KR20200101403A - 광 센서 및 감쇠 시간 스캐너 - Google Patents

광 센서 및 감쇠 시간 스캐너 Download PDF

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Abstract

발광 물질에 의해 방사된 광의 감쇠 시간을 검출하기 위한 개시된 스캐너는, 그 고감도 광 센서가 여기광에 응답하여 방사되는 발광을 신뢰성 있게 측정할 수 있고 따라서 대응하는 감쇠 시간값을 정확하게 결정할 수 있도록, 발광 물질로 전달되는 여기광의 강도에 따라 적응하도록 그 광원을 구동하는 구동 전류 또는 구동 전압의 값을 적응시키도록 동작 가능한 제어 유닛을 갖는다.

Description

광 센서 및 감쇠 시간 스캐너
본 발명은, 발광 물질(luminescent material)에 의해 방사되는 발광(luminescence light)의 감쇠 시간(decay time) 특성을 검출 및 결정하기 위한 광학 디바이스의 기술 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 적절한 여기광(excitation light)의 조명에 응답하여 상기 발광 물질에 의해 방사되는 발광의 감쇠 시간 특성에 기초하여 발광 물질을 포함하는 물품을 인증하기 위한 (휴대형(hand-held)) 광학 스캐너와 같은 광학 디바이스에 관한 것이다.
발광 물질은, 서류 또는 물품 상에 배치되는 보안 마킹이나, 서류 또는 물품의 벌크 재료에서, 인증 특징(authenticity feature)으로서 흔히 사용된다. 발광 물질은, 전형적으로, 소정 파장의 여기 방사선의 에너지를 다른 파장을 갖는 발광으로 변환한다. 마킹의 인증을 위해 사용되는 발광 방사는 UV 광(400㎚ 미만), 가시광(400~700㎚) 또는 근적외선 내지 중적외선(700~2500㎚)의 스펙트럼 범위에 있을 수 있다.
"업-컨버터" 물질은 여기 방사선보다 짧은 파장의 방사선을 방사한다. 반대로, "다운-컨버터" 물질은 여기 방사선보다 긴 파장의 방사선을 방사한다. 대부분의 발광 물질은 둘 이상의 파장에서 여기될 수 있으며, 일부의 발광 물질은 둘 이상의 파장에서 동시에 방사할 수 있다.
발광은: (i) 여기 방사선이 제거된 후 관찰 가능한 (전형적으로, 대략 1 ㎲ 초과로부터 대략 100 s 까지의 감쇠 수명을 갖는) 시간-지연 방사선 방사와 관련된 인광(phosphorescence), 및 (ii) 여기 시에 (통상적으로, 1 ㎲ 미만의 감쇠 수명을 갖는) 즉각적인 방사선 방사와 관련된 형광(fluorescence)으로 나뉠 수 있다.
따라서, 발광 물질은, 제1 파장 범위 내의 여기광으로 조명 시, 전형적으로 (사용된 물질에 따라) 제1 파장 범위와 다르거나 제1 파장 범위와 겹칠 수 있는, 제2 파장 범위 내의 발광을 방사한다. 예를 들어, 시간에 따른 그의 방사광 강도 프로파일 또는 여기 중단 후의 그의 특징적인 감쇠 시간과 같은 발광 물질의 특징적인 스펙트럼 특성은, 이 물질의 시그니처(signature)이며 따라서 진품 또는 위조품을 검출하기 위한 인증 특징으로서 사용될 수 있다.
발광 물질은 보안 잉크 또는 코팅의 전통적인 성분이다. 예를 들어, 다음의 특허들 EP 0 066 854 B1, US 4,451,530, US 4,452,843, US 4,451,521은, (뚜렷이 구별되는 감쇠 시간 특성을 갖는 염료의 혼합물을 포함할 수 있는) 발광 성분 및 그러한 성분을 포함하는 보안 용지를 개시한다. 발광의 검출 및 마킹된 물품의 인증을 위한 프로세스 및 장치도 공지되어 있다: 예를 들어, (발광 방사의 감쇠 거동을 감지하는 것을 개시하는) US 4,598,205 또는 US 4,533,244 참조. 발광 코드형 심볼이 US 3,473,027에서 알려져 있고, 발광 코드를 위한 광학 리더가 US 3,663,813에 개시되어 있다. US 6,996,252 B2, US 7,213,757 B2 및 US 7,427,030 B2는, 물품을 인증하기 위해, 뚜렷이 구별되는 감쇠 시간 특성을 갖는 2개의 발광 물질을 사용하는 것을 개시한다.
시간-의존성 발광을 검출하기 위한 종래의 스캐너는 전원, 여기광으로 발광 물질을 조명하기 위해 전원에 연결된 광원, 발광 물질에 의해 방사된 발광의 강도를 측정하기 위한 광 센서, 그리고 방사된 발광의 시간에 따른 강도 프로파일을 취득하기 위해 전원, 광원 및 광 센서를 제어하고, 이 강도 프로파일로부터 감쇠 시간값을 산출하기 위한 제어 유닛(프로세서)을 포함한다.
(발광 물질의 검출을 위해 스펙트럼의 어느 부분이 사용되는지에 따라) 그러한 스캐너에 대한 종래의 광원은, (통상적으로 대략 400 ㎚ 내지 대략 2500 ㎚ 사이의 파장에 대해) 백열등(이들 램프는 펄스형 광을 전달하기 위한 광전 디바이스 또는 기계적 디바이스와 함께 사용됨), (예를 들어, 제논(Xenon) 고압 플래시 램프 등의) 플래시 램프, 레이저 또는 발광 다이오드(통상적으로 대략 250 ㎚ 내지 대략 1 미크론의 파장에 대한, UV, 가시 또는 IR 영역에서 방사하는 LED들)이다. 종래의 광원은 구동 전류(예를 들어, LED)를 통해 구동되거나, 또는 구동 전압(예를 들어, 방전 램프)을 통해 구동된다.
스캐너를 위한 종래의 광 센서 또는 포토디텍터는, 포토다이오드(싱글 또는 어레이), 포토트랜지스터 또는 포토레지스턴스 회로, 선형(linear) CMOS 또는 CCD 센서이다.
또한, (코드형 또는 코드리스형의) 종래의 휴대형(hand-held) 스캐너는, 스캐너에 전원을 공급하기 위한 그 전용의 전원 모듈 이외에, (예를 들어, Wi-Fi를 통한) 무선 통신을 위한 라디오 모듈, 측정된 데이터 또는 스캐닝 파라미터를 표시하기 위한 디스플레이 모듈(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 또는 키네스코프 디스플레이), 및 (다수의 기능을 갖는 버튼 및 ON/OFF 스위치 버튼을 포함하는) 스캔 조건을 입력하기 위한 제어 인터페이스를 포함할 수 있다.
