном поле обзора (посредством камеры, регистрирующей двумерное изображение) и возбуждение/регистрацию целей в двумерном поле обзора (посредством двумерной системы наведения). Однако, принимая во внимание возможности обнаружения, которые ограничены использованием только одного измерения (посредством камеры с однострочным сканированием) или регистрации в одной точке (посредством одноэлементного регистрирующего устройства, например фотоприемника, в котором не осуществляют формирование изображения), могут быть созданы и другие варианты осуществления, более подробное описание которых будет приведено ниже. Также может быть рассмотрено устройство наведения, возможности которого ограничены только одним измерением (устройство сканирования по одной оси) или возбуждением/регистрацией спектра в одной точке (устройство сканирования отсутствует). Возможны также и различные перестановки. Применение системы считывания прежнего типа (сканирование по одной оси) является особенно целесообразным в том случае, когда закодированный материал нанесен на изделия в известном месте вдоль координаты, параллельной направлению перемещения вдоль устройства транспортировки. В этом случае может быть использовано движение транспортера, заменяющее собой функцию устройства сканирования. При такой компоновке могут возникать погрешности, обусловленные параллаксом (что показано на Фиг.5), но она является наиболее целесообразной в том случае, когда изделия лежат в плоскости устройства транспортировки. В этом варианте также используют источник стимулирующего воздействия, который может создавать непрерывное выходное излучение или, по меньшей мере, такую частоту следования импульсов, которая в совокупности со скоростью устройства транспортировки обеспечивает надлежащую пространственную разрешающую способность в направлении перемещения. Система считывания последнего типа (отсутствие сканирования) может быть использована в том случае, когда местоположение закодированного материала на изделии является известным по обеим осям изделия. Аналогично предыдущему случаю в устройстве считывания для обеспечения функции сканирования используют перемещение изделия устройством транспортировки.
Другой вариант осуществления применяют в том случае, когда код на изделии рассредоточен по нескольким отдельным местам и когда расстояние межу ними является большим, чем пространственная разрешающая способность системы наведения. Например, для оптического кода может потребоваться множество длин волн и, следовательно, множество кодирующих материалов, определение соотношения между которыми может представлять собой сложную задачу. В этом случае система обнаружения определяет местоположение на изделии каждого из отдельных материалов, составляющих единое целое. Затем система считывания последовательно выполняет наведение, возбуждение и регистрацию длины волны оптического излучения от каждого из материалов, расположенных на изделии, после чего осуществляет "построение" кода посредством соответствующего объединения или последовательного соединения отдельных зарегистрированных длин волн.
Вышеописанные устройства и способы содержат в себе операцию определения местоположения материала, подобного лазеру, который введен в подложку или расположен на ней, выполняемую посредством регистрации флюоресценции материалов с использованием источника 52 стимулирующего воздействия, а затем с использованием источника 1 возбуждения осуществляют возбуждение материала, посредством чего обеспечивают генерацию им лазерного излучения.
Затем согласно сущности настоящего изобретения, после того как путем использования флюоресценции согласно нескольким описанным ниже способам обнаружен материал, генерирующий лазерное излучение, необходимо некоторое время для прицеливания на этот материал. Перед подачей материала, генерирующего лазерное излучение, в поле обзора или в зону обнаружения источника 1 возбуждения уже известны данные о местоположении цели относительно регистрирующего устройства, посредством которого осуществляют поиск, например устройства 56, представляющего собой камеру, и о скорости устройства транспортировки изделия 30. Такой подход представляет собой расширенное толкование принципа осуществления "поиска, наведения и выстрела", поскольку вместо средства сканирования, например устройства 58 управления положением луча, используемого для прицеливания, применяют устройство транспортировки изделия 30.
В общем случае, принцип "поиска, наведения и выстрела" можно использовать для расшифровки кода материалов, генерирующих лазерное излучение (например, защитных нитей или волокон), которые введены в состав подложек, например банкнот.
