JP2017534120A - 認証システム、認証デバイス、および有価物品の認証方法 - Google Patents

Abstract

発光材料を含む有価物品を認証する方法を提供する。励起光源、光学フィルタ、光検出器、信号操作回路、および増幅器を用意する。発光材料を、励起光源によって生成される光に露出させる。励起光源からの光と発光材料から放出された放射光とを含む放射光を、光学フィルタを使用して濾波して濾波放射光を生成する。光検出器を使用して濾波放射光を検出し、検出放射光信号を生成する。信号操作回路を使用して、検出放射光信号を電子的に操作し、検出放射光信号に基づく認証判定に対する励起光源からの光の影響を低減する。電子的な操作の後、増幅器によって検出放射光信号を増幅して、増幅電子信号を生成する。増幅電子信号、またはこれから導かれたデータを認証出力に変換する。【選択図】図１

Description

優先権主張
[0001] 本願は、２０１４年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／０７３，３５４号、および２０１５年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／１６４，１３１号の権利を主張する。
技術分野
[0002] 技術分野は、一般的には、有価物品(value article)を認証するシステム、デバイス、および方法に関する。更に特定すれば、技術分野は、有価物品の光学的特徴を使用して、有価物品を認証するシステム、デバイス、および方法に関する。

[0003] 多くの用途では、原初の物品(original article) を検証するために、原初の物品を複製または偽造品から区別する必要がある。認証特徴を含む原初の物品は多くの方法で検証することができる。ある方法は、クレジット・カード上のホログラム、紙幣上のエンボス画像またはすかし、セキュリティ用薄箔、セキュリティ・リボン、紙幣内の色つき糸または色付き繊維、あるいはパスポート上の浮遊画像および／または沈没画像のように、物品内に配置されたまたは組み込まれた、視認可能な（即ち、明白な）認証特徴を必要とする。これらの特徴は目で容易に検出でき、認証のために機器を必要としなくてもよいが、これらの明白な特徴は、自称偽造者(would-be forger)および／または贋作者(counterfeiter)によって容易に特定される。したがって、明白な特徴に加えて、隠れた（即ち、密かな）特徴を原初の物品に組み込むとよい。密かな特徴の例には、見えない蛍光性繊維、化学的に感応する染料、および発光顔料または蛍光色素のようなタガント(taggant)が含まれ、これらは物品の基板内に組み込まれる。

[0004] タガントを採用する密かな特徴の認証は、認証機器の使用により非常に信頼性が高いが、認証のために必要とされる機器のコストは、典型的な消費者または小規模事業主にとっては高すぎるか、および／または入手できないのが通常である。更に、殆どの認証機器は嵩張り、その使用は多くの用途にとって不便である。小型で安価な認証デバイスの生産は、問題が多い課題である。何故なら、認証デバイスは一般に大量のハードウェアを含み、励起光源、光検出器、利得増幅器、および恐らくはその他のコンポーネントも含み、これらのコンポーネントの全てを十分に小さいパッケージに含ませるのは困難であるからである。小型の認証デバイスが入手可能になった結果、認証デバイスの小さいサイズのために、高精度の認証を困難にする種々の環境的要因の影響を認証デバイスが受け易くなった。例えば、小型の認証デバイスは、一般に、励起光源および光検出器を近接して含むため、励起光源によって生成された光が、調査(interrogation)対象の物品からの強い散乱を経て光検出器に入射する。励起光源からの光の強度は、一般に、タガントからの放出光(emission)の強度よりも何桁も大きい。励起光源からの多すぎる光によって光検出器が飽和しないように光フィルタが一般に使用されるが、タガントからの放出放射光(emitted radiation)の通過を可能にしつつ、励起光源によって直接生成される光を効果的に遮断するのは難しい。ＬＥＤのような多くの励起光源は、それらの主要発光スペクトル範囲から遙かに遠い発光を呈し、この発光は非常に大きな影響を与え、光フィルタの通過帯域以内に入る可能性がある。バンド・パス・フィルタまたはロング・パス・フィルタのような薄膜誘電体スタック・フィルタを採用することによって、励起光源によって生成される光を更に遮断することは可能であるが、それでもなお、タガントからの発光放射光には関係のない漏れが、望ましくないレベルで、フィルタ・システムの所望通過帯域内に残るおそれがある。要求される検出スペクトル範囲内に大量の信号があると、多数のシステムが惑わされてしまうのは必至である。更に、多くのタガントは、発光波長において、励起光源によって生成される光との重複を呈するので、タガントからの発光の検出を可能にしつつ、重複する波長を遮断することはできない。

[0005] したがって、励起光源からの光が光検出器内に侵入しても、励起光源によって生成される光の認証に対する影響を最小限に抑えつつ、発光材料からの発光のために発光材料を含む有価物品を効果的に調査する(interrogate)ことができる認証システム、認証デバイス、および有価物品の認証方法を提供することが望ましい。更に、その他の望ましい特徴および特性は、以下に続く詳細な説明および添付する特許請求の範囲を、添付図面およびこの背景と合わせて検討することによって明白になるであろう。

[0006] 本明細書では、認証システム、認証デバイス、および有価物品の認証方法を提供する。実施形態では、有価物品の認証方法は、発光材料を含む有価物品を用意するステップを含む。励起光源、光学フィルタ、光検出器、信号操作回路、および増幅器を用意する。有価物品の発光材料が、励起光源によって生成される光に露出される。光フィルタを使用して、励起光源からの光、および発光材料からの発光放射光(emitted radiation)を含む放射光を濾波して、発光材料からの発光放射光を含む濾波放射光を生成する。光検出器を使用して、濾波放射光を検出し、検出放射光信号を生成する。信号操作回路を使用して、検出放射光信号を電子的に操作して、検出放射光信号に基づく認証判定に対する励起光源からの光の影響を低減する。検出放射光信号を電子的に操作した後、増幅器によって検出放射光信号を増幅し、増幅電子信号を生成する。増幅電子信号またはこれから導かれたデータを認証出力に変換する。

