DE102017129986A1

DE102017129986A1 - Vorrichtung für ein portables Smart-Gerät und Verfahren zur Produktprüfung

Info

Publication number: DE102017129986A1
Application number: DE102017129986.6A
Authority: DE
Inventors: Walter Braumandl
Original assignee: SENSOR INSTR ENTWICKLUNGS und VERTRIEBS GmbH; SENSOR INSTRUMENTS ENTWICKLUNGS- und VERTRIEBS GmbH
Current assignee: Sensor Instruments Entwicklungs und Vertriebs De
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) für ein portables Gerät (100) wie ein Smartphone bereitgestellt, mit der eine Authentifizierung eines zu untersuchenden Objekts unter Verwendung einer IR-Beleuchtungseinheit (16), die Teil der Vorrichtung (10) ist, durchgeführt werden kann. Dabei kann zum einen ein Abklingverhalten einer Lumineszenz von mit IR-Licht angeregten Partikeln in dem Objekt bestimmt werden. Zusätzlich dazu kann mit einer IR-Kamera (102) des portablen Geräts (100) ein Bild der aufgrund der Anregung ebenfalls im IR-Wellenlängenbereich fluoreszierenden Partikel erfasst und ausgewertet werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Parameter für einen Abgleich mit Referenzdaten zur Authentifizierung des zu untersuchenden Objekts erhalten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für ein portables Smart-Gerät, insbesondere eine Hülle für ein mit einer Kamera ausgestattetes portables Gerät wie ein Mobiltelefon oder einen Tabletcomputer, und ein Verfahren zur Produktprüfung.
Aus der EP 2 318 286 B 1 ist ein Authentifizierungsverfahren bekannt, welches in Verbindung mit einer Verpackungsfolie für eine Produktauthentifizierung eingesetzt wird. Die Verpackungsfolie enthält Pigmentpartikel, die in einer Fläche der Verpackungsfolie in einer Zufallsverteilung vorliegen. Ein Produkt wird mit einer die zufällig verteilten Pigmentpartikel enthaltenden Verpackungsfolie verpackt. Dabei wird aus den relativen Lagekoordinaten und optional den Farbwerten der Pigmentpartikel gemäß einem Verschlüsselungsalgorithmus ein Identcode abgeleitet und aufgezeichnet. Bei einer Authentifizierung wird mittels einer Abbildungsvorrichtung ein Digitalbild der Fläche der Verpackungsfolie aufgezeichnet, die die Pigmentpartikel enthält. Das Digitalbild wird mittels eines Computers ausgewertet, wobei aus den relativen Lagekoordinaten von N voneinander verschiedenen Pigmentpartikeln und optional den Farbwerten derselben ein Prüfcode abgeleitet und mit aufgezeichneten Identcodes in Bezug auf eine Übereinstimmung verglichen wird. Beispielsweise umfasst der Identcode Winkelwerte eines oder mehrerer Polygone mit m Ecken, wobei m eine natürliche Zahl mit 3 < m < N ist und die Koordinaten der Polygonecken den relativen Lagekoordinaten von m Pigmentpartikeln entsprechen. Als Pigmentpartikel werden beispielsweise Pigmentpartikel verwendet, die im Wellenlängenbereich von 100 bis 380 nm eine Lumineszenz aufweisen. Insbesondere geeignet sind Stoffe, die bei Anregung mit UV-Licht im sichtbaren Bereich fluoreszieren, beispielsweise Partikel, die Metalle der seltenen Erden enthalten.
Aus der DE 10 2015 005 304 B3 ist eine Vorrichtung für ein portables Smart-Gerät zur Authentifizierung eines Objekts, das Pigmentpartikel enthält, die bei Anregung mit UV-Licht im sichtbaren Bereich fluoreszieren, bekannt. Die Vorrichtung weist eine UV-Beleuchtungseinheit auf, die erlaubt, die in dem zu authentifizierenden Objekt enthaltenen Partikel mit UV-Licht anzuregen, worauf die daraus resultierende Fluoreszenz im sichtbaren Bereich durch eine Kamera erfasst werden kann. Dazu weist die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung auf, die die korrekte Positionierung der Kamera in Bezug auf das zu authentifizierende Objekt gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, auf einfache Weise unter Verwendung eines mit einer Kamera ausgestatteten Smart-Geräts wie eines Mobiltelefons oder eines Tabletcomputers eine flexible und zuverlässige Authentifizierung eines Objekts durchzuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 10 und ein Verfahren nach Anspruch 12. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorsehen einer Vorrichtung für ein portables Gerät wie ein Mobiltelefon oder einen Tabletcomputer, das eine IR-Kamera aufweist, mit einer Aufnahme zum Aufnehmen des portablen Geräts, so dass die Kamera desselben mit einer Kameraöffnung der Vorrichtung ausgerichtet ist, ermöglicht eine Authentifizierung eines zu untersuchenden Objekts lediglich unter Verwendung einer IR-Beleuchtungseinheit. Insbesondere können so zwei Arten der Authentifizierung mit derselben IR-Beleuchtungseinheit durchgeführt werden. So kann im Rahmen eines Schnelltests anhand des Abklingverhaltens einer Lumineszenz von Partikeln in dem zu authentifizierenden Objekt festgestellt werden, ob es sich bei dem Objekt beispielsweise um ein Produkt eines bestimmten Herstellers handelt. Darüber hinaus kann jedoch ebenfalls ein zusätzlicher Test, ob an dem zu untersuchenden Objekt ein vorbestimmtes Identifikationsmuster vorhanden ist, durchgeführt werden, indem mit der IR-Kamera des portablen Geräts die Partikel, die bei Anregung mit IR-Licht eine Sekundäremission ebenfalls im IR-Bereich aufweisen, aufgenommen werden und das so erhaltene Bild entsprechend ausgewertet wird.
