JP2012505532A - 光センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、ランダムに分布された及び／又は配向されたマイクロリフレクタによって生成された特徴的な反射パターンを検出するための光センサに関する。本発明は、さらに、目的物を識別及び／又は認証するためのセンサの使用方法に関する。

Description

本発明は、ランダムに分布され及び／又は方向付けされたマイクロリフレクタによって生成された特徴的な反射パターンを検出するための光センサに関する。本発明は、さらに、目的物を識別及び／又は認証するための本発明のセンサの使用に関する。

偽造に対する保護のため、身分証明書、紙幣、製品などは、最近では、特別な知識及び／又は高い技術料によってのみコピーされうるエレメントが備わっている。そのようなエレメントは、本明細書ではセキュリティエレメントと呼ばれる。セキュリティエレメントは、好ましくは、保護されるべき目的物に不可分に接続される。目的物からセキュリティエレメントを分離しようと試みても、セキュリティエレメントの不適切な利用を防ぐべく、好ましくは目的物の破壊をもたらす。

目的物の真正性は、１つ以上のセキュリティエレメントの存在に基づいてチェックできる。

例えば、透かし、特殊インク、ギロシェパターン（guilloche patterns）、マイクロスプリクト（microscripts）及びホログラムなどの光学セキュリティエレメントは、全世界的に十分確立された技術である。文書保護に特に適切であるが、それに限定されない光学セキュリティエレメントの概要は、次の本、すなわち、ルドルフ・Ｌ・ファン・レネッセ（Rudolf L.van Renesse）著、「光学文書セキュリティ（Optical Document Security）」、第３版、アーテックハウス ボストン／ロンドン（Artech House Boston/London）、２００５年、ｐ．６３−２５９に記載されている。

現在のカラーコピー機、又は高解像度スキャナ及びカラーレーザープリンタによって作成されうる複製物の入手のしやすさ及び高い品質が原因で、光学セキュリティエレメントの偽造セキュリティを絶えず向上させる必要がある。

また、様々な視角における様々な光学的印象を形成する光学可変セキュリティエレメントは公知である。このタイプのセキュリティエレメントは、例えば、様々な視角における様々な像を再構成する光学回折構造がある。そのような効果は、正常かつ広範囲のコピー及び印刷技術によって複製されえない。

そのような回折光学セキュリティエレメントの１つの特定の実施形態が、DE10126342C1に記載されている。いわゆるエンボスホログラムは、この実施形態に含まれる。エンボスホログラムは、光回折構造が、３次元レリーフ構造に変換され、エンボスダイに転写されることを、特徴とする。上記エンボスダイは、マスターホログラムとしてプラスチックフィルム内にエンボス加工されうる。これにより、多くのセキュリティエレメントを費用効率よく製造できる。しかしながら、この技術の欠点は、このようにして作り出されたセキュリティエレメントが、常に同じエンボスホログラムを有していることである。上記エンボスホログラムは、区別可能なものではない。このことは、まず第一に、偽造製品のため、多くのエンボスホログラムを得るために、偽造者は、一つの単体のマスターホログラムを複製し／偽造しさえすればよいことを意味する。第二に、エンボスホログラムの区別不可能性のために、目的物がエンボスホログラムによっては他と区別され得ない、ということを意味する。

偽造に対するより良い保護のために、及び個別の目的物を追跡し識別する可能性のために、個別化を可能にするセキュリティエレメントを使用することが好ましい。

DE102007044146A1には、いわゆる金属識別積層板（最大長の範囲が２００μｍ未満であって、厚さが２〜１０μｍである。）が導入された透明な熱可塑性の材料が記載されている。上記材料は、フィルム形状のセキュリティエレメントとして、例えば身分証明書のようなカードタイプのデータキャリアに使用されうる。上記金属識別積層板は、貫通孔及び回折構造を有することができる。DE102007044146A1には、顕微鏡により金属識別積層板を見ることによって、目的物の真正性がチェックされうると記載されている。

顕微鏡によって真正性をチェックすることに関して不利なことは高い費用である。サプライチェーンを途切れなくカバーするために、様々な場所で、真正性を迅速かつ確実に確かめることができることが必要である。

例えば、バーコードなどの光学コードは、製品追跡（追跡してトレースする）のために通常使用される。この場合、バーコードは、純粋に目的物を識別して追跡するための特徴であり、その特徴に、セキュリティ機能は全くない。バーコードなどの光学コードは、コピーして、偽造するのが簡単である。製品追跡及び偽造に対する保護のための特徴の組み合わせは、ＲＦＩＤチップによって提供される。しかしながら、後者は、それらの比較的高いコスト、遅い読み出し速度、及び電磁波干渉場に対する感度のために、限られた程度にしか使用され得ない。したがって、まず第１に、サプライチェーンに沿って自動化された製品追跡を可能にするために、機械によって順番にセキュリティエレメントを読むことができるのが好ましい。第２に、機械によって真正性のチェックができるのが好ましい。

従来技術から進展して、本発明の目的は、目的物が個別の特徴に基づいて識別され、及び／又は認証されるのを可能にする装置を提供することである。上記装置は、製品追跡のために使用されうる。上記装置は、製造するのが簡単かつ費用効果に優れていて、扱うのが直感的かつ簡単で、柔軟に使用可能で拡張できて、再現性があって移転可能な結果をもたらして、連続生産に適しているべきである。

驚いたことに、DE102007044146A1に記載された材料は、金属識別積層板のランダムな分布及び／又は方向付けに基づいて、明確に識別され、及び認証されうることがわかった。このために、上記金属識別積層板は、電磁放射で照射される。ランダムに分布された及び／又は方向付けされた金属識別積層板で、様々な角度に反射された放射は、適切な検出器によって検出される。このようにして得られた反射パターンは、ランダムに分布された及び／又は方向付けされた金属識別積層板の特徴であり、この金属識別積層板が目的物に接続されている目的物の明確な識別及び／又は認証を可能にする。このことは、国際出願PCT/EP/2009/000450号明細書（まだ公開されていなくて、参照が本明細書によって行われる）で詳細に説明されている。国際出願PCT/EP/2009/000450号明細書において、金属識別積層板は、一般にマイクロリフレクタと呼ばれている。