[0007] 他の実施形態では、認証デバイスは、光を生成するように構成された励起光源を含む。光学フィルタは、励起光源からの光と、発光材料からの発光放射光とを含む放射光を濾波し、発光材料からの発光放射光を含む濾波放射光を生成するように構成される。光検出器は、濾波放射光を検出するように構成される。光検出器は検出放射光信号を生成する。信号操作回路は、検出放射光信号を電子的に操作して、検出放射光信号に基づいて、励起光源からの光の認証判定に対する影響を低減するように構成される。検出放射光信号を電子的に操作した後、検出放射光信号を増幅するために、増幅器を設ける。

[0008] 他の実施形態では、認証システムは、入口を有する物品経路(article path)を含む。入口は、有価物品を受け取る容量を有する。物品経路内に認証デバイスが配置されている。認証デバイスは、励起光源、光学フィルタ、光検出器、信号操作回路、および増幅器を含む。励起光源は光を生成するように構成される。光学フィルタは、励起光源からの光と発光材料からの発光放射光とを含む放射光を濾波し、発光材料からの発光放射光を含む濾波放射光を生成するように構成される。光検出器は、濾波放射光を検出するように構成される。光検出器は、検出放射光信号を生成する。信号操作回路は、検出放射光信号を電子的に操作して、検出放射信号に基づく認証判定に対する励起光源からの光の影響を低減するように構成される。増幅器は、検出放射光信号を電子的に操作した後に、検出放射光信号を増幅して、増幅電子信号を生成するように構成される。増幅電子信号またはこれから導かれたデータを認証出力に変換する役割(capacity)を有する回路を設ける。ユーザ・インターフェースが、認証デバイスと電子的に通信可能である。ユーザ・インターフェースは、認証出力をユーザに伝える役割を有する。

[0009] 以下では、添付図面と関連付けて種々の実施形態について説明する。図面では、同様の番号は同様のエレメントを示す。
図１は、実施形態による認証デバイスを含む認証システムの部分的模式図である。 図２は、実施形態による図１の認証デバイスの機能ブロック図である。 図３は、図１の認証デバイスの他の実施形態の機能ブロック図である。 図４は、励起光源およびスケルチ回路のオン／オフ繰り返しにおける、励起光源、発光材料からの放出放射光から得られた増幅放射光信号、ならびにスケルチ回路の経時的な電圧を示すグラフである。 図５は、励起光源およびスケルチ回路のオン／オフ繰り返しにおいて、励起光源から光の２つのパルスが出され、スケルチ回路のオン／オフ動作が伴うときの励起光源、発光材料からの発光放射光から得られた増幅放射光信号、ならびにスケルチ回路の経時的な電圧を示すグラフである。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、励起光源から光の２つのパルスが出され、スケルチ回路のオン／オフ動作が伴うときの、発光材料からの増幅放射光信号の経時的な電圧を、比較的短い減衰時間（図６（ｂ））を有する発光材料および比較的長い減衰時間（図６（ｃ））を有する発光材料について示す模式図である。

[0016] 以下の詳細な説明は、性質上単なる例証に過ぎず、有価物品の認証システム、デバイス、および方法を限定することを意図するのではない。更に、先の背景や以下の詳細な説明において紹介されるいずれの定理にも拘束されることは意図していない。

[0017] 本明細書では有価物品の認証システム、デバイス、および方法を提供する。システムは、励起光源、光学フィルタ、光検出器、信号操作回路、および増幅器を含む。有価物品上または内にある発光材料を、励起光源によって生成された光に露出させた後、発光材料は通常通りに充電／励起する。何故なら、これは励起光源からの光を吸収し、次いで「Ｔａｕ」の材料時間減衰特性値によって放電／発光するからである。光学フィルタは、励起光源からの光と発光材料からの発光放射光とを含む放射光を濾波して、濾波放射光を生成する。濾波放射光は、発光材料からの発光放射光を含み、更に光学フィルタによって完全に濾波することができない漏洩光または有価物品から反射した励起光源からの漏洩光も総合的に含む。濾波放射光内に残る漏洩光およびタガントの発光信号の組み合わせが、光検出器によって検出され、検出放射光信号を生成する。検出放射光信号は、信号操作回路を使用して電子的に操作され、検出放射光信号に基づく認証判定に対する励起光源からの光の影響を低減する。本明細書において言及する場合、「検出放射光信号に基づく認証判定に対する励起信号源からの光の影響を低減する電子的操作」とは、検出放射光信号の遮断、または検出放射信号の内励起信号源からの光に帰せられる部分の選択的減衰を含む。例えば、実施形態では、信号操作回路は電子周波数フィルタであり、励起光源は、変調光、即ち、パルス状光バーストを、所定のまたは予め設定された変調周波数で生成する（一例として、毎秒２０パルス、４０ｋＨｚの変調周波数、および２ミリ秒のパルス変調）ように構成することができる。次いで、検出放射光信号の内、励起光源の所定の変調周波数の部分を、検出放射光信号の所望の部分（即ち、検出放射光信号の内、発光材料からの発光によって生成された部分）に関して、電子周波数フィルタによって選択的に減衰させ、濾波電子信号を生成することができる。電子操作の他の例として、信号操作回路は、励起光源からの光の生成が中止されるまで検出放射光信号を事実上遮断するスケルチ回路であってもよい。検出放射光信号を電子的に操作した後、増幅器によって検出放射光信号を増幅し、増幅電子信号を生成する。