Darüber hinaus ermöglicht das Vorsehen einer an die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts angepassten Objektaufnahme, die lösbar an der Aufnahme der Vorrichtung anbringbar ist, dass eine Positionsbeziehung des zu untersuchenden Objekts zu der Kamera des portablen Geräts sicher festgelegt werden kann. Insbesondere kann die Vorrichtung auf diese Weise an mehrere unterschiedliche zu authentifizierende Objekte angepasst werden, indem unterschiedliche Objektaufnahmen verwendet bzw. ausgetauscht werden.
Darüber hinaus kann an der Aufnahme ein Sensorkopf angebracht und über einen Lichtleiter (z.B. wie bei einem faseroptischen Endoskop) mit derselben gekoppelt sein. Auf diese Weise muss nicht das zu untersuchende Objekt bezüglich der Kamera des portablen Geräts positioniert werden, sondern es muss lediglich der Sensorkopf auf geeignete Weise vor dem zu untersuchenden Bereich des Objekts positioniert werden.
Eine Verwendung eines Strahlteilers als Teil einer Optik der Vorrichtung ermöglicht, dass das IR-Licht, das von den fluoreszierenden Partikeln emittiert wird, gleichzeitig zu der Kamera des portablen Geräts und zu einem Detektionselement, das die Intensität der Sekundäremission misst, geleitet werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise unter Verwendung geeigneter Filter gleichzeitig das Identifikationsmuster aufgenommen und das Abklingverhalten der Lumineszenz bestimmt werden.
Ein System mit einer oder mehreren der hierin beschriebenen Vorrichtungen und einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung, die Referenzdaten für mehrere unterschiedliche Objekte aufweist, ermöglicht eine effiziente Verwendung der Vorrichtung durch unterschiedliche Anwender mit unterschiedlichen zu authentifizierenden Objekten. So kann mit der Vorrichtung auf die hierin beschriebene Weise etwa ein Identifikationsmuster aufgenommen und für einen Datenabgleich zu der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung übermittelt werden. Alternativ dazu kann die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung die Referenzdaten für den Abgleich zu den unterschiedlichen dezentral vorgesehenen Vorrichtungen senden.
Die Verwendung von Partikeln, die eine Fluoreszenz im Infraroten aufweisen, hat den Vorteil, dass die Partikel üblicherweise mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Auf diese Weise erhöht sich die Sicherheit der Authentifizierung, da von einem möglichen Nachahmer nicht ohne Weiteres erkannt werden kann, dass die Sicherheitsmerkmale überhaupt vorhanden sind. Darüber hinaus können sogenannte UP- und/oder DOWN-Converter, die bereits zur Untersuchung des Abklingverhaltens der Lumineszenz verwendet werden, nun auch zur Identifikation von weiteren Sicherheitsmerkmalen wie beispielsweise Identifikationsmustern und dergleichen eingesetzt werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform;
2 eine andere perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Ansicht einer Objektaufnahme für die hierin offenbarten Ausführungsformen;
4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform;
5 eine andere perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform;
6 einen Sensorkopf der zweiten Ausführungsform;
7 eine Vorderansicht des Sensorkopfes der 6;
8 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 7;
9 eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform;
10 ein beispielhaftes Abklingverhalten einer Lumineszenz; und
11 eine Übersicht über ein System mit mehreren der hierin offenbarten Vorrichtungen.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen einer Vorrichtung für ein mit einer Kamera ausgestattetes portables Gerät wie ein Mobiltelefon oder einen Tabletcomputer unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 10 für ein portables Gerät 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, ist die Vorrichtung 10 ähnlich zu einer herkömmlichen Hülle für ein Smartphone ausgebildet. Insbesondere weist die Vorrichtung 10 eine Aufnahme 14 für das portable Gerät 100 auf, in die das portable Gerät 100 eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann das portable Gerät 100 in die Aufnahme 14 eingeschoben werden. Wie in 1 gezeigt, weist die Aufnahme 14 dabei neben mehreren Halteabschnitten 15 einen Anschlag 17 auf, so dass beim Einschieben des portablen Geräts 100 eine feste Positionsbeziehung zwischen der Vorrichtung 10 und dem portablen Gerät 100 erhalten wird. Insbesondere wird so eine Kamera 102 des portablen Geräts 100 mit einer in der Aufnahme 14 vorgesehenen Kameraöffnung 12 ausgerichtet. Auf diese Weise ist das portable Gerät 100 dazu in der Lage, durch die Kameraöffnung 12 hindurch ein Bild aufzunehmen.
