專利名稱：檢測熒光和磷光的設備和方法
技術領域：
本發明描述了一種用于檢測從片狀材料例如有價證券或銀行票據上發出的熒光和磷光的設備和方法。
這樣一種設備已經在US-PS3473027中公開。其中所述的設備具有一個發光裝置，該裝置用紫外激發光照射片狀材料。優選用紫外激發光連續照射片狀材料。如果需要的話，還可以對片狀材料進行時鐘式照射。用傳感器檢測片狀材料發出的光。為此，利用透鏡系統將發出的光成象到棱鏡上，然后棱鏡把發出的光分解成特定波段的光。通過另一個透鏡系統將各波段的光成象到一個獨立的檢測器上，所述檢測器發出與波段強度成正比的電信號。為了沿著具有理想分辨率的軌跡檢測片狀材料，利用一個傳輸系統沿穿過照射裝置和傳感器的傳輸方向來傳送片狀材料。
公知裝置的缺點是不能將片狀材料發出的光分成熒光和磷光部分。
因此，本發明在上述問題的基礎上提供了一種用于檢測從片狀材料上發出的熒光和磷光的設備和方法，其中可以將片狀材料發出的光分成熒光和磷光部分。
該問題是通過主權利要求和獨立權利要求特征部分的特征解決的。
按照本發明，傳感器在時鐘激發光的亮相(light phase)期間檢測發射光的一個強度值而在時鐘激發光的暗相(dark phase)期間檢測發射光的另一個強度值。在計算裝置中，根據在時鐘激發光的亮相和暗相中測得的強度推導出熒光性發光強度和磷光性發光強度。磷光性發光強度對應于暗相的強度，而熒光性發光強度是根據亮相中的強度和暗相中的強度差得出的。
因此其優點是可以把片狀材料發出的光分解成熒光和磷光部分。
傳感器優選檢測由發光裝置照射的片狀材料區域內且朝向該區域終端(沿輸送方向)的發光強度。此外應將由發光裝置照射的片狀材料區域的大小選擇成使之成為所需分辨率的倍數。
由于確保了較長時間的高強度預照射，所以使磷光性發光的強度較大。
下面將參照附圖對本發明設備的優選實施例和實現本發明的方法進行詳細描述，其中
圖1a-d表示包含發光裝置發光強度的設備示意圖，圖2表示時鐘關系的示意圖，圖3a、b表示發光強度圖形。
圖1a表示本發明所述設備的一個優選實施例的示意圖。在設有透明窗11的不透光外殼10中具有發光裝置20和兩個傳感器30及40。透明窗11傳輸激發光波段和熒光性及磷光性發光波段。
發光裝置20具有不透光外殼21，外殼21上設有濾光器22，濾光器22不傳輸待檢測的熒光性和磷光性發光波段。在外殼21中設有激勵燈23，激勵燈通過未示出的控制裝置適時地進行時鐘啟動。由激勵燈23發出的光至少包含激勵熒光性和磷光性發光所需的波段。
就激勵燈23而言，優選使用至少發射UV光的氣體放電燈。通常還可以用熒光燈或沒有熒光物質的氣體放電燈作為激勵燈23。此外還可以使用因受激的惰性氣體與鹵素反應而發光的氣體放電燈。
傳感器30和40實際上是模擬結構的傳感器。其優選形成檢測器陣列31、41的形式，檢測器陣列把片狀材料發出的光轉換成與發光強度成正比的電信號。檢測器陣列31、41可以使用例如光電二極管或CCD陣列。例如，如果只需檢測片狀材料上的一條軌跡，則可以用單個檢測器來代替檢測器陣列31、41。優選選擇檢測器陣列31、41以便能在相鄰的軌跡內檢測到片狀材料整個寬度上發出的光。
此外，傳感器30、40分別具有光學系統33、43，用于把優選小于所需分辨率的片狀材料區成象到檢測器陣列31、41的檢測器上。光學系統33、43可以使用例如透鏡系統。然而優選使用具有至少一個光電導材料成象單元的光學系統33、43。光電導材料成象單元的優點在于其結構比透鏡系統緊湊的多。
此外，可以將濾光器32、42設置在傳感器30、40的光軸34、44上。下面將描述如何適當選擇濾光器32、42的波段。
為了確保設備的結構緊湊，將傳感器30、40的光軸34、44相對于與傳輸方向V垂直的方向旋轉α角。由于透明窗11至少不反射以角度α入射的光，所以可以防止在窗11上產生不希望的反射。此外，濾光器22包括兩個支架，它們分別設在與傳輸方向的垂直方向成固定角度β的位置上，角度β的值為β＝90°-α。
