DE102023120038A1 - Sensor device for testing a data carrier with luminescence feature, test device and test method - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (20) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere eines Wertpapiers, mit einem Lumineszenzmerkmal (12) mit einer Anregungsstrahlungquelle (22) zur Anregung des Lumineszenzmerkmals (12), und einer Detektionseinrichtung (26) zur Aufnahme des als Antwort auf die Anregung des Lumineszenzmerkmals durch Strahlung der Anregungsstrahlungquelle von dem Lumineszenzmerkmal emittierten Signalstrahlungs (28). Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Detektionseinrichtung (26) zumindest zwei Photodioden-basierte Detektionskanäle (32, 34) mit unterschiedlicher Bandbreite enthält.

The invention relates to a sensor device (20) for checking a flat data carrier (10), in particular a security, with a luminescence feature (12) with an excitation radiation source (22) for exciting the luminescence feature (12), and a detection device (26) for receiving the signal radiation (28) emitted by the luminescence feature in response to the excitation of the luminescence feature by radiation from the excitation radiation source. According to the invention, it is provided that the detection device (26) contains at least two photodiode-based detection channels (32, 34) with different bandwidths.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für die Prüfung eines flächigen Datenträgers, insbesondere eines Wertdokuments, der ein Lumineszenzmerkmal aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Prüfvorrichtung mit einer solchen Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Prüfung eines mit einem Lumineszenzmerkmal ausgestatteten flächigen Datenträgers mit Hilfe einer solchen Sensoreinrichtung.The invention relates to a sensor device for testing a flat data carrier, in particular a value document, which has a luminescent feature. The invention also relates to a testing device with such a sensor device and a method for testing a flat data carrier equipped with a luminescent feature with the aid of such a sensor device.

Zur Absicherung von Wertdokumenten und zu deren Echtheitsprüfung und/oder Klassifizierung ist es bekannt, maschinell prüfbare Sicherheitsmerkmale in die Wertdokumente ein- bzw. auf diese aufzubringen. Als maschinelle Prüfung kommt oft eine optische Prüfung zum Einsatz. Bei den maschinell prüfbaren Sicherheitsmerkmalen kann es sich beispielsweise um Lumineszenzmerkmale handeln, insbesondere für das menschliche Auge unsichtbare, im infraroten (IR) Spektralbereich emittierende Lumineszenzmerkmale. Als besonders vorteilhaft haben sich Lumineszenzmerkmale erwiesen, die sowohl im Infraroten anregbar sind als auch im Infraroten emittieren. Die Lumineszenzstoffe des Merkmals werden dabei vorteilhaft so niedrig wie für eine zuverlässige messtechnische Detektion noch möglich dosiert, um ein gut verstecktes Sicherheitsmerkmal zu erzeugen, das von einem potentiellen Fälscher nur schwer analysiert werden kann.To protect valuable documents and to check their authenticity and/or classification, it is known to incorporate machine-verifiable security features into or onto the valuable documents. An optical test is often used as a machine test. Machine-verifiable security features can be, for example, luminescent features, in particular luminescent features that are invisible to the human eye and emit in the infrared (IR) spectral range. Luminescent features that can be excited in the infrared and also emit in the infrared have proven to be particularly advantageous. The luminescent substances of the feature are advantageously dosed as low as possible for reliable metrological detection in order to create a well-hidden security feature that is difficult for a potential counterfeiter to analyze.

Bei der Echtheitsprüfung und/oder Klassifizierung wird ein Wertdokument von einem Sensor mit Anregungsstrahlung beleuchtet, und die vom Wertdokument emittierte Strahlung detektiert, um charakteristische Eigenschaften des Lumineszenzmerkmals bzw. die Merkmalsintensität zu bestimmen.During authenticity testing and/or classification, a value document is illuminated with excitation radiation by a sensor, and the radiation emitted by the value document is detected in order to determine characteristic properties of the luminescence feature or the feature intensity.

Dabei besteht das allgemeine Problem, dass für eine zuverlässige Detektion auch geringer Mengen an Lumineszenzstoff ein möglichst empfindlicher und rauscharmer Detektor eingesetzt werden muss. Andererseits kann es notwendig sein, dass der Sensor schnell arbeitet d.h. eine gute Zeitauflösung aufweisen muss. Diese Anforderungen sind aber nur sehr schwer oder nicht gleichzeitig zu erfüllen, so dass für die Echtheitsprüfung stets ein Kompromiss zwischen diesen beiden Anforderungen eingegangen werden muss.The general problem is that for reliable detection of even small amounts of luminescent substance, a detector that is as sensitive and low-noise as possible must be used. On the other hand, it may be necessary for the sensor to work quickly, i.e. to have good time resolution. However, these requirements are very difficult or impossible to meet at the same time, so a compromise between these two requirements must always be made for authenticity testing.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung anzugeben, mit dem sich Lumineszenzmerkmale auch bei Einsatz geringer Lumineszenzstoffmengen zuverlässig und fehlerfrei detektieren lassen.Based on this, the invention is based on the object of specifying a generic sensor device with which luminescence features can be reliably and error-free detected even when using small amounts of luminescent substance.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung weist ein Sensorelement für die Prüfung eines flächigen Datenträgers mit einem Lumineszenzmerkmal eine Anregungsstrahlungquelle zur Anregung des Lumineszenzmerkmals und eine Detektionseinrichtung zur Aufnahme der als Antwort auf die Anregung des Lumineszenzmerkmals durch Strahlung der Anregungsstrahlungquelle von dem Lumineszenzmerkmal emittierten Lumineszenz- bzw. Signalstrahlung auf. Bei dem flächigen Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, beispielsweise eine Banknote, handeln. Die Detektionseinrichtung weist dabei zumindest zwei Photodioden-basierte Detektionskanäle mit unterschiedlicher Bandbreite auf. Genauer weist die Detektionseinrichtung wenigstens zwei Detektionskanäle auf, die jeweils wenigstens eine Photodiode und eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen der Photodiode und Abgabe eines entsprechenden Detektionssignals aufweisen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtungen unterschiedliche Bandbreiten aufweisen. Dabei ist die Bandbreite die elektrische Bandbreite.According to the invention, a sensor element for testing a flat data carrier with a luminescence feature has an excitation radiation source for exciting the luminescence feature and a detection device for receiving the luminescence or signal radiation emitted by the luminescence feature in response to the excitation of the luminescence feature by radiation from the excitation radiation source. The flat data carrier can in particular be a value document, for example a banknote. The detection device has at least two photodiode-based detection channels with different bandwidths. More precisely, the detection device has at least two detection channels, each of which has at least one photodiode and a signal processing device for processing signals from the photodiode and emitting a corresponding detection signal, the signal processing devices having different bandwidths. The bandwidth is the electrical bandwidth.

Durch den Einsatz mehrerer Detektionskanäle unterschiedlicher Bandbreite umgeht die Erfindung die prinzipielle Limitierung, dass optische Detektoren nur entweder schneller oder rauschärmer ausgelegt werden können. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Erfindung mit besonderem Vorteil in einem Sensor verwirklicht werden kann, dessen Digitalsignalverarbeitungssystem nicht so leistungsfähig ausgelegt werden kann oder soll, um bei hoher Samplerate die Rauscharmut eines dahingehend dimensionierten analogen Detektionskanals durch digitale Signalnachverarbeitung wie Filterung oder Mittelung zu emulieren.By using several detection channels with different bandwidths, the invention circumvents the fundamental limitation that optical detectors can only be designed to be either faster or less noisy. In practice, it has been shown that the invention can be implemented with particular advantage in a sensor whose digital signal processing system cannot or should not be designed to be powerful enough to emulate the low noise of a suitably dimensioned analog detection channel at a high sampling rate through digital signal post-processing such as filtering or averaging.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes unterschiedlicher Detektionskanäle besteht in der Möglichkeit, die elektronischen Komponenten des Detektionskanals mit der geringeren Bandbreite, insbesondere einen oder mehrere dort eingesetzte Operationsverstärker, mit optimal angepassten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Eigenrauschen und/oder Stromverbrauch auswählen zu können. Dadurch kann ein deutlich geringeres Rauschniveau erreicht werden als bei herkömmlichen Lösungen mit nur einem einzigen Detektionskanal mit hoher Bandbreite und digitaler Signalnachverarbeitung.A further advantage of using different detection channels is the possibility of selecting the electronic components of the detection channel with the lower bandwidth, in particular one or more operational amplifiers used there, with optimally adapted properties, in particular with regard to inherent noise and/or power consumption. This makes it possible to achieve a significantly lower noise level than with conventional solutions with only a single detection channel with high bandwidth and digital signal post-processing.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Anregungsstrahlungquelle eine Infrarot-Anregungsstrahlungquelle und die Photodioden sind Infrarot-empfindlich Photodioden.In a preferred embodiment, the excitation radiation source is an infrared excitation radiation source and the photodiodes are infrared-sensitive photodiodes.

