DE2745301C2

DE2745301C2 - Verfahren zum Auslesen von Daten aus einem fluoreszierenden Datenträger, insbesondere einer Datenkarte

Info

Publication number: DE2745301C2
Application number: DE19772745301
Authority: DE
Inventors: Atsushi Hachioji Tokyo Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1983-03-31
Also published as: DE2745301A1

Description

4. Datenträger nach einem der Ansprüche 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lumineszenzmaterial durch eine für sichtbare Strahlung im wesentlichen undurchlässige Schicht abgedeckt ist.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen von Daten aus einem fluoreszierenden Datenträger, insbesondere einer Datenkarte, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher angegeben ist.

Es gibt beispielsweise Scheckkarten zur Verwendung in einer Bank oder dergleichen, Kreditkarten, Eisenbahnfahrscheine, Einlaßscheine, Garantiescheine, Wettscheine usw., bei welchen Buchstaben, Ziffern, Symbole, Diagramme, Muster usw. (in dieser Beschreibung sollen diese allgemein als »Daten« und ein Stück Papier, Plastikfolie, Tuch oder dergleichen, auf welchem Daten aufgezeichnet sind, als »Datenkarte« bezeichnet wer-

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65 den) vorher ^:n einen vorgegebenen Freiraum eingetragen werden. Im Gebrauch werden die eingetragenen Daten durch magnetische Einrichtungen, optische Einrichtungen oder dergleichen gelesen und eine bestimmte Entscheidung auf der Basis des Ergebnisses gefällt

Als Datenkarten wurde bisher eine Vielzahl von Typen vorgeschlagen.

Die typischste Datenkarte ist eine, bei welcher die Daten nach einem magnetischen Verfahren aufgezeichnet sind. Bei dieser Datenkarte sind die gewünschten Daten in einem Magnetpulverfilm codiert, der auf der Vorder- oder Rückseite der Karte aufgebracht ist, und das Lesen geschieht nach einem magnetischen Verfahren. Diese Datenkarte ist als Kreditkarte, Eisenbahnfahrschein usw. weit verbreitet. Da jedoch die magnetisch aufgezeichnete Information mit dem bloßen Auge wahrgenommen oder mit Hilfe geeigneter Mittel übertragen werden kann, läßt sich eine Geheimhaltung und eine Verhinderung von Fälschungen nur schwer erreichen. Da sich die magnetisch registrierte Information mittels eines Magnetfeldes leicht löschen läßt, kommt hinzu, daß diese Karte für Anwendungen, bei denen ein hohes Maß an Zuverlässigkeit erforderlich ist, nicht geeignet ist.

£s wurde eine Karte vorgeschlagen, bei welcher die Daten auf der Kartenoberfläche unter Verwendung eines Fluoreszenzmaterials eingetragen und die Karten dann durch Einstrahlung von ultraviolettem Licht, um bei dem Fluoreszenzmaterial eine Emission im Sichtbaren zu erreichen, gelesen werden (offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung 1 17 799/1974). Zur Erzeugung der Ultraviolettstrahlung ist jedoch eine große Lampe notwendig. Ferner ist die Lebensdauer einer hierfür in Frage kommenden Quecksilberdampflampe problematisch. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß wegen der Abgabe des sichtbaren Lichts, die Gefahr einer Fälschung oder Änderung groß ist.

Es ist noch eine Datenkarte eines Systems bekannt, bei welchem die Daten gelesen werden, indem die Obei fläche der Karte mit Licht (sichtbarem Licht oder Infrarotstrahlung) bestrahlt und die Differenz der Lichtreflexionsfaktoren von mit Daten beschriebenen Teilen und dem verbleibenden Teil ausgenutzt wird. Eine solche Datenkarte wird in großem Ausmaß zur Sortierung von Post usw. verwendet. Wenn jedoch Knitterstellen in der Karte oder Flecken auf der Oberfläche vorhanden sind, setzt das den Lichtreflexionsfaktor herab, mit der Wahrscheinlichkeit von Fehlerkennungen. Die Geheimhaltung ist ebenfalls fraglich.

Ferner ist eine Datenkarte bekannt, bei welcher Löcher in der Karte vorgesehen sind und die Daten durch die Anzahl oder Stellung der Löcher dargestellt werden. Sie ist jedoch insofern nachteilig, als ein Unbefugter die Karte ohne weiteres nachmachen kann, weil sich die Anzahl und Lage der Löcher mit bloßem Auge leicht feststellen läßt.

Darüber hinaus wurden noch viele andere Datenkarten vorgeschlagen, zu denen auch eine gehört, bei der eine sehr geringe Menge einer radioaktiven Substanz in eine Farbe zur Verwendung für die Aufzeichnung von Daten gemischt ist, so daß sie durch einen Geigerzähler nachgewiesen werden kann (japanisches Patent 11 380/ 1970), oder eine, bei welcher eine farbige dielektrische Schicht vorgesehen ist und die Daten durch elektrostatische Aufzeichnung darin eingetragen werden (japanisches Gebrauchsmuster 16 560/1975).