用傳輸系統(未示出)輸送片狀材料50使之沿著用箭頭標出的傳輸方向并以給定的傳輸速度V通過發光裝置20和傳感器30及40。
圖1b表示由設備中的發光裝置相對于傳輸方向的空間延伸產生的激發光強度。在由發光裝置照射的區域B中，激發光強度首先上升到最大值，然后在區域的另一端再次下降。傳感器30、40相對于激發光的最大強度對稱地設置并且檢測受照射的區域B內的發光強度。在圖中所示的實施例中，傳感器30和40檢測激發光強度降至一半時的發光強度。
為了使由傳感器30、40之一測得的強度分配在片狀材料傳輸方向的特定位置上，而產生了時鐘T，時鐘的頻率是傳輸系統的傳輸速度V和傳輸方向上的理想局部分辨率A的商。其保持了T＝V/A。例如，在傳輸速度為V＝10m/s和理想分辨率A為2mm的情況下，可得到的時鐘頻率T＝5kHz。時鐘最好是在其半個脈沖期P＝1/T時為邏輯1而在另半個脈沖期為邏輯0。
圖1c和1d表示用時鐘T展現的銀行票據50。上面定義的時鐘T的時鐘頻率確保了時鐘的邏輯1或邏輯0與銀行票據50上特定位置有關而與傳輸速度V無關。理想的分辨率A為在任何情況下含有時鐘T的周期。
就檢測片狀材料50上的熒光性和磷光性發光而言，首先用從發光裝置20上發出的時鐘式激發光照射片狀材料。用傳感器30檢測由片狀材料50發出的處于照射區B內且朝向照射區端部(沿傳輸方向)優選在激發光最大強度之后的光。
由于照射區B遠遠大于理想分辨率A，所以在傳輸片狀材料50期間每個分辨率A的區域將在幾個時鐘T的周期內受到來自發光裝置20的激發光照射。由于傳感器30僅檢測朝向照射區終端(沿傳輸方向)且最好在激發光最大強度之后的發光強度，所以其確保了在傳感器30檢測到發光之前，片狀材料50的每個區域A受到較長時間的高強度預照射。
較長時間的高強度預照射使磷光性發光物質的初始強度I0較高。由于磷光物質的發光強度取決于初始強度I0而且隨時間呈指數下降，所以要進行準確測量就必然需要較高的初始強度I0。作為時間函數的磷光物質的發光強度滿足公式I(t)＝I0/(1+(t/τ)a)。衰變時間τ達到強度的一半和值a是磷光性發光物質的參數。
圖2中示出了發光檢測中的時間關系曲線圖。時鐘T1-T3是在不同傳輸速度V下的時鐘且可用上述公式確定。時鐘激發光的亮相和暗相由時鐘L生成。在亮相中，用特定的自由可選擇的時鐘L時鐘的激勵燈23，時鐘L的頻率高于時鐘T。在時鐘T的邏輯1開始時，時鐘L向激勵燈23的控制單元發送一定數量的邏輯1。在時鐘L處于每個邏輯1時，激勵燈23產生光脈沖。在亮相中，激勵燈產生激發光，該激發光具有在時鐘T開始時發射的一定數量的光脈沖。對于其余的時鐘T，時鐘L產生邏輯0而且激勵燈23不發射激發光。
在亮相期間，發光強度R基本上不變并且包含發射光的所有波段。優選沿傳感器30的光軸34設置濾光器32以便僅傳送熒光性和磷光性發射光波段。
在最后一個激發光的光脈沖之后開始的暗相中，僅存在磷光性發光強度，而且該強度按照上述與選定物質有關的能量定律而下降。
時鐘D控制傳感器30檢測發光的時間。時鐘D包含兩個邏輯1的區域。第一個區域控制亮相區內的發光檢測而第二區域控制暗相區內的檢測。時鐘D中第一區和第二區之間的時間間隔選為常數。從時鐘T第一區開始到時鐘D開始的時間間隔也選為常數。時鐘D的時間區以及它們在亮相或暗相中的位置原則上可以任意選定。然而，優選將時鐘D第一區的位置和寬度選擇成能在最后一個光脈沖期間的時鐘亮相中測到發光強度。設定時鐘D第二區的位置以便在最后一個光脈沖后的恒定時間周期之后在暗相中測得發光強度。選擇恒定的時間周期使得在暗相中對發光強度的檢測盡可能發生在最短的時鐘T內。