규범적으로, 발광 물질로부터의 발광의 감쇠 강도 곡선(시간에 따른 강도 프로파일)은 지수 법칙 I(t)
Figure pct00001
I0 exp(-α[t-t0])에 의해 모델링(피팅)되고, 여기서 시간 t는 여기광이 제거되는 순간 t0부터 카운트된다. 따라서, 발광 물질을 특징지우는 감쇠율 상수 α에 대응하는 값을 얻는 것은, 여기가 정지된 후 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 연속적인 강도값 I(t1),…, I(tn)으로 구성된 방사 강도 프로파일의 측정을 필요로 한다. 종래의 스캐너에서는, 펄스형 광원이, 여기 시간 간격 Δtex 동안에만 주어진 강도 및 제1 파장 범위에서의 여기광으로 발광 물질을 조명하고, 이어서, 가능하게는 조명이 정지된 후 시간 지연을 갖고서 광 센서가 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 제2 파장 범위에서 감쇠하는 발광 강도의 연속적인 값을 측정하기 시작하며, 대응하는 발광 강도 프로파일 I(t)이 메모리에 저장된다. 동작은, 복수의 발광 강도 프로파일을 얻고, 보다 신뢰할 수 있는 평균값을 산출하기 위해 반복될 수 있다. 통상적으로, 광 센서의 검출 임계값 미만 또는 그의 포화 임계값 초과의 발광 강도의 값에 대한 문제를 회피하기 위해 여기 시간 간격 및/또는 시간 지연을 설정할 수 있다. 그러나 일부 다른 변형예도 알려져 있다.
예를 들어, 특허 US 6,264,107 B1은 잠복(latent) 인광 강도가 2개의 미리 결정된 임계값을 거쳐 떨어지는데 필요한 시간으로부터 감쇠 시간을 결정하는 것을 개시하고 있다. 이 특허는 광원, 즉 매우 강한 광원으로서 플러드(flood) LED(FLED)를 포함하는 스캐너를 개시한다. 이러한 경우에, 이러한 강한 광원은 발광 물질(인광체(phosphor))을 포함하는 태그를 충분히 충전(charge)하고 노이즈에 대한 낮은 신호 응답의 문제를 방지하기 위해 참으로 필요하다.
다른 접근법에서, 특허 US 7,262,420 B1은 단일 감쇠 시간값을 얻기 위해 여기광으로 다수의 조명을 수행하는 것을 개시하고 있다: 광원은 (동일한 여기 시간 간격 동안) 연속적으로 활성화되고, 발광 강도의 단일 측정은 여기 광원에 의한 발광 물질의 조명이 스위치 오프된 후에 수행되지만, 각각의 연속하는 측정은 여기광이 스위치 오프되는 시간으로부터 카운트되는 서로 다른 시간 지연으로 수행된다. 그러나, 이 방법은 측정되는 강도값마다 하나의 조명이 필요하다. 또한, 보다 신뢰성 있는 결과를 얻기 위해, 이 방법은 동일한 시간 지연에 대응하는 반복되는 측정을 필요로 한다.
보다 강한 발광 신호를 얻기 위해, 일부 스캐너는, 발광 물질에서 발광 입자를 충분히 "충전"할 수 있도록 여기 시간 간격을 설정할 수 있게 허용한다. 또한, 결정되는 감쇠 시간값의 정확도를 높이기 위해, 복수의 유효 강도 프로파일이 연속적으로 취득되고(예를 들어, 약 100개), 이어서 이들 곡선이 합쳐지고 결과로서 얻어지는 신호가 정규화되고 정규화된 신호가 감쇠 시간값을 산출하기 위해 사용된다. 강도 프로파일의 적어도 제1 포인트의 강도값이 광 센서의 검출 임계값 초과이고 또한 그의 포화 임계값 미만일 경우 강도 프로파일이 유효하다(상기 값이 너무 낮거나 너무 높으면, 여기 시간이 각각 증가하거나 또는 감소).
종래의 스캐너는, 특히 짧은 감쇠 시간(예를 들어, 약 100 ㎲ 내지 수 ㎳) 동안, 광 여기에 대해 약한 반응을 갖는 발광 물질 또는 소량의 발광 물질을 갖는 보안 마킹의 경우에 심각한 문제에 직면한다. 결과적으로 얻어지는 저 레벨의 발광 강도 신호를 검출할 수 있기 위해서, 여기 시간을 늘리는 것만으로는 일반적으로 이 문제를 해결하기에 충분하지 않기 때문에 스캐너의 감도를 증가시킬 필요가 있다: 예를 들어, 긴 여기광 펄스를 사용할 때 발생되는 열의 양으로 인해, 광원과 발광 물질의 조명된 표면 사이의 광 가이드 - 광 가이드의 중앙의 중공부는 결과적으로 얻어지는 발광 방사 빛을 광 센서를 향해 다시 수집(collecting)하는 역할을 함 - 를 이용하여 조명 광원과 발광 물질 사이의 분리를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 방사 광을 수집하기 위해 광 가이드를 사용하는 것은 발광 강도 손실을 초래하므로, 저 레벨 광 강도 신호를 검출하는데 유리하지 않은 것으로 보인다. 이러한 발광 강도 손실을 회피하기 위해 광 센서를 발광 물질에 보다 가까이 가져가서 스캐너의 감도를 높이려 하면 역시 문제가 발생한다: 충분한 강도의 발광 방사 응답을 유발하기 위해서는 높은 조명 강도 레벨(즉, 광 센서의 검출 임계값 레벨 초과)이 필요하기 때문에, 광 센서는 일반적으로 포화되고, 결과적으로 얻어지는, 회복을 위해(즉, 광 센서의 포화 레벨 미만의 발광 강도를 정확하게 측정하기 위해) 필요한 "블라인드 타임(blind time)"은, 적어도, 발광 강도의 측정을 시작하기 전에 조명의 종료 후 (꽤 오랜) 시간 지연을 갖는 것이 필요하다. 그러나, 빠르게 감소하는, 여기 조명에 대한 발광 강도 응답의 신호로 인해, 조명의 종료와 발광 검출의 시작 사이의 이러한 시간 지연은, 가장 높은 발광 강도 신호의 일부가 감쇠 시간값을 결정하는데 사용될 수 없게 한다. 발광 강도 신호의 저 레벨 부분만이 측정될 수 있지만, 특히 약한 발광 신호의 경우에는 정확도가 떨어진다.
