ES2982355T3 - Dispositivo y procedimiento para verificar sustancias características - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la verificación de documentos de valor marcados con sustancias características y a las sustancias características correspondientes. Las sustancias características se detectan e identifican de forma fiable con una resolución espacial en el rango de milímetros bajo o incluso inferior a altas velocidades de transporte mediante técnicas de espectroscopia Raman o SERS. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para verificar sustancias características

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para verificar documentos de valor marcados con sustancias características, así como las sustancias características correspondientes.

Para proteger contra la falsificación objetos o, en particular, documentos de valor como billetes, cheques, pasaportes, tarjetas, etc., desde hace tiempo se aplican o introducen como características de seguridad sustancias características, cuya presencia puede comprobarse midiendo sus propiedades características y utilizarse para autentificar el documento de valor. Una clase especial de estos son las características de seguridad legibles por máquina, que se basan, por ejemplo, en propiedades magnéticas, fotoluminiscentes, electroluminiscentes, de absorción óptica u otras propiedades espectroscópicas de las sustancias características. Por lo general, estas no se pueden reconocer a simple vista, sino que se detectan y verifican para su autenticación mediante un sensor especializado. En particular en el ámbito de la verificación mecánica de autenticidad y estado de los billetes, estos en máquinas procesadoras de billetes a altas velocidades, p. ej. más de 11 m/s, se hacen pasar por una serie de sensores y se verifican, evalúan y clasifican automáticamente.

A este respecto, es deseable no sólo obtener un punto de medición por documento de valor sino también escanear todo el documento de valor de una manera espacialmente resuelta. Por un lado, esto aumenta la seguridad de verificación de autenticidad, ya que entonces también se pueden reconocer falsificaciones compuestas si se amplía correspondientemente la marca de seguridad en el documento de valor. Estas falsificaciones se componen de varios segmentos o secciones de documentos de valor auténticos, así como de otros segmentos falsificados.

Además, con la detección espacialmente resuelta de una marca de seguridad colocada localmente en el espacio no sólo se puede demostrar su presencia general, sino también su posición correcta en el documento.

Adicionalmente, en la detección con resolución espacial se puede leer información adicional sobre, por ejemplo, el tipo, la serie, el valor, etc. del documento de valor, mediante el reconocimiento de marcas de seguridad colocadas espacialmente, por ejemplo, en forma de un código de barras.

En la literatura existen algunas descripciones sobre el marcado de documentos de valor con sustancias activas Raman o, en particular, sustancias activas de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS) y su detección para garantizar la autenticidad.

Por ejemplo, el documento WO 91/111492 A1 describe la protección de documentos de valor con una tinta de impresión con ingredientes activos Raman de grano fino. Estos se detectan durante la irradiación con luz láser de unos pocos mW utilizando su señal Raman característica en potencias que van a detectarse en el rango de pW.

El documento EP 0806460 B1 describe el marcado y la protección de documentos de valor con una tinta de seguridad que contiene SERS o sustancias activas de dispersión Raman resonante mejorada en superficie (SERRS). En este sentido, las señales Raman relativamente débiles de las sustancias marcadoras se amplifican drásticamente (SERS), por ejemplo, en 6 órdenes de magnitud debido a los efectos plasmónicos superficiales que se producen en la superficie de las nanopartículas metálicas. En el caso de la dispersión Raman resonante, la longitud de onda de excitación se sitúa espectralmente cerca de una transición electrónica de la sustancia marcadora que va a detectarse, lo que conduce a una amplificación adicional significativa de la señal Raman debido a la resonancia resultante. Para la comprobación se utilizan instrumentos clásicos de espectroscopía Raman estacionaria en un microscopio. Aunque en principio ofrecen una excelente resolución espacial, tienen el grave inconveniente de que los tiempos de medición típicos, que oscilan entre segundos y varios minutos, son muy largos y, por tanto, no son adecuados para sustratos que se mueven rápidamente.

El documento EP 1385637 B1 también describe marcas de seguridad legibles por máquina para documentos de valor con una pluralidad de sustancias marcadoras adecuadas o moléculas Raman activas. Además de los espectrómetros Raman comerciales convencionales, para comprobar la autenticidad se utiliza un sensor Raman portátil especial con excitación en el rango de infrarrojos y un detector CCD con 2048 píxeles de resolución lineal. Se alcanzan tiempos de registro con tiempos de integración de 5 s a 60 s.

El documento WO 2014/ 022330 A2 describe nanomarcadores SERS para garantizar la autenticidad y su comprobación con un microscopio Raman confocal o un espectrómetro Raman portátil. En ambos casos, la duración de medición de 5 s o 20 s es demasiado lenta para ser adecuada para muestras que se mueven rápidamente.

El documento WO 2007/146753 A2 describe un espectrómetro Raman de alta velocidad que en principio puede usarse universalmente que con un multiplexor de tiempo giratorio opto-mecánico dirige los canales de longitud de onda individuales, definidos en cada caso por un filtro espectral de paso de banda hecho a medida, hacia un único detector de lectura muy rápida. Con este enfoque, se pueden obtener espectros entre 1 y 100 ms. Sin embargo, esto no proporciona suficiente resolución espacial para muestras que se mueven rápidamente, especialmente porque los espectros obtenidos a este respecto también se emborronan espacial/espectralmente. Debido a la detección escalonada temporalmente de las diferentes bandas espectrales, la información de intensidad de los distintos bandas espectrales no proviene de la misma ubicación, sino de una ubicación en la muestra en movimiento que está más alejada, dependiendo del tiempo de detección de la banda específica.

En el documento WO 2012/030988 A1 se describe un sensor espectral en línea para objetos en movimiento marcados con SERS o Raman. Este contiene un cabezal de medición acoplado a fibras con conexión a la fuente de luz y al espectrómetro, que está equipado con un detector basado en CCD. A este respecto, la resolución espectral debe estar entre 0,01 nm y 5000 nm. Al registrar un espectro en un documento con la marca SERS, se alcanza un tiempo de medición de 5 ms a una velocidad de 10 m/s, lo que, si se puede repetir inmediatamente, corresponde a una resolución espacial de 5 cm en el mejor de los casos. Esto no es suficiente para determinar la autenticidad con verificación de posición de la sustancia de marcado en el documento de valor o incluso para reconocer códigos de barras.

Para verificar mecánicamente la autenticidad de documentos de valor luminiscentes en movimiento, como por ejemplo billetes de banco, se conocen también sensores, por ejemplo, por el documento WO 2006/010537 A1, que examinan espectroscópicamente las propiedades luminiscentes de sustancias de marcado colocadas en ellos. Sin embargo, estos no son adecuados para medir señales Raman o SERS. Las señales Raman se producen en un rango espectral con un desplazamiento típico de sólo unos pocos 1-100 cm-1 que está muy cerca de la longitud de onda del láser de excitación y, a diferencia de las señales luminiscentes, no se puede separar de manera resuelta en el tiempo mediante luminiscencia. Además, la intensidad de las líneas Raman es muy pequeña en comparación con la línea de Rayleigh de la luz de excitación dispersa elásticamente. Por lo tanto, los sensores de luminiscencia existentes no son adecuados para comprobar marcadores Raman, ya que las señales Raman bastante débiles son completamente eclipsadas por la luz de excitación dispersada por Rayleigh durante la excitación.

Además, se conocen sensores de imágenes y, por tanto, con resolución espacial, para la verificación mecánica de billetes en movimiento, por ejemplo por el documento WO 96/36021 A1. Estos alcanzan una resolución espacial de menos de 0,5 mm a velocidades superiores a 5 m/s al captar la luz reflejada por el billete mediante filtrado y registro con cámaras CCD de líneas. Sin embargo, tales cámaras no son adecuadas para una identificación más segura de señales de espectroscopía Raman porque, en primer lugar, la iluminación no es adecuada para generar señales Raman significativas, en segundo lugar, la resolución espectral requerida en términos de selectividad y número de bandas no es alcanzable, y en tercer lugar, el filtrado necesario de la luz de excitación intensa con supresión no puede representarse en muchos órdenes de magnitud en una geometría de sensor de imagen de este tipo.

En resumen, hasta el momento se conoce la protección de documentos de valor con sustancias de marcado Raman o SERS, así como su comprobación básica mediante espectroscopia Raman realizada en documentos de valor estacionarios o en movimiento. Sin embargo, no existen sensores que puedan llevar a cabo la comprobación específica de un marcador Raman o SERS a través del documento al menos a lo largo de una pista de manera espacialmente resuelta, incluso a las velocidades de transporte de hasta 11 m/s o más que son comunes. en máquinas procesadoras de billetes.

Partiendo de esto, el objetivo que debe resolverse con la presente invención es proporcionar un dispositivo y un procedimiento para verificar documentos de valor que puedan detectar mejor e identificar de forma fiable características de seguridad basadas en espectroscopia Raman o SERS incluso a altas velocidades de transporte, por ejemplo, a más de 11 m/s, con una resolución espacial en el rango milimétrico bajo.

Este objetivo se resuelve mediante las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción explican diseños preferidos.

Se describe un sensor Raman con una velocidad de lectura drásticamente aumentada y al mismo tiempo una buena relación señal/ruido, que resuelve el objetivo según la invención de la siguiente manera. Sensor para la verificación mecánica de documentos de valor en movimiento con al menos una característica de seguridad Raman o SERS o SERRS, estando configurado el sensor para iluminar el documento de valor para la verificación con luz de excitación desde una fuente láser y para dispersar la luz Raman resultante de las características de seguridad en un espectrómetro y detectarla con un detector con varias bandas espectrales de manera espectralmente resuelta, en donde la luz de la misma zona de superficie del documento de valor, recogida en las bandas espectrales se detecta de forma sincrónica por el detector, en donde las bandas espectrales se leen en paralelo al mismo tiempo y mediante medición repetida se forman señales de medición espacialmente resueltas correspondientes a las bandas espectrales.

El sensor según la invención está diseñado para alcanzar una resolución espacial inferior a 12 mm, preferiblemente inferior a 4 mm, de forma especialmente preferida inferior a 2 mm. Dado que para los documentos de valor pueden producirse altas velocidades de transporte, p. ej. 12 m/s o más, con una resolución espacial de 2 mm, en el peor de los casos sólo se dispone de un tiempo de aprox. 160 ps para medir todo el espectro. El diseño del sensor está adaptado de manera correspondiente para aportar la mayor cantidad de luz posible al detector para lograr la mejor relación señal/ruido posible incluso con tiempos de integración muy cortos. Por otra parte, los elementos detectores que detectan la luz espectralmente resuelta deben poder leerse con suficiente rapidez y, en particular, de forma sincrónica para evitar un emborronamiento espacial/espectral de los espectros debido al movimiento posterior del billete durante el tiempo de lectura.