Die Detektionskanäle sind in einer vorteilhaften Erfindungsvariante auf die Erfassung von Strahlung desselben Spektralbereichs, insbesondere desselben infraroten Spektralbereichs, ausgelegt. In diesem Fall enthalten die Detektionskanäle vorteilhaft jeweils gleiche Photodioden.In an advantageous variant of the invention, the detection channels are designed to detect radiation in the same spectral range, in particular the same infrared spectral range. In this case, the detection channels advantageously each contain the same photodiodes.

In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante sind die Detektionskanäle auf die Erfassung von Signallicht in unterschiedlichen Spektralbereichen, insbesondere in unterschiedlichen Spektralbereichen im Infraroten, ausgelegt. Die Detektionskanäle können in diesem Fall gleiche Photodioden enthalten, die mit unterschiedlichen optischen Filtern kombiniert sind, um unterschiedliche Spektralbereiche zu erfassen. Die Detektionskanäle können allerdings auch unterschiedliche Photodioden mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit enthalten. Beispielsweise enthalten die unterschiedlichen Photodioden Materialien mit unterschiedlichen Dotierungen oder Materialien mit unterschiedlicher Bandlücke, wie etwa Si und InGaAs.In another, equally advantageous variant of the invention, the detection channels are designed to detect signal light in different spectral ranges, in particular in different spectral ranges in the infrared. In this case, the detection channels can contain identical photodiodes combined with different optical filters in order to detect different spectral ranges. However, the detection channels can also contain different photodiodes with different spectral sensitivities. For example, the different photodiodes contain materials with different doping or materials with different band gaps, such as Si and InGaAs.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass zumindest ein Detektionskanal, insbesondere dessen Signalverarbeitungseinrichtung, eine Verstärkerstufe mit umschaltbarer Bandbreite enthält.It is advantageously provided that at least one detection channel, in particular its signal processing device, contains an amplifier stage with switchable bandwidth.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung enthalten die zwei Detektionskanäle jeweils eine Verstärkerstufe mit individuell einstellbarer Verstärkung und/ oder Bandbreite, wobei jede der Verstärkerstufen durch Zuschalten bzw. Abschalten von Widerständen und Kondensatoren der jeweiligen Verstärkerstufe konfigurierbar ist.In a particularly advantageous embodiment, the two detection channels each contain an amplifier stage with individually adjustable gain and/or bandwidth, wherein each of the amplifier stages can be configured by switching resistors and capacitors of the respective amplifier stage on or off.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist ein erster der Detektionskanäle eine kleinere Bandbreite auf, die zwischen 2 kHz und 20 kHz liegt, und ein zweiter der Detektionskanäle eine größere Bandbreite auf, die zwischen 20 kHz und 200 kHz liegt.In a practical embodiment, a first of the detection channels has a smaller bandwidth, which lies between 2 kHz and 20 kHz, and a second of the detection channels has a larger bandwidth, which lies between 20 kHz and 200 kHz.

In allen Gestaltungen liegt das Verhältnis der größeren Bandbreite zur kleineren Bandbreite bevorzugt zwischen 2 und 20, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10, wobei jeweils die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise kann der Detektionskanal mit der kleineren Bandbreite eine Bandbreite von 10 kHz und der Detektionskanal mit der größeren Bandbreite eine Bandbreite von 20 kHz (Verhältnis = 2) oder sogar eine Bandbreite von 50 kHz (Verhältnis = 5) aufweisen.In all designs, the ratio of the larger bandwidth to the smaller bandwidth is preferably between 2 and 20, particularly preferably between 5 and 10, with the limits in each case included. For example, the detection channel with the smaller bandwidth can have a bandwidth of 10 kHz and the detection channel with the larger bandwidth can have a bandwidth of 20 kHz (ratio = 2) or even a bandwidth of 50 kHz (ratio = 5).

Weiter kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Detektionskanäle, vorzugsweise deren Signalverarbeitungseinrichtungen, unterschiedliche Verstärkung aufweisen, wobei das Verhältnis der größeren Verstärkung zur kleineren Verstärkung zwischen 2 und 20, bevorzugt zwischen 5 und 10, Grenzen jeweils einschließlich, liegt.Furthermore, it can advantageously be provided that the detection channels, preferably their signal processing devices, have different amplification, wherein the ratio of the larger amplification to the smaller amplification is between 2 and 20, preferably between 5 and 10, limits inclusive.

Auch wenn in dieser Beschreibung zur Illustration Gestaltungen mit genau zwei Detektionskanälen beschrieben werden, versteht sich, dass die Detektionseinrichtung auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, Detektionskanäle unterschiedlicher Bandbreite enthalten kann.Even if this description describes designs with exactly two detection channels for illustration purposes, it is understood that the detection device can also contain more than two, for example three or four, detection channels of different bandwidths.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Prüfvorrichtung für die Prüfung eines mit einem Lumineszenzmerkmal ausgestatteten flächigen Datenträgers, insbesondere eines Wertdokuments, mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und mit einer Transporteinrichtung, die die zu prüfenden flächigen Datenträger entlang eines Transportpfades in einen Wechselwirkungsbereich, in dem das Lumineszenzmerkmal des Datenträgers durch die Anregungslichtquelle beleuchtbar und vorzugsweise so angeregte Lumineszenzstrahlung durch die Detektionseinrichtung erfassbar ist, einbringt bzw. durch den Wechselwirkungsbereich hindurchführt.The invention also relates to a testing device for testing a flat data carrier equipped with a luminescence feature, in particular a value document, with a sensor device according to the invention and with a transport device which introduces the flat data carrier to be tested along a transport path into an interaction region in which the luminescence feature of the data carrier can be illuminated by the excitation light source and preferably luminescence radiation excited in this way can be detected by the detection device, or guides it through the interaction region.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Prüfung eines mit einem Lumineszenzmerkmal ausgestatteten flächigen Datenträgers mittels eines Sensorelements der beschriebenen Art. Bei dem Verfahren wird das Lumineszenzmerkmal des Datenträgers mit Anregungsstrahlung, insbesondere im infraroten Spektralbereich, beaufschlagt, wird das als Antwort von dem Lumineszenzmerkmal emittierten Signallicht von einer Detektionseinrichtung aufgenommen, die wenigstens zwei Detektionskanäle aufweist, die jeweils wenigstens eine Photodiode und eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen der Photodiode und Abgabe eines entsprechenden Detektionssignals aufweisen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtungen unterschiedliche Bandbreiten aufweisen und es werden aus den von den zumindest zwei Detektionskanälen aufgenommenen Signalen charakteristische Eigenschaften des Lumineszenzmerkmals und/oder eine Merkmalsintensität bestimmt.The invention also relates to a method for testing a flat data carrier equipped with a luminescence feature by means of a sensor element of the type described. In the method, the luminescence feature of the data carrier is exposed to excitation radiation, in particular in the infrared spectral range, the signal light emitted in response from the luminescence feature is recorded by a detection device which has at least two detection channels, each of which has at least one photodiode and a signal processing device for processing signals from the photodiode and emitting a corresponding detection signal, wherein the signal processing devices have different bandwidths and characteristic properties of the luminescence feature and/or a feature intensity are determined from the signals recorded by the at least two detection channels.

