(57)【要約】本発明は、時間的に引き延びる放出特性を示すルミネセンス・マーカ化合物を有するセキュリティ文書又は物品の認証のための改良型の方法とその方法を実現する装置とを開示する。本発明の方法によると、放出強度や時定数などの特徴的なルミネセンスのパラメータの迅速な抽出が可能となる。この方法は、周辺光による乱れに対して敏感でなく、光学フィルタリングの必要性も少なくさせる。
2004519056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源によって励起可能なルミネセンス化合物を含むセキュリティ・マーキングを、前記マーキングを励起するように露出させ、ルミネセンス放出の強度を測定することによって認証する方法であって、
前記励起光源への露出の間に又は露出の後で、光強度値が選択された時間期間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８）の間に測定されるものであり、或る時間期間の間に収集された強度値を別の時間期間の間に収集された強度値から減算した後に、前記減算の結果が前記ルミネセンス材料から放出された光を表すようにしたものであることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記時間期間の中の１つ（ｔ５）を前記ルミネセンス材料の励起の初期フェーズの間に選択することにより、放出の結果として生じたのではない後方散乱光、迷光又はそれ以外の光に起因する測定光強度と比較しての、前記ルミネセンス材料の放出の結果として生じた光強度（２ａ）の比率を減少させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、第２の時間期間（ｔ６）が、前記ルミネセンス材料の放射の結果として生じる強度がその最大値まで上昇したフェーズの間に選択されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法において、或る１つの時間期間（ｔ５、ｔ６）の継続期間は放出期間（Ａ）の２５％よりも短いことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の方法において、前記マーキングは、２つの異なる周波数の光を放出する１又は複数のルミネセンス化合物を含み、前記周波数を有する放出された光に対する強度値がサンプリングされることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記異なる周波数の強度値が比較されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の方法において、前記マーキングを放射へ露出する間に光の強度がサンプリングされることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の方法において、前記マーキングを放射へ露出した後に光の強度がサンプリングされることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載の方法において、前記時間期間（ｔ１ないしｔ８）の間の光強度値が積分されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
セキュリティ文書又は物品のマーキング及び認証のための方法であって、この方法は少なくとも１つのルミネセンス化合物の使用に依拠しており、前記ルミネセンス化合物は、励起光源によって励起可能であり、前記励起光源がオンに切り替えられた後に前記ルミネセンス放出強度が時間的に上昇し、前記励起光源がオフに切り替えられた後に前記ルミネセンス放出強度が時間的に減衰するものである、方法において、
前記ルミネセンス化合物はセキュリティ文書又は物品の一部であり、
前記励起光源は、第１の時間期間（Ｔ１）の間にオンに切り替えられ、第２の時間期間（Ｔ２）の間にオフに切り替えられ、
少なくとも２つのルミネセンス強度値が、少なくとも１つのルミネセンス波長に関して、少なくとも、時間期間（Ｔ１）または時間期間（Ｔ２）の何れか又は両方の内部にある２つの続いた時間期間（Ｔ３、Ｔ４）の間に測定され、
前記測定されたルミネセンス強度値の少なくとも２つが相互に減算され、ネットのルミネセンス強度値が得られ、このネットのルミネセンス強度値が、認証標準としての基準値と比較されること