Aus dem Werk »Photochemistry of Coordination Compounds« von Balzani und Carassiti, Academic Press 1970, Seiten 314—322, ist bekannt, daß bei Chelatverbindungen mit Lanthaniden die Energie von Strahlung, die im Absorptionsband der Liganden absorbiert wird, auf die Zentralionen übertragen werden kann, so daß diese zu Strahlung angeregt werden.

Aus den folgenden Literaturstellen:

»Luminescence of Insulating Solid for Optical Masers«, L G. van Vitert, Luminescence of Inorganic Solids, hg. ν. Paul Goldberg Seiten 465 bis 539, Academic Press 1966;

»Minilasers of Neodymium Compounds«, S. R. Chinn, H. W. P. Hong und J. V/. Pierce, Laser Focus, Mai 1976, Seiten 64 bis 69;

»Stoichiometric Laster Materials«, H. Danielmeyer, Festkörperproblem XV, Seite 253,1975, Viehweg (BRD) sind Substanzen beschrieben, die als Einkristalle für Laser verwendet werden.

Die CH-PS 5 16 196 beschreibt ein Verfahren zum Auslesen von Daten, die auf einem mit Fluoreszenzmaterial versehenen Datenträger aufgezeichnet sind. Als Fluoreszenzmaterialien werden dabei Chelate der seltenen Erdmetalle genannt von denen einige eine Lumineszenzstrahlung im nahen Infrarot zeigen. Die Anregung der Lumineszenzstrahlung erfolgt bei diesem Verfahren mittels ultraviolettem Licht Da solches Licht von den Liganden dieser Chelat-Verbindungen absorbiert wird, wird bei diesem Verfahren überwiegend eine Fluoreszenz im sichtbaren Bereich und erst in zweiter Linie eine Fluoreszenz im infraroten Bereich angeregt; die Fluoreszenz im infraroten Bereich hat im Vergleich zu der eingestrahlten Intensität eine geringe Ausbeute. Aus Sicherheitsgründen wie z. B. der Fälschungssicherheit und der Geheimhaltung ist es wünschenswert, ein möglichst nicht im sichtbaren optischen Bereich fluoreszierendes Material zu verwenden. Da die bislang bekannten Verfahren Fluoreszenzmaterialien verwenden, bei denen bezüglich der Absorption die Absorption im ultravioletten Spektralbereich an den Liganden der »erlaubte« Übergang, eine Lichtabsorption im sichtbaren oder im infraroten Gebiet aber ein »verbotener« Übergang ist, kann bei diesen Verfahren eine Lichtabsorption im Infrarotbereich nicht mit nennenswerter Intensität erzielt werden; daher kann bei diesem Verfahren die Anregung der Lumineszenzstrahlung nicht mit Licht aus dem infraroten Spektralbereich erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist dementsprechend, ein eingangs angegebenes Verfahren so auszugestalten, daß keine Fluoreszenz im sichtbaren Bereich auftritt und weiterhin auch bei einer selektiv niedrigen Leistung der Leselichtquelle — gemittelt über alle Frequenzen — eine ausgeprägte, gut detektierbare Strahlungbausbeute erhalten wird. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, das erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.

Ein Datenträger, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, und dessen wesentliche Eigenschaften in dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 mit angegeben wurden, ist in den Unteransprüchen näher ausgebildet.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Lesen von auf einer erfindungsgemäßen Datenkarte aufgezeichneten Daten;

Fig.2 und 3 graphische Darstellungen, die die Empfindlichkeit eines Si- bzw. eines PbS-Detektors zeigen,

F i g. 4(a) bis 4{d) Charakteristik-Diagramme, welche die bei der Erfindung verwendeten Absorptions- und Emissionspektren, das Emissionsspektrum einer Infrarot-Leuchtdiode und eine Empfindlichkeitskurve für den Fall einer Kombination aus einem Festkörper-Photodetektor und einem Filter zeigen, und

ίο F i g. 5 eine Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Fluoreszenzmaterial ein Material verwendet, bei dem im Molekül bzw. im Kristallgitter eine Kombination von wenigstens zwei der Lanthaniden Nd, Yb, Er vorhanden ist Dies erlaubt eine Anregung eines der Zentrialionen mit Infrarot-Strahlung, wobei die Anregungsenergie auf das andere Zentralion übertragen und dieses zur Emission von Lumineszenzstrahlung veranlaßt wird.