[0018] 発光材料を含み、本明細書において説明するシステム、デバイス、および方法を使用して認証することができる有価物品は、特に限定されず、識別カード、運転免許証、パスポート、身元証明書(identity paper)、銀行券、小切手、文書、紙、株券、包装部品、クレジット・カード、銀行カード、ラベル、シール、貨幣、トークン、カジノ・チップ、メダリオン、または切手を含むことができる。発光材料が励起光源からの光の吸収および検出を可能にするような放射光の放出を可能にするように位置付けられるのであれば、発光材料を有価物品内または有価物品の表面に配置してもよい。実施形態では、有価物品は、発光材料が上部または内部に配置されている網状繊維素材(fabrous web of material)、例えば、パスポート、身元証明書、銀行券、小切手、文書、紙、株券、または包装部品を含む。他の実施形態では、有価物品は、発光材料が表面上またはその近くに配置された金属製有価物品であり、例えば、貨幣、トークン、カジノ・チップ、またはメダリオンである。有価物品は、一般に、基板を含み、発光材料は、表面に塗布されるまたは埋め込まれる認証特徴に含まれればよい。また、発光材料がしかるべき外部エネルギ源による材料の励起時に、電磁スペクトルの赤外線、可視、および／または紫外線部分において検出可能な発光（即ち、比較的高いスペクトル・エネルギの出力放射光）を生成することができるのであれば、適した発光材料も特に限定されない。発光材料が放射光を放出するとき、測定可能な減衰時定数および信号強度レベルによって定めることができる離散時間範囲にわたって発光が行われる。「蛍光色素分子」(fluorophor)（または「蛍光性」）と通例記述される材料は、マイクロ、ナノ、またはピコ秒範囲の非常に短い発光減衰時定数を呈する。逆に、「蛍光物質」(phosphor)と通例記述される材料は、数ミリ秒から数分以上（例えば、長時間(many hours)まで）の範囲を取るもっと長い減衰時間を呈する。蛍光色素分子(fluorophor)および蛍光物質(phosphor)は双方共、本明細書において説明するような認証を受ける有価物品において採用することができる適した発光材料である。実施形態では、蛍光体および蛍光物質は、０．０５ミリ秒よりも大きな減衰時間を有する。

[0019] 発光材料を含む有価物品１６を認証する認証システム１０の例証的実施形態について、これより図１および図２を参照して説明する。図１を参照すると、認証システム１０は、物品経路１２と、物品経路１２内に配置された認証デバイス１４とを含む。本明細書において引用する場合、「物品経路」とは、有価物品１６を受け取り、有価物品１６を認証デバイス１４の調査ゾーン２０に誘導するように較正されたチャネルのことである。物品経路１２は入口１８を有し、入口１８は有価物品１６を受け取る容量を有する。実施形態では、認証システム１０は、自動販売機のような、貨幣、トークン、カジノ・チップ、またはメダリオン(medallion)で動作する機械であり、有価物品１６の物品経路１２への挿入時に起動される(activate)。このため、実施形態では、認証システム１０は、更に、有価物品１６の電磁シグネチャーを検出する役割を有する電磁検出器２２も含むことができる。実施形態では、システム・プロセッサ２４は認証デバイス１４と電子的に通信し、更に、電磁検出器２２があるときには、有価物品１６の真正性判定を行うために、電磁検出器２２とも電子的に通信することができる。他の実施形態では、認証システム１０は、通貨カウンタ(currency counter)または紙幣識別機(bill acceptor)のような紙動作機械(paper-operated machine)であり、真正性判定は、認証デバイス１４から受け取る情報のみに基づいて行うこともできる。ユーザ・インターフェース２６は、任意にシステム・プロセッサ２４を介して、認証デバイス１４と電子的に通信することができ、ユーザ・インターフェース２６は、認証出力をユーザに伝える役割を有する。

[0020] 以上で触れたように、認証デバイス１４は調査ゾーン２０を含み、調査ゾーン２０は、有価物品１６または発光材料を含むその一部を受け取る容量を有する。実施形態ではそして図１に示すように、調査ゾーン２０は、認証デバイス１４上方に空間を含み、ここを有価物品１６が通過することができるが、他の実施形態では、調査ゾーン２０は、発光材料を含む有価物品１６の一部分だけを受け取る容量を有するのでもよいことは認められよう。尚、調査ゾーン２０は、認証デバイス１４による有価物品１６の発光材料の調査を可能にするのであればいずれの方法で構成されてもよいことは認められよう。例えば、他の実施形態では、そして図示しないが、調査ゾーン２０がスキャニング・ウィンドウを含むのでもよく、このスキャニング・ウィンドウを通過するように有価物品１６を受け渡すことによって、有価物品１６のその部分を受け取る。

[0021] 図２を参照して、認証デバイス１４の特徴についてこれより説明する。認証デバイス１４は、主に、有価物品１６の調査を行い、有価物体１６の真正性を示すデータを生成する。これに関して、認証デバイス１４は、有価物品１６の発光材料を励起させる励起光源２８、および励起後に発光材料から放出される放射光を含む濾波放射光４３を検出するように構成された光検出器３０のような、有価物品１６の調査を可能にするコンポーネントを含むが、これらに限定されるのではない。実施形態では、そして再度図１を参照すると、励起光源２８および光検出器３０は、調査ゾーン２０の内容(contents)の調査に合わせて構成されている。

