СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАТУХАНИЯ НА ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ
IN-LINE DECAY-TIME SCANNER

Область техники
Настоящее изобретение относится к области техники оптических устройств для определения характеристик времени затухания люминесцентного светового излучения, излучаемого люминесцентным материалом. В частности, изобретение относится к оптическим устройствам, таким как оптические сканирующие устройства для установления подлинности предмета, маркированного люминесцентным материалом, на основании характеристик времени затухания люминесцентного светового излучения, излучаемого указанным люминесцентным материалом.
Предпосылки создания изобретения
Люминесцентные материалы обычно применяются в защитных маркировках, наносимых на документы или изделия, или на материал основы документов или изделий, в качестве признака подлинности. Люминесцентный материал обычно преобразует энергию возбуждающего излучения заданной длины волны в излучаемое световое излучение, имеющее другую длину волны. Люминесцентное излучение, применяемое для установления подлинности маркировки, может находиться в спектральном диапазоне УФ-излучения (200-400 нм), излучения в видимой части спектра (400-700 нм) или рядом с инфракрасным излучением в средней области (700-2500 нм).
Материал «преобразователя с повышением частоты» излучает излучение с более короткой длиной волны, чем у возбуждающего излучения. В отличие от этого материал «преобразователя с понижением частоты» излучает излучение с более длинной длиной волны, чем у возбуждающего излучения. Большинство люминесцентных материалов могут быть возбуждены более чем в одной длине волны, и некоторые люминесцентные материалы могут излучать одновременно более чем в одной длине волны.
Люминесценция может быть разделена на: (i) фосфоресценцию, которая относится к радиационному излучению с временной задержкой, наблюдаемому после удаления возбуждающего излучения (обычно с продолжительностью затухания от более примерно 1 мкс до примерно 100 с), и (ii) флуоресценцию, которая относится к мгновенному радиационному излучению при возбуждении (обычно с продолжительностью затухания менее 1 мкс).
Таким образом, люминесцентный материал при облучении оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн излучает люминесцентное световое излучение в пределах второго диапазона длины волн, который может отличаться от или перекрываться указанным первым диапазоном длины волн в зависимости от применяемого люминесцентного материала. Характеристика спектрального свойства люминесцентного материала, такого как его профиль распределения интенсивности светового излучения по времени, или его характеристики времени затухания после того, как возбуждение прекратилось, например, содержит сигнатуру присутствия того же материала и может таким образом быть применена в качестве признака подлинности для обнаружения подлинной или поддельной люминесцентной маркировки.
Люминесцентные материалы являются классическим компонентом типографских красок строгой отчетности или покрытий. Например, следующие патенты раскрывают люминесцентные вещества, которые могут включать смеси пигментов, имеющих свойства определенного времени затухания, и бумагу, защищенную от подделки, содержащую такие вещества: EP 0066854 B1, US 4,451,530, US 4,452,843, US 4,451,521. Способы и устройства для обнаружения люминесцентного светового излучения и подлинности маркированного изделия также являются хорошо известными: см., например, US 4,598,205 или US 4,533,244, которые раскрывают измерение поведения распада люминесцентных излучений. Зашифрованные люминесцентные символы известны из US 3,473,027 и оптическое считывающее устройство для люминесцентных кодов раскрыто в US 3.663.813. Патенты US 6,996,252 B2, US 7,213,75782 и US 7,427,030 B2 раскрывают применение двух люминесцентных материалов, имеющих определенные свойства времени затухания для установления подлинности изделия.
1
n
1
n
Обычно сканирующее устройство для обнаружения переменного по времени люминесцентного светового излучения в соответствии с известным уровнем техники содержит источник энергии или соединено с источником энергии, источник оптического излучения (соединенный с источником энергии) для облучения люминесцентного материала оптическим возбуждением, светочувствительный датчик для измерения интенсивности люминесцентного светового излучения, излучаемого люминесцентным материалом, и блок управления (процессор) для управления источником энергии, источником оптического излучения и светочувствительным датчиком для получения и хранения профиля распределения интенсивности излучаемого люминесцентного светового излучения и расчета значения времени затухания на основании этого профиля распределения интенсивности. Профиль распределения интенсивности люминесцентного излучения (или кривая интенсивность-время) содержит значения I(t), …, I(t) интенсивности излучения от люминесцентного материала, измеренные с последовательным временем t, …, t, формируя вместе кривую I(t) люминесцентного излучения.
Источник оптического излучения в таком сканирующем устройстве в зависимости от части спектра, применяемой для обнаружения люминесцентного материала, может быть лампой накаливания, обычно для длины волн между примерно 400 нм до примерно 2500 нм, применяемой с механическими или электронно-оптическими устройствами для подачи импульсного света, или импульсной лампой (например, ксеноновой импульсной лампой высокого давления), или лазером, или светодиодом (LED), излучающим в УФ-, видимой или ИК-области, обычно для длины волн от примерно 250 нм до примерно 1 мкм. Источник оптического излучения может получать питание от тока возбуждения (например, для LED) или от напряжения возбуждения (например, для разрядки лампы).
Светочувствительные датчики или фотодетекторы в таком сканирующем устройстве могут быть, например, фотодиодами (одним или матрицей), фототранзистором или фотосопротивлением цепи, линейными КМОП или ПЗС датчиками.
Сканирующее устройство, в дополнение к его конкретному силовому модулю для подачи мощности на сканирующее устройство, может также содержать модуль связи, который может быть радиомодулем для беспроводной связи (например, через Wi-Fi), дисплейный модуль, например, с жидкокристаллическим экраном LCD или дисплей кинескопа для отображения результатов измерений или параметров сканирования и интерфейс управления для ввода условий сканирования, включая ключи управления, имеющие различные назначения, и переключатель включения/выключения.
0
0
0
1
n
-1
Наиболее часто зависимая от времени кривая интенсивности люминесцентного светового излучения (т.е. профиль распределения интенсивности по времени) из люминесцентного материала моделируется по экспоненциальному закону I(t)=Iexp(-α[t-t]), где время t вычисляется с начального момента времени t, в который останавливают оптическое возбуждение облучения указанного материала. Таким образом, получение значения, соответствующего постоянной α скорости затухания, характеризуется необходимостью измерения люминесцентного материала, после того как возбуждение остановилось, при этом профиль распределения интенсивности излучения состоит из последовательных значений I(t), …, I(t) интенсивности излучения за временной интервал. Значение t времени затухания из профиля I(t) распределения интенсивности соответствует α. В коммерчески доступных сканирующих устройствах пульсирующий источник оптического излучения облучает люминесцентный материал оптическим возбуждением заданной интенсивности в первом диапазоне длины волн в течение временного интервала возбуждения. После того как облучение остановилось, вероятно, с временной задержкой, светочувствительный датчик начинает измерение последовательных значений интенсивности затухающего люминесцентного светового излучения во втором диапазоне длины волн за измеряемый временной интервал и соответствующий профиль распределения интенсивности люминесценции сохраняется в памяти. Операция может быть повторена для того, чтобы получить более надежные средние значения. Обычно возможно установить временной интервал возбуждения и/или временную задержку с тем, чтобы избежать измеряемых значений интенсивности люминесценции ниже порогового значения обнаружения светочувствительного датчика или выше его порогового значения насыщения.
Однако также известны варианты осуществления. Например, патент США №6,264,107 B1 раскрывает определение времени затухания из времени, необходимого интенсивности латентной фосфоресценции для прохождения через два предопределенных порога. Этот патент раскрывает сканирующее устройство, содержащее LED с широкой диаграммой направленности (FLED) в качестве источника оптического излучения, т.е. очень интенсивного источника оптического излучения. Такой интенсивный источник оптического излучения является, в действительности, необходимым в этом случае для достаточного заряда метки, содержащей люминесцентный материал (фосфор), и предотвращения проблемы слабого ответного сигнала.