Da das verwendete Infrarot-Infrarolfluoreszenzmaterial selbst im wesentlichen weiß ist und infrarotstrahlung sich nicht mit bloßem Auge nachweisen läßt, ist ein Datenträger, auf dem Daten mit einem solchen Fluoreszenzmaterial eingetragen sind, hinsichtlich einer Geheimhaltung und Fälschungssicherheit sehr wirksam, wenn beispielsweise die Daten mit dem Fluoreszenzmaterial auf einem weißen Leerraum eingetragen werden. Hinsichtlich eines Lesers zum Lesen der auf der erfindungsgemäßen Datenkarte eingetragenen Daten können eine kleine und langlebige Infrarot-Leuchtdiode als Erregerquelle und eine Festkörpervorrichtung aus, beispielsweise, PbS oder Si mit zufriedenstellender Empfindlichkeit bei Raumtemperatur als; Rezeptor oder Lichtempfängervorrichtung verwendet werden. Damit ergibt sich ein kleiner Leser hoher Zuverlässigkeit.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, daß die Daten mit dem Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterial eingetragen werden. Das verwendete Infrarot-Ir.frarotfluoreszenzmaterial hat folgende Eigenschaften:

1. Es zeigt eine scharfe Absorption und Emission bei spezifischen Wellenlängen im IR.

2. Die Absorptionsintensität ist hoch.
3. Die Lichtausbeute ist hoch.

Daraus ergibt sich der Vorteil, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine relativ schmalbandige, aber in dem Absorptionsbereich relative intensive Leselichtquelle verwendet werden k;ann, was sich technisch durch die Verwendung eines Halbleiter-IR-Lasers besonders einfach realisieren läßt. Wenn weiterhin zusätzlich nur Fluoreszenzmaterialien verwendet werden, die auf jeden Fall Neodym enthalten, so kann trotz der prinzipiellen Möglichkeit je nach verwendeter Lanthaniden-Kombination zu erhalten, immer mit ein und derselben Leselichtquelle (trotz deren Schmalbandigkeit) gearbeitet werden.

Da Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterialien kein weites Anwendungsfeld haben, wurden sie bisher kaum erforscht und die Anzahl der bekannten Substanzen ist wesentlich geringer als bei anderen Arten von Fluoreszenzmaterialien.

Die Infrarot-Infrarotfluoseszenzmaterialien, die die drei vorgenannten Bedingungen am besten erfüllen und in der praktischen Anwendung sehr günstige Ergebnisse liefern, lassen sich nach den folgenden vier Sorten klassifizieren:

1. Fluoreszenzmaterial, welches Neodym (Nd) enthält.

2. Fluoreszenzmaterial, welches Nd und Ytterbium (Yb) enthält.

3. Fluoreszenzmaterial, welches Yb und Erbium (Er) enthält.

4. Fluoreszenzmaterial, welches Nd, Yb und Er enthält.

Das Fluoreszenzmaterial, welches Nd enthält, absorbiert stark bei Licht einer Wellenlänge nahe 800 ηm wegen des Übergangs Nd³⁺, der durch ⁴Ig/2 —► ⁴F₅Z₂ dargestellt wird, und emittiert Licht mit einem Maximum nahe 1050 nm wegen des Übergangs, der durch ⁴F3/2-* ⁴111/2dargestellt wird. is

Dementsprechend lassen sich mit diesem Fluoreszenzmaterial eingetragene Daten leicht und genau durch eine Nachweiseinheit lesen, bei welcher eine Erregerquelle aus einer GaAIAs-Infrarotleuchtdiode mit einer Emissionsmittenwellenlänge bei 800 nm und ein Infrarot-Detektor, welcher Si verwendet (und dessen Meß-Wellenlängenbereich im wesentlichen von 1100 bis 400 nm reicht) mit einem geeigneten Filter kombiniert sind.

Im Falle des Fluoreszenzmaterials, welches Nd und Yb enthält, absorbieren die Nd-lonen das erregende Licht, die absorbierte Energie wird auf die Yb-Ionen übertragen und diese führen eine Lichtemission durch, die auf dem Übergang ²F₅^ — ²F?/₂ basiert, wobei die Maximumwellenlänge der Lichtemission ungefähr 980 nm beträgt. Dementsprechend läßt isch als Erregerquelle die GaAIAs-Infrarotleuchtdiode wie die im vorhergehenden Fall verwenden. Die Ansprechempfindlichkeit des Si verwendenden Infrarot-Detektors hat, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Maximum nahe 800 bis 900 nm. Deshalb paßt dieses Fluoreszenzmaterial, besser mit dem Si-Rezeptor zusammen als das Fluoreszenzmaterial, welches die auf Nd basierende Lichtemission ausnützt, so daß beim Lesen von aufgezeichneten Daten ein größeres Ausgangssignal erzeugt werden kann.

In dem Yb und Er enthaltenden Fluoreszenzmaterial wird das Licht durch eine starke Absorptionsbande nahe 970 nm absorbiert, die dem Übergang von Yb, der durch ²F7/2-* ²F₅Z₂ dargestellt wird, entspricht, und die absorbierte Energie wird in diesem Fall auf das Er übertragen und es ergibt sich eine Lichtemission entsprechend dem Übergang ⁴Ii3/2 —► ⁴Ii5/2 (dessen Emissionsmaximum bei ungefähr 1540 nm liegt).