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine IR-Beleuchtungseinheit 16, die beispielsweise als eine Mehrzahl von IR-LED, die um die Kameraöffnung 12 verteilt an der Aufnahme 14 angeordnet sind, oder eine oder mehrere entsprechende IR-Laserdioden ausgebildet ist, ein Filter 21, das vor der IR-Beleuchtungseinheit 16 angeordnet ist, eine Detektoreinheit 24, die beispielsweise als eine Mehrzahl von IR-Fotodioden ausgebildet ist, die beispielsweise abwechselnd mit den IR-LED der Beleuchtungseinheit 16 um die Kameraöffnung 12 angeordnet sind, eine in der Aufnahme 14 vorgesehene Steuerung 26, eine Kommunikationseinrichtung 28, die zur Kommunikation, beispielsweise über Bluetooth, WLAN oder NFC, mit einem externen Gerät, beispielsweise dem portablen Gerät 100, ausgebildet ist, und eine Energieversorgung 30 für die IR-Beleuchtungseinheit 16, die Steuerung 26, die Kommunikationseinrichtung 28, etc. auf.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung 10 eine Filteranordnung, bestehend beispielsweise aus einem ersten Filter 20, einem zweiten Filter 22 und dem Filter 21, auf. Dabei sind die Filter 20, 22 in 1 zur Veranschaulichung separat von der Vorrichtung 10 dargestellt, sie sind jedoch Teil derselben und beispielsweise in oder vor der Kameraöffnung 12 vorgesehen. Ferner weist die Vorrichtung 10 eine Optik 18, beispielsweise eine geeignete Linse, auf, die dazu angepasst ist, von einem zu authentifizierenden Objekt (vgl. das Objekt 200 in 2) aufgrund von Lumineszenz von Partikeln in oder an dem Objekt ausgesandtes IR-Licht zu der Kamera 102 des in der Aufnahme 14 aufgenommenen portablen Geräts 100 zu leiten. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Filter 20, 22 sowie die Optik 18, das heißt, die entsprechende Linse, mit der Kameraöffnung 12 ausgerichtet und entweder in derselben oder zwischen derselben und dem portablen Gerät 100 angeordnet.
2 zeigt das portable Gerät 100, das in der Aufnahme 14 der Vorrichtung 10 aufgenommen ist, so dass die Kamera 102 derselben mit der Kameraöffnung 12 ausgerichtet ist. Darüber hinaus ist in 2 eine separate Objektaufnahme 32 gezeigt, die lösbar an der Aufnahme 14 anbringbar ist. Wie in 3 gezeigt, weist die Objektaufnahme 32, die beispielsweise in Form einer mittels 3D-Druck hergestellten Aufnahme bzw. Schale ausgebildet ist, einen an die Abmessungen des zu authentifizierenden Objekts 200 angepassten Aufnahmebereich 204 auf. Beispielsweise ist der Aufnahmebereich 204 als eine Aussparung 206 in der Objektaufnahme 32 ausgebildet, in die das zu authentifizierende Objekt 200 derart positioniert werden kann, dass die Kameraöffnung 12 der Aufnahme 14 eine vorbestimmte Positionsbeziehung zu einem zu untersuchenden Bereich 202 des Objekts 200 aufweist. 3 zeigt dabei zur Veranschaulichung lediglich schematisch die Kamera 102 des portablen Geräts 100 sowie das zwischen der Kamera 102 und dem zu untersuchenden Bereich 202 angeordnete Filter 22.
Mittels der in den 1-3 gezeigten Vorrichtung kann nun eine zweistufige Authentifizierung des zu untersuchenden Objekts 200 durchgeführt werden. So kann beispielsweise in einer ersten Stufe die Steuerung 26 die IR-Beleuchtungseinheit 16 aktivieren, so dass IR-Licht in einem ersten Wellenbereich ausgesandt wird, um das wie in 3 gezeigt positionierte zu authentifizierende Objekt 200 zu beleuchten. Beispielsweise kann die IR-Beleuchtungseinheit 16 mehrere IR-LED mit einem Zentrum ihres Emissionsspektrums bei einer Wellenlänge von 940 nm aufweisen. In dem zu untersuchenden Bereich 202 des zu authentifizierenden Objekts 200 können dann beispielsweise Partikel enthalten sein, die sogenannte UP- oder DOWN-Converter mit Anregungszentren bei Wellenlängen von beispielsweise 940 oder 980 nm aufweisen. Diese Partikel werden durch das ausgesandete IR-Licht in dem ersten Wellenlängenbereich, das beispielsweise in Form eines Lichtpulses einer Primäremission mit einer vorbestimmten Intensität und Dauer, z.B. 200 bis 500 µs, ausgesandt wird, angeregt, und die Intensität des aufgrund der Anregung von den Partikeln ausgesandeten Lichts (der Sekundäremission) kann beispielsweise durch die IR-Fotodioden der Detektoreinheit 24 detektiert werden. Die Zentren der Sekundäremissionen liegen dabei je nach Typ der verwendeten Partikel in einem zweiten Wellenlängenbereich zwischen 700 und 1100 nm. Das Filter 21, beispielsweise ein Kurzpassfilter oder ein Bandpassfilter, ist dazu angepasst, einen Teil des von der IR-Beleuchtungseinheit 16 ausgesandten Lichts in dem zweiten Wellenlängenbereich herauszufiltern, so dass die Detektion nicht durch z.B. an dem Objekt 200 reflektiertes Licht in diesem Bereich beeinflusst wird.
Dabei weist die Intensität der Sekundäremissionen eine Anfangsintensität, die durch die Anzahl und die Art der Partikel sowie die Intensität des eingestrahlten Lichts bestimmt ist, und ein charakteristisches Abklingverhalten mit einer materialspezifischen Zeitkonstante auf. Durch die Steuerung 26 kann die mittels der Detektoreinheit 24 gemessene Intensität der Sekundäremission ausgewertet und basierend darauf unter anderem die Zeitkonstante für die Partikel bestimmt werden. Diese Zeitkonstante liegt üblicherweise zwischen 100 µs und ca. 1 ms. Die Parameter, mit der die IR-Beleuchtungseinheit 16 angesteuert wird, um das IR-Licht auszusenden, können beispielsweise über das portable Gerät 100 (z.B. eine installierte App), das über die Kommunikationseinrichtung 28 mit der Steuerung 26 der Aufnahme 14 in Verbindung steht, geeignet gewählt werden. Das Ergebnis der Bestimmung durch die Steuerung 26 wird ebenfalls über die Kommunikationseinrichtung 28 an das portable Gerät 100 übertragen und kann beispielsweise auf einer Anzeige 104 desselben angezeigt werden. Ein Beispiel für eine entsprechende Darstellung ist in 10 gezeigt.