В другом подходе патент США №7,262,420 B1 раскрывает выполнение нескольких облучений оптическим возбуждением для получения единого значения времени затухания: источник оптического излучения успешно активирован (в течение того же временного интервала возбуждения) и выполняется одно измерение интенсивности люминесценции после того, как облучение люминесцентного материала источником оптического возбуждения было остановлено, но каждое последовательное измерение выполняется с различной временной задержкой, рассчитанной по времени, за которое оптическое возбуждение останавливают. Однако этот способ занимает много времени, так как для него необходимо одно облучение на измеренное значение интенсивности. Более того, чтобы получить более надежные результаты, этот способ требует повторных измерений, соответствующих той же временной задержке.
Для того чтобы получить более сильный сигнал люминесценции, некоторые сканирующие устройства позволяют настраивать временной интервал возбуждения, с тем чтобы достаточно «зарядить» люминесцентные частицы в люминесцентном материале (т.е. возбудить большее количество таких люминесцентных частиц, чтобы получить более интенсивное люминесцентное излучение). Более того, для большей точности определяемых значений времени затухания было успешно получено множество (например, примерно сто) действительных профилей распределения интенсивности, эти кривые суммируются и рассчитывается средняя кривая. Увеличенная точность получается, если результирующий сигнал измеряемой интенсивности является нормализованным и нормализованный сигнал применяется для расчета значения времени затухания. Профиль распределения интенсивности является действующим, если интенсивность значения по меньшей мере первой точки профиля распределения интенсивности больше обнаруженного порога светочувствительного датчика и ниже его порога насыщения (если указанное значение является слишком низким или слишком высоким, время возбуждения является соответственно увеличенным или уменьшенным). Однако проблема возникает в случае, когда временной интервал возбуждения является слишком коротким для возможности надежной нормализации сигнала интенсивности люминесценции, в частности для люминесцентных материалов, содержащих смесь люминесцентных частиц различных типов и значения времени затухания которых сильно отличаются (например, частицы, имеющие наиболее короткое время затухания, могут быть не определены сканирующим устройством). Другой проблемой, возникающей с применением различного времени возбуждения, является то, что люминесцентный материал не возбуждается в тех же условиях для всех профилей распределения интенсивности, и в случае материала, содержащего смесь люминесцентных пигментов, имеющего отличающиеся свойства времени затухания, это может вызвать неопределенность. Например, на фиг.1A и 1B представлен случай нормализованных профилей распределения интенсивности из маркировки с краской (люминесцентным материалом), включающей два типа люминесцентных пигментов: пигменты P1 и P2; в этом примере значение времени затухания пигментов P1 составляет примерно 100 мкс и значение времени затухания пигментов Р2 составляет примерно 500 мкс. На фиг.1A представлено возбуждение кривой (1), имеющей длинный временной интервал возбуждения в 100 мкс и соответствующий нормализованный профиль (P1+P2) распределения интенсивности люминесценции для материала люминесцентной краски, являющегося смесью 50% первых пигментов P1 (имеющих более короткое время затухания, или более высокую скорость затухания) и 50% вторых пигментов P2 (имеющих более длительное время затухания или более низкую скорость затухания).
Фиг.1B соответствует люминесцентной краске, содержащей смесь 42% первых пигментов P1 и 58% вторых пигментов P2. В этом случае время возбуждения было скорректировано до более короткого значения в 10 мкс, как представлено на кривой (2) возбуждения. Несмотря на то что концентрации пигментов в смесях пигментов P1 и P2 значительно отличаются от фиг.1A - фиг.1B, нормализованные профили (P1+P2) распределения интенсивности люминесценции очень похожи и практически неотличимы. Таким образом, не всегда возможно или может быть трудно определить разницу между двумя смесями на основании профилей распределения интенсивности люминесценции, получаемых посредством изменения времени возбуждения. Также вышеописанный пример относится к пигментам, имеющим обычные значения времени затухания около нескольких сотен микросекунд, похожий вывод остается для пигментов, имеющих намного более длительные значения времени затухания (несколько мс или более).
Другой проблемой, возникающей с указанным известным временем затухания сканирующих устройств, является то, что они не позволяют получение профиля распределения интенсивности люминесценции и, таким образом, определение соответствующего значения времени затухания или значений времени затухания и также концентраций, в случае смеси различных типов пигментов, в случае, если люминесцентный материал движется мимо сканирующего устройства; в частности, в случае, если люминесцентный материал движется мимо сканирующего устройства по технологической/распределительной линии. Например, в случае изделий, маркированных люминесцентным материалом и перемещаемых конвейерной лентой распределительной линии, движущейся с обычной скоростью примерно от 200 до примерно 400 м/мин (т.е. примерно 3-6 м/с), очевидно, что невозможно получить профиль I(t) распределения интенсивности люминесценции, даже если люминесцентный материал содержит достаточно большое значение времени затухания в несколько мс или более. Таким образом, идентификация/установление подлинности указанной движущейся маркировки является невозможным на поточной линии: например, установление подлинности люминесцентной маркировки, такой как штрихкод или матрица данных, на изделии, перемещаемом конвейерной лентой. Следовательно, операции безопасной работы конвейерной ленты и обнаружения на поточной линии, основанные на таком определении профиля распределения интенсивности люминесценции на поточной линии, являются невозможными, несмотря на то, что очень желательны.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на предоставление сканирующего устройства и способа для определения профиля распределения интенсивности люминесцентного светового излучения люминесцентного материала и времени затухания указанного люминесцентного материала, которые преодолевают вышеописанные недостатки уровня техники.
Изобретение также относится к системе на поточной линии для идентификации/установления подлинности изделия, маркированного люминесцентным материалом и перемещаемого по технологической/распределительной линии, возможно, с большой скоростью на основании характеристики времени затухания этого материала с применением определенного сканирующего устройства и способа обнаружения времени затухания в соответствии с изобретением.
Таким образом, изобретение позволяет на поточной линии операции идентификации/установления подлинности изделия, маркированного люминесцентным материалом, основанным на определении из измеряемого профиля распределения интенсивности значения времени затухания указанного материала или в случае материала, содержащего смесь люминесцентных частиц, имеющих различные характеристики времени затухания, значения времени затухания и концентрации, соответствующих каждому типу частиц в смеси.
В соответствии с одним аспектом изобретения предложено сканирующее устройство для определения профиля распределения интенсивности люминесцентного светового излучения люминесцентного материала, движущегося мимо указанного сканирующего устройства вдоль пути в первом направлении, при этом указанный люминесцентный материал, излучающий указанное люминесцентное световое излучение в пределах второго диапазона длины волн при облучении оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн, содержит:
источник энергии;
источник оптического излучения, соединенный с источником энергии и выполненный с возможностью облучения указанным оптическим возбуждением люминесцентного материала в пределах области облучения, когда он снабжается источником энергии;
светочувствительный датчик, выполненный с возможностью измерения интенсивности указанного люминесцентного светового излучения, полученного от люминесцентного материала, находящегося в пределах зоны обнаружения указанного сканирующего устройства, и передачи соответствующего сигнала интенсивности люминесценции; и
блок управления, соединенный со светочувствительным датчиком и выполненный с возможностью определения профиля распределения интенсивности указанного полученного люминесцентного светового излучения из сигналов интенсивности люминесценции, переданных светочувствительным датчиком,
где:
указанная область облучения находится в первом положении вдоль указанного пути;
указанная зона обнаружения находится в последующем втором положении вдоль указанного пути в первом направлении и проходит вдоль части указанного пути;
указанный светочувствительный датчик, выполненный с возможностью сбора люминесцентного светового излучения из люминесцентного материала во время его движения вдоль пути в первом направлении через зону обнаружения и измерения интенсивности указанного собранного люминесцентного светового излучения в пределах указанного второго диапазона длины волн и передачи соответствующего сигнала интенсивности люминесценции; и
указанный блок управления выполнен с возможностью управления указанным источником энергии, источником оптического излучения и светочувствительным датчиком и определения указанного профиля распределения интенсивности из сигнала интенсивности люминесценции, переданного указанным светочувствительным датчиком при приеме люминесцентного светового излучения, излученного указанным люминесцентным материалом, движущимся через указанную зону обнаружения в первом направлении, в ответ на облучение с указанным оптическим возбуждением в пределах указанной области облучения.
