PL214986B1 - Sposób uwierzytelniania zabezpieczonego dokumentu lub artykulu oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu uwierzytelniania zabezpieczonego dokumentu lub artykułu oraz urządzenie do stosowania tego sposobu, w szczególności do stwierdzania autentyczności takich zabezpieczonych dokumentów lub artykułów, zwłaszcza z naniesioną cechą luminescencyjną. Za pomocą urządzenia przeprowadza się ilościowy pomiar natężenia emisji luminescencyjnej i parametrów charakterystycznych takiej cechy.

Znanymi elementami bezpieczeństwa, służącymi do zabezpieczania banknotów, papierów wartościowych i innych artykułów wymagających zabezpieczenia, są związki luminescencyjne. Takie związki wprowadza się w podłoże zabezpieczanych artykułów, nadrukowuje się na zabezpieczanych artykułach w postaci farby drukarskiej, lub zamocowuje się na zabezpieczanych artykułach w postaci nitki zabezpieczającej, folii lub nalepki z nimi.

Znany sposób wykrywania luminescencyjnych elementów zabezpieczających jest opisany na przykład w patencie US 5.918.960, za pomocą urządzenia do wykrywania falsyfikatów, którego podstawą jest lampa UV wzbudzająca luminescencję, i dwie fotokomórki, do pomiaru natężenia Iuminescencji w funkcji natężenia promieniowania tła. Szczególnym problemem przy detekcji Iuminescencji jest odróżnienie słabego sygnału Iuminescencyjnego od często znacznie silniejszych sygnałów tła, spowodowanych oświetleniem otoczenia. Jako możliwość przezwyciężenia tego utrudnienia proponowano zastosowanie pobudzenia modulowanego i detekcji synchronicznej.

W patencie US 5.608.225 opisano udoskonalone urządzenie do wykrywania fluorescencji oraz sposób wykorzystujący modulowane źródło pobudzające, fotokomórkę i detektor fazowy, dla stłumienia sygnałów tła. W patentach US 4.275.299, US 5.548.106, US 5.418.855 i US 5.574.790 opisano inny sprzęt detekcyjny, wykorzystujący pobudzanie z modulacją. W opisie US 3.656.835 proponuje się łączne wykorzystanie źródła stałego pobudzenia ultrafioletem UV i modulowanego pola magnetycznego, do wytwarzania i detekcji emisji modulowanej magnetycznych układów potrójnych luminoforów. W opisach US 5.315.993 i US 5.331.140 proponuje się monitorowanie zaniku luminescencji z zastosowaniem multipleksowania z więcej niż jedną częstotliwością modulacji źródła wzbudzającego, na przykład w przypadku odczytywania niewidocznych fluorescencyjnych kodów paskowych. W opisach US 5.548.124 US 5.757.013 proponuje się pomiar iloczynowej modulacji sygnału wzbudzającego i odbieranego zwrotnie sygnału odpowiedzi luminescencyjnej.

Znane układy detekcji luminescencji działające w oparciu o zasadę modulacji są zupełnie niewrażliwe na wpływy światła otoczenia, które nie ma tej samej częstotliwości i fazy modulacji, co własne źródło światła detektora. Z drugiej strony są one bardzo wrażliwe na swoją własną częstotliwość modulacji. W niektórych przypadkach, modulowane światło wzbudzające jest silnie rozpraszane wstecznie na powierzchni próbki i przenika przez układ filtru optycznego do fotokomórki detektora. Żaden filtr optyczny nie wykazuje silnego 100%-wego tłumienia składowych świetlnych spoza pasma. To resztkowe światło wzbudzające, które ma dokładnie tę samą częstotliwość, co odpowiedź luminescencyjna, dodaje się zatem do wykrywanego natężenia sygnału luminescencyjnego. W przypadku słabego sygnału luminescencyjnego, wspomniany sygnał tła utrudnia właściwe określenie natężenia sygnału luminescencyjnego.

Stanowi to większe zaburzenie, ponieważ sygnał tła jest uzależniony od współczynnika odbicia podłoża, który może się zmieniać niezależnie od natężenia sygnału luminescencji. W przypadku sprawdzania autentyczności banknotów, współczynnik odbicia zależy w znacznym stopniu od czynników zewnętrznych, na przykład zabrudzenia i zużycia, co utrudnia sprawdzenie autentyczności banknotu, jeżeli można dokonywać rozróżnienia między sygnałem po prostu rozpraszanym przez tło, a rzeczywistym sygnałem emisji luminescencyjnej.

Sposób uwierzytelniania zabezpieczonego dokumentu lub artykułu, w którym stosuje się przynajmniej jeden luminescencyjny związek chemiczny, który to luminescencyjny związek chemiczny jest częścią zabezpieczonego dokumentu lub artykułu i jest pobudzany przez źródło światła wzbudzania, a wykazuje narastanie w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po włączeniu źródła światła wzbudzania i zanik w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po wyłączeniu źródła światła wzbudzania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że źródło światła wzbudzania włącza się podczas pierwszego interwału czasowego i wyłącza się podczas drugiego interwału czasowego, przy czym mierzy się przynajmniej dwie wartości natężenia luminescencyjnego za pomocą przynajmniej jednego kanału detekcyjnego, dla przynajmniej jednej długości fali luminescencyjnej przynajmniej podczas dwóch kolejnych równych przedziałów czasu w obrębie albo pierwszego interwału czasowego albo przedziałów czasu

PL 214 986 B1 w obrębie drugiego interwału czasowego albo obu, a ponadto odejmuje się przynajmniej dwie ze zmierzonych wartości natężenia luminescencji od siebie, z otrzymaniem wartości wypadkowej natężenia luminescencji, którą porównuje się z wartościami odniesienia, jako kryterium autentycznego.