또한, 광 센서가 발광 물질을 포함한 마킹의 표면에 매우 근접하게 배치될 경우(예를 들어, 대략 수 밀리미터 이하), 마킹에 전달되어야 할 (예를 들어, FLED, "플래시 LED(Flash LED)"에 의한) 강력한 여기 조명은 포토다이오드를 보다 쉽게 포화시킨다. 이러한 상황은 포토다이오드의 전체 회복 시간을 증가시키는 데 기여하고, 과도한 레벨의 전류가 (대응하는 가능한 손상을 주면서) 회로에 흐르도록 할 수도 있다. 따라서, 종래의 리더에서의 강력한 조명의 경우에, 광 가이드가 광원과 마킹 사이에 배치되어 이러한 단점을 완화시키지만, (발광이 적게 검출되기 때문에) 전술한 광학 센서의 감도를 낮추는 불리함이 주어진다. 광 가이드로 인한 추가의 문제는, 더 많은 조명광이 필요하기 때문에, 전력 소비 및 방열에 불리함이 주어진다는 것이다. 그러나, 광원과 발광 마킹 사이에 광 가이드가 사용되지 않는 경우, 전술한 포화 효과는, 광 센서가 회복(즉, 불포화 상태로 돌아감)되기 전에 과도한 블라인드 시간(전형적으로 80∼100 ㎲ 이상)으로 인해 발광 강도 프로파일의 정확한 검출을 실질적으로 못하게 한다.
조명 광에 의한 여기의 종료 직후에 방사된 발광 강도 신호의 부분만이 사실상 감쇠 시간 특성을 결정하는 것과 관련있기 때문에 측정 시간을 증가시키는 것도 분명 해결책은 아니다(즉, 발광 강도 신호가 광 센서에 의해 양호한 정확도로 감지될 정도로 충분히 강할 때). 이는 약한 방사 신호로부터 짧은 감쇠 시간값을 측정하려 할 때 특히 그러하다("짧음"은 대략 100 ㎲ 미만의 값을 의미함).
따라서, 감쇠 시간 특성을 정확하게 산출하도록 마킹의 발광 물질로부터 약한 발광 강도 신호를 검출하고 대응하는 발광 강도 프로파일을 취득할 수 있으면서도, 마킹의 조명 및 발광 수집 동안 실질적으로 광 손실을 제거하면서 발광 물질에 높은 여기광 강도를 전달하도록 동작 가능한 고감도 스캐너가 여전히 필요하다.
본 발명은 고감도 광 센서 및 광 센서를 포함하는 스캐너, 특히, 위에서 언급된 종래 기술의 결점을 회피하는, 발광 물질의 대응하는 감쇠 시간을 정확하게 결정하기 위해 약한 발광(luminescence light) 강도 신호를 검출하도록 동작 가능한 컴팩트한 휴대형 광학 스캐너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 발광 물질로부터 받은 발광을 검출하기 위한 광 센서는:
- 바이어스 전압(Vb)을 전달하도록 동작 가능한 바이어스 레귤레이터;
- 전달된 바이어스 전압(Vb)에 의해 역(reversely) 바이어스되도록 바이어스 레귤레이터에 연결된 캐소드(cathode)를 가지는 포토다이오드 - 포토다이오드는, 광도전(photoconductive) 모드에서, 주어진 포토다이오드 스펙트럼 범위에서 받은 발광에 응답하여 광전류 강도(Ip)를 전달하도록 동작 가능함 - ;
- 연산 증폭기의 반전(invernting) 입력 터미널과 출력 전압 터미널 사이에 피드백 저항(Rf) 및 피드백 저항(Rf)과 병렬로 장착된 피드백 커패시터(Cf)를 갖는 연산 증폭기를 포함하는 반전 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기 - 연산 증폭기의 반전 입력 터미널은 포토다이오드의 애노드(anode)에 연결되고, 전달된 광전류 강도(Ip)를 출력 전압 터미널에서의 출력 전압 신호(Vout)로 변환하도록 동작 가능함 - 를 포함하고,
- 광 센서는, 이미터(E)와 베이스(B)가 피드백 저항(Rf) 및 피드백 커패시터(Cf)와 병렬로 연결된 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터 - 그 베이스(B)는 출력 전압 터미널에 연결되고 그 컬렉터(C)는 접지됨 - 를 더 포함한다.
광 센서의 바이어스 레귤레이터는, 바람직하게는, 저 노이즈의, 고속 과도 응답(fast transient response) 바이어스 레귤레이터이다.
광 센서는, 바이어스 레귤레이터에 의해 유발된 전압 변동을 제거하도록 적응된, 포토다이오드의 캐소드에 연결되고 접지된 직렬의 커패시터(C1 및 C2) - 접지된 저항(Rg)이 커패시터(C1 및 C2) 사이의 터미널 및 연산 증폭기의 비-반전(non-inverting) 출력 터미널에 연결되어 있음 - 를 더 포함할 수 있다.
광 센서는, 포토다이오드에 전달되는 바이어스 전류(Ibias)의 강도를 측정하도록 동작 가능한, 포토다이오드의 캐소드와 바이어스 레귤레이터의 출력 전압 터미널 사이에 연결된 바이어스 전류 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 여기 파장 범위 내에서 여기광에 의한 조명(illumination) 시에 발광 물질로부터 발광을 검출하기 위한 스캐너 - 발광 물질은 방사 파장 범위 내에서 발광을 방사함 - 는:
- 가변의 구동 전류 또는 구동 전압을 전달하도록 동작 가능한 전원; 및
- 전원에 연결되고, 여기 시간 간격 Δtex 동안에, 전원에 의해 전달되는 구동 전류 또는 구동 전압으로 구동되었을 때 여기 파장 범위 내의 여기광으로 발광 물질을 조명하도록 동작 가능한 광원 - 광원은 전달된 구동 전류 또는 구동 전압에 따라 변동하는 여기광 강도를 갖는 여기광을 만들어 내도록 동작 가능함 - 을 포함하고,
스캐너는,
- 광원으로 발광 물질을 조명할 때 및 대응하는 방사된 발광을 검출할 때, 출력 전압 터미널에 연결된 아날로그-디지털 신호 컨버터의 입력 터미널에 출력 전압 신호(Vout)를 전달하도록 동작 가능한, 바이어스 전류 센서를 구비한 위에 언급된 광 센서 - 아날로그-디지털 신호 컨버터는 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 출력 전압 신호(Vout)를 디지털화된 발광 강도 신호로 변환하도록 동작 가능함 - ; 및
- 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 측정된 값을 수신하도록 바이어스 전류 센서에 연결되고 그리고 제어 버스에 더 연결되는 제어 유닛을 더 포함하고, 제어 유닛은,
- 구동 전류 또는 구동 전압의 값, 및 여기 시간 간격 Δtex의 값을 설정함으로써, 전원과 제어 버스 사이에 연결된 제1 디지털-아날로그 신호 컨버터를 통해, 전원을 제어하도록 동작 가능하고, 그리고
- 오프셋 전류 강도(Io)를 디지털화된 오프셋 전류 강도로 변환하기 위해, 측정 시간 간격 Δtmeas의 값을 설정하고 측정 시간 간격 Δtmeas의 값에 걸쳐 발광 강도 신호를 취득하여 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 형성하기 위해, 제어 버스에 더 연결된 아날로그-디지털 신호 컨버터 및 포토다이오드의 애노드에 연결된 오프셋 저항(Ro)에 연결되고 그리고 제어 버스에 더 연결된 제2 디지털-아날로그 신호 컨버터의 양쪽 모두를 통해 광 센서를 제어하도록 동작 가능하고,
- 제어 유닛은, 전달된 발광 강도 신호에 대응하는 발광 강도값이 포토다이오드의 포화 임계값에 대응하는 최대 강도값 Imax 미만이도록 광원에 전달되는 구동 전류의 값 또는 구동 전압의 값을 적응시키기 위해, 발광 강도 신호를 수신하고 전원을 제어하도록 더 동작 가능하다.