Dementsprechend kann zum Auslesen einer dieses Fluoreszenzmaterial verwendenden Datenkarte eine GaAs(Si)-Leuchtdiode mit einer Emissionsmittenwellenlänge nahe 940 nm als Erregerquelle verwendet werden, während als Detektionseinheit ein PbS-Rezeptor, welcher, wie in F i g. 3 dargestellt, eine ausreichend hohe Ansprechempfindlichkeit auf eine auf Er basierende Lichtemission hat, in Verbindung mit einem geeigneten Filter verwendet werden kann.

Das Nd, Yb und Er enthaltende Fluoreszenzmaterial hat eine starke Lichtabsorption nahe einer Wellenlänge von 800 nm, zurückgehend auf Nd, und überträgt in diesem Fall die gewonnene Energie nacheinander auf Yb und Er, und es ergibt sich eine Lichtemission, die ihr Maximum bei 1540 nm hat

Für das Auslesen von Daten in diesem Fall ist daher eine GaAlAs-Leuchtdiode als Erregerquelle geeignet, während der PbS-Rezeptor mit der in F i g. 3 dargestellten Charakteristik als Detektor geeignet ist.

Als Fluoreszenzmaterial im Rahmen der Erfindung lassen sich verschiedene Fluoreszenzsubstanzen einzeln oder in Form eines Gemisches aus zwei oder mehr Substanzen verwenden. Zu ihnen gehören beispielsweise ;

1. Materialien, bei welchen Nd, Yb, Er usw. als Aktivatoren verschiedenen Muttersubstanzen zu- j gesetzt sind, (_:\

2. Verbindungen, welche Nd, Yb, Er usw. als ihre '■'. konstituierenden Elemente enthalten und j

3. Chelatverbindungen, welche Nd, Yb, Er usw. enthalten. /

Zu den Materialien 1. gehören beispielsweise

CaWO₄ : R_E,SrWO₄ : RE.Ca^PO^ : R_E,
Y3AI5O12: Re, SrMoO₄ : Re, CaF₂: Re usw.,

und es können nahezu alle Muttersubstanzen von Fluoreszenzmaterialien, die gegenwärtig verwendet werden, als Muttersubstanzen des Fluoreszenzmaterials in der Erfindung verwendet werden (»Re« bezeichnet die oben beschriebene Kombination von Nd, Yb und/oder Er.)

Als Materialien 2. gibt es eine Vielzahl von Verbindungen, beispielsweise Phosphate, Borate, WoIframate von R_E, wie ReP₅O₁₄, ReLiP₄Oi₂, R_ENaP₄O,₂, ReKP₄Oi₂, ReAI₅B₄Oi₂ und R_ENa₅W₄Oi₂. Ein Teil von RE kann durch später noch beschriebene Elemente ersetzt werden.

Die Chelat-Verbirdungen 3. lösen sich leicht in Wasser und bilden wahre Lösungen. Sie bringen daher den Vorteil mit sich, daß das Aufzeichnen außerordentlich erleichtert und daß eine sehr dünne Auftragung möglich ist.

Wie oben schon dargelegt, haben diese Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterialien einen weit geringeren Anwendungsbereich als andere Typen von Fluoreszenzmaterialien, weshalb nur eine geringe Anzahl von solchen Fluoreszenzsubstanzen entwickelt worden ist. Insbesondere wurden die Chelatverbindungen von Neodym usw. erst ganz kürzlich entwickelt und sind noch nicht in den praktischen Gebrauch gelangt.

Andere Substanzen als die Chelatverbindungen sind die oben bereits erwähnten Substanzen, die bisher nur für Kristalle von Lasern eingesetzt wurden. Diese Substanzen eignen sich auch als Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterialien in Pulverform.

Die Mengen von Nd usw, die in den Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterialien zur Verwendung in der Erfindung enthalten sein sollen, unterscheiden sich etwas je nach Sorte des Fluoreszenzmaterials.

In den Fluoreszenzmaterialien, in weichen Aktivatoren aus Nd usw. in die Muttersubstanzen eingebaut sind, können solche Kationen-Elemente, die keine Sauerstoffsäure bilden, durch Nd usw. in einer Menge von 1 bis 50 Atomprozent ersetzt werden. Besonders günstige Resultate ergeben sich, wenn das Substitutionsausmaß 1 bis 10 Atomprozent beträgt Beispielsweise können in einem Fall, wo die Muttersubstanz SrMoO₄ ist 1 bis 50 Atomprozen't Strontium durch Neodym usw. ersetzt werden.