Korzystnym jest, że piąty i szósty przedział czasu są zawarte w obrębie pierwszego interwału czasowego.

Korzystnym jest, że piąty i szósty przedział czasu jest równy połowie pierwszego interwału czasowego.

Korzystnym jest, że siódmy i ósmy przedział czasu, są zawarte w obrębie drugiego interwału czasowego.

Korzystnym jest, że siódmy i ósmy przedział czasu jest równy połowie drugiego interwału czasowego.

Korzystnym jest, że kroki, włączania i wyłączania źródła światła wzbudzania, pomiaru przynajmniej dwóch wartości natężenia luminescencji i odejmowania wartości natężenia luminescencji od siebie, powtarza się kolejno, z otrzymaniem zintegrowanych wartości wypadkowych natężenia, które są porównywane z wartościami odniesienia jako kryterium autentyczności.

Urządzenie do uwierzytelniania zabezpieczanych dokumentów lub artykułów, z naniesionym przynajmniej jednym luminescencyjnym związkiem chemicznym, przy czym ten związek luminescencyjny ulega pobudzeniu przez źródło światła wzbudzania i wykazuje narastanie w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po włączeniu źródła światła wzbudzania i zanik w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po wyłączeniu źródła światła wzbudzania, przy czym urządzenie to zawiera przynajmniej jedno źródło światła wzbudzania, przynajmniej jeden kanał fotodetektora oraz przynajmniej jeden mikroprocesor, a według wynalazku charakteryzuje się tym, że źródło światła wzbudzania jest włączone podczas pierwszego interwału czasowego i jest wyłączone podczas drugiego interwału czasowego przy sterowaniu z mikroprocesora. Kanał fotodetektora zawiera przynajmniej jeden fotodetektor wytwarzający analogowy sygnał wyjściowy przy oświetleniu go źródłem światła i przynajmniej jeden zespół próbkowania sygnału, uprawniony do próbkowania i integrowania, przy sterowaniu z mikroprocesora, odpowiednio, nie odwróconej i odwróconej składowej sygnału wyjściowego fotodetektora podczas równych, trzeciego i czwartego przedziału czasu, tworzących przynajmniej jeden wypadkowy sygnał wyjściowy. Ponadto, mikroprocesor z pamięcią jest uprawniony do digitalizacji i zapamiętywania tego przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego oraz do porównywania tego przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego z przynajmniej jedną zapamiętaną wartością odniesienia z wyprowadzeniem sygnału autentyczności.

Korzystnym jest, że pamięć mikroprocesora jest uprawniona do wewnętrznego zapamiętania wartości odniesienia.

Korzystnym jest, że wyjście mikroprocesora stanowiące wyjście przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego ewentualnie przynajmniej jednego zintegrowanego wypadkowego sygnału wyjściowego jest poprzez łącze komunikacyjne połączone z serwerem odległym dla porównania z przynajmniej jedną zapamiętaną wartością odniesienia z wyprowadzeniem i zwrotnym wysłaniem sygnału autentyczności.

Zgodnie z wynalazkiem, zaproponowano sposób i urządzenie, które pozwalają przezwyciężyć wady rozwiązań znanych.

W szczególności proponuje się sposób i urządzenie, które umożliwiają rozróżnienie między rozproszonym sygnałem pobudzającym a sygnałem emisji luminescencyjnej i selektywne wyznaczanie natężenia emisji luminescencyjnej.

Rozwiązania według wynalazku umożliwiają także ilościowe określenie natężenia luminescencji, niezależnie od współczynnika odbicia tła. Możliwe jest ponadto wyznaczenie bezwzględnej lub względnej intensywności luminescencji i wykorzystanie uzyskanych wyników do celów kodowania i identyfikacji.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest bliżej w przykładach na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowy przebieg czasowy sygnału wzbudzającego i poddawanej detekcji odpowiedzi luminescencyjnej, fig. 2 - zasadę sposobu detekcji według wynalazku, fig. 2b - bardziej szczegółowo kompensowanie się dwóch przedziałów czasu, na przykład t5 i t6, fig. 3 - schemat blokowy zespołu detekcji, z przedstawionym bardziej szczegółowo jednym kanałem fotodetektora, fig. 4a - schemat struktury części optycznej urządzenia w wersji nie obrazującej, fig. 4b - odmianę części optycznej urządzenia w wersji obrazującej, fig. 5 - schemat elektroniczny kanału fotodetektora, a fig. 6 a, b, c, d - przedstawiają wykresy czasowe sygnału wzbudzającego E i sygnałów sterujących p1, p2 bloków komutacyjnych.