10 zeigt eine typische Kurve 500, die das Abklingverhalten (die Intensität I) der Lumineszenz der Partikel in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt. Darüber hinaus kann in der Darstellung die Abklingzeit 502, die Anfangsintensität der Sekundäremission 504 und ein Ergebnis 506 eines Abgleichs mit erwarteten Referenzdaten angezeigt werden. Der Abgleich mit den Referenzdaten kann dabei entweder durch das portable Gerät 100 durchgeführt werden, das die Referenzdaten aufweist, die es beispielsweise von einem zentralen Server heruntergeladen hat, oder er kann auf dem zentralen Server erfolgen, an den das portable Gerät 100 das Ergebnis der Messung überträgt und der wiederum das Ergebnis des Abgleichs zu dem portablen Gerät 100 sendet. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. Bei der Messung der Intensität I der Lumineszenz kann dabei die Auswertung über den gesamten Bereich von 700 bis 1100 nm der Sekundäremission erfolgen, oder es kann ein bestimmter Wellenlängenbereich ausgewählt werden, indem geeignete Filter eingesetzt werden. Bei einer Auswertung in dem gesamten Bereich können ggf. auch mehrere Zeitkonstanten und andere Parameter bestimmt und verglichen werden. Ferner kann auch ein Vergleich der Anfangsintensitäten erfolgen.
Parallel zu der Untersuchung insbesondere des Abklingverhaltens der Lumineszenz kann von der Kamera 102 des portablen Geräts 100 ein Bild des zu untersuchenden Bereichs 202 mit den aufgrund der Lumineszenz fluoreszierenden Partikeln aufgenommen werden. Dabei senden diese Partikel IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich aus, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Beispielsweise kann für den Fall, dass DOWN-Converter verwendet werden, die ein Anregungszentrum bei 940 nm aufweisen und Licht mit einer größeren Wellenlänge aussenden, durch geeignet gewählte Filter 20, 21 und 22 erreicht werden, dass das Anregungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 940 nm nicht zu der Kamera 102 des portablen Geräts 100 gelangt, jedoch das von den Partikeln ausgesandete Licht mit einer größeren Wellenlänge zu derselben gelangt. Beispielsweise könnte das Filter 20 ein Langpassfilter sein, und das Filter 22 könnte ein Bandpassfilter sein, und die Filter 20, 22 können so konfiguriert sein, dass lediglich Licht mit Wellenlängen, die größer als 975 nm sind, durchgelassen werden. Darüber hinaus könnte in diesem Fall das Filter 21 ein Filter sein, das beispielsweise vor der IR-Beleuchtungseinheit 16 angeordnet ist und verhindert, dass Licht mit einer Wellenlänge, die größer als beispielsweise 950 nm ist, zu dem zu untersuchenden Objekt 200 gelangt. Auf diese Weise kann eine Reflexion des von der IR-Beleuchtungseinheit 16 ausgesandten Lichts an dem zu authentifizierenden Objekt 200 verhindert werden, die die Bildaufnahme durch die Kamera 102 stören oder beeinflussen könnte. Beispielsweise könnte das Filter 21 ein Kurzpassfilter sein, das lediglich Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 950 nm durchlässt. Somit kann auf der Anzeige 104 des portablen Geräts 100 das von der IR-Kamera 102 desselben aufgenommene Bild angezeigt werden, in dem lediglich die fluoreszierenden Partikel in dem zu untersuchenden Bereich 202 sichtbar sind.
Das von der Kamera 102 des portablen Geräts 100 aufgenommene Bild kann dann durch geeignete Bildverarbeitungssoftware, die entweder auf dem portablen Gerät 100 installiert ist oder auf einem zentralen Server läuft, ausgewertet werden. Die Pigmentpartikel in dem zu untersuchenden Bereich 202 des Objekts 200 können beispielsweise bei der Herstellung desselben auf und/oder in die Oberfläche des Objekts 200 auf- und/oder eingebracht werden. Die Partikel können in ausreichender Anzahl vorgesehen sein, beispielsweise können mehr als 100 Pigmentpartikel pro cm² mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 2 µm und 20 µm vorgesehen sein. Ferner können die Partikel in einer zufälligen oder einer nicht zufälligen (z.B. regelmäßigen) Verteilung vorliegen. Beispielweise können die Partikel in Form eines Codes wie eines QR-Codes oder eines DataMatrix-Codes, als geometrische Figuren, Text, etc. auf das Objekt aufgedruckt werden. Bei einer zufälligen Verteilung der Partikel kann eine Datenreduktion des Bildinhaltes mittels Bildung von geometrischen Objekten (z.B. Dreiecken oder Kreisen) erfolgen, wie dies beispielsweise in der eingangs erwähnten EP 2 318 286 B1 der Fall ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, durch die Bildverarbeitungssoftware einfach die Anzahl der fluoreszierenden Partikel zu bestimmen, beispielsweise pro Flächeneinheit, und mit einem gespeicherten Referenzwert zu vergleichen.
Bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ist das zu authentifizierende Objekt 200 in eine vorbestimmte Positionsbeziehung mit der Kamera 102 des portablen Geräts 100 zu bringen, um die Authentifizierung durchzuführen. Dazu kann vorteilhafterweise die Objektaufnahme 32 verwendet werden. Wie bereits ausgeführt, kann dabei insbesondere die Aufnahme 14 der Vorrichtung 10 eine Schnittstelle aufweisen, die das Befestigen mehrerer, unterschiedlich zueinander ausgebildeter Objektaufnahmen 32 an derselben ermöglicht. So können Objekte wie beispielsweise Kreditkarten, Führerscheine, Personalausweise, Firmenausweise, Blister-Verpackungen von Arzneimitteln, etc. durch Verwendung einer geeigneten Objektaufnahme 32 sicher positionsgenau bezüglich der Kamera 102, das heißt, der Kameraöffnung 12 der Aufnahme 14, angeordnet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in den 4 bis 9 gezeigt ist, wird stattdessen ein Sensorkopf 300 der Vorrichtung 10 vor dem zu untersuchenden Bereich 202 des Objekts 200 positioniert. Wie in 4 gezeigt, ist der Sensorkopf 300 lösbar an der Aufnahme 14 anbringbar und über einen Lichtleiter 302, z.B. ein Glasfaserbündel, optisch mit derselben koppelbar. Der Lichtleiter 302 ist mit einem geeigneten optischen Anschluss 36 an der Aufnahme 14 verbindbar. Ferner ist der Sensorkopf 300 über eine Steuerleitung 304 mit einem entsprechenden elektrischen Anschluss 38 an der Aufnahme 14 verbunden. Über die Steuerleitung 304 sind im Folgenden näher beschriebene Elektronikkomponenten des Sensorkopfs 300 mit der Steuerung 26 in der Aufnahme 14 verbunden. Darüber hinaus ist der Sensorkopf 300 über den Lichtleiter 302 mit der Optik 18 der Aufnahme 14 verbunden, und in den Sensorkopf 300 eintretendes, aufgrund von Lumineszenz von Partikeln in dem zu authentifizierenden Objekt 200 ausgesandtes IR-Licht wird über den Lichtleiter 302 zu der Aufnahme 14 übertragen, wo es durch die Optik 18 zu der Kameraöffnung 12 derselben geleitet wird.
Der z.B. als faseroptisches Endoskop ausgebildete Sensorkopf 300 weist, wie in 6 gezeigt, die IR-Beleuchtungseinheit 16 in Form von beispielsweise mehreren IR-LED auf, die um eine vordere Optik 306 des Sensorkopfs, durch die Licht in den Sensorkopf 300 eintreten und in den Lichtleiter 302 gelangen kann, angeordnet sind. Dabei kann erneut, wie in 8 gezeigt, ein geeignetes Filter 308 vor der IR-Beleuchtungseinheit 16 vorgesehen sein, um beispielsweise die Emission von IR-Licht in dem zweiten IR-Wellenlängenbereich, in dem die Fluoreszenz detektiert wird, zu verhindern. Wie in 7 gezeigt, kann der Sensorkopf 300 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein, mit einem Durchmesser von beispielsweise ca. 20 mm. Wie in 7 und 8 gezeigt, sind die einzelnen IR-LED der IR-Beleuchtungseinheit 16 beispielsweise jeweils auf einem geeigneten Substrat mit einer Elektronik, die über die Steuerleitung 304 mit der Aufnahme 14 verbunden ist, angeordnet.
9 zeigt die gesamte Optik der Verbindung aus Aufnahme 14, Sensorkopf 300 und portablem Gerät 100 genauer. Wie in 9 gezeigt, weist die Optik 18 der Aufnahme 14 einen Strahlteiler 40 auf, der dazu ausgebildet ist, das IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich, das von den Partikeln des zu authentifizierenden Objekts 200 emittiert wird, teilweise zu der Kameraöffnung 12 (vgl. 1) und teilweise zu einem Detektionselement 46 der Detektoreinheit 24 zu leiten. Auf diese Weise kann zugleich das Abklingverhalten der Lumineszenz der Partikel bestimmt und das Bild mit den fluoreszierenden Partikeln mit der Kamera des portablen Geräts 100 erfasst werden. Beispielsweise kann das Detektionselement 46 als eine IR-Fotodiode ausgebildet sein, vor der gegebenenfalls eine zusätzliche Linse 44 zur Bündelung des einfallenden Lichts vorgesehen ist. Zwischen dem Lichtleiter 302 und dem Strahlteiler 40 kann gegebenenfalls ein weiteres Filter 42 vorgesehen sein, das ähnlich zu den Filtern 20, 22 ausgebildet ist bzw. mit diesen zusammenwirkt, so dass lediglich Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich zu der Kamera 102 und/oder dem Detektionselement 46 gelangt. Zwischen dem Strahlteiler 40 und der Kamera des portablen Geräts 100 können beispielsweise die bereits erwähnten Filter 20, 22 sowie eine Linse, beispielsweise eine geeignete Makrolinse, als Teil der Optik 18 vorgesehen sein.
Mit der in 9 gezeigten Vorrichtung können nun bei einer Aktivierung der IR-Beleuchtungseinheit 16 an dem Sensorkopf 300 die Partikel in dem zu authentifizierenden Objekt, die die Lumineszenz aufweisen, geeignet angeregt werden. Das IR-Licht der Sekundäremission gelangt über den Lichtleiter 302 (das faseroptische Endoskop) zu dem Strahlteiler 40 und von diesem einerseits zu dem Detektionselement 46 zum Bestimmen der Parameter des Abklingverhaltens der Sekundäremission auf die oben angegebene Weise und andererseits über die Filter 20, 22 und die Linse der Optik 18 zu der Kamera 102 des portablen Geräts 100. Durch die Kamera 102 wird wie oben angegeben ein Bild mit den im IR-Wellenlängenbereich fluoreszierenden Partikeln erfasst, aus dem dann durch geeignete Bildverarbeitungsverfahren die bereits erläuterten Parameter bestimmt werden können. Der Abgleich der bestimmten Parameter erfolgt auf die oben beschriebene Weise entweder in dem portablen Gerät 100 oder auf einem zentralen Server.