En la solución según la invención, el número de bandas espectrales se reduce en comparación con los dispositivos de espectroscopia Raman conocidos hasta ahora con 1000-4000 bandas, habituales en el laboratorio o como dispositivos portátiles. Sin embargo, estos se leen preferiblemente en paralelo completamente, lo que hace posible la alta velocidad de lectura, esencial para una buena resolución espacial en la dirección de transporte. Mediante la evaluación de las señales obtenidas con los procedimientos de análisis según la invención es sorprendentemente posible, a pesar de la resolución reducida, una identificación fiable de las sustancias características activas Raman o SERS o el reconocimiento de autenticidad vinculado con estas.

El sensor según la invención presenta además un diseño óptico especial del espectrómetro, con el que es posible una supresión fiable de la luz dispersa de Rayleigh. En una forma de realización, además del detector para la luz Raman, en el sensor está instalado otro detector que mide la posición espectral y la intensidad de la luz láser de excitación.

Los dispositivos sensores según la invención se pueden utilizar en todo tipo de dispositivos en los que se prueba la radiación óptica, en particular la radiación Raman. Aunque no se limita a esto, la verificación de billetes en dispositivos de procesamiento de billetes se describe a continuación con referencia a figuras como una variante preferida, que se puede utilizar, por ejemplo, para contar y/o clasificar y/o ingresar y/o distribución de billetes.

Además, la invención comprende un procedimiento para la verificación mecánica de documentos de valor con al menos una característica de seguridad Raman o SERS o SERRS por medio de un sensor, en donde el documento de valor se mueve a alta velocidad con respecto al sensor durante la verificación, el documento de valor se ilumina para la verificación con luz de excitación desde una fuente láser, la luz Raman resultante de las características de seguridad se dispersa en un espectrómetro y se detecta de manera espectralmente resuelta con un detector con varios bandas espectrales, en donde se forman señales de medición correspondientes a partir de los bandas espectrales, en donde la luz recogida en los bandas espectrales de la misma zona de superficie del documento de valor se detecta sincrónicamente por el detector, en donde se forman señales de medición resueltas espacialmente mediante mediciones repetidas, en donde los bandas espectrales se leen en paralelo al mismo tiempo.

Además, la invención comprende un sistema de codificación para distinguir documentos de valor con el sensor según la invención, en donde los documentos de valor están marcados con sustancias características o mezclas de sustancias características que comprenden moléculas marcadoras que presentan potentes señales Raman en uno o más rangos espectrales con una distancia espectral en cada caso de más de 50 cm-1, preferiblemente más de 100 cm-1, en particular más de 200 cm-1, en donde la intensidad o la presencia/ausencia de señales en las zonas individuales se utiliza para distinguir las sustancias características individuales.

Muestra:

la figura 1 muestra un dispositivo de clasificación de billetes con un sensor Raman,

la figura 2 ilustra en una vista esquemática en sección transversal la estructura y disposición de los componentes ópticos de un sensor Raman diseñado particularmente compacto según un ejemplo de realización de la presente invención,

las figuras 3A, B ilustran en cada caso un área parcial de formas de realización alternativas del sensor Raman en una vista esquemática,

la figura 4 una representación esquemática de la lectura de los datos de intensidad desde un detector del sensor Raman,

las figuras 5A, B ilustran en una vista superior esquemática (5A), así como una vista en sección transversal (5B) la estructura de una forma de realización de un módulo de rendija de entrada del sensor Raman con filtrado integrado de la luz,

la figura 6A una vista superior esquemática de la parte trasera de una forma de realización del módulo de rendija de entrada con un monitor integrado de longitud de onda y/o intensidad de la radiación de excitación dispersada por Rayleigh,

las figuras 6B, C esquemáticamente en una vista en sección transversal varias formas de realización del módulo de rendija de entrada con un monitor integrado de longitud de onda y/o intensidad de la radiación de excitación dispersada por Rayleigh, y

la figura 7A-D datos de intensidad con corrección de fondo de varias sustancias características en 32 bandas espectrales.

Un dispositivo 1 de clasificación de billetes de este tipo se muestra a modo de ejemplo en la figura 1. El dispositivo 1 de clasificación de billetes presenta en una carcasa 2 un compartimento 3 de entrada para billetes BN, en el que se pueden introducir manualmente desde fuera los billetes BN que van a procesarse o se pueden alimentar automáticamente fajos de billetes, dado el caso, después de un desenfajado. Los billetes BN introducidos en el compartimento de entrada 3 se retiran individualmente de la pila mediante un separador 4 y se transportan a través de un dispositivo sensor 6 mediante un equipo de transporte 5. El dispositivo sensor 6 puede presentar a este respecto uno o más módulos sensores integrados en una carcasa común o instalados en carcasas separadas. A este respecto, los módulos sensores se pueden utilizar, por ejemplo, para comprobar la autenticidad y/o el estado y/o el valor nominal de los billetes BN verificados. Después de pasar por el equipo sensor 6, los billetes BN verificados se clasifican en compartimentos 9 de salida mediante dispositivos 7 de separación y apiladores 8 en espiral asociados, dependiendo de los resultados de verificación del equipo sensor 6 y criterios de clasificación predeterminados, de los cuales se extraen manualmente dado el caso después del enfajado o embalaje previo o se pueden retirar automáticamente. También se puede prever una trituradora para destruir los billetes BN clasificados como auténticos y que ya no son aptos para la circulación. A este respecto, el dispositivo 1 de clasificación de billetes se controla mediante una unidad 11 de control asistida por ordenador. Como ya se ha mencionado, el equipo sensor 6 puede presentar diferentes módulos sensores. El equipo sensor 6 se caracteriza en particular a este respecto por un módulo sensor 12 (figura 2) para examinar la luz de excitación dispersada por Raman, que en lo sucesivo se denomina sensor Raman 12.

En particular, el sensor Raman 12 presenta en una carcasa común 13 tanto una fuente láser 101 para excitar radiación dispersa Raman, elementos ópticos como lentes 102, 103, 106 y filtros 105 como también un espectrómetro 110, que presenta al menos un detector 115 para detectar luz dispersada por Raman para la detección espectralmente descompuesta. La carcasa 13 presenta una abertura para el desacoplamiento de la radiación de excitación, así como para el acoplamiento de la luz dispersada, que opcionalmente puede cerrarse con una ventana adecuada con alta transmisión en el rango espectral correspondiente. La ventana también presenta opcionalmente uno o dos revestimientos antirreflectantes. En una forma de realización, la ventana también puede presentar una superficie no plana en forma de lente refractiva. Las paredes interiores de la carcasa están coloreadas preferiblemente en negro, lo que está relacionado con una baja reflectividad en todo el rango espectral relevante, en particular incluido el rango NIR. Los billetes que van a verificarse se transportan a través del sensor Raman 12 en la dirección de transporte T.

En una forma de realización, se monta un tope mecánico directamente frente al sensor Raman 12, que limita o estabiliza la posición de los billetes movidos con respecto a la posición de enfoque del sensor. De esta manera se pueden evitar los movimientos oscilantes de los billetes, que a menudo se producen a altas velocidades de, por ejemplo, 10 m/s y más, y las variaciones en la posición de enfoque que se producen en este contexto. Esto aumenta la confiabilidad y precisión de la medición Raman.

En una unidad de iluminación se enfoca la luz de banda estrecha de la fuente láser 101, que preferiblemente comprende un láser semiconductor, sobre el documento de valor que va a comprobarse. Preferiblemente, a este respecto se utilizan uno o varios láseres semiconductores con estructuras selectivas en frecuencia, que generan una emisión de banda estrecha, preferiblemente monomodo, y estabilizan la longitud de onda de emisión. Las estructuras selectivas en frecuencia pueden presentar, por ejemplo, rejillas con retroalimentación distribuida (DFB,distrubuted feedback)o espejos con retroalimentación distribuida (reflector de Bragg distribuido, DBR) o resonadores de Fabry-Perot correspondientemente cortos, como los que se encuentran en los láseres que emiten superficies de cavidades verticales (VCSEL). Dado que su potencia de salida máxima suele estar limitada a unos pocos mW, se utiliza preferiblemente una disposición de varios VCSEL para generar la radiación de iluminación. La fuente de luz láser del sensor está acoplada a un disipador térmico adecuado y preferiblemente se estabiliza activamente en términos de temperatura mediante un elemento Peltier. En una forma de realización, la temperatura del láser se monitoriza activamente mediante uno o más sensores de temperatura para obtener una medida de la longitud de onda de salida de la radiación de excitación y, dado el caso, utilizarla para evaluar o corregir los espectros registrados. Opcionalmente, estos valores de temperatura también se utilizan para controlar activamente la temperatura de láser. Esto es necesario para, por un lado, estabilizar la potencia de láser y, por otro, estabilizar la longitud de onda de excitación, ya que la longitud de onda de láser de los láseres DFB o VCSEL se desplaza en el mejor de los casos 0,06 nm/K de un funcionamiento monomodo estable. Para permitir que la longitud de onda de excitación fluctúe menos de ±0,5 nm, la temperatura del chip láser debe mantenerse constante mejor que ±8 K.

La longitud de onda del láser se elige según la característica SERS o Raman que se vaya a comprobar. Dado que la frecuencia de la luz de exploración en la espectroscopia Raman no influye en la posición espectral relativa de las líneas Raman, en principio la longitud de onda de excitación se puede seleccionar libremente (p. ej. líneas láser intensas, etc.). Sin embargo, si se elige la longitud de onda de excitación de manera que se excite una transición electrónica, se produce un efecto de amplificación de determinadas líneas Raman (efecto de resonancia). En dicha espectroscopia de resonancia Raman, sólo se amplifican las bandas vibratorias de la parte de molécula que está implicada en la transición electrónica.

Las longitudes de onda de excitación cortas en azul/verde tienen la ventaja de ser proporcionales al aumento de intensidad 1/A4 de la luz dispersada por Raman, pero en determinadas circunstancias también puede excitar eficazmente la fluorescencia, que como un fondo intenso interrumpen la detección selectiva de las señales Raman. El entorno de la característica Raman (sustrato, tintas de impresión, etc.) también juega un papel en la selección de la longitud de onda de excitación. Preferiblemente se eligen longitudes de onda cercanas a 1064 nm, 980 nm, 808 nm, 785 nm, 760 nm, 670 nm, 630 nm, 532 nm, 445 nm, 405 nm o 380 nm.