PL 214 986 B1

Sposób według wynalazku umożliwia wyznaczanie wartości natężenia luminescencji bez wpływu światła otoczenia i promieniowania spowodowanego rozproszeniem wstecznym. Polega on na wykorzystaniu przynajmniej jednego związku chemicznego wykazującego właściwości emisji przedłużonej, to znaczy uzależnionego od czasu narastania emisji luminescencyjnej i dalszego emitowania zanikającego sygnału luminescencji po wyłączeniu źródła światła wzbudzania. Typową charakterystykę emisji takiego luminoforu w funkcji czasu przedstawiono na fig. 1, gdzie wykres a) przedstawia natężenie w funkcji czasu wzbudzanego impulsowo promieniowania o długości fali λ1, a wykres b) przedstawia natężenie w funkcji czasu wykrywanej odpowiedzi luminoforu. Wykrywana odpowiedź zawiera przynajmniej trzy składowe: pierwszą jest promieniowanie rozproszenia wstecznego o długości fali λ1 przenikające przez układ filtru optycznego, drugą składową jest promieniowanie luminescencyjne o długości fali λ2 emitowane podczas wzbudzania, a trzecią składową jest promieniowanie luminescencyjne o długości λ2 emitowane po wzbudzeniu.

Występowan ie promieniowania rozproszenia wstecznego 1 w detektorze, utrudnia otrzymanie dokładnych zmierzonych wartości natężenia luminescencji rzeczywistej, na przykład znajdującego odzwierciedlenie w części narastającej 2 i części zanikającej 3. Występuje to zwłaszcza w przypadku słabej luminescencji i dużej intensywności pobudzenia, na przykład w przypadku, kiedy zachodzi konieczność wykrywania luminoforu przetwarzania w górę.

Problem ten pozwala pokonać sposób według wynalazku, opisany przykładowo w odniesieniu do fig. 2. Źródło światła wzbudzającego jest okresowo włączane i wyłączane, jak to pokazano na fig. 1. Wartość wypadkową mierzonego natężenia luminescencji dla obu części narastającej i zanikającej otrzymuje się przy postępowaniu jak przedstawiono poniżej:

Okres narastania w pierwszym interwale czasowym A, między włączeniem a wyłączeniem źródła światła wzbudzania, można podzielić podrzędnie na przynajmniej dwa przedziały czasu, które korzystnie są równe. Sygnał detektora podczas tych przedziałów czasu jest całkowany z otrzymaniem wartości dla każdego przedziału. Wtedy oblicza się różnicę między sygnałem pierwszym i drugim. Przy wykorzystaniu faktu, że przedziały czasu są równe, następuje odjęcie rozproszonej wstecznie składowej przenikającej 1, wraz z występującym z innego powodu promieniowania tła (światłem otaczającym). Różnicowe natężenie sygnału resztkowego uzależnione jest wyłącznie od emisji luminescencyjnej.

W przykładzie z fig. 2, cały okres narastania w pierwszym interwale czasowym A, jest na przykład podzielony na dwa równe przedziały czasu t1, t2. Scałkowane natężenie sygnału podczas przedziału czasu t1 jest odejmowane od scałkowanego natężenia sygnału podczas przedziału czasu t2. Udział rozproszenia wstecznego, promieniowania tła i innych wpływów świetlnych powodujących błąd, zbiorczo nazywa się składowymi rozproszenia wstecznego 1. Przez odjęcie tych wartości natężenia otrzymuje się wartość wypadkową sygnału, która reprezentuje wyłącznie natężenie luminescencji.

W rozwiązaniu alternatywnym, w okresie narastania w pierwszym interwale czasowym A mogą być wydzielone dwa cząstkowe równe przedziały czasu t5, t6, przy czym te przedziały czasu są krótsze od poprzednich przedziałów czasu t1, t2 i znajdują się w pobliżu początku i w pobliżu końca pierwszego interwału czasowego A. Natężenie zintegrowanego sygnału w przedziale czasu t5 zostaje odjęte od natężenia zintegrowanego sygnału w przedziale czasu t6. Składowe pochodzące od rozproszenia wstecznego 1 i promieniowania tła kompensują się, z pozostawieniem wartości sygnału wypadkowego, reprezentatywnego dla wyłącznie natężenia luminescencji. To rozwiązanie alternatywne jest szczególnie korzystne, jeżeli zachodzi potrzeba analizowania za pomocą tego samego sprzętu, kilku materiałów luminescencyjnych o bardzo różnych charakterystycznych stałych czasu narastania.

Podobnie, można podrzędnie wydzielić przynajmniej dwa, korzystnie równe, przedziały czasu w okresie zaniku w drugim interwale czasowym D. Sygnał detektora podczas tych przedziałów czasu jest integrowany, a kształtowany jest przynajmniej jeden sygnał różnicowy między przedziałami czasu, ostatnim, a wcześniejszym, jemu równym. Z powodu, że przedziały czasu są równe, występujące z innych przyczyn promieniowanie tła (światło otoczenia) zostaje przez to odjęcie wyeliminowane. Pozostający sygnał uwarunkowany jest wyłącznie występowaniem emisji luminescencyjnej.

