(57)【要約】  開示するスキャナは、配給／製造ラインで輸送されるアイテム上のルミネッセンスマーキングによって放出される光の減衰時間特性を、高速であっても検出することができるようにする。スキャナの光センサの検出区域は、移動するアイテムの経路に沿って延びた形状であり、放出されるルミネッセンス光の波長範囲内での光センサの応答性は、検出区域にわたって均一である。さらに、スキャナの制御ユニットは、励起光源に電力供給する駆動電流または駆動電圧を適合させるように動作可能であり、それに従って、マーキングに送達される励起光の強度を適合させ、それにより、光センサは、対応するルミネッセンス光応答を高信頼性で測定し、したがって対応する減衰時間値を正確に決定することができる。【選択図】図３
2014519130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向の経路に沿ってスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのスキャナであって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出するスキャナであって、
電源と、
前記電源に接続された光源であって、前記電源によって電力供給されたときに、照明領域内の前記ルミネッセンス材料を前記励起光で照明するように動作可能な光源と、
前記スキャナの検出区域内にある前記キルミネッセンス材料から受け取られた前記ルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能な光センサと、
前記光センサに接続された制御ユニットであって、前記光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から、前記受け取られたルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するように動作可能な制御ユニットと
を備えるスキャナにおいて、
前記照明領域が、前記経路に沿った第１の位置にあり、
前記検出区域が、前記経路に沿った後続の第２の位置にあり、前記経路の一部分に沿って延在し、
前記光センサが、前記検出区域を横切る前記第１の方向での前記経路に沿った前記ルミネッセンス材料の移動中に、前記ルミネッセンス材料からルミネッセンス光を収集し、前記第２の波長範囲内の前記収集されたルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、
前記制御ユニットが、前記電源、光源、および光センサを制御し、前記照明領域内での前記励起光での照明に応答して、前記第１の方向で前記検出区域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である
ことを特徴とするスキャナ。
【請求項２】
前記第２の波長範囲内での前記光センサの応答性が、前記検出区域にわたって実質的に均一である請求項１に記載のスキャナ。
【請求項３】
前記光センサが、前記第１の方向に沿って連続的に配設された複数の光検出器を備え、各光検出器が、前記第２の波長範囲内で、前記検出区域内の対応する検出領域から受け取られるルミネッセンス光の強度を測定し、対応する光検出器ルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、前記対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆い、
前記制御ユニットが、前記第１の方向での前記経路に沿って前記検出領域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光検出器によって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である
請求項１に記載のスキャナ。
【請求項４】
前記光検出器が、並列に接続されたフォトダイオードである請求項３に記載のスキャナ。
【請求項５】
前記複数の光検出器のうちの任意の２つの連続する光検出器が、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設され、それにより、前記第２の波長範囲内での前記光センサの応答性が、前記検出区域にわたって実質的に均一である請求項３または４に記載のスキャナ。
【請求項６】
前記光センサが、複数の光導波路を備え、各導波路が、前記検出区域内の対応する検出領域からルミネッセンス光を収集するように動作可能な受光口を有し、前記複数の導波路受光口が、前記第１の方向に沿って連続的に配設され、前記対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆う
請求項１に記載のスキャナ。
【請求項７】
前記光導波路が光ファイバである請求項６に記載のスキャナ。
【請求項８】
前記光導波路が、前記第２の波長範囲内での前記光センサの応答性が前記検出区域にわたって実質的に均一になるように、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設される
請求項６または７に記載のスキャナ。
【請求項９】
前記光センサが、さらに、前記検出区域から受け取られたルミネッセンス光を合焦するように動作可能な合焦デバイスを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１０】
前記光源が、複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤからの励起光を前記照明領域上に合焦するように動作可能な合焦手段とを備える請求項１〜９のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１１】
さらに、
前記ルミネッセンス材料が前記光源の前記照明領域内にあることを検出し、対応するトリガ信号を送達するように動作可能なトリガユニットを備え、
前記制御ユニットが、前記トリガユニットから前記トリガ信号を受信したときに、前記照明領域内の前記ルミネッセンス材料に励起光パルスを送達するように前記光源を制御するように、かつ照明が停止した後に強度プロファイルを獲得するように前記光センサを制御するようにさらに動作可能である
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１２】
前記スキャナが、さらに、前記検出区域内の前記ルミネッセンス材料の位置を決定し、対応する位置信号を送達するように動作可能な位置センサを備え、
前記制御ユニットが、前記位置センサから位置信号を受信し、前記光センサの照射が最大となる、前記連続する各検出領域内での前記ルミネッセンス材料の連続する位置に対応する連続的なルミネッセンス強度信号からのみ前記強度プロファイルを決定するようにさらに動作可能である
請求項３〜１１のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１３】
前記電源が、可変駆動電流または駆動電圧を送達するように動作可能であり、
前記光源が、前記送達される駆動電流または駆動電圧に従って変化する強度を有する前記励起光を生成するように動作可能であり、
前記制御ユニットが、送達されるルミネッセンス強度信号に対応するルミネッセンス強度値が所与のルミネッセンス強度値範囲内になるように、前記光源に送達される前記駆動電流の値または前記駆動電圧の値を設定するために前記電源を制御するようにさらに動作可能である
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１４】
ルミネッセンス強度値の前記所与の範囲が、前記光センサの検出範囲に対応し、前記検出範囲が、前記光センサの検出しきい値と飽和しきい値との間のルミネッセンス強度値の範囲である
請求項１３に記載のスキャナ。
【請求項１５】
ルミネッセンス強度値の前記所与の範囲が、さらに、測定されたルミネッセンス強度の信号対雑音比がしきい値よりも高いことを保証する請求項１３または１４に記載のスキャナ。
【請求項１６】
前記光源が、調節可能な励起時間間隔にわたって励起光を送達するように動作可能であり、前記制御ユニットがさらに、前記励起時間間隔を設定するように動作可能である請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１７】
前記制御ユニットが、前記励起時間間隔が経過した後に、時間遅延を伴って、前記収集されたルミネッセンス光の強度を測定するように前記光センサを制御するようにさらに動作可能である請求項１６に記載のスキャナ。
【請求項１８】
前記制御ユニットが、前記決定された強度プロファイルから、前記ルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するようにさらに動作可能である請求項１〜１７のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１９】
前記制御ユニットが、前記強度プロファイルから決定される前記ルミネッセンス材料の前記減衰時間値が前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能であり、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応する請求項１８に記載のスキャナ。
【請求項２０】
前記制御ユニットが、前記ルミネッセンス材料の前記決定された強度プロファイルが前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準ルミネッセンス強度プロファイルに対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能であり、前記基準ルミネッセンス強度プロファイルが、基準ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度プロファイルである請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項２１】
第１の方向の経路に沿って、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するための方法であって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出する方法であって、
前記ルミネッセンス材料が前記スキャナの前記照明領域を横切るときに、前記第１の方向で前記スキャナを通って移動する前記ルミネッセンス材料を、前記スキャナの前記光源によって前記第１の波長範囲内の励起光で照明するステップと、
前記ルミネッセンス材料が前記励起光で照明された後に引き続き前記第１の方向に移動して前記スキャナの前記検出区域に入るときに、前記ルミネッセンス材料が前記検出区域を横切る間に、前記第２の波長範囲内で前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の強度を前記光センサによって測定し、対応するルミネッセンス強度信号を前記スキャナの前記制御ユニットに送達するステップと、
