DE102019210761A1 - Photolumineszenz-Sensorvorrichtung zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts und Verfahren zum Kalibrieren einer Photolumineszenz-Sensorvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photolumineszenz-Sensorvorrichtung (1) zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts (22) in einem Messbereich der Sensorvorrichtung (1), wobei die Sensorvorrichtung (1) aufweist:- eine Strahlungserzeugungseinrichtung (17), die ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich zu erzeugen, wobei die elektromagnetische Strahlung geeignet ist, einen photolumineszierenden Stoff als Sicherheitsmerkmal oder als Teil eines Sicherheitsmerkmals (23) des Objekts (22) in einen angeregten Energiezustand zu bringen,- eine Empfangseinrichtung (19), die ausgestaltet ist, in einem Messbetrieb von dem photolumineszierenden Stoff emittierte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu empfangen und ein entsprechendes Empfangssignal (ES) zu erzeugen,- eine Auswertungseinrichtung (26), die ausgestaltet ist, das Empfangssignal (ES) auszuwerten,- eine Steuereinrichtung (25), die ausgestaltet ist, die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) in dem Messbetrieb und in einem Kalibrierungsbetrieb derart zu steuern, dass die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugte elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist,

Description

• Die Erfindung betrifft eine Photolumineszenz-Sensorvorrichtung zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts in einem Messbereich der Sensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren einer derartigen Photolumineszenz-Sensorvorrichtung.
• Bei dem Objekt kann es sich um ein Sicherheitsobjekt, insbesondere Sicherheitsdokument handeln, zum Beispiel eine behördlich ausgestellte Urkunde, eine Chipkarte oder Transponderkarte, ein Personalausweis, eine andere Identitätskarte oder ein Reisepass, um nur einige Beispiele zu nennen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Objekt um ein Wertobjekt, insbesondere ein Wertdokument handeln, wie zum Beispiel eine Banknote oder eine Aktie. Das Objekt kann zum Beispiel aus Papier gefertigt sein. Zumindest ein Photolumineszenz-Stoff kann z. B. in das Material des Objekts integriert sein und/oder auf das Material aufgebracht, zum Beispiel aufgedruckt, sein. Dabei können insbesondere Pigmente aus zumindest einem solchen Stoff oder mit zumindest einem solchen Stoff verwendet werden.
• Der Stoff oder die Stoffe werden mit elektromagnetischer Strahlung geeigneter, auf die Anregungsenergie abgestimmter Wellenlänge bestrahlt, so dass Atome oder Moleküle des jeweiligen Stoffs auf ein höheres Energieniveau angeregt werden. Beim Zurückfallen auf ein niedrigeres Energieniveau wird für den Stoff charakteristische elektromagnetische Strahlung abgestrahlt, anhand der die Echtheit des Objekts feststellbar ist und somit das Objekt verifiziert werden kann.
• Aus der EP 1 241 242 A2 sind Anti-Stokes-Leuchtstoffe für die Anwendung in Sicherheitsdokumenten bekannt. Solche Anti-Stokes-Leuchtstoffe gehören zu der Gruppe der Photolumineszenzstoffe, welche über eine Anregung mit elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden von elektromagnetischer Lumineszenzstrahlung angeregt werden können. Anti-Stokes-Leuchtstoffe absorbieren elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge, welche als Anregungswellenlänge bezeichnet wird, und emittieren zumindest einen Teil der Lumineszenzstrahlung bei zumindest einer Anti-Stokes-Wellenlänge, die kürzer als die Anregungswellenlänge ist.
• Die EP 1 241 242 A2 gibt an, dass für eine automatische Detektion des Anti-Stokes-Leuchtstoffs die Anklingzeiten und/oder Abklingzeiten des zeitlichen Verlaufs der Anti-Stokes-Lumineszenzstrahlung ausgewertet werden können. Die Anklingzeiten und/oder Abklingzeiten sind charakteristisch für die verschiedenen Anti-Stokes-Leuchtstoffe. Ferner ist bekannt, dass die Anklingzeiten von Anti-Stokes-Leuchtstoffen im Vergleich zu vielen anderen Lumineszenzstoffen relativ lang sind und bis zu einige 100 µs betragen können.
• Es ist somit möglich, insbesondere Anti-Stokes-Leuchtstoffe in Sicherheitsmerkmale zu integrieren und eine Anti-Stokes-Lumineszenz und gegebenenfalls deren spezielle Charakteristik als Sicherheitsmerkmal zu nutzen. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung von Anti-Stokes-Leuchtstoffen in Sicherheitsmerkmalen beschränkt. Vielmehr kann es sich bei dem Photolumineszenz-Stoff oder bei einem der Photolumineszenz-Stoffe des Sicherheitsmerkmals um einen Stokes-Leuchtstoff handeln, der eine Verschiebung der emittierten elektromagnetischen Strahlung gegenüber der anregenden elektromagnetischen Strahlung zu größeren Wellenlängen bewirkt. Insgesamt kann die anregende elektromagnetische Strahlung daher in einem ersten Wellenlängenbereich liegen und die emittierte elektromagnetische Strahlung, die auch als Lumineszenzstrahlung bezeichnet werden kann, in einem zweiten Wellenlängenbereich liegen, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Ein solcher Unterschied macht es insbesondere möglich, die Lumineszenzstrahlung von reflektierten Strahlungsanteilen der anregenden elektromagnetischen Strahlung zu unterscheiden. Die Wellenlängenbereiche sind auch dann unterschiedlich, wenn sie einander überlappen und/oder die Maxima der spektralen Intensitäten der Strahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen liegen. Unterschiedliche Wellenlängenbereichen setzen nicht zwingend voraus, dass die Wellenlängenbereiche aneinander angrenzen oder gar einen Wellenlängenabstand zueinander aufweisen. Ein solcher Wellenlängenabstand kann aber insbesondere dann erzielt werden, wenn die anregende elektromagnetische Strahlung von einem Laser, zum Beispiel einer Laserdiode erzeugt wird.
• Bei einer einfachen Form der Verifikation wird lediglich geprüft, ob eine Anti-Stokes-Lumineszenz und/oder eine Stokes-Lumineszenz erfassbar ist/sind. In einer weiter entwickelten Ausführungsform werden beispielsweise die Anklingzeit und/oder Abklingzeit ermittelt und/oder berücksichtigt und wird anhand einer Auswertung geprüft, ob in dem geprüften Sicherheitsdokument die für ein echtes Sicherheitsdokument korrekten Lumineszenzstoffe enthalten sind.
• Messsignale von Photolumineszenz-Sensorvorrichtungen können außer von der elektromagnetischen Strahlung, die das Objekt abstrahlt, auch von Strahlung aus der Umgebung der Sensorvorrichtung erzeugt werden. Ferner kann das Objekt Strahlung zurück reflektieren, die von der Sensorvorrichtung auf das Objekt eingestrahlt wurde, um den angeregten Energiezustand zu erzielen.
• Es ist daher sinnvoll, die von der Umgebung stammende Strahlung separat, ohne gleichzeitige Messung eines Objekts zu messen und später die eigentlichen Messsignale aus der Vermessung eines Objekts zu korrigieren.
• Bezüglich der Reflexion der anregenden Strahlung der Sensorvorrichtung zurück zu oder in Richtung der Sensorvorrichtung kann eine Messung eines Vergleichs-Objekts mit denselben Reflexionseigenschaften in dem Wellenlängenbereich der anregenden Strahlung wie bei dem zu verifizierenden Objekt durchgeführt werden, so dass ein erwartetes Signal zur Verfügung steht, unter dessen Berücksichtigung später Objekte verifiziert werden können.
• Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, da die anregende Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich liegt als die Lumineszenz-Strahlung des erwarteten Objekts, die anregende Strahlung möglichst vollständig auszufiltern bzw. zu unterdrücken, bevor die Strahlung auf die Empfangseinrichtung der Sensorvorrichtung auftrifft, von der das Messsignal erzeugt wird. Mit dieser Unterdrückung der anregenden Strahlung ist jedoch entsprechender Aufwand verbunden, da Wellenlängen der anregenden Strahlung und der Lumineszenz-Strahlung oft nahe beieinander liegen und entsprechende Filter Schwankungen bei ihrer Fertigung unterliegen, die zu teilweise sehr unterschiedlichen Filtereigenschaften führen. Die Unterdrückung ist insbesondere dann besonders wichtig, wenn verschiedene photolumineszierende Stoffe mit Lumineszenzstrahlung in verschiedenen aber ähnlichen Wellenlängenbereichen unterschieden werden sollen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Photolumineszenz-Sensorvorrichtung zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts und/oder ein Verfahren zum Kalibrieren einer derartigen Photolumineszenz-Sensorvorrichtung anzugeben, die/das es bei geringem Aufwand ermöglicht/ermöglichen, Objekte zuverlässig zu verifizieren.
• Es wird vorgeschlagen, die zur Anregung der Photolumineszenz dienende elektromagnetische Strahlung sowohl dann zu erzeugen, wenn sich ein zu verifizierendes Objekt in einem Messbereich der Photolumineszenz-Sensorvorrichtung befindet, als auch dann, wenn sich kein zu verifizierendes Objekt in dem Messbereich der Sensorvorrichtung befindet. In beiden Betriebsarten, die als Kalibrierungsbetrieb und als Messbetrieb bezeichnet werden können, wird von einer Empfangseinrichtung der Sensorvorrichtung ein Teil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in zumindest einem Teilbereich des (ersten) Wellenlängenbereichs der erzeugten elektromagnetischen Strahlung empfangen. In dem Kalibrierbetrieb wird die so empfangene elektromagnetische Strahlung ausgewertet und es wird ein entsprechendes Kalibrierungsergebnis erzeugt. In dem Messbetrieb wird außerdem elektromagnetische Strahlung in dem (zweiten) Wellenlängenbereich der Lumineszenzstrahlung empfangen, wenn sich in dem Messbereich ein photolumineszierender Stoff befindet. Bei der Auswertung der Lumineszenzstrahlung im Messbetrieb zum Zwecke der Verifizierung eines Objekts wird das Kalibrierungsergebnis berücksichtigt.
• Während des Kalibrierungsbetriebes kann sich im (örtlichen) Messbereich kein Objekt befinden oder es kann sich im Messbereich ein Objekt (wie z.B. ein Objektträger zum Tragen eines zu verifizierenden Objekts) befinden. In beiden Fällen, die auch miteinander kombiniert werden können, d.h. in einem Teil des Messbereichs befindet sich ein Objekt, wird es bevorzugt, dass von dem Objekt keine Strahlung ausgeht (insbesondere reflektiert wird), die in dem ersten Wellenlängenbereich der anregenden Strahlung liegt. Vollständig kann dieser Zustand nicht erreicht werden, da jedes Objekt und jede Umgebung in dem ersten Wellenlängenbereich Strahlung mit geringer Strahlungsintensität in Richtung der Empfangseinrichtung der Photolumineszenz-Sensorvorrichtung strahlen können. Der Zustand sollte aber in möglichst guter Annäherung erreicht werden, d.h. die von dem Messbereich ausgehende und/oder reflektierte Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich sollte möglichst klein gegenüber der nicht von dem Messbereich ausgehenden, aber von der Empfangseinrichtung empfangenen Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich sein. Optional kann die von dem Messbereich ausgehende und/oder reflektierte Strahlung gemessen werden, zum Beispiel indem bei der separaten Messung zeitweise verhindert wird, dass diese Strahlung vom Sensor detektiert wird. Zum Beispiel kann zwischen dem Messbereich und der Empfangseinrichtung ein absorbierendes Material eingebracht werden. Realisiert werden kann dies zum Beispiel, indem ein Fenster der Sensorvorrichtung abgedeckt wird.
• Es ist anzumerken, dass die von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich, die bei Vorhandensein eines photolumineszierenden Stoffes diesen anregen kann, absichtlich teilweise die Empfangseinrichtung erreicht, ohne zuvor den Messbereich erreicht zu haben. Im Allgemeinen kann es sich bei diesem Teil der von der Empfangseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung um Strahlung handeln, die innerhalb der Sensorvorrichtung verbleibt, ohne diese zu verlassen, und/oder um Strahlung, die auf ihrem Weg zu dem Messbereich reflektiert und/oder abgelenkt wird, sodass sie den Messbereich nicht erreicht. In konkreter Ausgestaltung befindet sich zwischen der Sensorvorrichtung und dem Messbereich kein festes oder flüssiges Material, d.h. die zum Beispiel durch ein Austrittsfenster aus der Sensorvorrichtung austretende Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erreicht den Messbereich ohne erhebliche Schwächung durch Reflexion oder Streuung. Insbesondere Luft führt lediglich zu einer sehr geringen Reflexion oder Streuung. Die absichtlich teilweise die Empfangseinrichtung erreichende Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich besteht somit insbesondere aus Strahlung, die innerhalb der Sensorvorrichtung verbleibt, ohne diese zu verlassen. Wenn die Sensorvorrichtung ein Fenster aufweist, durch das hindurch die erzeugte Strahlung in den Messbereich eingestrahlt wird, dann gehört zu der innerhalb der Sensorvorrichtung verbleibenden Strahlung auch Strahlung, die an dem Fenster zurück reflektiert wird und daher nicht aus der Sensorvorrichtung austritt.
• Der Kalibrierungsbetrieb kann einmal oder wiederholt stattfinden, insbesondere wenn erkannt wurde, dass sich im Messbereich kein photolumineszierender Stoff befindet. Die Erkennung kann durch einen Nutzer und/oder automatisch erfolgen. Insbesondere kann der Kalibrierungsbetrieb jeweils einmal oder mehrfach zwischen zwei Phasen des Messbetriebes stattfinden, d.h. in den Phasen des Messbetriebes befindet sich jeweils ein zu verifizierendes Objekt in dem Messbereich. Insbesondere kann sich der Kalibrierbetrieb daher nur darin vom Messbetrieb unterscheiden, dass das von der Empfangseinrichtung erzeugte Empfangssignal, welches der empfangenen Strahlung entspricht, im Kalibrierungsbetrieb zu einem Kalibrierungsergebnis führt und im Messbetrieb zu einer Verifizierung oder Nicht-Verifizierung eines Objekts im Messbereich, unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses oder eines von mehreren Kalibrierungsergebnissen. Insbesondere kann in verschiedenen Phasen des Kalibrierungsbetriebes jeweils ein Kalibrierungsergebnis erhalten werden und kann z.B. das jüngste Kalibrierungsergebnis oder ein aus mehreren Phasen des Kalibrierungsbetriebes abgeleitetes Kalibrierungsergebnis im Messbetrieb bei der Auswertung berücksichtigt werden.
• Insbesondere können wiederholt zu verifizierende Objekte durch den Messbereich der Sensorvorrichtung hindurch bewegt werden. Wenn sich in einem Zeitintervall kein zu verifizierendes Objekt in dem Messbereich befindet, kann der Kalibrierungsbetrieb durchgeführt werden. Dies ermöglicht es insbesondere, in jedem Messbetrieb ein Kalibrierungsergebnis zu berücksichtigen, das zumindest auch aus dem unmittelbar vorangegangenen Kalibrierungsbetrieb erhalten wurde.