Источник оптического излучения может быть оборудован оптическим фильтром для передачи оптического возбуждения в пределах выбранного первого диапазона длины волн. Также светочувствительный датчик может быть оборудован оптическим фильтром, выполненным с возможностью приема только люминесцентного светового излучения, которое находится в пределах второго диапазона длины волн. Соответствующие первое и второе положения зоны облучения и зоны обнаружения могут быть разнесены или могут перекрываться. Это последнее компактное расположение является более удобным в случае люминесцентного материала, имеющего короткое значение времени затухания и/или медленную скорость движения указанного материала мимо сканирующего устройства.
Вышеупомянутая конкретная зона обнаружения проходит вдоль пути в направлении движения (т.е. вдоль траектории) люминесцентного материала вместе со светочувствительным датчиком, специально выполненным с возможностью сбора люминесцентного излучения, излучаемого во время, когда люминесцентный материал пересекает эту удлиненную зону обнаружения, в действительности, позволяя сканирующему устройству «следовать за» указанным излучающим материалом на протяжении более длительного периода по сравнению со сканирующим устройством уровня техники, даже если люминесцентный материал движется достаточно быстро мимо сканирующего устройства. В действительности, обычная длина L зоны обнаружения вдоль направления движения с заданной обычной скоростью V (например, средняя скорость) люминесцентного материала, проходящего через указанную зону обнаружения, может быть определена таким образом, что соответствующий измеряемый временной интервал Δt излучаемой люминесцентной интенсивности является значительным для получения профиля I(t) распределения интенсивности люминесценции, например, с L≥V Δt.
Вышеописанное сканирующее устройство в соответствии с изобретением может дополнительно содержать свой светочувствительный датчик, выполненный с возможностью таким образом, что чувствительность (т.е. отношение, генерируемое фотонапряжением или выходным током для падающей оптической мощности) в пределах второго диапазона длины волн (т.е. учитывается диапазон люминесцентного излучения люминесцентного материала) указанного светочувствительного датчика является по существу однородным в пределах зоны обнаружения. По существу однородным означает, что чувствительность светочувствительного датчика к люминесцентному излучению, полученному от части зоны обнаружения, является постоянной или только колеблется около среднего значения, например, не более чем на 10% и, предпочтительно не более чем на 5% в функции расположения этой части в пределах зоны обнаружения. Эта существенная однородность чувствительности светочувствительного датчика в пределах зоны обнаружения позволяет исключить из измеряемого профиля I(t) распределения интенсивности факторы, соответствующие ухудшению квантового выхода светочувствительного датчика для обнаружения фотонов, полученных из определенной области зоны обнаружения по отношению к фотонам, полученным из другой области зоны обнаружения. Как следствие, полученный профиль распределения интенсивности показывает изменение интенсивности с течением времени, которое происходит практически только из-за радиоактивного девозбуждения люминесцентных частиц со временем в люминесцентном материале. Надежность определенного профиля распределения интенсивности является таким образом увеличенной. Следовательно, также возможно получить более надежное значение времени затухания из такого профиля распределения интенсивности. В идеальном варианте чувствительность должна быть близка к наибольшему возможному значению для рассматриваемого диапазона длины волн люминесценции, но все еще в линейном отклике диапазона светочувствительного датчика, для того чтобы содержать высокое значение отношения сигнал-шум и высокую чувствительность для измерений. Пространственная однородность чувствительности светочувствительного датчика в пределах зоны обнаружения содержит дополнительное преимущество возможности очень высоких надежных частот дискретизации для определения профиля распределения интенсивности таким образом, что полученный профиль I(t) лучше подходит к «непрерывной» кривой. Такая лучшая кривая профиля распределения интенсивности позволяет более надежную интерполяцию, например, с учетом точных операций вывода или ввода, основанных на этой кривой: это, в частности, полезно в случае сложных люминесцентных сигнатур из смеси из различных типов люминесцентных частиц для извлечения точных значений концентраций и значений времени затухания компонентов люминесцентного материала.
Блок управления сканирующего устройства может быть дополнительно выполнен с возможностью управления тем, что чувствительность светочувствительного датчика в действительности по существу однородна в пределах зоны обнаружения, т.е. находится между установленными пределами около установленного среднего значения.
Светочувствительный датчик сканирующего устройства в соответствии с изобретением может содержать различные конфигурации, соответствующие вышеупомянутой удлиненной зоне обнаружения и/или по существу однородной чувствительности в пределах указанной зоны обнаружения.
Вышеупомянутое сканирующее устройство в соответствии с изобретением может таким образом содержать:
указанный светочувствительный датчик, содержащий множество фотодетекторов, расположенных последовательно вдоль указанного первого направления, при этом каждый фотодетектор выполнен с возможностью измерения интенсивности люминесцентного светового излучения, полученного из соответствующей области обнаружения в пределах зоны обнаружения, в пределах второго диапазона длины волн, и передачи соответствующему фотодетектору сигнала интенсивности люминесценции, установки соответствующих областей обнаружения, покрывающих указанную зону обнаружения; и
указанный блок управления, выполненный с возможностью определения указанного профиля распределения сигналов интенсивности люминесценции, переданного указанными фотодетекторами при приеме люминесцентного светового излучения, излучаемого указанным люминесцентным материалом, движущимся через указанную область обнаружения вдоль указанного пути в первом направлении.
В отличие от возможного случая «моноблока» светочувствительный датчик содержит, например, моноблок матрицы ПЗС для обнаружения собранных фотонов, вышеупомянутая конфигурация светочувствительного датчика соответствует отдельным фотодетекторам, размещенным с тем, чтобы собирать люминесценцию фотонов из зоны обнаружения, подключенным к схеме таким образом, чтобы светочувствительный датчик мог измерять интенсивность излучения люминесцентного материала, движущегося через всю зону обнаружения. Эти фотодетекторы могут быть, например, фотодиодами, соединенными параллельно. Более того, любые два последовательных фотодетектора указанного множества фотодетекторов могут быть расположены так, чтобы иметь соответствующие области обнаружения, частично перекрываемые таким образом, чтобы чувствительность светочувствительного датчика в пределах указанного второго диапазона длины волн являлась по существу однородной в пределах указанной зоны обнаружения.
В другой конфигурации вышеупомянутого сканирующего устройства в соответствии с изобретением светочувствительный датчик может содержать множество волноводов оптического диапазона, при этом каждый волновод содержит вход с возможностью сбора люминесцентного светового излучения в пределах указанного второго диапазона длины волн из соответствующей области обнаружения в пределах указанной зоны обнаружения, при этом множество входов волновода расположены последовательно вдоль указанного первого направления, и при этом набор соответствующих областей обнаружения покрывает указанную зону обнаружения. Например, указанные волноводы оптического диапазона могут быть оптическими волокнами. Более того, указанные волноводы оптического диапазона могут быть расположены так, чтобы их соответствующие области обнаружения частично перекрывались таким образом, чтобы чувствительность светочувствительного датчика в пределах указанного второго диапазона длины волн являлась по существу однородной в пределах указанной зоны обнаружения. Эта конфигурация может соответствовать, например, светочувствительному датчику, содержащему компактную матрицу ПЗС датчиков для захвата фотонов в отличие от светочувствительного датчика, содержащего моноблок матрицы ПЗС датчиков, проходящий, например, в пределах всей длины зоны обнаружения с тем, чтобы непосредственно собирать излучение из него. Например, в случае волноводов оптического диапазона, выполненных как оптические волокна для сбора люминесцентного светового излучения из изделий, маркированных люминесцентным материалом, который перемещается конвейерной лентой, при этом входы этих оптических волокон расположены (между ними вдоль направления движения и на расстоянии над люминесцентной маркировкой) таким образом, что их входные угловые апертуры (или числовые апертуры) разграничивают указанные частично перекрывающиеся области в пределах зоны обнаружения.