本発明は、ランダムに分布され及び／又は方向付けされたマイクロリフレクタを備える目的物の照射によって生成される特徴的な反射パターンを検出するためのセンサに関する。

本発明に係るセンサは、
電磁放射が角度αで上記目的物に伝えられうるように配置された、電磁放射のための線源と、
上記目的物から角度δで反射される放射が検出されるように配置された、反射放射を検出するための光検出器と
を少なくとも備え、
上記角度α及び角度δの大きさは異なる（｜α｜≠｜δ｜）ことを特徴としている。

本発明に係るセンサは、電磁放射を角度αで目的物の表面に伝えることができるように具体化される。上記角度αは、上記表面への法線、すなわち、上記目的物の表面に対して直交する直線（以下、表面法線とも言う。）に対する角度である。上記角度αは、０°から６０°の範囲内にあり、好ましくは１５°から４０°の範囲内にあり、特に好ましくは２０°から３５°の範囲内にあり、特に好ましくは２５°から３０°の範囲内にある。

電磁放射のための線源、又は、略して放射線源として、本発明に係るセンサでは、電磁放射のために、原則としてすべての線源を使用することは可能である。上記電磁放射は、使用されるマイクロリフレクタによって、少なくとも一部が反射されるような放射を放出する。一部の反射とは、少なくとも５０％の反射率を意味すると理解される。すなわち、放射された放射強度の少なくとも５０％は、マイクロリフレクタによって反射される。

上記マイクロリフレクタが材料に埋め込まれる場合、使用される電磁放射は、材料を少なくとも一部貫通することができなければならない。すなわち、上記材料は、使用される電磁放射に対して少なくとも一部透明でなければならない。一部透明とは、少なくとも５０％の透過率を意味すると理解される。すなわち、放射された放射強度の少なくとも５０％は、材料を貫通する。

好ましくは、放射線源は、３００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内で、好ましくは３５０ｎｍから８００ｎｍの範囲内で電磁放射をする。

本発明に係るセンサは、１つから６つの放射線源、好ましくは１つから４つの放射線源、特に好ましくは１つ又は２つの放射線源を備える。

本発明に係るセンサのコンパクトで費用対効果に優れた設計と、大きいＳＮ比に関して、レーザダイオードは、放射線源として好まれる。レーザダイオードは一般に知られており、レーザダイオードは、高度にドーピングされたｐ−ｎ接合が高電流密度において動作される半導体部品である。半導体材料の選択は、放出される波長を決定する。好ましくは、可視線を放射するレーザダイオードが使用される。

クラス１又は２のレーザが、特に好ましくは使用される。クラスは、規格ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１（レーザが目及び皮膚に対する危険性に従って、様々なクラスに分類される。）によると、上記レーザの保護のクラスを意味することが理解される。クラス１は、照射値が連続した照射においてさえ最大許容照射値未満であるレーザを含む。クラス１レーザスキャナは、危険でなく、装置上での対応する識別は別として、これ以上全く保護部を必要としない。クラス２は、０．２５ｍｓ未満の持続時間を有する照射が目に有害でない（０．２５ｍｓの持続時間は、自動的により長い間の照射に対して目を保護できる、眼けん閉鎖反射に対応している）可視範囲内におけるレーザを含む。特に好適な実施形態において、６００ｎｍと７８０ｎｍとの間の波長を有するクラス２レーザダイオードが使用される。

本発明に係るセンサは、１つ以上の角度で目的物から反射された電磁放射が、１つ以上の光検出器によって検出されうるように具体化される。

反射パターンを検出するため、本発明に係るセンサは、マイクロリフレクタを備える目的物に対して、或る一定距離で動かされる。この場合、上記目的物は、電磁放射によって照射される。上記目的物の表面が放射の一部を直接反射するので、本発明に従って、光検出器は、表面から反射された放射の範囲内にはない。これは、目的物の表面から直接反射された放射が、非常に激しいので、マイクロリフレクタからの追加反射を、かろうじて識別だけできるか、または全く識別できないからである。ＳＮ比を増加させるために、光検出器は、反射面が目的物の表面に対して平行ではないマイクロリフレクタから反射された放射を検出する領域内にむしろある。反射面が目的物の表面に対して平行ではないようなマイクロリフレクタの検出は、例えば、蒸着金属スポット（常に目的物の表面に対して平行に位置する。）を有する偽造が確実に識別されうるという利点を、さらに有する。また、目的物の表面に対する反射面の位置は、本明細書では方向付けと呼ばれる。

反射の法則に従って、表面法線に対して入射角αで目的物の表面に入射する電磁放射は、表面法線に対して反射角βで目的物の表面から反射する。ここで、｜α｜＝｜β｜である。つまり、入射角αの大きさと、反射角βの大きさとは、同一である。本発明によると、少なくとも１つの光検出器は、表面法線に対して角度δに配置され、角度α及びδの大きさは異なる（｜α｜≠｜δ｜）。

好ましくは、本発明に係るセンサの光検出器は、直接反射されたビームの周りに角度γで配置される。角度γのサイズは、角度αのサイズの選択に依存する。角度γのサイズは、５°から６０°の範囲内にあり、好ましくは５°から３０°の範囲内にあり、特に好ましくは１０°から２０°の範囲内にあり、以下の関係、つまり、｜α｜−γ≧０及び｜α｜＋γ≦９０°が成り立つことが常に意図されている。

このことから判断すると、角度δの大きさは、｜α｜±５°から｜α｜±６０°の範囲内にあり、好ましくは｜α｜±５°から｜α｜±３０°の範囲内にあり、特に好ましくは｜α｜±１０°から｜α｜±２０°の範囲内にあり、δ≧０及びδ≦９０°が常に成り立つ。