W przykładzie z fig. 2, okres zaniku w drugim interwale czasowym D może być w całości podzielony na dwa różne przedziały czasowe t3, t4. Sygnał scałkowanego natężenia w przedziale czasu t3 zostaje odjęty od sygnału scałkowanego natężenia w przedziale czasu t4. Składowe promieniowania tła kompensują się z pozostawieniem wartości sygnału wypadkowego, reprezentującej jedynie natężenie luminescencji.

PL 214 986 B1

Alternatywnie, z okresu zaniku w drugim interwale czasowym D mogą być wydzielone dwa równe przedziały czasu t7, t8, przy czym te przedziały czasu są krótsze od poprzednich przedziałów czasu t3, t4 i znajdują się blisko początku i blisko końca drugiego interwału czasowego D. Sygnał scałkowanego natężenia w przedziale czasu t7 zostaje odjęty od sygnału scałkowanego natężenia w przedziale czasu t8. Składowe promieniowania tła kompensują się z pozostawieniem wartości sygnału wypadkowego, reprezentującej jedynie natężenia luminescencji. To rozwiązanie alternatywne jest szczególnie korzystne, jeżeli zachodzi potrzeba analizowania za pomocą tego samego sprzętu kilku materiałów luminescencyjnych o bardzo różnych charakterystycznych stałych czasu zaniku.

Sposób według wynalazku odnosi się zatem do wykorzystania luminoforów o właściwościach emisji przedłużonej, co umożliwia wydzielanie okresów obserwacji sygnału narastania i zaniku oraz kształtowania odpowiednich różnicowych wartości sygnałów scałkowanego natężenia, dla ich wzajemnej wewnętrznej kompensacji, kompensacji tła, promieniowania otoczenia, jak również promieniowania spowodowanego rozproszeniem wstecznym samego detektora. Umożliwia to ocenę ilościową nawet niewielkiego natężenia luminescencji.

Na podstawie tej zasady, specjalista może z łatwością otrzymać i zaimplementować inne warianty opisanego sposobu, w szczególności takie, które opierają się na więcej, niż dwóch przedziałach czasu przy wydzielaniu parametrów luminescencji, i takie, które oparte są na obserwacji przedziałów czasu o niejednakowych rozmiarach.

Urządzenie według wynalazku nadaje się do wyznaczania wartości natężenia Iuminescencji i innych parametrów luminescencji, bez wpływu światła otoczenia i pobudzania promieniowaniem rozproszenia wstecznego. Urządzenie to działa na podstawie implementacji sposobu według wynalazku, w połączeniu z przynamniej jednym związkiem chemicznym wykazującym właściwości emisji przedłużonej w czasie.

Na fig. 2b objaśniono bardziej szczegółowo kompensowanie się wzajemne dwóch wartości dwóch przedziałów czasu, na przykład t5 i t6. Podczas przedziałów czasu t5 i t6 mierzy się wartości natężenia 1a, 1b, będące wynikiem rozpraszania wstecznego i innych błędów. Ponieważ przedziały czasu t5 i t6 są równe, to wartości 1a i 1b są równe.

Wartość ogólna natężenia podczas przedziału czasu t5 obejmuje wartości 1a i 2a. Wartość łączna podczas przedziału czasu t6 obejmuje wartości 1b i 2b. Ponieważ jednak wartość 2a natężenia, która jest wynikiem emisji materiału luminescencyjnego jest dość mała podczas wstępnej fazy oświetlania, a wartość 2b jest dość duża na końcu cyklu emisyjnego, to wartość będąca wynikiem odejmowania (2b - 1b) minus (1a + 2a) jest bardzo bliska wartości 2b. Przez pobieranie niewielkich próbek jak przedział czasu t5 na początku i na końcu cyklu napromieniowywania, otrzymuje się sygnały wypadkowe, które odpowiadają w dużym stopniu natężeniu emitowanego promieniowania luminescencyjnego. Oczywiście, można zdecydować się na zwiększenie długości jednego z okresów próbkowania. Jeżeli na przykład, przedział czasu t6 ma mieć długość dwa razy większą niż przedział czasu t5, to można otrzymać dokładne wartości, przez dzielenie wartości natężenia zmierzonej w przedziale czasu t6 przez czynnik 2, w celu skompensowania za dłuższy okres czasu.

Na fig. 3 przedstawiono schemat rozmieszczenia bloków funkcjonalnych kanału detekcyjnego, stanowiącego implementację sposobu według wynalazku. Wspomniany kanał detekcyjny zawiera przynajmniej jedną diodę laserową lub diodę elektroluminescencyjną jako źródło światła LD/LED dla pobudzania znacznika luminescencyjnego M na testowanej próbce S. Wspomniany kanał detekcyjny jest połączony z mikroprocesorem μΡ zaopatrzonym w pamięć Pam i przynajmniej jednym przetwornikiem analogowo-cyfrowym A/D. Kanał detekcyjny zawiera fotodiodę PD, z dołączonym wzmacniaczem transimpedancyjnym T, górnoprzepustowy filtr elektroniczny HP, dolnoprzepustowy filtr elektroniczny LP i pierwszy wzmacniacz sygnałowy λ1. Przebieg wyjściowy wzmacniacza sygnałowego λ1 jest: podawany do zespołu komutacyjnego, zawierającego gałąź dodatnią złożoną ze wzmacniacza nieodwracającego o wzmocnieniu jednostkowym (+1) i bloku komutacyjnego (S+), oraz gałąź ujemną złożoną ze wzmacniacza odwracającego o wzmocnieniu jednostkowym (-1) i bloku komutacyjnego (S-). Połączony sygnał obu bloków komutacyjnych (S+, S-) jest podawany do integratora I, za którym włączony jest drugi wzmacniacz sygnałowy A2. Sygnał wyjściowy wzmacniacza A2 jest na koniec podany do przetwornika analogowo-cyfrowego A/D mikroprocesora μΡ.