を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、等しく、かつ時間期間（Ｔ１）の中に含まれることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、時間期間（Ｔ１）の半分であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、等しく、かつ時間期間（Ｔ２）の中に含まれることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、時間期間（Ｔ２）の半分であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４の何れかに記載の方法において、前記励起光源は反復的にオン及びオフに切り替えられ、前記ルミネセンス強度値は反復的に測定され減算されて、積分されたネットの強度値が取得され、この積分されたネットの強度値が、認証標準としての基準値と比較されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
セキュリティ文書又は物品の認証のための装置であって、前記文書又は物品は少なくとも１つのルミネセンス化合物を携えており、前記ルミネセンス化合物は、励起光源によって励起可能であり、前記励起光源がオンに切り替えられた後に時間的に前記ルミネセンス放出強度の上昇を示し、前記励起光源がオフに切り替えられた後に時間的に前記ルミネセンス放出強度の減衰を示すものであり、この装置は、少なくとも１つの励起光源と、少なくとも１つの光検出器チャネルと、少なくとも１つのマイクロプロセッサとを備えるものであり、この装置は、
前記励起光源が、前記マイクロプロセッサの制御により、第１の時間間隔（Ｔ１）の間はオンに切り替えられ、第２の時間間隔（Ｔ２）の間はオフに切り替えられ、
前記光検出器チャネルが、光源によって照射されるとアナログ出力信号を生じる少なくとも１つの光検出器と、前記マイクロプロセッサの制御によってサンプリング及び積分を行うことができる少なくとも１つの信号サンプリング・ユニットとを備え、時間間隔（Ｔ３、Ｔ４）の間の前記光検出器の出力信号の非反転部分（Ｐ１）及び反転部分（Ｐ２）のそれぞれが少なくとも１つのネットの出力信号を生じ、
前記マイクロプロセッサが、少なくとも１つのネットの出力信号をデジタル化及び記憶することができる
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、等しく、かつ時間期間（Ｔ１）の中に含まれることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、時間期間Ｔ１の半分であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、等しく、かつ時間期間（Ｔ２）の中に含まれることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、時間期間（Ｔ３、Ｔ４）は、時間期間（Ｔ２）の半分であることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１３ないし２０の何れかに記載の装置において、前記励起光源は反復的にオンとオフに切り替えられ、前記信号サンプリング・ユニットは、前記光検出器の出力信号を反復的にサンプリング及び積分して、少なくとも１つの積分されたネットの出力信号を取得することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の装置において、前記少なくとも１つのネットの出力信号又は前記少なくとも１つの積分されたネットの出力信号は、前記マイクロプロセッサによって、少なくとも１つの内部的に記憶されている基準値と局所的に比較されて、認証信号を得るようにすることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２０ないし２２の何れかに記載の装置において、前記少なくとも１つのネットの出力信号又は前記少なくとも１つの積分されたネットの出力信号は、通信リンクを介して遠隔サーバへ送られ、少なくとも１つの記憶されている基準値と比較され、認証信号が導出されて送り戻されることを特徴とする装置。
【請求項２４】