• Der Empfang und die Auswertung von Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich der anregenden Strahlung sowohl im Kalibrierungsbetrieb als auch im Messbetrieb haben den Vorteil, dass der Einfluss der Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erfasst wird und bei der Auswertung im Messbetrieb berücksichtigt wird. Wenn Mittel (zum Beispiel ein Filter) zur Reduzierung der Strahlungsintensität der Strahlung im ersten Wellenlängenbereich vorhanden sind, die die von der Empfangseinrichtung empfangene Strahlung beeinflussen, und/oder wenn die Empfangseinrichtung aus anderen Gründen (z.B. der Strahlungsempfindlichkeit der Empfangssensorik) ausgestaltet ist, weniger empfindlich auf Strahlung im ersten Wellenlängenbereich anzusprechen als auf Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich, dann kann bzw. können die Eigenschaften der Mittel und/oder der Empfangseinrichtung z.B. fertigungsbedingt je nach Exemplar unterschiedlich ausfallen. Ohne hohen Aufwand für die Überprüfung der Eigenschaften der Mittel und/oder der Empfangseinrichtung kann die Strahlung im ersten Wellenlängenbereich daher je nach Exemplar der Sensorvorrichtung unterschiedlichen Einfluss auf das Empfangssignal der Empfangseinrichtung haben. Bei der zuvor beschriebenen Lösung kann aber für jede konkret vorliegende Sensorvorrichtung das Kalibrierungsergebnis ermittelt werden und so der Einfluss der Strahlung im ersten Wellenlängenbereich auf das Empfangssignal der Empfangseinrichtung berücksichtigt werden.
• Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung so ausgestaltet, dass die Strahlung im ersten Wellenlängenbereich, die nicht vom Messbereich ausgeht oder reflektiert wird, einen geringeren Einfluss auf das von der Empfangseinrichtung erzeugte Empfangssignal hat als Lumineszenzstrahlung im zweiten Wellenlängenbereich, wenn sich ein Sicherheitsmerkmal mit erwarteten Photolumineszenz-Eigenschaften im Messbereich der Sensorvorrichtung befindet. Wenn z.B. ein Sensorelement der Empfangseinrichtung, wie beispielsweise eine Photozelle, ein nicht spektral aufgelöstes Signal erzeugt, das aber von Strahlung in einem ausgedehnten Wellenlängenbereich verursacht werden kann, dann ist die spektrale Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung einschließlich etwaiger Mittel wie Filter, die die auf die Empfangseinrichtung einfallende Strahlung beeinflussen, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 10 und insbesondere mindestens um einen Faktor 100 kleiner im ersten Wellenlängenbereich als im zweiten Wellenlängenbereich. Dies bezieht sich insbesondere auf die jeweils maximale Empfindlichkeit in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich, denn die Empfindlichkeit kann auch in den einzelnen Wellenlängenbereichen von der Wellenlänge abhängen.
• Die Erfindung ist jedoch nicht auf Empfangseinrichtungen beschränkt, deren Sensorelement oder Sensorelemente nicht wellenlängenaufgelöste Signale liefern. Vielmehr kann die Empfangseinrichtung z.B. mittels einer Mehrzahl spektral unterschiedlich empfindlicher Sensorelemente ein wellenlängenaufgelöstes Signal erzeugen, wenn Strahlung auf die Empfangseinrichtung einfällt. Allerdings ermöglicht es die Erfindung, auch dann in präziser Weise und bei geringem Aufwand Sicherheitsmerkmale mit photolumineszierenden Stoffen zu verifizieren, wenn die Empfangssignale der Empfangseinrichtung nicht spektral aufgelöst sind.
• Insbesondere kann die auf die Empfangseinrichtung einfallende elektromagnetische Strahlung vorher eine Filtereinrichtung passieren, welche die elektromagnetische Strahlung, die auf die Filtereinrichtung einfällt, filtert. Durch die Filterung kann die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung der auf die Empfangseinrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung einen geringeren Anteil in dem ersten Wellenlängenbereich haben als die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung der auf die Filtereinrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung. Die Anteile können insbesondere durch Integration der spektralen Strahlungsflussdichte-Verteilung über die verschiedenen Wellenlängenbereiche ermittelt werden, insbesondere über den ersten Wellenlängenbereich und außerhalb des ersten Wellenlängenbereichs zum Beispiel im zweiten Wellenlängenbereich. Die Sensorvorrichtung kann eine entsprechend angeordnete Filtereinrichtung aufweisen. Auf diese Weise kann der Einfluss der Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich reduziert werden, was insbesondere zu einem höheren Signal-Störverhältnis führt.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wie bereits angedeutet wiederholt ein Kalibrierungsergebnis in jeweils einer Phase des Kalibrierungsbetriebes erhalten werden kann und somit ein aktuelles Kalibrierungsergebnis erhalten werden kann. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass der Einfluss der Strahlung im ersten Wellenlängenbereich von zumindest einem Einflussfaktor abhängen kann, wie z.B. der Temperatur der Sensorvorrichtung und/oder Umgebung der Sensorvorrichtung, dem Luftdruck innerhalb oder außerhalb der Sensorvorrichtung und/oder dem Alter oder Abnutzungsgrad der Sensorvorrichtung.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es jedenfalls möglich ist, zumindest ein Empfangssignal der Empfangseinrichtung so auszuwerten, dass daraus erhaltene Information über die anregende elektromagnetische Strahlung im Messbetrieb berücksichtigt wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Empfangssignal der Empfangseinrichtung eine zeitabhängige Größe ist und somit den zeitlichen Verlauf der auf die Empfangseinrichtung einfallenden Strahlung wiedergibt. Bei einer Lumineszenz ist es nämlich häufig so, dass die Lumineszenzstrahlung erst erhebliche Zeit nach dem Auftreffen der anregenden Strahlung auf den photolumineszierenden Stoff mit erheblicher Intensität erzeugt wird. Im Messbetrieb wird das Empfangssignal daher zunächst überwiegend oder sogar fast ausschließlich der anregenden Strahlung entsprechen. Erst wenn die Intensität der Lumineszenzstrahlung im weiteren Verlauf der Messung angestiegen ist, bestimmt die Lumineszenzstrahlung das Empfangssignal überwiegend. Z.B. bei einem nicht spektral auflösenden Sensorelement bedeutet dies überwiegend, dass die Höhe des Sensorwertes bzw. Messwertes überwiegend von der jeweiligen Strahlung verursacht wird.
• Wenn wie erwähnt ein zeitlicher Verlauf des Empfangssignals bei der Auswertung berücksichtigt wird, kann dies z.B. dadurch geschehen, dass aus dem Verlauf auf das Vorhandensein von anregender Strahlung geschlossen wird. Anhand des zeitlichen Verlaufs, der überwiegend von der anregenden Strahlung beeinflusst wird kann auch auf einen Beginn eines Zeitintervalls oder auf ein Zeitintervall eines späteren zeitlichen Verlaufs geschlossen werden, zu dem oder in dem das Empfangssignal überwiegend von der Lumineszenzstrahlung beeinflusst wird. Ferner kann der zeitliche Verlauf des Empfangssignals über ein Zeitintervall hinweg betrachtet werden und unter Berücksichtigung eines für das Sicherheitsmerkmal erwarteten zeitlichen Verlaufs ausgewertet werden, ob das zu verifizierende Objekt echt oder gefälscht ist. Diese Möglichkeiten der Berücksichtigung des auf die anregende Strahlung zurückgehenden Beitrags zu dem Empfangssignal bestehen insbesondere dann, wenn die von der Strahlungserzeugungseinrichtung der Sensorvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung, die während des Messbetriebes die anregende Strahlung ist, einen hinsichtlich der Strahlungsflussdichte nicht konstanten zeitlichen Verlauf hat. Insbesondere kann die Strahlungsflussdichte wiederholt null sein, ansteigen und wieder auf null abfallen. Dabei kann der zeitliche Verlauf zwischen dem Ansteigen der Strahlungsflussdichte von dem Wert null und dem Wiederabfallen auf den Wert null unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist dieser zeitliche Verlauf jedoch während des Betriebes einer bestimmten Sensorvorrichtung wiederholt der gleiche Verlauf. Letzteres ermöglicht es, insbesondere während des Kalibrierungsbetriebes und während des Messbetriebes bei gleichen zeitlichen Verläufen der Strahlungsflussdichte der erzeugten Strahlung über jeweils ein Zeitintervall hinweg entsprechende Empfangssignale aufzunehmen. Gemäß einer Ausführungsform kann der zeitliche Verlauf derart sein, dass die Strahlungsflussdichte ausgehend von dem Wert null stetig bis auf ein Maximum ansteigt und dann stetig wieder auf null abfällt. Es sind jedoch auch komplexere zeitliche Verläufe z.B. mit zwei oder mehr als zwei Maxima der Strahlungsflussdichte zwischen dem ersten Anstieg der Strahlungsflussdichte und dem letzten Abfall innerhalb des Zeitintervalls möglich.