本発明に係るセンサにおける光検出器の数は、１つの放射線源あたり１つから６つ、好ましくは１つの放射線源あたり１つから４つ、特に好ましくは、１つの放射線源あたり１つから２つである。

好適な一実施形態において、上記表面から直接反射されたビームの周りに角度γ１及びγ２で配置された２つの光検出器は、放射線源毎に使用される。好ましくは、γ１＝−γ２が成り立つ。好ましくは、上記光検出器と、関連する放射線源とは、一平面内にある。

本発明に係るセンサで使用される光検出器は、原則として、電磁放射を電気信号に変換する全ての電子部品であってもよい。本発明に係るセンサのコンパクトで費用対効果に優れた設計では、フォトダイオード又はフォトトランジスタが好ましい。フォトダイオードは、電磁放射をｐｎ接合又はｐｉｎ接合にて内部光電効果によって電流に変換する半導体ダイオードである。フォトトランジスタは、ｐｎｐ又はｎｐｎ層順序を有するバイポーラトランジスタであり、フォトトランジスタのベースコレクタ空乏層のｐｎ接合は、電磁放射にアクセスしやすい。フォトトランジスタは、接続された増幅トランジスタを有するフォトダイオードと同様である。

本発明に係るセンサは、直線状のビームプロファイルを生成する光学エレメントを有する。光学エレメントという用語は、電磁放射のための線源と、少なくとも１つの光検出器との間のビーム経路に配置されて、ビームプロファイル（焦点調整、ビーム形成）を変更するのに使用される、それらの部品を意味する。特に、それらの部品は、レンズ、絞り、回折光学エレメントなどである。

ビームプロファイルは、断面における二次元強度分布を意味することが理解される。好ましくは、マイクロリフレクタが位置している平面内にある断面は、ビームプロファイルの特徴化に使用される。好適な一実施形態において、上記断面がセンサの焦点にある。

強度は、ビームの横断面の中央で最も高く、外へ向かって減少する。この場合、直線状のビームプロファイルの場合における強度の傾きは、第１の方向において最も低く、第１の方向に対して垂直に延在する第２の方向において最も高い。好ましくは、直線状のビームプロファイルの強度分布は対称であり、焦点における横断面プロファイルは、２本の互いに直交する軸によって特徴づけられ得る。この２本の互いに直交する軸のうち一方の軸は、最も高い強度勾配に対して平行に延在し、他方の軸は、最も低い強度勾配に対して平行に延在する。

横断面プロファイルの幅、別の言い方ではビーム幅は、最も低い強度勾配の方向における横断面プロファイルの中心からの距離（そこでは強度が中心での値の半分に下がっている。）を意味することが、以下で理解される。

さらに、横断面プロファイルの厚さ、別の言い方ではビーム厚さは、最も高い強度勾配の方向における横断面プロファイルの中心からの距離（そこでは強度が中心での値の半分に下がっている。）を意味することが理解される。

好ましくは、上記ビーム幅と、上記ビーム厚さとは、反射パターンが検出されることが意図された材料における、マイクロリフレクタのサイズ及び集中に適合される。この場合、ビーム厚さは、好ましくは、マイクロリフレクタの平均サイズの大きさのオーダである。ビーム幅は、好ましくは、２つのマイクロリフレクタ間の平均距離の大きさのオーダである。

平均サイズは、算術平均を意味することが理解される。大きさのオーダは、２つのサイズが、０．１倍より大きく１０倍未満でお互いにずれているか、又は同じであることを意味することが理解される。

本発明に係るセンサの好適な一実施形態において、ビーム幅は２．５ｍｍから７ｍｍの範囲内にあり、好ましくは３ｍｍから６．５ｍｍの範囲内にあり、特に好ましくは４ｍｍから６ｍｍの範囲にあり、さらに特に好ましくは４．５ｍｍから５．５ｍｍの範囲にある。

ビーム厚さは、５μｍから１０００μｍの範囲内にある。大きなＳＮ比を得るため、及び微細構造を分解するため、５μｍから５０μｍの小さいビーム厚さが有利である。上記目的物に入射する横断面プロファイルのサイズが減少するにつれて、強度がより小さい領域に分配されるので、ＳＮ比は増加する。横断面プロファイルのサイズが減少するにつれて、微細な構造でさえ、分解されうる。しかしながら、横断面プロファイルのサイズが減少するにつれて、複製可能な信号を入手するのがますます難しくなることが経験的にわかった。このことは、マイクロリフレクタを有する材料が、横断面プロファイルの減少に対して十分正確に、もはや配置され得ないという事実のせいのようだ。反射パターンの新たな検出の際に、十分正確に上記領域に的中させるのがますます難しくなるようだ。目的物に焦点が合わせられたビームの場合、好適なビーム厚さは、５μｍから５０μｍの範囲内にあり、好ましくは１０μｍから４０μｍの範囲内にあり、特に好ましくは２０μｍから３０μｍの範囲内にある。好ましくは、焦点は、センサから０．５ｍｍから１０ｍｍの距離にある。

驚いたことに、ビーム厚さ及びビーム幅のための上述した範囲は、再現性のために十分正確な位置決めを得る一方、十分正確な認証のために十分なＳＮ比を得ることに非常によく適していることがわかった。

さらに、ビーム幅とビーム厚さの選択に影響を及ぼし得る局面がある。上述したように、本発明に係るセンサの非常にコンパクトな設計が、レンズによるビームの集束を省くことによって実現されうる。代わりに、直線状のビームプロファイルは、絞りによって生み出される。この好適な実施形態は、図５に示されている。ここで、ビーム厚さが２００μｍから１０００μｍの範囲内にあり、好ましくは２００μｍから４００μｍの範囲内にあると共に、ビーム幅が２ｍｍから５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは２．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内にある。