Das Lumineszenzmerkmal ist dabei vorteilhaft so ausgelegt, dass das emittierte Signallicht, wie die Anregungsstrahlung, im für menschliche Beobachter nicht sichtbaren infraroten Spektralbereich liegt.The luminescence feature is advantageously designed so that the emitted signal light, like the excitation radiation, lies in the infrared spectral range, which is not visible to human observers.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.Further embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in which a true-to-scale and true-to-proportion reproduction was omitted in order to increase clarity.

Es zeigen:

• 1 schematisch eine Prüfvorrichtung eines Banknotenbearbeitungssystems für die Prüfung bzw. Klassifizierung einer Banknote,
• 2 ein Prinzipschaltbild mit einem Detektionskanal mit einer Photodiode und einem Verstärkerblock und einem Digitalsignalverarbeitungssystem,
• 3 ein Prinzipschaltbild mit einem Detektionskanal wie in2, bei dem die erste Verstärkerstufe ein zusätzliches zweites mittels eines Schalters zuschaltbares RC-Glied enthält,
• 4 ein Prinzipschaltbild mit einem Detektionskanal wie in3, erweitert um zusätzliche zuschaltbare RC-Glieder,
• 5 ein Prinzipschaltbild einer Sensoreinrichtung mit zwei Detektionskanälen, und
• 6 ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung mit zwei Detektionskanälen gemäß2, und
• 7 ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung mit einem Detektionskanal geringerer Bandbreite gemäß2 und einem Detektionskanal höherer Bandbreite gemäß3.

They show:

• 1 schematically a checking device of a banknote processing system for checking or classifying a banknote,
• 2 a schematic diagram with a detection channel with a photodiode and an amplifier block and a digital signal processing system,
• 3 a schematic diagram with a detection channel as in 2 , in which the first amplifier stage contains an additional second RC element that can be switched on by means of a switch,
• 4 a schematic diagram with a detection channel as in 3 , extended by additional switchable RC elements,
• 5 a schematic diagram of a sensor device with two detection channels, and
• 6 a concrete embodiment of a sensor device with two detection channels according to 2 , and
• 7 a concrete embodiment of a sensor device with a detection channel of lower bandwidth according to 2 and a higher bandwidth detection channel according to 3 .

Die Erfindung wird nun am Beispiel der Echtheitsprüfung von Wertdokumenten, im Beispiel Banknoten, erläutert.1 zeigt dazu schematisch eine Prüfvorrichtung eines Banknotenbearbeitungssystems für die Prüfung und/oder Klassifizierung einer Banknote 10, die mit einem im IR-anregbaren und im IR emittierenden Lumineszenzmerkmal 12 ausgestattet ist.The invention will now be explained using the example of authenticating valuable documents, in this case banknotes. 1 shows schematically a testing device of a banknote processing system for the testing and/or classification of abanknote 10, which is equipped with an IR-excitable and IR-emitting luminescence feature 12.

Die Prüfvorrichtung enthält eine Sensoreinrichtung 20 und eine Transporteinrichtung 21, die das Wertdokument 10 in einer Transportrichtung T an der Sensoreinrichtung 20 vorbeitransportiert.The testing device contains asensor device 20 and atransport device 21 which transports thevalue document 10 in a transport direction T past thesensor device 20.

Die Sensoreinrichtung 20 weist eine Anregungsstrahlungquelle 22 zur Anregung des Lumineszenzmerkmals 12 mit Anregungsstrahlung 24 und eine Detektionseinrichtung 26 zur Aufnahme der von dem Lumineszenzmerkmal 12 als Antwort emittierten Lumineszenzstrahlung bzw. Signalstrahlung 28 auf. Eine Steuer- und Auswerteinheit 30 der Sensoreinrichtung 20 dient der Ansteuerung der Anregungsstrahlungquelle 22 und der Detektionseinrichtung 26, sowie der Weiterverarbeitung und Auswertung der erfassten Signale.Thesensor device 20 has anexcitation radiation source 22 for exciting theluminescence feature 12 withexcitation radiation 24 and adetection device 26 for receiving the luminescence radiation orsignal radiation 28 emitted by theluminescence feature 12 as a response. A control andevaluation unit 30 of thesensor device 20 serves to control theexcitation radiation source 22 and thedetection device 26, as well as to further process and evaluate the detected signals.

Bei der Echtheitsprüfung bzw. Klassifizierung wird die Banknote 10 von der Anregungsstrahlungquelle 22 mit Anregungsstrahlung, hier mit IR-Anregungsstrahlung 24 beleuchtet und das Lumineszenzmerkmal 12 dadurch zur Lumineszenz angeregt. Die als Antwort von dem Lumineszenzmerkmal 12 emittierte Lumineszenz- bzw. Signalstrahlung 28 wird von der Detektionseinrichtung 26 aufgenommen und die Steuer- und Auswerteinheit 30 ermittelt aus den erfassten Signalen charakteristische Eigenschaften des Lumineszenzmerkmals 12 und/oder die Merkmalsintensität. Die so ermittelten charakteristischen Eigenschaften bzw. Intensitäten werden dann mit Referenz- oder Schwellwerten verglichen, um das Lumineszenzmerkmal 12 und damit die Banknote 10 einer von mehreren vorgegebenen Klassen zuzuordnen. Im Falle einer Echtheitsprüfung kann die Banknote beispielsweise einer der beiden Klassen „echt“ und „fälschungsverdächtig“ zugeordnet werden.During the authenticity check or classification, thebanknote 10 is illuminated by theexcitation radiation source 22 with excitation radiation, here withIR excitation radiation 24, and theluminescence feature 12 is thereby excited to luminescence. The luminescence orsignal radiation 28 emitted as a response from theluminescence feature 12 is recorded by thedetection device 26 and the control andevaluation unit 30 determines characteristic properties of theluminescence feature 12 and/or the feature intensity from the detected signals. The characteristic properties or intensities determined in this way are then compared with reference or threshold values in order to assign theluminescence feature 12 and thus thebanknote 10 to one of several predetermined classes. In the case of an authenticity check, the banknote can, for example, be assigned to one of the two classes "genuine" and "suspected of being a counterfeit".

Als Besonderheit enthält die Detektionseinrichtung 26 zwei Photodioden-basierte Detektionskanäle 32, 34, nämlich konkret einen ersten Detektionskanal 32 mit niedrigerer Bandbreite, vorzugsweise im Bereich von 2 kHz bis 20 kHz, und einen zweiten Detektionskanal 34 mit höherer Bandbreite, vorzugsweise im Bereich von 20 kHz bis 200 kHz.As a special feature, thedetection device 26 contains two photodiode-baseddetection channels 32, 34, namely afirst detection channel 32 with a lower bandwidth, preferably in the range from 2 kHz to 20 kHz, and asecond detection channel 34 with a higher bandwidth, preferably in the range from 20 kHz to 200 kHz.

Durch den Einsatz zweier Detektionskanäle 32, 34 unterschiedlicher Bandbreite können die eingangs genannten Limitierungen überwunden werden und es kann eine Detektionseinrichtung 26 bereitgestellt werden, die die Lumineszenzmerkmale 12 der Banknoten 10 sowohl schnell als auch hochempfindlich erfassen kann.By using twodetection channels 32, 34 of different bandwidths, the limitations mentioned above can be overcome and adetection device 26 can be provided which can detect the luminescence features 12 of thebanknotes 10 both quickly and with high sensitivity.