時間的に引き延びる放出特性および好適には異なる放出波長を有し、セキュリティ文書又は物品の製造のために異なる比率でインク又はプラスティック材料の中に組み入れられる多数のルミネセンス・マーカと、請求項２０ないし２３の何れかに記載の装置であって、前記セキュリティ文書又は物品の真正を判断するための対応する数の検出チャネルを好適には有する装置とを備えることを特徴とするセキュリティ・システム。
【請求項２５】
請求項１ないし１３の何れかに記載の方法を実行するために、マーキングへ放射光を放射する装置と、少なくとも２つの時間期間の間の光強度を測定する装置と、光強度の値を減算して出力信号を提供する装置とを備えることを特徴とする認証装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、前記光の２以上の周波数範囲の光強度を測定する装置を備えることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の認証装置と、前記認証装置によって検出されうるルミネセンス材料を含むセキュリティ・マーキングを作る組成物とを備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、セキュリティ文書及び物品の分野に属する。本発明は、そのような文書又は物品の真正を判断する方法に関する。特に、本発明は、ルミネセンスの特徴を有するセキュリティ文書又は物品と、ルミネセンス放射強度及びルミネセンス特徴の特性の定量的測定のための装置とに関する。
【０００２】
発明の背景
ルミネセンス化合物は、銀行券、価値を有する書類及びそれ以外のセキュリティ物品を保護するための広く知られたセキュリティ要素である。ルミネセンス化合物は、セキュリティ物品の下地の中に組み入れたり、インクを介してセキュリティ物品の上に印刷したり、そのような化合物を含むセキュリティ糸、フォイル又はラベルなどの形態でセキュリティ物品に添付したりすることができる。
【０００３】
ルミネセンス・セキュリティ要素の検出は、この技術分野において広く知られており、多数の特許に記載されている。米国特許第５９１８９６０号には、ルミネセンスを励起させるＵＶランプと２つの光電セルとに基づいて、背景放射強度に対するルミネセンス強度を測定する偽造銀行券検出装置が記載されている。ルミネセンス検出における特別の問題として、弱いルミネセンス信号を、環境光に起因するはるかに強いことが多い背景信号とを区別することがある。変調励起（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）と同期検出との使用が、この困難を克服する可能性として提案されてきている。
【０００４】
米国特許第５６０８２２５号には、変調励起源と光電セルと位相検出器とを用いて背景信号を抑制する改良型の蛍光検出の装置及び方法が開示されている。米国特許第４２７５２９９号、米国特許第５５４８１０６号、米国特許第５４１８８５５号及び米国特許第５５７４７９０号には、変調励起に基づく別の検出装置が開示されている。米国特許第３６５６８３５号には、一定ＵＶ励起源と変調磁界とを共に用いてルミネセンスの磁気三重項状態から変調放出を生じさせ検出することが教示されている。米国特許第５３１５９９３号及び米国特許第５３３１１４０号には、例えば可視的でない蛍光バーコードを読み取るために、励起源の複数の変調周波数を多重化することによってルミネセンス崩壊をモニタリングすることが提案されている。米国特許第５５４８１２４号及び米国特許第５７５７０１３号には、励起信号と逆受信されたルミネセンス応答信号との変調積を発生させてのルミネセンス崩壊時間の測定が提案されている。
【０００５】
従来技術による変調に基づくルミネセンス検出システムは、検出器自体の光源と同じ変調周波数及び位相を有していない環境光の影響に対しては極めて堅固である。しかし、他方で、検出システム自体の変調周波数には非常に敏感である。変調された励起光の中の幾分かは、サンプルの表面で相当に後方散乱され、光学フィルタ・システムを通して検出器の光電セルへと漏洩する。オフバンドの光成分を１００％完全に排除するような光学フィルタ・システムは存在しない。従って、ルミネセンス応答と全く同じ周波数を有するこの残余励起光は、検出される信号強度に加算される。弱いルミネセンス信号の場合には、この背景信号はルミネセンス信号強度の適切な判定を妨げる。
【０００６】
これは、はるかに好ましくない。なぜなら、背景信号は基板の反射率に依存し、下地（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ、サブストレート）の反射率はルミネセンス信号の強度とは独立に変動しうるからである。銀行券の認証の場合には、下地の反射率は汚れや摩耗などの外部的因子に相当に依存し、そのために、単なる反射背景信号と真正ルミネセンス放出信号とを区別できない場合には、銀行券が本物であるかどうかをチェックするのは困難である。