Urządzenie według wynalazku zawiera przynajmniej jeden, jednak korzystniej dwa, lub więcej niż dwa kanały detekcyjne, dla umożliwienia porównania natężeń sygnałów luminescencji pochodzących od dobranej specjalnie mieszaniny różnych luminoforów zawartych w znaczniku. Zespół detekcji lub jego poszczególne kanały detekcyjne, mogą zawierać dodatkowe elementy optyczne i elektronicz6

PL 214 986 B1 ne, jak na przykład soczewki ogniskujące lub skupiające światło, filtry optyczne, fiItry elektroniczne itp. Niektóre z bloków funkcjonalnych przedstawionych na fig. 3 mogą być również połączone ze sobą we wspólną jednostkę obwodów elektronicznych.

Wzbudzające źródło światła LD/LED i bloki komutacyjne (S+, S-) są sterowane przez mikroprocesor μΡ i umożliwiają wykonywanie przez kanał detekcyjny dowolnych i wyspecjalizowanych cykli próbkowania przez odpowiednie programowania mikroprocesora.

Mikroprocesor μΡ jest specjalnie programowany odpowiednio do realizowania kolejnych operacji, w których powtarzalnie włącza się i wyłącza źródło światła wzbudzania LD/LED dla wyznaczania przedziałów czasu, włącza się i wyłącza bloki komutacyjne, dodatni i ujemny (S+, S-) według ustalonego z góry szablonu próbkowania, odczytuje się wartości wykrywanych sygnałów w postaci cyfrowej, dla przynajmniej niektórych istniejących kanałów, za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego A/D mikroprocesora μΡ, realizuje się obróbkę matematyczną i bezwzględne lub względne porównywanie wartości sygnałów odczytanych w etapie odczytu, z wartościami odniesienia, a następnie generuje się wynik etapu obróbki matematycznej, w postaci wskazania autentyczności lub nieautentyczności badanej próbki.

Cały zespół detekcji może być wykorzystywany albo w postaci jednostki autonomicznej, działającej samodzielnie z wykorzystaniem wstępnie zapamiętanych wartości odniesienia, do stwierdzenia autentyczności badanej próbki, lub taż alternatywnie, w połączeniu z centralnym, zabezpieczonym serwerem odległym, za pośrednictwem łącza komunikacyjnego przekazującego informacje. Wspomniany centralny serwer zawiera wartości odnoszące się do autentyczności i może wykonywać niektóre operacje mikroprocesora μΡ, w szczególności operacje w etapach obróbki matematycznej i generowania wyniku tej obróbki.

Stosowane dla zabezpieczania dokumentów mieszaniny związków luminescencyjnych, nadających się do identyfikacji z wykorzystaniem omawianego urządzenia i sposobu detekcji są korzystnie składnikami farb drukarskich i są nadrukowywane na zabezpieczane dokumenty lub artykuły, lub też wtapiane w tworzywo sztuczne lub laminowane między warstwami, w przypadku produkcji folii, nici zabezpieczających, kart kredytowych, identyfikacyjnych lub kart wstępu i tym podobnych. Taki system zabezpieczania może z powodzeniem być wykorzystywany do zabezpieczania banknotów, cennych dokumentów, dokumentów urzędowych, kart, biletów komunikacyjnych, jak również wyrobów firmowych wszelkiego rodzaju.

Należy zaznaczyć, że sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają znaczne zmniejszenie optycznych wymagań dotyczących filtracji. Jeżeli detekcja odpowiedzi luminescencyjnej odbywa się podczas okresów zaniku, kiedy nie występuje sygnał wzbudzania, to nie jest konieczne ochranianie fotodiody stanowiącej fotodetektor, od wpływu światła wzbudzania. Do wyizolowywania emitowanej długości fali luminescencji może wystarczyć prosty pracujący pod kątem 45° dzielnik wiązki typu filtru warstwowego. Takie filtry są korzystne, ponieważ mogą być produkowane masowo metodą Iippmanowsko-holograficzną i metodami z tym związanymi.