Светочувствительный датчик может дополнительно содержать устройство для фокусировки с возможностью фокусировки люминесцентного светового излучения, полученного из зоны обнаружения. Это может, например, помочь уменьшить ограничение на входные угловые апертуры входов волноводов. Также источник оптического излучения может содержать средства для фокусировки с возможностью фокусировки оптического возбуждения на указанной области облучения. В частности, указанные средства для фокусировки могут фокусировать оптическое возбуждение, произведенное множеством LED, создавая оптическое возбуждение в пределах первого диапазона длины волн. Эта конфигурация источника оптического излучения позволяет обеспечить высокую интенсивность оптического возбуждения люминесцентного материала для лучшей его «зарядки» и является также удобной для импульсных источников оптического излучения.
В соответствии с изобретением любое из вышеупомянутых сканирующих устройств может дополнительно содержать:
пусковое устройство с возможностью обнаружения того, что люминесцентный материал находится в пределах области облучения источника оптического излучения и передает соответствующий пусковой сигнал; и
блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления источником оптического излучения для передачи частоты импульса оптического возбуждения люминесцентному материалу в пределах области облучения при приеме указанного пускового сигнала из пускового устройства и управления светочувствительным датчиком для получения профиля распределения интенсивности после того, как облучение остановилось.
Эта конфигурация позволяет точно синхронизировать движение люминесцентного материала через область облучения источника оптического излучения и зону обнаружения с профилем распределения интенсивности люминесценции режимов вхождения в синхронизм, т.е. облучения источником оптического излучения, только пока люминесцентный материал находится в пределах области облучения, за которым следует измерение интенсивности люминесценции светочувствительным датчиком после того, как облучение остановилось, пока люминесцентный материал пересекает зону обнаружения сканирующего устройства.
1
n
1
Сканирующее устройство, содержащее его светочувствительный датчик, содержащий множество фотодетекторов, как описано выше, может дополнительно быть выполнен с возможностью синхронизации движения люминесцентного материала через зону обнаружения с операциями измерения интенсивности люминесценции таким образом, что значения I(t), …, I(t) интенсивности получаются только, пока люминесцентный материал находится в определенных положениях в пределах зоны обнаружения, например, когда люминесцентный материал расположен по отношению к фотодетектору таким образом, что интенсивность облучения этого фотодетектора является максимальной. Следовательно, последовательные значения I(t) полученного профиля распределения интенсивности соответствуют последовательностям позиций люминесцентного материала, в котором ответ от соответствующего фотодетектора обусловлен тем, что указанный максимум интенсивности облучения является наиболее надежным. Более того, блок управления может дополнительно выбирать ответ этого самого фотодетектора, обусловленного максимальной интенсивностью облучения как составляющей интенсивности сигнала, измеряемого светочувствительным датчиком, когда люминесцентный материал находится в соответствующем положении в зоне обнаружения.
Таким образом, изобретение также относится к сканирующему устройству, содержащему его светочувствительный датчик, содержащий множество фотодетекторов, как описано выше, где
сканирующее устройство дополнительно содержит датчик положения с возможностью определения позиции люминесцентного материала в пределах указанной зоны обнаружения и передачи соответствующего позиционного сигнала;
блок управления дополнительно выполнен с возможностью получения позиционного сигнала из указанных датчиков положения и определения указанного профиля распределения интенсивности только из последовательных сигналов интенсивности люминесценции, соответствующих последовательным позициям люминесцентного материала в пределах каждой из последовательных областей обнаружения, в которых интенсивность облучения светочувствительного датчика является максимальной.
В соответствии с изобретением для лучшего обнаружения разницы между профилями распределения интенсивности люминесцентных материалов, содержащих смеси различных типов люминесцентных частиц (т.е. содержащих различные характеристики времени затухания), любые из вышеупомянутых сканирующих устройств могут дополнительно содержать его источник энергии с возможностью передачи переменного тока возбуждения или напряжения возбуждения на источник оптического излучения с тем, чтобы получить более надежные сигналы интенсивности люминесценции. Таким образом, в соответствии с изобретением установка интенсивности оптического возбуждения посредством интенсивности тока возбуждения или значения напряжения возбуждения (в зависимости от источника питания, приспособленного к источнику оптического излучения), таким образом, что обнаруженный сигнал люминесценции является приемлемым (т.е. находится в пределах диапазона надежной работы светочувствительного датчика), позволяет и получение более надежной интенсивности люминесценции, и получение аналогичного времени возбуждения для каждого профиля распределения интенсивности люминесценции. Значение интенсивности люминесценции может считаться приемлемым блоком управления, если он находится в пределах заданного диапазона значений интенсивности люминесценции.
0
Например, в вышеупомянутом случае двух отдельных смесей люминесцентных пигментов P1 и P2 изменение потока оптического возбуждения для аналогичного времени возбуждения (т.е. изменение только соответствующих интенсивностей облучения в t для кривой P1 затухания и для кривой P2 затухания) позволяет видеть различия или лучше видеть различия между различными концентрациями непосредственно на нормализованных профилях для этих смесей. Это представлено на фиг.2A и 2B. На фиг.2A представлен профиль распределения интенсивности люминесценции для вышеупомянутой смеси 50% пигментов P1 и 50% пигментов P2 для постоянного временного интервала возбуждения в 100 мкс. Фиг.2A в действительности идентична фиг.1A.
На фиг.2B представлен профиль распределения интенсивности люминесценции для вышеупомянутой смеси 42% пигментов P1 и 58% пигментов P2 для аналогичного постоянного временного интервала возбуждения в 100 мкс, но интенсивность облучения оптического возбуждения изменилась по сравнению со случаем по фиг.2A. Разница между нормализованными кривыми затухания на фиг.2A и фиг.2B теперь четко видна: например, точка пересечения между нормализованным профилем (P1+P2) распределения интенсивности и горизонтальной линией, соответствующей значению 0,2 ординаты, содержит значение абсциссы примерно 280 мкс на фиг.2B и только примерно 250 мкс на фиг.2A. Таким образом, изменяющееся оптическое возбуждение интенсивности, очевидно, позволяет видеть различия смеси люминесцентных частиц, даже если эти частицы имеют весьма различные времена затухания. Соответственно, изобретение относится к сканирующему устройству, где:
указанный источник энергии дополнительно выполнен с возможностью передачи переменного тока возбуждения или напряжения возбуждения;
указанный источник оптического излучения дополнительно выполнен с возможностью создания указанного оптического возбуждения с интенсивностью, изменяющейся в соответствии с передаваемым током возбуждения или напряжением возбуждения; и
указанный блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления указанным источником энергии для установки значения тока возбуждения или значения напряжения возбуждения, передаваемого источнику оптического излучения таким образом, что значение интенсивности люминесценции, соответствующее переданному сигналу интенсивности люминесценции, находится в пределах заданного диапазона значений интенсивности люминесценции.
Например, значение интенсивности люминесценции может быть выше порога обнаружения светочувствительного датчика и ниже порога насыщения светочувствительного датчика, т.е. в пределах диапазона надежного обнаружения светочувствительного датчика. Диапазон значений интенсивности люминесценции может также обеспечивать, что значение отношения сигнал-шум измеряемой интенсивности люминесценции находится выше порогового значения и/или светочувствительный датчик не насыщается во время соответствующей операции измерения. Например, в зависимости от измеряемого уровня обнаружения интенсивности люминесценции светочувствительным датчиком в конце цикла облучения блок управления может адаптировать уровень интенсивности оптического возбуждения, переданный источником оптического излучения, посредством переменного тока возбуждения (или напряжением возбуждения), переданного источником энергии, таким образом, что сигнал интенсивности люминесценции, переданный в начале цикла измерения интенсивности (т.е. сразу после конца облучения источником оптического излучения) соответствует значению интенсивности, близкому к уровню насыщения светочувствительного датчика, но, все же, ниже указанного уровня насыщения. В этом случае измеряемые значения являются высоконадежными и информация, извлеченная из профиля распределения интенсивности, является более точной.