Como alternativa al uso de un láser semiconductor también se puede utilizar un láser externo acoplado a fibra, que en su lugar está acoplado al sensor en la posición del diodo láser a través de un acoplador de fibra. Aunque esto aumenta el volumen de los módulos, existen ventajas en términos de potencia de láser, calidad de haz, selección de longitud de onda o estabilidad de frecuencia.

El láser puede funcionar de forma pulsada o continua (cw), pero en aras de una longitud de onda de excitación estable (es decir, libre de chirridos), se prefiere el funcionamiento en onda continua.

La luz del láser 101 de excitación se corrige, dado el caso, en términos de astigmatismo usando ópticas de salida y se visualiza en un haz paralelo usando una o más lentes 102 y, dado el caso, diafragmas adicionales. Este se acopla a la trayectoria 120 del haz principal a través de un divisor 104 de haz y se enfoca sobre el billete 150 que va a verificarse utilizando un sistema 103 de lentes. Estos diafragmas están realizados preferiblemente de forma absorbente para evitar la dispersión incontrolada de la luz o minimizar su intensidad. En una forma de realización preferida, el sistema 103 de lentes consta de una única lente.

La potencia de láser sobre el billete está en el intervalo de 1 mW a 10 W, preferiblemente de 10 mW a 1 W.

En una forma de realización preferida, el punto de enfoque tiene una extensión de menos de 5 mm, aproximadamente 4 mm x 2 mm o 2 mm x 0,5 mm o 1 mm x 0,3 mm. A este respecto, el eje mayor del punto de enfoque está orientado preferiblemente perpendicular a la dirección de movimiento del billete, lo que permite una mayor resolución espacial en la dirección de movimiento. El tamaño del punto de enfoque se basa preferiblemente en las dimensiones de una rendija de entrada o lo eclipsa ligeramente, por ejemplo, en un 20 %. Un diseño de este tipo reduce ventajosamente la dependencia de la señal medida de la distancia exacta del billete con respecto al sensor Raman 12.

La densidad de potencia en la zona de enfoque es de 0,1 W/cm2 hasta 10 kW/cm2, preferiblemente a 5 W/cm2 hasta 2 kW/cm2. A este respecto, la densidad de potencia que se puede utilizar de forma sensata está limitada, entre otras cosas, por los umbrales de destrucción de los billetes que van a verificarse, es decir, el sustrato, las tintas de impresión o las propias sustancias características. Estos umbrales de destrucción pueden depender en gran medida de la longitud de onda.

En otra forma de realización, la radiación de excitación no se acopla a través de un divisor de haz dicroico, sino a través de un espejo convencional. A este respecto, la trayectoria de haz de la luz de excitación y la luz dispersada por el billete se desacopla mediante la geometría del espejo. Como se muestra esquemáticamente en la figura 3A, el espejo de acoplamiento 108 está colocado detrás del sistema de lentes 103 y es mucho más pequeño que el diámetro de lente. Esto significa que sólo una pequeña cantidad de la luz dispersada se pierde debido a la reflexión. La separación entre la luz Raman y la luz dispersada Rayleigh se realiza en este sentido mediante el filtro obligatorio 105 en este caso que puede estar configurado como filtro de borde o como filtro de muesca. Dado que la luz de excitación se dirige directamente sobre el billete como un haz paralelo sin lente, se evitan posibles problemas causados por variaciones en la posición de enfoque de la excitación. La trayectoria de haz adicional para la recogida, la descomposición espectral y la detección de la luz dispersa se realiza de forma análoga a la descripción de la figura 2.

Alternativamente, la luz de excitación también se puede acoplar a través de un pequeño espejo delante del sistema 103 de lentes, lo que a su vez da como resultado un enfoque de la luz de excitación.

En otra forma de realización la iluminación con la luz de excitación se realiza según una geometría anular. Esto se ilustra esquemáticamente en la Figura 3B. En este caso, mediante la óptica láser 116 de conformación del haz se genera una sección transversal del rayo toroidal o anular, que a continuación se enfoca sobre el billete mediante un anillo de espejo elíptico a través del sistema 103 de lentes. También se pueden generar geometrías de iluminación análogas a estas formas de realización con fuentes láser acopladas a fibras, si los acopladores de fibra están colocados apropiadamente. En otra configuración, en las distintas realizaciones de iluminación mencionadas, la luz de un segundo láser de excitación con otra longitud de onda se puede acoplar al componente 102 a través de una óptica diseñada adecuadamente. La trayectoria de haz adicional para la recogida, la descomposición espectral y la detección de la luz dispersa se realiza de forma análoga a la descripción de la figura 2.

La luz de excitación se dispersa por Rayleigh y Rama en el billete 150. A este respecto, la intensidad de la luz retrodispersada está claramente dominada por la porción dispersada por Rayleigh. Ambas porciones de luz dispersada se dirigen mediante el sistema 103 de lentes como un haz paralelo hacia el divisor 104 de haz.

En una forma de realización preferida, el divisor 104 de haz está recubierto como divisor de haz dicriótico con un filtro de reflexión multicapa, que actúa como filtro de borde en el ángulo de ataque utilizado, por ejemplo cercano a 45°. A este respecto, bajo el ángulo de incidencia seleccionado existe un alto grado de reflexión, por ejemplo preferiblemente superior al 90 % o más preferiblemente superior al 95 % o de forma especialmente preferible superior al 99 % o >99,9 %, para la longitud de onda de excitación, mientras que para la luz Raman con desplazamiento de Stokes con onda más larga existe una porción de transmisión sustancialmente mayor. La transmisión para más de 300 cm-1 de luz Raman con desplazamiento de Stokes es superior al 70 %, preferiblemente al 80 %, de forma especialmente preferida al 90 %. En esta configuración, el divisor 104 de haz contribuye ventajosamente, además del acoplamiento geométrico del haz luminoso, también a la supresión de la luz de excitación en el detector.

En una forma de realización preferida, el haz paralelo con luz Raman y una porción significativamente reducida de luz Rayleigh se refleja en un módulo 111 de rendija de entrada a través de uno o más filtros adicionales 105 opcionales con una lente adicional 106 a través de un espejo 107 de desviación.

En una forma de realización, el filtro adicional 105 actúa como un filtro de absorción. Esto evita el riesgo de que el efecto de filtrado combinado de los dos filtros de interferencia 104, 105 pueda reducirse en comparación con el de los filtros individuales debido a efectos de interferencia debidos a múltiples reflexiones. En otra forma de realización, el filtro adicional 105 actúa como filtro de interferencias, en particular como filtro de borde, y sirve para filtrar la luz de excitación dispersada por Rayleigh, que no está bloqueada suficientemente por el divisor de haz inclinado o el filtro 104. En este contexto también se pueden introducir adicionalmente uno o varios filtros de polarización en la trayectoria de haz para compensar la dependencia de la polarización bastante intensa, en determinadas circunstancias, del divisor 104 de haz inclinado. Para este propósito, en una forma de realización, se puede colocar un filtro de polarización lineal entre la lente 103 y el billete 150, que no sólo permite que pase la luz láser polarizada linealmente de la radiación de excitación, sino que también bloquea la porción despolarizada de la luz dispersada. Alternativamente, el filtro de polarización se puede colocar junto con el filtro 105, lo que también reduce la luz filtrada por el divisor de haz o insuficientemente en la longitud de onda del láser.

En otra forma de realización, se omite el espejo 107 de desviación y la luz se proyecta directamente en el módulo 111 de rendija de entrada del espectrómetro 110, que ahora está girado 90° dispuesto en la trayectoria 120 del haz principal.

En una forma de realización adicional, el espejo 107 de desviación se utiliza simultáneamente como monitor de reflectancia. Si la luz de excitación se encuentra en el rango de sensibilidad del silicio, es decir, en un rango de longitud de onda de aproximadamente 350-1050 nm, dependiendo del sustrato de silicio, se puede proporcionar un fotodiodo de silicio con capas dieléctricas adecuadas que reflejen la radiación Raman que va a comprobarse, pero transmiten la luz de excitación. Con un espejo/divisor de haz de este tipo se puede mejorar (dependiendo de la calidad de la capa) la separación de la luz de excitación de la luz que va a comprobarse y adicionalmente se puede detectar cuantitativamente la luz de excitación. Por lo tanto, este divisor de haz también funciona como canal de reflexión, que comprueba la luz de excitación de reflexión difusa por el BN. Una estructura de este tipo tiene además la gran ventaja de que la luz de excitación que perturba el espectrómetro o el detector se absorbe y, por tanto, ya no se refleja alrededor del sensor.

En formas de realización, se prevé explícitamente un detector dedicado para registrar la intensidad de la luz reflejada parcialmente, es decir, la luz dispersada por Rayleigh.

En el espectrómetro 110, la luz de la rendija de entrada del módulo 111 de rendija de entrada se proyecta mediante un sistema 112 de lentes en una rejilla 113 de difracción de reflexión, donde se descompone espectralmente y, después de un nuevo enfoque, se proyecta en un detector 115 mediante el sistema 112 de lentes. El sistema 112 de lentes puede consistir a este respecto en una única lente asférica o esférica, o puede comprender varias lentes para corregir diversos errores de proyección.

En una forma de realización alternativa, la combinación de una rejilla plana 113 y un sistema 112 de lentes se puede reemplazar por una rejilla cóncava de proyección que realiza ambas funciones juntas.

En el caso de que la supresión de la luz de excitación no se suprima completamente por los filtros 104 o 105 sino que sólo se atenúe significativamente, esta también llegará al espectrómetro 110. Esta luz también debe manejarse con mucho cuidado para que no afecte negativamente a la medición como radiación dispersa. Por un lado, todos los órdenes (0°, -1°, -2°, 2°, ...) se absorben específicamente por trampas para rayos, paredes negras, etc. En una forma de realización preferida, la luz de excitación, que se difracta en el primer orden (o de manera análoga menos primero), se proyecta de nuevo directamente en la rendija. Esta luz luego se refleja fuera del espectrómetro 110 y, por lo tanto, ya no puede interferir con el espectrómetro 110. Sin embargo, también debería intentarse absorber específicamente esta luz dentro del sensor Raman 12. Debido a la proximidad espectral de la luz Raman con desplazamiento de Stokes con respecto a la luz de excitación, el detector 115, que está destinado a comprobar la luz Raman, debe estar muy cerca de la rendija de entrada. Esto tiene la ventaja de que se minimizan las aberraciones y, por tanto, la estructura puede llegar a ser muy compacta. Sin embargo, a este respecto hay que tener en cuenta que al proyectar la luz de excitación también deben tenerse en cuenta las aberraciones. Incluso si se observara un pie de sólo el 0,1 %, esto puede causar parásitos en los píxeles del detector 115 que están situados directamente adyacentes a la rendija de entrada.