前記制御ユニットによって受信される前記ルミネッセンス強度信号から強度プロファイルを決定するステップと
を含む方法。
【請求項２２】
前記決定された強度プロファイルから前記ルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するさらなるステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記スキャナが、請求項１９に記載のスキャナであり、前記方法が、
前記強度プロファイルから決定されるルミネッセンス材料の減衰時間値が制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するさらなるステップを含み、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応する
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記スキャナが、請求項２０に記載のスキャナであり、前記方法が、
前記ルミネッセンス材料の前記決定された強度プロファイルが、前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準ルミネッセンス強度プロファイルに対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するさらなるステップを含み、前記基準ルミネッセンス強度プロファイルが、基準ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度プロファイルである
請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
製造／配給ライン上で、第１の方向の経路に沿って、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のスキャナを通り過ぎるルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのシステムであって、前記ルミネッセンス材料が、前記スキャナの前記光源によって送達される第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出し、前記スキャナが、前記製造／配給ラインに取り付けられ、前記スキャナの前記制御ユニットが、プログラム可能であり、プログラムを含み、前記プログラムが、前記制御ユニット上で動作するときに、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の方法のステップを実施するように前記制御ユニットを動作可能にするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の減衰時間特性を決定するための光学デバイスの技術分野に関する。特に、本発明は、前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の減衰時間特性に基づいて、ルミネッセンス材料でマークされたアイテムを認証するための光学スキャナなど光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ルミネッセンス材料は、認証機能として、文書もしくは物品に付されるセキュリティマーキングにおいて、または文書もしくは物品のバルク材において一般に使用される。ルミネッセンス材料は、典型的には、所与の波長の励起放射のエネルギーを、別の波長を有する放出光に変換する。マーキングの認証のために使用されるルミネッセンス放出は、ＵＶ光（２００〜４００ｎｍ）、可視光（４００〜７００ｎｍ）、または近赤外〜中赤外光（７００〜２５００ｎｍ）からのスペクトル範囲内でよい。
【０００３】
「アップコンバータ」材料は、励起放射よりも短い波長での放射を放出する。逆に、「ダウンコンバータ」材料は、励起放射よりも長い波長での放射を放出する。ほとんどのルミネッセンス材料は、複数の波長で励起させることができ、いくつかのルミネッセンス材料は、複数の波長で同時に放出することができる。
【０００４】
ルミネッセンスは、以下のものに分けることができる。（ｉ）燐光。これは、励起放射がなくなった後に観察可能な、時間遅延された放射放出に関する（典型的には、約１μｓ超〜約１００ｓの減衰寿命を有する）、および（ｉｉ）蛍光。これは、励起時の即時の放射放出に関する（典型的には、１μｓ未満の減衰寿命を有する）。
【０００５】
したがって、ルミネッセンス材料は、第１の波長範囲内の励起光で照明した後、使用されるルミネッセンス材料に応じて、前記第１の波長範囲とは異なることがある、または第１の波長範囲と重なることがある第２の波長範囲内のルミネッセンス光を放出する。例えば、時間に伴う放出光強度プロファイルや、励起が停止した後の特徴的な減衰時間など、ルミネッセンス材料の特徴的なスペクトル特性は、この材料の存在のシグネチャとなり、したがって、ルミネッセンスマーキングが本物か偽造物かを検出するための認証機能として使用することができる。
【０００６】
ルミネッセンス材料は、セキュリティインクまたはコーティングの典型的な成分である。例えば、以下の特許が、ルミネッセンス物質を開示しており、それらは、異なる減衰時間特性を有する色素の混合物、およびそのような物質を含むセキュリティペーパーを含むことがある：欧州特許第０  ０６６  ８５４  Ｂ１号明細書、米国特許第４，４５１，５３０号明細書、米国特許第４，４５２，８４３号明細書、米国特許第４，４５１，５２１号明細書。ルミネッセンス光、およびマークされたアイテムの真偽を検出するための方法および装置もよく知られている：例えば、米国特許第４，５９８，２０５号明細書または米国特許第４，５３３，２４４号明細書を参照されたい。これらは、ルミネッセンス放出の減衰挙動を感知することを開示する。ルミネッセンスコード化された符号が、米国特許第３，４７３，０２７号明細書から知られており、ルミネッセンスコードのための光学式読取装置が、米国特許第３，６６３，８１３号明細書に開示されている。米国特許第６，９９６，２５２Ｂ２号明細書、米国特許第７，２１３，７５７Ｂ２号明細書、および米国特許第７，４２７，０３０Ｂ２号明細書は、アイテムを認証するために、異なる減衰時間特性を有する２つのルミネッセンス材料を使用することを開示する。
【０００７】
典型的には、時間依存ルミネッセンス光を検出するための既知の技術によるスキャナは、電源と、電源への接続機構と、励起光でルミネッセンス材料を照明するための（電源に接続された）光源と、ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の強度を測定するための光センサと、放出されたルミネッセンス光の強度プロファイルを獲得して記憶するために電源、光源、および光センサを制御し、この強度プロファイルから減衰時間値を計算するための制御ユニット（処理装置）とを備える。ルミネッセンス放出強度プロファイル（または時間に対する強度の曲線）は、連続する時間ｔ１、．．．、ｔｎに測定されたルミネッセンス材料からの連続する放出強度値Ｉ（ｔ１）、．．．、Ｉ（ｔｎ）を含み、これらの強度値が合わさって、ルミネッセンス放出曲線Ｉ（ｔ）を生成する。
【０００８】
そのようなスキャナでの光源は、ルミネッセンス材料の検出のために使用されるスペクトルの部分に応じて、典型的には約４００ｎｍ〜約２５００ｎｍの間の波長に関しては、パルス光を送達するための機械的および光電子デバイスと共に使用される白熱ランプでよく、または、典型的には約２５０ｎｍ〜約１μｍの波長に関しては、ＵＶ、可視、またはＩＲ領域で発光するフラッシュランプ（例えば、キセノン高圧フラッシュランプ）、またはレーザもしくは発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。光源は、（例えばＬＥＤに関しては）駆動電流によって、または（例えば放電ランプに関しては）駆動電圧によって電力供給することができる。
【０００９】
そのようなスキャナでの光センサまたは光検出器は、例えば、フォトダイオード（単一またはアレイ）、フォトトランジスタ、もしくは光抵抗回路、リニアＣＭＯＳセンサ、またはＣＣＤセンサでよい。
【００１０】
また、スキャナは、スキャナに電力を供給するためのその専用の電力モジュールに加えて、通信モジュールも備えることがあり、通信モジュールは、（例えばＷｉ−Ｆｉを介する）ワイヤレス通信用の無線モジュール、測定データまたはスキャンパラメータを表示するためのディスプレイモジュール、例えば液晶ディスプレイＬＣＤや受像管ディスプレイ、およびスキャン条件を入力するための制御インターフェースでよく、制御インターフェースには、複数の機能を有する制御スイッチおよびＯＮ／ＯＦＦスイッチが含まれる。
【００１１】
大抵の場合には、ルミネッセンス材料からのルミネッセンス放出光の時間依存強度曲線（すなわち時間に対する強度プロファイル）は、指数法則Ｉ（ｔ）＝Ｉ０  ｅｘｐ（−α［ｔ−ｔ０］）によってモデル化され、ここで、時間ｔは、前記材料を照明する励起光がオフに切り替えられる初期時点ｔ０からカウントされる。したがって、ルミネッセンス材料を特徴付ける減衰速度定数αに対応する値を得るには、励起が停止した後、ある時間間隔にわたって、連続する放出強度値Ｉ（ｔ１）、．．．、Ｉ（ｔｎ）から構成される放出強度プロファイルを測定する必要がある。強度プロファイルＩ（ｔ）からの減衰時間値τは、α−１に対応する。市販のスキャナでは、パルス光源は、励起時間間隔中、第１の波長範囲内の所与の強度の励起光でルミネッセンス材料を照明する。照明が停止した後、場合によっては時間遅延を伴って、光センサは、ある測定時間間隔にわたって、第２の波長範囲内で、減衰するルミネッセンス光強度の連続的な値の測定を開始し、対応するルミネッセンス強度プロファイルがメモリに記憶される。より信頼性の高い平均値を得るために、この操作を繰り返すことができる。通常は、光センサの検出しきい値よりも低い、またはその飽和しきい値よりも高いルミネッセンス強度の値の測定を避けるために、励起時間間隔および／または時間遅延を設定することができる。
【００１２】
しかし、変形形態も知られている。例えば、米国特許第６，２６４，１０７Ｂ１号明細書が、潜在燐光強度が２つの所定のしきい値を通って下がるのに必要な時間から、減衰時間を決定することを開示する。この特許は、光源として投光照明ＬＥＤ（ＦＬＥＤ）、すなわち非常に強い光源を備えるスキャナを開示する。実際、そのような強い光源は、この場合には、ルミネッセンス材料（燐光体）を含むタグを十分にチャージするため、および低い信号応答の問題を防止するために必要である。
【００１３】
他の手法では、米国特許第７，２６２，４２０Ｂ１号明細書が、単一の減衰時間値を得るために、励起光で複数回の照明を行うことを開示する。すなわち、光源は（同じ励起時間間隔中に）連続的に活性化され、励起光源によるルミネッセンス材料の照明がオフに切り替えられた後にルミネッセンス強度の測定が１回行われるが、連続する各測定は、励起光がオフに切り替えられた時点から測定した異なる時間遅延で行われる。しかし、この方法は、測定される強度値ごとに１回の照明を必要とするので、時間がかかる。さらに、より信頼性の高い結果を得るために、この方法は、同じ時間遅延に対応する反復測定を必要とする。