• Insbesondere kann die elektromagnetische Strahlung daher jeweils in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb derart von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugt werden, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung zumindest jeweils in einem Zeitintervall den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweist. Insbesondere kann die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung sowohl in dem Messbetrieb als auch in dem Kalibrierungsbetrieb wiederholt den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweisen. Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, die Strahlungserzeugungseinrichtung derart zu steuern, dass die Strahlungsflussdichte den in einem der beiden vorangegangenen Sätze beschriebenen Verlauf aufweist.
• Eine insbesondere in gleicher Weise wiederholte zeitliche Veränderung der Strahlungsflussdichte hat gemäß einer konkreten Ausgestaltung den Vorteil, dass das Kalibrierungsergebnis zuverlässig gewonnen werden kann. Z.B. kann ein Beginn eines Zeitintervalls, in dem eine Auswertung des Empfangssignals stattfinden soll, an einem zeitlichen Anstieg des Empfangssignals und/oder dem Erreichen eines Signalwertes vorgegebener Höhe erkannt werden. Der Signalwert ist nicht nur bei dieser Ausgestaltung z.B. eine elektrische Spannung einer Photozelle oder eines daraus abgeleiteten, z.B. verstärkten Signals. Sollte sich nach dem Ansteigen oder auch dem Abfallen eines Signalwertes des Empfangssignals herausstellen, dass das Empfangssignal auch aufgrund einer Lumineszenzstrahlung erzeugt wurde, kann entschieden werden, dass kein Kalibrierungsergebnis durch Auswertung des Empfangssignals erzeugt wird bzw. dass ein Messbetrieb stattfindet. Allgemeiner ausgedrückt ermöglicht es die zeitliche Veränderung der Strahlungsflussdichte der erzeugten Strahlung bei der Auswertung des Empfangssignals zu ermitteln, ob das Empfangssignal in einem Zeitintervall ausschließlich von der erzeugten Strahlung und möglicherweise von nicht erwünschter Störstrahlung z.B. aus der Umgebung der Sensorvorrichtung erzeugt wurde, oder ob das Empfangssignal in dem betrachteten Zeitintervall in erkennbarer Weise auch von Lumineszenzstrahlung erzeugt wurde. Anhand von zumindest einem zeitlich ansteigenden Verlauf und/oder einem zeitlich abfallenden Verlauf eines Signalwertes des Empfangssignals kann auch der Beginn bzw. das Ende eines Zeitintervalls ermittelt werden, über das hinweg eine Auswertung im Kalibrierungsbetrieb zum Zweck der Bestimmung eines Kalibrierungsergebnisses und/oder im Messbetrieb zur Verifizierung eines Sicherheitsmerkmals stattfinden soll.
• Insbesondere wird vorgeschlagen: Eine Photolumineszenz-Sensorvorrichtung zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts in einem Messbereich der Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung aufweist:
• - eine Strahlungserzeugungseinrichtung, die ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich zu erzeugen, wobei die elektromagnetische Strahlung geeignet ist, einen photolumineszierenden Stoff als Sicherheitsmerkmal oder als Teil eines Sicherheitsmerkmals des Objekts in einen angeregten Energiezustand zu bringen,
• - eine Empfangseinrichtung, die ausgestaltet ist, in einem Messbetrieb von dem photolumineszierenden Stoff emittierte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu empfangen und ein entsprechendes Empfangssignal zu erzeugen,
• - eine Auswertungseinrichtung, die ausgestaltet ist, das Empfangssignal auszuwerten,
• - eine Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, die Strahlungserzeugungseinrichtung in dem Messbetrieb und in einem Kalibrierungsbetrieb derart zu steuern, dass die von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist,
wobei die Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, in dem Kalibrierungsbetrieb, in dem sich kein Sicherheitsmerkmal in dem Messbereich der Sensorvorrichtung befindet, einen Teil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu empfangen und ein entsprechendes Kalibrierungssignal zu erzeugen, und wobei die Auswertungseinrichtung ausgestaltet ist, das in dem Kalibrierungsbetrieb erzeugte Kalibrierungssignal auszuwerten, ein entsprechendes Kalibrierungsergebnis zu erzeugen und das Kalibrierungsergebnis bei der Auswertung des Empfangssignals aus dem Messbetrieb zu verwenden.
• Ferner wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Photolumineszenz-Sensorvorrichtung, die geeignet ist ein Sicherheitsmerkmals eines Objekts zu verifizieren, aufweisend:
• - Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich mittels einer Strahlungserzeugungseinrichtung in einem Kalibrierungsbetrieb, wobei die elektromagnetische Strahlung in einem Messbetrieb dazu dient, einen photolumineszierenden Stoff als Sicherheitsmerkmal oder als Teil eines Sicherheitsmerkmals des Objekts in einen angeregten Energiezustand zu bringen,
• - Empfangen von elektromagnetischer Strahlung und Erzeugen eines entsprechenden Kalibrierungssignals in dem Kalibrierungsbetrieb mittels einer Empfangseinrichtung, die ausgestaltet ist, in dem Messbetrieb von dem photolumineszierenden Stoff emittierte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu empfangen, wobei in einem in dem Messbetrieb verwendeten Messbereich während des Kalibrierungsbetriebes kein Sicherheitsmerkmal vorhanden ist,
• - Auswerten des erzeugten Kalibrierungssignals und Erzeugen eines entsprechenden Kalibrierungsergebnisses,
• - Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich mittels einer Strahlungserzeugungseinrichtung in dem Messbetrieb, während in dem Messbereich ein zu verifizierendes Objekt vorhanden ist,
• - Empfangen von elektromagnetischer Strahlung und Erzeugen eines entsprechenden Empfangssignals in dem Messbetrieb mittels der Empfangseinrichtung,
wobei die elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb jeweils derart von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugt wird, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist, und
wobei das Kalibrierungsergebnis bei der Auswertung des Empfangssignals aus dem Messbetrieb verwendet wird.
• Bei der Strahlungserzeugungseinrichtung kann es sich um jede geeignete Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich handeln, der zur Anregung der Photolumineszenz geeignet ist. Z.B. handelt es sich um einen Laser, z.B. eine Laserdiode oder eine Anordnung von Laserdioden, oder um eine Leuchtdiode oder Anordnung von Leuchtdioden. Insbesondere kann die Strahlungserzeugungseinrichtung zumindest ein Filter aufweisen, welches erzeugte Strahlung in zumindest einem Wellenlängenbereich schwächt. Dadurch kann das Spektrum der erzeugten Strahlung verändert werden, bevor die Strahlung aus der Strahlungserzeugungseinrichtung austritt.
• Die erzeugte und aus der Strahlungserzeugungseinrichtung austretende Strahlung kann auf beliebige Weise zu einem Anteil auf den Messbereich der Sensorvorrichtung eingestrahlt werden und zu einem anderen Anteil auf die Empfangseinrichtung eingestrahlt werden, ohne zuvor den Messbereich erreicht zu haben. Dabei können die beiden genannten Anteile unmittelbar nach der Erzeugung und/oder an einer beliebigen anderen Stelle des Strahlungsweges bis zum Messbereich in unterschiedliche Richtungen verlaufen. Z.B. kann sich die erzeugte Strahlung innerhalb eines Raumwinkels in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten. Innerhalb eines ersten Teilbereichs des Raumwinkels kann sich der Anteil der erzeugten Strahlung ausbreiten, der den Messbereich erreicht, und innerhalb eines anderen Teilbereichs des Raumwinkels kann sich der Anteil der erzeugten Strahlung ausbreiten, der die Empfangseinrichtung erreicht, ohne zuvor den Messbereich erreicht zu haben. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die erzeugte elektromagnetische Strahlung in zwei Anteile aufzuteilen, die bis zu dem Ort der Teilung auf demselben Strahlungsweg verlaufen sind und/oder sich in denselben Raumwinkelbereich ausgebreitet haben. Die Teilung bedeutet eine Aufteilung der Intensität bzw. Strahlungsflussdichte der Strahlung auf die beiden Anteile, die sich ab dem Ort der Teilung auf verschiedenen Strahlungswegen und/oder in verschiedenen Raumwinkelbereichen ausbreiten. Eine Teilung kann auch mehrfach erfolgen, sodass die auf dem Strahlungsweg zum Messbereich verlaufende erzeugte Strahlung mehrfach in ihrer Intensität geschwächt wird. Insbesondere kann zur Teilung eine optische Einrichtung der Sensorvorrichtung, wie z.B. ein Spiegel oder eine Linse, genutzt werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Sensorvorrichtung oder des Verfahrens kann die von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung sowohl in dem Messbetrieb als auch in den Kalibrierungsbetrieb derart von zumindest einer optischen Einrichtung der Sensorvorrichtung von der Strahlungsquelle kommend teilweise umgelenkt werden, dass der Teil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung entsteht, den die Empfangseinrichtung in dem Kalibrierungsbetrieb empfängt und entsprechend dem die Empfangseinrichtung das Kalibrierungssignal erzeugt.