Способ "поиска, наведения и выстрела" может быть осуществлен несколькими способами, которые в значительной степени отличаются между собой по способу регистрации флюоресценции. Приведенные в качестве примера варианты содержат в себе следующие подходы: устройство регистрации двумерного изображения, например камера 56, изображенная на Фиг.9, камера с однострочным сканированием и одноэлементное регистрирующее устройство.
В первом варианте осуществляют формирование изображения сразу всей подложки при одновременном облучении ее излучением, стимулирующим флюоресценцию. Посредством алгоритма обработки изображений, выполнение которого осуществляют в устройстве 41 обработки, выбирают участок подложки, который содержит в себе материал, генерирующий лазерное излучение, и находится в поле обзора источника 1 возбуждения. В тот момент времени, определяемый путем измерения времени, затрачиваемого на перемещение подложки устройством транспортировки, когда область прицеливания доходит до источника возбуждения 1, включают источник 1 возбуждения и осуществляют регистрацию лазерного излучения, полученного в результате генерации. Если поле обзора источника 1 возбуждения может быть увеличено таким образом, чтобы им был охвачен весь размер подложки по ее поперечной оси, например, путем использования средства сканирования, то посредством совокупности времени и средства сканирования, например устройства 58 управления положением луча, можно осуществлять прицеливание, по существу, по всей площади подложки.
Второй вариант может быть реализован, по меньшей мере, двумя способами. Со ссылкой на Фиг.10А, первый способ состоит в использовании камеры 56А с однострочным сканированием, ось сканирования которой параллельна оси транспортировки. Таким образом, камера 56А формирует изображение сразу всей подложки или изделия 30, например банкноты, содержащей в себе, по меньшей мере, один защитный элемент 30А, но только в том месте поперечной оси, которое совпадает с полем обзора источника возбуждения. Она, по существу, выполняет ту же самую функцию, что и устройство регистрации двумерного изображения (например, камера 56), но без универсальности, обусловленной наличием устройства сканирования вдоль поперечной оси; а прицеливание осуществляют только на те материалы, генерирующие лазерное излучение, которые расположены вдоль линии, параллельной оси транспортировки, проходящей через (теперь) неподвижное поле обзора источника 1 возбуждения. Со ссылкой на Фиг.10Б, второй способ состоит в том, что ось камеры 56А с однострочным сканированием ориентируют вдоль направления поперечной оси, которая обычно перпендикулярна по отношению к оси транспортировки. Поскольку устройство транспортировки перемещает подложку или изделие 30 мимо камеры 56А, камера 56А осуществляет накопление двумерного изображения флюоресценции подложки. Для определения местоположения участка подложки, содержащего в себе материал, генерирующий лазерное излучение (в данном случае - защитный элемент 30А), может быть осуществлена обработка этого изображения точно таким же способом, как и в случае устройства 56 регистрации двумерного изображения, что, следовательно, приводит к повышению точности прицеливания вследствие использования принципа сканирования вдоль одной оси. Понятно, что при использовании этого последнего принципа не обязательно осуществлять просмотр сразу всей подложки.
На Фиг.10В показан третий вариант, в котором для накопления строки сканирования по подложке в том же самом месте поперечной оси, что и поле обзора источника возбуждения, используют одноэлементное регистрирующее устройство 56Б. Посредством алгоритма обработки, выполняемого в устройстве 41 обработки, определяют местоположение участка подложки, который содержит в себе материал, генерирующий лазерное излучение, а источник 1 возбуждения включают в тот момент, когда этот участок входит в его поле обзора.
Во всех раскрытых способах поиска, в которых не используют средство сканирования в направлении поперечной оси, плотность размещения материала, генерирующего лазерное излучение, по площади подложки в предпочтительном варианте является достаточно высокой, чтобы обеспечить наличие, по меньшей мере, одного участка материала, генерирующего лазерное излучение, в области подложки, образованной шириной поля обзора источника 1 возбуждения вдоль поперечной оси и шириной подложки (размером по оси транспортировки). В отличие от этого при использовании средства сканирования вдоль поперечной оси необходимо, чтобы на всей подложке находился только один участок материала, генерирующего лазерное излучение. Оптимальный выбор способа регистрации и использования устройства сканирования обусловлен, прежде всего, экономическими соображениями, требуемой точностью регистрации и желательной степенью защиты, обеспечиваемой элементом 30А, при этом степень защиты, обеспечиваемая элементом 30А, по всей вероятности, значительно возрастает в том случае, если в каждой подложке имеется только один защитный элемент 30А, например один в каждой банкноте.