【００１４】
より強いルミネッセンス信号を得るために、いくつかのスキャナは、ルミネッセンス材料中のルミネッセンス粒子を十分に「チャージ（ｃｈａｒｇｅ）」する（すなわち、より強いルミネッセンス放出を得るために多数のそのようなルミネッセンス粒子を励起する）ように励起時間間隔を設定できるようにする。さらに、決定される減衰時間値の精度をより高めるために、複数（例えば約１００個）の有効な強度プロファイルが連続的に獲得され、次いで、これらの曲線が足し合わされて、平均曲線が計算される。得られた測定強度信号が正規化され、正規化された信号を使用して、減衰時間値が計算される場合、精度の向上が得られる。強度プロファイルは、強度プロファイルの少なくとも最初の点の強度値が、光センサの検出しきい値よりも高く、その飽和しきい値よりも低い場合に有効である（前記値が低すぎるまたは高すぎる場合には、励起時間がそれぞれ増加または減少される）。しかし、特に、タイプが異なり、減衰時間値が大きく異なるルミネッセンス粒子の混合物を含むルミネッセンス材料に関して、ルミネッセンス強度信号の高信頼性の正規化を可能にするには励起時間間隔が短すぎる場合には問題が生じる（例えば、最も短い減衰時間を有する粒子がスキャナによって検出されないことがある）。不定の励起時間の使用により生じる別の問題は、ルミネッセンス材料が、すべての強度プロファイルに関して同じ条件下では励起されないことであり、異なる減衰時間特性を有するルミネッセンス色素の混合物を含む材料の場合、これは、混同を引き起こすことがある。例えば、図１Ａおよび図１Ｂは、２つのタイプのルミネッセンス色素、すなわち色素Ｐ１とＰ２を含むインク（ルミネッセンス材料）を用いたマーキングからの正規化された強度プロファイルの例を示す。この例では、色素Ｐ１の減衰時間値が、約１００μｓであり、色素Ｐ２の減衰時間値が、約５００μｓである。図１Ａは、５０％の第１の色素Ｐ１（より短い減衰時間、またはより高い減衰率を有する）と、５０％の第２の色素Ｐ２（より長い減衰時間、またはより低い減衰率を有する）との混合物であるルミネッセンスインク材料に関する、１００μｓの長い励起時間間隔を有する励起曲線（１）と、対応する正規化されたルミネッセンス強度プロファイル（Ｐ１＋Ｐ２）とを示す。
【００１５】
図１Ｂは、４２％の第１の色素Ｐ１と、５８％の第２の色素Ｐ２との混合物を含むルミネッセンスインクに対応する。この場合、励起時間は、励起曲線（２）で示されるように、１０μｓのより短い値に調節されている。色素Ｐ１とＰ２の混合物中の色素濃度は、図１Ａと図１Ｂで大きく異なるが、正規化されたルミネッセンス強度プロファイル（Ｐ１＋Ｐ２）は非常に似ており、ほぼ区別することができない。したがって、励起時間を変えることによって得られるルミネッセンス強度プロファイルに基づいて２つの混合物の相違を検出することは、常には可能でなく、または難しいことがある。上の例は、約数百マイクロ秒の典型的な減衰時間値を有する色素に関するものであるが、同様の結論が、はるかに長い減衰時間値（数ｍｓ以上）を有する色素に関しても得られる。
【００１６】
前記既知の減衰時間スキャナで生じる別の問題は、ルミネッセンス材料がスキャナを通って移動している場合、特にルミネッセンス材料が製造／配給ラインでスキャナを高速で通り過ぎる場合には、スキャナが、ルミネッセンス強度プロファイルの獲得を可能にせず、したがって、対応する減衰時間値の決定、または異なるタイプの色素の混合物の場合には減衰時間値と濃度の決定を可能にしないことである。例えば、ルミネッセンス材料でマークされ、約２００〜約４００ｍ／分（すなわち約３〜６ｍ／秒）の典型的な速度で移動する製造ラインのコンベアベルト上で輸送されるアイテムの場合、ルミネッセンス材料が数ｍｓ以上のかなり長い減衰時間値を有するときでさえ、ルミネッセンス強度プロファイルＩ（ｔ）を獲得することができないことは明らかである。したがって、前記移動するマーキングの識別／認証、例えば、コンベアベルト上で輸送されるアイテム上のバーコードやデータマトリックスなどのルミネッセンスマーキングを認証することは、インラインでは可能でない。したがって、ルミネッセンス強度プロファイルのそのようなインライン決定に基づくインラインセキュアトラックおよび追跡操作は、非常に望ましいが、可能でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、従来技術の上述した欠点を克服する、ルミネッセンス材料からのルミネッセンス放出光の強度プロファイルおよび前記ルミネッセンス材料の減衰時間を決定するためのスキャナおよび方法を提供することを狙いとする。
【００１８】
また、本発明は、本発明による特定のスキャナおよび減衰時間検出方法を使用することによって、ルミネッセンス材料でマークされ、場合によっては高速で配給／製造ライン上で輸送されるアイテムを、この材料の減衰時間特性に基づいてインラインで識別／認証するためのシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
したがって、本発明は、測定された強度プロファイルからの前記材料の減衰時間値の決定に基づいて、または異なる減衰時間特性を有するルミネッセンス粒子の混合物を含む材料の場合には、混合物中の各タイプの粒子に対応する減衰時間値と濃度の決定に基づいて、ルミネッセンス材料でマークされたアイテムの識別／認証のインライン操作を可能にする。
【００２０】
本発明の一態様によれば、第１の方向の経路に沿ってスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのスキャナであって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出するスキャナが、
電源と、
電源に接続された光源であって、電源によって電力供給されたときに、照明領域内のルミネッセンス材料を前記励起光で照明するように動作可能な光源と、
前記スキャナの検出区域内にあるキルミネッセンス材料から受け取られた前記ルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能な光センサと、
光センサに接続された制御ユニットであって、光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から、前記受け取られたルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するように動作可能な制御ユニットとを備え、
前記照明領域が、前記経路に沿った第１の位置にあり、
前記検出区域が、前記第１の方向の前記経路に沿った後続の第２の位置にあり、前記経路の一部に沿って延在し、
前記光センサが、検出区域を横切る第１の方向での経路に沿ったルミネッセンス材料の移動中に、ルミネッセンス材料からルミネッセンス光を収集し、前記第２の波長範囲内の前記収集されるルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、
前記制御ユニットが、前記電源、光源、および光センサを制御し、前記照明領域内での前記励起光での照明に応答して、第１の方向で前記検出区域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である。
【００２１】
光源は、選択された第１の波長範囲内の励起光を送達するための光学フィルタを装備されることがある。また、光センサは、第２の波長範囲内のルミネッセンス光のみを受け取るように適合された光学フィルタを装備されることがある。照明区域の第１の位置と検出区域の第２の位置とは、離れていることもあり、重なっていることもある。このコンパクトな構成は、短い減衰時間値を有するルミネッセンス材料の場合、および／またはスキャナを通る前記材料の移動が遅い場合に、より好都合である。
【００２２】
実際、ルミネッセンス材料の移動方向の経路に沿って（すなわち軌道に沿って）延びる上記の特定の検出区域は、ルミネッセンス材料がこの細長い検出区域を横切っている間に放出されるルミネッセンス光を収集するように特に適合された光センサと協働して、ルミネッセンス材料がかなり高速でスキャナを通り過ぎる場合でさえ、従来技術のスキャナに比べてはるかに長い期間にわたってスキャナが前記放出材料を「追跡」できるようにする。実際、検出区域を横切って進むルミネッセンス材料の所与の典型的な速度Ｖ（例えば平均速度）に関して、移動方向に沿った検出区域の典型的な長さＬは、放出されるルミネッセンス強度の対応する測定時間間隔Δｔがルミネッセンス強度プロファイルＩ（ｔ）を獲得するのに十分になるように決定することができる。すなわち、例えば、Ｌ≧ＶΔｔである。
【００２３】
さらに、本発明による上記のスキャナは、前記光センサの第２の波長範囲（すなわち考慮されるルミネッセンス材料のルミネッセンス放出範囲）内での応答性（すなわち、入射光電力に対する、発生される光電流または出力電圧の比）が検出区域にわたって実質的に一定になるように適合された光センサを有することができる。「実質的に一定」とは、検出区域の一部分から受け取られるルミネッセンス放出に対する光センサの応答性が、検出区域内のその部分の位置の関数として、一定であるか、または平均値の上下で例えば１０％未満、好ましくは５％未満しか変動しないことを意味する。検出区域にわたる光センサ応答性のこの実質的な均一性により、検出区域の特定の領域から受け取られる光子の検出に関する、検出区域の別の領域から受け取られる光子に比べて低い光センサ量子効率に対応する影響を、測定強度プロファイルＩ（ｔ）からなくすことができる。その結果、得られる強度プロファイルは、ルミネッセンス材料における時間に伴うルミネッセンス粒子の脱励起のみに実質的に起因する、時間に対する強度の変化を示す。したがって、決定される強度プロファイルの信頼性が高められる。その結果、そのような強度プロファイルから、より信頼性の高い減衰時間値を得ることも可能である。理想的には、測定値に関する高い信号対雑音比の値および高い感度を得られるように、応答性は、対象のルミネッセンス波長範囲に関する最大可能値に近付けるべきであるが、それでも光センサの線形応答範囲内にすべきである。検出区域にわたる光センサの応答性の空間的な均一性は、強度プロファイルを獲得するための非常に高い信頼性のサンプリングレートを可能にするというさらなる利点を有し、したがって、獲得されるプロファイルＩ（ｔ）は、「連続的な」曲線により良く近付く。そのようなより良い強度プロファイル曲線は、例えば、この曲線に基づく正確な微分または積分に関して、より信頼性の高い補間を可能にする。これは、異なるタイプのルミネッセンス粒子の混合物からの複雑なルミネッセンスシグネチャの場合に特に有用であり、ルミネッセンス材料の成分の正確な濃度値と減衰時間値を抽出する。
【００２４】
さらに、スキャナの制御ユニットは、光センサの応答性が実際に検出区域にわたって実質的に一定であるように、すなわち規定の平均値の上下で規定の限度内に含まれるように制御するように適合させることができる。
【００２５】
本発明によるスキャナの光センサは、上述した細長い検出区域および／または前記検出区域にわたる実質的に均一な応答性に対応する様々な構成を有することができる。