본 발명에 따른 스캐너의 제어 유닛은, 포토다이오드에서 대응하는 전류 강도의 레벨이 포토다이오드 전류 강도 임계값 미만이고 그리고 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터를 통한 대응하는 전류 강도의 레벨이 트랜지스터 전류 강도 임계값 미만이도록, 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 측정된 값에 기초하여, 광원으로 전달되는 구동 전류의 값, 또는 구동 전압의 값을 적응시키도록 더 동작 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너의 일 실시형태에서, 제어 유닛은, 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 측정된 값, 디지털화된 오프셋 전류 강도(I0)의 수신된 값, 및 디지털화된 발광 강도 신호의 수신된 값에 기초하여, 제2 디지털-아날로그 신호 컨버터를 통해 전달된 오프셋 전류 강도(Io)의 값을 설정하도록 더 동작 가능할 수 있다. 또한, 스캐너는, 제어 유닛을, 광원을 스위치 오프(switch off)하고나서, 디지털화된 발광 강도 신호를 취득하고 오프셋 전류의 값을 설정하도록 하여 취득된 디지털화된 발광 강도 신호가 제로에 근접하게 함으로써 미광(stray light)으로 인한 전류 강도를 보상하도록 동작시킬 수 있다. 또한, 스캐너는, 제어 유닛을, 광원을 구동하고나서 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 형성하고, 측정 시간 간격 Δtmeas 후에 취득된 디지털화된 발광 강도 신호의 값이 제로에 근접하는지 확인하고, 확인된 값이 제로에 근접하지 않을 경우, 측정 시간 간격 Δtmeas 후에 추가로 취득된 디지털화된 발광 강도 신호의 값이 제로에 근접하도록 오프셋 전류의 값을 더 설정하고, 이어서 여기 시간 간격 Δtex 동안 발광 물질을 조명하도록 스캐너를 제어하고, 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 적어도 하나의 대응하는 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 취득하고 그리고 각각의 취득된 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일을 메모리에 저장하도록 더 동작시킬 수 있다. 바람직하게는, 스캐너는, 그의 제어 유닛을, 저장된 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일로부터 발광 물질의 감쇠 시간값을 결정하도록 더 동작시킬 수 있다. 또한, 제어 유닛은 결정된 감쇠 시간값이 감쇠 시간의 참조값과 매칭될 경우 발광 물질이 진품인 것으로 결정하도록 더 동작 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐너의 실시형태의 위에 언급된 변형예 중 어느 하나에 있어서, 조명 광원은 플랫(flat) LED를 포함할 수 있고 포토다이오드는 플랫(flat) 포토다이오드일 수 있고, 플랫 LED 및 플랫 포토다이오드는 인접하여 장착될 수 있으며, 발광 물질을 조명하고 대응하는 발광을 수집(collecting)하기 위한 스캐너의 노즈 피스(nose piece)의 평탄한 지지 부재 상에 배선되고, 이에 의해 광 가이드가 필요없이 발광 수집 효율(luminescence light collection efficiency) 및 조명을 향상시키도록 노즈 피스가 발광 물질에 근접하게 배치되는 것을 허용할 수 있다. 바람직하게는, 스캐너는, 조명 광원이, 지지 부재 상에 직렬로 배선된 복수의 플랫 LED, 및 지지 부재 상에 병렬로 배선된 복수의 플랫 포토다이오드를 포함하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너에서, 검출된 발광 신호가 용인 가능한 것이도록(즉, 광 센서의 신뢰할 수 있는 작동 범위 내에 있음), (광원에 적응된 전원에 따라) 구동 전류 강도 또는 구동 전압의 값에 의해 여기광의 강도를 설정하여, 신뢰할 수 있는 발광 강도를 얻는 것과 각각의 발광 강도 프로파일에 대해 동일한 여기 시간을 갖는 것의 양쪽 모두를 허용하고, 따라서 동일한 여기 시간에 대응하는 복수의 강도 프로파일이 보다 양호한 정확도를 가진 (가능하게는 정규화된) 프로파일을 얻기 위해 사용될 수 있다.
주어진 범위 내의 발광 강도값일 경우, 발광 강도값은, 제어 유닛에 의해 용인될 수 있는 것으로 판정될 수 있다. 예를 들어, 발광 강도값은, 광 센서의 검출 임계값 이상이고, 그리고 광 센서의 포화 임계값 미만, 즉 광 센서의 신뢰할 수 있는 검출 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 발광 강도값의 범위는, 측정된 발광 강도의 신호 대 잡음비가 임계값 초과이고 대응하는 측정 동작 동안 광 센서가 포화되지 않도록 보장할 수 있다.
이하, 상이한 도면에 걸쳐 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타내며 본 발명의 중요한 양태 및 특징이 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 여기 조명에 응답하여 발광 물질로부터 수신되는 발광 강도 신호의전형적인 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따라 발광 물질로부터 발광을 검출하기 위한 광 센서의 전기 회로의 개략도이다.
도 3은, 본 발명에 따라, 바이어스 전류 센서가 추가로 연결된 도 2의 광 센서의 전기 회로의 개략도이다.
도 4는, 도 3의 광 센서를 포함하는, 본 발명에 따른 스캐너의 전기 회로 안(scheme)을 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 플랫 LED를 구비한 광원 및 플랫 포토다이오드를 구비한 광 센서를 통합시킨 컴팩트 스캐너 노즈 피스를 나타낸다.
도 6은, 도 5의 광원의 전기 회로 안을 나타낸다.
도 7은, 도 5의 광원의 전기 회로 안을 나타낸다.