Eine mögliche Konfiguration eines Gesamtsystems mit einem oder mehreren portablen Geräten 100 bzw. Vorrichtungen 10 ist in 11 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, weist das System eine zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung 402 auf, in der Referenzdaten für eine Mehrzahl von unterschiedlichen zu authentifizierenden Objekten 210, 212 beispielsweise in einer zentralen Datenbank hinterlegt sind. Die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung 402 ist dabei auf bekannte Weise zur bidirektionalen Kommunikation mit einem mit einer Vorrichtung 10 verwendeten portablen Gerät 100 und zum Abgleich von Prüfdaten, die auf der Basis von mit der Vorrichtung 10 aufgenommenen Messdaten ermittelt werden, mit den Referenzdaten angepasst. Beispielsweise können die portablen Geräte 100 auf bekannte Weise über eine drahtlose Verbindung mit beispielsweise dem Internet verbunden sein und auf diese Weise mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 402, die beispielsweise als herkömmlicher Desktop-PC oder ein anderes Rechensystem ausgebildet sein kann, verbunden sein. Die in der Datenbank der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 402 gespeicherten Referenzdaten können dabei beispielsweise während der Herstellung der zu authentifizierenden Objekte 210, 212 mit einer sogenannten Master-Vorrichtung 410 erzeugt werden, die auf die im Vorhergehenden beschriebene Weise die Parameter der Objekte 210, 212 ermittelt und diese beispielsweise an einen Rechner 412 weitergibt, über den die Referenzdaten dann in der Datenbank der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 402 gespeichert werden können. Selbstverständlich kann bei anderen Anwendungen ein separates Bildverarbeitungssystem verwendet werden, das beispielsweise leistungsfähiger ist als die Bildverarbeitung, die mit der Kombination aus Aufnahme 14 und portablem Gerät 100 erhalten werden kann. Wie bereits erläutert, kann in dem System 400 einerseits der Abgleich der Prüfdaten mit den Referenzdaten auf Seiten der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 402 erfolgen, oder die Referenzdaten können von dieser, beispielsweise nach Erhalt einer entsprechenden Anfrage, zu dem portablen Gerät 100 übermittelt werden, so dass der Abgleich auf dem portablen Gerät 100 stattfinden kann. Mit dem in 11 beispielhaft dargestellten System wird ermöglicht, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Kunden bzw. Anwendungen eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Objekten prüfen und authentifizieren kann, wobei alle Kunden bzw. Anwendungen die zentrale Datenbank der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 402 zur Feststellung, ob eine erfolgreiche Authentifizierung vorgenommen werden konnte, verwenden können.
Die hierin offenbarten Vorrichtungen 10 bzw. das hierin offenbarte System 400 ermöglichen eine Durchführung eines Verfahrens zum Authentifizieren eines zu authentifizierenden Objekts 200, bei dem zunächst ein zu untersuchender Bereich 202 des Objekts 200 mit Licht in einem ersten IR-Wellenlängenbereich beleuchtet wird. Wie bereits erläutert, kann beispielsweise der erste Wellenlängenbereich ein Bereich von Wellenlängen mit einem Zentrum bei 940 nm sein. Anschließend wird Licht in einem zweiten IR-Wellenlängenbereich, das aufgrund von Lumineszenz von Partikeln des Objekts 200 ausgesandt wird, mit der Kamera 102 des portablen Geräts 100 erfasst. Beispielsweise kann dabei das Zentrum der Sekundäremission bei 1000 nm liegen. Selbstverständlich ist es bei anderen Ausführungsformen auch möglich, dass das Zentrum der Sekundäremission bei Wellenlängen liegt, die kleiner sind als 940 nm, solange sie im IR-Bereich liegen. Anhand des von der Kamera 102 aufgenommenen Bildes kann ein Fluoreszenzmuster der Partikel in dem zu untersuchenden Bereich des Objekts 200 bestimmt und wie oben angegeben mit einem abgespeicherten Referenzmuster verglichen werden. Zusätzlich dazu kann das Abklingverhalten der Lumineszenz der Partikel in dem zu untersuchenden Bereich aufgezeichnet werden, und basierend darauf kann eine materialspezifische Zeitkonstante, gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Materialparametern, bestimmt werden.
Zur zuverlässigen Durchführung des Verfahrens ist es bevorzugt, dass vor der Kamera 102 des portablen Geräts 100 eine geeignete Filteranordnung vorgesehen wird, so dass verhindert wird, dass Licht in dem ersten IR-Wellenlängenbereich zu der Kamera 102 gelangt. Geeignete Filter können dabei beispielsweise ein Lang- oder Kurzpassfilter und/oder ein Bandpassfilter sein. Weiter bevorzugt sind senderseitig, das heißt, zwischen IR-Beleuchtungseinheit 16 und zu authentifizierendem Objekt 200, ebenfalls geeignete Filter vorgesehen, die verhindern, dass Licht mit einer Wellenlänge in dem zu detektierenden zweiten IR-Wellenlängenbereich von der IR-Beleuchtungseinheit 16 emittiert und von dem zu authentifizierenden Objekt 200 in die Kamera 102 des portablen Geräts 100 reflektiert wird.