【０００７】
本発明は、従来技術の短所を克服する方法及び装置を開示する。
特に、本発明は、反射励起光とルミネセンス放出信号とを区別し、ルミネセンス放射の強さを選択的に判定することを可能にする方法及び装置を開示する。
【０００８】
本発明は、更に、背景の反射率とは独立にルミネセンス強度の定量的な判定を可能とする。
本発明はまた、絶対的な又は相対的なルミネセンス強度を導出し、これらを符号化及び識別の目的に利用することを可能とする。
【０００９】
発明の概要
本発明は、周辺光と後方散乱された励起放射とからの寄与を受けずに、ルミネセンス強度の判定を可能にする方法を開示する。本発明は、時間的に延びた放出特性を示す、即ち、励起光源がオンにされた後でルミネセンス放射の時間依存的な増加を有し、励起光がオフにされた後でも減衰しつつあるルミネセンス信号を依然として放出する、少なくとも１つのルミネセンス化合物の使用に依拠している。そのようなルミネセンスの、時間の関数としての典型的な放出応答は、図１に示されている。図１では、ａ）波長がλ１であるパルス化された励起放射の時間に対する強度を示し、ｂ）ルミネセンスからの検出された応答の時間に対する強度を示している。この検出された応答は、少なくとも３つの成分、（１）光学フィルタ・システムを通して漏洩する波長がλ１の後方散乱放射、（２）励起の間に放出される波長λ２のルミネセンス放射、及び（３）励起の後で放出される波長λ２のルミネセンス放射から構成されている。
【００１０】
検出器における後方散乱放射（１）の存在のために、その「上昇部分」（２）やその「減衰部分」（３）によって反射されるような実際に放出されたルミネセンス強度の正確な絶対的な測定値を取得することは困難である。これは、例えば、アップコンバータで変換される蛍光体が検出されなければならない場合などの、ルミネセンスが弱く励起強度が大きい場合に、特にそうである。
【００１１】
この問題点を克服する本発明による方法は、図２と関連して例示されている。励起光源が、図１に示されるように、周期的にオンとオフとにスイッチングされる。以下の方法を用いることにより、「上昇」及び「減衰」の両方の部分に対して、ネット（正味）のルミネセンス強度に対する測定値を得ることができる。
【００１２】
励起光源のスイッチング・オンとスイッチング・オフとの間の「上昇」期間（Ａ）は、少なくとも２つの時間期間に分割され、これら２つの時間期間は等しいことが好ましい。検出器信号は、これらの時間期間にわたって積分されることで、それぞれの期間に対する値が得られる。次に、第１と第２の信号の差が計算される。時間期間が等しいという事実により、後方散乱された励起放射の漏洩による寄与分（１）は、それ以外の場合に存在する背景放射（周囲光）と共に、減算によって除かれる。残りの信号強度は、ルミネセンス放出に起因するものに限られる。
【００１３】
図２の例では、「上昇期間」（Ａ）は、例えば、全体を２つの等しい時間期間（ｔ１、ｔ２）に分割することができる。時間期間ｔ１の間の積分された信号強度は、時間期間ｔ２の間の積分された信号強度から減算される。エラーを生じさせる後方散乱、背景放射及びそれ以外の光による影響からの寄与分は、集合的に後方散乱寄与分１と称される。強度値を減算することによって、ルミネセンス強度だけを表すネットの信号値が得られる。
【００１４】
あるいは、「上昇期間」（Ａ）は、部分的に、２つの等しい時間期間（ｔ５、ｔ６）に再分割することができる。この場合の時間期間は、先の時間期間（ｔ１、ｔ２）よりも短く、「上昇期間」（Ａ）の始点及び終点の近くに位置している。時間期間ｔ５の間の積分された信号強度は、時間期間ｔ６の間の積分された信号強度から減算される。後方散乱（１）と背景放射とからの寄与分が打ち消しあい、ルミネセンス強度だけを表すネットの信号値が残る。この別の解決策は、非常に異なる特徴的な「上昇」時定数を有する複数のルミネセンス材料を１つの同じ検出装置を用いて分析しなければならない場合に、特に適している。
【００１５】
同様に、励起光源のスイッチング・オフに続く「減衰」期間（Ｄ）は、少なくとも２つの、好ましくは等しい時間期間に分割される。検出器信号は、この時間期間にわたって積分され、後と先との等しい時間期間の間で少なくとも１つの差信号が形成される。時間期間が等しいという事実により、存在する背景放射（周囲光）は減算によって除かれる。残りの信号は、ルミネセンス放出に起因するものに限られる。