(발광 강도 프로파일 I(t)을 취득하고 당해 프로파일로부터 발광 물질의 감쇠 시간 특성을 정확하게 산출하는 것을 허용하도록) 마킹의 발광 물질로부터 약한 발광 강도 신호를 검출할 수 있는 고감도 광 센서를 얻기 위해서, 여기광에 의한 강력한 조명이 마킹에 전달된 직후 광 센서의 고감도 포토다이오드의 고속 회복(즉, 탈포화(desaturation))을 가능하게 하여, 이 여기에 응답하여 마킹의 발광 물질에 의해 방사된 발광 강도 신호의 정확한 검출이, 포토다이오드가 발광 물질의 발광면에 매우 근접하게 배치된 경우라도 (약하며 감소하는) 발광 강도 신호가 방사 강도의 최대에 여전히 근접한 동안에(즉, 조명 펄스의 종료 직후에), 조명의 종료 후 매우 신속히 시작될 수 있게 할 수 있는 특정 전자 회로가 개발되어 왔다.
도 1은, 여기 조명의 응답으로 발광 물질로부터의 발광 강도 신호의 전형적인 형상을 나타낸다. (예를 들어 FLED("Flood LED")에 의해, 여기 파장 범위 내의 파장 스펙트럼을 갖는) 여기광의 강력한 펄스가, 우선, 여기 시간 간격 Δtex 동안에 발광 물질을 포함하는 마킹에 조사되고나면, 응답으로, 발광 물질은, t0인 순간에서 조명의 종료에서 최대값 Iem에 도달하는 강도를 갖는 (방사 파장 범위 내의) 발광을 방사한다. 강력한 조명으로 인해, 일반적으로 이 값 Iem은 발광 방사를 검출하기 위해 사용되는 광 센서의 포토다이오드의 포화 임계값에 대응하는 최대 강도값 Imax를 초과한다. 전형적으로, 시간에 따른 방사된 발광 강도 신호 IL는 고려되는 특정 발광 물질의 특성인 감쇠 시간값을 τ로 갖는, 감소하는 지수 커브 IL = Iem exp(- (t-t0)/τ)에 의해 피팅(fitted)될 수 있다. 일반적으로, 포토다이오드는, 방사된 발광 강도의 대응하는 값 I1을 검출하기 위해, 일단 불포화 상태에 있으면, t0에서 조명의 종료 후에 순간 t1으로부터만 발광 강도 신호를 정확히 검출하기 시작하고, 방사된 감소하는 발광 강도가 포토다이오드의 노이즈 임계값에 대응하는 최소 강도값 Imin(제로에 근접함) 미만(이 미만에서는 측정된 강도값이 충분히 정확하지 않음)으로 떨어지기 전에 측정 시간 간격 Δtmeas 동안에 각각의 후속하는 순간들 t2,…, tN에서 발광 강도 I2(t2),…, IN(tN)를 검출하는 것을 계속한다. 예를 들어, "제로에 근접함"이라는 표현의 의미를 설명하기 위해, 도 5 및 도 7에 나타낸 5개의 포토다이오드 D5-D9를 갖는 광 센서에서, 최소 강도 Imin의 전형적인 값은 암전류 강도의 약 5배, 즉, 대략 20 V의 역(바이어스) 전압에 대해 대략 5×5 ㎁ = 25 ㎁이다. 따라서, 측정된 발광 강도값 I1(t1),…, IN(tN)은 (곡선 피팅 또는 보간을 통해) 발광 강도 프로파일 I(t)을 결정하기 위해 사용될 수 있으며, (해당 분야에서 알려진 바와 같이) 발광 강도 프로파일 I(t)로부터 특징적인 감쇠 시간 파라미터 τ의 값이 결정될 수 있다. 실제 상, τ에 대한 보다 신뢰할 수 있는 통계적(평균) 값을 얻기 위해, 조명-검출 사이클은 복수의 발광 강도 프로파일을 취득하기 위해 소정 횟수 반복된다. 예를 들어, 대략 100 ㎲의 여기 시간 간격 Δtex에 대응하는 조명 펄스를 갖는, 적외선(IR) 파장 범위(즉, 대략 700 ㎚와 1 ㎜ 사이, 예를 들어 900 ㎚ 근방)에서의 조명 광으로 여기되는 것으로 말할 수 있으며, 수 밀리 초(예를 들어, 대략 4 ㎳)의 측정 시간 간격 Δtmeas으로 적외선(IR) 범위(예를 들어, 900 ㎚ 근방)에서 발광을 방사하는 발광 물질을 언급한다. 발광 물질에 따라서, 방사된 IR 발광은 대략 수 ㎲와 수 ㎳ 사이(예를 들어, 15 ㎲와 10 ㎳ 사이)의 범위일 수 있는 감쇠 시간 특성(decay time characteristic) τ를 갖는다.
하나의 포토다이오드(1)만을 갖는 도 2에 도시된 위에서 언급된 고감도 고속 회복 광 센서를 얻기 위해서, 포토다이오드 모듈은, 저잡음의 고속 과도 응답 바이어스 레귤레이터(2)에 의해 그의 캐소드에 인가된 양의(positive) 고전압(Vb)으로 광도전 모드에서 동작하도록 장착된 포토다이오드(1)(즉, 역 바이어스된 포토다이오드), 및 반전(inverting) 입력 터미널은 포토다이오드(1)의 애노드에 연결되고 비-반전(non-inverting) 입력 터미널은 접지된 연산 증폭기(3)를 포함하는 반전 트랜스임피던스 증폭기를 포함한다. 또한, 반전 트랜스임피던스 증폭기는, 연산 증폭기(3)의 반전 입력 터미널과 출력 전압 터미널(4) 사이에 연결된, 피드백 저항(Rf) 및 피드백 저항(Rf)과 병렬인 피드백 커패시터(Cf)를 포함한다(여기서, Rf 및 Cf는, 각각, 저항 소자 및 그 저항값, 그리고 커패시터 소자 및 그 커패시턴스(capacitance) 값의 양쪽 모두를 지칭함). 역 바이어스는 포토다이오드의 p-n 접합의 공핍층의 폭을 증가시키고, 그 결과로서 접합의 커패시턴스가 낮아지고 응답 시간이 감소된다(따라서 고주파 성능이 향상됨).