Более того, светочувствительный датчик может дополнительно содержать свой порог обнаружения и регулируемый порог насыщения, и блок управления может быть дополнительно выполнен с возможностью регулирования значения этих порогов. Это, в частности, интересно для обнаружения светочувствительным датчиком значения смещения интенсивности сигнала, соответствующего облучению люминесцентного материала только естественным светом (т.е. без облучения посредством источника оптического излучения), для извлечения сигналов интенсивности из составляющего профиля распределения интенсивности, для устранения любых возмущений, соответствующих указанному естественному свету: в случае, если значение смещения находится вне диапазона обнаружения светочувствительного датчика, блок управления может дополнительно отрегулировать диапазон обнаружения таким образом, чтобы значение смещения находилось в пределах измененного диапазона обнаружения. Следовательно, значения интенсивности люминесценции, измеряемые светочувствительным датчиком (для составления профиля распределения интенсивности люминесценции) в присутствии указанного естественного света будут находиться в пределах указанного измененного диапазона обнаружения, затем будут адаптированы к конкретным реальным условиям измерения, даже если уровень люминесценции является низким и получившийся профиль распределения интенсивности люминесценции будет более надежным.
В соответствии с изобретением источник оптического излучения может быть дополнительно выполнен с возможностью передачи излучения в пределах регулируемого временного интервала возбуждения, и блок управления может быть дополнительно выполнен с возможностью управления указанным источником оптического излучения для установки временного интервала возбуждения. Таким образом, в случае если интенсивность тока возбуждения (или напряжения возбуждения) источника оптического излучения является максимальной, тем не менее, возможно увеличить заряд люминесцентного материала посредством увеличения времени возбуждения.
Также в сканирующем устройстве в соответствии с изобретением блок управления может быть дополнительно выполнен с возможностью управления светочувствительным датчиком для измерения интенсивности люминесцентного светового излучения с временной задержкой после того, как временной интервал возбуждения истек. Более того, блок управления может быть дополнительно выполнен с возможностью установки указанной временной задержки. Таким образом можно лучше различать люминесцентные материалы, содержащие сильно отличающиеся характеристики времени затухания. Если необходимо, возбуждение временного интервала и/или временная задержка после окончания облучения может таким образом быть дополнительно установлена для достижения вышеупомянутой цели получения значения интенсивности люминесценции, близкого к уровню насыщения, в начале цикла измерения интенсивности.
Изобретение дополнительно относится к сканирующему устройству, как описано выше, где указанный блок управления дополнительно выполнен с возможностью определения значения времени затухания люминесцентного материала из указанного определенного профиля распределения интенсивности. Специалистам в уровне техники известно много способов для расчета значения времени затухания из профиля распределения интенсивности.
ref
ref
ref
ref
Любое из вышеупомянутых сканирующих устройств в соответствии с изобретением может содержать его блок управления, дополнительно выполненный с возможностью проверки подлинности указанного люминесцентного материала в случае определения профиля I(t) распределения интенсивности люминесцентного материала, соответствующего заданному базовому профилю I(t) распределения интенсивности люминесценции, хранящемуся в памяти блока управления, при этом указанный базовый профиль распределения интенсивности люминесценции является профилем распределения интенсивности люминесценции базового люминесцентного материала. Таким образом, формы кривой применяются в качестве особенностей установления подлинности скорее, чем интенсивностей значения индивидуальных измерений. Например, для того чтобы иметь даже более надежное сравнение профилей I(t) и I(t) распределения интенсивности, каждый профиль распределения интенсивности может быть, во-первых, нормализован, и нормализованные профили затем сравнивают. Эта нормализация имеет тот эффект, что сравнение становится безмодельным и также в значительной степени независимым от отклонений интенсивности из-за старения, деформаций или загрязненности маркировки рассматриваемого люминесцентного материала. Например, оба профиля I(t) и I(t) распределения интенсивности люминесценции приводят к масштабу таким образом, что наибольшие значения обоих профилей совпадают: если соответственно полученные нормализованные профили I(t) и I(t) совпадают в пределах заданного допуска, то люминесцентный материал считается соответствующим базовому люминесцентному материалу (т.е. является подлинным).
ref
Изобретение также относится к сканирующему устройству, содержащему его блок управления, выполненный с возможностью определения значения времени затухания люминесцентного материала из определенного профиля распределения интенсивности (см. выше), где указанный блок управления дополнительно выполнен с возможностью установления подлинности указанного люминесцентного материала в случае, если значение времени затухания люминесцентного материала, определенное из указанного профиля распределения интенсивности, соответствует заданному базовому значению времени затухания, хранящемуся в памяти блока управления, при этом указанное базовое значение времени затухания соответствует значению времени затухания базового люминесцентного материала. Например, блок управления может проверить, совпадают ли значения времени затухания в пределах заданного предела погрешности: в случае совпадения люминесцентный материал считается подлинным. Операция установления подлинности может, в дополнение со сравнением определенного и базового значений времени затухания, дополнительно содержать сравнение измеряемого I(t) и базового I(t) профилей распределения интенсивности (последний также хранится в памяти блока управления) и/или сравнение дополнительной характеристики, извлеченной из этих кривых профиля распределения интенсивности, таких как соответствующие концентрации в люминесцентных частицах в пределах люминесцентного материала и базового люминесцентного материала, как известно в уровне техники.
Другой аспект изобретения относится к способу для определения профиля распределения интенсивности люминесцентного светового излучения из люминесцентного материала, движущегося мимо сканирующего устройства в соответствии с изобретением вдоль пути в первом направлении, при этом указанный люминесцентный материал, излучающий указанное люминесцентное световое излучение в пределах второго диапазона длины волн при облучении оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн, при этом указанный способ включает этапы:
облучения люминесцентного материала, движущегося мимо сканирующего устройства в первом направлении, когда он пересекает область облучения сканирующего устройства оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн посредством источника оптического излучения сканирующего устройства;
поскольку люминесцентный материал, после того как был облучен оптическим возбуждением, все еще перемещается в первом направлении и входит в зону обнаружения указанного сканирующего устройства, измерения интенсивности люминесцентного светового излучения, излученного указанным люминесцентным материалом в пределах второго диапазона длины волн, когда он пересекает зону обнаружения, посредством указанного светочувствительного датчика и подачи соответствующего сигнала интенсивности люминесценции на блок управления сканирующего устройства;
определения профиля распределения интенсивности из сигнала интенсивности люминесценции, полученного блоком управления.
Изобретение также относится к способу для определения профиля распределения интенсивности и обнаружения времени затухания люминесцентного светового излучения из люминесцентного материала, проходящего мимо сканирующего устройства в соответствии с изобретением (как описано выше) вдоль пути в первом направлении, указанный люминесцентный материал, излучающий указанное люминесцентное световое излучение в пределах второго диапазона длины волн при облучении оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн, при этом указанный способ включает этапы:
облучения люминесцентного материала, проходящего мимо сканирующего устройства в первом направлении, когда он пересекает область облучения сканирующего устройства оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн посредством источника оптического излучения сканирующего устройства;
так как люминесцентный материал после облучения оптическим возбуждением продолжает двигаться в первом направлении и попадает в зону обнаружения указанного сканирующего устройства, измерения интенсивности люминесцентного светового излучения, излучаемого указанным люминесцентным материалом в пределах второго диапазона длины волн, в то время как он пересекает зону обнаружения посредством указанного светочувствительного датчика, и перемещения соответствующего сигнала интенсивности люминесценции в блок управления сканирующего устройства;
определения профиля распределения интенсивности из сигнала интенсивности люминесценции, полученного блоком управления; и
определения значения времени затухания люминесцентного материала из указанного определенного профиля распределения интенсивности.
Блок управления сканирующего устройства может быть запрограммирован с тем, чтобы выполнить вышеупомянутые этапы способа в соответствии с изобретением. Вышеупомянутый способ может дополнительно включать этап управления чувствительностью светочувствительного датчика в пределах второго диапазона длины волн, по существу однородного в пределах зоны обнаружения сканирующего устройства. Например, блок управления может дополнительно управлять тем, что чувствительность светочувствительного датчика находится между установленными границами около установленного среднего значения.