W szczególnych przypadkach można spotkać się z pracą bez jakiejkolwiek filtracji optycznej i w oparciu o dyskryminację długości fal, która jest już realizowana przez wybór odpowiedniego źródła wzbudzania i odpowiedniej fotodiody, w połączeniu z analizą parametrów zaniku luminescencji, przy wykorzystaniu sposobu i urządzenia według wynalazku. W tym kontekście warte odnotowania jest to, że większość diod LED można wykorzystywać również jako selektywne pod względem długości fali, jakkolwiek nieco mniej wydajne, fotodetektory. Szczególnie korzystna jest praca z luminoforami wykazującymi przetwarzanie w górę, dla zmniejszenia czułości fotodetektora na silne światło o większej długości fali ze źródła wzbudzania. Ponieważ na rynku jest mnóstwo różnych kolorowych diod LED, pokrywających cały zakres widmowy od bliskiego ultrafioIetu, przez światło widzialne aż do podczerwieni, to jest dostępnych równie wiele selektywnych widmowo potencjalnych fotodiod dostępnych dla każdego, kto tego potrzebuje.

Jak już wspomniano, fig. 1 rysunku przedstawia typowy przebieg czasowy sygnału wzbudzania i wykrywanej odpowiedzi luminescencyjnej, wykazującego luminescencję związku chemicznego wykorzystywanego zgodnie z wynalazkiem, w części a) - natężenie sygnału wzbudzania o długości fali λ1 w funkcji czasu, a w części b) - natężenie wykrywanego sygnału odpowiedzi w funkcji czasu. Detekowany sygnał odpowiedzi zawiera promieniowanie rozpraszania wstecznego o długości fali λ1 (1) przenikające przez układ filtru optycznego, promieniowanie luminescencyjne o długości fali λ2 (2) emitowane podczas wzbudzania i promieniowanie luminescencyjne o długości fali λ2 (3), emitowane po wzbudzeniu.

PL 214 986 B1

Jak przedstawiono na figurach 4, struktury części optycznej urządzenia w przykładowych odmianach wykonania wynalazku, zawierają wzbudzającą diodę elektroluminescencyjną pracującą w podczerwieni IR-LED i dwa alternatywne kanały detekcyjne, pierwszy w wersji z wykorzystaniem optyki nie obrazującej (fig. 4a), a w drugiej wersji (fig. 4b) z wykorzystaniem optyki obrazującej.

Układ zabezpieczenia i odpowiednie urządzenie detekcyjne stanowiące implementację sposobu według wynalazku, zostały zrealizowane w sposób następujący. Luminescencyjne związki chemiczne zostały dobrane jako luminofory przetwarzające w górę, Y202S:Er,Yb oraz Y202S:Tm,Yb. Takie materiały są wzbudzane przez silne promieniowanie podczerwone w zakresie długości fali od 900 nm do 980 nm. W wyniku wzbudzenia dwufotonowego, emitują one promieniowanie luminescencyjne na krótszej fali, w obszarze zieleni, 550 nm, w przypadku materiału domieszkowanego erbem, i w obszarze bliskiej podczerwieni, 800 nm, w przypadku materiału domieszkowanego tulem. Charakterystyczne stałe czasowe narastania i zaniku natężenia odpowiedniej emisji luminescencyjnej są rzędu od 50 ąs do 500 ąs; zależą one znacznie od dokładnego charakteru materiałów luminescencyjnych.

Urządzenie według wynalazku zawiera przynajmniej jeden kanał detekcyjny skonstruowany jak przedstawiono na fig. 3, fig. 4 i fig. 5. Źródło wzbudzania jest dostępną w handlu pracującą w podczerwieni diodą elektroluminescencyjną, IR-LED, GaAlAs, typu wykorzystywanego do zdalnego sterowania. Wybrany element, 0PE5594S, emituje moc optyczną wynoszącą 120 mW na steradian przy kącie połówkowym +/-10°. Maksimum emisji wystąpiło na długości fali 940 nm, przy połówkowej szerokości widma wynoszącej 45 nm.

Fig. 4a przedstawia schemat układu optycznego zespołu detekcji. Światło wspomnianej diody IR-LED podawane jest przez pracujący z kątem 45° dielektryczny dzielnik wiązki BS1 (beam splitter) do stożkowej końcówki wyjściowej N z polimetakrylanu metylu (PMMA - polymethyl-methacrylate), i skupiane na znaczniku luminescencyjnym M na badanej próbce S. Ta stożkowa końcówka wyjściowa N w szczególności działa jako nie obrazujący koncentrator optyczny (transformator kąta akceptacji), odbierający światło w postaci słabej wiązki prawie równoległej na swoim szerszym końcu, a dostarczający światło o dużym natężeniu, lecz silnie rozbieżne, na swoim węższym końcu. W kierunku odwrotnym, zbiera ona skupioną plamkę silnie rozbieżnej luminescencji przy końcówce i dostarcza w postaci słabszej, prawie równoległej wiązki do końca szerokiego. Dzielnik wiązki BS1 jest typu dolnoprzepustowego z graniczną długością fali 45° wynoszącą 900 nm.

Znacznik M zawiera dwa przetwarzające w górę luminofory w określonej z góry proporcji i emituje podwójne promieniowanie o mniejszej długości fali, na długości fali 550 nm i 800 nm, przy pobudzaniu światłem o dużym natężeniu wspomnianej diody IR-LED emitującej w zakresie od 900 nm do 980 nm.