피드백 저항(Rf)은 반전 트랜스임피던스 증폭기의 (높은(high)) 이득(gain)을 설정하기 위한 것이고, (작은 값) 피드백 커패시터(Cf)는 안정성을 향상시키기 위한 것이다. 발광으로 조명될 때, 포토다이오드(1)는 광전류 강도(Ip)를 연산 증폭기(3)로 전달하고 연산 증폭기(3)는 출력 터미널(4)에서 대응하는 출력 전압(Vout)을 전달한다. 본 발명에 따르면, 포토다이오드가 발광 물질의 표면에 가까이 배치된 경우라도(그러면 연산 증폭기는 모든 전류를 배출할 수는 없음), 포토다이오드(1)의 전체 회복 시간을 현저하게 감소시키기 위해서, 포토다이오드가 강한 전류를 전달하고 출력 포토-전압이 역 바이어스 전압(Vb)에 접근함에 따라 포화될 때 나타나는 서지(surge) 전류를 배출하기 위해 그의 컬렉터(C)는 접지에 연결된 상태인 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터(5)가 피드백 저항과 피드백 커패시터 사이에 병렬로 더 연결되며, 따라서, 광 센서의 탈포화 시간의 단축을 허용할 수 있다(PNP는, 전류를 배출할 때 연산 증폭기를 "어시스트(assist)"함). 컬렉터(C)를 접지에 연결하는 것은, 조명 펄스가 멈출 때 광전류 변동으로 인한 연산 증폭기(도시하지 않음)의 전원의 장애로 인해 유발되는 링깅 효과(ringing effect)도 감소시킨다. 예를 들어, 연산 증폭기(3) 및 트랜지스터(5)를 공급하는 전압 레귤레이터(도시하지 않음)는 전형적으로 대략 500 ㎃의 큰 전류를 발생시키고, 링깅을 유발한다. 트랜지스터(5)의 이미터(E) 및 베이스(B)는 피드백 저항(Rf) 및 피드백 커패시터(Cf)와 병렬로 연결되며, 베이스(B)는 출력 터미널(4)에 연결된다. 나타낸 바와 같이, 연산 증폭기의 이득은 피드백 저항(Rf)의 값에 의해 설정되지만, 또한 주요한 잡음원(링깅 효과)이기도 하다. 컬렉터(C)를 접지에 연결하면, 바이어스 레귤레이터가 교란되지 않으며 링깅 효과가 크게 감소한다. 이 구성은 높은 이득(큰 Rf 값)을 요구하는 낮은 광 강도 레벨로 조명된 포토다이오드에 대해 특히 유리하다. 이 회로 구성의 결과로, 조명-측정 사이클과 양립되는 빠른 스위칭 속도가 허용되며, (강도가 조기에 검출되므로) 측정된 발광 강도로부터 보다 짧은 감쇠 시간 특성을 얻을 수 있으며, (포토다이오드가 검출을 시작할 때 신호가 지나치게 감쇠되지 않았기 때문에) 마킹에서의 적은 발광 물질의 양으로 인한 약한 강도 신호가 검출될 수 있고, 따라서 광 센서의 감도가 증가된다. 또한, (감소된 발광 물질의 양으로 인한 발광 방사 레벨을 검출하기 위해) 발광 물질로 전달되는 여기 펄스 강도를 증가시키는 것은 포토다이오드(1)에 의해 전달되는 강한 광전류를 생성한다. 그러나, 출력 포토전압이 역 바이어스 전압(Vb)에 접근할 때 포토다이오드는 포화되고, (서지 전류를 드레인하는 PNP 트랜지스터 덕분에) 접지를 통해 포토다이오드의 서지 전류를 배출함으로써 연산 증폭기의 포화를 회피할 수 있다.
바람직하게는, (조명-측정 사이클에 걸쳐 바이어스 전압을 값(Vb)로 유지하려 시도하는) 바이어스 레귤레이터(2)로 인한 전압 변동을 제거하기 위해, (펄스로 인한 바이어스 전압 변동으로부터 초래되는 바이어스 전류(Ibias)의 AC 변동을 차단하도록) 두 커패시터(C1 및 C2)가 직렬로 장착되어 포토다이오드(1)의 애노드와 접지(ground) 사이에 연결되며, 접지 저항(Rg)이 연산 증폭기(3)의 비-반전 입력 터미널과 두 커패시터(C1 및 C2) 사이의 터미널에 연결된다. 게다가, 저항(Ro)은 포토다이오드(1)의 애노드에 추가로 연결되고, 오프셋 전류를 흡수하고 측정된 오프셋 전류 강도(Io)를 신뢰할 수 있는 범위로 시프트 다운(shift down)시키도록 설정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광 센서는 또한, 포토다이오드(1)에 전달되는 바이어스 전류(Ibias)의 강도를 측정하기 위해, 바이어스 레귤레이터(2)의 출력 전압 터미널(Vb)과 포토다이오드의 애노드 사이에 연결된 바이어스 전류 센서(6)를 포함할 수 있다. 이러한 바이어스 전류 센서는, 여기 조명의 레벨을 제한함으로써, 포토다이오드(1)에서의 전류 강도(이 전류 강도는, 예를 들어 300 ㎃ 이상으로 높은 값에 도달할 수 있음)의 레벨을 제어하고 포토다이오드를 손상시키는 것을 회피하기 위해 필요하다.
도 4는, 도 3에 도시된 광 센서를 포함하는, 본 발명에 따른 스캐너의 전기 회로 안을 도시한다. 스캐너는, 가변 구동 전류 또는 구동 전압을 광원(8)에 전달하기 위한 전원(7)을 포함한다. 이 광원(8)은, 전원(7)에 의해 구동될 때, 여기 시간 간격 Δtex 동안, (발광 물질에 적응된) 여기 파장 범위 내의 여기광으로 발광 물질(도시되지 않음)을 조명할 수 있다 - 광원(8)은 전원(7)에 의해 전달된 구동 전류 또는 구동 전압에 따라 변동하는 여기광 강도를 갖는 여기광으로 발광 물질을 조명하도록 동작 가능함 -.
스캐너는 도 3의 광 센서를 더 포함하며, 이것은, 광원(8)에 의한 발광 물질의 조명 및 포토다이오드(1)에 의한 대응하는 방사된 발광의 검출 시, 출력 전압 터미널(4)에 연결된 ADC(9)("아날로그-디지털 신호 컨버터")의 입력 터미널에 출력 전압 신호(Vout)를 전달하도록 동작 가능하다. 이 ADC(9)는 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 수신된 출력 전압 신호(Vout)를 대응하는 디지털화된 발광 강도 신호로 변환한다.
스캐너는, 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 측정값을 수신하도록 바이어스 전류 센서(6)에 연결되고 또한 제어 버스(11)에도 연결되는 제어 유닛(10)을 더 포함한다.
제어 유닛(10)은, 구동 전류 또는 구동 전압의 값, 및 여기 시간 간격 Δtex의 값을 설정함으로써, 전원(7)과 제어 버스(11) 사이에 연결된 제1 DAC(12)("디지털-아날로그 신호 컨버터")에 의해 전원(7)을 제어한다.
또한, 제어 유닛(10)은, 오프셋 전류 강도(Io)를 디지털화된 오프셋 전류 강도로 변환하기 위해, 측정 시간 간격 Δtmeas의 값을 설정하여 측정 시간 간격 Δtmeas의 값에 걸쳐 발광 강도 신호를 취득하기 위해, 그리고 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 형성하기 위해, 제어 버스(11)에 더 연결된 아날로그-디지털 신호 컨버터(9) 및 포토다이오드(1)의 애노드에 연결된 오프셋 저항(Ro)에 연결되고 그리고 제어 버스(11)에 더 연결된 제2 디지털-아날로그 신호 컨버터(13)의 양쪽 모두를 통해 광 센서를 제어한다.