Bei der Gestaltung der1 können die Detektionskanäle 32, 34 in einer Erfindungsvariante jeweils Photodioden enthalten, die auf Erfassung desselben Spektralbereichs ausgelegt sind. Der zweite Detektionskanal 34 mit hoher Bandbreite dient dann der Erfassung der Dynamik, insbesondere des Abklingverhaltens der emittierten Lumineszenzstrahlung, während der aufgrund seiner niedrigeren Bandbreite rauscharme erste Detektionskanal 32 eine präzise Intensitätsbestimmung erlaubt.When designing the 1 In a variant of the invention, thedetection channels 32, 34 can each contain photodiodes that are designed to detect the same spectral range. Thesecond detection channel 34 with a high bandwidth then serves to detect the dynamics, in particular the decay behavior of the emitted luminescence radiation, while thefirst detection channel 32, which is low-noise due to its lower bandwidth, allows a precise intensity determination.

Alternativ können die Detektionskanäle 32, 34 auch zwei Photodioden enthalten, die auf Erfassung unterschiedlicher Spektralbereiche ausgelegt sind. Dies erlaubt die optimale Anpassung der Detektion an verschiedene nachzuweisende Lumineszenzstoffe mit unterschiedlichen Abklingzeiten.Alternatively, thedetection channels 32, 34 can also contain two photodiodes that are designed to detect different spectral ranges. This allows the detection to be optimally adapted to different luminescent substances to be detected with different decay times.

Bei den Photodioden kann es sich in diesem Fall um gleichartige Photodioden mit unterschiedlicher Filterung, aber auch um unterschiedliche Photodioden, beispielsweise aus Materialien mit unterschiedlicher Dotierung oder unterschiedlicher Bandlücke, wie etwa Si und InGaAs handeln.In this case, the photodiodes can be similar photodiodes with different filtering, but also different photodiodes, for example made of materials with different doping or different band gaps, such as Si and InGaAs.

Die Detektionseinrichtung kann auch einen Detektionskanal mit schaltbarer Bandbreite, insbesondere zwei Detektionskanäle mit individuell einstellbarer Bandbreite enthalten. Die Bandbreiten können durch Zuschalten oder Abschalten von Widerständen und Kondensatoren nach Wunsch konfiguriert werden.The detection device can also contain a detection channel with switchable bandwidth, in particular two detection channels with individually adjustable bandwidth. The bandwidths can be configured as desired by switching resistors and capacitors on or off.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden nachfolgend grundlegenden Eigenschaften und vorteilhafte Konstruktionsvarianten der Detektionseinrichtung anhand der Prinzipschaltbilder der2 bis 5 näher erläutert. Insbesondere können die Detektionskanäle 32 und/oder 34 wie im Folgenden beschrieben ausgebildet sein. Dabei werden für sich entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet und die Erläuterungen zu diesen Element gelten entsprechend, soweit nicht etwas anderes beschrieben ist. Die Anregungsstrahlungsquellen der Sensoreinrichtungen können dabei wie beschrieben ausgebildet sein, jedoch ist dies nicht notwendig.For a better understanding of the invention, basic properties and advantageous design variants of the detection device are described below using the basic circuit diagrams of the 2 to 5 explained in more detail. In particular, thedetection channels 32 and/or 34 can be designed as described below. The same reference numerals are used for corresponding elements and the explanations for these elements apply accordingly, unless otherwise described. The excitation radiation sources of the sensor devices can be designed as described, but this is not necessary.

2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Detektionskanals 42 mit einer die emittierte Signalstrahlung 28 erfassenden Photodiode 44 und einer Signalverarbeitungseinrichtung 40, die einen Verstärkerblock 46 und ein Digitalsignalverarbeitungssystem 60 umfasst. Das Digitalsignalverarbeitungssystem 60 stellt einen Teil der Steuer- und Auswerteinheit 30 dar und enthält insbesondere einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 62 und einen Prozessor 64.2 shows a schematic diagram of adetection channel 42 with aphotodiode 44 that detects the emittedsignal radiation 28 and asignal processing device 40 that includes anamplifier block 46 and a digitalsignal processing system 60. The digitalsignal processing system 60 represents part of the control andevaluation unit 30 and contains in particular an analog-digital converter (ADC) 62 and aprocessor 64.

Der Verstärkerblock 46 enthält eine erste Verstärkerstufe 50 und einen Verstärkerblock 54.Theamplifier block 46 contains afirst amplifier stage 50 and anamplifier block 54.

Die erste Verstärkerstufe 50 ist über einen Widerstand R1 und einen Kondensator C1 in Verstärkung und Bandbreite eingestellt. Die erste Verstärkerstufe 50 ist als Transimpedanzverstärker ausgelegt und bewirkt den Betrieb der Photodiode 44 im Quasi-Kurzschluss, der vorteilhaft eine lineare Umwandlung der Bestrahlungsstärke in einen elektrischen Strom über mehrere Größenordnungen bietet.Thefirst amplifier stage 50 is adjusted in gain and bandwidth via a resistor R1 and a capacitor C1. Thefirst amplifier stage 50 is designed as a transimpedance amplifier and causes thephotodiode 44 to operate in a quasi-short circuit, which advantageously offers a linear conversion of the irradiance into an electrical current over several orders of magnitude.

Die Photodiode 44 kann zur Einstellung der benötigten Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkerblocks 46 in umgekehrter Polarität betrieben werden. Mit Vorteil wird die Photodiode 44 mit einer Sperrspannung (Spannungsquelle am nicht mit dem Operationsverstärker 52 verbundenen Anschluss) betrieben, um Stromänderungszeiten bzw. Schaltzeiten zu reduzieren.Thephotodiode 44 can be operated in reverse polarity to set the required polarity of the output voltage of theamplifier block 46. Thephotodiode 44 is advantageously operated with a blocking voltage (voltage source at the terminal not connected to the operational amplifier 52) in order to reduce current change times or switching times.

Der weitere Verstärkerblock 54 enthält eine oder mehrere Verstärkerstufen, die zur optimalen Ansteuerung des ADC's 62 des Digitalsignalverarbeitungssystems 60 in Verstärkung und Bandbreite an die erste Verstärkerstufe 50 angepasst sind. Das Digitalsignalverarbeitungssystem 60 kann insbesondere als Mikrocontroller, DSP, FPGA oder ASIC ausgeführt sein. Der ADC 62 kann im Digitalsignalverarbeitungssystem 60 integriert oder als separates Bauteil ausgeführt sein.Thefurther amplifier block 54 contains one or more amplifier stages, which are adapted to thefirst amplifier stage 50 in terms of gain and bandwidth for the optimal control of theADC 62 of the digitalsignal processing system 60. The digitalsignal processing system 60 can be designed in particular as a microcontroller, DSP, FPGA or ASIC. TheADC 62 can be integrated in the digitalsignal processing system 60 or designed as a separate component.

3 zeigte ein Prinzipschaltbild eines Detektionskanals 70 einer weiteren Sensoreinrichtung, der wie der Detektionskanal 42 in2 ausgebildet ist, wobei aber die Signalverarbeitungseinrichtung 40 erweitert ist um ein zweites, mittels eines Schalters S2 zuschaltbares RC-Glied R2/ C2 zur statischen oder dynamischen Umschaltung von Verstärkung und/oder Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50.3 showed a schematic diagram of adetection channel 70 of another sensor device, which, like thedetection channel 42 in 2 is formed, but thesignal processing device 40 is extended by a second RC element R2/C2 which can be switched on by means of a switch S2 for static or dynamic switching of gain and/or bandwidth of thefirst amplifier stage 50.