由于時鐘T與片狀材料的傳輸速度V有關，因此如上所述，其隨傳輸速度V的變化而改變。由于上述用于檢測發射光在亮相或暗相中強度的方法僅與開始時的時鐘T有關，所以時鐘T的延遲，即傳輸速度V放慢在一定限度內是可以允許的。由于是在最后一個光脈沖后的恒定時間周期之后進行暗相中的發光檢測，所以不管磷光性發光強度是否呈指數下降，都可以確保暗相中發光強度的再現性。
在任何情況下根據在時鐘激發光的亮相和暗相中測得的強度可推導出熒光性發光強度和磷光性.發光強度。例如磷光性發光強度可與暗相強度相對應。可以根據亮相強度和暗相強度差推導出熒光性發光強度。當然對專家而言還可以使用其它算術運算來推導熒光性或磷光性發光強度。
使用第二傳感器40可以檢測由片狀材料發出的幾個不同波段的光。為此，將濾光器42設在傳感器40的光軸44上以便僅傳送熒光性和磷光性發光波段中的分波段。由于傳感器30、40相對于發光裝置20的最大強度對稱設置，所以傳感器40在照射區的起始處，優選在最大激發光強度出現前沿傳輸方向檢測發射光的強度。在傳感器40檢測發射光期間僅發生極少量的磷光物質預照射。因此傳感器40在暗相中檢測到的發射光基本上僅是不需要的雜散光，所以例如可以用傳感器40在暗相中檢測到的光強度對其它測量強度進行標準化處理。而傳感器40在亮相內檢測到的發射光包含了被濾光器42限定在特定波段上的熒光性發射光。
在激發光的亮相期間，熒光性發光強度可以通過傳感器30和根據來自傳感器40的特定波段的熒光性發光強度推出。通過例如在傳感器30測得的總強度和傳感器40測得的強度之間形成差值的方式還可以推出在與傳感器40的波段相互補的波段內的熒光性發光強度。
在暗相期間，傳感器30檢測熒光性發光強度。通過時鐘T可以將推導出的強度分配在銀行票據50上具有理想分辨率A的位置處。
如圖3a所示，上述方法的結果是，可以得到沿片狀材料總長上的每個軌跡按照每個傳感器30、40的波段解析的發光強度圖形。在亮相中，傳感器30檢測包含發射光所有波段的強度圖形IF。在亮相中，傳感器40檢測僅包含例如發射光為紅光波段的強度圖形IR。黃-綠發射光的強度圖形IG是通過強度圖形IF和強度圖形IR之差得到的。此外，在暗相中可以得到如圖3b所示的發射光強度圖形IP。然后可以如上所述根據強度圖形導出不同波段的磷光和熒光強度。
如上所述，通過適當地選擇軌跡可以用理想的分辨率檢測從所有片狀材料發出的熒光和磷光。
權利要求
1.一種用于檢測從例如有價證券或銀行票據等片狀材料上發出的熒光和磷光的設備，包括發光裝置，用于以時鐘激發光照射片狀材料，至少一個傳感器，用于檢測由片狀材料發出的光，和輸送系統，用于沿傳輸方向傳輸片狀材料使其通過發光裝置和傳感器，其特征在于傳感器檢測時鐘激發光亮相中的發光強度和暗相中的強度，以及設有一個計算裝置，用于根據在時鐘激發光亮相和暗相中檢測到的強度推導熒光性發光強度和磷光性發光強度。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于傳感器檢測發光裝置照在片狀材料區內且朝向區域終端(沿傳輸方向)的發光強度。
3.根據權利要求1所述的設備，其特征在于受發光裝置照射的片狀材料區是所需分辨率的倍數。
4.根據權利要求1所述的設備，其特征在于發光裝置具有至少發射UV光的氣體放電燈作為激勵燈。
5.根據權利要求1所述的設備，其特征在于發光裝置具有作為激勵燈的熒光燈。
6.根據權利要求1所述的設備，其特征在于發光裝置具有沒有熒光物質的氣體放電燈作為激勵燈。
7.根據權利要求1所述的設備，其特征在于發光裝置具有因受激的惰性氣體與鹵素反應而發射激發光的氣體放電燈作為激勵燈。
8.根據權利要求1所述的設備，其特征在于發光裝置具有設在不透光外殼內的激勵燈，所述不透光外殼上帶有一個窗口，窗口上設有至少一個濾光器，濾光器不傳播待測的熒光性和磷光性發光波段。
9.根據權利要求8所述的設備，其特征在于濾光器設在與垂直于傳輸方向成固定角度的位置上。