[0022] 尚、認証デバイス１４は、認証デバイス１４に望まれる特定の設計および機能の検討に応じて、複数の励起光源２８および複数の光検出器３０を含んでもよいことは認められよう。励起光源２８は、例えば、１つ以上の低電力レーザ・ダイオード、ＬＥＤ、または他の励起源を含んでもよい。実施形態では、そして以下で更に詳しく説明するが、励起光源２８は、所定の変調周波数で変調する方法で光４０を生成するように構成されており、以下で更に詳しく説明するように、信号の濾波のために光の変調性(modulated nature)が使用される。これに関して、そして図２を参照すると、認証デバイス１４は、更に、励起源ドライバ２７と光源トリガ受信器２９とを含むこともできる。励起源ドライバ２７は、励起光源２８に給電し（オン／オフに切り替え）、励起光源２８を変調して変調法で光４０を生成するために使用される電源回路であってもよい。光源トリガ受信器２９は、調査ゾーン２０における有価物品１６の存在を伝え、制御信号を励起源ドライバ２７に供給するために存在することができる。

[0023] 光検出器３０は、光４０を使用した励起の後に発光材料から放出される放射光を含む、濾波放射光４３を検出し、検出放射光信号４４を生成するように構成されている。光検出器３０は、１つ以上の光電センサ、フォトダイオード、または他の検出デバイスを含むことができる。光検出器３０は、対象のスペクトル帯内に感度を有し、したがって、このスペクトル帯以内に入る発光を検出することができる。例えば、光検出器３０は、シリコン検出器、砒化ガリウム−インジウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器（例えば、電気通信型または拡張ＩｎＧａＡｓ）、硫化鉛検出器、セレン化鉛検出器、ゲルマニウム検出器、アンチモン化インジウム検出器、砒化インジウム検出器、硅化プラチナ検出器、アンチモン化インジウム検出器、または他のタイプの検出器を含むことができる。具体的な実施形態では、シリコン検出器が使用される。実施形態では、複数の光検出器３０を使用し、異なる対象帯域に対応するチャネル内の発光を検出するように構成することができ、これらの光検出器は、同じタイプまたはクラスでも、異なるタイプまたはクラスでもよい。

[0024] 図２に示すように、認証デバイス１４は、更に、電源３２も含むことができる。電源３２は、励起光源２８および光検出器３０と電気的に通信し、回路を完成するために接地３４が設けられている。実施形態では、放射光４２を濾波するために光学フィルタ３７が位置付けられている。放射光４２は、励起光源２８からの光４０と、光検出器３０に供給される前に発光材料から放出される放射光とを含み、一般に、発光材料からの放出と比較すると過剰量の反射励起光４０があることを仮定し、発光材料以外の光源からの入射光を減衰させることによって、検出放射光信号４４の飽和を回避することを可能にする。放射光４２を濾波することによって、発光材料から放出される放射光を含む濾波放射光４３を生成し、次いで、濾波放射光４３を光検出器３０に供給する。

[0025] 光学フィルタ３７は吸収フィルタであってもよく、または代わりに吸収フィルタと誘電体薄膜フィルタとの組み合わせを含むバンド・パス・フィルタまたはロング・パス・フィルタであってもよく、誘電体薄膜フィルタは、反射励起光４０を更に低減するために設けられる。尚、複数の光学フィルタ３７が採用されてもよいことは認められよう。光学フィルタ３７は、例えば、対象のスペクトル帯内の光だけを通す役割を有する染料含浸プラスチックを含むのでもよい。光学フィルタ３７は、発光帯域（即ち、スペクトル全体の一部(subset)）内の濾波放射光４３だけの通過を許すが、光学フィルタ３７を通過する濾波放射光４３の大部分は、発光材料以外の光源からである可能性がありしかも対象の帯域内であることは認められよう。しかしながら、光学フィルタ３７は、一般に、角度に敏感であり、通常の入射で遮断される望ましくない光が、もっと大きいまたは小さい入射角度では実際に光学フィルタ３７を通過するおそれがある。通されない放出光(emissions)は、実際には反射され、この場合放出光は再散乱し、恐らくはもう１回の反射で光学フィルタ３７を通過する可能性がある。このため、以下で更に詳しく説明するように、検出放射光信号４４を電子的に操作し、検出放射光信号４４に基づく認証判定に対する励起光源２８からの光４０の影響を軽減するために、信号操作回路３８が更に設けられている。

[0026] 先に触れたように、励起光源２８および光検出器３０は、図１の調査ゾーン２０の内容の調査に合わせて構成されている。これに関して、有価物品１６が反射面を含むとき（例えば、貨幣、金属トークン、銀行券の表面、または光の反射を呈する有価物品１６の任意の他の表面）、そして励起光源２８と光検出器３０との間の近接により、励起光源２８からの光４０が有価物品１６から反射し、濾波放射光４３の一部として光検出器３０に通されるおそれがある。その結果得られる検出放射光信号４４の一部は、励起光源２８からの光４０によって生成されることになる。加えて、太陽光が濾波放射光４３の一部として光検出器３０に侵入し、その結果、検出放射信号４４の直流部分（周波数を有さない）を生ずる可能性もある。加えて、白熱または蛍光光電球からの周囲の人工光が、濾波放射光４３の一部として光検出器３０に侵入し、その結果、検出放射信号４４の一部が非常に低い周波数を有することになるという可能性もある。励起光源２８からの光４０は、検出放射光信号４４に基づく認証判定に重大な影響を及ぼす可能性がある。