• Insbesondere kann die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein teilweise durchlässiger Reflektor sein, der einen bezüglich der Strahlungsflussdichte größeren Anteil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine erste Richtung passieren lässt oder reflektiert, in der elektromagnetische Strahlung verläuft, die den Messbereich der Sensorvorrichtung erreicht, und einen bezüglich der Strahlungsflussdichte kleineren Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine andere, zweite Richtung reflektiert oder passieren lässt, in der elektromagnetische Strahlung die Empfangseinrichtung erreicht, ohne aus der Sensorvorrichtung auszutreten. Insbesondere kann der Anteil, der von dem Reflektor in die erste Richtung passieren gelassen wird oder reflektiert wird, mehr als 70 %, zum Beispiel mehr als 80 Prozent und vorzugsweise mehr als 85 Prozent der auf den Reflektor auftreffenden Strahlungsflussdichte betragen.
• Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass der größere Anteil der erzeugten Strahlung den Messbereich erreicht.
• Gemäß einer Ausgestaltung ist die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein Austrittsfenster, durch das hindurch ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in den Messbereich der Sensorvorrichtung eingestrahlt wird, wobei im Messbetrieb und im Kalibrierungsbetrieb jeweils ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung von dem Austrittsfenster reflektiert wird und zumindest teilweise die Empfangseinrichtung erreicht.
• Bei der Empfangseinrichtung kann es sich um jede Einrichtung handeln, die zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Wellenlängenbereich geeignet ist, d. h. das Empfangssignal kann auch durch Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt werden. Wenn der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich einander nicht überlappen, ist die Empfangseinrichtung auch in dem separaten ersten Wellenlängenbereich empfindlich für Strahlung. Wenn der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich einander überlappen, ist die Empfangseinrichtung in einem Teilbereich des Überlappungsbereich, in dem gesamten Überlappungsbereich und/oder zumindest in einem Teilbereich des ersten Wellenlängenbereichs, der nicht in dem Überlappungsbereich liegt, empfindlich für Strahlung.
• Insbesondere kann die Empfangseinrichtung eine Photozelle oder eine Anordnung von Photozellen aufweisen. Allgemeiner formuliert kann die Empfangseinrichtung ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, wobei jedes Sensorelement ausgestaltet ist, beim Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung in einem spektralen Empfindlichkeitsbereich des Sensorelements ein insbesondere der Intensität oder der spektralen Intensität der auftreffenden Strahlung entsprechendes Sensorsignal zu erzeugen. Im Fall einer Mehrzahl von Sensorelementen können diese insgesamt ein ortsaufgelöstes Sensorsignal erzeugen.
• Insbesondere ist es möglich und wird bevorzugt, dass das Sensorelement und insbesondere jedes der Sensorelemente mit einem Signalverstärker gekoppelt ist, sodass das Sensorsignal von dem Signalverstärker verstärkt wird.
• Das Sensorsignal, oder im Fall zumindest eines Signalverstärkers das verstärkte Sensorsignal, bilden das Empfangssignal der Empfangseinrichtung, welches auch als Messsignal bezeichnet werden kann. Im Fall mehrerer Empfangssignale, die auf den Sensorsignalen einer ortsauflösend messenden Anordnung von Sensorelementen beruht, kann auch das Empfangssignal ein ortsaufgelöstes Empfangssignal sein. Ein ortsaufgelöstes Empfangssignal ermöglicht es insbesondere, das zu verifizierende Objekt unter Berücksichtigung der ortsabhängigen Information auszuwerten.
• Im Fall eines ortsaufgelösten Empfangssignals wird es bevorzugt, nicht nur im Messbetrieb, sondern auch im Kalibrierungsbetrieb ein ortsaufgelöstes Empfangssignal zu erzeugen, wobei vorzugsweise die Sensorsignale aller Sensorelemente im Kalibrierungsbetrieb vollständig oder überwiegend der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich entsprechen, die, ohne den Messbereich zu erreichen, auf die Empfangseinrichtung eingestrahlt wurde. Somit steht aus dem Kalibrierungsbetrieb ein Kalibrierungsergebnis zur Verfügung, das wie auch bei einem nicht ortsaufgelösten Empfangssignal der auf die Empfangseinrichtung einfallenden erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich entspricht. Das Kalibrierungsergebnis kann daher im ortsaufgelösten Fall und auch im nicht ortsaufgelösten Fall zur Korrektur im Messbetrieb verwendet werden und/oder enthält Informationen über das im Messbetrieb bei Vorhandensein eines erwarteten Sicherheitsmerkmals zu erwartende Messsignal.
• Bei der Auswertungseinrichtung handelt es sich um eine Einrichtung, die im Kalibrierungsbetrieb aus dem Empfangssignal, welches oben als Kalibrierungssignal bezeichnet wurde, ein Kalibrierungsergebnis zu erzeugen. Ferner ist die Auswertungseinrichtung ausgestaltet, das Kalibrierungsergebnis bei der Auswertung des Empfangssignals aus dem Messbetrieb zu verwenden. Dabei kann die Auswertungseinrichtung separate Einheiten aufweisen, wobei zum Beispiel eine Einheit das Kalibrierungssignal auswertet und das Kalibrierungsergebnis erzeugt und eine andere Einheit, der das Kalibrierungsergebnis zur Verfügung gestellt wird, im Messbetrieb das Empfangssignal unter Verwendung des Kalibrierungsergebnisses auswertet. Die beiden Einheiten sind zum Beispiel direkt über eine Signalverbindung und/oder indirekt zum Beispiel über einen Speicher zur Speicherung des Kalibrierungsergebnisses miteinander verbunden, damit die andere Einheit das Kalibrierungsergebnis erhalten kann. Bevorzugt wird jedoch, dass dieselbe Einheit der Auswertungseinrichtung sowohl im Kalibrierungsbetrieb das Kalibrierungsergebnis erzeugt als auch im Messbetrieb bei der Auswertung des Empfangssignals das Kalibrierungsergebnis verwendet.
• Insbesondere kann die Auswertungseinrichtung ausgestaltet sein, in dem Messbetrieb
• - aus dem Empfangssignal unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses ein korrigiertes Empfangssignal zu bilden oder
• - unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses ein erwartetes Empfangssignal zu bilden und mit dem aus empfangener elektromagnetischer Strahlung erzeugten Empfangssignal oder einem daraus erzeugten Signal zu vergleichen.
• In beiden Fällen kann zum Beispiel die Matched-Filter (im Deutschen auch als Optimalfilter bezeichnet) Technologie Anwendung finden, um zu prüfen, ob sich aus dem Empfangssignal oder dem korrigierten Empfangssignal ergibt, dass es sich um ein erwartetes zu verifizieren das Objekt handelt.