10.根據權利要求1所述的設備，其特征在于傳感器具有用于檢測發射光強度的檢測器陣列。
11.根據權利要求10所述的設備，其特征在于傳感器具有光學系統，用于將比理想分辨率小的片狀材料區成象到檢測器陣列的檢測器上。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于光學系統具有至少一個光電導材料成象單元。
13.根據權利要求10所述的設備，其特征在于傳感器具有至少一個濾光器，該濾光器僅傳播熒光性和磷光性發光波段。
14.根據權利要求1所述的設備，其特征在于將傳感器的光軸設置得與片狀材料的傳輸方向成一定角度。
15.根據權利要求1所述的設備，其特征在于設置至少一個第二傳感器以便檢測時鐘激發光亮相中的發光強度和時鐘激發光暗相中的發光強度。
16.根據權利要求15所述的設備，其特征在于第二傳感器的結構與第一傳感器相同。
17.根據權利要求15所述的設備，其特征在于第一傳感器檢測由發光裝置照射的片狀材料區域內和朝向區域終端(沿傳輸方向)的發光強度，而第二傳感器檢測由發光裝置照射的片狀材料區域內和朝向區域始端(沿傳輸方向)的發光強度。
18.根據權利要求15所述的設備，其特征在于傳感器對稱于發光裝置設置。
19.根據權利要求15所述的設備，其特征在于第一傳感器具有至少一個濾光器，該濾光器僅傳播熒光性和磷光性發光的波段，而第二傳感器具有至少一個濾光器，該濾光器僅傳播熒光性和磷光性發光波段的分波段。
20.根據權利要求1所述的設備，其特征在于將發光裝置和傳感器設置在不透光外殼內，所述不透光外殼上帶有透光窗，透明窗傳送激發光波段和熒光性及磷光性發光波段。
21.根據權利要求20所述的設備，其特征在于透明窗至少不反射特定角度的光。
22.一種用于檢測從例如有價證券或銀行票據等片狀材料上發出的熒光和磷光的方法，包括以下步驟用時鐘激發光照射片狀材料，檢測由片狀材料發出的光，和沿傳輸方向傳輸片狀材料使其通過激發光和片狀材料發光檢測區，其特征在于檢測時鐘激發光亮相中的發光強度和暗相中的發光強度，以及根據在時鐘激發光亮相和暗相中檢測到的強度推導熒光性發光強度和磷光性發光強度。
23.根據權利要求22所述的方法，其特征在于根據亮相中的強度和暗相中的強度之差來推導熒光性發光強度。
24.根據權利要求22所述的方法，其特征在于磷性發光強度對應于暗相中的強度。
25.根據權利要求22所述的方法，其特征在于根據片狀材料的傳輸速度和所需分辨率的商來選擇激發光的時鐘。
26.根據權利要求25所述的方法，其特征在于激發光在時鐘開始時發出具有一定數量的光脈沖。
27.根據權利要求26所述的方法，其特征在于在最后一個光脈沖期間測量時鐘亮相中的強度。
28.根據權利要求26所述的方法，其特征在于在最后一個光脈沖后的恒定時間周期之后測量時鐘暗相中的強度。
29.根據權利要求22所述的方法，其特征在于在最后檢測激發光的幾個時鐘之前對片狀材料的發光檢測區進行照射。
30.根據權利要求22所述的方法，其特征在于在幾個不同波段對片狀材料發出的光進行檢測。
全文摘要
根據本發明的設備具有一發光系統,它用脈沖激發光照射片材。傳感器分別在脈沖激發光的亮相期間和脈沖激發光的暗相期間檢測片材發出的光強度。借助于計算裝置根據在脈沖激發光亮相和暗相中檢測到的強度推導熒光性發光強度和磷光性發光強度。為了保證用高強度進行可能的最長時間的預照射,傳感器優選檢測發光裝置照射的片材區域內和朝向區域終端的發光強度。此外,選擇片材照射區的大小使之為所需分辨率的許多倍。
文檔編號G01N21/64GK1244920SQ97181461
公開日2000年2月16日 申請日期1997年12月9日 優先權日1996年12月9日
發明者尼古萊·利普科維奇, 伯恩德·旺德勒, 海因茨－菲利普·霍榮格 申請人:吉賽克與德弗連特股份有限公司