En este caso, la luz dispersa parásita puede absorberse en el espectrómetro 110 mediante paredes absorbentes de luz 114 colocadas apropiadamente, reduciendo así el fondo de la medición.

Alternativamente, la luz de excitación también se puede dirigir específicamente a una trampa para rayos dentro o fuera del espectrómetro 110, en la que, por supuesto, también se puede comprobar la luz. Esto también se puede realizar de forma resuelta espectralmente. Por supuesto, también se pueden utilizar filtros de absorción en una trampa para rayos.

La luz de excitación suficientemente atenuada también podría comprobarse con el detector 115. Esto ofrece la ventaja de que la distancia espectral a las líneas que van a comprobarse se puede medir directamente y los posibles desplazamientos de longitud de onda se pueden corregir mediante un dispositivo 130 de evaluación. En una forma de realización adicional, sobre detector 115 se coloca un filtro de absorción revestido, que atenúa de nuevo la radiación de excitación que va a detectarse.

El detector 115 presenta preferiblemente una fila de detectores formada por varios píxeles fotosensibles, es decir, puntos de imagen, dispuestos en fila y está diseñado para la buena resolución espacial del sensor Raman 12 según la invención de menos de 2 mm. Dado que para los documentos de valor pueden producirse velocidades de transporte de hasta 12 m/s, con una resolución espacial de 2 mm, en el peor de los casos sólo se dispone de un tiempo de aprox.

160 ps para medir todo el espectro. Incluso con una resolución espacial reducida de 5 mm, sólo se dispone de un máximo de 410 ps para medir el espectro. Por consiguiente, el detector 115 está diseñado para un tiempo de lectura inferior a 500 ps, preferiblemente inferior a 100 ps. Dado que las señales débiles deben registrarse con tiempos de integración cortos, se optimizó la extensión del sistema. Para ello una superficie de sección transversal, es decir, la rendija de entrada se elige relativamente grande. Esto tiene un impacto directo en el detector o en el área escaneada del billete.

En una primera realización preferida se utiliza un sensor Raman 12 especialmente sensible y muy luminoso con menos de 100 bandas espectrales.

En este caso se emplea una rendija de entrada relativamente grande con unas dimensiones de, por ejemplo, 2 x 0,5 mm2. La anchura de rendija se elige en el intervalo 0,2 mm y 1 mm, la longitud de rendija es de 1,5 a 10 veces mayor. La relación de aspecto de la rendija de entrada, que difiere significativamente de 1, contribuye al hecho de que se recoge mucha luz en los píxeles del detector 115 sin reducir demasiado la resolución espectral, ya que la anchura de los píxeles en la dirección de dispersión se puede mantener pequeña.

Las dimensiones de rendija también determinan directamente el tamaño de cada píxel individual en el sistema optimizado para la luz. Para tener en cuenta las limitaciones debidas al espacio de instalación disponible del espectrómetro 110 y las aberraciones que se producen, el número de píxeles del detector 115 se limita a menos de 100 con un tamaño de rendija del orden de 1 mm. En una forma de realización especialmente preferida se seleccionan 32 bandas espectrales y, por tanto, 32 píxeles para el detector 115.

El detector 115 comprende un número de píxeles correspondiente al número de bandas espectrales con un área de píxel relativamente grande y una porción menor de zonas no fotosensibles entre los píxeles con respecto a los detectores estándar. Mientras que las líneas CCD estándar presentan dimensiones de píxeles de, por ejemplo, 15 pm 0 30 pm, en este caso las dimensiones están en el rango de mm. Esto tiene la ventaja de lograr una relación señal/ruido significativamente mayor que con las líneas de detectores CCD convencionales.

Preferiblemente, las filas de detectores en esta forma de realización están construidas de manera que únicamente presentan entre 10 y 100, de forma especialmente preferida entre 15 y 50 píxeles individuales en o sobre un sustrato. Los píxeles individuales pueden tener unas dimensiones de al menos 0,5 mm x 0,75 mm, preferiblemente 0,5 mm x 1 mm, de forma especialmente preferida 0,7 mm x 2 mm. La relación de aspecto de las dimensiones de los píxeles se adapta preferiblemente a la relación de aspecto mayor que 1,5 de la rendija de entrada. A este respecto, las dimensiones de los píxeles individuales pueden ser diferentes, por ejemplo en algunas posiciones o rangos espectrales son dos o tres veces más grandes que en otras posiciones. Esto permite monitorizar ciertos rangos espectrales con diferente resolución espectral y puede reducir los costos de fabricación del sensor.

Ventajosamente, el tamaño y la forma del punto de iluminación también se adaptan al tamaño y la forma de la rendija de entrada para perder la menor cantidad posible de luz Raman generada debido a la proyección del punto luminoso en la rendija de entrada.

Dependiendo del rango de longitudes de onda que van a detectarse espectralmente, los píxeles del detector 115 pueden estar compuestos de otro material en los casos mencionados. Los detectores de silicio, que son sensibles a longitudes de onda inferiores a aproximadamente 1100 nm, son especialmente adecuados para mediciones Raman en el rango espectral ultravioleta o visible, y los detectores de InGaAs, que son sensibles a longitudes de onda superiores a 900 nm, son especialmente adecuados para mediciones en el rango espectral infrarrojo. Una fila de detectores de InGaAs de este tipo se aplicará preferiblemente de manera directa sobre un sustrato de silicio, que presenta de manera especialmente preferida una etapa amplificadora fabricada con tecnología de silicio para amplificar las señales analógicas de los píxeles de la fila de detectores de InGaAs. Esto también da como resultado una estructura particularmente compacta con recorridos de señal cortos y una mayor relación señal/ruido.

Una lectura de los píxeles individuales del detector 115 puede realizarse en serie, por ejemplo, usando un registro de desplazamiento. Sin embargo, preferiblemente se realiza una lectura en paralelo de píxeles individuales y/o grupos de píxeles. Como se muestra en la figura 4, los tres píxeles izquierdos 40 se leen en cada caso individualmente amplificando las señales de medición de estos píxeles 40 con la ayuda de una etapa amplificadora 45, que puede ser parte del sustrato de silicio, por ejemplo, y cada uno de ellos se alimenta a un convertidor 46 analógico/digital. Los dos píxeles derechos en la representación esquemática de la figura 4 se amplifican primero por medio de etapas amplificadoras 45 separadas, luego se alimentan a una unidad multiplex 47 común, que también puede comprender un circuito de muestreo y retención, y luego a un convertidor analógico/digital 46 común, que está conectado a la unidad multiplex 47. La lectura paralela posible de varios píxeles 40 o grupos de píxeles permitida por ello permite tiempos de integración cortos y una medición sincronizada del billete. Esta medida también contribuye a aumentar la relación señal/ruido.

En una segunda realización se utiliza un sensor Raman 12 con una resolución espectral relativamente alta, que sin embargo presenta una sensibilidad algo reducida en comparación con la primera forma de realización.

En este caso se emplea una rendija de entrada con dimensiones en el rango de 25 pm x 250 pm a 100 pm x 1 mm. La relación de aspecto de la rendija de entrada, que difiere significativamente de 1, contribuye de nuevo al hecho de que se recoge mucha luz en los píxeles del detector 115 sin reducir a este respecto demasiado la resolución espectral, ya que la anchura de los píxeles en este caso en la dirección de dispersión se puede mantener pequeña. Preferiblemente se selecciona un ancho de rendija que es de 2 a 5 veces el ancho de píxel en el detector 115.

Como detector 115 se utiliza una cámara CCD de lectura rápida con tiempo de integración síncrona, preferiblemente una cámara de línea CCD, para evitar el fenómeno de “ mancha de imagen” causado por objetos en movimiento. Esto conduciría a un emborronamiento espacial/espectral de los valores de intensidad en el sensor Raman 12.

Para ello se elige preferiblemente una arquitectura de transferencia de interlíneas o de cuadros, en la que las cargas recogidas por cada uno de los píxeles o fotodiodos se desplazan muy rápidamente a una zona de píxeles de almacenamiento oscurecida densamente en términos ópticos, donde a continuación pueden leerse en serie a través de un registro de desplazamiento convencional sin falsear la información espectral debido a una mayor acumulación en los píxeles leídos más tarde. En otra forma de realización, se utiliza un chip CCD con alta velocidad de lectura (superior a 30 MHz) y función de obturador electrónico, que evita que una influencia en las cargas acumuladas durante la lectura.

En formas de realización especiales se utilizan los denominados sensores de línea CCD TDI(time domain Integration,de integración de dominio de tiempo), en los que mediante un desplazamiento línea por línea adecuado de los paquetes de carga en el detector chip CCD sincrónicamente al movimiento de la proyección del punto de enfoque en el billete en movimiento se logra una acumulación de cargas en varias etapas y con ello la amplificación se logra a lo largo de varios ciclos de línea (por ejemplo, 4 o 16). A este respecto se evita que la señal detectada se emborrone por el movimiento del objeto proyectado sobre sus estructuras, como por ejemplo impresión visible, etc. Esto es importante en particular a la hora de detectar códigos estructurados espacialmente, como por ejemplo códigos de barras.

En otra forma de realización se utiliza una cámara CMOS de lectura rápida con control activo de píxeles y lectura sincrónica. También en este caso se utiliza preferiblemente un sensor de líneas con una alta velocidad de lectura.

Como alternativa a la cámara de líneas también se puede utilizar una cámara con matriz 2D, siempre que la lectura de las líneas individuales (es decir, los espectros) se realice de forma sincronizada y con la suficiente rapidez. Esto permite entonces promediar las diferentes líneas para mejorar la relación señal/ruido o, alternativamente, una resolución espacial directa perpendicular a la dirección del movimiento.

En una forma de realización, el sensor Raman 12 está diseñado para absorber luz Raman con un desplazamiento de Stokes de 100 cm'1 hasta 4000 cm-1. En una forma de realización adicional, el sensor Raman 12 está diseñado para absorber luz Raman con un desplazamiento de Stokes de 1000 cm-1 hasta 3600 cm-1 con una resolución espectral ligeramente más alta. En este caso, la mayor distancia espectral a la línea láser simplifica la supresión de la luz de excitación. En una forma de realización adicional, el sensor Raman 12 está diseñado para absorber luz Raman con un desplazamiento de Stokes de 1800 cm-1 hasta 2600 cm-1 con una resolución espectral especialmente alta, en particular mejor que 35 cm’1, preferiblemente mejor que 25 cm’1.