В случае сканирующего устройства в соответствии с изобретением, которое содержит источник энергии с возможностью передачи переменного тока возбуждения или напряжения возбуждения на источник оптического излучения, как описывалось выше, способ в соответствии с изобретением может дополнительно включать этапы:
(a) установки значения тока возбуждения или значения напряжения возбуждения, переданного источником энергии;
(b) облучения люминесцентного материала, пока указанное возбуждение временного интервала с источником оптического излучения питается от указанного значения тока возбуждения или напряжения возбуждения;
(c) измерения соответствующего значения интенсивности люминесцентного светового излучения из люминесцентного материала со светочувствительным датчиком после указанного возбуждения временного интервала;
(d) определения, является ли указанное измеряемое значение интенсивности люминесцентного светового излучения допустимым, т.е. находится в пределах заданного диапазона значений интенсивности люминесценции, и если оно допустимо,
(e) хранения измеряемых значений в памяти блока управления как соответствующей точки указанного профиля распределения интенсивности; и
(f) выполнения этапов (c) и (e) последовательно до завершения указанного профиля распределения интенсивности в пределах измеряемого временного интервала или если недопустимо,
(g) установки измененного значения тока возбуждения или измененного значения напряжения возбуждения, переданного источником энергии на этапе (a) и облучения люминесцентного материала на этапе (b) источником оптического излучения, питаемого указанным измененным значением тока возбуждения или напряжения возбуждения, и затем выполнения этапов (c)-(f); и
(h) определения значения времени затухания из указанного сохраненного профиля распределения интенсивности.
Установка интенсивности оптического возбуждения посредством тока возбуждения или напряжения возбуждения (в зависимости от которой питание является удобным для источника оптического излучения) таким образом, что обнаружение сигнала люминесценции является допустимым, позволяет измерение надежных профилей распределения интенсивности, соответствующих сигналам, получаемым в аналогичных условиях облучения (т.е. с аналогичным временем возбуждения). Таким образом, вышеупомянутый способ, в частности, позволяет намного лучше определять различия между люминесцентными материалами, содержащими смеси люминесцентных частиц, имеющих отличающиеся характеристики времени затухания и которые отличаются только их соответствующими концентрациями указанных частиц.
На этапе (h) сохраненный профиль распределения интенсивности может дополнительно быть нормализованным и значение времени затухания затем определяется из нормализованного профиля распределения интенсивности. Эта нормализация позволяет определять значения времени затухания с большей точностью.
Вышеупомянутый способ с указанным блоком управления сканирующего устройства, дополнительно применимый для регулирования значения указанного порога обнаружения и порога насыщения, может также включать: предварительный этап получения начального сигнала интенсивности из светочувствительного датчика без облучения люминесцентного материала источником оптического излучения для получения соответствующего значения смещения, соответствующего естественному свету; и в случае, если указанный начальный сигнал интенсивности находится вне указанного диапазона обнаружения светочувствительного датчика, регулирования диапазона обнаружения на этапе изменения указанного порогового значения обнаружения или указанного порогового значения насыщения таким образом, что указанный начальный сигнал интенсивности находится в пределах измененного диапазона обнаружения; затем, на этапе (c), вычитание указанного значения смещения из сигнала интенсивности люминесценции, переданного светочувствительным датчиком для получения указанного измеряемого значения интенсивности люминесцентного светового излучения, и в случае обнаружения того, что диапазон был изменен на этапе (d) с применением указанного измененного диапазона обнаружения в качестве диапазона обнаружения светочувствительного датчика. Таким образом, возможный вклад естественного света в люминесцентное световое излучение обнаруживается светочувствительным датчиком, затем удаляется и получается профиль распределения интенсивности люминесценции и соответствующее значение времени затухания, уникально относящееся к люминесцентному излучению, излучаемому люминесцентным материалом. Следовательно, точность и надежность измерений является дополнительно увеличенной.
В варианте способа в соответствии с изобретением, где источник оптического излучения выполнен с возможностью передачи излучения в пределах регулируемого временного интервала возбуждения и блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления источником оптического излучения для установления временного интервала возбуждения, в случае этапа (d) измеряемое значение интенсивности люминесцентного светового излучения недопустимо и соответствующее значение тока возбуждения или соответствующее значение напряжения возбуждения ниже первого порогового значения, затем этап (g) включает предварительный этап уменьшения указанного временного интервала возбуждения или, в случае этапа (d), измеряемое значение люминесцентного светового излучения недопустимо, и соответствующее значение интенсивности тока возбуждения или соответствующее значение напряжения возбуждения выше второго порогового значения, затем этап (g) включает предварительный этап увеличения указанного временного интервала возбуждения. Таким образом, даже если ток возбуждения или напряжение возбуждения слишком низкие (т.е. ниже указанного первого порогового значения) или слишком высокие (т.е. выше указанного второго порогового значения), возможно попробовать получить допустимый сигнал люминесценции посредством регулирования временного интервала возбуждения. Также возможно включить простой предварительный этап установки оптического возбуждения (независимо от любого условия на ток возбуждения или напряжение возбуждения и измеряемого сигнала люминесценции).
В вышеупомянутом способе в соответствии с изобретением этап (c) для первой точки профиля распределения интенсивности, соответствующего значению тока возбуждения или значению напряжения возбуждения, установленного на этапе (a), указанное измерение интенсивности люминесцентного светового излучения может быть выполнено с временной задержкой после завершения указанного временного интервала возбуждения. Также блок управления может дополнительно устанавливать эту временную задержку.
Вместе со сканирующим устройством в соответствии с изобретением, содержащим его блок управления, дополнительно выполненный с возможностью определения подлинности люминесцентного материала на основании значения времени затухания, определенного из излучаемого люминесцентного светового излучения, вышеупомянутый способ для определения профиля распределения интенсивности может включать дополнительный этап установления подлинности указанного люминесцентного материала в случае определения значения времени затухания люминесцентного материала из указанного профиля распределения интенсивности, соответствующего заданному базовому значению времени затухания, хранящемуся в памяти блока управления сканирующего устройства. Например, если измеряемое значение времени затухания по существу совпадает с базовым значением времени затухания, изделие считается подлинным.
Вместе со сканирующим устройством в соответствии с изобретением, содержащим блок управления, дополнительно выполненный с возможностью определения подлинности люминесцентного материала на основании сравнения определенного профиля распределения интенсивности с базовым профилем распределения интенсивности, как описано выше, вышеупомянутый способ в соответствии с изобретением включает дополнительный этап:
установления подлинности указанного люминесцентного материала в случае, если значение времени затухания люминесцентного материала определяется из указанного профиля распределения интенсивности, соответствующего заданному базовому значению времени затухания, хранящемуся в памяти блока управления, при этом указанное базовое значение времени затухания соответствует значению времени затухания базового люминесцентного материала.
В результате изобретение относится к системе для определения профиля распределения интенсивности люминесцентного светового излучения из люминесцентного материала, проходящего мимо сканирующего устройства в соответствии с любым из вышеупомянутых вариантов в соответствии с изобретением, вдоль пути в первом направлении на технологической/распределительной линии, при этом указанный люминесцентный материал, излучающий указанное люминесцентное световое излучение в пределах второго диапазона длины волн, при облучении оптическим возбуждением в пределах первого диапазона длины волн, переданным источником оптического излучения указанного сканирующего устройства, указанное сканирующее устройство установлено на указанной технологической/распределительной линии, где блок управления указанного сканирующего устройства является программируемым и содержит программу, которая, будучи запущенной на указанном блоке управления, дает блоку управления возможность осуществить этапы вышеупомянутого соответствующего способа для определения профиля распределения интенсивности в соответствии с изобретением.
Настоящее изобретение будет описано более подробно в дальнейшем со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых похожие позиции представляют похожие элементы на всех различных фигурах и на которых представлены важные аспекты и особенности изобретения.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1A-1B соответственно представлены нормализованные кривые затухания из обычного сканирующего устройства с установкой времени возбуждения и кривые оптического возбуждения для двух люминесцентных материалов, соответствующих смесям различных концентраций в люминесцентных красках пигментов P1 и P2, имеющих различные характеристики времени затухания.
На фиг.2A-2B соответственно представлены нормализованные кривые затухания из сканирующего устройства в соответствии с изобретением с постоянным временем возбуждения посредством профиля распределения интенсивности и кривые оптического возбуждения для двух люминесцентных материалов, соответствующих таким же смесям, как для фиг.1A и 1B.