제어 유닛(10)은, 수신된 발광 강도 신호에 기초하여, 광원(8)으로 전달되는 구동 전압의 값 또는 구동 전류의 값을 적응시키기 위해 전원(7)을 제어하도록 더 동작 가능하고, 이로써 수신된 발광 강도 신호에 대응하는 발광 강도값이 포토다이오드(1) 및 연산 증폭기(3)의 포화 임계값에 대응하는 최대 강도값 Imax 미만이 되도록 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 도 5는, 8×8 ㎜ 치수의 정사각형 형상을 갖는 콤팩트한 스캐너 노즈 피스를 나타낸다 - 직렬로 배선되어 있는 4개의 플랫 LED D1~D4를 구비한 광원과, 병렬로 배선되어 있는 5개의 플랫 포토다이오드 D5~D9(여기서, 고속 응답 포토다이오드)를 구비한 광 센서가 평탄한 지지체 상에 집적되어 있다(그들은 지지체에 접착(glued)되어 있다). 이 병렬의 배선은 광 검출을 위한 높은 감도 레벨에 도달하는 것을 허용한다. 여기서, 포토다이오드는 750 ㎚ 내지 1100 ㎚의 감도의 스펙트럼 범위, 1 ㎟의 방사(radiant) 감도 영역, 5 ㎱의 상승 및 하강 시간, 11 pF의 커패시턴스, 파장 λ = 870 ㎚에서 0.65A/W인 칩의 스펙트럼 감도, 1 nA의 암전류, 및 20 V의 역 전압(reverse voltage)을 갖는다. 이러한 컴팩트한 노즈는 LED와 포토다이오드를 발광 물질을 포함한 마킹의 표면에 매우 근접하게 위치시키는 것을 허용하고, 따라서 미광을 최소화하면서 상응하는 손실 및 광 가이드를 회피한다. 예를 들어, 이 노즈 조명-검출 헤드는 200 ㎱마다 발광 강도 신호를 측정하는 것을 허용하며 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 30 내지 40개의 값을 전형적으로 취득한다.
예를 들어, 측정 사이클은 다음의 단계를 포함한다:
- (DAC(13)를 통해) 오프셋을 설정하기 위한 예비 단계이며, 스캐너의 광 센서는 광원(8)에 의한 여기 조명없이 강도 프로파일 I(t)을 취득하기 위한 광을 검출한다. 이것은 미광으로 인한 광전류 강도 신호 중의 성분을 제거할 수 있게 허용한다.
- 조명 광 펄스가 광원(8)에 의해 전달되고, 검출된 최대 광전류 강도(감쇠 시작 시에 Iem)는 광 센서의 포화 임계값에 대응하는 최대 강도값 Imax 미만이도록 펄스의 진폭을 설정하는 역할을 한다. 이어서, 오프셋 전류 강도(Io)가 더 확인되고, 측정된 광전류 강도의 최소값이 제로에 매우 가깝도록, (DAC(13)를 통해) 가능하게 설정된다.
- 후속 단계에서, 디지털화된 발광 강도 프로파일 I(t)(전형적으로 대략 100개)을 얻기 위해(및 저장하기 위해) 여기 시간 Δtex에 걸친 여기광에 의한 조명 사이클 및 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸친 발광 강도 신호의 취득이 수행되고, 프로파일에 대해 평균이 산출되고, 이것은 차례로 대응하는 (시험) 감쇠 시간 특성 τ를 산출하기 위해 사용된다.
- 발광 물질에 대한 기준값 τref와 산출된 값 τ를 비교함으로써 인증의 최종 단계가 수행된다: (합리적인) 매칭의 경우, 발광 물질을 포함한 마킹은 진품으로 간주되고, 그렇지 않으면, 마킹은 위조품으로 간주된다. 이 예에서, 대략 100 내지 120 ㎲의 감쇠 시간값이 측정될 수 있다. 대략 30 ㎲의 감쇠 시간값의 성공적인 측정으로 다른 예들이 테스트되었다.
위의 개시된 주제는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 독립 청구항에 의해 정의된 본 발명의 보다 양호한 이해를 제공하는 역할을 한다.

Claims (13)

  1. 발광 물질(luminescent material)로부터 받은 발광(luminescence light)을 검출하기 위한 광 센서로서:
    바이어스 전압(Vb)을 전달하도록 동작 가능한 바이어스 레귤레이터(2);
    상기 전달된 바이어스 전압(Vb)에 의해 역(reversely) 바이어스되도록 상기 바이어스 레귤레이터(2)에 연결된 캐소드(cathode)를 가지는 포토다이오드(1) - 상기 포토다이오드(1)는, 광도전(photoconductive) 모드에서, 주어진 포토다이오드 스펙트럼 범위에서 받은 발광에 응답하여 광전류 강도(Ip)를 전달하도록 동작 가능함 - ;
    연산 증폭기(3)의 반전 입력 터미널과 출력 전압 터미널(4) 사이에 피드백 저항(Rf) 및 상기 피드백 저항(Rf)과 병렬로 장착된 피드백 커패시터(Cf)를 갖는 상기 연산 증폭기(3)를 포함하는 반전 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기 - 상기 연산 증폭기(3)의 상기 반전 입력 터미널은 상기 포토다이오드(1)의 애노드(anode)에 연결되고, 상기 전달된 광전류 강도(Ip)를 상기 출력 전압 터미널(4)에서의 출력 전압 신호(Vout)로 변환하도록 동작 가능함 - 를 포함하고,
    이미터(E)와 베이스(B)가 상기 피드백 저항(Rf) 및 피드백 커패시터(Cf)와 병렬로 연결된 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터(5) - 그 베이스(B)는 상기 출력 전압 터미널(4)에 연결되고 그 컬렉터(C)는 접지됨 - 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 레귤레이터(2)는 저 노이즈의, 고속 과도 응답(fast transient response) 바이어스 레귤레이터인, 광 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 레귤레이터(2)에 의해 유발된 전압 변동을 제거하도록 적응된, 상기 포토다이오드(1)의 상기 캐소드에 연결되고 접지된 직렬의 커패시터(C1 및 C2) - 접지된 저항(Rg)이 상기 커패시터(C1 및 C2) 사이의 터미널 및 상기 연산 증폭기(3)의 비-반전(non-inverting) 입력 터미널에 연결되어 있음 - 를 더 포함하는, 광 센서.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토다이오드(1)에 전달되는 상기 바이어스 전류(Ibias)의 강도를 측정하도록 동작 가능한, 상기 포토다이오드(1)의 상기 캐소드와 상기 바이어스 레귤레이터(2)의 출력 전압 터미널 사이에 연결된 바이어스 전류 센서(6)를 더 포함하는, 광 센서.