Im Falle der Fluoreszenzmaterialien, die Nd usw. als ihre konstutuierenden Elemente enthalten, sind diese in der Erfindung anwendbare, wenn die Mengen von Neodym usw. im Bereich von 2 bis 100 Atomprozent als

die Kationen-Elemente, die keine Sauerstoffsäure bilden, liegen. Für Mengen von 10 Atomprozent oder mehr ergeben sich sehr günstige Resultate. Beispielsweise können im Falle des NdPsOu 90 bis 0 Atomprozent Neodym durch andere, später noch angegebene Kationen-Elemente ersetzt werden.

Auch Fluoreszenzmaterialien, bei welchen als Fluoreszenzmaterialien zur Verwendung im Rahmen der Erfindung ein Teil des Nd, Yb und/oder Er durch ein dreiwertiges Kationen-Element ersetzt wird, welches keine Absorption von der Gegend von 800 nm bis in die Gegend von 1600 nm, wie etwa Yttrium (Y), Scandium (Sc), Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Lutetium (Lu), Cer (Ce) und Wismuth (Bi), zeigt, haben die oben genannten Merkmale. Sie liefern günstige Resultate, wenn sie für eine Datenkarte verwendet werden.

Zum Aufzeichnen von Daien miiieis der vorgenannten Fluoreszenzmaterialien sind eine Vielzahl von Verfahren möglich.

Beispielsweise wird das Fluoreszenzmaterial mit einem Harz, einem Weichmacher und einem Lösungsmittel zu einer Druckfarbe gemischt, mit welcher die Daten nach einem herkömmlichen Druckverfahren aufgezeichnet werden können. Dieses Verfahren kann nicht nur Zeichen sondern auch verschiedene Muster aufzeichnen und ist geeignet, eine große Anzahl von Datenkarten mit identischer Datenaufzeichnung herzustellen.

Es ist auch möglich, Zeichen auf eine bestimmte Karte so zu übertragen, daß ein langes Band mit obiger Druckfarbe beschichtet wird, daß die mit der Druckfarbe beschichtete Oberfläche des Bandes in Berührung mit der Karte angeordnet wird, und daß Band mit Drucktypen von der Rückseite her fest angeschlagen wird. Dies ist das gleiche Verfahren wie der übliche Eintrag mit einer Schreibmaschine und eignet sich zum Eintragen verschiedener Daten in verschiedene Karten.

Wenn die Teilchen des Fluoreszenzmaterials sehr fein sind oder wenn sich eine wahre Lösung des Fluoreszenzmaterials herstellen läßt, können die Daten mittels einer Feder oder eines Schreibpinsels eingetragen werden. Dieses Verfahren ist im praktischen Gebrauch zweckmäßig, weil bei der Ausgabe der Datenkarten verschiedene Daten eingetragen werden können, ohne daß eine Schreib- oder Druckmaschine notwendig ist.

Bei den nach obigen Verfahren hergestellten Datenkarten sind die Daten in Form eines dünnen Films des Fluoreszenzmaterials auf Papier oder dergleichen abgesetzt. Dementsprechend steht bei langer Benutzung der Karte zu befürchten, daß durch Reibung oder Biegung das Fluoreszenzmaterial allmählich abblättert. In Fällen, wo die Daten unter Verwendung der wahren Lösung des Fiuoreszenzmaieriais eingetragen sind, treten solche Schwierigkeiten selten auf. Das Abblättern des Fluoreszenzmaterials läßt sich in vollkommener Weise verhindern, indem die Oberfläche der Datenkarte mit einem Schutzfilm, etwa aus Kunststoff, abgedeckt wird. Wenn darüber hinaus ein Film als Schutzfilm verwendet wird, der für sichtbare Strahlung im wesentlichen undurchlässig ist, wird es völlig unmöglich, die Daten mit bloßem Auge zu lesen, was zur Geheimhaltung und Verhinderung von Änderungen sehr zweckmäßig ist Die Farben der Fluoreszenzmaterialien zur Verwendung in der Erfindung sind im wesentlichen weiß. Wenn daher Daten mittels des Fluoreszenzmaterials auf weißes Papier eingetragen werden, ist das Lesen der Daten mit bloßem Auge sehr schwierig und die Datenkarte für übliche Zwecke zufriedenstellend. In dieser Hinsicht läßt sich das Lesen mit bloßem Auge vollkommen unmöglich machen, indem der oben erwähnte Schutzfilm verwendet wird.

Bei den nach den obigen Verfahren hergestellten Datenkarten sind die Daten auf einem Träger (aus Papier, Kunststoff oder dergleichen) eingetragen, die Daten können jedoch auch eingetragen werden, indem das Fluoreszenzmaterial innerhalb des Trägers angeordnet wird. Genauer gesagt heißt dies, daß beim

ίο Formen eines Kunststoffilmes das Fluoreszenzmaterial so zugegeben wird, daß es an einer vorgegebenen Stelle im Kunststoffilm angeordnet werden kann. Damit ergibt sich eine Datenkarte aus dem Kunststoffilm, bei welcher die Daten im Inneren und nicht auf der Oberfläche eingetragen sind. Auch in diesem Fall ist es möglich, etwa durch Färbung, den Kunststoffilm für sichtbare Strahlung undurchlässig und die Daten damit für das bloße Auge unleserlich zu machen.