En formas de realización especiales, el módulo 111 de rendija de entrada del espectrómetro puede cumplir ventajosamente varias funciones combinadas. Por un lado, se define la rendija de entrada mediante sus dimensiones geométricas; por otro lado, se puede integrar allí otra función de filtrado y/o efectuar una medición de la longitud de onda o de la potencia del láser de excitación.

En la figura 5A se muestra esquemáticamente una vista superior o en la figura 5B una vista en sección transversal de una forma de realización del módulo 111 de rendija de entrada con un efecto de filtro combinado. Este comprende en este caso un sustrato portador 201 que es transparente a la luz Raman al menos en algunos rangos espectrales que está recubierto con una capa 203 opaca tanto para la luz de excitación como para la luz Raman. Esta capa tiene un efecto absorbente preferiblemente en los rangos espectrales de la luz de excitación y Raman para evitar reflejos incontrolados en el sensor. La capa opaca puede comprender colores absorbentes, metales como, por ejemplo, Cr, Ti, Ni, etc. así como sus óxidos, sulfuros y/o absorbedores de banda ancha como por ejemplo carbono (hollín). En la capa 203 está estructurada una abertura que actúa como rendija 202 de entrada. Esto se puede realizar de forma aditiva mediante impresión o deposición de vapor, por ejemplo utilizando tecnología de máscara de sombra, o de forma sustractiva aplicando una capa cerrada, que se estructura, enmascara y graba en un segundo paso.

En una forma de realización, el propio sustrato parcialmente transparente 201 actúa como un filtro de absorción para la radiación de excitación. Esto se puede realizar, por ejemplo, usando un cristal de silicio como sustrato para el módulo 111 de rendija de entrada en combinación con un detector 115 basado en InGaAs. Esto significa que la radiación de excitación inferior a 1100 nm puede absorberse selectivamente, mientras que la radiación Raman se transmite en el rango espectral infrarrojo y puede comprobarse por el detector 115. Para mejorar el efecto de filtro y/o poder establecer específicamente curvas espectrales para el efecto de filtro, opcionalmente se pueden aplicar una o más capas 205 de filtro adicionales. Estos pueden incluir tanto dieléctricos como absorbedores.

En otra forma de realización, además de la definición geométrica de la rendija de entrada, en el módulo 111 de rendija de entrada se realiza una medición de la longitud de onda y/o de la potencia del láser 101 de excitación. Esta información se utiliza ventajosamente para controlar o estabilizar el láser de excitación. Esto se puede utilizar de forma independiente o en combinación con las formas de realización descritas con efecto de filtro.

A este respecto, tal como se ilustra en la Figura 6A, se forma una disposición de fotodiodos 204 sobre o dentro del sustrato en el lado opuesto a la rendija de entrada. En el caso de que el sustrato 201 esté compuesto de silicio u otros semiconductores adecuados, estos pueden formarse directamente en el sustrato 201 usando los métodos de fabricación de semiconductores apropiados. En otros casos como, por ejemplo, en el caso de un sustrato de vidrio, los fotodiodos pueden formarse sobre el sustrato usando tecnología de película delgada o, alternativamente, montarse allí. La medición de la longitud de onda de la radiación de excitación se logra a este respecto diseñando el espectrómetro o su rejilla de tal manera que el primer orden de difracción de la luz de excitación, al menos en su longitud de onda nominal, se refleje en sí mismo por la rejilla sobre la rendija de entrada. Si la longitud de onda de la radiación de excitación se desvía del valor nominal debido a desviaciones o fluctuaciones, el primer orden de difracción ya no se refleja exactamente en la rendija de entrada, sino en una dirección ligeramente diferente, lo que se detecta correspondientemente por los fotodiodos colocados adyacentes.

La figura 6B ilustra la situación en un ejemplo de realización en el que los fotodiodos están colocados en el sustrato 201 y este, por ejemplo de Si, actúa al mismo tiempo como filtro para la radiación de excitación de onda corta. La luz que incide a través de la rendija 202 en la capa opaca 203 es filtrada por el sustrato 201 y la intensidad de dispersada por Rayleigh (y filtrada) por el billete se determina usando el píxel central de la disposición 204 de fotodiodos. Si la longitud de onda de la radiación de excitación se desvía del valor nominal, incide más luz sobre los píxeles adyacentes de la disposición 204 de fotodiodos lo que puede usarse para determinar cuantitativamente la longitud de onda de excitación.

Un módulo de rendija de este tipo se utiliza preferiblemente en combinación con un detector de InGaAs.

Otra realización se ilustra esquemáticamente en sección transversal en la figura 6C. En este caso, se realiza una rendija física 202 tanto a través de la capa opaca 203 como a través de todo el sustrato 201, de modo que no tiene lugar ningún filtrado o absorción de la luz incidente en el módulo 111 de rendija de entrada. La rendija física 202 se puede realizar, por ejemplo, grabando una zanja correspondiente a través del sustrato 201 que por ejemplo, puede estar compuesto de silicio. Esta forma de realización se usa preferiblemente cuando se debe monitorizar la longitud de onda de la radiación de excitación y cuando tanto la radiación de excitación como la radiación Raman se encuentran en el rango de absorción del sustrato (de silicio) 201. Alternativamente, también se pueden colocar adecuadamente elementos detectores separados en el espectrómetro 110 para monitorizar la radiación de excitación, independientemente del diseño de la rejilla 113 de difracción.

A partir de los valores de intensidad medidos de las bandas espectrales individuales del espectro Raman, ajustados a escala linealmente en longitudes de onda (nm), se realiza un procesamiento y evaluación de los datos de medición en la unidad 130 de evaluación del sensor Raman 12. Para hacer esto, inicialmente se determina cualquier porción de fondo que pueda estar presente y se resta de los valores de intensidad medidos para obtener valores de intensidad corregidos en términos de fondo.

En una forma de realización, el mínimo móvil se calcula sobre n puntos de apoyo de los valores de intensidad medidos. El número n de puntos de apoyo se basa en el número total de bandas espectrales y en la resolución espectral del rango de medición y se elige ventajosamente de modo que n supere el número de puntos de medición que resuelven un único pico. Si los picos Raman típicos (por ejemplo, los más intensos) constan, por ejemplo, de tres puntos de medición, para calcular el mínimo móvil como valor estimado del fondo se utilizan preferiblemente al menos cinco o al menos siete bandas.

En una forma de realización más general, se elige un percentil móvil, por ejemplo el 10 % más bajo, el 30 % más bajo o la mediana con el 50 % para determinar el curso del fondo. Esto ofrece la ventaja de que los valores atípicos individuales, p. ej. causados por el ruido, no son excesivamente significativos.

En otra forma de realización se especifican explícitamente los puntos de apoyo que se utilizarán para el cálculo del fondo. Esto ofrece la ventaja de que se pueden seleccionar específicamente rangos espectrales en los que no se espera ninguna señal Raman significativa en un billete auténtico (y recién impreso). Preferiblemente se seleccionan en el rango de 1900-2500 cm-1 porque ninguna de las sustancias características utilizadas preferiblemente para marcar presenta líneas Raman en este rango espectral. Esto hace posible una determinación especialmente fiable del fondo.

Una vez seleccionadas las bandas espectrales que se utilizarán para la sustracción de fondo con sus valores de intensidad medidos, estas se interpolan mediante un ajuste polinómico y los valores medidos con corrección de fondo se forman restando los valores interpolados de los valores de intensidad medidos. En el caso más simple, se selecciona un ajuste lineal para el ajuste polinómico, en otros casos se puede elegir un polinomio de mayor grado, splines cúbicos, etc.

En el siguiente paso opcional se normalizan los valores medidos con corrección de fondo. Para ello, en una forma de realización se determina el máximo de los valores medidos con corrección de fondo y se dividen los valores medidos con corrección de fondo entre este valor máximo, de modo que se obtienen valores medidos estandarizados con corrección de fondo que se encuentran en el intervalo [0, 1].

A continuación, en una forma de realización, se realiza una evaluación de los valores de intensidad medidos al determinarse las posiciones de pico del espectro Raman. Para ello se crea una lista de los índices de banda de los máximos locales en la matriz de valores medidos discreta de los bandas espectrales. Alternativamente, se crea una lista de posiciones de pico interpoladas. Para ello se utilizan los vértices de parábolas, que están definidos en cada caso por tres puntos, correspondiendo el punto medio empleado para el ajuste a un máximo local de los valores medidos. Con este método se pueden determinar posiciones espectrales aún más precisas, incluso más precisas que la separación nominal de bandas espectrales. Este procedimiento proporciona resultados idénticos al procedimiento igualmente posible para determinar los ceros interpolados de la derivada.

Una vez determinadas las posiciones de pico del espectro Raman, se realiza opcionalmente una selección de los picos que se utilizarán para un reconocimiento de autenticidad adicional. A este respecto sólo se pueden emplear picos con una intensidad mínima determinada. Alternativamente, sólo se pueden utilizar picos con una media anchura máxima o con una media anchura en un rango específico entre un umbral inferior y uno superior para la evaluación adicional. Alternativamente, sólo se pueden usar los k picos más altos para una evaluación adicional o para el reconocimiento de autenticidad.

Existen diferentes opciones para el desarrollo posterior de la evaluación: o se realiza directamente una verificación del espectro Raman medido, es decir, se compara con un espectro de referencia de un billete real o una comparación con una biblioteca de diferentes espectros de referencia reales, o inicialmente se realiza una clasificación con verificación posterior. Lo primero es especialmente ventajoso si el sensor Raman está adaptado exclusivamente para el reconocimiento de autenticidad de una única denominación, es decir, si sólo es necesario reconocer una única característica de autenticidad rígidamente especificada. Este último procedimiento es útil en particular si se van a reconocer varias monedas y denominaciones diferentes utilizando el espectro Raman (es decir, comparación con una biblioteca completa de huellas dactilares Raman), ya que un algoritmo de clasificación suele ser más rápido que un algoritmo de verificación.

En una forma de realización, la clasificación numérica de los valores medidos (normalizados) con corrección de fondo se realiza mediante una clasificación estadística, por ejemplo mediante la estimación de las nubes de puntos de dispersión de los distintos miembros de la clase mediante distribuciones normales. En función de esto, se puede determinar la pertenencia a una clase más probable, que luego se verifica mediante un algoritmo de verificación. Alternativamente, se pueden utilizar para la clasificación un clasificador vecino más cercano, máquinas de vectores de soporte, un clasificador polinomial, una red neuronal o un discriminante lineal de Fisher. También puede seleccionarse la clase que presente mayor similitud en términos de correlación entre el espectro medido y el espectro de referencia. Todos los procedimientos de clasificación se pueden aplicar no sólo a las curvas originales (es decir, los valores medidos normalizados con corrección de fondo), sino también a sus derivadas.