【００１６】
図２の例では、「減衰期間」（Ｄ）は、全体を２つの等しい時間期間（ｔ３、ｔ４）に分割することができる。時間期間ｔ３の間の積分された信号強度は、時間期間ｔ４の間の積分された信号強度から減算される。後方散乱からの寄与分は打ち消しあい、ルミネセンス強度だけを表すネットの信号値が残る。
【００１７】
あるいは、「減衰期間」（Ｄ）は、部分的に２つの等しい時間期間（ｔ７、ｔ８）に再分割することができ、この場合の時間期間は、先の時間期間（ｔ３、ｔ４）よりも短く、「減衰期間」（Ｄ）の始点及び終点の近くに位置している。時間期間ｔ７の間の積分された信号強度は、時間期間ｔ８の間の積分された信号強度から減算される。背景放射からの寄与分が打ち消しあい、ルミネセンス強度だけを表すネットの信号値が残る。この別の解決策は、非常に異なる特徴的な「減衰」時定数を有する複数のルミネセンス材料を１つの同じ検出装置を用いて分析しなければならない場合に、特に適している。
【００１８】
このように、本発明の方法は以下のようなルミネセンス、即ち、時間的に引き延びる（ｔｉｍｅ−ｄｅｆｅｒｒｅｄ）放出特性を示し、かつ、「上昇」及び「減衰」の信号観察期間の適切な分割と、対応する積分された信号の差の値の形成とにより、検出器自体の後方散乱励起放射と周辺背景放射との両方の内在的補償を可能にするルミネセンスの使用に依存している。これによって、ルミネセンス強度が弱い場合でも定量的な評価が可能となる。
【００１９】
この出願での教示に基づき、この技術分野の当業者は、開示されている方法のこれ以外の変形例を容易に導き実現することができる。特に、ルミネセンス特性の抽出のために２よりも多くの時間期間に依拠する変形例や、サイズが等しくない観察時間期間に依拠する変形例などについてもそうである。
【００２０】
本発明は、同様に、周辺光や後方散乱励起放射からの寄与分のない、ルミネセンス強度及びそれ以外のルミネセンス特性の判定に適した検出装置も開示している。この装置は、時間的に引き延ばされる放出特性を示す少なくとも１つのルミネセンス混合物（ｃｏｍｐｏｕｎｄ、化合物）と共に、本発明による方法の実現に依拠している。
【００２１】
図２ｂには、例えばｔ５及びｔ６の２つの時間期間の２つの値がどのように相互に減算されるのかを更に詳細に説明している。ｔ５及びｔ６の間は、後方散乱及びそれ以外のエラーの結果として生じる強度値１ａ及び１ｂが測定される。時間ｔ５とｔ６は等しいから、１ａと１ｂの値は等しい。
【００２２】
ｔ５の間の全体の強度値は、値１ａ及び２ａで構成される。ｔ６の間の全体値は、１ｂ及び２ｂで構成される。しかし、ルミネセンス材料の放出の結果として生じる強度値２ａは、照射の初期段階の間はむしろ低く、値２ｂは放出サイクルの終点ではむしろ高いので、（２ｂ−１ｂ）−（１ａ＋２ａ）から結果的に導かれる値は２ｂの値に非常に近い。照射サイクルの始点において小さなサンプルｔ５を取り、照射サイクルの終点において別のサンプルｔ６を取ることによって、放出されたルミネセンスの強度と高い程度まで対応する結果的な信号を得ることが可能である。もちろん、サンプリング周期の１つの長さを長くするように決定することができる。例えば、ｔ６がｔ５の２倍の長さである場合には、ｔ６の間に測定された強度値を因数２で除算し、より長い時間周期に対する補償を行うことによって、厳密な値を得ることができる。
【００２３】
図３は、本発明の方法を実現している検出装置の機能ブロック図の回路配置を示している。この検出装置は、少なくとも１つのレーザ・ダイオード又は発光ダイオードを、テスト対象であるサンプル（Ｓ）上のルミネセンス・マーキング（Ｍ）の励起のための光源（ＬＤ／ＬＥＤ）として備えている。この検出装置は、更に、メモリ（Ｍｅｍ）と少なくとも１つのアナログ・デジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）とを備えた少なくとも１つのマイクロプロセッサ（μＰ）と、少なくとも１つの検出チャネルとを備える。この検出チャネルは、フォトダイオード（ＰＤ）を備えており、更に、それに続いて、トランスインピーダンス増幅器（Ｔ）と、ハイパス電子フィルタ（ＨＰ）と、ローパス電子フィルタ（ＬＰ）と、第１の信号増幅器（Ａ１）とを備える。信号増幅器Ａ１の出力は、スイッチング・ユニットに与えられる。このスイッチング・ユニットは、単位利得（＋１）の非反転増幅器とスイッチング・ユニット（Ｓ＋）とで構成される正の分岐と、単位利得（−１）の反転増幅器とスイッチング・ユニット（Ｓ−）とで構成される負の分岐とを備えている。両方のスイッチング・ユニット（Ｓ＋、Ｓ−）の合成信号は、積分器（Ｉ）に与えられ、その後には第２の信号増幅器（Ａ２）が続いている。増幅器Ａ２の出力は、最終的に、マイクロプロセッサ（μＰ）のＡ／Ｄコンバータへ与えられる。