好ましくは、本発明に係るセンサは、或るマウントに、多くのセンサを接続するため、又は１つのセンサを接続するための手段を有する。

これらの手段は、２つ以上のセンサが、予め定められた方法で互いに接続されていることを許容する。好ましくは、上記センサは、一つの側のポジティブな接続部と、反対側のネガティブな接続部とを有する。その結果、センサは、定められた方法（さらなるセンサが、まだ空いている側に、順次さらなるセンサが順番に接続されうる）で、両側にさらにそれぞれのセンサが接続されうる。このモジュールの原則は、事前に定められた方法で、多くのセンサの組み合わせを許容する。考慮されるポジティブな接続部は、突起を有し、例えば、ネガティブな接続部としての切欠きに突起を挿入できる。例えば挿入レールなど、当業者に知られている更なる接続部が考えられる。好ましくは、全センサのビーム幅が或る線に沿って配置される態様で、互いに接続される。

２以上のセンサの接続は、可逆的な方法でなされる。すなわち、２つ以上のセンサの接続は、解放可能である。また、上記接続部は、本発明に係るセンサを或るマウントに合わせるためにも使用されうる。

さまざまなセンサの接続は以下の利点が得られる。

多くのセンサの接続の結果、同じままである検出継続時間で、より多くの反射データを記録することができて、その結果、識別及び／又は認証中のセキュリティを上げることができる。

或る時間間隔で認証される目的物の１つの表面領域の代わりに、接続された複数のセンサの場合、同じ時間間隔で多くの領域が照射され、反射された放射が検出される。それに従って、目的物を特徴付けるさらに多量のデータが記録される。これにより、多くの類似物から１つの目的物が確実に識別され、認証されうる精度が上がる。

多くのセンサの、本発明による解放可能な組み合わせは、それぞれの応用に柔軟に応じる可能性をユーザに与える。より高いセキュリティが識別及び／又は認証中に求められる場合、２以上のセンサが互いに接続されうる。そして、簡単な方法で、同じままの時間間隔で、より多量のデータが検出されうる。対照的に、例えば認証の簡単なチェックだけが求められる場合、個々のセンサが使用されうる。

多くのセンサが接続された結果、同時に多くの目的物を検出することが可能である。一例として、生産設備に多くのセンサを導入するのは可能である。製品が、例えば、コンベヤベルトによって高速で輸送される。時間内に、後のポイントで、これらの製品を識別及び／又は認証できるように、特徴的な反射パターンは検出され、例えば、データベースに格納されなければならない。このため、検出中に、スループットを増加させるために、多くのセンサを接続することは有利である。製品同士が互いに離れているため、製品が互いに直接接続されたセンサで個別に検出できない場合、スペーサを介してセンサを互いに接続することが考えられる。上記接続部は、互いに対して定められた位置にあるように、センサを互いに接続することを可能にする。結果として、データ取得中の複製能力が向上され、時間内に、後のポイントで、個々の製品が確かに識別及び／又は認証されうる。

本発明は、同様に、直接又はスペーサによって、可逆的に互いに接続される２つ以上のセンサを備える装置に関する。

本発明に係るセンサの好適な一実施形態において、センサはハウジングを有し、このハウジングの中に、光学部品が組み込まれている。更なる部品（例えば、レーザ、信号前処理電子機器、徹底的な評価電子機器などのための制御電子機器）が、センサのハウジング内に組み込まれうる。好ましくは、上記ハウジングはまた、接続ケーブルを据え付けるのにも役立つ。その接続ケーブルによって、本発明に係るセンサは、センサの制御及び／又は特徴的な反射パターンの検出とさらなる処理のための制御ユニット及び／又はデータ取得ユニットに接続されうる。

好ましくは、また、センサは、ハウジングと一緒にダメージ及び汚染に対して光学部品を保護する窓を有する。この窓は、使用される放射線源の波長を少なくとも一部透過する。

本発明に係るセンサは、目的物を識別及び／又は認証するための制御ユニット及び／又はデータ取得ユニットを組み合わせるのに適している。その結果、また、本発明は、目的物を識別及び／又は認証するための方法における本発明に係るセンサの使用に関する。

識別は、明確に人又は目的物を見分けるのに役立つプロセスを意味することが理解される。認証は、主張されたアイデンティティをチェックする（確かめる）プロセスを意味することが理解される。目的物、文書、人又はデータの認証は、後者（認証）が真である、すなわち、それらがコピーされ、及び／又は偽造されたのではなく、変更されていないオリジナルであることを確かめる。

識別及び／又は認証されることが意図されている目的物は、目的物に合わされ、及び／又は目的物に組み込まれると共に、ランダムに分布され及び／又は方向付けされたマイクロリフレクタを備える。この場合、マイクロリフレクタ自体は、目的物に接続されうる。好ましくは、目的物に不可逆的に接続されるセキュリティエレメント（例えば、ラベル）にマイクロリフレクタが取り入れることも、同様に可能である。そのようなセキュリティエレメントの例は、DE102007044146A1又は、国際出願PCT/EP2009/000450号明細書（まだ公開されていない）に記載されている。

マイクロリフレクタは、特徴的な態様で、放射された電磁放射を反射する少なくとも１つの表面を備えることを特徴とする。この特徴的な反射は、少なくとも１つの波長を有する電磁放射が、入射角によって予め定められた少なくとも１つの方向に反射されることを特徴とする。ここで、上記少なくとも１つの波長を有する反射された放射の割合は、上記少なくとも１つの波長を有する、吸収された放射及び透過された放射の割合の合計よりも大きい。上記少なくとも１つの表面の反射率は、それに従って、５０％より大きい。ここで、反射率は、上記表面に衝突する少なくとも１つの波長を有する電磁放射の強度に対する、上記表面から反射される上記少なくとも１つの波長を有する電磁放射の強度の比率を意味することが理解されるべきである。そのような表面は以下、反射面という。

マイクロリフレクタの反射面は、１×１０^−１４ｍ^２と１×１０^−５ｍ^２との間のサイズを有する。好ましくは、上記反射面のサイズは、１×１０^−１２ｍ^２と１×１０^−６ｍ^２との間の範囲内にあり、特に好ましくは、１×１０^−１０ｍ^２と１×１０^−７ｍ^２との間の範囲内にある。