To emitowane promieniowanie zbierane jest przy dużym kącie akceptacji przez stożkową końcówkę N, jako paralelizowane i odchylane w pierwszym działającym z kątem 45° dzielnikiem wiązki BS1. Drugi dzielnik wiązki BS2 działający z kątem 45°, typu dolnoprzepustowego, z graniczną długością fali wynoszącą 700 nm, przy kącie 45°, rozdziela składowe 550 nm i 800 nm emitowanej odpowiedzi luminescencyjnej. Składowa 800 nm jest podawana za pośrednictwem opcjonalnego filtru pasmowego 800 nm F1 do fotodiody krzemowej PD1. Składowa 550 nm jest podawana za pośrednictwem opcjonalnego filtru pasmowego 500 nm F2 do fotodiody GaAsP PD2.

Na fig. 4b przedstawiono alternatywny schemat układu optycznego. Światło w postaci w zasadzie równoległej wiązki diody IR-LED emitującej w wąskim kącie, jest przesyłane przez dwa dichroiczne dzielniki wiązki 45° BS1, BS2 i skupiane soczewką ogniskującą L na znaczniku luminescencyjnym M badanej próbki S. Znacznik M jest w tym przypadku umieszczony w płaszczyźnie ogniskowej soczewki L. Światło luminescencji emitowane przez znacznik M w odpowiedzi na światło wzbudzające w zakresie od 90 nm do 980 nm jest zbierane przez soczewkę L i wysyłane z powrotem w postaci równoległej wiązki światła do pierwszego dzielnika wiązki pracującego z kątem 45° BS1. Ten dzielnik wiązki jest typu z filtrem warstwowym 45° i odbija pierwsze wąskie pasmo długości fali wokół 800 nm do pierwszej fotodiody PD1. Reszta wiązki światła pada na drugi dzielnik wiązki BS2 pracującego z kątem 45°. Ten dzielnik wiązki jest również typu z filtrem warstwowym 45°, i odbija drugie wąskie pasmo długości fali wokół 800 nm do drugiej fotodiody PD2.

Opcjonalnie przed fotodiodami PD1, PD2 mogą być włączone filtry F1, F2, służące do wycinania natężenia odbijanego wstecznie światła IR źródła wzbudzającego.

Na fig. 5 przedstawiono odmianę wykonania części elektronicznej jednego kanału detekcyjnego w urządzeniu według wynalazku. Jego działanie opiera się na mikroprocesorze typu PIC 16F877. Mikroprocesor jest wspólny dla wszystkich kanałów detekcyjnych w urządzeniu według wynalazku.

PL 214 986 B1

Działające elektroniczne układy detektora zawierają niekosztowne składniki elektroniczne, to znaczy niskoszumne wzmacniacze operacyjne, korzystnie mogą być typu NE 5532 (2 jednostki na obudowę), a jednostki komutacyjne mogą być typu 4066 (4 jednostki na obudowę).

Fotodioda, która może być z krzemu, z GaAsP lub dowolnego innego typu, jest wykorzystywana w trybie pracy fotowoItaicznym, i dostarcza sygnał do zrównoważonego transimpedacyjnego stopnia wzmacniającego IC1:A. Za tym transimpedancyjnym stopniem wzmacniającym włączony jest drugi stopień wzmacniający IC1:B, który dostarcza swój sygnał wyjściowy, przez sprzężenie pojemnościowe, do bloków komutacyjnych, dodatniego i ujemnego IC3:A, IC3:B. W przypadku bloku dodatniego IC3:A, jest wykorzystywany bezpośrednio sygnał wyjściowy z IC1:B; w przypadku bloku ujemnego IC3:B jest wykorzystywany bezpośrednio sygnał wyjściowy z IC1:B jest najpierw przepuszczany przez stopień inwertera analogowego IC2:B. Połączony przebieg wyjściowy bloków komutacyjnych IC:A IC3:B jest podawany do stopnia integratora IC2:A, a zintegrowany sygnał przechodzi do przetwornika analogowo-cyfrowego (A/D) procesora PIC. Sygnały sterujące p1, p2 dla bloków komutacyjnych IC3:A, IC3:B generuje procesor PIC.

Na podstawie powyższego opisu, specjalista z łatwością jest w stanie opracować dalsze odmiany wykonania urządzenia do detekcji, które zwłaszcza mogą mieć więcej niż jedno źródło wzbudzające, lub więcej niż dwa kanały detekcyjne.

Częstotliwość pracy urządzenia w przedstawionej przykładowej odmianie wykonania, dobrano jako równą 1 kHz, z jednakowymi długościami okresów włączenia i wyłączenia pobudzenia. Nie jest to jednak warunek konieczny. Możliwe jest dobranie również innych proporcji włączenia/wyłączenia.

Na fig. 6 przedstawiono wykresy czasowe sygnału wzbudzania E i sygnałów sterujących p1, p2. bloków komutacyjnych. Wykres a) na fig. 6 przedstawia prostokątny sygnał wzbudzania E i odpowiedź luminescencyjną R. Wykres b) na fig. 6 przedstawia przykład próbkowania części narastającej odpowiedzi luminescencyjnej, z wykorzystaniem sygnałów sterujących p1, p2 bloków komutacyjnych. Wykres c) na fig.6 przedstawia przykład próbkowania części zanikającej odpowiedzi luminescencyjnej R. Wykres d) na fig.6 przedstawia alternatywny przykład próbkowania części narastającej odpowiedzi luminescencyjnej R.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwia, zwłaszcza przez łączenie odpowiednich różnych schematów próbkowania, wydzielanie informacji zarówno o natężeniu luminescencji i charakterystycznych stałych czasu, części narastającej i zanikającej odpowiedzi luminescencyjnej R.