Wie bereits erläutert, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, geeignete Muster der Partikel, die die Lumineszenz aufweisen, zur Authentifizierung zu verwenden. Beispielsweise könnten die Partikel zufallsverteilt vorliegen. In diesem Fall könnte beispielsweise die Anzahl der Partikel pro Flächeneinheit bestimmt werden und mit einem entsprechenden Referenzwert verglichen werden. Alternativ können die Daten durch Bilden von Dreiecken oder Kreisen reduziert bzw. als Vergleichswerte verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen können bekannte Identifizierungscodes, beispielsweise ein QR-Code oder dergleichen, verwendet werden, die dann auf bekannte Weise von dem portablem Gerät 100 ausgewertet und mit Referenzdaten verglichen werden können.
Geeignete Partikel, die eine Lumineszenz im IR-Bereich aufweisen, sind beispielsweise UP- oder DOWN-Converter, beispielsweise mit einem Anregungszentrum bei einer Wellenlänge von 940 nm und einer Sekundäremission in einem Bereich oberhalb oder unterhalb dieser Anregungswellenlänge. Andere geeignete Partikel sind beispielsweise andere UP- oder DOWN-Converter, die bei einer Wellenlänge von z.B. 980 nm angeregt werden und über eine Sekundäremission bei Wellenlängen, die ober- oder unterhalb der Anregungswellenlänge liegen, verfügen.
Die Gesamtzahl der Partikel kann beispielsweise größer als 100 pro cm² sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Anzahl der Partikel mit einer Sekundäremission im IR-Bereich jedoch auch kleiner als 100 pro cm² sein. Beispielsweise können 10-1000, bevorzugt 100-400, besonders bevorzugt 200-300 Partikel pro cm² vorgesehen sein.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen mehrere unterschiedliche Arten von Partikeln mit einer Sekundäremission verwendet werden können. So können beispielsweise zwei oder mehr Arten von Partikeln mit einer Sekundäremission im IR-Bereich verwendet werden, wobei durch geeignete Filter beispielsweise die eine oder die andere Art von Partikeln herausgefiltert und ausgewertet werden könnte. Darüber hinaus können selbstverständlich zusätzlich zu Partikeln mit einer Sekundäremission im IR-Bereich Partikel mit einer Sekundäremission im sichtbaren Bereich verwendet werden, wobei die Auswertung dann auf geeignete Weise als Kombination der Auswertung hinsichtlich der jeweiligen Partikel erfolgen kann.
Die Software für das portable Gerät 100 kann in beliebiger Form vorliegen. Beispielsweise könnte die Software in Form einer App vorhanden sein, die auf das portable Gerät heruntergeladen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die App problemlos aktualisiert und mit weiteren Features versehen werden kann, so dass gegebenenfalls auch andere Authentifizierungsverfahren mittels der Vorrichtung 10 und dem portablen Gerät 100 durchgeführt werden können.
Auch wenn bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die jeweiligen Beleuchtungseinheiten in Form von LED ausgebildet sind, versteht sich, dass beliebige andere geeignete Beleuchtungseinheiten für die IR-Beleuchtungseinheit 16 verwendet werden können.
Die im Zusammenhang mit den oben beschrieben Ausführungsformen beschriebene Optik 18 mit der Makrolinse und den Filtern 20, 22 kann selbstverständlich je nach Anwendung geeignet modifiziert werden, solange gewährleistet ist, dass mit der Kamera 102 des portablen Geräts 100 der zu untersuchende Bereich 202 geeignet erfasst werden kann und die Erfassung nicht durch Licht mit anderen Wellenlängen, beispielsweise im IR-Bereich gestört wird. Es versteht sich, dass die Anordnung der jeweiligen Beleuchtungseinheiten beliebig gewählt werden kann, solange eine ausreichende Beleuchtung des zu untersuchenden Bereichs gewährleistet ist.
Für den Fall, dass für die IR-Beleuchtungseinheit 16 Laserdioden verwendet werden, wird bevorzugt sichergestellt, dass Schutzmechanismen vorgesehen sind, die ermöglichen, dass die Vorrichtung 10 als System der Laserklasse 1 eingestuft werden kann.
Die Partikel, die beispielsweise eine Korngröße zwischen 1 µm und 30 µm aufweisen, können bei der Herstellung zufällig in die zu authentifizierenden Objekte eingebracht werden. Beispielsweise können sie bei Kunststoffen bereits im Master-Batch enthalten sein, oder sie können auf geeignete Weise auf die Oberfläche desselben aufgebracht werden, beispielsweise aufgesprüht, um so eine zufällige Verteilung zu erhalten, oder aufgedruckt, um eine reproduzierbare Verteilung bzw. einen entsprechenden Code zu erhalten.