好適な一実施形態において、マイクロリフレクタは、最大長の範囲が２００μｍ未満、厚さが２〜１０μｍであって、円形、楕円形、又はｎ角形（ｎ≧３）である。以下、楕円は、厳密に数学的な意味で理解されるべきではない。以下、長方形、平行四辺形、台形または一般に丸コーナを有するｎ辺形は、楕円として同様に理解されるものとする。

好適な一実施形態において、マイクロリフレクタは、少なくとも１つの金属部材を含む。好ましくは、一連のアルミニウム、銅、ニッケル、銀、金、クロム、亜鉛、スズといった金属、又は上記金属のうち少なくとも２種類の金属から成る合金が、含まれうる。マイクロリフレクタは、金属又は合金でコーティングされるか、又は金属／合金だけで構成されうる。

好適な一実施形態において、国際出願WO2005/078530A1号明細書で一例として記載されている金属識別積層板は、マイクロリフレクタとして使用される。マイクロリフレクタは、反射面を有する。そのような金属識別積層板の多くが、透明層の中でランダムに分布され及び／又は方向付けされる場合、透明層の照射時に独特の反射パターンが生じ、いずれかのパターンは、識別及び認証のために使用されうる。

ランダムな分布及び／又は方向付けは、個々のマイクロリフレクタの位置及び／又は透明層内の個々のマイクロリフレクタの方向付けが、生産工程によって予見できる方法で設定できないことを意味することが、理解される。国際出願DE102007044146A1号明細書で記載されている、マイクロリフレクタを含む熱可塑性の材料を生成するための方法は、透明層の中でマイクロリフレクタのランダム分布及び／又は方向付けをするのに適している。個々のマイクロリフレクタの位置及び／又は方向付けは、生産工程の間、不規則変動を被りやすい。したがって、個々のマイクロリフレクタの位置及び／又は方向付けは、簡単な方法で複製できない。

そのようなセキュリティエレメントによってもたらされた高い保護は、この事実に基づいている。セキュリティエレメントは、非常に高い費用によってのみ複製されうる。

この場合、ランダムであるのは、厳密に数学的な意味であるべきではない。ランダムとは、個々のマイクロリフレクタの位置及び方向付けの正確な予見を不可能にするランダムな部品があることを意味する。しかしながら、マイクロリフレクタが、好適な位置及び／又は方向付けを有することが考えられる。生産工程で決定されうる分布は、この好適な位置及び／又は好適な方向付けの周りに確立される。しかしながら、個々のマイクロリフレクタの位置及び／又は好適な方向付けは不確実なままである。

上記マイクロリフレクタには、電磁放射のための線源、少なくとも１つのマイクロリフレクタの少なくとも１つの反射面、および反射の法則に従った反射した電磁放射のための検知器を備える配置の場合、少なくとも１つの波長を有する電磁放射を反射するという特性がある。

目的物を認証するための方法は、
（Ａ）上記センサに対して上記目的物を方向付けるステップと、
（Ｂ）電磁放射で上記目的物の少なくとも一部を照射するステップと、
（Ｃ）マイクロリフレクタに反射された放射を検出するステップと、
（Ｄ）上記センサに対する上記目的物の相対的な位置を変更するステップと、
（Ｅ）適切であれば、ステップ（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）を繰り返すステップと、
（Ｆ）上記相対的な位置に依存して検出される反射パターンを、少なくとも１つの所望のパターンと比較するステップと、
（Ｇ）ステップ（Ｆ）における比較の結果に依存して、上記目的物の真正性に関する通知を出力するステップと
を少なくとも備える。

好ましくは、認証されるべき目的及び／又はセンサは、様々な場所及び／又は様々な方向付けの角度におけるマイクロリフレクタの発光が放射線源（レーザ）及び光検出器に対する目的物の相対的な位置の機能として記録されるために、互いに対して移動される。

位置の変化は、等速で連続的に、加速的に若しくは減速的に、又は断続的に、つまり、例えば段階的になされる。

ステップ（Ｅ）におけるステップ（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の反復は、十分な数のマイクロリフレクタの検出されるまで実行される。この十分な数はそれぞれの場面で事前に定められる。多くの様々な目的物（それぞれ個々の目的物が確実に、すなわち、例えば９９％以上の確率で、認証されることを意図している）がある場合、個々の目的物の反射パターンは、十分に差別化されなければならない。２つの異なる目的物から反射パターンが同一である可能性は、反射パターンの記録のために検知されるマイクロリフレクタの数と共に減少する。この点で、差別化される目的物の数と、目的物が認証されることを意図する信頼性とは、検出されるマイクロリフレクタの数を決定する。

認証中、現在検出された反射パターンと、想定された目的物（所望のパターン）の反射パターンとの間の、いわゆる１対１マッチングは、ステップ（Ｆ）で生じる。反射パターンは、センサに対する目的物の位置に依存する方法で検出されるマイクロリフレクタからの反射を表す。したがって、反射パターンは、例えば、マイクロリフレクタから反射された放射の強度（様々な場所で様々な角度で測定される上記強度）が登録されている数表の形で存在している。そのような数表は、所望の数表と直接比較されうる。所望のパターンとの比較が行われる前に、数学的な操作によって、測定強度分布と異なる反射パターンの表現を作成することが同様に可能である。

認証中、まず、第一に、例えば、目的物に接続されたバーコードに基づいて、目的物のアイデンティティを決定し、次に、現在測定された反射パターンと、識別された目的物に割り当てられた反射パターンとの間の比較によって、割当の正確性を確認することが考えられる。

上記センサは、独特の反射パターンに基づいて、目的物を直接識別するのに同様に使用されうる。本発明に係るセンサを利用して目的物を識別する方法は、上述した実施形態における認証方法である、少なくともステップ（Ａ）から（Ｇ）を備える。ステップ（Ｇ）では、真正性に関する通知の代わりに、目的物のアイデンティティに関する通知がなされる。