[0027] 信号操作回路３８を使用して検出放射光信号４４を電子的に操作するために可能な様々な手法があり、信号操作回路３８を使用して電子的に検出放射光信号４４を操作する第１実施形態について、これより図２を参照しながら説明する。この実施形態では、励起光源２８によって生成される所定の変調周波数の変調光４０に発光材料を露出させる。信号操作回路３８は電子周波数フィルタであり、検出放射光信号４４の所望部分に関して、検出放射光信号４４の内励起光源２８の所定の変調周波数である部分を、電子周波数フィルタ３８を使用して、選択的に減衰させることによって、検出放射光信号４４を電子的に操作して濾波電子信号４６を生成する。検出放射光信号４４の前述の２つの部分は、周波数特性におけるそれらの広い差のために、互いに分離することができる。具体的には、信号の所望部分を増幅しつつ、その周波数の減衰フィルタを設置することによって、励起光源２８によって生成される変調光４０の変調周波数を選択的に減衰させる、または振幅を狭めることができる。フーリエ変換を使用して、発光材料の充電／放電特性波形を周波数空間に変換することができる。所望の周波数成分を、望まれない周波数内容よりも遙かに大きく増幅することができる限り、認証のために十分高い信号対ノイズ比を形成する(create)ことが可能なはずである。検出放射光信号４４の内所定の変調周波数の部分を選択的に減衰させることによって、放出放射光４２が変調光４０の一部と同じ波長帯域を有する状況下であっても、そして励起光源２８および光検出器３０が過度に近接する状況下であっても、発光材料からの検出放射光信号４４の所望部分を効果的に分離させることができる。

[0028] 実施形態では、所定の周波数よりも高い全ての高周波数（所望の発光周波数内容から遠く離れた）を減衰させることができる。他の実施形態では、帯域外の周波数全てを遮断するために、バンド・パス・フィルタを形成することができる（幅および中心周波数を予め設定しておく）。この場合、太陽光および蛍光照明具に伴う周波数と共に全ての高周波数を減衰させる。ロー・パスのような単純なフィルタに、Ｉ／Ｏデバイス用に利用可能な演算増幅回路を設けることができる。実施形態では、高周波数を減衰させるために１段を使用し、低周波数を減衰させるために他の１段を使用して、多段濾波処理を行い、検出放射光信号が電子的に操作された後に、濾波電子信号４６における検出放射光信号４４の所望の部分を殆ど減衰させずに残すことができる。

[0029] 励起光源２８からの変調光４０に対して変調周波数を予め設定するまたは予め決定しておき、検出放射光信号４４の内この所定の変調周波数の部分を選択的に減衰させることにより、発光材料からの放出放射光４２が変調光４０と同じまたは重複する波長帯域を有する場合であっても、有効な濾波処理が可能となる。濾波処理は波長とは無関係に行われるので、従来の励起光源２８が採用されるときは、波長帯域が同じになるまたは重複することは極普通である。逆に、励起光源２８からの全ての光の光学的濾波処理は、重複波長帯域による放出放射光も除去しなければ、通常不可能である。実施形態では、発光材料はそこからの放射光の放出の間周波数応答を呈する。発光材料の周波数応答は、経時的な信号強度を表す時間ドメイン波形にフーリエ変換を適用することによって、判定することができる。例えば、正弦波曲線では、フーリエ変換を使用して導くと、一定の周波数応答が得られる。例えば、直流では０の周波数応答が得られる。しかしながら、多くの発光材料からの発光中における周波数応答は可変レートで減衰し(decay)、周波数応答は一般に減衰時間によって異なる。一般に、減衰時間が短い程、高い周波数応答、例えば、ｋＨｚ範囲の周波数応答を呈し、５ｋＨｚ以上において発光の大部分を有する場合もある。一般に、減衰時間が長い程、低い周波数応答を呈し、５００Ｈｚ未満に発光の大部分を有する場合もある。従来の発光材料に対する周波数応答は、一般に知られており、容易に確認することができる。実施形態では、発光材料の周波数応答は、変調光４０の所定の変調周波数を含む。この実施形態では、検出放射光信号４４の内発光材料によって生成された部分も所定の変調周波数で減衰される。しかしながら、所定の変調周波数は、検出に有用なピークまたはほぼピークの発光強度における発光材料の周波数応答を避けるように選択される。実施形態では、所定の変調周波数は、約２０から約５０ｋＨｚまでというように、または約３５から約４０ｋＨｚまでというように、約１０ｋＨｚよりも高い。しかしながら、発光材料からの放出放射光４２を濾波電子信号４６において検出でき続ける限り、所定の変調周波数は特に限定されないことは認められよう。

[0030] 加えて、電子周波数フィルタ３８は、直流、および／または検出放射光信号４４の内閾値周波数よりも低い部分を減衰させるように製造することもでき、所定の変調周波数は閾値周波数よりも高い。例えば、検出放射光信号４４の内閾値周波数よりも低い部分は、検出放射光信号４４の内、白熱または蛍光電球からの周囲人工光によって生成された部分である可能性があり、これらは一般に２００Ｈｚ未満の周波数を有する。先に明記したように、所定の変調周波数は一般に約１０ｋＨｚよりも高く、周囲光源とは異なる、全く別の(separate and distinct)周波数を表す。

[0031] 実施形態において、濾波電子信号４６は増幅器４８によって増幅され、増幅電子信号５２を生成する。実施形態では、そして図２に示すように、電子周波数フィルタ３８は、増幅の前に、所定の変調周波数で、検出放射光信号４４の内励起光源２８による部分を減衰させる。濾波電子信号４６は、検出放射光信号４４の所望部分を含み、次いで濾波電子信号４６を別の増幅器４８によって増幅する。図２には１つの増幅器４８だけを示すが、濾波電子信号４６を増幅するために、複数段の増幅器４８が電子周波数フィルタ３８と電子的に通信してもよいことは認められよう。他の実施形態では、図示しないが、電子周波数フィルタ３８は増幅器４８と結合され、即ち、電子周波数フィルタ３８および増幅器４８は同じハードウェア内に含まれ、検出放射光信号４４の内励起光源２８による所定の変調周波数の部分の減衰が行われ、この信号の所望部分を通過させ増幅して、増幅電子信号５２を生成する。