• Zur Bildung eines erwarteten Empfangssignals kann insbesondere ein lumineszierendes Referenzobjekt mit der Sensorvorrichtung oder einer anderen Sensorvorrichtung gemessen werden, d. h. es wird ein Messsignal aufgenommen, das zu dem zumindest einen lumineszierenden Stoff des Referenzobjekts beiträgt. Auch dieses Messsignal des Referenzobjekts kann von Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich der anregenden Strahlung mitverursacht sein. Bevorzugt wird, dass auch in Zusammenhang mit der Messung dieses Referenzobjekts ein Kalibrierungsbetrieb durchgeführt wird, ein entsprechendes Kalibrierungssignal erzeugt wird und dieses Kalibrierungssignal bei der Auswertung des Messsignals des Referenzobjekts verwendet wird. Bei diesem Kalibrierungsbetrieb kann es sich um einen anderen Kalibrierungsbetrieb handeln als bei der Verifizierung eines zu verifizierenden Objekts. Dadurch können die unterschiedlichen Bedingungen und optional unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Sensorvorrichtungen berücksichtigt werden. Zum Beispiel wird eine erste Sensorvorrichtung für die Messung des Referenzobjekts und eine zweite Sensorvorrichtung für die Verifizierung eines zu verifizierenden Objekts verwendet. Diese beiden Sensorverrichtungen weisen im Allgemeinen unterschiedliche Eigenschaften bezüglich des Einflusses der jeweils von ihr erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich auf, die sich auf das Messsignal auswirkt, ohne den Messbereich erreicht zu haben. Auch ist es möglich, dass die von der jeweiligen Sensorvorrichtung erzeugte Strahlung in verschiedenen ersten Wellenlängenbereichen erzeugt wird.
• Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass ein Referenzobjekt vermessen wird. Vielmehr kann alternativ oder zusätzlich zum Beispiel berechnet werden, welches Messsignal für ein zu verifizierendes Objekt erwartet wird.
• Die Auswertungseinrichtung kann die Auswertung analog und/oder digital ausführen. Insbesondere wenn das Empfangssignal als analoges Signal vorliegt, kann die Auswertungseinrichtung das analoge Signal empfangen, in ein digitales Signal umwandeln und dann das digitale Signal auswerten. Bei einem Eingangssignal, das Informationen über den zeitlichen Verlauf der von der Empfangseinrichtung empfangenen Strahlung enthält und das daher auch als zeitaufgelöstes Empfangssignal bezeichnet werden kann, kann es sich bei dem digitalen Empfangssignal um einen Datenstrom handeln, wenn die Empfangssignalinformationen fortlaufend eingehen, oder um einen Datensatz handeln, wenn das zeitaufgelöste Empfangssignal für zumindest einen Zeitraum oder ein Zeitintervall als digitale Datenmenge vorliegt.
• Vorzugsweise liegt das Kalibrierungssignal (d.h. das Empfangssignal im Kalibrierungsbetrieb) als zeitaufgelöstes analoges Signal vor, wird digitalisiert und bildet einen Datensatz, der den zeitlichen Verlauf des Kalibrierungssignals über ein Zeitinterfall hinweg beschreibt und insbesondere den zeitlichen Verlauf der Intensität bzw. von der Empfangseinrichtung empfangenen Strahlungsflussdichte der empfangenen Strahlung beschreibt. Dabei kann das Zeitintervall insbesondere ein Zeitintervall sein, in dem entsprechend dem zeitlichen Verlauf der erzeugten elektromagnetischen Strahlung ein Anstieg des Messwertes bzw. Sensorwertes (z.B. eine elektrische Spannung) von null oder von einem Offset- und/oder Hintergrundstrahlungswert stattfindet und der Verlauf wieder auf den Wert null oder auf den Offsetwert und/oder Hintergrundstrahlungswert abnimmt. Die Hintergrundstrahlung ist diejenige Strahlung, die von der Empfangseinrichtung bzw. dem Sensorelement auch dann empfangen wird, wenn die Photolumineszenz-Sensorvorrichtung keine Strahlung erzeugt. Die Hintergrundstrahlung oder auch Umgebungsstrahlung kann zeitlich schwanken. Typisch ist, dass sie entsprechend weißem Rauschen schwankt. Der Offsetwert entspricht einem etwaigen Wert der Empfangseinrichtung oder des jeweiligen Sensorelements, der insbesondere ungleich null ist und erzeugt wird, wenn keinerlei Strahlung auf die Empfangseinrichtung einfällt. Daher kann der oben erwähnte Anstieg des Empfangssignals auch von einem Wert ausgehen, der eine Summe aus dem Wert der Hintergrundstrahlung und dem Offset ist.
• Wie oben erwähnt, wird die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich durch die Strahlungserzeugungseinrichtung derart gesteuert, dass die erzeugte Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist. Die Photolumineszenz-Sensorvorrichtung weist hierzu eine entsprechend ausgestaltete Steuereinrichtung auf. Z.B. im Fall einer Leuchtdiode oder einer Mehrzahl von Leuchtdioden zur Erzeugung der Strahlung kann die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, den zeitlichen Verlauf der elektrischen Leistung zu steuern, die die Strahlungserzeugungseinrichtung zumindest teilweise in Strahlungsenergie umwandelt. Insbesondere kann die Photolumineszenz-Sensorvorrichtung bzw. kann das Verfahren so ausgestaltet sein, dass die im Kalibrierungsbetrieb von der Empfangseinrichtung in dem ersten Wellenlängenbereich empfangene Strahlung teilweise auf demselben Strahlungsweg verläuft, auf dem im Messbetrieb Lumineszenzstrahlung innerhalb der Sensorvorrichtung verläuft. Außerdem kann die Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich teilweise oder vollständig auf einem anderen Weg verlaufen als die Lumineszenzstrahlung im Messbetrieb von ihrem Eintritt in die Sensorvorrichtung bis zum Auftreffen auf die Empfangseinrichtung. Insgesamt ist es somit möglich, den Einfluss der Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich auf das Empfangssignal im Messbetrieb zu berücksichtigen, wobei jegliche vorhandene Einrichtungen der Photolumineszenz-Sensorvorrichtung, die an der teilweisen Übertragung der erzeugten Strahlung von der Strahlungserzeugungseinrichtung zu der Empfangseinrichtung beteiligt sind, mit berücksichtigt werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Sensorvorrichtung weist diese ein Austrittsfenster (zum Beispiel die oben als Austrittsfenster erwähnte optische Einrichtung) auf, durch das hindurch die erzeugte Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich in Richtung des Messbereichs abgestrahlt wird. An dem Austrittsfenster wird ein Teil der erzeugten Strahlung so reflektiert, dass sie auf demselben Strahlungsweg die Empfangseinrichtung erreicht, auf dem im Messbetrieb die Lumineszenzstrahlung verläuft und auch die Empfangseinrichtung erreicht und von dieser detektiert wird. Daher sind die Strahlungserzeugungseinrichtung, das Austrittsfenster, die Empfangseinrichtung und optional weitere den Strahlungsweg der Strahlung in den ersten Wellenlängenbereich und der Lumineszenzstrahlung beeinflussende Einrichtung der Sensorvorrichtung derart angeordnet, dass die genannten Strahlungswege vom Austrittsfenster zu der Empfangseinrichtung zumindest teilweise gleich sind.
• Oben erwähnt wurde auch bereits eine Ausgestaltung mit einem teilweise durchlässigen Reflektor. Dabei kann der Reflektor, wie oben ebenfalls bereits erwähnt einen größeren Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung reflektieren, und zwar insbesondere in eine erste Richtung, in der die reflektierte Strahlung den Messbereich erreicht. Ein kleinerer Anteil der erzeugten Strahlung kann von dem Reflektor durchgelassen werden und optional nach zumindest einer weiteren Reflexion an einer Einrichtung der Sensorvorrichtung die Empfangseinrichtung erreichen und von dieser detektiert werden, d.h. durch das Empfangssignal erfasst werden. Bei dieser Ausgestaltung sind die Strahlungserzeugungseinrichtung, der Reflektor, optional die zumindest eine weitere reflektierende Einrichtung und die Empfangseinrichtung entsprechend angeordnet.