（Ｇ）ステップ（Ｆ）における、比較の結果に依存する目的物のアイデンティティに関する通知を出力するステップ
本発明に係る方法のステップ（Ｆ）では、考慮している目的物の反射パターンは、時間内に以前のポイントで既に決定した反射パターンと比較される。この点において、目的物のアイデンティティは、反射パターンによって決定され、既に検出された目的物のすべての反射パターン（データベースに保存されている）との、検討中の反射パターンのマッチングがなされる（１：ｎ−マッチング）。

本発明に係るセンサの使用は、目的物のアイデンティティ及び／又は認証が、機械によって実行され、又は機械によってサポートされる利点を提供し、或る目的物が主張された目的物と対応する確率の量的な評価を可能にする。機械実行又はサポートが、目的物の特徴的な反射パターンに基づいて、より短い時間で、かつ、（純粋な）人ベースの実行（例えば、DE102007044146A1に記載されているような顕微鏡の補助を伴う実行）よりも低いコストで、より多くの目的物の点検を可能にする。さらに、機械実行又は機械サポートが、様々な時間で認証された反射パターンの比較を可能にする。その結果、目的物の追跡（追跡してトレースする）は、可能になる。

本発明は、具体的で模範的な実施形態に基づいて、さらに詳細に以下で説明されるが、本発明は上記実施形態に限定されない。
図１ａは、光学部品がない状態における、本発明に係るセンサの好適な一実施形態を示す斜視図である。 図１ｂは、光学部品がない状態における、本発明に係るセンサの好適な一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るセンサのブロックの断面図である。 カバーを有するハウジングを示す図である。 直線状のビームプロファイルを示す概略図である。 本発明に係るセンサの好適な一実施形態を示す概略図である。 直線状のビームプロファイルを生成するための平凸型円筒レンズを示す図である。

図１ａおよび１ｂは、光学部品がない状態での、本発明に係るセンサ１を斜視図で示す。図２は、図１ａおよび１ｂからのセンサ１を断面図で示す。

センサ１の主要な要素は、ブロック１０によって形成される。このブロック１０は、好ましくは１つか２つの部品で具体化され、このことは、本発明に係るセンサのすべての光学部品を受けるのに役立つ。

光学部品は、放射線源（光源）と光検出器との間のビーム経路に配置されるセンサのすべての部品を意味することが理解され、レーザ及びフォトダイオード自体を含む。光学エレメントは、一揃いの光学部品を形成する。光学エレメントは、ビーム形成および焦点合わせの働きをする。特に、レンズ、絞り、回折光学格子などは、光学エレメントと呼ばれる。

光学ブロック１０は、特定された外面１８を備えている。この外面１８は、上記目的物の特徴的な反射パターンを検出する間、目的物に向けられる。ブロック１は、ブッシング１１、１２、１３を備え、このブッシング１１、１２、１３は、特定された外面１８（以下、単に外面と言う）の方向内で、お互いの方へ向かって延在している。第１のブッシング１１は、放射線源を受ける働きをしている。このブッシング１１は、外面への法線に対して角度α_Ａで延在している。外面への法線、または、略して外面法線は、外面に対して垂直であって、ブッシングの方向へ向けられる直線である。

角度α_Ａは、０°から６０°の範囲内にあり、好ましくは１５°から４０°の範囲内にあり、特に好ましくは２０°から３５°の範囲内にあり、さらに好ましくは２５°から３０°の範囲内にある。この実施例において、角度α_Ａ＝２７°である。

目的物を識別する及び／又は認証するために本発明に係るセンサを使用する場合、上記センサは、好ましくは、目的物の表面と上記外面とが互いに平行に延在するような方法で、目的物の表面に対して方向付けられる。この場合、電磁放射は、表面法線に対して角度αで目的物の表面に入射する。この場合、角度α_Ａは、入射する放射の入射角αに対応している。

入射する放射の一部が、表面において、表面法線に対して反射角βで、反対方向に直接散乱される。反射の法則によると、α＝−βが成り立つ。

本発明によると、少なくとも１つの光検出器が、反射角βに対して角度γで配置される。このために、本発明に係るセンサのブロックは、光検出器を受けるために、さらに対応するブッシング１２，１３を少なくとも１つ備える。

本発明に係るセンサのブロックは、光検出器を受けるためのブッシングをさらに備え得る。示された特に好適な実施形態において、上記ブロックは、光検出器を受けるために２つのブッシング１２，１３を正確には備える。この２つのブッシング１２，１３は、放射線源のためのブッシング１１と共に一平面内に延在している。そして、２つのブッシング１２，１３は、好ましくは、外面法線に対して角度γ_１及び角度γ_２で延在している。光検出器は、２つのブッシング１２，１３が外面の方へ向けられるような方法で、ブッシング内に配置されている。角度γ_１及び角度γ_２は、５°から６０°の範囲内にあり、好ましくは５°から３０°の範囲内にあり、特に好ましくは１０°から２０°の範囲内にあり、以下の関係、すなわち、ｉ＝１及びｉ＝２についてα−γ_ｉ≧０，α＋γ_ｉ≦９０°が、常に成り立つことを意図している。この実施例において、角度は、γ_１＝−１３．５°とγ_２＝１３．５°である。

ブッシング１１，１２，１３のすべては、好ましくは、一平面内にある。

図１ａ，図１ｂ，および図２に示されている発明に係るセンサの実施形態は、放射線源と２つの光検出器とを受けるためのブッシングを有するブロックを備え、簡単な方法にもかかわらず、互いに対して定められた方法で、光学部品が配置されうるという利点を提供している。好ましくは、止め部が放射線源のためのブッシングに位置している。上記放射線源は、ブッシング内へ上記止め部に対して押し込まれ、ブロック及び２つのさらなるブッシングに対して事前に定められた固定された姿勢をとる。上記放射線源が、ビーム形成及び焦点合わせのための光学エレメント（一般的ないつものものに、例えば、最近では商業的に入手できるレーザ放射線源に、既に接続されている。）を有する場合、放射線源の固定の結果として、同時に、放射線源の焦点が明確に固定される。光検出器を受けるためのさらなるブッシングは、止め部が同様に提供されうる。この場合、光検出器の位置は、放射線源の位置ほど正確ではない。