【００２６】
したがって、本発明による上記のスキャナは、
前記光センサが、前記第１の方向に沿って連続的に配設された複数の光検出器を備え、各光検出器が、第２の波長範囲内で、検出区域内の対応する検出領域から受け取られるルミネッセンス光の強度を測定し、対応する光検出器ルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆い、
前記制御ユニットが、第１の方向での前記経路に沿って前記検出領域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光検出器によって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である。
【００２７】
例えば収集された光子を検出するためのモノブロックＣＣＤアレイを有する「モノブロック」光センサで生じ得る場合とは対照的に、光センサの上記の構成は、別個の光検出器に対応し、それらの光検出器は、検出区域からルミネッセンス光子を収集するように離隔配置され、回路に接続されて、検出区域全体を通って移動するルミネッセンス材料からの光強度を光センサが測定することができるようにする。これらの光検出器は、例えば、並列に接続されたフォトダイオードでよい。さらに、前記複数の光検出器のうちの任意の２つの連続する光検出器は、前記第２の波長範囲内での光センサの応答性が前記検出区域にわたって実質的に均一になるように、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設されることがある。
【００２８】
本発明による上記のスキャナの別の構成では、光センサが、複数の光導波路を備えることがあり、各導波路が、前記検出区域内の対応する検出領域から前記第２の波長範囲内のルミネッセンス光を収集するように動作可能な受光口を有し、複数の導波路受光口が、前記第１の方向に沿って連続的に配設され、対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆う。例えば、前記光導波路は、光ファイバでよい。さらに、前記光導波路は、前記第２の波長範囲内での光センサの応答性が前記検出区域にわたって実質的に均一になるように、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設されることがある。この構成は、例えば、光子の捕捉のためにコンパクトなＣＣＤセンサアレイを有する光センサに対応することがあり、これは、例えば検出区域から光を直接収集するように検出区域の全長にわたって延ばされたモノブロックＣＣＤセンサを有する光センサとは対照的である。例えば、光導波路が、コンベアベルト上で輸送されるルミネッセンス材料でマークされたアイテムからルミネッセンス光を収集するための光ファイバである場合、これらの光ファイバの受光口は、（移動方向に沿って受光口どうしの間で、かつルミネッセンスマーキングの上方に特定の距離で）間隔を空けて配置され、それにより、それらの受容円錐（または開口数）が、検出区域内の前記部分的に重畳する領域を画定する。
【００２９】
さらに、光センサは、検出区域から受け取られたルミネッセンス光を合焦するように動作可能な合焦デバイスを備えることがある。これは、例えば、導波路の受光口の受容円錐に対する制約を減少させる助けとなることがある。また、光源は、前記照明領域上に励起光を合焦させるように動作可能な合焦手段を備えることがある。特に、前記合焦手段は、第１の波長範囲内の励起光を発生する複数のＬＥＤによって発生される励起光を合焦することができる。光源のこの構成は、ルミネッセンス材料に対して高い励起光強度を提供して、ルミネッセンス材料をより良く「チャージ」することが可能であり、また、パルス光源に好都合である。
【００３０】
本発明によれば、上記のスキャナの任意のものが、さらに、
ルミネッセンス材料が光源の照明領域内にあることを検出し、対応するトリガ信号を送達するように動作可能なトリガユニットを備えることがあり、
制御ユニットが、トリガユニットから前記トリガ信号を受信したときに、照明領域内のルミネッセンス材料に励起光パルスを送達するように光源を制御するように、かつ照明が停止した後に強度プロファイルを獲得するように光センサを制御するようにさらに動作可能である。
【００３１】
この構成は、光源の照明領域および検出区域を横切るルミネッセンス材料の移動を、ルミネッセンス強度プロファイル獲得操作と正確に同期させることを可能にし、すなわち、ルミネッセンス材料が照明領域内にある間にのみ光源によって照明し、次いで、照明が停止した後、ルミネッセンス材料がスキャナの検出区域を横切る間に、光センサによってルミネッセンス強度を測定することを可能にする。
【００３２】
上述したように、複数の光検出器を備える光センサを有するスキャナは、さらに、検出区域を通るルミネッセンス材料の移動をルミネッセンス強度の測定操作と同期させるように適合させることができ、それにより、強度値Ｉ（ｔ１）、．．．、Ｉ（ｔｎ）は、ルミネッセンス材料が検出区域内の特定の位置にあるときにのみ獲得される。これは、例えば、ルミネッセンス材料が光検出器に対して、この光検出器の照射が最大になるように位置決めされるときである。したがって、獲得される強度プロファイルの連続する値Ｉ（ｔｉ）は、前記最大照射を受ける対応する光検出器からの応答が最も信頼性の高いものとなるようなルミネッセンス材料の連続する位置に対応する。さらに、制御ユニットは、ルミネッセンス材料が検出区域内の対応する位置にあるときに、光センサによって測定される強度信号を構成するものとして、最大照射を受けるこの光検出器の応答のみを選択すればよい。
【００３３】
したがって、本発明はまた、上述したように、複数の光検出器を備える光センサを有するスキャナであって、
さらに、前記検出区域内のルミネッセンス材料の位置を決定し、対応する位置信号を送達するように動作可能な位置センサを備え、
制御ユニットが、前記位置センサから位置信号を受信し、光センサの照射が最大となる、連続する各検出領域内でのルミネッセンス材料の連続する位置に対応する連続的なルミネッセンス強度信号からのみ前記強度プロファイルを決定するようにさらに動作可能である
スキャナに関する。
【００３４】
本発明によれば、異なるタイプの（すなわち異なる減衰時間特性を有する）ルミネッセンス粒子の混合物を含むルミネッセンス材料の強度プロファイルの相違をより良く検出するために、上記のスキャナの任意のものが、さらに、より信頼性の高いルミネッセンス強度信号を得るために、光源に可変駆動電流または駆動電圧を送達するように動作可能な電源を有することができる。したがって、本発明によれば、検出されるルミネッセンス信号が許容範囲内になるように（すなわち光センサの信頼性の高い動作の範囲内になるように）、（光源に適合される電源に応じた）駆動電流強度または駆動電圧値によって励起光の強度を設定することによって、より信頼性の高いルミネッセンス強度を得ることと、各ルミネッセンス強度プロファイルに関して同じ励起時間を有することの両方が可能になる。ルミネッセンス強度値は、所与のルミネッセンス強度値範囲内にある場合に、制御ユニットによって許容範囲内と判断することができる。
【００３５】
例えば、上述したようなルミネッセンス色素Ｐ１とＰ２からなる２つの異なる混合物の場合には、同じ励起時間に関する励起光のフラックスの変化（すなわち、Ｐ１の減衰曲線とＰ２の減衰曲線に関するｔ０でのそれぞれの照明強度の変化のみ）により、これらの混合物に関する正規化されたプロファイルにおいて、異なる濃度の区別、またはより良い区別を直接可能にする。これは、図２Ａと図２Ｂに示される。
【００３６】
図２Ａは、一定の励起時間間隔１００μｓに関して、５０％の色素Ｐ１と、５０％の色素Ｐ２とからなる上述した混合物に関するルミネッセンス強度プロファイルを示す。実際、図２Ａは、図１Ａと同一である。
【００３７】
図２Ｂは、同じ一定の励起時間間隔１００μｓに関して、４２％の色素Ｐ１と、５８％の色素Ｐ２とからなる上述した混合物に関するルミネッセンス強度プロファイルを示すが、照明する励起光の強度が、図２Ａの場合とは変えられている。ここでは、図２Ａと図２Ｂにおける正規化された減衰曲線の相違が明らかに見られる。すなわち、例えば、正規化された強度プロファイル（Ｐ１＋Ｐ２）と、縦座標の値０．２に対応する水平線との交点が、図２Ｂでは、約２８０μｓの横座標の値を有し、図２Ａでは、約２５０μｓにすぎない。したがって、励起光強度を変えることにより、これらの粒子が大きく異なる減衰時間を有する場合でさえ、ルミネッセンス粒子の混合物の区別を明らかに可能にする。したがって、本発明は、
前記電源が、可変駆動電流または駆動電圧を送達するようにさらに動作可能であり、
前記光源が、送達される駆動電流または駆動電圧に従って変化する強度を有する前記励起光を生成するようにさらに動作可能であり、
前記制御ユニットが、送達されるルミネッセンス強度信号に対応するルミネッセンス強度値が所与のルミネッセンス強度値範囲内になるように、光源に送達される駆動電流の値または駆動電圧の値を設定するために前記電源を制御するようにさらに動作可能である
スキャナに関する。
【００３８】
例えば、ルミネッセンス強度値は、光センサの検出しきい値よりも高く、かつ光源の飽和しきい値よりも低くすることができ、すなわち、光センサの高信頼性の検出範囲内にすることができる。また、ルミネッセンス強度値の範囲は、測定されるルミネッセンス強度の信号対雑音比が、しきい値よりも高く、および／または光センサが、対応する測定動作中に飽和しないことを保証することもできる。例えば、照明サイクルの終了時に光センサによって検出されるルミネッセンス強度の測定レベルに応じて、制御ユニットは、電源によって送達される駆動電流（または駆動電圧）を変えることによって、強度測定サイクルの開始時（すなわち光源による照明の終了直後）に送達されるルミネッセンス強度信号が光センサの飽和レベルに近い強度値に対応するが、それでも前記飽和レベル未満となるように、光源によって送達される励起光の強度レベルを適合させることができる。この場合、測定値は、非常に高い信頼性であり、強度プロファイルから抽出されるデータはより正確である。
【００３９】
さらに、光センサはさらに、調節可能な検出しきい値および飽和しきい値を有することができ、制御ユニットはさらに、これらのしきい値の値を調節するように動作可能であることがある。これは、周囲光のみによる（すなわち光源による照明を伴わない）ルミネッセンス材料の照明に対応する強度信号のオフセット値を光センサによって検出して、強度プロファイルを構成する強度信号から差し引き、前記周囲光に対応する外乱をなくすために特に興味深い。オフセット値が光センサの検出範囲外にある場合、制御ユニットはさらに、検出範囲を調節して、修正された検出範囲内にオフセット値が入るようにすることができる。したがって、前記周囲光の下で（ルミネッセンス強度プロファイルを構成するために）光センサによって測定されるルミネッセンス強度の値は、ルミネッセンスレベルが低い場合でさえ、特定の実際の測定条件にここで適合された前記修正された検出範囲内にあり、得られるルミネッセンス強度プロファイルは、より高い信頼性である。