En general, la verificación finalmente se realiza mediante cálculo de una medida de similitud entre el espectro Raman medido y el espectro de referencia. La medida de similitud puede ser una distancia euclidiana, una distancia euclidiana al cuadrado, una distancia euclidiana al cuadrado normalizada, una distancia de Manhattan, una distancia de tablero de ajedrez, una distancia de Bray-Curtis, una distancia de Canberra, una distancia de coseno o una distancia de correlación.

En otra forma de realización, las posiciones espectrales determinadas de los picos esenciales se pueden comparar directamente con una tabla del espectro de referencia, es decir, se comprueba si el espectro Raman medido en ubicaciones exactamente especificadas - dentro de una tolerancia en forma de un número real en posiciones de pico interpoladas o una tolerancia discreta en un índice de banda coincide con el espectro de referencia. En una forma de realización, únicamente se compara la posición espectral de los picos, en otras realizaciones adicionalmente se comparan las intensidades relativas o absolutas.

A este respecto, en una forma de realización preferida puede realizarse una corrección uniforme de un desplazamiento de banda espectral, tal como puede ser provocada, por ejemplo, por una longitud de onda fluctuante del láser de excitación. El alcance del desplazamiento espectral necesario para esta corrección se puede determinar, por ejemplo, basándose en la posición espectral medida, por ejemplo, del pico más intenso y la comparación con el valor objetivo. Convenientemente, el desplazamiento máximo permitido también está limitado por un valor umbral, para no debilitar innecesariamente el reconocimiento de autenticidad.

Alternativamente, la verificación se puede realizar verificando si el espectro Raman medido presenta picos en al menos ubicaciones predeterminadas individuales. Para ello se utilizan ventajosamente los picos más intensos del espectro RAM. En este caso también se puede permitir una tolerancia real o discreta para reconocer una coincidencia.

En otra forma de realización se examina si la correlación <x, y>/(|x| |y|) entre el espectro Raman medido (corregido con fondo y eventualmente estandarizado) y un espectro de referencia supera un umbral determinado. Este es el caso, por ejemplo, si la correlación es superior a 0,7, preferiblemente superior a 0,8, más preferiblemente superior a 0,95. A este respecto <x, y> designa el producto escalar entre los dos espectros x oyque se consideran vectores y | | designa la magnitud del vector respectivo.

Alternativamente, se determina la derivada del espectro Raman y el espectro de referencia y se verifica si la correlación entre ellos supera un umbral predefinido.

Preferiblemente, la correlación se calcula varias veces, desplazándose espectralmente la curva de referencia paso a paso en un pequeño rango. En este sentido se obtiene una curva de correlación. El máximo de la curva de correlación determina simultáneamente la corrección de banda óptima para corregir cualquier deriva de láser del láser 101 de excitación y verifica la pertenencia a la clase si el valor numérico del coeficiente de correlación es suficiente. También en este caso el desplazamiento máximo permitido está convenientemente limitado por un valor umbral, para no debilitar innecesariamente el reconocimiento de autenticidad.

En una variante especialmente preferida, la longitud de onda del láser 101 de excitación también se puede medir directamente en el sensor Raman 12 y este valor medido se puede utilizar para corregir las bandas espectrales. Esto ofrece ventajas, en particular en el caso de un espectro Raman denso con muchos picos (en el peor de los casos, incluso de aproximadamente la misma altura), ya que de lo contrario no se puede determinar con certeza qué pico se ha desplazado y en qué dirección.

Alternativamente también es posible realizar estas comparaciones o el cálculo de la medida de similitud utilizada para la verificación con la transformada de Fourier de los valores medidos normalizados con corrección de fondo en comparación con la transformada de Fourier del espectro de referencia.

Dado que el láser 101 de excitación del sensor Raman 12 funciona a altas potencias justo por debajo del umbral de destrucción en aras de una intensidad de señal óptima, en una forma de realización preferida se toman medidas adicionales para evitar de forma fiable daños a los billetes que van a verificarse.

En un primer paso, en caso de un error de transporte o de que se produzca un atasco de billetes, se evita que un billete 150 permanezca permanentemente en el punto focal del láser 101 de excitación y se caliente allí hasta un nivel inadmisiblemente intenso. Para ello, se utiliza ventajosamente la señal obtenida en el sensor Raman 12 de la luz de excitación de reflexión difusa o retrodispersada por el billete 150, que se modula según la imagen impresa del billete 150. Si la señal de la luz reflejada parcialmente permanece constante durante varios ciclos de medición, en particular a un nivel bastante bajo, se detecta un atasco de billetes y se reduce o desconecta la potencia del láser 101 de excitación. En otra forma de realización está previsto un sensor de reflectancia adicional o un explorador de punto luminoso que asume esta tarea. Para ello se mide la luz reflejada parcialmente por el billete (retrodispersada y emitida) bajo la iluminación. La luz de excitación preferiblemente solo emerge del sensor Raman 12 cuando un billete 150 está colocado delante del sensor Raman 12 (por ejemplo, reflectancia mayor que 0 o mayor que 0,05) y cuando no está en reposo, es decir, la señal de reflectancia está sujeta a fluctuaciones temporales.

En una forma de realización adicional, la potencia del láser 101 de excitación se ajusta dinámicamente a las condiciones de absorción de corriente en el billete 150. A este respecto, la potencia del láser 101 de excitación varía entre al menos dos niveles de potencia, la potencia nominal (alta), así como al menos un nivel de potencia reducido. Si la reflectancia medida cae por debajo de un determinado valor, por ejemplo, mayor que 0,3 o mayor que 0,15, la potencia del láser 101 de excitación se reduce al nivel de potencia inferior en el que queda excluido el daño al billete 150. Dado que el láser 101 de excitación no está completamente desconectado, es posible una determinación de la reflectancia también en el siguiente punto de medición. Esto significa que se puede volver a una potencia de excitación alta si, por ejemplo, uno o varios puntos de medición de reflectancia vuelven a estar por encima de un valor umbral de conexión.

En otra forma de realización preferida, el sensor Raman 12 presenta un punto de medición adicional para la medición de la reflectancia, que está situado delante del punto de medición del sensor Raman 12 en la dirección del movimiento del billete. Esto significa que la reflectancia del billete 150 se monitoriza antes de la medición Raman y para cada punto de medición en el billete 150 se puede determinar de antemano qué potencia de excitación se debe utilizar allí o si se debe realizar allí una medición Raman. Esta medición de reflectancia se lleva a cabo preferiblemente con una longitud de onda de iluminación cercana a la longitud de onda del láser utilizada para la medición Raman con el fin de obtener valores representativos de reflectancia o absorción. Esto hace posible una medición Raman optimizada de la señal, garantizándose al mismo tiempo que el billete 150 no pueda sufrir daños.

Las oscilaciones moleculares Raman típicas ocurren en el rango de 200 a 4000 números de onda (cm-1). Este rango se puede dividir a grandes rasgos en subrangos para vibraciones de grupos específicos.

Para formar una característica Raman, las moléculas marcadoras se llevan a una forma de partículas adecuada mediante molienda o, dado el caso, mediante adsorción o enlace a otras sustancias de sustrato o de matriz y, dado el caso, se encapsulan para protegerlas de las influencias ambientales.

Para formar una característica SERS, las moléculas marcadoras se ponen en contacto cercano (por ejemplo, directo) con una nanopartícula metálica (“antena” ), lo que conduce a una amplificación drástica de las señales Raman de la molécula marcadora a través de efectos plasmónicos de superficie. La combinación de moléculas marcadoras y partículas de antena se encapsula, dado el caso para protegerlas de las influencias ambientales. Para una descripción más detallada de los métodos de producción de características SERS, se hace referencia, por ejemplo, a los documentos EP 0806460 B1 o WO 2014/022330 A2.

En una forma de realización preferida se utilizan moléculas orgánicas como moléculas marcadoras. Estos presentan, entre otros, enlaces C-H y C-C, que forman señales características. Por ejemplo, las vibraciones CH de grupos de carbono saturados, por ejemplo en moléculas con cadenas alquílicas, provocan señales potentes en el rango de 2700 3200 cm-1.

Una señal intensa en el rango de 2000-2200 cm-1 es típico de los triples enlaces CC o CN, por ejemplo, en moléculas con grupos nitrilo. Las señales potentes de oscilaciones de CH insaturadas suelen ocurrir en el rango de 1300 1800 cm-1, por ejemplo, moléculas con grupos alilo. En el rango de 1300-200 cm-1 pueden aparecer señales potentes de vibraciones que involucran a dos o más átomos de carbono conectados, como las llamadas vibraciones estructurales. En particular, los grupos fenilo aromáticos no sustituidos presentan una señal característica muy intensa a 990-1100 cm-1.

En un análisis habitual (forense) de un espectro Raman de alta resolución, se pueden sacar conclusiones sobre la identidad de la molécula o se puede identificar la molécula evaluando pequeñas diferencias en las posiciones de las bandas o la aparición y proporciones de varias bandas pequeñas en estas zonas.

Al analizar una medición de alta velocidad, la identificación exacta de las moléculas ya no es posible debido a la resolución espectral significativamente reducida. En cambio, en este caso se consultan las propiedades cualitativas de las moléculas marcadoras utilizadas, como por ejemplo la existencia de una fuerte banda de fenilo en el rango de 990-1100 nm, la existencia de un triple enlace C<c>en el rango de 2040-2080 cm-1, o la existencia de una extensa zona de vibraciones alquílicas en el rango 2800-3000 cm-1 y se evalúan integralmente de forma cuantitativa para el reconocimiento de autenticidad.

Con el sensor Raman según la invención se consigue un reconocimiento de seguridad especialmente bueno con una fuerte discriminación contra sustancias falsificadas, si este con sus propiedades se adapta a las sustancias características utilizadas y viceversa, si al seleccionar las sustancias características utilizadas se seleccionan específicamente con vistas a la comprobación con el sensor Raman.

Existen diferentes formas de realización preferidas para crear un sistema de codificación de documentos de valor que sea adecuado para la diferenciación e identificación con el sensor según la invención.