Защитный элемент 30А может представлять собой один или большее количество кусочков "Лазерной нити" (LaserThread™) и/или одну или большее количество планшеток, посредством которых может быть осуществлена генерация лазерного излучения, и/или ленту, либо иную структуру, которая может вырабатывать излучение, подобное лазерному, при облучении ее источником 1 возбуждения. Несмотря на то что наличие или отсутствие излучения на одной или большем количестве длин волн может служить в качестве показателя, свидетельствующего о таком отличительном признаке, как, например, аутентичность или подлинность исследуемого изделия, например банкноты, денежного знака, чека, кредитного билета и т.д., которые все вместе для удобства именуют здесь банкнотой, наличие или отсутствие излучения может быть использовано также и для других задач. Этими другими задачами являются, в том числе, определение одного или большего количества иных отличительных признаков, например стоимость или номинал банкноты и/или место выпуска банкноты, но эти примеры не являются ограничивающими. Излучение также может быть использовано просто для подсчета банкнот. Все эти различные действия могут быть названы общим термином "обработка банкноты", содержащей в себе, по меньшей мере, один защитный элемент.
Несмотря на то что подробное раскрытие и описание изобретения были изложены применительно к предпочтительным вариантам его осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть выполнены изменения, касающиеся формы и подробностей, не выходя за пределы существа и объема изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВОЛОС | 2009 |
|
RU2497478C2 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ | 2005 |
|
RU2375751C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ | 2009 |
|
RU2428742C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ | 2012 |
|
RU2491641C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ | 2011 |
|
RU2451339C1 |
| ОДНОВРЕМЕННЫЕ АУТЕНТИФИКАЦИЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ | 2016 |
|
RU2710134C2 |
| ОДНОВРЕМЕННЫЕ АУТЕНТИФИКАЦИЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ | 2016 |
|
RU2710137C2 |
| ОДНОВРЕМЕННЫЕ АУТЕНТИФИКАЦИЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ЗАЩИЩЕННОГО ИЗДЕЛИЯ | 2016 |
|
RU2711864C2 |
| СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛКИ И КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ИЗДЕЛИЙ | 2011 |
|
RU2450358C1 |
| СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЛИННОСТИ ДОКУМЕНТОВ И ДЕНЕЖНЫХ ЗНАКОВ | 2016 |
|
RU2625253C1 |
Изобретение относится к средствам оптического распознавания объектов с оптическим кодированием. Техническим результатом является обеспечение управления местоположением и ориентацией светоактивных материалов, используемых при распознавании. Банкноту со светоактивным защитным элементом перемещают вдоль траектории транспортировки, облучают источником стимулирующего воздействия и распознают местоположение защитного элемента путем регистрации излучения от защитного элемента, направляют источник возбуждения в распознанное местоположение и облучают защитный элемент, регистрируют дополнительное излучение от светоактивного защитного элемента, полученное в ответ на свет из источника возбуждения. Этап распознавания выполняют камерой с однострочным сканированием, ось сканирования которой параллельна или перпендикулярна оси транспортировки. Зарегистрированное дополнительное излучение может представлять собой оптический код для распознавания, по меньшей мере, одного отличительного признака банкноты. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 15 ил.
| US 5960103 А, 28.09.1999 | |||
| НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЕГО АУТЕНТИЧНОСТИ | 1996 |
|
RU2175777C2 |
| US 5535127 A, 09.07.1996 | |||
| Экономайзер | 0 |
|
SU94A1 |
| US 4461028 А, 17.07.1984 | |||
| US 5953427 A, 14.09.1999. | |||