Dabei ergeben sich je nach der Schalterposition S2 unterschiedliche Werte für die Verstärkung und die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50:$$\begin{array}{ll}\text{S2 offen}:\hfill & \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkung}1=\text{R}1;\hfill \\ \hfill & \text{Bandbreite}1=1/\left(2\mathrm{\pi }*\text{R}1*\text{C}1\right)\hfill \end{array}$$

$$\begin{array}{ll}\text{S2 geschlossen}:\hfill & \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkung}2=\text{R}1\Vert \text{R}2\hfill \\ \hfill & \text{Bandbreite}2=1/\left(2\mathrm{\pi }*\text{R}1\Vert \text{R}2*\left(\text{C}1+\text{C}2\right)\right)\hfill \end{array}$$

wobei R1| |R2 = R1*R2/(R1+R2) definiert ist.Depending on the switch position S2, different values for the gain and the bandwidth of thefirst amplifier stage 50 result:$$\begin{array}{ll}\text{S2 offen}:\hfill & \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkung}1=\text{R}1;\hfill \\ \hfill & \text{Bandbreite}1=1/\left(2\mathrm{\pi }*\text{R}1*\text{C}1\right)\hfill \end{array}$$

$$\begin{array}{ll}\text{S2 geschlossen}:\hfill & \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkung}2=\text{R}1\Vert \text{<figure-callout label="R" filenames="DE102023120038A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}2\hfill \\ \hfill & \text{<figure-callout label="Bandbreite" filenames="DE102023120038A1\_0004.png" state="{{state}}">Bandbreite</figure-callout>}2=1/\left(2\mathrm{\pi }*\text{R}1\Vert \text{<figure-callout label="R" filenames="DE102023120038A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}2*\left(\text{C}1+\text{C}2\right)\right)\hfill \end{array}$$

where R1| |R2 = R1*R2/(R1+R2) is defined.

„Verstärkung“ ist hierbei als Transimpedanz zu verstehen. Die Verhältnisse von Verstärkung1 zu Verstärkung2 sowie Bandbreite1 zu Bandbreite2 liegen vorteilhaft zwischen 2 und 20, insbesondere zwischen 5 und 10.“Amplification” is to be understood here as transimpedance. The ratios of gain1 to gain2 and bandwidth1 to bandwidth2 are advantageously between 2 and 20, in particular between 5 and 10.

Bei einer vorteilhaften Variante entfällt der Widerstand R2, so dass nur die Bandbreite umschaltbar ist. Die Bandbreite des Verstärkerblocks 54 wird dann an die höchste Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50 angepasst.In an advantageous variant, the resistor R2 is omitted, so that only the bandwidth can be switched. The bandwidth of theamplifier block 54 is then adapted to the highest bandwidth of thefirst amplifier stage 50.

Bei einer anderen vorteilhaften Variante sind die in dem Verstärkerblock 54 enthaltenen Verstärkerstufen auf ähnliche Weise wie in der ersten Verstärkerstufe 50 in Verstärkung und/oder Bandbreite umschaltbar ausgeführt und werden synchron mit der Verstärkung und/oder der Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50 umgeschaltet. Dadurch sind maximale Werte für das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei den unterschiedlichen Einstellungen für Verstärkung bzw. Bandbreite erreichbar.In another advantageous variant, the amplifier stages contained in theamplifier block 54 are designed to be switchable in terms of gain and/or bandwidth in a similar way to thefirst amplifier stage 50 and are switched synchronously with the gain and/or bandwidth of thefirst amplifier stage 50. As a result, maximum values for the signal-to-noise ratio can be achieved with the different settings for gain or bandwidth.

Die Reduzierung der am Eingang des ADCs 62 wirksamen Bandbreite durch die Bandbreite des Verstärkerblocks 54 ist bei der Dimensionierung des Detektionskanals zu berücksichtigen.The reduction of the bandwidth effective at the input of theADC 62 by the bandwidth of theamplifier block 54 must be taken into account when dimensioning the detection channel.

4 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Detektionskanals 72 einer weiteren Sensoreinrichtung, der wie der Detektionskanal 70 in3 ausgebildet ist, wobei aber die Signalverarbeitungseinrichtung 40 erweitert ist um zusätzliche, mittels der Schalter S3 bis Sn zuschaltbare RC-Glieder R3/C3 bis Rn/Cn zur statischen oder dynamischen Umschaltung von Verstärkung und/ oder Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50 auf mehr als zwei Werte.4 shows a schematic diagram of adetection channel 72 of another sensor device, which, like thedetection channel 70 in 3 is formed, but thesignal processing device 40 is extended by additional RC elements R3/C3 to Rn/Cn, which can be switched on by means of the switches S3 to Sn, for static or dynamic switching of gain and/or bandwidth of thefirst amplifier stage 50 to more than two values.

Mit der Anzahl n kann eine Anpassung an die Zahl der Einsatzfälle des Detektors, beispielsweise bei der Prüfung von Wertdokumenten mit unterschiedlichen Sicherheitsmerkmalen, vorgenommen werden oder eine Anpassung an die Eigenschaften von unterschiedlichen Sicherheitsmerkmalen, die in einem Wertdokument eingebracht sind.The number n can be used to adapt to the number of applications of the detector, for example when checking valuable documents with different security features, or to adapt to the properties of different security features that are incorporated in a valuable document.

5 zeigt schließlich ein Prinzipschaltbild einer Detektionseinrichtung 80 einer Sensoreinrichtung mit zwei Detektionskanälen 42-1, 42-2, die jeweils eine Photodiode 44-1, 44-2, einen Verstärkerblock 46-1, 46-2 nach einer der Ausgestaltungen der2 bis 4 und einen AD-Wandler (ADC) 62-1, 62-2 enthalten. Anders als in den Beispielen der2 und4 sind die Prozessoren 64 durch einen gemeinsamen Prozessor 64' ersetzt, der nicht als Teil der Detektionskanäle 42-1, 42-2 anzusehen ist. Besonders vorteilhaft werden dabei Kombinationen eingesetzt, die unterschiedliche Werte bzw. Wertebereiche von Verstärkung und/ oder Bandbreite beinhalten.5 finally shows a schematic diagram of adetection device 80 of a sensor device with two detection channels 42-1, 42-2, each of which has a photodiode 44-1, 44-2, an amplifier block 46-1, 46-2 according to one of the embodiments of the 2 to 4 and an AD converter (ADC) 62-1, 62-2. Unlike in the examples of 2 and 4 theprocessors 64 are replaced by a common processor 64', which is not to be regarded as part of the detection channels 42-1, 42-2. Combinations that contain different values or value ranges of gain and/or bandwidth are particularly advantageous.

Die Photodioden 44-1, 44-2 können entsprechend der obigen Beschreibung betrieben werden und es kann sich um gleichartige oder verschiedene Photodioden für gleiche oder unterschiedliche Spektralbereiche handeln, wie im Zusammenhang mit1 bereits beschrieben.The photodiodes 44-1, 44-2 can be operated according to the above description and they can be identical or different photodiodes for identical or different spectral ranges, as in connection with 1 already described.

Die Verstärkerblöcke 46-1, 46-2 sind jeweils mit einem zugehörigen, mit dem Prozessor 64' verbundenen ADC 62-1, 62-2 eines Digitalsignalverarbeitungssystems 60 verbunden. Alternativ kann auch ein einzelner, mehrkanaliger ADC verwendet werden. Weiterhin können auch statt dem gemeinsam verwendeten Prozessor 64' mehrere Prozessoren 64 je ADC 62-1, 62-2 verwendet werden.The amplifier blocks 46-1, 46-2 are each connected to an associated ADC 62-1, 62-2 of a digitalsignal processing system 60, which is connected to the processor 64'. Alternatively, a single, multi-channel ADC can also be used. Furthermore, instead of the jointly used processor 64',several processors 64 can be used per ADC 62-1, 62-2.

Beispiel 1:Example 1:

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält eine Sensoreinrichtung eine in6 schematisch dargestellte Detektionseinrichtung 82, die Signalverarbeitungseinrichtungen 40-1, 40-2 mit zwei statischen Detektionskanäle 42-1, 42-2 gemäß2 aufweist, was eine besonders einfache und platzsparende elektronische Schaltung ermöglicht. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Prozessoren 64 des Ausführungsbeispiels in2 durch einen gemeinsamen Prozessor 64' ersetzt, der nicht als Teil der Detektionskanäle anzusehen ist.In a further embodiment, a sensor device includes a 6 schematically illustrateddetection device 82, the signal processing devices 40-1, 40-2 with two static detection channels 42-1, 42-2 according to 2 which enables a particularly simple and space-saving electronic circuit. As in the previous embodiment, theprocessors 64 of the embodiment are in 2 replaced by a common processor 64', which is not considered as part of the detection channels.