Als Trägermaterial für die erfindungsgemäße Datenkarte können neben dem Papier und dem Kunststoffilm natürlich auch noch Blätter einer Vielzahl von Materialien, wie etwa Tuch, Gummi und Metall, verwendet werden.

Zum Lesen der auf der erfindungsgemäßen Datenkarte aufgezeichneten Daten lassen sich viele Verfahren heranziehen. Ein typisches Leseverfahren ist in F i g. 1 dargestellt.

Eine Datenkarte 1 wird, während sie in Richtung des Pfeils 3 bewegt wird, mit Infrarotstrahlung 6, die von einer Infrarot-Leuchtdiode 5 abgegeben wird, durch einen Schlitz 4 bestrahlt. Wenn Daten 2 unter den Schlitz 4 gelangen, emittiert das Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterial wegen der Bestrahlung mit der erregenden Infrarotstrahlung 6 Infrarotstrahlung 7, die sich von derjenigen der Infrarotstrahlung 6 in der Wellenlänge unterscheidet. Die emittierte Infrarotstrahlung 7 wird über eine Glasfaser 8 einem Detektor 9 zugeführt. Da vor dem Detektor 9 ein Filter 10 angeordnet ist, wird nur Licht einer Wellenlänge, welche für die Wellenlängencharakteristik des Detektors günstig ist, in den Detektor 9 geleitet. Ferner wird ein Signal einer Anzeige- oder Entscheidungsvorrichtung 12 mittels einer Rechenschaltung 11 zugeführt.
Natürlich sind die Infrarot-Leuchtdiode 5, das Filter 10 und der Detektor 9, abhängig von der Art des Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterials, geeignet ausgewählt

Beispiel 1

Eine Druckfarbe wurde hergestellt, indem 200 g eines Pulvers eines mit Neodym aktivierten Yttrium-Aluminium-Granat-Fluoreszenzmaterials (Y3AI5O12: Nd) mit Ϊ60 g eines Poiyvinyichloridharzes, 40 g eines Weichmachers (Dioctylphthalat) und 400 g eines Lösungsmittels (Methylisobutylketon) gut gemischt wurde.

Unter Verwendung dieser Druckfarbe wurde ein Linienmuster von 0,5 mm Breite und 2 mm Länge auf ein bestimmtes Papier gedruckt. Ferner wurden verschiedene Eintragungen mit einer Schreibmaschine gemacht Auf diese Weise wurde eine Identifikationskarte hergestellt

Da das Fluoreszenzmaterial weiß ist, ist es mit bloßem Auge unter gewöhnlicher Beleuchtung extrem schwierig, das Vorhandensein des Strichmusters festzustellen.

Die Identifikationskarte wurde mit Infrarotstrahlung (Emissionsmittenwellenlänge : 800 nm) einer GaAlAs-Infrarot-Leuchtdiode bestrahlt und das Vorhandensein des Linienmusters mit einer Nachweiseinheit nachge-

^! wiesen, welche eine Kombination aus einem durch

Läppen von polykristallinem InP hergestellten Filter und einer Silizium-Photodiode umfaßte. Damit trat eine

_} ^:; Fehlablesung in weniger als einem von 10 000 Fällen auf.

:; Beispiel 2

>| Ein NdLiP4Oi2-Fluoreszenzmaterial wurde mit Hilfe

Sf einer Kugelmühle zu einem durchschnittlichen Körnig durchmesser von 3 μπι fein pulverisiert 20 Gewichtstei-

Kl len des Fluoreszenzmaterials wurden 6 Teile eines

ία Celluloseacetatharzes, 14 Teile eines Weichmachers

jij (Dioctylazelat), und 35 Teile eines Lösungsmittels

'I (Methylethylketon) zugemischt. Auf diese Weise wurde

:■,·';. Farbe hergestellt.

Diese Farbe wurde auf einem Polyesterdünnfilm mit einer Dicke von 20 μΐη aufgetragen und auf diese Weise

^; ein Schreibmaschinenband zur Übertragung hergestellt.