[0032] 再度図２を参照すると、認証デバイス１４は、増幅電子信号５２またはこれから導かれたデータを認証出力に変換する役割を有する回路５０を含むことができる。具体的には、回路５０は、アナログ／ディジタル変換器を含むことができ、増幅電子信号５２は、更に、有価物品１６の真正性を示すディジタル信号への更なる変換のために、回路５０に直接渡すことができる。他の実施形態では、回路５０は、増幅電子信号５２の閾値レベルに設定された比較器を含み、この比較器が生成する出力は、増幅電子信号５２の値が所定強度よりも高いまま留まっている限り、「１」の論理値になる。あるいは、他の実施形態では、「存在のみ」(presence only)の信号を渡すことが可能であり、または比較器をオフに切り替え、増幅電子信号５２全体を分析のために提示することも可能である。一般に、これは、Ａ−Ｄ変換器を使用してアナログ増幅電子信号５２をサンプリングすることによって行われ、更なる分析に適当な代表的波形となるのに十分なサンプルを得る。

[0033] 実施形態では、そして図２に示すように、励起光源２８、光検出器３０、および電子周波数フィルタ３８は、１つの基板５４上に配置され、これによって認証デバイス１４の個々のエレメントに対する空間要件を極力抑える。更に空間要件を極力抑え、リバース・エンジニアリングおよび動作パラメータの特定を困難にするために、認証デバイス１４を集積回路とする。集積回路として認証デバイス１４を制作すると、１０ｍｍ×１０ｍｍ未満というような、ミリメートル規模のデバイスを達成することが可能になる。

[0034] これより、電子周波数フィルタ３０を採用し、検出放射光信号４４を選択的に減衰させる実施形態にしたがって、有価物品の認証方法について説明する。この例証的な方法によれば、発光材料を含む有価物品１６を用意し、有価物品１６を調査ゾーン２０に導入する。実施形態では、有価物品１６の存在を検出し、有価物品１６の存在を検出したときに、励起光源２８による変調光４０の発光を開始する。例えば、有価物品１６の存在を伝えるため、そして制御信号を励起源ドライバ２７に供給するために、光源トリガ受信器２９があってもよく、調査ゾーン２０において有価物品１６の存在を検出したとき、または物品経路の入口に有価物品１６入るのを検知したときに、変調光４０の発光を開始する。励起光源２８によって生成される所定の変調周波数の変調光４０に、有価物品１６の発光材料を露出させる。任意の光学フィルタ３７を通過した後、発光材料から放出された放射光を含む濾波放射光４３を検出する。光検出器３０を使用して濾波放射光４３を検出し、検出放射光信号４４を生成する。検出放射光は、任意の光学フィルタ３７を通過した全ての放射光を含み、発光材料以外の光源からの放射光（例えば、太陽光、人工光、またはその他の周囲光源）を含む。加えて、励起光源２８から出て有価物品１６から反射した変調光４０を受光するために、光検出器３０が位置付けられており、光検出器３０によって検出される放射光は、更に、励起光源２８から出て有価物品１６から反射した変調光４０も含む。検出放射光信号４４の内所定の変調周波数の部分が、選択的に電子周波数フィルタ３８によって減衰され、濾波電子信号４６を生成し、濾波電子信号４６を増幅器４８によって増幅して、増幅電子信号５２を生成する。任意に、増幅電子信号５２を回路５０に供給し、増幅電子信号５２またはこれから導かれたデータを認証出力に変換する。認証出力は、有価物品１６の真正性を示す。例えば、回路５０の出力は、増幅電子信号５２の値が所定の強度値よりも高いまま留まる限り、「１」の論理値になるのでもよく、この出力値は、有価物品１６の認証に基づいて更に他の機能を実行するために、認証システム１０が採用することもできる。

[0035] 先に触れたように、信号操作回路を使用して検出放射光信号を電子的に操作することが可能な様々な手法がある。信号操作回路２３８を使用して検出放射光信号４４を電子的に操作する第２実施形態について、これより図３を参照して説明する。この実施形態では、励起光源２８によって生成される光４０に発光材料を露出させ、信号操作回路２３８はスケルチ回路である。この実施形態の認証デバイス１１４の全ての他の特徴は、別段指示がない限り、先に説明したもとの同一であるとして差し支えない。この実施形態では、励起光源２８からの光４０の生成が停止されるまで、検出放射光信号４４をスケルチ回路２３８によって電子的に遮断することによって、検出放射光信号４４を電子的に操作する。具体的には、スケルチ回路２３８は、増幅器４８における増幅の前に、検出放射光信号４４を効果的に短縮する(short out)。例えば、スケルチ回路２３８は、スケルチ回路２３８が閉じているときに検出放射光信号４４を電気的に短縮するのでもよいが、スケルチ回路２３８が開いているときに検出放射光信号４４を短縮する実施形態も可能であることは認められよう。励起光源２８からの光４０の生成が停止されるまで検出放射光信号４４を電子的に遮断することによって、励起光源２８からの光４０による検出放射光信号４４の飽和は、認証判定に影響を及ぼさない。何故なら、光４０が検出放射光信号４４に影響を及ぼすときは、検出放射光信号４４は事実上無視されるからである。一旦励起光源２８からの光４０の生成が停止したなら、スケルチ回路２３８による検出放射光信号４４の電子的な遮断も停止され、これによって、検出放射光信号４４を増幅し、先に説明したのと同様に増幅電子信号５２を生成することが可能になる。