Para ello, los documentos de valor se marcan con sustancias características o mezclas de sustancias características, que comprenden moléculas marcadoras que presentan intensas señales Raman en uno o más rangos espectrales, con una distancia espectral en cada caso de más de 50 cm-1, preferiblemente más de 100 cm-1, de manera especialmente preferida más de 200 cm-1. Para ello se utilizan moléculas marcadoras con una o varias estructuras moleculares con múltiples enlaces conjugados, dobles enlaces sustituidos de forma diferente, diferente número de dobles enlaces, triples enlaces C-C, grupos fenilo no sustituidos, mercaptanos, enlaces S-H, enlaces P-H o grupos flúor.

En una primera realización preferida, se crea una codificación seleccionando un grupo de sustancias características, que presentan todas las señales potentes en una zona individual. A este respecto, las intensas señales de las sustancias deben diferir significativamente entre sí. Por ejemplo, se puede crear una serie de moléculas con dobles enlaces sustituidos de forma diferente y/o diferente número de dobles enlaces. Luego se aumenta la resolución espectral en el rango seleccionado al prescindir de los rangos espectrales restantes que están más alejados. Al utilizar una rejilla más dispersiva, se puede lograr una resolución espectral más alta en el área que es particularmente buena para la identificación confiable de las sustancias características seleccionadas, al tiempo que se acepta un rango espectral más restringido. Esto permite identificar de forma fiable las sustancias características individuales utilizadas para la codificación mediante una medición Raman a alta velocidad.

En otra forma de realización preferida se miden varias zonas. Para ello, el sensor Raman puede equiparse con varias rejillas que permiten escanear diferentes rangos espectrales con alta resolución (con un número limitado del número total de canales). De manera análoga, se puede utilizar una rejilla con el detector correspondiente para monitorizar un amplio rango espectral con baja resolución espectral, por ejemplo, para detectar la ausencia de señales Raman correspondientes, mientras que una segunda rejilla dispersa el rango espectral característico de la sustancia característica utilizada con alta resolución para permitir una asignación o identificación fiable de la molécula marcadora.

Para crear un sistema de codificación se seleccionan sustancias características o mezclas de sustancias características que presenten señales potentes en varias zonas. La intensidad o la presencia/ausencia de señales en las zonas individuales se utiliza entonces para distinguir las sustancias características individuales. Por ejemplo, la codificación podría realizarse observando los tres rangos entre 2040 y 2080 cm-1(CC triple enlace), 990-1100 cm-1 (grupos fenilo no sustituidos) y 2800-3000 cm-1 (cadenas de alquilo). En este sentido, incluso con la resolución espectral reducida de una medición de alta velocidad, una primera sustancia codificante (que contiene un triple enlace, un grupo fenilo no sustituido, pero sin grupos alquilo) se puede distinguir claramente de una segunda sustancia codificante (que contiene un triple enlace, sin grupos fenilo pero grupos alquilo) y una tercera sustancia codificante (que no contiene triple enlace, un grupo fenilo no sustituido y grupos alquilo).

En otra forma de realización preferida como sustancia característica se selecciona una molécula marcadora con un triple enlace. En este sentido, la resolución espectral se selecciona preferiblemente tan alta que un triple enlace CC (típicamente a 2040-2065 cm-1) puede separarse todavía de un triple enlace C-N (normalmente 2080-2105 cm-1).

Se prefiere una corrección del fondo, por ejemplo para compensar los efectos parásitos de fluorescencia, utilizando puntos de apoyo en el rango de 1900-2500 cm-1 porque, aparte de los picos de señal individuales bien definidos de los triples enlaces, aquí no se producen otras señales parásitas Raman. Las excepciones aisladas incluyen los alenos y cianatos, que, al igual que las moléculas con triples enlaces, son relativamente exóticos y, por lo tanto, no se encuentran en compuestos que se encuentran comúnmente en los billetes de banco.

En otra forma de realización preferida se seleccionan como sustancias características compuestos que presentan grupos específicos con posiciones de bandas espectrales que no se encuentran en las sustancias típicamente contenidas en los billetes. Además de los triples enlaces ya mencionados, también se incluyen los enlaces múltiples conjugados, los mercaptanos y otros enlaces S-H con señales características en el rango de 2510-2540 cm-1, así como enlaces P-H (señales en el rango 2090-2500 cm-1) o compuestos de flúor.

En una forma de realización preferida, en lugar de sustancias puramente orgánicas se utilizan como sustancias características sustancias organometálicas o sustancias inorgánicas, por ejemplo en forma de complejos de quelatos organometálicos o complejos metálicos puros o sales u óxidos. Las firmas Raman de los complejos organometálicos a menudo difieren mucho del fondo típico de los billetes, lo que permite una medición sin interferencias. Los compuestos cerámicos también muestran importantes bandas Raman, que permiten asignaciones unívocas y distinguen claramente una sustancia característica inorgánica de los aditivos del papel como el dióxido de titanio o el sulfato de bario.

Las sustancias características Raman o SERS que se comprueban con el sensor Raman según la invención se pueden introducir en el volumen de componentes individuales de los documentos de valor. Las sustancias características pueden introducirse durante la fabricación de papel en el volumen del sustrato mediante dosificación en la pulpa o en la composición polimérica de hilos de seguridad, tiras de transferencia, fibras jaspeadas o planchas. Adicional o alternativamente, las sustancias características se pueden mezclar en una tinta de impresión o composición de recubrimiento y aplicar a la superficie del documento de valor usando procedimientos de impresión convencionales. En este caso, la codificación espacial puede realizarse en forma de códigos de barras, códigos de barras 2D, caracteres, formas o símbolos que pueden comprobarse con el sensor de resolución espacial.

Es deseable captar los espectros Raman en tantas posiciones como sea posible por billete. Esto se realiza al menos a lo largo de una pista a través del billete, que puede utilizarse para determinar y verificar la posición de sustancias características SERS o Raman incorporadas o aplicadas. Asimismo con ello puede leerse información de códigos de barras (1D) determinando la variación de la intensidad de la señal según la posición en el billete.

En una forma de realización, se registran varias pistas paralelas, por ejemplo 2 pistas, 3 pistas, 4 pistas o más, a lo largo del billete.

En la variante más sencilla, todos los componentes ópticos del sensor Raman 12 se ejecutan varias veces según el número de pistas y se posicionan según la posición de la pista. Esto ofrece la ventaja de que la guía del haz óptico de cada pista está completamente separada de las demás pistas y no que temer interacciones de ningún tipo como diafonía o luz dispersa.

En una forma de realización más rentable, los componentes individuales se utilizan conjuntamente entre las distintas vías. Esto es adecuado, por ejemplo, para la rejilla de difracción 113 o los divisores 104, 107 de haz. A este respecto se puede utilizar una iluminación uniforme para todas las pistas, que luego se enfoca en forma de una única línea homogénea perpendicular a la dirección de transporte del billete o alternativamente se enfoca en varios puntos de enfoque circulares o elípticos utilizando lentes de enfoque individuales para cada pista. En ambos casos sólo se necesita un láser de excitación 101, dado el caso más potente, que se encarga de la excitación de varios canales. En esta realización, la separación de pistas sólo se realiza en el lado de detección, en donde cada pista tiene su propio sistema detector y los espectros de cada pista se registran por separado.

En una forma de realización preferida, la luz Raman que emana del documento de valor se escanea a lo largo de varias pistas acoplándose al nivel de cada posición de pista mediante un sistema 103 o 106 de lentes en un conductor de luz en forma de una fibra de vidrio flexible o un conductor de luz rígido. Los conductores de luz llevan ahora la luz Raman desde las diferentes posiciones de pista a diferentes posiciones de altura, preferiblemente adyacentes, de la rendija de entrada de un espectrómetro utilizado conjuntamente para varias pistas. Con ello los espectros Raman de las diferentes posiciones de pista se pueden detectar con detectores de línea instalados en diferentes posiciones de altura o, alternativamente, con una única matriz de detectores de resolución bidimensional. A este respecto, la detección se realiza simultáneamente a lo largo de la dirección de dispersión del espectrómetro, mientras que la lectura de la dirección puede realizarse perpendicular a esta con un retardo de tiempo. Esta forma de construcción permite reducir significativamente el volumen constructivo del sensor en comparación con una variante con varios espectrómetros individuales.

En otra variante de realización, la seguridad de reconocimiento al identificar la característica Raman o SERS aumenta verificando y comprobando el espectro Raman en más de una longitud de onda de excitación. Esto permite separar de forma fiable los picos Raman de, por ejemplo, picos de fluorescencia que no se desplazan espectralmente con la longitud de onda de excitación. Para ello en el sensor está prevista una segunda fuente de luz láser, que se puede acoplar junto con la primera fuente de luz láser en la trayectoria de haz o utilizar un sistema óptico independiente. La segunda longitud de onda de excitación puede estar relativamente lejos espectralmente de la primera longitud de onda de excitación, por ejemplo 532 nm y 785 nm, o como alternativa, relativamente cerca espectralmente de la primera longitud de onda de excitación a una distancia de unos pocos nm, preferiblemente de 1 nm a 50 nm, en particular 2 -20 nm. La detección de las respuestas Raman en ambas longitudes de onda de excitación es posible de forma secuencial o simultánea. En particular con la detección simultánea, los espectros Raman son hacen más complicados porque todos los picos aparecen dos veces o desplazados, lo que puede dificultar el análisis en caso de un ataque de falsificación.

Adicionalmente, en el rango espectral medido puede surgir una superposición de líneas Raman con desplazamiento de Stokes y anti-Stokes, que se superponen o complementan entre sí en las posiciones espectrales especificadas por las longitudes de onda de excitación seleccionadas y crean así una “ huella digital” única que depende de las longitudes de onda de excitación seleccionadas.

En particular, mediante el uso de 2 longitudes de onda de excitación se puede evaluar una característica combinada con señales luminiscentes y Raman y separar las contribuciones respectivas entre sí, lo que representa un aumento adicional en la complejidad de la falsificación en comparación con la medición de una característica combinada de este tipo con solo una longitud de onda de excitación.

En una forma de realización preferida, se realiza una iluminación secuencial con luz de excitación de longitud de onda o distribución espectral ligeramente diferente y detección de un espectro en cada caso con las distribuciones de intensidad h(A) o h(A). Para la evaluación se pueden restar ahora los dos espectros obtenidos y, dado el caso, normalizarlos con la distancia espectral AA de las dos longitudes de onda de excitación. En este espectro diferencial se elimina efectivamente la contribución de fondo de la luz dispersa o radiación fluorescente, de modo que para la valoración de la autenticidad se puede comparar de manera ventajosa directamente con espectros diferenciales formados de forma análoga de billetes auténticos o con la derivada dI/dA del espectro de referencia de billetes auténticos obtenidos en una longitud de onda de excitación.