Aus dem Obigen ergibt sich, dass die Kamera 102 des portablen Geräts 100 in der Lage sein muss, eine Fluoreszenz im IR-Bereich zu erfassen. Dabei kann einerseits ein portables Gerät verwendet werden, das bereits eine integrierte NIR-Kamera aufweist, es kann jedoch auch ein herkömmliches portables Gerät, beispielsweise ein Smartphone, umgerüstet werden, indem die integrierte Kamera durch eine NIR-Kamera ersetzt wird.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2318286 [0002]
DE 102015005304 B3 [0003]
EP 2318286 B1 [0022]

Claims

Vorrichtung (10) für ein mit einer Kamera (102) ausgestattetes portables Gerät (100) wie ein Mobiltelefon oder einen Tabletcomputer, mit einer Kameraöffnung (12), einer Aufnahme (14), die zum Aufnehmen des portablen Geräts (100), so dass die Kamera (102) des portablen Geräts (100) mit der Kameraöffnung (12) ausgerichtet ist, ausgebildet ist, einer IR-Beleuchtungseinheit (16), die dazu angepasst ist, ein zu authentifizierendes Objekt (200) mit IR-Licht in einem ersten Wellenlängenbereich zu beleuchten, einer Optik (18), die dazu angepasst ist, von dem zu authentifizierenden Objekt (200) aufgrund von durch das IR-Licht in dem ersten Wellenlängenbereich bewirkter Lumineszenz ausgesandtes IR-Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu der Kamera (102) zu leiten, und einer Filteranordnung (20, 21, 22), die dazu angepasst ist, zu verhindern, dass IR-Licht in dem ersten Wellenlängenbereich zu der Kamera (102) gelangt, und zu ermöglichen, dass IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich zu der Kamera (102) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Detektoreinheit (24) zum Detektieren einer Intensität des aufgrund der Lumineszenz ausgesandten IR-Lichts.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer Steuerung (26) zum Bestimmen eines charakteristischen Abklingverhaltens der Lumineszenz basierend auf der Detektion durch die Detektoreinheit (24) und einer Kommunikationseinrichtung (28), die zur Kommunikation, beispielsweise über Bluetooth, WLAN oder NFC, mit einem externen Gerät, beispielsweise dem portablen Gerät (100), zum Übermitteln eines Ergebnisses der Bestimmung zu dem externen Gerät ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Positioniereinrichtung (32), die zum Positionieren des zu authentifizierenden Objekts (200), so dass die Kameraöffnung (12) eine vorbestimmte Positionsbeziehung zu einem zu untersuchenden Bereich (202) des Objekts aufweist, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Positioniereinrichtung (32) eine lösbar an der Aufnahme (14) anbringbare Objektaufnahme (32) mit einem an die Abmessungen des zu authentifizierenden Objekts (200) angepassten Aufnahmebereich (204), beispielsweise einer Aussparung (206), aufweist, in den das zu authentifizierende Objekt (200) derart positioniert werden kann, dass die Kameraöffnung (12) die vorbestimmte Positionsbeziehung zu dem zu untersuchenden Bereich (202) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Sensorkopf (300), der lösbar an der Aufnahme (14) anbringbar und über einen Lichtleiter (302), beispielsweise ein Endoskop, optisch mit der Aufnahme (14) koppelbar ist, bei der die IR-Beleuchtungseinheit (16) an dem Sensorkopf (300) vorgesehen ist und die Optik (18) dazu angepasst ist, das in den Sensorkopf (300) eintretende und über den Lichtleiter (302) zu der Aufnahme (14) geleitete IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich zu der Kameraöffnung (12) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Optik (18) einen Strahlteiler (40) aufweist, der in der Aufnahme (14) vorgesehen und dazu angepasst ist, das IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich teilweise zu der Kameraöffnung (12) und teilweise zu einem Detektionselement (46) für das IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich zu leiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Filteranordnung (20, 21, 22) ein erstes Filter (20, 22), beispielsweise mit einem Langpassfilter oder einem Kurzpassfilter, aufweist, das dazu angepasst ist, zu verhindern, dass das IR-Licht in dem ersten Wellenlängenbereich zu der Kameraöffnung (12) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit einem zweiten Filter (21), das dazu angepasst ist, zu verhindern, dass IR-Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich von der IR-Beleuchtungseinheit (16) zu dem zu authentifizierenden Objekt (200) ausgesandt wird.
System (400) zum Authentifizieren einer Mehrzahl von unterschiedlichen zu authentifizierenden Objekten (210, 212), mit mindestens einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung (402), in der Referenzdaten für die Mehrzahl von unterschiedlichen zu authentifizierenden Objekten (210, 212) hinterlegt sind, bei dem die zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung (402) zur bidirektionalen Kommunikation mit einem mit der Vorrichtung (10) verwendeten portablen Gerät (100) und zum Abgleich von Prüfdaten, die auf der Basis von mit der Vorrichtung (10) aufgenommen Messdaten ermittelt werden, mit den Referenzdaten angepasst ist.
System nach Anspruch 10, bei dem die Ermittlung der Prüfdaten zumindest teilweise von dem portablen Gerät (100) und/oder der Vorrichtung (10) vorgenommen wird.
Verfahren zum Authentifizieren eines zu authentifizierenden Objekts (200), mit folgenden Schritten: Beleuchten eines zu untersuchenden Bereichs des Objekts (200) mit Licht in einem ersten IR-Wellenlängenbereich; Erfassen von Licht in einem zweiten IR-Wellenlängenbereich, das aufgrund von Lumineszenz von Partikeln des Objekts (200) ausgesandt wird, mit einer Kamera (102) eines portablen Geräts (100); Bestimmen eines Fluoreszenzmusters der Partikel in dem zu untersuchenden Bereich anhand des erfassten Lichts; und Vergleichen des Fluoreszenzmusters mit einem abgespeicherten Referenzmuster.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit folgenden Schritten: Aufzeichnen eines Abklingverhaltens der Lumineszenz der Partikel in dem zu untersuchenden Bereich; und Bestimmen einer materialspezifischen Zeitkonstante anhand des Abklingverhaltens.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ferner mit: Vorsehen einer Filteranordnung (20, 22) vor der Kamera (102), so dass verhindert wird, dass Licht in dem ersten IR-Wellenlängenbereich zu der Kamera gelangt.