:;, Unter Verwendung dieses Bandes wurden mit einer

Schreibmaschine Daten auf Papier gedruckt Auf diese Weise wurde eine Datenkarte hergestellt

Das Lesen der in der Datenkarte eingetragenen Daten wurde mit Hilfe eines Lesers durchgeführt, bei welchem eine GaAsAl-Infrarot-Leuchtdiode mit einem , Emissionsmaximum bei 800 nm als Strahlungsquelle

_r':'i verwendet und die vom Fluoreszenzmaterial abgegebe-

f ne Infrarotstrahlung nachgewiesen wurde, indem sie

r mittels einer optischen Faser zur LJchtempfängerfläche

: einer Silizium-Photodiode geleitet wurde. Der Prozentsatz richtiger Antworten unter den Leseergebnissen lag oberhalb 99,9%. Da die Emissionsintensität des Fluoreszenzmaterials hoch war, kam hinzu, daß es ■ unnötig war das Lesen in einem dunklen Raum

vorzunehmen, und die Daten konnten unter der Beleuchtung durch eine Fluoreszenzlampe gelesen

!^; werden.

: Beispiel 3

Unter Verwendung von Ndo^YtHusPsOu als Fluoreszenzmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 2 ein Farbband hergestellt Ebenso wurde nach der gleichen Methode wie im Beispiel 2 das Beschreiben und Lesen der Datenkarte durchgeführt

Die Zeitkonstanten für Anstieg und Abfall der Lichtemission der Daten (Balkencodes), die mit Hilfe der das Fluoreszenzmaterial enthaltenden Farbe eingetragen worden waren, betrugen beide ungefähr 1 msec, und die Datenkarte, auf der die Daten mit der Farbe eingetragen waren, wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 cm/sec gelesen.

Die Balkencodes waren auf der Datenkarte mit einer Breite von 0,5 mm und einc.T. Abstand von 2 mm eingetragen, so daß beim Lesen der Karte mit einer Geschwindigkeit vor. !OOcni/sec die Balkencodes mit einer Geschwindigkeit von 500Codes/sec gelesen wurden. Der Prozentsatz korrekter Antworten bei diesem Lesen betrug 99,9%.

Beispiel 4

Wie oben erläutert, hängt bei den für die Erfindung zu verwendenden Fluoreszenzmaterialien die Wellenlänge der Erregerstrahlung und/oder der Emissionsstrahlung von der Sorte der das erregende Licht absorbierende Ionen (Absorptionsionen) und der Sorte der das Licht infolge der übertragenen Energie emittierenden Ionen (Lichtemissionsionen) ab.

Dementsprechend ist es durch Verwendung von zwei oder mehr Sorten von Infrarot-Infrarotfluoreszenzmaterialien verschiedener Charakteristik und durch geeignete Auswahl der Erregerquellen und Lichtrezeptoren möglich, zwei oder mehr Daten übereinander aufzuzeichnen und die zwei oder mehr aufgezeichneten Daten getrennt zu lesen. Dies ist mit den bekannten Datenkarten, die von bekannten Aufzeichnungsmethoden, wie etwa einer magnetischen Aufzeichnung, Gebrauch machen, unmöglich und bildet einen wichtigen Vorteil der Erfindung.

Unter Verwendung von LiNdosYbojP₄Oi₂(Jm folgenden als »Nd-Yb-Fluoreszenzmaterial« geschrieben) als Fluoreszenzmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 2 ein Farbband hergestellt. Codierte Daten A wurden wie im Beispiel 2 aufgezeichnet. In gleicher Weise wurde ein Farbband unter Verwendung von LiYbo,98Ero,o2P40i2 (im folgenden als »Yb-Er-Fluoreszenzmaterial« geschrieben) hergestellt, und andere Daten B wurden so auf eir. und dieselbe Karte geschrieben, daß sie über den Daten A lagen.

Zum Lesen der Daten A wurden eine GaAlAs-Leuchtdiode als Erregerquelle und ein Si-Lichtrezeptor kombiniert mit einem InP-Polykristallfilter als Lichtempfängereinheit verwendet

Andererseits wurden zum Lesen der Daten B eine Erregerquelle in Form einer GaAs(Si)-Leuchtdiode und eine Lichtempfängereinheit aus einem PbS-Photodetektor und einem Interferenzfilter verwendet

In Fig.4(a) stellen die Spektren 21 und 22 das Absorptionsspektrum bzw. Emissionsspektrum des Nd-Yb-Fluoreszenzmaterials dar. In Fig.4(b) stellen die Spektren 23 und 24 das Absorptionsspektrum bzw. Emissionsspektrum des Yb-Er-Fluoreszenzmaterials dar.

In Fig.4(c) sind die Spektren 25 und 26 die Emissionsspektren der GaAlAs- bzw. GaAs(Si)-Leuchtdioden.

In Fig.4(d) stellen die Kurven 27 und 28 die Ansprechempfindlichkeitskurven des Si- bzw. PbS-Lichtrezeptors dar. Die schraffierten Bereiche 29 und 30 sind die Ansprechbereiche in den Fällen einer gleichzeitigen Verwendung des InP-Polykristallfilters bzw. Interferenzfilters.