[0036] また、実施形態では、スケルチ回路２３８による検出放射光信号４４の電子的な遮断は、発光材料からの経時的な後尾発光(tail emission)の強度を検出する目的のために、励起光源２８からの光４０の生成が停止された後できるだけ早く停止する。一旦検出放射光信号４４の電子的遮断が停止したなら、励起光源２８からの光４０による検出放射光信号４４の飽和は、もはや増幅の間問題にならない。次いで、先に説明したのと同様にして、増幅電子信号５２の電圧を認証出力に変換することができる。尚、図示しないが、検出放射光信号４４の増幅は、スケルチ回路２３８による電子的な遮断の前に行ってもよいことは認められよう。これに関して、複数の増幅器が使用されるときは、認証出力に変換される増幅電子信号５２を生成する最終増幅器４８の前に少なくともスケルチ回路２３８が位置付けられることを条件に、スケルチ回路２３８を増幅器の間に位置付けてもよい。

[0037] 図３を引き続き参照しながら図４を参照すると、励起光源２８からの光４０についての経時的な電圧（発光強度と相関がある）、発光材料からの放出された放射光４２から得られた増幅放射光信号５２、および励起光源２８のオン／オフ巡回中におけるスケルチ回路電圧３９を示すグラフが示されており、増幅放射光信号５２は、一旦スケルチ回路２３８および励起光源２８がオフに切り替えられたときの、静止有価物品に対する発光材料からの後尾発光を表す。励起光源２８からの光４０のオフへの切り替えと、スケルチ回路２３８のオフへの切り替えの間に、図４では遅れは示されていないが、一般に減衰が存在することは認められよう。増幅電子信号５２の経時的電圧は先に説明したように得ることができる。発光材料からのピーク発光は、励起光源２８およびスケルチ回路２３８をオフに切り替えるときに生ずる可能性がある電子的な遅れのために、検出放射光信号４４には含まれない（または図４に示す増幅放射光信号５２において表されない）おそれがあるが、図４に示す増幅放射光信号５２は、減衰時定数（Ｔａｕ）の判定を可能にする。具体的には、励起光源２８およびスケルチ回路２３８をオフに切り替えると、検出放射光信号４４の強度がときの経過と共に減衰し、増幅放射光信号５２の電圧対時間曲線上における複数の点を測定することができ、または曲線当てはめを採用して、発光材料に対する減衰率を判定することができる。例えば、発光強度における単純な指数減衰では、減衰時定数を以下の式における定数τ（Ｔａｕ）で表すことができる。

Ｉ（ｔ）＝Ｉ_０ｅ^−ｔ／τ （式１）
ここで、ｔは時間を示し、Ｉは時点ｔにおける発光強度を示し、Ｉ_０はｔ＝０における発光強度を示す（例えば、ｔ＝０は、励起放射光の供給が中断されたときに対応するとしてもよい）。

[0038] 図４は、静止有価物品についての後尾発光強度を示すが、多くの用途では移動する物品の認証を必要とする（自動販売機の用途、通貨計数用途等）。移動する物品を伴う用途では、発光材料からの発光は、一般に、非常に短い時間量の間でしか検出できず、Ｔａｕを判定できる強度対時間曲線の生成は不可能である(allow for)。しかしながら、本明細書において説明する実施形態では、そして再度図３を参照すると、光４０のパルスをスケルチ回路２３８と合わせて採用することにより、発光材料からの励起／発光の短いサイクルを生成することができ、これからＴａｕを判定することができる。例えば、図３および図５を参照すると、有価物品の発光材料を、励起光源２８によって生成されるパルス状の光４０に露出させることができ、励起光源２８からの光４０の生成の間スケルチ回路２３８を使用して、検出放射光信号４４だけを電子的に遮断する。図４におけると同様、図５でも、励起光源２８からの光４０のオフへの切り替えと、スケルチ回路２３８のオフへの切り替えとの間に遅れが示されていないが、一般には減衰が存在し、減衰を解明する(account for)ために、通常、光４０のパルス間の間隔を判定することは認められよう。図５を参照しつつ、引き続き図３も参照して、光４０のパルスを互いに十分に近接させて、発光材料が未だ第１パルスによる放射光を放出している間に第２パルスが発生することができる。その効果は、発光材料の励起によって、第２パルスが停止した後に、光４０の第１パルスの後の初期発光強度４１よりも大きい初期発光強度４５を生成できることである。

[0039] Ｔａｕは、スケルチ回路２３８をオフに切り替えた後の実質的に等しい時点における発光材料からの発光の強度を、光４０の第１パルスおよび第２パルスの双方に対して測定することによって判定することができる。これに関して、Ｔａｕは、動く有価物品についても効果的に判定することができる。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、異なるＴａｕ値に基づいて測定した発光強度がどのように変化するかを示す目的で異なるＴａｕ値を有する発光材料を調査するときに、光４０の第１パルスおよび第２パルスの双方に合わせてスケルチ回路２３８をオフに切り替えた後に、どのように発光強度を測定できるかを表す模式図を示す。この場合も、図６（ａ）では、光４０のオフへの切り替えとスケルチ回路２３８のオフへの切り替えとの間に遅れは示されていないが、一般には減衰が存在することは認められよう。図６（ａ）を参照すると、光４０の経時的な電圧は、第１光パルス４７および第２光パルス４９を含み、スケルチのオン／オフに対する経時的な対応する電圧と共に示されている。図６（ｂ）は、比較的素早い減衰率を有する発光材料の発光強度を示し、発光強度は点５１および５３において測定される。一方図６（ｃ）は、比較的遅い減衰率を有する発光材料の発光強度を示し、発光強度は点５５および５７において測定される。図６（ｂ）および図６（ｃ）の比較から分かるように、点５３の点５１に対する電圧比は、点５７の点５５に対する電圧比よりも遙かに小さい。これらの比の差をＴａｕ値に相関付けることができる。