  5. 여기 파장 범위 내에서 여기광에 의한 조명(illumination) 시에 발광 물질로부터 발광을 검출하기 위한 스캐너로서 - 상기 발광 물질은 방사 파장 범위 내에서 상기 발광을 방사함 - :
    가변의 구동 전류 또는 구동 전압을 전달하도록 동작 가능한 전원(7); 및
    상기 전원(7)에 연결되고, 여기 시간 간격 Δtex 동안에, 상기 전원(7)에 의해 전달되는 상기 구동 전류 또는 상기 구동 전압으로 구동되었을 때 상기 여기 파장 범위 내의 상기 여기광으로 상기 발광 물질을 조명하도록 동작 가능한 광원(8) - 상기 광원(8)은 상기 전달된 구동 전류 또는 구동 전압에 따라 변동하는 여기광 강도를 갖는 상기 여기광을 만들어 내도록 동작 가능함 - 을 포함하고,
    상기 광원(8)으로 상기 발광 물질을 조명할 때 및 대응하는 방사된 발광을 검출할 때, 상기 출력 전압 터미널(4)에 연결된 아날로그-디지털 신호 컨버터(9)의 입력 터미널에 상기 출력 전압 신호(Vout)를 전달하도록 동작 가능한 제4항에 따른 광 센서 - 상기 아날로그-디지털 신호 컨버터(9)는 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 상기 출력 전압 신호(Vout)를 디지털화된 발광 강도 신호로 변환하도록 동작 가능함 - ; 및
    상기 바이어스 전류(Ibias)의 상기 강도의 측정된 값을 수신하도록 상기 바이어스 전류 센서(6)에 연결되고 그리고 제어 버스(11)에 더 연결되는 제어 유닛(10)
    을 더 포함하고, 상기 제어 유닛(10)은,
    상기 구동 전류 또는 구동 전압의 값, 및 상기 여기 시간 간격 Δtex의 값을 설정함으로써, 상기 전원(7)과 상기 제어 버스(11) 사이에 연결된 제1 디지털-아날로그 신호 컨버터(12)를 통해, 상기 전원(7)을 제어하도록 동작 가능하고, 그리고
    오프셋 전류 강도(Io)를 디지털화된 오프셋 전류 강도로 변환하기 위해, 상기 측정 시간 간격 Δtmeas의 값을 설정하고 상기 측정 시간 간격 Δtmeas의 값에 걸쳐 상기 발광 강도 신호를 취득하여 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 형성하기 위해, 상기 제어 버스(11)에 더 연결된 상기 아날로그-디지털 신호 컨버터(9) 및 상기 포토다이오드(1)의 상기 애노드에 연결된 오프셋 저항(Ro)에 연결되고 그리고 상기 제어 버스(11)에 더 연결된 제2 디지털-아날로그 신호 컨버터(13)의 양쪽 모두를 통해 상기 광 센서를 제어하도록 동작 가능하고,
    상기 제어 유닛(10)은, 전달된 발광 강도 신호에 대응하는 발광 강도값이 상기 포토다이오드(1)의 포화 임계값에 대응하는 최대 강도값 Imax 미만이도록, 상기 광원(8)에 전달되는 상기 구동 전류의 상기 값 또는 상기 구동 전압의 상기 값을 적응시키기 위해, 상기 발광 강도 신호를 수신하고 상기 전원(7)을 제어하도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 유닛(10)은, 상기 포토다이오드(1)에서 상기 대응하는 전류 강도의 레벨이 포토다이오드 전류 강도 임계값 미만이고 그리고 상기 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터(5)를 통한 상기 대응하는 전류 강도의 상기 레벨이 트랜지스터 전류 강도 임계값 미만이도록, 상기 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 측정된 값에 기초하여, 상기 광원(8)으로 전달되는 상기 구동 전류의 상기 값, 또는 상기 구동 전압의 상기 값을 적응시키도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제어 유닛(10)은, 상기 바이어스 전류(Ibias)의 강도의 상기 측정된 값, 상기 디지털화된 오프셋 전류 강도(I0)의 수신된 값, 및 상기 디지털화된 발광 강도 신호의 수신된 값에 기초하여, 상기 제2 디지털-아날로그 신호 컨버터(13)를 통해 상기 전달된 오프셋 전류 강도(Io)의 값을 설정하도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 광원(8)을 스위치 오프(switch off)하고나서, 디지털화된 발광 강도 신호를 취득하고 상기 오프셋 전류의 값을 설정하도록 하여 상기 취득된 디지털화된 발광 강도 신호가 제로에 근접하게 함으로써 미광(stray light)으로 인한 전류 강도를 보상하도록 동작 가능한, 스캐너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 광원(8)을 구동하고나서 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 형성하고, 상기 측정 시간 간격 Δtmeas 후에 취득된 디지털화된 발광 강도 신호의 값이 제로에 근접하는지 확인하고, 상기 확인된 값이 제로에 근접하지 않을 경우, 상기 측정 시간 간격 Δtmeas 후에 추가로 취득된 디지털화된 발광 강도 신호의 값이 제로에 근접하도록 상기 오프셋 전류의 값을 더 설정하고, 이어서 상기 여기 시간 간격 Δtex 동안 상기 발광 물질을 조명하도록 상기 스캐너를 제어하고, 상기 측정 시간 간격 Δtmeas에 걸쳐 적어도 하나의 대응하는 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일 I(t)을 취득하고, 그리고 각각의 취득된 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일을 메모리에 저장하도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 저장된 디지털화된 발광 강도 신호 프로파일로부터 상기 발광 물질의 감쇠 시간값을 결정하도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 결정된 감쇠 시간값이 감쇠 시간의 참조값과 매칭될 경우 상기 발광 물질이 진품인 것으로 결정하도록 더 동작 가능한, 스캐너.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 광원(8)은 플랫 LED를 포함하고 상기 포토다이오드(1)는 플랫(flat) 포토다이오드이고, 상기 플랫 LED 및 플랫 포토다이오드는 인접하여 장착되며, 상기 발광 물질을 조명하고 대응하는 발광을 수집(collecting)하기 위한 상기 스캐너의 노즈 피스의 평탄한 지지 부재 상에 배선되고, 이에 의해 광 가이드가 필요없이 발광 수집 효율 및 조명을 향상시키도록 상기 노즈 피스가 상기 발광 물질에 근접하게 배치되는 것을 허용하는, 스캐너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조명 광원(8)은, 상기 지지 부재 상에 직렬로 배선된 복수의 플랫 LED, 및 상기 지지 부재 상에 병렬로 배선된 복수의 플랫 포토다이오드를 포함하는, 스캐너.
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