Die Detektionseinrichtung der6 ist auf die Prüfung von zwei Lumineszenzmerkmalen ausgelegt, wobei ein erstes Lumineszenzmerkmal nach IR-Anregung im Infraroten bei einer Wellenlänge λ = 1030 nm mit einer Abklingzeit von 100 µs emittiert, und ein zweites Lumineszenzmerkmal nach IR-Anregung ebenfalls im Infraroten bei einer Wellenlänge λ = 1200 nm mit einer Abklingzeit von 500 µs emittiert.The detection device of the 6 is designed for the testing of two luminescence features, whereby a first luminescence feature emits after IR excitation in the infrared at a wavelength λ = 1030 nm with a decay time of 100 µs, and a second luminescence feature emits after IR excitation also in the infrared at a wavelength λ = 1200 nm with a decay time of 500 µs.

Für beide Detektionskanäle 42-1, 42-2 kommen als Photodioden 44-1, 44-2 InGaAs-Photodioden zum Einsatz, die für die Erfassung unterschiedlicher Spektralbereiche mit spektral unterschiedlichen optischen Filtern versehen sind.For both detection channels 42-1, 42-2, InGaAs photodiodes 44-1, 44-2 are used as photodiodes, which are provided with spectrally different optical filters for the detection of different spectral ranges.

Im ersten Detektionskanal 42-1 ist die Photodiode 44-1 mit einem optischen Bandpassfilter mit einer Zentralwellenlänge von 1030 nm und einer optischen Bandbreite von 20 nm versehen. Die elektronische Verstärkerschaltung des ersten Detektionskanals 42-1 ist auf die Abklingzeit des ersten Lumineszenzmerkmals angepasst und weist eine Bandbreite von 10 kHz auf. Zu diesem Zweck wird die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50-1, bestehend aus dem Operationsverstärker 52-1 und den parallel geschalteten Bauteilen, auf 20 kHz festgelegt. Unter der Annahme einer Photodiodenkapazität von 1 nF und einem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (GBW) von 20 MHz des Operationsverstärkers 52-1 kann dies beispielsweise durch einen Widerstand R1-1 = 2 MΩ und einen Kondensator C1-1 = 3,9 pF verwirklicht werden. R1-1 = 2 MΩ ist identisch mit der Transimpedanz (Verstärkung) der ersten Verstärkerstufe 50-1. Mit einer Eingangsrauschspannungsdichte von 6 nV/√Hz des Operationsverstärkers 52-1 ist ein eingangsbezogener Rauschstrom um 63 pA erreichbar.In the first detection channel 42-1, the photodiode 44-1 is provided with an optical bandpass filter with a central wavelength of 1030 nm and an optical bandwidth of 20 nm. The electronic amplifier circuit of the first detection channel 42-1 is adapted to the decay time of the first luminescence feature and has a bandwidth of 10 kHz. For this purpose, the bandwidth of the first amplifier stage 50-1, consisting of the operational amplifier 52-1 and the components connected in parallel, is set to 20 kHz. Assuming a photodiode capacitance of 1 nF and a gain-bandwidth product (GBW) of 20 MHz of the operational amplifier 52-1, this can be achieved, for example, by a resistor R1-1 = 2 MΩ and a capacitor C1-1 = 3.9 pF. R1-1 = 2 MΩ is identical to the transimpedance (gain) of the first amplifier stage 50-1. With an input noise voltage density of 6 nV/√Hz of the operational amplifier 52-1, an input-related noise current of around 63 pA can be achieved.

Im zweiten Detektionskanal 42-2 ist die Photodiode 44-2 mit einem optischen Kantenfilter versehen, der nur Licht bzw. Strahlung mit Wellenlängen oberhalb von 1100 nm transmittiert. Die elektronische Verstärkerschaltung des zweiten Detektionskanals 42-2 ist auf die Abklingzeit des zweiten Lumineszenzmerkmals angepasst und weist eine Bandbreite von 2 kHz auf. Zu diesem Zweck wird die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe 50-2, bestehend aus dem Operationsverstärker 52-2 und den parallel geschalteten Bauteilen, auf 4 kHz festgelegt. Unter der Annahme einer Photodiodenkapazität von 1 nF und einem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (GBW) von 20 MHz des Operationsverstärkers 52-2 kann dies beispielsweise durch einen Widerstand R1-2 = 18 MΩ und einen Kondensator C1-2 = 2,2 pF verwirklicht werden. R1-1 = 18 MΩ ist identisch mit der Transimpedanz (Verstärkung) der ersten Verstärkerstufe 50-2. Mit einer Eingangsrauschspannungsdichte von 6 nV/√Hz des Operationsverstärkers 52-2 ist ein eingangsbezogener Rauschstrom um 6,5 pA erreichbar.In the second detection channel 42-2, the photodiode 44-2 is provided with an optical edge filter that only transmits light or radiation with wavelengths above 1100 nm. The electronic amplifier circuit of the second detection channel 42-2 is adapted to the decay time of the second luminescence feature and has a bandwidth of 2 kHz. For this purpose, the bandwidth of the first amplifier stage 50-2, consisting of the operational amplifier 52-2 and the components connected in parallel, is set to 4 kHz. Assuming a photodiode capacitance of 1 nF and a gain-bandwidth product (GBW) of 20 MHz of the operational amplifier 52-2, this can be achieved, for example, by a resistor R1-2 = 18 MΩ and a capacitor C1-2 = 2.2 pF. R1-1 = 18 MΩ is identical to the transimpedance (gain) of the first amplifier stage 50-2. With an input noise voltage density of 6 nV/√Hz of the operational amplifier 52-2, an input-related noise current of around 6.5 pA can be achieved.

Die Verstärkerblöcke 54-1 und 54-2 enthalten dann eine oder mehrere Verstärkerstufen, die zur optimalen Ansteuerung des ADCs 62-1, 62-2 des Digitalsignalverarbeitungssystems 60 in Verstärkung und Bandbreite an die jeweils erste Verstärkerstufe 50-1 bzw. 50-2 angepasst sind. Verglichen mit einer gleichen elektronischen Ausstattung beider Detektionskanäle wird ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis im zweiten Detektionskanal erreicht.The amplifier blocks 54-1 and 54-2 then contain one or more amplifier stages, which for optimal control of the ADCs 62-1, 62-2 of the digitalsignal processing system 60 in terms of gain and bandwidth are adapted to the respective first amplifier stage 50-1 or 50-2. Compared with the same electronic equipment of both detection channels, a better signal-to-noise ratio is achieved in the second detection channel.

Beispiel 2:Example 2:

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält eine Sensoreinrichtung eine in7 illustrierte Detektionseinrichtung 84, einerseits einen langsamen, statischen Detektionskanal 42-1 mit eine Signalverarbeitungseinrichtung gemäß2 und andererseits einen schnellen, umschaltbaren Detektionskanal 42-2 mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 40 gemäß3 oder4 aufweist. In den beiden Detektionskanälen können insbesondere zwei spektral gleiche Photodioden 44-1, 44-2 zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Anpassung des schnellen Detektionskanals an das zu messende Lumineszenzmerkmal.In a further embodiment, a sensor device includes a 7 illustrateddetection device 84, on the one hand a slow, static detection channel 42-1 with a signal processing device according to 2 and on the other hand a fast, switchable detection channel 42-2 with asignal processing device 40 according to 3 or 4 In particular, two spectrally identical photodiodes 44-1, 44-2 can be used in the two detection channels. This enables advantageous adaptation of the fast detection channel to the luminescence feature to be measured.