【００４０】
本発明によれば、光源は、調節可能な励起時間間隔にわたって光を送達するようにさらに動作可能であることがあり、制御ユニットは、励起時間間隔を設定するために前記光源を制御するようにさらに動作可能であることがある。したがって、光源の駆動電流（または駆動電圧）の強度がその最大値である場合、それにもかかわらず、励起時間を延長することによってルミネッセンス材料のチャージをさらに高めることが可能である。
【００４１】
また、本発明によるスキャナでは、制御ユニットは、励起時間間隔が経過した後に、時間遅延を伴って、ルミネッセンス光の強度を測定するように光センサを制御するようにさらに動作可能であることがある。さらに、制御ユニットはさらに、前記時間遅延を設定するように動作可能であることがある。したがって、非常に異なる減衰時間特性を有するルミネッセンス材料をより良く区別することができる。したがって、必要であれば、飽和レベルに近い強度測定サイクルの開始時のルミネッセンス強度値を得るという上記の目標を実現するために、照明の終了後の励起時間間隔および／または時間遅延をさらに設定することができる。
【００４２】
さらに、本発明は、前記決定された強度プロファイルからルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するように前記制御ユニットがさらに動作可能である上述したスキャナに関する。強度プロファイルから減衰時間値を計算するための多くの技法が当業者に知られている。
【００４３】
本発明の上記のスキャナの任意の１つは、ルミネッセンス材料の決定された強度プロファイルＩ（ｔ）が制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準ルミネッセンス強度プロファイルＩｒｅｆ（ｔ）に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能な制御ユニットを有することがあり、前記基準ルミネッセンス強度プロファイルは、基準ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度プロファイルである。したがって、個々の測定値の単なる強度値ではなく、曲線形状が認証用の特徴として使用される。
【００４４】
例えば、強度プロファイルＩ（ｔ）とＩｒｅｆ（ｔ）のさらに信頼性の高い比較を行うために、まず、各強度プロファイルを正規化することができ、次いで、正規化されたプロファイルが比較される。この正規化は、比較が、モデルを必要とせず、対象のルミネッセンス材料のマーキングの老化、変化、または汚れにより生じ得る強度のずれの影響をあまり受けないという効果を有する。例えば、強度プロファイルＩ（ｔ）とＩｒｅｆ（ｔ）とが、両方のプロファイルの最大値が一致するようにスケールを合わされる。ここで、それぞれ得られる正規化された
【数１】
2014519130.tif 000003
が所与の交差内で一致する場合、ルミネッセンス材料は、基準ルミネッセンス材料に対応する（すなわち本物）とみなされる。
【００４５】
本発明はまた、決定された強度プロファイルからルミネッセンス材料の減衰値を決定するように動作可能な制御ユニットを有するスキャナ（上記参照）であって、前記制御ユニットが、前記強度プロファイルから決定されるルミネッセンス材料の減衰時間値が制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能であり、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応するスキャナに関する。例えば、制御ユニットは、これらの減衰時間値が所与の誤差範囲内で一致するかどうか試験することができる。一致する場合、ルミネッセンス材料は本物とみなされる。認証操作は、決定された減衰時間値と基準減衰時間値との比較に加えて、測定された強度プロファイルＩ（ｔ）と基準強度プロファイルＩｒｅｆ（ｔ）の比較をさらに含み（基準強度プロファイルＩｒｅｆ（ｔ）も、制御ユニットのメモリに記憶されている）、および／またはこれらの強度プロファイル曲線から抽出される追加の特性の比較を含み、そのような追加の特性は、例えば、当技術分野で知られているように、ルミネッセンス材料および基準ルミネッセンス材料中のルミネッセンス粒子のそれぞれの濃度である。
【００４６】
本発明の別の態様は、第１の方向の経路に沿って本発明によるスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するための方法であって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出する方法であって、
ルミネッセンス材料がスキャナの照明領域を横切るときに、第１の方向でスキャナを通って移動するルミネッセンス材料を、スキャナの光源によって第１の波長範囲内の励起光で照明するステップと、
ルミネッセンス材料が励起光で照明された後に引き続き第１の方向に移動して前記スキャナの検出区域に入るときに、ルミネッセンス材料が検出区域を横切る間に、第２の波長範囲内で前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の強度を前記光センサによって測定し、対応するルミネッセンス強度信号をスキャナの制御ユニットに送達するステップと、
制御ユニットによって受信されるルミネッセンス強度信号から強度プロファイルを決定するステップと
を含む方法に関する。
【００４７】
また、本発明は、第１の方向の経路に沿って（上述した）本発明によるスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定し、減衰時間を検出するための方法であって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出する方法であって、
ルミネッセンス材料がスキャナの照明領域を横切るときに、第１の方向でスキャナを通って移動するルミネッセンス材料を、スキャナの光源によって第１の波長範囲内の励起光で照明するステップと、
ルミネッセンス材料が励起光で照明された後に引き続き第１の方向に移動して前記スキャナの検出区域に入るときに、ルミネッセンス材料が検出区域を横切る間に、第２の波長範囲内で前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の強度を前記光センサによって測定し、対応するルミネッセンス強度信号をスキャナの制御ユニットに送達するステップと、
制御ユニットによって受信されるルミネッセンス強度信号から強度プロファイルを決定するステップと、
前記決定された強度プロファイルからルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するステップと
を含む方法に関する。
【００４８】
スキャナの制御ユニットは、本発明による方法の上記のステップを実行するようにプログラムすることができる。上記の方法は、さらに、第２の波長範囲内での光センサの応答性が、スキャナの検出区域にわたって実質的に均一になるように制御するステップを含むことがある。例えば、制御ユニットは、さらに、光センサの応答性が、規定の平均値の上下で規定の限度内に含まれるように制御することができる。
【００４９】
上述したように、可変駆動電流または駆動電圧を光源に送達するように動作可能な電源を備える本発明によるスキャナの場合には、本発明による方法は、さらに、
（ａ）電源によって送達される駆動電流の値または駆動電圧の値を設定するステップと、
（ｂ）前記駆動電流値または駆動電圧値で電力供給される光源によって、励起時間間隔中にルミネッセンス材料を照明するステップと、
（ｃ）前記励起時間間隔後に、光源によって、ルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度の対応する値を測定するステップと、
（ｄ）ルミネッセンス光の強度の前記測定値が許容範囲内であるかどうか、すなわちルミネッセンス強度値の所与の範囲内にあるかどうか判断するステップと、
許容範囲内である場合には、
（ｅ）測定値を、前記強度プロファイルの対応する点として制御ユニットのメモリに記憶するステップと、
（ｆ）測定時間間隔にわたって、前記強度プロファイルが完成するまで、ステップ（ｃ）と（ｅ）を繰り返し行うステップと、
または、許容範囲内でない場合には、
（ｇ）ステップ（ａ）で電源によって送達された駆動電流の修正値または駆動電圧の修正値を設定し、ステップ（ｂ）で、駆動電流または駆動電圧の前記修正値で電力供給された光源によってルミネッセンス材料を照明し、次いで、ステップ（ｃ）〜（ｆ）を行うステップと、
（ｈ）前記記憶された強度プロファイルから減衰時間値を決定するステップと
を含むことがある。
【００５０】
検出されるルミネッセンス信号が許容範囲内になるように、（光源に好適な電源に応じて）駆動電流強度または駆動電圧値によって励起光の強度を設定することによって、同じ照明条件で（すなわち同じ励起時間で）得られる信号に対応する信頼性の高い強度プロファイルの測定を可能にする。したがって、上記の方法は、特に、異なる減衰時間特性を有するルミネッセンス粒子の混合物を含むルミネッセンス材料であって、それぞれの材料中の前記粒子の濃度のみが異なるルミネッセンス材料をはるかに良く区別できるようにする。
【００５１】
ステップ（ｈ）で、記憶された強度プロファイルをさらに正規化することができ、次いで、正規化された強度プロファイルから減衰時間値が決定される。この正規化は、決定される減衰時間値の精度をより高めることができるようにする。
【００５２】
また、前記検出しきい値および飽和しきい値の値を調節するようにさらに動作可能なスキャナの前記制御ユニットを用いて、上記の方法は、予備ステップを含み、周囲光に対応する対応するオフセット値を得るために、光源によってルミネッセンス材料を照明せずに、光センサからの初期強度信号を獲得し；前記初期強度信号が光センサの前記検出範囲外にある場合には、前記検出しきい値または前記飽和しきい値を調節して、前記初期強度信号が修正された検出範囲内となるようにするステップによって検出範囲を修正し；次いで、ステップ（ｃ）で、ルミネッセンス光の強度の前記測定値を得るために、光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から前記オフセット値を差し引き；検出範囲が修正されている場合には、ステップ（ｄ）で、前記修正された検出範囲を、光センサの検出範囲として使用する。したがって、ここで、光センサによって検出されるルミネッセンス光に対する生じ得る周囲光の影響がなくされ、得られるルミネッセンス強度プロファイルおよび対応する減衰時間値は、ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光のみに関するものとなる。その結果、測定の精度および信頼性がさらに改良される。
【００５３】