На фиг.3 представлено схематическое изображение оптического блока сканирующего устройства в соответствии с изобретением.
На фиг.4 представлен цикл облучения источника оптического излучения сканирующего устройства по фиг.3.
На фиг.5 представлена кривая чувствительности одного из фотодатчиков в светочувствительном датчике сканирующего устройства по фиг.3.
На фиг.6 представлена кривая чувствительности светочувствительного датчика сканирующего устройства по фиг.3.
На фиг.7 представлена схема электрической цепи сканирующего устройства в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
-1
Работа сканирующего устройства для обнаружения характеристик времени затухания люминесцентного материала в соответствии с примером варианта осуществления изобретения представлена посредством фиг.3-9. Сканирующее устройство (1) смонтировано на производственной линии: изделия, маркированные люминесцентным материалом (7), излучающим в ближней инфракрасной области спектра (NIR), при возбуждении освещением с более коротким диапазоном длины волн (т.е. указанным первым диапазоном длины волн), перемещаются на конвейерной ленте (2) производственной линии с базовой скоростью V через область облучения и зону обнаружения сканирующего устройства. В качестве примера эта скорость может составлять V≈6 мс.
p
c
S
Оптический блок сканирующего устройства (1) (см. также фиг.3) содержит источник (3) оптического излучения и светочувствительный датчик (5). Источник (3) оптического излучения может быть, например, LED, работающим с длиной волны при пиковом излучении λ в пределах первого диапазона длины волн, для центроидной длины волны λ и ширины спектральной полосы при 50% максимальной интенсивности тока возбуждения Δλ=45 нм (это соответствует вышеуказанному первому диапазону длины волн). Этот LED выполнен с возможностью вырабатывания оптического возбуждения с интенсивностью, изменяющейся в соответствии с интенсивностью I тока возбуждения для облучения маркировки на изделии, т.е. люминесцентного материала (7). Источник оптического излучения расположен над конвейерной лентой (2) и содержит конус (17) освещенности, ограничивающий область (8) облучения на поверхности указанной конвейерной ленты. Светочувствительный датчик (5) собирает люминесцентное световое излучение, излучаемое маркировкой (7) в пределах зоны (10) обнаружения сканирующего устройства (1) посредством фотодатчиков, расположенных на одной линии вдоль направления движения образца (7) по конвейерной ленте (2). В данном случае, светочувствительный датчик (5) содержит пять идентичных фотодатчиков, которые представляют собой фотодиоды PD1-PD5, каждый из которых оборудован линзой (18) для фокусировки, выполненные с возможностью обнаружения люминесцентного светового излучения во втором диапазоне длины волн (в диапазоне NIR). Эти фотодиоды соединены параллельно. Фотодиоды расположены на расстоянии d≈6 мм друг от друга и на высоте h≈15 мм над конвейерной лентой (2), как представлено на фиг.3. Каждый фотодиод содержит конус обнаружения, имеющий угол β, в данном случае β≈20°, который ограничивает соответствующую область (9) обнаружения на конвейерной ленте (2) в пределах зоны (10) обнаружения. Области обнаружения любых двух ближайших фотодиодов перекрываются, и объединение пяти областей обнаружения фотодиодов, собственно, образовывает зону (10) обнаружения сканирующего устройства.
S
m
s
L
Сканирующее устройство (1) также содержит источник (4) энергии для подачи переменной интенсивности I тока возбуждения на источник (3) оптического излучения и блок (6) управления, выполненный с возможностью управления источником (4) энергии, источником (3) оптического излучения и светочувствительным датчиком (5) с тем, чтобы получать профиль I(t) распределения интенсивности люминесцентного светового излучения, излучаемого маркировкой (7), из сигналов интенсивности люминесценции, переданных сверх измеряемого временного интервала Δt светочувствительным датчиком (5), и определять значение времени затухания из полученного профиля I(t) распределения интенсивности. Блок (6) управления также получает сигналы интенсивности люминесценции от светочувствительного датчика (5) и управляет источником (4) энергии для выбора значения интенсивности тока возбуждения I, поданного на источник (3) оптического излучения, так что значение I интенсивности люминесценции, соответствующее переданному сигналу интенсивности люминесценции, и выше порога обнаружения светочувствительного датчика (5), и ниже его уровня насыщения (т.е. находятся в его диапазоне чувствительности).
0
1
ex
1
0
ex
d
2
1
3
3
1
m
3
2
На фиг.4 представлен цикл (3) облучения источника оптического излучения: источник оптического излучения обеспечивается интенсивностью Is тока возбуждения между моментами T и T. Временной интервал возбуждения составляет Δt=T-T: в данном случае Δt=100 мкс. Для светочувствительного датчика (5) временная задержка Δt, соответствующая (T-T), может быть установлена блоком управления, и в момент T начинается новый цикл, в данном случае T-T=4 мс. Измеряемый временной интервал Δt светочувствительного датчика таким образом соответствует (T-T).
i
На фиг.5 представлена обычная чувствительность (в пределах второго диапазона длины волн) любого из пяти фотодиодов, допустим PDi, оборудованных своими линзами (18) для фокусировки, как функция Re(x) положения x светоизлучающего образца в пределах области (9) обнаружения фотодиода, вдоль направления движения маркировки (7). Чувствительность (в А/Вт) стремится к нулю возле границы области обнаружения (соответствующей заштрихованной области) и достигает максимума в центре области обнаружения.
-1
m
На фиг.6 представлена чувствительность Re(x) светочувствительного датчика (5) в пределах второго диапазона длины волн как функция положения x светоизлучающего образца в пределах зоны (10) обнаружения фотодиода. Расстояние d между фотодиодами и высота h фотодиодов над конвейерной лентой приспособлены так, что общая чувствительность Re(x) светочувствительного датчика в связи с итоговым перекрыванием областей обнаружения (угол β задан), собственно, по существу однородна в пределах зоны (10) обнаружения. В данном случае общая чувствительность Re(x) светочувствительного датчика (5), как функция положения x в пределах зоны (10) обнаружения сканирующего устройства, вдоль направления движения образца (7) колеблется только на менее чем 5% около среднего значения Rem по однородной длине L и падает до нуля возле границы зоны обнаружения (т.е. по обе стороны однородного участка длины L). В данном случае Rem≈0,6 А Вт. Расстояние d между фотодиодами и высота h фотодиодов над конвейерной лентой установлены так, чтобы иметь и L≈VΔt и перекрывание областей (9) обнаружения, достаточное для получения указанной существенной однородности чувствительности Re(x) светочувствительного датчика по длине L. В данном случае имеем: L≈5d≈30 мм. Сочетание зоны (10) обнаружения, вытянутой вдоль направления движения маркировки (7) и существенной однородности чувствительности светочувствительного датчика по длине L в пределах зоны обнаружения позволяет измерение люминесцентного светового излучения маркировки, когда она проходит участок длины L в условиях, которые подобны условиям обычного сканирующего устройства, расположенного неподвижно над указанной маркировкой, и следование за ней во время ее движения через указанный участок. Таким образом, движение маркировки «компенсировано» благодаря специфической конструкции сканирующего устройства, даже если маркировка перемещается быстро через зону обнаружения.
s
0
1
ex
2
3
d
m
На фиг.7 представлена принципиальная электрическая схема, относящаяся к предпочтительному варианту осуществления сканирующего устройства в соответствии с изобретением: блок (6) управления через шину (12) данных и цифроаналоговый преобразователь (не показан) управляет источником (4) энергии, т.е. устанавливает интенсивность I тока возбуждения для питания источника (3) оптического излучения и значения T и T цикла облучения (с тем, чтобы иметь желаемые значения Δt). Блок (6) управления дополнительно управляет светочувствительным датчиком (5) через шину (12) данных и цифроаналоговый преобразователь компенсационного блока (13) смещения естественного света, т.е. устанавливает значения T и T цикла измерения (с тем, чтобы иметь желаемые значения Δt и Δt). Операционный усилитель (11), соединенный со светочувствительным датчиком (5), передает сигнал напряжения, соответствующий сигналу интенсивности люминесценции, измеряемый светочувствительным датчиком (5) через аналого-цифровой преобразователь, соединенный с шиной (12) данных, на блок (6) управления.