Mit einer solchen Sensoreinrichtung sollen beispielsweise verschiedene Lumineszenzmerkmale vermessen werden, die eine Emissionswellenlänge von 1030-1060 nm und eine Abklingzeit von 50-500 µs aufweisen. Für beide Detektionskanäle kommen InGaAs-Photodioden zum Einsatz, optional mit einem spektral selektiven optischen Filter.Such a sensor device can be used, for example, to measure various luminescence characteristics that have an emission wavelength of 1030-1060 nm and a decay time of 50-500 µs. InGaAs photodiodes are used for both detection channels, optionally with a spectrally selective optical filter.

Der erste Detektionskanal 42-1 ist auf die rauscharme Messung der Lumineszenzintensität optimiert und weist beispielsweise eine statische Schaltung gemäß2 mit einer Bandbreite von 2 kHz auf. Durch das gute Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist mit diesem Detektionskanal eine sichere und reproduzierbare Messung auch von geringen Lumineszenzintensitäten möglich.The first detection channel 42-1 is optimized for low-noise measurement of the luminescence intensity and has, for example, a static circuit according to 2 with a bandwidth of 2 kHz. Due to the good signal-to-noise ratio, this detection channel enables reliable and reproducible measurements even of low luminescence intensities.

Der zweite Detektionskanal 42-2 ist auf die Messung des Zeitverhaltens der Lumineszenz, insbesondere der Abklingzeiten der Lumineszenz, optimiert. Da Lumineszenzmerkmale mit verschiedenen Abklingzeiten mit derselben Sensoreinrichtung vermessen werden sollen, ist der zweite Detektionskanal 42-2 vorteilhaft mit einer umschaltbaren Bandbreite beispielsweise gemäß3 ausgeführt.The second detection channel 42-2 is optimized for measuring the temporal behavior of the luminescence, in particular the decay times of the luminescence. Since luminescence features with different decay times are to be measured with the same sensor device, the second detection channel 42-2 is advantageously provided with a switchable bandwidth, for example according to 3 executed.

Konkret können dabei beispielsweise elektronische Bauteile mit folgenden Spezifikationen eingesetzt werden:

• R1=4MΩ, C1=2pF
• R2=600kΩ, C2=3pF
• Photodiodenkapazität = 1nF
• Verstärkungs-Bandbreite-Produkt GBW (OP 52-2) = 50 MHz.

Specifically, electronic components with the following specifications can be used:

• R1=4MΩ, C1=2pF
• R2=600kΩ, C2=3pF
• photodiode capacitance = 1nF
• Gain-bandwidth product GBW (OP 52-2) = 50 MHz.

Bei geöffnetem Schalter S2 ergibt sich eine Bandbreite von 10 kHz (Bandbreite der ersten Verstärkerstufe von 20 kHz). In diesem Zustand wird der Detektionskanal beispielsweise für Lumineszenzmerkmale mit Abklingzeiten im Bereich von 150 µs - 500 µs eingesetzt. Die Messung weist ein besonders hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf, so dass auch intensitätsschwache Lumineszenzmerkmale sicher vermessen werden können.When switch S2 is open, the bandwidth is 10 kHz (bandwidth of the first amplifier stage is 20 kHz). In this state, the detection channel is used, for example, for luminescence features with decay times in the range of 150 µs - 500 µs. The measurement has a particularly high signal-to-noise ratio, so that even low-intensity luminescence features can be measured reliably.

Bei geschlossenem Schalter S2 ergibt sich eine Bandbreite von 30 kHz (Bandbreite der ersten Verstärkerstufe von 60 kHz). In diesem Zustand wird der Detektionskanal beispielsweise für Lumineszenzmerkmale mit Abklingzeiten im Bereich von 50 µs - 150 µs eingesetzt. Die Messung des Lumineszenzzeitverhaltens ist so mit besonders hoher Zeitauflösung möglich. Die Transimpedanz (Verstärkung) der ersten Verstärkerstufe 52-2 ergibt sich zu 522 kΩ (Parallelschaltung von R1 und R2). Es ist ein eingangsbezogener Rauschstrom um 500 pA erreichbar.When switch S2 is closed, the bandwidth is 30 kHz (bandwidth of the first amplifier stage is 60 kHz). In this state, the detection channel is used, for example, for luminescence features with decay times in the range of 50 µs - 150 µs. The measurement of the luminescence time behavior is thus possible with a particularly high time resolution. The transimpedance (gain) of the first amplifier stage 52-2 is 522 kΩ (parallel connection of R1 and R2). An input-related noise current of around 500 pA can be achieved.

Wird für den zweiten Detektionskanal 42-2 die mehrfach umschaltbare Verstärkerschaltung gemäß4 verwendet, so ist eine Anpassung der Detektorbandbreite auf einen noch breiteren Bereich von Lumineszenzabklingzeiten möglich, bzw. es kann eine genauere Anpassung der Detektorbandbreite auf die Abklingzeit des Lumineszenzmerkmals vorgenommen werden.If the multi-switchable amplifier circuit according to 4 is used, the detector bandwidth can be adjusted to an even wider range of luminescence decay times, or the detector bandwidth can be adjusted more precisely to the decay time of the luminescence feature.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010

Banknotebanknote

1212

Lumineszenzmerkmalluminescence feature

2020

Sensorelementsensor element

1212

Transporteinrichtungtransport device

2222

Anregungsstrahlungquelleexcitation radiation source

2424

Anregungsstrahlungexcitation radiation

2626

Detektionseinrichtungdetection device

2828

Signalstrahlungsignal radiation

3030

Steuer- und Auswerteinheitcontrol and evaluation unit

3232

Detektionskanal mit niedrigerer Bandbreitedetection channel with lower bandwidth

3434

Detektionskanal mit höherer Bandbreitedetection channel with higher bandwidth

4040

Signalverarbeitungseinrichtungsignal processing device

42, 42-1, 42-242, 42-1, 42-2

Detektionskanaldetection channel

44, 44-1, 44-244, 44-1, 44-2

Photodiodephotodiode

46, 46-1, 46-246, 46-1, 46-2

Verstärkerblockamplifier block

50, 50-1, 50-250, 50-1, 50-2

erste Verstärkerstufefirst amplifier stage

52, 52-1, 52-252, 52-1, 52-2

Operationsverstärkeroperational amplifier

54, 54-1, 54-254, 54-1, 54-2

Verstärkerblockamplifier block

6060

Digitalsignalverarbeitungssystemdigital signal processing system

62, 62-1, 62-262, 62-1, 62-2

Analog-Digital-Wandleranalog-to-digital converter

64, 64'64, 64'

Prozessorprocessor

7070

Detektionskanaldetection channel

7272

Detektionskanaldetection channel

8080

Detektionseinrichtungdetection device

8282

Detektionseinrichtungdetection device

8484

Detektionseinrichtungdetection device

TT

Transportrichtungtransport direction

Claims (13)