【００２４】
検出装置は、少なくとも１つの、しかし好ましくは２つ以上の検出チャネルを備えることにより、マーキングにおける異なるルミネセンスの意図的な混合から生じるルミネセンス信号強度の相対的な比較が可能となる。合焦用又は集光用のレンズ、光学フィルタ、電子フィルタなどの追加的な光学的又は電子的な要素が、検出装置や個別の検出チャネルに存在する場合もある。図３に示されている機能ブロックの幾つかは、同じ電子回路ユニットの中に併合させることができる。
【００２５】
上記の励起光源（ＬＤ／ＬＥＤ）と上記のスイッチング・ユニット（Ｓ＋、Ｓ−）とは、上記のマイクロプロセッサ（μＰ）によって制御され、検出ユニットがこのマイクロプロセッサの対応するプログラミングを通じて任意の及び特定用途のためのサンプリング・サイクルを実行することを可能にする。
【００２６】
マイクロプロセッサ（μＰ）は、特に、以下の動作を実行するようにプログラムされている。
１．所定の時間期間で励起光源（ＬＤ／ＬＥＤ）を反復的にスイッチ・オン及びスイッチ・オフする。
【００２７】
２．予め設定されたサンプリング方式に従って、正及び負のスイッチング・ユニットをスイッチ・オン及びスイッチ・オフする。
３．存在するチャネルの少なくとも幾つかに関して、マイクロプロセッサのＡ／Ｄコンバータを用いてデジタル化された形式で検出された信号値を読み取る。
【００２８】
４．ステップ３において読み出された信号値について、数学的処理と、基準値との絶対的又は相対的な比較とを実行する。
５．テスト対象のサンプルに関して、真正又は非真正の表示に関してのステップ４の結果を出す。
【００２９】
上述の検出装置は、更に、予め記憶されている基準値を用いてテスト対象のサンプルの真正を判断するように自律的な形態で動作するスタンドアロンのユニットか、又は、情報転送リンクを介して中央の安全なデータ・サーバと接続された形態かのいずれかで用いることができる。この中央サーバは、真正基準値を含み、マイクロプロセッサ（μＰ）の動作の幾つか、特に、上記のステップ４及び５に示されている動作を実行することができる。
【００３０】
本発明は、上述の検出の装置及び方法を用いて識別可能なルミネセンス化合物の混合物を備えるセキュリティ・システムを同様に開示している。ルミネセンス化合物のそのような混合物は、インクの中に組み入れてセキュリティ文書や物品の上に印刷することができ、また、フォイルや、セキュリティ糸や、クレジット・カード、ＩＤカード、アクセス・カードなどの製造のために、プラスティックの中に入れて成型したり、シートの間に薄層状に重ねることができる。このようなセキュリティ・システムは、銀行券、価値を有する書類、公的文書、カード、交通機関のチケット、あらゆる種類のブランド付き商品などを保護するために特に用いることができる。
【００３１】
本発明による方法及び装置により、光学フィルタリングの必要性を著しく削減することができる点に注意すべきである。ルミネセンス応答の検出が励起信号の存在しない「減衰」期間の間に行われる場合、フォトダイオードを励起光の影響から特に保護する必要はない。放出されたルミネセンス波長を分離するには、ひだ付きフィルタ（ｒｕｇａｔｅ−ｆｉｌｔｅｒ）型の簡単な４５度のビーム・スプリッタで十分である。そのようなフィルタが効果的であるのは、リップマン・ホログラフィ及び関連する技術によって大量生産することができるからである。
【００３２】
特定の場合には、全く光学フィルタリングなしで作業をし、本発明による方法及び装置を用いて、ルミネセンスの減衰特性の分析と関連して適切な励起源及び適切なフォトダイオードを選択することにより既に実現されている波長の区別だけに依拠することを考えるであろう。これとの関係では、ほとんどのＬＥＤを、幾分は効率が劣るものの波長選択的なフォトダイオードとして利用できる点を指摘しておくのも興味深い。アップコンバータで変換される蛍光体を用いて作業を行い、励起源の強力で波長が長い光に対する光検出器の感度を低下させる場合に、これは特に有用である。市場には、近紫外線から可視光の全体を通じて赤外線までのすべてのスペクトルの範囲に及ぶ異なる「色付きの」ＬＥＤが多く存在しているから、スペクトルの点で選択できるフォトダイオードが、それらを必要とする者に入手可能に潜在的に存在する。