光源が、調節可能な励起時間間隔にわたって光を送達するように動作可能であり、制御ユニットがさらに、励起時間間隔を設定するために光源を制御するように動作可能である本発明による方法の変形形態では、ステップ（ｄ）で、ルミネッセンス光の強度の測定値が許容範囲内でなく、対応する駆動電流値または対応する駆動電圧値が第１のしきい値よりも低い場合には、ステップ（ｇ）が、前記励起時間間隔を短縮する予備ステップを含み、あるいは、ステップ（ｄ）で、ルミネッセンス光の測定値が許容範囲内でなく、対応する駆動電流の強度値または対応する駆動電圧値が第２のしきい値よりも高い場合には、ステップ（ｇ）が、前記励起時間間隔を延長する予備ステップを含む。したがって、駆動電流または駆動電圧が低すぎる（すなわち前記第１のしきい値よりも低い）場合でさえ、または高すぎる（すなわち前記第２のしきい値よりも高い）場合でさえ、励起時間間隔を調節することによって、許容できるルミネッセンス信号を得ることを試みることができる。また、（駆動電流または駆動電圧、および測定ルミネッセンス信号に対する任意の条件とは無関係に）励起光を設定する単純な予備ステップを含むこともできる。
【００５４】
本発明による上記の方法では、ステップ（ｃ）で、ステップ（ａ）で設定した駆動電流値または駆動電圧値に対応する強度プロファイルの最初の点に関して、ルミネッセンス光の強度の前記測定は、前記励起時間間隔が経過した後に時間遅延を伴って行うことができる。また、制御ユニットはさらに、この時間遅延を設定することができる。
【００５５】
放出されたルミネッセンス光から決定される減衰時間値に基づいてルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能な制御ユニットを備える本発明によるスキャナを用いて、強度プロファイルを決定するための上記の方法は、前記強度プロファイルから決定されるルミネッセンス材料の減衰時間値がスキャナの制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するさらなるステップを含むことがある。例えば、測定減衰時間値が基準減衰時間値に実質的に一致する場合、アイテムは本物とみなされる。
【００５６】
上述したように、決定された強度プロファイルと基準強度プロファイルとの比較に基づいてルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能な制御ユニットを備える本発明によるスキャナを用いて、本発明による上記の方法は、さらに、
前記強度プロファイルから決定されるルミネッセンス材料の減衰時間値が制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するステップを含み、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応する。
【００５７】
最後に、本発明は、製造／配給ライン上で、第１の方向の経路に沿って、本発明による上記の変形形態のいずれかに記載のスキャナを通り過ぎるルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのシステムであって、前記ルミネッセンス材料が、前記スキャナの光源によって送達される第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出し、前記スキャナが、前記製造／配給ラインに取り付けられ、前記スキャナの前記制御ユニットが、プログラム可能であり、プログラムを含み、プログラムが、前記制御ユニット上で動作するときに、本発明による強度プロファイルを決定するための上記の方法のステップを実施するように制御ユニットを動作可能にするシステムに関する。
【００５８】
本明細書では以下、添付図面を参照して本発明をより完全に説明する。図面中、異なる図を通して、同様の参照符号が同じ要素を表す。また、図面には、本発明の主立った態様および特徴が例示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】異なる減衰時間特性を有するルミネッセンスインク色素Ｐ１とＰ２の異なる濃度の混合物に対応する２つのルミネッセンス材料に関する、励起時間設定機能を有する従来のスキャナからの正規化された減衰曲線、および光励起曲線をそれぞれ示す図である。
【図１Ｂ】異なる減衰時間特性を有するルミネッセンスインク色素Ｐ１とＰ２の異なる濃度の混合物に対応する２つのルミネッセンス材料に関する、励起時間設定機能を有する従来のスキャナからの正規化された減衰曲線、および光励起曲線をそれぞれ示す図である。
【図２Ａ】図１Ａおよび図１Ｂにおけるものと同じ混合物に対応する２つのルミネッセンス材料に関する、本発明によるスキャナからの正規化された減衰曲線を、一定の励起時間に関する強度のプロファイル、および光励起曲線と共にそれぞれ示す図である。
【図２Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂにおけるものと同じ混合物に対応する２つのルミネッセンス材料に関する、本発明によるスキャナからの正規化された減衰曲線を、一定の励起時間に関する強度のプロファイル、および光励起曲線と共にそれぞれ示す図である。
【図３】本発明によるスキャナの光学ブロックの概略図である。
【図４】図３のスキャナの光源の照明サイクルを示す図である。
【図５】図３のスキャナの光センサ内のフォトセンサの１つの応答性曲線を示す図である。
【図６】図３のスキャナの光センサの応答性曲線を示す図である。
【図７】本発明によるスキャナの電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
本発明の一実施形態の一例によるルミネッセンス材料の減衰時間特性を検出するためのスキャナの動作が、図３〜図９に示される。スキャナ（１）は、製造ラインに取り付けられる。より短い波長範囲（すなわち前記第１の波長範囲）内の光で励起されるときに近赤外（ＮＩＲ）で発光するルミネッセンス材料（７）でマークされたアイテムが、典型的な速度Ｖで、製造ラインのコンベアベルト（２）上で、スキャナの照明領域および検出区域を通して輸送される。一例として、この速度は、Ｖ≒６ｍｓ−１でよい。
【００６１】
スキャナ（１）の光学ブロック（図３も参照）は、光源（３）と光センサ（５）とを備える。光源（３）は、例えば、中心波長λｃおよび最大駆動電流強度の５０％でのスペクトル帯域幅Δλ＝４５ｎｍ（これは、上述した第１の波長範囲に対応する）に関して、第１の波長範囲内のピーク放出λｐでの波長で動作するＬＥＤでよい。このＬＥＤは、アイテム上のマーキング、すなわちルミネッセンス材料（７）を照明するために、駆動電流強度ＩＳに従って変化する強度を有する励起光を生成するように動作可能である。光源は、コンベアベルト（２）の上方に配設され、前記コンベアベルトの表面に照明領域（８）を画定する照明円錐（１７）を有する。光センサ（５）は、コンベアベルト（２）の上方で、サンプル（７）の移動方向に沿って整列されたフォトセンサによって、スキャナ（１）の検出区域（１０）の内部でマーキング（７）によって放出されるルミネッセンス光を収集する。ここで、光センサ（５）は、５つの同一のフォトセンサを備え、それらは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ５であり、それぞれ、合焦レンズ（１８）を装備され、第２の波長範囲内（ＮＩＲ範囲内）のルミネッセンス光を検出するように動作可能である。これらのフォトダイオードは、並列に接続される。図３に示されるように、フォトダイオードは、互いに距離ｄ≒６ｍｍで、コンベアベルト（２）の上方に高さｈ≒１５ｍｍで配設される。各フォトダイオードは、角度βの検出円錐を有し、ここで、β≒２０°であり、この検出円錐は、コンベアベルト（２）上で、検出区域（１０）内部に、対応する検出領域（９）を画定する。最も近い任意の２つのフォトダイオードの検出領域は重畳しており、実際、フォトダイオードの５つの検出領域の合計が、スキャナの検出区域（１０）を構成する。
【００６２】
また、スキャナ（１）は、光源（３）に可変駆動電流強度ＩＳを送達するための電源（４）と、電源（４）、光源（３）、および光センサ（５）を制御するように動作可能な制御ユニット（６）とを備え、それにより、光センサ（５）によって測定時間間隔Δｔｍにわたって送達されたルミネッセンス強度信号から、マーキング（７）によって放出されるルミネッセンス光の強度プロファイルＩ（ｔ）を獲得し、獲得された強度プロファイルＩ（ｔ）から減衰時間値を決定する。また、制御ユニット（６）は、光センサ（５）からルミネッセンス強度信号を受信し、電源（４）を制御して、送達されたルミネッセンス強度信号に対応するルミネッセンス強度値ＩＬが、光センサ（５）の検出しきい値よりも高く、かつその飽和レベルよりも低くなる（すなわち、その信頼性範囲内になる）ように、光源（３）に送達される駆動電流ＩＳの強度値を選択する。
【００６３】
図４は、光源（３）の照明サイクルを示す。光源は、時点Ｔ０とＴ１の間では、駆動電流強度ＩＳで電力供給される。励起時間間隔は、Δｔｅｘ＝Ｔ１−Ｔ０であり、ここでは、Δｔｅｘ＝１００μｓである。光センサ（５）に関して、（Ｔ２−Ｔ１）に対応する時間遅延Δｔｄを制御ユニットによって設定することができ、Ｔ３で新たなサイクルが始まり、ここでは、Ｔ３−Ｔ１＝４ｍｓである。したがって、光センサの測定時間間隔Δｔｍは、（Ｔ３−Ｔ２）に対応する。
【００６４】
図５は、合焦レンズ（１８）を装備された５つのフォトダイオードの任意の１つ、すなわちＰＤｉの（第２の波長範囲内での）典型的な応答性を、マーキング（７）の移動方向に沿った、フォトダイオードの検出領域（９）内の発光サンプルの位置ｘの関数Ｒｅｉ（ｘ）として示す。応答性（単位Ａ／Ｗ）は、検出領域（ハッチングを掛けた領域に対応する）の境界付近ではゼロになり、検出領域の中心で最大値に達する。
【００６５】
図６は、フォトダイオードの検出区域（１０）内の発光サンプルの位置ｘの関数として、第２の波長範囲内での光センサ（５）の応答性Ｒｅ（ｘ）を示す。フォトダイオード間の距離ｄと、コンベアベルトの上方でのフォトダイオードの高さｈとは、光センサの全体の応答性Ｒｅ（ｘ）は、生じる検出領域の重畳（角度βが与えられる）により、実際に検出区域（１０）にわたって実質的に均一になるように適合される。ここで、サンプル（７）の移動方向に沿ったスキャナの検出区域（１０）内での位置ｘの関数としての光センサ（５）の全体的な応答性Ｒｅ（ｘ）は、均一性長さＬにわたって、平均値Ｒｅｍの上下に５％未満しか変動せず、検出区域の境界では（すなわち長さＬの均一性領域の各側では）ゼロに下がる。ここでは、Ｒｅｍ≒０．６ＡＷ−１である。フォトダイオード間の距離ｄと、コンベアベルトの上方でのフォトダイオードの高さｈとは、Ｌ≒ＶΔｔｍと、長さＬにわたる光センサの応答性Ｒｅ（ｘ）の前記実質的な均一性を得るのに十分な検出領域（９）の重畳との両方を有するように設定される。ここでは、Ｌ≒５ｄ≒３０ｍｍである。マーキング（７）の移動方向に沿って延びた検出区域（１０）と、検出区域内での長さＬにわたる光センサの応答性の実質的な均一性との組合せにより、前記マーキングの上方に静止して配設され、前記領域を通る前記マーキングの移動中に前記マーキングを追跡する通常のスキャナとかなり類似した条件で、マーキングが長さＬの領域を横切るときにマーキングからのルミネッセンス光を測定できるようになる。したがって、マーキングが検出区域を通って高速で移動している場合でさえ、マーキングの移動は、スキャナの特有の構造により「補償」される。