Wie sich aus den F i g. 4(a) bis 4(d) ergibt können die mit Hilfe des Nd-Yb-Fluoreszenzmaterials aufgezeichneten Daten A nur ausgelesen werden, wenn eine spezifische Erregerquelle und ein spezifischer Lichtrezeptor in Kombination verwendet werden, und sind in allen anderen Fällen unlesbar. Das gleiche gilt für die mit dem Yb-Er-Fluoreszenzmaterial aufgezeichneten Daten B.

so Es ist dementsprechend möglich, eine Vielzahl von Sorten von Daten auf einer einzigen Karte übereinander aufzuzeichnen oder eine Sorte von Daten in Gruppen zu unterteilen, die jeweils mit anderen Fluoreszenzmaterialien aufgezeichnet sind, und daß der Inhalt der Daten erst begriffen werden kann, wenn alle vorher aufgezeichneten Daten gelesen sind. Dies ist mit ' anderen Datenkarten als den erfindungsgemäßen ganz unmöglich und hat natürlich enorme Vorteile für die Geheimhaltung, die Verhinderung von Fälschungen USW.

Beispiel 5

Ein Brei, in welchem sieben Teilen eines Ndo,6Ybo37Ero,o3P30₉-Fluoreszenzmaterial (mit einem mittleren Korndurchmesser von 5 μπι) drei Teile eines Copolymers aus Vinylchlorid, Vinylacetat und Polyvinylalkohol und 20 Teile einer 1 :1 Mischlösung zwischen Methyüsobutylketon und Essigsäure zugesetzt waren,

wurde auf einen Polyesterfilm in einer Dicke von 20 μίτι zur Bildung eines Bandes mit einer Breite von 12,7 mm (0,5 inch) aufgetragen.

Wie in F i g. 5 gezeigt, wurde das so gebildete Band 34 mittels einer Heißpresse in einer Hartpolyvinylchloridplatte 31, die weiß und undurchsichtig war, begraben.

Ziffern und das Plus- und Minuszeichen können durch Kombinationen von vier Balken ausgedrückt werden. Unter Benutzung dieser Technik wurden Daten durch Schlitzen von Teilen entsprechend den notwendigen Balken aufgezeichnet. Eine so erhaltene Balkencode-Maske 32 wurde auf das Band 34 geklebt und ihre

Oberfläche mit einem blauen Blatt 33 abgedeckt. Damit war eine Datenkarte hergestellt. Bei der dieser Ausführungsform entsprechenden Datenkarte läßt sich wegen des blauen Blattes 33 der Balkencode mit bloßem Auge nicht erkennen.

Bei Verwendung einer GaAlAs-Infrarotleuchtdiode als Erregerquelle und der Kombination aus einer PbS-Photozelle und einem Interferenzfilter mit einem Maximum des Transmissionsfaktors bei 1540 nm als Detektionseinheit ließen sich die Daten mit einer Genauigkeit von über 99,99% lesen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren, bei welchem Daten aus einem fluoreszierenden Datenträger — insbesondere einer Datenkarte — ausgelesen werden, mit einem auf dem Datenträger angebrachten Fluoreszenzmaterial, welches mehrere Lanthaniden enthält,

mit einer Leselichtquelle, welche das auf dem Datenträger aufgebrachte Fluoreszenzmaterial zur Emission anregt, und

mit einer Detektorschaltung, welche die angeregte und vom Datenträger emittierte Strahlung registriert, dadurch gekennzeichnet,
daß als Fluoreszenzmaterial chemische Verbindungen verwendet werden, welche als Lanthaniden-Kombination mindestens Neodym und Ytterbium oder Ytterbium und Erbium oder Neodym und Ytterbium und Erbium enthalten,
daß die ausgewählten chemischen Verbindungen entweder Materialien sind, bei welchen Kombinationen von Neodym, Ytterbium und Erbium als Aktivatoren verschieden Muttersubstanzen zugesetzt sind oder Verbindungen sind, welche die genannten Lanthaniden-Kombinationen als konstituierende Elemente enthalten oder Misch-Chelatverbindungen sind, welche die genannten Lanthaniden-Kombinationen enthalten,
daß das auf der Datenkarte angebrachte Fluoreszenzmaterial durch eine relativ schmalbandige Infrarot-Leselichtquelle angeregt wird, und
daß über einen Infrarot-Detektor die gegenüber der Wellenlänge der Leselichtquelle langwelligere Infrarot-Strahlung als die vom Datenträger emittierte Strahlung registriert wird.

2. Datenträger zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 1 mit einem in einem oder auf einem Substrat angeordneten Lumineszenzmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Lumineszenzmaterial eine Kristallstruktur aufweist, wobei im Kristallgitter wenigstens zwei Elemente mit unterschiedlichen Anregungs- und/oder Lumineszenzwellenlängen vorhanden sind.

3. Datenträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lumineszenzmaterial Kristallstruktur besitzt und im Kristallgitter wenigstens zwei der Elemente Neodym, Ytterbium, Erbium enthalten sind.