【００３３】
例示的な実施形態
本発明を、図面および例示的実施形態により更に説明する。
本発明の方法を実現するセキュリティ・システムと対応する検出装置とは、以下のようにして実現される。ルミネセンス化合物は、アップコンバータにより変換されるＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｒ、Ｙｂ及びＹ２Ｏ２Ｓ：Ｔｍ、Ｙｂ蛍光体として選択された。これらの材料は、波長の範囲が９００ないし９８０ｎｍにある強力な赤外放射によって励起可能である。２光子励起プロセスによりこれらの材料は波長が短いルミネセンス放射を放出するものであり、それはエルビウムがドープされた材料では緑の５５０ｎｍの領域であり、ツリウムがドープされた材料では近赤外の８００ｎｍの領域である。対応するルミネセンス放出強度の上昇及び減衰の特徴的な時定数は、５０から５００μｓのオーダーであるが、それらはルミネセンス材料の性質自体に特に依存する。
【００３４】
検出装置は、図３、図４及び図５に従って構築される。励起源は、遠隔制御の応用に用いられるタイプの市販されているＧａＡｌＡｓのＩＲ−ＬＥＤである。選択されたデバイスであるＯＰＥ５５９４Ｓは、＋／−１０度の半分の角度で１２０ｍＷ／ステラジアンの光学的出力を放出する。ピーク放出は、９４０ｎｍ波長であり、スペクトルの半値幅が４５ｎｍである。
【００３５】
図４ａには、検出装置の光学システムの概略的な配置が示されている。上述のＩＲ−ＬＥＤの光は、４５度の誘電ビーム・スプリッタ（ＢＳ１）を介して、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）の円錐形ノズル（Ｎ）へ与えられ、テスト対象であるサンプル（Ｓ）の上のルミネセンス・マーキングの上に集中される。この円錐形ノズル（Ｎ）は、非画像化集光装置（受入角度変換器）として特に機能し、低強度のほぼ平行な光線を幅の広い側の端部で受け入れ、そして、高強度を有するが極めて発散的な光を幅の狭い側の端部から送り出す。逆の意味では、この円錐形ノズルは、その先端部で、幅広く発散するルミネセンスの集中したスポットを集め、それを、幅の広い側の端部で、希釈されたほぼ平行なビームとして送り出す。ビーム・スプリッタＢＳ１は、ロングパス型であり、９００ｎｍで４５度カットオフ波長を有する。
【００３６】
マーキングは、アップコンバータによって変換される上述の２つの蛍光体を予め決定された比率で含んでおり、上述の９００ないし９８０ｎｍの放出ＩＲ−ＬＥＤの光を用いて高強度で励起されると、５５０ｎｍ及び８００ｎｍという波長で上述の２つの短い波長のルミネセンス放射を出す。
【００３７】
この放出された放射は、円錐形ノズル（Ｎ）によって広い受入角度で収集されるものであり、第１の４５度ビーム・スプリッタＢＳ１において「平行化」され偏向される。ロングパス型で７００ｎｍの４５度カットオフ波長を有する第２の４５度誘電ビーム・スプリッタが、放出されたルミネセンス応答の５５０ｎｍと８００ｎｍとの成分を分離する。８００ｎｍの成分はオプションの８００ｎｍバンドパス・フィルタ（Ｆ１）を介してシリコン・フォトダイオード（ＰＤ１）へ与えられ、５５０ｎｍの成分はオプションの５００ｎｍバンドパス・フィルタ（Ｆ２）を介してＧａＡｓＰフォトダイオード（ＰＤ２）へ与えられる。
【００３８】
光システムの別の配置を図４ｂに示す。狭角の放出ＩＲ−ＬＥＤの実質的に平行のビーム光が、２つの２色４５度ビーム・スプリッタ（ＢＳ１、ＢＳ２）を介して送られて、合焦レンズ（Ｌ）によってテスト対象のサンプル（Ｓ）のルミネセンス・マーキング（Ｍ）の上に集中される。マーキングＭは、従って、レンズＬの合焦面に配されている。９００から９８０ｎｍの励起光に応答してマーキングＭによって放出されるルミネセンスは、レンズＬによって集められ、平行光線の光ビームとして第１の４５度ビーム・スプリッタ（ＢＳ１）へ送り返される。このビーム・スプリッタは、４５度のひだ付きフィルタ型であり、８００ｎｍ前後の第１の狭い波長帯域を第１のフォトダイオード（ＰＤ１）へ向けて反射する。光ビームの残りは、第２の４５度ビーム・スプリッタ（ＢＳ２）へ至る。このビーム・スプリッタもまた、４５度のひだ付きフィルタ型であり、５５０ｎｍ前後の第２の狭い波長帯域を第２のフォトダイオード（ＰＤ２）へ向けて反射する。励起源の逆反射された赤外光の強度を低下するための光学フィルタ（Ｆ１、Ｆ２）を、オプションとして、フォトダイオード（ＰＤ１、ＰＤ２）の前に挿入することも可能である。