Translated fromGerman

Sensoreinrichtung (20) für die Prüfung eines flächigen Datenträgers (10), insbesondere eines Wertpapiers, mit einem Lumineszenzmerkmal (12), mit• einer Anregungsstrahlungquelle (22) zur Anregung des Lumineszenzmerkmals (12), und• einer Detektionseinrichtung (26) zur Erfassung von Lumineszenzstrahlung (28), die als Antwort auf die Anregung des Lumineszenzmerkmals durch Strahlung der Anregungsstrahlungquelle, von dem Lumineszenzmerkmal emittiert wurde, und Abgabe von Detektionssignalen,dadurch gekennzeichnet, dass• die Detektionseinrichtung wenigstens zwei Detektionskanäle (42-1, 42-2) aufweist, die jeweils wenigstens eine Photodiode (44) und eine Signalverarbeitungseinrichtung (40) zur Verarbeitung von Signalen der Photodiode (44-1, 44-2) und Abgabe eines entsprechenden Detektionssignals aufweisen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtungen unterschiedliche Bandbreiten aufweisen.Sensor device (20) for testing a flat data carrier (10), in particular a security, with a luminescence feature (12), with • an excitation radiation source (22) for exciting the luminescence feature (12), and • a detection device (26) for detecting luminescence radiation (28) emitted by the luminescence feature in response to the excitation of the luminescence feature by radiation from the excitation radiation source, and emitting detection signals,characterized in that • the detection device has at least two detection channels (42-1, 42-2), each of which has at least one photodiode (44) and a signal processing device (40) for processing signals from the photodiode (44-1, 44-2) and emitting a corresponding detection signal, wherein the signal processing devices have different bandwidths.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Photodioden Infrarot-empfindliche Photodioden sind und vorzugsweise die Anregungsstrahlungquelle (22) eine Infrarot-Anregungsstrahlungquelle ist.Sensor device (20) according to claim 1 ,characterized in that the photodiodes are infrared-sensitive photodiodes and preferably the excitation radiation source (22) is an infrared excitation radiation source.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 1 oder2,dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskanäle (32, 34; 70) auf Erfassung von Strahlung desselben Spektralbereichs, insbesondere desselben infraroten Spektralbereichs, ausgelegt sind.Sensor device (20) according to claim 1 or 2 ,characterized in that the detection channels (32, 34; 70) are designed to detect radiation of the same spectral range, in particular the same infrared spectral range.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 1 oder2,dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskanäle (32, 34) auf Erfassung von Signalstrahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen, insbesondere in unterschiedlichen Spektralbereichen im Infraroten, ausgelegt sind.Sensor device (20) according to claim 1 or 2 ,characterized in that the detection channels (32, 34) are designed to detect signal radiation in different spectral ranges, in particular in different spectral ranges in the infrared.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskanäle (32, 34) gleiche Photodioden enthalten, die mit unterschiedlichen optischen Filtern kombiniert sind, um unterschiedliche Spektralbereiche zu erfassen.Sensor device (20) according to claim 4 ,characterized in that the detection channels (32, 34) contain identical photodiodes combined with different optical filters to detect different spectral ranges.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskanäle (32, 34) unterschiedliche Photodioden mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit enthalten.Sensor device (20) according to claim 4 ,characterized in that the detection channels (32, 34) contain different photodiodes with different spectral sensitivities.Sensoreinrichtung (20) nach wenigstens einem derAnsprüche 1 bis6,dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Detektionskanal (32, 34), vorzugsweise dessen Signalverarbeitungseinrichtung (40), eine Verstärkerstufe (50) mit umschaltbarer Bandbreite enthält.Sensor device (20) according to at least one of the Claims 1 until 6 ,characterized in that at least one detection channel (32, 34), preferably its signal processing device (40), contains an amplifier stage (50) with switchable bandwidth.Sensoreinrichtung (20) nachAnspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Detektionskanäle (32, 34) jeweils eine Verstärkerstufe mit individuell einstellbarer Verstärkung und/oder Bandbreite enthalten, wobei jede der Verstärkerstufen durch Zuschalten bzw. Abschalten von Widerständen und Kondensatoren der jeweiligen Verstärkerstufe konfigurierbar ist.Sensor device (20) according to claim 7 ,characterized in that the two detection channels (32, 34) each contain an amplifier stage with individually adjustable gain and/or bandwidth, wherein each of the amplifier stages is configurable by switching on or off resistors and capacitors of the respective amplifier stage.Sensoreinrichtung (20) nach wenigstens einem derAnsprüche 1 bis8,dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Detektionskanäle (32) eine kleinere Bandbreite, die zwischen 2 kHz und 20 kHz liegt, und ein zweiter der Detektionskanäle (34) eine größere Bandbreite, die zwischen 20 kHz und 200 kHz liegt, aufweist.Sensor device (20) according to at least one of the Claims 1 until 8 ,characterized in that a first of the detection channels (32) has a smaller bandwidth lying between 2 kHz and 20 kHz, and a second of the detection channels (34) has a larger bandwidth lying between 20 kHz and 200 kHz.Sensoreinrichtung (20) nach wenigstens einem derAnsprüche 1 bis9,dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der größeren Bandbreite zur kleineren Bandbreite zwischen 2 und 20, bevorzugt zwischen 5 und 10, vorzugsweise Grenzen jeweils einschließlich, liegt.Sensor device (20) according to at least one of the Claims 1 until 9 ,characterized in that the ratio of the larger bandwidth to the smaller bandwidth is between 2 and 20, preferably between 5 and 10, preferably limits inclusive.Sensoreinrichtung (20) nach wenigstens einem derAnsprüche 1 bis10,dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskanäle (32, 34) unterschiedliche Verstärkung aufweisen, wobei das Verhältnis der größeren Verstärkung zur kleineren Verstärkung zwischen 2 und 20, bevorzugt zwischen 5 und 10, vorzugsweise jeweils einschließlich der Grenzen, liegt.Sensor device (20) according to at least one of the Claims 1 until 10 ,characterized in that the detection channels (32, 34) have different amplification, wherein the ratio of the larger amplification to the smaller amplification is between 2 and 20, preferably between 5 and 10, preferably in each case including the limits.Prüfvorrichtung für die Prüfung eines mit einem Lumineszenzmerkmal (12) ausgestatteten flächigen Datenträgers (10), insbesondere eines Wertdokuments, mit einer Sensoreinrichtung (20) nach einem derAnsprüche 1 bis11 und mit einer Transporteinrichtung (21), die die zu prüfenden flächigen Datenträger (10) entlang eines Transportpfades in einen Wechselwirkungsbereich, in dem das Lumineszenzmerkmal (12) des Datenträgers durch die Anregungsstrahlungquelle (22) beleuchtbar ist, einbringt bzw. durch den Wechselwirkungsbereich hindurchführt.Test device for testing a flat data carrier (10) equipped with a luminescence feature (12), in particular a value document, with a sensor device (20) according to one of the Claims 1 until 11 and with a transport device (21) which introduces the flat data carriers (10) to be tested along a transport path into an interaction region in which the luminescence feature (12) of the data carrier can be illuminated by the excitation radiation source (22), or guides them through the interaction region.Verfahren zur Prüfung eines mit einem Lumineszenzmerkmal (12) ausgestatteten flächigen Datenträgers (10) mittels einer Sensoreinrichtung (20) nach einem derAnsprüche 1 bis11, bei dem- das Lumineszenzmerkmal (12) des Datenträgers (10) mit Anregungsstrahlung (24), insbesondere im infraroten Spektralbereich, beaufschlagt wird, - das von dem Lumineszenzmerkmal (12) als Antwort emittierten Signalstrahlung (28) von einer Detektionseinrichtung (26) aufgenommen wird, die wenigstens zwei Detektionskanäle aufweist, die jeweils wenigstens eine Photodiode (44) und eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen der Photodiode und Abgabe eines entsprechenden Detektionssignals aufweisen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtungen unterschiedliche Bandbreiten aufweisen, und- aus den von den zumindest zwei Detektionskanälen (32, 34) aufgenommenen Signalen charakteristische Eigenschaften des Lumineszenzmerkmals und/ oder eine Merkmalsintensität bestimmt werden.Method for testing a flat data carrier (10) equipped with a luminescence feature (12) by means of a sensor device (20) according to one of the Claims 1 until 11 , in which - the luminescence feature (12) of the data carrier (10) is exposed to excitation radiation (24), in particular in the infrared spectral range, - the signal radiation (28) emitted by the luminescence feature (12) in response is received by a detection device (26) which has at least two detection channels, each of which has at least one photodiode (44) and a signal processing device for processing signals from the photodiode and emitting a corresponding detection signal, the signal processing devices having different bandwidths, and - characteristic properties of the luminescence feature and/or a feature intensity are determined from the signals received by the at least two detection channels (32, 34).

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