Для того чтобы обеспечить быстрый возврат в ненасыщенное состояние фотодиодов светочувствительного датчика (5) указанный светочувствительный датчик, фактически, действует в качестве источника тока (при облучении люминесцентным световым излучением от образца) и всегда укорочен, таким образом защищая внутренние емкости фотодиодов от зарядки и делая более быстрым отклик фотодиодов.
В действительности диод D1 соединен параллельно с конденсатором C1 и резистором R1, пропуская электрический ток в случае слишком высокого напряжения на выводе операционного усилителя (11), таким образом предотвращая насыщение операционного усилителя. Диод D1, таким образом, расположен в контуре отрицательной обратной связи операционного усилителя (11), который позволяет фотодиодам светочувствительного датчика (5) всегда быть укороченным и, таким образом, никогда не быть насыщенными.
Соответственно, можно получить профиль распределения интенсивности намного быстрее и измерять более короткие времена затухания.
Также резистор R2, соединенный непосредственно с выводом фотодиодов (5), поглощает ток смещения с тем, чтобы сдвинуть в сторону младшего разряда соответствующую часть сигнала измеряемой интенсивности в пределах надежного диапазона обнаружения аналого-цифрового преобразователя, который посылает сигнал измеряемой интенсивности на блок (6) управления через шину (12) данных.
Часть сигнала интенсивности, которая обусловлена естественным освещением, таким образом подавляется на выводе фотодиодов (5), и только сигналы интенсивности, из которых был удален ток смещения, посылаются из операционного усилителя (11) на блок (6) управления через аналого-цифровой преобразователь и через шину (12) данных для образования точного профиля I(t) распределения интенсивности. Более того, линейность отклика на люминесцентное световое излучение увеличена в связи с тем, что фотодиоды (5) работают в качестве генератора тока и диод D1 в контуре отрицательной обратной связи операционного усилителя (11) всегда работает вокруг той же рабочей точки.
s
s
Контролирование интенсивности оптического возбуждения, излучаемого LED (3) посредством его интенсивности I тока возбуждения в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, предоставляет преимущество в производстве хорошо контролируемых вспышек света как в виде длительности, так и интенсивности. Данный способ является эффективным, поскольку в большинстве случаев приемлемое значение I для точного определения первой точки профиля распределения интенсивности люминесценции получают только с тремя вспышками (см. этап (g) вышеописанного способа).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок (6) управления дополнительно выполнен с возможностью регулирования уровней порога обнаружения и порога насыщения светочувствительного датчика (5), которые образуют диапазон обнаружения светочувствительного датчика. Таким образом, восприимчивость светочувствительного датчика может быть приспособлена к реальным условиям, преобладающим во время измерения интенсивности люминесцентного светового излучения и итоговый профиль распределения интенсивности люминесценции является более надежным.
d
OFF
so
ex
d
m
m
Работа сканирующего устройства в соответствии с указанным предпочтительным вариантом осуществления изобретения детализирована, как указано далее: в предварительной фазе первоначальную интенсивность сигнала от светочувствительного датчика (5) получают без облучения люминесцентного материала при помощи LED (3) и без временной задержки (Δt=0) (поскольку естественное освещение обычно колеблется только около постоянного значения во время измерения) и затем определяют значение I смещения интенсивности освещения, соответствующее естественному освещению. Интенсивность естественного освещения обычно довольно низка, при этом, если первоначальная интенсивность сигнала находится за пределами диапазона обнаружения светочувствительного датчика, блок (6) управления затем изменяет данный диапазон обнаружения путем регулирования порогового значения обнаружения и/или порогового значения насыщения диапазона, так что первоначальная интенсивность сигнала теперь лежит в пределах нового диапазона обнаружения. Затем начинается операция по облучению указанного люминесцентного материала пониженной частоты: блок (6) управления устанавливает значение I интенсивности тока возбуждения, поданного источником (4) энергии; источник (3) оптического излучения затем питается данной интенсивностью возбуждения для временного интервала возбуждения Δt=100 мкс и Δt теперь установлена на 60 мкс, Δt=4000 мкс, и облучает люминесцентный материал за указанные 100 мкс. Блок (6) управления также управляет светочувствительным датчиком (5) для измерения соответствующего значения интенсивности люминесцентного светового излучения, излучаемого потом люминесцентным материалом, непосредственно после временного интервала возбуждения в 100 мкс. Светочувствительный датчик (5) затем передает первый сигнал интенсивности люминесценции на блок (6) управления, который затем вычитает значение смещения интенсивности из соответствующего первого измеренного значения интенсивности люминесцентного светового излучения и оценивает, является ли результат приемлемым (т.е. лежит в пределах диапазона обнаружения светочувствительного датчика (5)), и если он приемлем, то результат хранится в памяти блока (6) управления как соответствующий первой точке указанного профиля распределения интенсивности; и измерения затухающего люминесцентного светового излучения затем осуществляются за измеряемый временной интервал Δt=4000 мкс, и соответствующие результаты, полученные, как описывалось выше, образуют измеренный профиль I(t) распределения интенсивности люминесценции. Указанный хранимый профиль затем применяется блоком (6) управления для расчета соответствующего значения времени затухания (или для сравнения с базовым профилем распределения интенсивности).
В случае если вышеуказанный результат, соответствующий первому измеряемому значению интенсивности люминесцентного светового излучения, не лежит в пределах диапазона обнаружения (обычно это соответствует ситуации, когда первый сигнал люминесценции находится выше порога насыщения светочувствительного датчика), то блок (6) управления изменяет значение интенсивности тока возбуждения, переданного источником энергии на источник оптического излучения (если первый сигнал слишком высок, интенсивность тока возбуждения уменьшается). Затем цикл облучения, измерение (с вводимой коррекцией) и оценка повторяются до тех пор, пока не получат профиль распределения интенсивности люминесценции и соответствующее значение времени затухания не будет вычислено.
В варианте изобретения в случае, когда первый сигнал люминесценции находится выше порога насыщения светочувствительного датчика, выполняется дополнительный этап увеличения значения порога насыщения и затем повторения измерения для первой точки вместо изменения значения интенсивности тока возбуждения, при этом указанный ток возбуждения изменяется, только если дополнительный этап оказывается неспособным выдать приемлемую первую точку профиля распределения интенсивности.
Изобретение не является строго ограниченным вышеуказанными вариантами осуществления и различные модификации могут быть выполнены без отхода от объема изобретения, определенного формулой изобретения. Например, источник оптического излучения, применяемый для передачи оптического возбуждения, может быть любым обычным источником оптического возбуждения, имеющим установку тока возбуждения или, эквивалентно, установку напряжения питания с тем, чтобы позволить приспосабливание интенсивности оптического возбуждения, переданного источником оптического излучения, в соответствии с уровнем интенсивности освещения, обнаруженным светочувствительным датчиком путем изменения тока возбуждения или напряжения питания источника оптического излучения.
Сканирующее устройство для измерения времени затухания и способ обнаружения времени затухания в соответствии с изобретением могут применяться для любого люминесцентного излучения в спектральном диапазоне УФ-излучения (200-400 нм), видимого излучения (400-700 нм) или вблизи средней инфракрасной области спектра (700-2500 нм). Сканирующее устройство в соответствии с изобретением может также содержать радиомодуль для (возможно, беспроводной) передачи, блок индикации для отображения измеряемых данных или параметров сканирования и контролирующий интерфейс для ввода условий сканирования.
Изобретение также относится к применению сканирующего устройства для измерения времени затухания и способу определения профиля распределения интенсивности в соответствии с изобретением для определения характеристик времени затухания люминесцентного материала и/или установления подлинности изделия, содержащего люминесцентный материал, на основе его характеристик времени затухания; при этом указанные характеристики времени затухания являются профилем распределения интенсивности люминесцентного излучения или значением времени затухания или концентрациями различных типов люминесцентных частиц в указанном материале в случае, если люминесцентный материал содержит смесь указанных типов частиц.