【００３９】
図５は、検出装置の１つの検出チャネルの電子的部分の実施例を示している。これは、ＰＩＣ１６Ｆ８７７型のマイクロプロセッサに依存している。このマイクロプロセッサは、検出装置のすべての検出チャネルに共通である。検出器の電子装置は、安価な電子素子に依存している。即ち、低ノイズの演算増幅器はＮＥ５５３２型（ケーシングあたり２ユニット）であり、スイッチング・ユニットは４０６６型（ケーシングあたり４ユニット）でよい。
【００４０】
フォトダイオードは、シリコン、ＧａＡｓＰ又はそれ以外の任意のタイプでよく、光起電モードで用いられ、その信号を平衡トランスインピーダンス増幅器段（ＩＣ１：Ａ）へ送る。このトランスインピーダンス増幅器段の後には第２の増幅器段（ＩＣ１：Ｂ）が続き、第２の増幅器段は、その出力を容量性結合を介して正及び負のスイッチング・ユニット（ＩＣ３：Ａ、ＩＣ３：Ｂ）へ送る。正のユニット（ＩＣ３：Ａ）に対しては、ＩＣ１：Ｂの出力信号が直接に用いられ、負のユニット（ＩＣ３：Ｂ）に対しては、ＩＣ１：Ｂの出力信号を最初にアナログ・インバータ段（ＩＣ２：Ｂ）を通して供給する。スイッチング・ユニット（ＩＣ３：Ａ、ＩＣ３：Ｂ）の合成された出力は積分器段（ＩＣ２：Ａ）へ供給され、積分された信号はＰＩＣプロセッサのアナログ・デジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）へ与えられる。スイッチング・ユニット（ＩＣ３：Ａ、ＩＣ３：Ｂ）に対する制御信号（Ｐ１、Ｐ２）は、ＰＩＣプロセッサによって発生される。
【００４１】
以上の教示内容に基づけば、この技術分野の当業者にとっては、特に、複数の励起光源や２より多くの検出チャネルを有する検出装置の別の実施例を想到することは容易である。
【００４２】
ここでの実施例の装置の動作周波数は１ｋＨｚに選択され、励起オン及び励起オフの時間期間は等しく設定されていた。しかし、これは必要条件ではなく、これ以外のオン／オフ比率を同様にして選択することができる。
【００４３】
図６には、スイッチング・ユニットの励起信号（Ｅ）と制御信号（Ｐ１、Ｐ２）とに関する有用なタイミング図の例が示されている。図６のａは、矩形波の励起信号（Ｅ）とルミネセンス応答（Ｒ）とを示す。図６のｂは、スイッチング・ユニットの制御信号（Ｐ１、Ｐ２）を用いてルミネセンス応答（Ｒ）の「上昇」部分をサンプリングする例を示す。図６のｃは、ルミネセンス応答（Ｒ）の「減衰」部分をサンプリングする例を示す。図６のｄは、ルミネセンス応答（Ｒ）の「上昇」部分をサンプリングする別の例を示す。
【００４４】
本発明の方法及び装置によると、適切な異なるサンプリング方式を組み合わせることにより、ルミネセンス強度とルミネセンス応答（Ｒ）の「上昇」及び「減衰」部分の特徴的な時定数との両方に関する情報を抽出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明において用いるルミネセンス化合物の励起信号と検出されるルミネセンス応答との典型的な時間的進展を示すものであり、ａ）波長λ１の励起信号の時間に対する強度と、ｂ）検出された応答信号の時間に対する強度とを示す。検出された応答信号は、（１）光学フィルタ・システムを通して漏洩する波長λ１の後方散乱放射と、（２）励起の間に放出される波長λ２のルミネセンス放射と、（３）励起の後に放出される波長λ２のルミネセンス放射とを含む。
【図２】
図２は、本発明による検出方法の原理を示す。
【図３】
図３は、本発明による方法を実現する本発明による検出装置のブロック回路図を示す。
【図４】
図４は、本発明の実施例の光学部分の概略的な配置を示しており、励起ＩＲ−ＬＥＤと２つのチャネルとを備え、ａ）は非画像化光学系を用いたものであり、ｂ）は画像化光学系を用いたものである。
【図５】
図５は、本発明による１つの検出チャネルの電子的な実施例の回路方式を示す。
【図６】
図６は、スイッチング・ユニットの励起信号（Ｅ）と制御信号（Ｐ１、Ｐ２）とのタイミング図の例を示す。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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