簡単な方法、例えば、射出成形方法により、プラスチックから１つか２つの断片に、ブロック１０を作り出すことができる。射出成形方法により、高精度の部品を数多く、かつ短時間で、生産できる。これは、十分に正確な部品を、費用対効果に優れた連続生産によって生産することを可能にする。ブッシングは、既に射出成形で提供されるか、またはその後、例えば、ドリル穴によってブロックに設けることができる。ブロックのすべての構成部品は、射出成形方法の１つのステップで、既に生産されているのが好ましい。例えばアルミニウムかプラスチックからブロックを加工して、ドリル穴によってブッシングを実現することが、同様に考えられる。定められたブッシングを有するブロックを作り出すための、当業者に知られている更なる方法が想定される。

さらに、本発明に係るセンサ１は、ブッシング１１、１２、１３の中心軸がブロック１０の外側にあるポイント２０で交わることを特徴としている（図２参照）。驚いたことに、中心軸の交差点２０が外面から０．５〜１０ｍｍの距離にある場合、反射パターンの検出に有利であることがわかった。好適な一実施形態において、交差点２０は同時に放射線源の焦点である。

目的物の表面上のマイクロリフレクタにより生成された、反射パターンを検出するため、本発明に係るセンサは、上記目的物の上方の或る距離に、対応して導かれ、中心軸の交差点は、目的物の表面上にある。

０．５〜１０ｍｍの上述した距離範囲の場合、放射線源及び光検出器に対して検出されるべき目的物の表面の位置決めは、簡単で十分に正確な方法で可能である。センサと目的物との間の距離が増加するにつれて、目的物の表面に対するセンサの角度は、表面の事前に定められた領域を検出できるように、ますます正確に適合されなければならない。その結果、位置決めに必要な要件が増加する。

さらに、放射線源からの距離が増加するにつれて放射強度は減少し、その結果、センサと目的物との間の距離が増加するにつれて、対応して減少した、目的物に達する放射強度は、放射線源のより高いパワーによって補われなければならないだろう。しかしながら、好ましくは、本発明に係るセンサは、大規模な保護部なしでセンサを動作できるために、クラス１又は２のレーザを備えている。このことは、特にセンサが「開」（すなわち、レーザビームは、センサから妨げられない状態で現れる）であるため有効である。このことは、放射線源のパワーを任意に上げられないことを意味する。この点で、０．５〜１０ｍｍの本発明に係る短い距離は有利である。

さらに、図１ａ、図１ｂ、および図２におけるブロック１０は、窓を受けて固定するための保持部３０を備える。窓（図示されない）は、使用される放射線源の波長を少なくとも一部透過する。部分的な透過率は、少なくとも５０％の透過率を意味することが理解され、すなわち、放射された放射強度の５０％は、窓を貫く。

分図３（ａ）及び分図３（ｂ）は、ハウジング５０の斜視図を示し、ハウジング５０には、図１、図１ｂ、および図２からのセンサが導入されうるようになっている。分図３（ｃ）は、ハウジングに関連付けられたカバー６０を示す。上記ハウジングは、ブッシング５１、５２を有している。上記ブッシングは、多くのセンサを互いに解放可能に接続するため、又はセンサをマウントに固定するための接続部として使用されうる。カバー６０は、対応する切抜き６２を有している。ケーブルブッシング５５を介して、上記センサは、電子機器及び／又は、反射データを記録するためのコンピュータユニットを制御するために接続される。

図５は、本発明に係るセンサ１のより好適な一実施形態を示す概略図である。図５（ａ）は、側面から見たセンサの断面を示す図であり、図５（ｂ）は、表面２００に面する下側から見たセンサを示す図である。

センサ１は、放射線源７０と光検出器８０とを備える。センサ１の外面１８は、目的物の表面２００に対して平行になっている場合、放射光線１００は、法線１４に対して角度αで表面２００に入射する。表面２００で反射された放射光線１１０は、法線１４に対して角度βで戻る。反射の法則によると｜α｜＝｜β｜が成り立つ。反射された放射光線１１０は、光検出器８０に作用しない。なぜなら、光検出器８０は、角度α及びδの大きさが異なる（｜α｜≠｜β｜）ように本発明に従って配置されているからである。

この実施例では、直線状のビームプロファイルは、絞り９０によって生成される。好ましくは、センサ（外面１８）と目的物（表面２００）との間の距離は、０．２〜１０ｍｍである。

分図４（ａ）および分図４（ｂ）は、ビーム幅ＳＢとビーム厚みＳＤとを有する直線状のビームプロファイルを示す。分図４（ａ）は、焦点におけるビームの二次元横断面プロファイルを示す。最も高い強度は、横断面プロファイルの中心に存在している。強度Ｉは、外へ向かって減少し、中心からの距離Ａが増加するにつれて、強度Ｉが最も大きい程度まで減少する第１の方向（ｘ）と、中心からの距離Ａが増加するにつれて、強度Ｉが最も弱い程度まで減少する、第１の方向（ｘ）に直交する更なる方向（ｙ）とがある。分図４（ｂ）は、中心からの距離Ａの関数として強度プロファイルＩを示す。ビーム幅とビーム厚さは、強度Ｉが中心における最大値の５０％にまで落ちたところにおける、中心からの距離として定められ、この実施形態では、ビーム幅がｙ方向にあり、ビーム厚さがｘ方向にある。

図６は、平凸シリンドリカルレンズ３００の補助でどのような直線状のビームプロファイルが生成されうるかを、一例として示している。平凸シリンドリカルレンズ３００は、一平面における収束レンズ（図６（ｂ））として働く。その平面に直交する平面において、上記レンズは屈折作用を有しない。同軸近似において、以下の公式は、そのようなレンズの焦点長ｆについて成り立つ。