En una forma de realización especialmente preferida, una iluminación se realiza alternativamente con luz de excitación de una primera fuente láser de banda estrecha con una primera longitud de onda, así como alternativamente con dos líneas láser que están situadas espectralmente muy próximas entre sí, preferiblemente a una distancia de 1 a 50 nm. en particular a 2-20 nm entre sí. Las dos líneas láser se encuentran preferiblemente en la primera longitud de onda, así como en una segunda longitud de onda a una distancia de 1- 50 nm, en particular de 2-20 nm, de la primera longitud de onda. Más preferiblemente, la distancia espectral de la línea doble se adapta ventajosamente a un múltiplo entero de la distancia espectral de las bandas del detector. En este caso, durante la excitación con la doble línea, no se producen solapamientos parciales entre canales espectrales adyacentes, lo que evita artefactos.

Una fuente de luz adecuada con emisión opcional de una o doble línea puede realizarse, por ejemplo, mediante un acoplamiento combinado de una primera fuente láser y una segunda fuente láser. Ambas fuentes láser son preferiblemente láseres monomodo, por ejemplo, láseres DFB, de modo que mediante el control de un láser o ambos láseres puede controlarse fácilmente el espectro deseado de la radiación de excitación. De manera especialmente preferida, la primera y la segunda fuente láser están acopladas como osciladores en un amplificador de potencia óptico en una arquitectura MOPA(master oscillator power amplifier).Esto ofrece la ventaja de que se garantiza un acoplamiento idéntico de la radiación de excitación al billete que va a verificarse, ya que el punto de partida o el perfil del haz de la radiación de excitación siempre se determina mediante el mismo elemento constructivo, es decir, el amplificador de potencia, a pesar de la diferente distribución espectral.

Con este esquema de iluminación de la radiación de excitación, con el sensor se obtiene un espectro Raman con picos Raman que aparecen de forma doble, así como picos de fluorescencia que aparecen una vez en la iluminación con la línea doble, mientras que en la iluminación con la radiación de excitación monocromática, cada pico Raman aparece individualmente en superposición. con cualquier fondo de fluorescencia. Si después de normalizar ambos espectros el espectro obtenido con radiación de excitación monocromática se resta del espectro obtenido con radiación de excitación con la doble línea, no sólo se elimina el fondo de fluorescencia, incluso en casos difíciles o intensos, sino que al mismo tiempo se reducen los picos dobles Raman formando un espectro Raman simple con solo picos que aparecen individualmente. Este espectro Raman ahora se puede comparar de forma especialmente sencilla con espectros de referencia de billetes auténticos para valorar la autenticidad, sin necesidad de otros despliegues.

Las figuras 7A a 7D representan datos de medición con corrección de fondo del sensor Raman 12 de cuatro sustancias características diferentes en una división lineal ajustada a escala en longitud de onda de las bandas espectrales. La longitud de onda de excitación era de 488 nm. La porción de fondo de los valores de intensidad en las bandas espectrales se determinó mediante el mínimo móvil de cinco bandas espectrales y se restó de los valores de intensidad.

Las cuatro sustancias características diferentes se basan en las cuatro moléculas marcadoras diferentes: ácido cítrico (figura 7A), nitrobifenilo (figura 7B), difeniloxadiazol (figura 7C) y tetraclorobutano (figura 7D). Se puede observar que, a pesar de la resolución espectral reducida en comparación con un espectrómetro de laboratorio, las cuatro sustancias características diferentes se pueden distinguir o identificar muy bien entre sí basándose en sus respectivas huellas espectrales con contribuciones de señal en rangos espectrales bastante espaciados.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES

   i.Sensor (12) para la verificación mecánica de documentos (150) de valor en movimiento con al menos una característica de seguridad Raman o SERS o SERRS, en donde el sensor (12) está configurado para iluminar el documento (150) de valor para la verificación con luz de excitación desde una fuente láser (101) y dispersar la luz Raman resultante de las características de seguridad en un espectrómetro (110) y detectar con un detector (115) con varias bandas espectrales de manera espectralmente resuelta, en donde la luz recogida en las bandas espectrales de la misma zona superficial del documento (150) de valor se detecta de forma sincrónica por el detector (115),caracterizado por quelas bandas espectrales se pueden leer simultáneamente en paralelo

   y las señales de medición resueltas espacialmente correspondientes a las bandas espectrales se forman a través de medición repetida.
2. 2. Sensor según la reivindicación 1caracterizado por quela detección síncrona de las bandas espectrales se realiza dentro de menos de 500 ps, en particular en menos de 100 ps.
3. 3. Sensor según la reivindicación 1 o 2,caracterizado por queel sensor (12) presenta una resolución espacial en la dirección del movimiento (T) de menos de 12 mm, preferiblemente menos de 4 mm, más preferiblemente menos de 2 mm a una velocidad del documento (150) de valor de más de 10 m/s, para lo cual el número de bandas espectrales del sensor (12) se reduce a menos de 4000 bandas.
4. 4. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel sensor (12) presenta menos de 100 bandas espectrales.
5. 5. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela luz de excitación de un láser (101) de excitación se dirige a través de un divisor (104) de haz inclinado con respecto a una trayectoria (120) de haz principal en la dirección del documento (150) de valor que va a verificarse, estando configurado el divisor (104) de haz como filtro de borde para la reflexión selectiva de la luz de excitación.
6. 6. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel espectrómetro (110) presenta una rendija de entrada y está diseñado de manera que la luz de excitación dispersada por Rayleigh vuelve a proyectarse en la rendija de entrada.
7. 7. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela luz de excitación dispersa que emana del documento (150) de valor se acopla al espectrómetro (110) a través de un módulo (111) de rendija, en donde el módulo (111) de rendija presenta un elemento (203) de absorción que absorbe al menos parcialmente la luz de excitación dispersa por Rayleigh.
8. 8. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela luz de excitación dispersa que emana del documento (150) de valor se acopla al espectrómetro (110) a través de un módulo (111) de rendija, en donde el módulo (11) de rendija presenta un elemento detector para la monitorización de potencia y de longitud de onda de la luz de excitación dispersa por Rayleigh.
9. 9. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela potencia de la luz de excitación se selecciona dependiendo de la señal de reflectancia medida.
10. 10. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela potencia de la luz de excitación se reduce si la reflectancia medida es menor que un valor umbral o la reflectancia medida no cambia durante varios ciclos de medición.
11. 11. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sensor (12) presenta además una unidad (130) de evaluación que determina una porción de fondo a partir de señales de medición correspondientes a las bandas espectrales y la resta de las señales de medición para generar señales de medición con corrección de fondo,caracterizado por quela porción de fondo se determina basándose en un percentil móvil de los valores de intensidad o basándose en los valores de intensidad en bandas espectrales predeterminadas.
12. 12. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel sensor (12) está configurado para iluminar el documento (150) de valor para la verificación además con luz de excitación desde una segunda fuente láser y para dispersar la luz Raman resultante de las características de seguridad en un espectrómetro (110) y detectarla de manera espectralmente resuelta con un detector (115) con varias bandas espectrales.
13. 13.Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel sensor (12) está configurado para iluminar el documento (150) de valor con una línea láser (101) en una primera longitud de onda y alternativamente con dos líneas láser con una distancia espectral de 1 - 50 nm, preferiblemente de 2 - 20 nm.
14. 14. Sensor según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel sensor (12) es adecuado para distinguir e identificar una codificación con sustancias características, comprendiendo las sustancias características moléculas marcadoras, en donde las moléculas marcadoras presentan potentes señales Raman en uno o más rangos espectrales con una distancia espectral respectiva de más de 50 cm-1, preferiblemente más de 100 cm-1, en particular más de 200 cm-1.
15. 15. Procedimiento para la verificación mecánica de documentos de valor con al menos una característica de seguridad Raman o SERS o SERRS mediante un sensor, en donde

    - el documento de valor se mueve a gran velocidad con respecto al sensor durante la verificación, - el documento de valor se ilumina para su verificación con luz de excitación desde de una fuente láser,

    - la luz Raman resultante de las características de seguridad se dispersa en un espectrómetro, - se detecta de manera espectralmente resuelta con un detector con varias bandas espectrales, - se forman señales de medición correspondientes a las bandas espectrales,

    en donde la luz recogida en las bandas espectrales de la misma zona superficial del documento de valor se detecta de forma sincrónica por el detector,caracterizado por que

    se forman señales de medición resueltas espacialmente mediante medición repetida, en donde las bandas espectrales se leen al mismo tiempo en paralelo.
16. 16. Procedimiento según la reivindicación 15,caracterizado por queen las señales de medición correspondientes a las bandas espectrales se determina una porción de fondo basándose en un percentil móvil a partir de los valores de intensidad o se determina basándose en los valores de intensidad en bandas espectrales predeterminadas y opcionalmente se interpola mediante un polinomio y se resta de los valores de intensidad y, por tanto, se calculan valores medidos con corrección de fondo.
17. 17. Procedimiento según la reivindicación 16,caracterizado por quese lleva a cabo una clasificación numérica de los valores medidos con corrección de fondo.
18. 18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 17,caracterizado por queun reconocimiento de autenticidad del documento de valor se lleva a cabo mediante un algoritmo de verificación que se basa en el cálculo de una medida de similitud entre el espectro medido y el espectro de referencia.
19. 19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 18,caracterizado por queun desplazamiento espectral de los valores de intensidad dentro de un rango predeterminado se corrige o se tolera durante el reconocimiento de autenticidad.
20. 20. Sistema de codificación con el sensor según una de las reivindicaciones 1 a 14, que está diseñado para distinguir documentos de valor,caracterizado por quelos documentos de valor se marcan con sustancias características o mezclas de sustancias características, que comprenden moléculas marcadoras que presentan potentes señales Raman en uno o más rangos espectrales, con una distancia espectral en cada caso de más de 50 cm-1, preferiblemente más de 100 cm-1, en particular más de 200 cm-1, en donde la intensidad o la presencia/ausencia de señales de las zonas individuales se utiliza para distinguir las sustancias características individuales.
21. 21. Sistema de codificación según la reivindicación 20,caracterizado por quelas moléculas marcadoras comprenden una o más estructuras moleculares seleccionadas entre enlaces múltiples conjugados, dobles enlaces sustituidos de manera diferente, número diferente de dobles enlaces, triples enlaces C-C, grupos fenilo no sustituidos, mercaptanos, enlaces S-H, enlaces P-H o grupos flúor.
22. 22. Sistema de codificación según la reivindicación 20,caracterizado por quelas moléculas marcadoras en el rango espectral de 1900 cm-1 a 2500 cm-1 no presentan señales Raman significativas.