• Insbesondere kann der Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung, die nicht den Messbereich erreicht und auf die Empfangseinrichtung auftrifft und von dieser detektiert wird, wie erwähnt teilweise auf demselben Strahlungsweg verlaufen wie die in die Sensorvorrichtung eintretende Lumineszenzstrahlung im Messbetrieb und teilweise auf anderem Strahlungsweg die Empfangseinrichtung erreichen. Wenn hier von jeweils einem Strahlungsweg die Rede ist, können darunter jeweils mehrere Strahlungswege zu verstehen sein, für die dies zutrifft. Insbesondere wird sich die Lumineszenzstrahlung im Allgemeinen auf verschiedenen Strahlungswegen, z.B. innerhalb eines bestimmten Raumwinkelbereichs, ausgehend von einem Eintrittsfenster ausbreiten und die Empfangseinrichtung erreichen. Zumindest auf einem Teil dieser Strahlungswege kann sich auch die vom Austrittsfenster reflektierte erzeugte Strahlung verlaufen. Insbesondere kann derjenige Teil der erzeugten Strahlung im ersten Wellenlängenbereich, der auf demselben Strahlungsweg wie Lumineszenzstrahlung verläuft, bezüglich seines Beitrags zum Kalibrierungssignal und insbesondere bezüglich seiner Strahlungsleistung in der gleichen Größenordnung liegen wie der Teil der erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich, der auf zumindest teilweise einem anderen Strahlungsweg als die Lumineszenzstrahlung vom Eintritt in die Sensorvorrichtung zur Empfangseinrichtung verläuft. Konkreter ausgedrückt, verläuft dieser Teil nicht vollständig auf einem Strahlungsweg, den die Lumineszenzstrahlung im Messbetrieb vom Eintritt in die Sensorvorrichtung bis zur Empfangseinrichtung nimmt. Die beiden genannten Teile der erzeugten Strahlung im ersten Wellenlängenbereich tragen insbesondere in derselben Größenordnung zum Kalibrierungssignal und daher auch zum Empfangssignal im Messbetrieb bei. Unter „der gleichen Größenordnung“ wird verstanden, dass keiner der beiden Teile um mehr als einen Faktor 10 größer ist als der andere Teil. Insbesondere können die beiden Teile gleich groß sein. Dies hängt jedoch davon ab, welche Eigenschaften die an der Übertragung der erzeugten Strahlung von der Strahlungserzeugungseinrichtung zur Empfangseinrichtung beteiligten Einrichtungen der Sensorvorrichtung bei einem konkreten Exemplar der Sensorvorrichtung haben.
• Fertigungstoleranzen der beteiligten Einrichtungen können dazu führen, dass konkrete Exemplare unterschiedlich große Teile der Strahlung im ersten Wellenlängenbereich bewirken. In all diesen Fällen ermöglicht es das Kalibrierungsergebnis unter der Annahme gleicher Verhältnisse im Kalibrierungsbetrieb wie im Messbetrieb, den Einfluss der erzeugten Strahlung auf das Sensorsignal im Messbetrieb zu berücksichtigen. Auch bei verschiedenen Verhältnissen im Kalibrierungsbetrieb und im Messbetrieb kann das Kalibrierungsergebnis aus dem Kalibrierungsbetrieb im Messbetrieb berücksichtigt werden. Insbesondere können die Verhältnisse, wie z.B. die oben genannten Temperaturen und Drücke, sowie Alter und/oder Abnutzungsgrad mitberücksichtigt werden. Z.B. kann das Kalibrierungsergebnis wiederholt bei unterschiedlichen Verhältnissen ermittelt werden und können die Verhältnisse ebenfalls erfasst werden, wenn es sich um messbare Größen wie Temperatur und Druck handelt. Daraus kann ein für die jeweiligen Verhältnisse des Messbetriebes gültiges Kalibrierungsergebnis ermittelt werden, z.B. aus einer Vielzahl von gespeicherten Kalibrierungsergebnissen, zu denen ebenfalls die Werte der zugehörigen Verhältnisse gespeichert sind. Bezüglich des Alters oder Abnutzungsgrades kann der Kalibrierungsbetrieb wiederholt durchgeführt werden. Wenn sich insbesondere bei ansonsten gleichen Verhältnissen wie Temperatur und/oder Druck das Kalibrierungsergebnis ändert, können auch andere Kalibrierungsergebnisse, die früher für dieselben messbaren Verhältnisse ermittelt wurden, entsprechend dem fortgeschrittenen Alter oder Abnutzungsgrad der Vorrichtung angepasst werden.
• Bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Photolumineszenz-Sensorvorrichtung bzw. des Verfahrens werden die optischen Eigenschaften der beteiligten Einrichtungen der Sensorvorrichtung durch das Kalibrierungsergebnis berücksichtigt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
• 1 schematisch eine Anordnung mit einem Optik-Modul einer Sensorvorrichtung und einer Transporteinrichtung, von der ein zu verifizierendes Objekt an dem Optik-Modul vorbei transportiert werden kann,
• 2 schematisch eine Ansicht des in 1 dargestellten Optik-Moduls und zwar bezogen auf 1 von oben,
• 3 schematisch eine Ansicht des in 1 dargestellten Optik-Moduls und zwar bezogen auf 1 von links,
• 4 schematisch eine Anordnung wie in 1, wobei zusätzlich eine Strahlungserzeugungseinrichtung und eine Empfangseinrichtung dargestellt sind und wobei schematisch Strahlungswege von Strahlung bei der Erzeugung eines Messsignals dargestellt sind,
• 5 die Anordnung aus 4, wobei jedoch Strahlungswege von Strahlung schematisch dargestellt sind, die von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugt wird und die die Sensorvorrichtung nicht verlässt,
• 6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Photolumineszenz-Sensorvorrichtung,
• 7 ein Intensitäts-Zeitdiagramm zur schematischen Darstellung einer zeitlichen Folge von Anregungssignalen und
• 8 ein Intensitäts-Zeitdiagramm zur schematischen Darstellung einer zeitlichen Folge von Empfangssignalen.
• Die in 1 dargestellte Anordnung weist ein Optik-Modul 18 auf, das Teil einer in 1 nicht vollständig dargestellten Photolumineszenz-Sensorvorrichtung ist. Ferner zeigt 1 ein zu verifizierendes Objekt 22 mit einem Sicherheitsmerkmal 23. In dem Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsmerkmal 23 auf einer Oberfläche des Objekts 22 angeordnet. Das Sicherheitsmerkmal kann jedoch alternativ oder zusätzlich in das Objekt 22 integriert sein. Das Sicherheitsmerkmal 23 weist zumindest einen Stoff auf, der bei Anregung durch geeignete Strahlung Lumineszenzstrahlung abstrahlt. Dabei weist die Lumineszenzstrahlung eine andere Wellenlänge auf als die anregende Strahlung. Es ist häufig so, dass die Lumineszenzstrahlung im Wesentlichen monochromatische Strahlung ist, während die anregende Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegen kann und pro Photon jeweils die Mindest-Anregungsenergie aufweist, die zur Anregung des lumineszierenden Stoffs benötigt wird.
• In dem speziellen in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Objekt 22 an einem Objektträger 21. Ein solcher Objektträger 21 kann jedoch in einem anderen Ausführungsbeispiel entfallen. Ferner ist in 1 schematisch eine Transporteinrichtung 24 dargestellt, die das Objekt 22 an einem Austrittsfenster 11 des Optik-Moduls 18 vorbei transportiert, während das Objekt 22 von der Sensorvorrichtung gemessen wird. Auch eine derartige Transporteinrichtung kann entfallen. Z.B. kann das Objekt untersucht werden, während es sich relativ zu der Sensorvorrichtung nicht bewegt. Vorher und/oder nachher kann ein Kalibrierungsbetrieb stattfinden, in dem sich kein lumineszierender Stoff im Messbereich der Sensorvorrichtung befindet. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Messbereich der Sensorvorrichtung dort, wo sich das Objekt 22 und auch das Sicherheitsmerkmal 23 befinden. Der Messbereich kann als ein räumlicher Bereich aufgefasst werden, der sich von dem Austrittsfenster 11 aus gesehen in einem Raumwinkel unterhalb des Austrittsfensters 11 befindet. Wenn hiervon unterhalb, oberhalb, rechts und links die Rede ist, bezieht sich dies auf die Darstellung in 1. In der Praxis können Objekt und Sensorvorrichtung anders relativ zueinander angeordnet sein.