【００６６】
図７は、本発明によるスキャナの好ましい実施形態に関する回路図を示す。制御ユニット（６）が、データバス（１２）およびＤ／Ａ変換器（図示せず）を介して電源（４）を制御し、すなわち、光源（３）に電力供給するための駆動電流強度ＩＳを設定し、また、（Δｔｅｘの所望の値を得られるように）照明サイクルの値Ｔ０およびＴ１を設定する。さらに、制御ユニット（６）は、データバス（１２）と、環境光オフセット補償ユニット（１３）のＤ／Ａ変換器とを介して光センサ（５）を制御し、すなわち、（ΔｔｄおよびΔｔｍの所望の値を得られるように）測定サイクルの値Ｔ２およびＴ３を設定する。光センサ（５）に接続された演算増幅器（１１）は、光センサ（５）によって測定されるルミネッセンス強度信号に対応する電圧信号を、データバス（１２）に接続されたＡ／Ｄ変換器を介して制御ユニット（６）に送達する。
【００６７】
光センサ（５）のフォトダイオードの不飽和状態への急速な戻りを保証するために、実際には、前記光センサは、（サンプルからのルミネッセンス光による照明の下で）電流源として働き、常に短絡され、それにより、フォトダイオードの内部容量が充電されるのを防止し、フォトダイオードの応答をより速くする。
【００６８】
実際、演算増幅器（１１）の出力での電圧が高すぎる場合、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１に並列に接続されたダイオードＤ１が電流を流し、それにより演算増幅器の飽和を防止する。したがって、ダイオードＤ１は、演算増幅器（１１）の負のフィードバックループ内に配設され、これは、光センサ（５）のフォトダイオードを常に短絡させ、したがって決して飽和されないようにする。
【００６９】
その結果、強度プロファイルをはるかに速く獲得し、より短い減衰時間を測定することが可能である。
【００７０】
また、フォトダイオード（５）の出力に直接接続された抵抗Ｒ２が、オフセット電流を吸収し、それにより、測定された強度信号の該当部分を、Ａ／Ｄ変換器の高信頼性の検出範囲内に下げ、Ａ／Ｄ変換器が、測定された強度信号を、データバス（１２）を介して制御ユニット（６）に送信する。
【００７１】
それにより、環境光による強度信号の部分は、フォトダイオード（５）の出力で抑制され、オフセット電流が除去された強度信号のみが、演算増幅器（１１）からＡ／Ｄ変換器およびデータバス（１２）を介して制御ユニット（６）に送信されて、正確な強度プロファイルＩ（ｔ）が生成される。さらに、フォトダイオード（５）が電流発生器として動作し、演算増幅器（１１）の負のフィードバックループ内のダイオードＤ１が常に同じ動作点付近で動作することにより、ルミネッセンス光に対する応答の線形性が高められる。
【００７２】
本発明のこの実施形態に従って、ＬＥＤ（３）によって放出される励起光の強度をその駆動電流強度ＩＳによって制御することにより、持続時間と強度形状の両方に関して、良く制御された光フラッシュを生成するという利点が得られる。大抵の場合には、ルミネッセンス強度プロファイルの最初の点を正確に決定するための許容できるＩＳ値が３回のフラッシュのみで得られるので、この方法は効率的である（上で説明した方法のステップ（ｇ）参照）。
【００７３】
本発明の好ましい実施形態では、制御ユニット（６）は、光センサ（５）の検出しきい値および飽和しきい値のレベルを調節するようにさらに動作可能であり、これらのしきい値が、光センサの検出範囲を定める。したがって、光センサの感度は、ルミネッセンス光強度の測定中の実際の条件に適合させることができ、得られるルミネッセンス強度プロファイルは、より信頼性の高いものになる。
【００７４】
本発明の前記好ましい実施形態によるスキャナの動作を以下に詳述する。予備段階で、ＬＥＤ（３）によってルミネッセンス材料を照明せずに、また（通常は環境光が測定中に一定値の近辺でしか変動しないので）時間遅延なしで（Δｔｄ＝０）、光センサ（５）からの初期強度信号が獲得され、次いで、環境光に対応する光強度ＩＯＦＦのオフセット値が決定される。環境光は通常はかなり低いので、初期強度信号が光センサの検出範囲外の場合には、制御ユニット（６）は、検出範囲の検出しきい値および／または飽和しきい値を調節することによってこの検出範囲を修正して、初期強度信号がここで新たな検出範囲内となるようにする。次いで、前記ダウンコンバータルミネッセンス材料を照明するための操作が始まる。すなわち、制御ユニット（６）が、電源（４）によって送達される駆動電流ＩＳ０の強度の値を設定し、次いで、光源（３）が、励起時間間隔Δｔｅｘ＝１００μｓ、Δｔｄ（ここでは６０μｓに設定）、およびΔｔｍ＝４０００μｓに関して、この駆動強度で電力供給され、前記１００μｓ中にルミネッセンス材料を照明する。また、制御ユニット（６）は、１００μｓの励起時間間隔の直後にルミネッセンス材料によって次いで放出されるルミネッセンス光の強度の対応する値を測定するように光センサ（５）を制御する。次いで、光センサ（５）は、制御ユニット（６）に第１のルミネッセンス強度信号を送達し、次いで、制御ユニット（６）は、ルミネッセンス光の強度の対応する第１の測定値から、強度のオフセット値を差し引き、その結果が許容範囲内であるか（すなわち光センサ（５）の検出範囲内にあるか）判断し、許容範囲内である場合には、その結果が、前記強度プロファイルの対応する最初の点として制御ユニット（６）のメモリに記憶される。次いで、減衰するルミネッセンス光の測定が、測定時間間隔Δｔｍ＝４０００μｓ中に行われ、上で説明したようにして得られた対応する結果が、測定ルミネッセンス強度プロファイルＩ（ｔ）を構成する。次いで、前記記憶されたプロファイルが、制御ユニット（６）によって、対応する減衰時間値を計算するため（または基準強度プロファイルと比較するため）に使用される。
【００７５】
ルミネッセンス光の強度の第１の測定値に対応する上述した結果が検出範囲内にない場合（通常、これは、第１のルミネッセンス信号が光センサの飽和しきい値よりも高い状況に対応する）、制御ユニット（６）は、電源によって光源に送達される駆動電流の強度の値を修正する（第１の信号が高すぎるので、駆動電流強度が減少される）。次いで、ルミネッセンス強度プロファイルが獲得されるまで、照明、測定（オフセット補正を伴う）、および判断のサイクルが繰り返され、対応する減衰時間値が計算される。
【００７６】
本発明の変形形態では、第１のルミネッセンス信号が光センサの飽和しきい値よりも高い場合、駆動電流の強度の値を修正せずに、飽和しきい値の値を増加し、次いで最初の点に関する測定を繰り返すさらなるステップが試行され、さらなるステップが強度プロファイルの許容できる最初の点を与えることができなかった場合にのみ、前記駆動電流が修正される。
【００７７】
本発明は、上記の実施形態に厳密には限定されず、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正を施すことができる。例えば、励起光を送達するために使用される光源は、駆動電流設定機能、またはそれと等価に供給電圧設定機能を有する任意の従来の光源でよく、したがって、光源の駆動電流または供給電圧を変えることによって、光センサによって検出される光強度のレベルに応じて、光源によって送達される励起光強度を適合させることができるようにする。
【００７８】
本発明による減衰時間スキャナおよび減衰時間検出方法は、ＵＶ光（２００〜４００ｎｍ）、可視光（４００〜７００ｎｍ）、または近赤外〜中赤外光（７００〜２５００ｎｍ）からのスペクトル範囲内での任意のルミネッセンス放出に関して使用することができる。また、本発明によるスキャナは、（可能であればワイヤレス）通信のための無線モジュールと、測定データまたはスキャンパラメータを表示するためのディスプレイモジュールと、スキャン条件を入力するための制御インターフェースとを備えることもできる。
【００７９】
また、本発明は、ルミネッセンス材料の減衰時間特性を決定するため、および／またはその減衰時間特性に基づいてルミネッセンス材料を備えるアイテムを認証するための、本発明による減衰時間スキャナおよび強度プロファイル決定方法の使用に関し、前記減衰時間特性は、ルミネッセンス放出強度プロファイルもしくは減衰時間値であり、または、ルミネッセンス材料が様々なタイプのルミネッセンス粒子の混合物を含む場合には、前記材料中の各タイプの粒子の濃度である。
【図１Ａ】
2014519130.tif 000004
【図１Ｂ】
2014519130.tif 000005
【図２Ａ】
2014519130.tif 000006
【図２Ｂ】
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【図３】
2014519130.tif 000008
【図４】
2014519130.tif 000009
【図５】
2014519130.tif 000010
【図６】
2014519130.tif 000011
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月4日(2012.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向の経路に沿ってスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのスキャナであって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出するスキャナであって、
電源と、
前記電源に接続された光源であって、前記電源によって電力供給されたときに、照明領域内の前記ルミネッセンス材料を前記励起光で照明するように動作可能な光源と、
前記スキャナの検出区域内にある前記キルミネッセンス材料から受け取られた前記ルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能な光センサと、
前記光センサに接続された制御ユニットであって、前記光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から、前記受け取られたルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するように動作可能な制御ユニットと
を備えるスキャナにおいて、
前記照明領域が、前記経路に沿った第１の位置にあり、
前記検出区域が、前記経路に沿った後続の第２の位置にあり、前記経路の一部分に沿って延在し、
前記光センサが、前記検出区域を横切る前記第１の方向での前記経路に沿った前記ルミネッセンス材料の移動中に、前記ルミネッセンス材料からルミネッセンス光を収集し、前記第２の波長範囲内の前記収集されたルミネッセンス光の強度を測定し、対応するルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、前記第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光の応答性が、前記検出区域にわたって実質的に均一であり、