Claims (9)

1. Sposób uwierzytelniania zabezpieczonego dokumentu lub artykułu, w którym stosuje się przynajmniej jeden luminescencyjny związek chemiczny, który to luminescencyjny związek chemiczny jest częścią zabezpieczonego dokumentu lub artykułu i jest pobudzany przez źródło światła wzbudzania, a wykazuje narastanie w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po włączeniu źródła światła wzbudzania i zanik w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po wyłączeniu źródła światła wzbudzania, znamienny tym, że źródło światła wzbudzania (LD/LED) włącza się podczas pierwszego interwału czasowego (A) i wyłącza się podczas drugiego interwału czasowego (D), przy czym mierzy się przynajmniej dwie wartości natężenia luminescencyjnego za pomocą przynajmniej jednego kanału detekcyjnego, dla przynajmniej jednej długości fali luminescencyjnej przynajmniej podczas dwóch kolejnych równych przedziałów czasu (t1, t2; t5, t6) w obrębie albo pierwszego interwału czasowego (A) albo przedziałów czasu (t3, t4; t7, t8) w obrębie drugiego interwału czasowego (D) albo obu, a ponadto odejmuje się przynajmniej dwie ze zmierzonych wartości natężenia Iuminescencji od siebie, z otrzymaniem wartości wypadkowej natężenia luminescencji, którą porównuje się z wartościami odniesienia, jako kryterium autentyczności.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że piąty i szósty przedział czasu (t5, t6) są zawarte w obrębie pierwszego interwału czasowego (A).

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że piąty i szósty przedział czasu (t5, t6) jest równy połowie pierwszego interwału czasowego (A).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że siódmy i ósmy przedział czasu t7, t8 są zawarte w obrębie drugiego interwału czasowego (D).

PL 214 986 B1

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że siódmy i ósmy przedział czasu (t7, t8) jest równy połowie drugiego interwału czasowego (D).

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kroki włączania i wyłączania źródła światła wzbudzania, pomiaru przynajmniej dwóch wartości natężenia luminescencji i odejmowania wartości natężenia luminescencji od siebie, powtarza się kolejno, z otrzymaniem zintegrowanych wartości wypadkowych natężenia, które są porównywane z wartościami odniesienia jako kryterium autentyczności.

7. Urządzenie do uwierzytelniania zabezpieczanych dokumentów lub artykułów (S), z naniesionym przynajmniej jednym luminescencyjnym związkiem chemicznym (M), przy czym ten związek luminescencyjny ulega pobudzeniu przez źródło światła wzbudzania i wykazuje narastanie w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po włączeniu źródła światła wzbudzania i zanik w czasie natężenia emisji luminescencyjnej po wyłączeniu źródła światła wzbudzania, przy czym urządzenie to zawiera przynajmniej jedno źródło światła wzbudzania (LD, LED), przynajmniej jeden kanał fotodetektora oraz przynajmniej jeden mikroprocesor (μΡ), znamienne tym, że źródło światła wzbudzania (LD, LED) jest włączone podczas pierwszego interwału czasowego (A) i jest wyłączone podczas drugiego interwału czasowego (D) przy sterowaniu z mikroprocesora (μΡ), przy czym kanał fotodetektora zawiera przynajmniej jeden fotodetektor (PD) wytwarzający analogowy sygnał wyjściowy przy oświetleniu go źródłem światła i przynajmniej jeden zespół próbkowania sygnału, dostosowany do próbkowania i integrowania, przy sterowaniu z mikroprocesora (μΡ), odpowiednio, nie odwróconej (p1) i odwróconej (p2) składowej sygnału wyjściowego fotodetektora (PD) podczas równych, trzeciego i czwartego przedziału czasu (t3, t4), tworzących przynajmniej jeden wypadkowy sygnał wyjściowy, przy czym mikroprocesor (μΡ) z pamięcią (Pam) jest dostosowany do digitalizacji i zapamiętywania tego przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego oraz do porównywania tego przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego z przynajmniej jedną zapamiętaną wartością odniesienia, z wyprowadzeniem sygnału autentyczności.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że pamięć (Pam) mikroprocesora (μΡ) jest dostosowana do zapamiętania wartości odniesienia.

9. Urządzenie według jednego z zastrz. 7 i 8, znamienne tym, że wyjście mikroprocesora (μΡ) stanowiące wyjście przynajmniej jednego wypadkowego sygnału wyjściowego ewentualnie przynajmniej jednego zintegrowanego wypadkowego sygnału wyjściowego jest poprzez łącze komunikacyjne połączone z serwerem odległym dla porównania z przynajmniej jedną zapamiętaną wartością odniesienia, wyprowadzeniem i zwrotnym wysłaniem sygnału autentyczności.