ここでＲは円筒の半径であり、ｎは材料の屈折率である。

１ センサ
１０ ブロック
１１ ブッシング
１２ ブッシング
１３ ブッシング
１４ 外面への法線
１５ 反射角
１５ 外面
２０ 焦点
３０ 保持部
５０ ハウジング
５１ ブッシング，接続部
５２ ブッシング，接続部
５５ ケーブルブッシング
６０ カバー
６２ 切り欠き
７０ 放射線源
８０ 光検知器
９０ 絞り
１００ 入射ビーム
１１０ 反射ビーム
２００ 表面
３００ 平凸シリンドリカルレンズ
α 入射角
β 反射角

Claims (15)

1. 照射時に、目的物内又は目的物上にランダムに分布され及び／又は方向付けされたマイクロリフレクタによって生成される反射パターンを検出するためのセンサであって、
   電磁放射が角度αで上記目的物に伝えられうるように配置された、電磁放射のための線源と、
   上記目的物から角度δで反射される放射が検出されるように配置された、反射放射を検出するための光検出器と
   を少なくとも備え、
   上記角度α及び上記角度δの大きさは、異なる（｜α｜≠｜δ｜）ことを特徴とするセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサにおいて、
   上記角度αは、照射される上記目的物の表面の法線に対して、０°から６０°の範囲内にあり、好ましくは１５°から４０°の範囲内にあり、特に好ましくは２０°から３５°の範囲内にあり、特に好ましくは２５°から３０°の範囲内にあることを特徴とするセンサ。
3. 請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
   上記角度δの大きさは、｜α｜±５°から｜α｜±６０°の範囲内にあり、好ましくは｜α｜±５°から｜α｜±３０°の範囲内にあり、特に好ましくは｜α｜±１０°から｜α｜±２０°の範囲内にあり、
   常にδ≧０及びδ≦９０°が成り立ち、上記角度δは、上記目的物の表面の法線に対する角度であることを特徴とするセンサ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   上記センサは、ｎ＝１から４，好ましくはｎ＝１から２となる数の放射線源と、１つの上記放射線源あたり２つの上記光検知器とを備え、
   それぞれ２つの上記光検知器は、それぞれの上記放射線源と共に一平面内に配置され、
   それぞれ２つの上記光検知器は、上記目的物から角度δ_１＝｜α｜＋γ及び角度δ_２＝｜α｜−γで反射されるビームを検知し、
   γは、５°から６０°の範囲内にあり、好ましくは５°から３０°の範囲内にあり、特に好ましくは１０°から２０°の範囲内にあり、
   常に、｜α｜−γ≧０及び｜α｜＋γ≦９０°であるように意図されていることを特徴とするセンサ。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   直線状のビームプロファイルを生成するための光学エレメントを更に備えることを特徴とするセンサ。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   上記直線状のビームプロファイルは、５μｍから５０μｍの範囲内、好ましくは１０μｍから４０μｍの範囲内、特に好ましくは２０μｍから３０μｍの範囲内にあるビーム厚さと、２．５ｍｍから７ｍｍの範囲内、好ましくは３ｍｍから６．５ｍｍの範囲内、特に好ましくは４ｍｍから６ｍｍの範囲内、また、特に好ましくは４．５ｍｍから５．５ｍｍの範囲内にあるビーム幅とを有することを特徴とするセンサ。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   上記放射の焦点は、上記センサから０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲内の距離にあることを特徴とするセンサ。
8. 請求項１から５のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   ２００μｍから１０００μｍの範囲内、好ましくは２００μｍから４００μｍの範囲内にあるビーム厚さで、２ｍｍから５ｍｍの範囲内、好ましくは２．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内にあるビーム幅が、上記センサから、０．５ｍｍから１０ｍｍの距離にある絞りによって生成されうることを特徴とするセンサ。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
   １つ又は２つの部品で具体化されたブロックをさらに備え、
   上記ブロックは、電磁放射のための線源を受けるための第１のブッシングと、
   上記光検出器を受けるための２つのさらなるブッシングと
   を有することを特徴とするセンサ。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載のセンサにおいて、
    センサを、さらなるセンサ又はマウントに接続するための接続部をさらに備えることを特徴とするセンサ。
11. 請求項１から１０のいずれか１つに記載の上記センサを２つ又はそれよりも多く備え、
    上記センサは、直接又はスペーサによって、解放可能に互いに接続されていることを特徴とする装置。
12. 請求項１から１０のいずれか１つに記載のセンサ又は請求項１１に記載の装置のセンサの使用方法であって、
    上記マイクロリフレクタのランダムな分布及び／又は方向付けに基づいて、１つ又は２つ以上の目的物を識別する及び／又は認証するための使用であることを特徴とするセンサ使用方法。
13. 請求項１２に記載の使用方法において、
    上記ビーム幅及び上記ビーム厚さは、上記マイクロリフレクタの集中及びサイズに適合されるようになっており、
    上記ビーム厚さは、好ましくは、上記マイクロリフレクタの平均サイズの大きさのオーダであり、
    上記ビーム幅は、２つの上記マイクロリフレクタ間の平均的な距離の大きさのオーダであることを特徴とする使用方法。
14. 請求項１２又は１３に記載の使用方法において、
    上記センサ又は上記装置は、上記目的物の表面の上方０．５ｍｍから１０ｍｍの距離に配置されていることを特徴とする使用方法。
15. 請求項１２から１４のいずれか１つに記載の使用方法において、
    （Ａ）上記センサ又は上記装置に対して上記目的物を方向付けるステップと、
    （Ｂ）電磁放射で上記目的物の少なくとも一部を照射するステップと、
    （Ｃ）マイクロリフレクタに反射された放射を検出するステップと、
    （Ｄ）上記センサ又は上記装置に対する上記目的物の相対的な位置を変更するステップと、
    （Ｅ）適切であれば、ステップ（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）を繰り返すステップと、
    （Ｆ）上記相対的な位置に依存して検出される上記反射パターンを、少なくとも１つの所望のパターンと比較するステップと、
    （Ｇ）ステップ（Ｆ）における比較の結果に依存して、上記目的物のアイデンティティ及び／又は真正性に関する通知を出力するステップと
    を備えていることを特徴とする使用方法。

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