前記制御ユニットが、前記電源、光源、および光センサを制御し、前記照明領域内での前記励起光での照明に応答して、前記第１の方向で前記検出区域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光センサによって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である
ことを特徴とするスキャナ。
【請求項２】
前記光センサが、前記第１の方向に沿って連続的に配設された複数の光検出器を備え、各光検出器が、前記第２の波長範囲内で、前記検出区域内の対応する検出領域から受け取られるルミネッセンス光の強度を測定し、対応する光検出器ルミネッセンス強度信号を送達するように動作可能であり、前記対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆い、
前記複数の光検出器のうちの任意の２つの連続する光検出器が、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設され、それにより、前記第２の波長範囲内での前記光センサの前記応答性が、前記検出区域にわたって実質的に均一であり、
前記制御ユニットが、前記第１の方向での前記経路に沿って前記検出領域を横切って移動する前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光を受け取ったときに、前記光検出器によって送達されるルミネッセンス強度信号から前記強度プロファイルを決定するように動作可能である
請求項１に記載のスキャナ。
【請求項３】
前記光検出器が、並列に接続されたフォトダイオードである請求項２に記載のスキャナ。
【請求項４】
前記光センサが、複数の光導波路を備え、各導波路が、前記検出区域内の対応する検出領域からルミネッセンス光を収集するように動作可能な受光口を有し、前記複数の導波路受光口が、前記第１の方向に沿って連続的に配設され、前記対応する検出領域の組が、前記検出区域を覆い、
前記光導波路が、それぞれの検出領域が部分的に重なり合うように配設され、それにより、前記第２の波長範囲内での前記光センサの前記応答性が、前記検出区域にわたって実質的に均一である
請求項１に記載のスキャナ。
【請求項５】
前記光導波路が光ファイバである請求項４に記載のスキャナ。
【請求項６】
前記光センサが、さらに、前記検出区域から受け取られたルミネッセンス光を合焦するように動作可能な合焦デバイスを備える請求項１〜５のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項７】
前記光源が、複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤからの励起光を前記照明領域上に合焦するように動作可能な合焦手段とを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項８】
さらに、
前記ルミネッセンス材料が前記光源の前記照明領域内にあることを検出し、対応するトリガ信号を送達するように動作可能なトリガユニットを備え、
前記制御ユニットが、前記トリガユニットから前記トリガ信号を受信したときに、前記照明領域内の前記ルミネッセンス材料に励起光パルスを送達するように前記光源を制御するように、かつ照明が停止した後に強度プロファイルを獲得するように前記光センサを制御するようにさらに動作可能である
請求項１〜７のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項９】
前記スキャナが、さらに、前記検出区域内の前記ルミネッセンス材料の位置を決定し、対応する位置信号を送達するように動作可能な位置センサを備え、
前記制御ユニットが、前記位置センサから位置信号を受信し、前記光センサの照射が最大となる、前記連続する各検出領域内での前記ルミネッセンス材料の連続する位置に対応する連続的なルミネッセンス強度信号からのみ前記強度プロファイルを決定するようにさらに動作可能である
請求項２〜８のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１０】
前記電源が、可変駆動電流または駆動電圧を送達するように動作可能であり、
前記光源が、前記送達される駆動電流または駆動電圧に従って変化する強度を有する前記励起光を生成するように動作可能であり、
前記制御ユニットが、送達されるルミネッセンス強度信号に対応するルミネッセンス強度値が所与のルミネッセンス強度値範囲内になるように、前記光源に送達される前記駆動電流の値または前記駆動電圧の値を設定するために前記電源を制御するようにさらに動作可能である
請求項１〜９のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１１】
ルミネッセンス強度値の前記所与の範囲が、前記光センサの検出範囲に対応し、前記検出範囲が、前記光センサの検出しきい値と飽和しきい値との間のルミネッセンス強度値の範囲である
請求項１０に記載のスキャナ。
【請求項１２】
ルミネッセンス強度値の前記所与の範囲が、さらに、測定されたルミネッセンス強度の信号対雑音比がしきい値よりも高いことを保証する請求項１０または１１に記載のスキャナ。
【請求項１３】
前記光源が、調節可能な励起時間間隔にわたって励起光を送達するように動作可能であり、前記制御ユニットがさらに、前記励起時間間隔を設定するように動作可能である請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１４】
前記制御ユニットが、前記励起時間間隔が経過した後に、時間遅延を伴って、前記収集されたルミネッセンス光の強度を測定するように前記光センサを制御するようにさらに動作可能である請求項１３に記載のスキャナ。
【請求項１５】
前記制御ユニットが、前記決定された強度プロファイルから、前記ルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するようにさらに動作可能である請求項１〜１４のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１６】
前記制御ユニットが、前記強度プロファイルから決定される前記ルミネッセンス材料の前記減衰時間値が前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能であり、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応する請求項１５に記載のスキャナ。
【請求項１７】
前記制御ユニットが、前記ルミネッセンス材料の前記決定された強度プロファイルが前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準ルミネッセンス強度プロファイルに対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するようにさらに動作可能であり、前記基準ルミネッセンス強度プロファイルが、基準ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度プロファイルである請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１８】
第１の方向の経路に沿って、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のスキャナを通って移動するルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するための方法であって、前記ルミネッセンス材料が、第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出する方法であって、
前記ルミネッセンス材料が前記スキャナの前記照明領域を横切るときに、前記第１の方向で前記スキャナを通って移動する前記ルミネッセンス材料を、前記スキャナの前記光源によって前記第１の波長範囲内の励起光で照明するステップと、
前記ルミネッセンス材料が前記励起光で照明された後に引き続き前記第１の方向に移動して前記スキャナの前記検出区域に入るときに、前記ルミネッセンス材料が前記検出区域を横切る間に、前記第２の波長範囲内で前記ルミネッセンス材料によって放出されるルミネッセンス光の強度を前記光センサによって測定し、対応するルミネッセンス強度信号を前記スキャナの前記制御ユニットに送達するステップと、
前記制御ユニットによって受信される前記ルミネッセンス強度信号から強度プロファイルを決定するステップと
を含む方法。
【請求項１９】
前記決定された強度プロファイルから前記ルミネッセンス材料の減衰時間値を決定するさらなるステップを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記スキャナが、請求項１６に記載のスキャナであり、前記方法が、
前記強度プロファイルから決定されるルミネッセンス材料の減衰時間値が制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準減衰時間値に対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するさらなるステップを含み、前記基準減衰時間値が、基準ルミネッセンス材料の減衰時間値に対応する
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記スキャナが、請求項１７に記載のスキャナであり、前記方法が、
前記ルミネッセンス材料の前記決定された強度プロファイルが、前記制御ユニットのメモリに記憶されている所与の基準ルミネッセンス強度プロファイルに対応する場合に、前記ルミネッセンス材料を認証するさらなるステップを含み、前記基準ルミネッセンス強度プロファイルが、基準ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度プロファイルである
請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
製造／配給ライン上で、第１の方向の経路に沿って、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のスキャナを通り過ぎるルミネッセンス材料からのルミネッセンス光の強度プロファイルを決定するためのシステムであって、前記ルミネッセンス材料が、前記スキャナの前記光源によって送達される第１の波長範囲内の励起光で照明されるときに、第２の波長範囲内の前記ルミネッセンス光を放出し、前記スキャナが、前記製造／配給ラインに取り付けられ、前記スキャナの前記制御ユニットが、プログラム可能であり、プログラムを含み、前記プログラムが、前記制御ユニット上で動作するときに、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法のステップを実施するように前記制御ユニットを動作可能にするシステム。
【国際調査報告】
2014519130.tif 000013
2014519130.tif 000014
2014519130.tif 000015