[0040] 以上の詳細な説明では少なくとも１つの例証的な実施形態を紹介したが、大多数の変形が存在することは認められてしかるあべきである。また、１つまたは複数の例証的な実施形態は例に過ぎず、本主題の範囲も、適用可能性も、構成も限定することは全く意図していないことも認められてしかるべきである。逆に、以上の詳細な説明は、当業者に、例証的な実施形態を実現するための便利なロード・マップを提供する。尚、添付する請求項に明記される範囲から逸脱することなく、例証的な実施形態において説明したエレメントの機能および構成(arrangement)には種々の変更が可能であることは理解されよう。

Claims (10)

1. 有価物品の認証方法であって、
   発光材料を含む前記有価物品を用意するステップと、
   励起光源、光学フィルタ、光検出器、信号操作回路、および増幅器を用意するステップと、
   前記有価物品の発光材料を、前記励起光源によって生成された光に露出させるステップと、
   前記光学フィルタを使用して、前記励起光源からの光と前記発光材料からの放出放射光とを含む放射光を濾波して、前記発光材料から放出された放射光を含む濾波放射光を生成するステップと、
   前記光検出器を使用して前記濾波放射光を検出し、検出放射光信号を生成するステップと、
   前記信号操作回路を使用して前記検出放射光信号を電子的に操作して、前記検出放射光信号に基づく認証判定に対する前記励起光源からの光の影響を低減するステップと、
   前記検出放射光信号を電子的に操作した後に、前記増幅器によって前記検出放射光信号を増幅して、増幅電子信号を生成するステップと、
   前記増幅電子信号またはそれから導かれたデータを認証出力に変換するステップと、
   を含む、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記光検出器が、前記有価物品から反射した前記励起光源からの光を受光するように位置付けられ、前記濾波放射光を検出するステップが、更に、前記有価物品から反射した前記励起光源からの光を含む前記濾波放射光を検出するステップを含む、方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記信号操作回路が電子周波数フィルタであり、前記発光材料が、前記励起光源によって所定の変調周波数で生成された変調光に露出され、前記検出放射光信号を電子的に操作するステップが、前記電子周波数フィルタを使用して、前記検出放射光信号の内、前記励起光源の前記所定の変調周波数の部分を、前記検出放射光信号の所望部分に関して選択的に減衰させて濾波電子信号を生成するステップを含む、方法。
4. 請求項３記載の方法において、前記発光材料から放出された放射光が、前記励起光源によって生成される変調光と同じ波長帯域内に発光成分を有し、前記検出放射光信号の部分を選択的に減衰させるステップが、前記検出放射光信号の内前記変調光によって生成された部分を選択的に減衰させるステップを含み、前記濾波電子信号が、前記変調光と同じ波長帯域を有する前記放出放射光によって生成された部分を含む、方法。
5. 請求項３記載の方法において、前記発光材料が、当該発光材料からの放射光の放出中に周波数応答を呈し、前記発光材料の周波数応答が前記所定の変調周波数を含み、前記検出放射光信号の内前記所定の変調周波数の部分を選択的に減衰させるステップが、前記検出放射光信号の内、前記所定の変調周波数で前記発光材料によって生成された部分を選択的に減衰させるステップを含む、方法。
6. 請求項１記載の方法において、前記信号操作回路がスケルチ回路であり、前記検出放射光信号を電子的に操作するステップが、前記励起光源からの光の生成が停止されるまで、前記スケルチ回路によって、前記検出放射光信号を電子的に遮断するステップを含む、方法。
7. 請求項６記載の方法において、前記有価物品の発光材料を、前記励起光源によって生成された光に露出させるステップが、前記励起光源によって生成された光をパルス状にするステップを含み、前記検出放射光信号を電子的に操作するステップが、前記励起光源からの光の生成の間だけ、前記検出放射光信号を電子的に遮断するステップを含む、方法。
8. 請求項７記載の方法であって、更に、光の各パルスが停止された後に、実質的に等しい時間間隔で、前記増幅電子信号の電圧を測定するステップを含む、方法。
9. 認証デバイスであって、
   光を生成するように構成された励起光源と、
   前記励起光源からの光と、発光材料から放出された放射光とを含む放射光を濾波し、前記発光材料から放出された放射光を含む濾波放射光を生成するように構成された光学フィルタと、
   前記変調光を使用した励起の後に前記濾波放射光を検出し、検出放射光信号を生成するように構成された光検出器と、
   前記検出放射光信号を電子的に操作して、前記検出放射光信号に基づく認証判定に対する前記励起光源からの光の影響を低減するように構成された信号操作回路と、
   前記検出放射光信号が電子的に操作された後に、前記検出放射光信号を増幅するように構成された増幅器と、
   を含む、認証デバイス。
10. 認証システムであって、
    入口を有する物品経路であって、前記入口が有価物品を受け取る容量を有する、物品経路と、
    前記物品経路内に配置された認証デバイスであって、
    光を生成するように構成された励起光源と、
    前記励起光源からの光と、発光材料から放出された放射光とを含む放射光を濾波し、前記発光材料から放出された放射光を含む濾波放射光を生成するように構成された光学フィルタと、
    前記濾波放射光を検出し、検出放射光信号を生成するように構成された光検出器と、
    前記検出放射光信号を電子的に操作して、前記検出放射光信号に基づく認証判定に対する前記励起光源からの光の影響を低減するように構成された信号操作回路と、
    前記検出放射光信号が電子的に操作された後に、前記検出放射光信号を増幅して増幅電子信号を生成するように構成された増幅器と、
    前記増幅電子信号またはそれから導かれたデータを認証出力に変換する役割を有する回路と、
    を含む、認証デバイスと、
    前記認証デバイスと電子的に通信可能なユーザ・インターフェースであって、認証出力をユーザに伝える役割を有する、ユーザ・インターフェースと、
    を含む、認証システム。
    

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