• Das Optik-Modul 18 weist ein Gehäuse 7 mit einem Gehäuseinnenraum 10 auf, der es elektromagnetischer Strahlung erlaubt, durch den Gehäuseinnenraum 10 hindurchzutreten. Das Optik-Modul 18 weist eine Mehrzahl von Eintrittsöffnungen 12 auf. Wie 3 zeigt, besitzt das Optik-Modul 18 in diesem speziellen Ausführungsbeispiel insgesamt zehn in einer Reihe nebeneinander angeordneter Eintrittsöffnungen 12. Insbesondere kann jeder dieser Eintrittsöffnungen 12 eine Strahlungsquelle 13 zugeordnet sein, wie sie in 4 und 5 als Bestandteil einer Strahlungserzeugungseinrichtung 17 dargestellt ist. Bei Betrieb der Strahlungsquelle 13, die z.B. eine Leuchtdiode ist oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweist, tritt wie schematisch durch einen Pfeil in 4 dargestellt ist, von der Strahlungsquelle 13 erzeugte Strahlung durch die Eintrittsöffnung 12 in den Gehäuseinnenraum 10 ein.
• Das besondere in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Optik-Moduls 18 weist an der Eintrittsöffnung 12 eine Eintritts-Optik 5 auf, bei der es sich z.B. um eine optische Linse oder Anordnung von Linsen handeln kann, um die eintretende elektromagnetische Strahlung zu fokussieren und/oder zu zerstreuen. Alternativ oder zusätzlich zu der Eintritts-Optik 5 kann sich an der Eintrittsöffnung 12 ein Filter (nicht dargestellt) befinden, der die in den Gehäuseinnenraum 10 eintretende Strahlung filtert. Z.B. kann auf diese Weise ein Strahlungsanteil, der nahe bei der Wellenlänge der Lumineszenzstrahlung liegt, geschwächt und somit ausgefiltert werden.
• In dem Gehäuseinnenraum 10 befindet sich ein teilweise durchlässiger Reflektor 3, der auch als teilweise durchlässiger Spiegel bezeichnet werden kann. Er ist in dem Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von 45° zu der Hauptachse der Eintrittsöffnung 12 angeordnet. An seiner in 1 nach unten weisenden Oberfläche wird daher beim Betrieb die durch die Eintrittsöffnung 12 in den Gehäuseinnenraum 10 eintretende Strahlung mit einem Anteil an der Gesamt-Intensität der Strahlung nach unten durch das Austrittsfenster 11, welches sich im Gehäuse 7 unten befindet, in den Messbereich abgelenkt. Auf den Anteil dieser Strahlung, der vom Reflektor 3 nicht nach unten reflektiert wird, wird noch anhand von 5 eingegangen.
• Der Gehäuseinnenraum 10 weist eine Aussparung 2 auf, die sich in der Darstellung der 1 von dem Reflektor 3 nach oben erstreckt und an einer Empfangs-Optik 6 endet. Dabei kann es sich wiederum um eine Linse oder Linsenanordnung handeln, die zu einer Fokussierung und/oder Zerstreuung der auf die Empfangs-Optik 6 auftreffenden Strahlung führt. Wie 5 schematisch darstellt, tritt die durch die Aussparung 2 verlaufende Strahlung aus dem Optik-Modul 18 nach oben aus und trifft auf zumindest ein Sensorelement 15 der Empfangseinrichtung 19, die sich oberhalb des Optik-Moduls 18 befindet.
• In der Aussparung 2 befindet sich eine Filter-Anordnung mit einem ersten Filter 4a und einem zweiten Filter 4b. Dies erlaubt es, das Spektrum der durch die Aussparung 2 verlaufenden Strahlung zu verändern. Insbesondere kann durch die Filter-Anordnung 4 der spektrale Anteil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich vermindert, d.h. geschwächt werden. Optional kann die Filter-Anordnung als Bandpass-Filter ausgestaltet sein, die überwiegend Strahlung in dem zweiten Wellenlängenbereich der Lumineszenzstrahlung passieren lässt. Wie oben beschrieben ist es jedoch von Vorteil, auch einen Anteil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 erzeugten Strahlung passieren zu lassen.
• Durch einen Pfeil mit dem Buchstaben B ist angedeutet, in welche Bewegungsrichtung sich der von der Transporteinrichtung 24 bewegte Objektträger 21 mit dem Objekt 22 bewegen kann, wenn wie in 3 dargestellt das Optik-Modul 18 eine Reihe von nebeneinander angeordneten Eintrittsöffnungen 12 aufweist. In der Darstellung der 1 liegt die Reihe der Eintrittsöffnungen 12 hintereinander in einer Richtung, die sich senkrecht zur Figurenebene der 1 erstreckt. Dementsprechend ist in diesem Ausführungsbeispiel das Austrittsfenster 11 so groß in der zur Figurenebene der 1 senkrechten Richtung ausgeführt, dass der überwiegende Anteil der durch die Mehrzahl von Eintrittsöffnungen 12 eintretenden Strahlung nach Reflexion an dem Reflektor 3 nach unten austreten kann. Die Länge des Austrittsfensters 11 in der Transportrichtung (der horizontalen Richtung in 1) ist in dem Ausführungsbeispiel erheblich kürzer. Der Messbereich weist daher bezogen auf 1 eine kleine Länge in Transportrichtung bei sehr viel größerer Breite in der Richtung senkrecht zur Figurenebene auf.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinrichtung 19 eine Mehrzahl von Sensorelementen 15 auf, wobei jedes Sensorelement 15 einer Sensoröffnung 16 zugeordnet ist, d.h. die durch die Sensoröffnung 16 aus dem Gehäuse 7 austretende Messstrahlung empfängt und detektiert. Dabei liegt die Mehrzahl von Sensoröffnungen 16 in einer Reihe hintereinander entlang der Senkrechten zur Figurenebene der 1.
• Wie bei dem Ausführungsbeispiel dargestellt, unterscheidet sich die Anzahl der Eintrittsöffnungen 12 von der Anzahl der Sensoröffnungen 16. Jedoch ist die Länge der Reihe von Eintrittsöffnungen 12 etwa gleich der Länge der Reihe der Sensoröffnungen 16, wobei „Länge“ in diesem Fall in der Richtung senkrecht zur Figurenebene der 1 zu messen ist. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Eintrittsöffnungen 12 und Sensoröffnungen 16 erfasst jedes Sensorelement 15 Strahlung, die von einer Mehrzahl der Strahlungsquellen 13 erzeugt wurde bzw. durch Anregung mittels der Strahlung mehrerer Strahlungsquellen 13 aufgrund von Lumineszenz erzeugt wurde.
• Die Eintrittsöffnungen 12 und die Sensoröffnungen 16 in den 2 und 3 sind kreisförmig dargestellt. Insbesondere kann der Gehäuseinnenraum 10 daher im Bereich dieser Öffnungen zylindrisch sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Vielmehr kann der Bereich der Eintrittsöffnung und/oder der Bereich der Sensoröffnung in beliebiger Weise geformt sein. Insbesondere ist es auch denkbar, dass keine separaten Eintrittsöffnungen und/oder Sensoröffnungen vorhanden sind, sondern dass es sich um einen entlang der Reihe der Strahlungsquellen und/oder entlang der Reihe der Sensorelemente ganz oder teilweise durchgehenden Öffnungsbereich handelt. Separate Öffnungen haben aber den Vorteil, dass die von den einzelnen Strahlungsquellen erzeugten Strahlungsbündel jedenfalls zumindest von einem Teil der anderen Strahlungsbündel unterschieden werden können. Z.B. detektiert ein einzelnes Sensorelement lediglich Strahlungsbündel von drei Strahlungsquellen bzw. der daraus resultierenden Lumineszenzstrahlung. Es findet somit eine örtliche Auflösung bei der Erfassung der Strahlung durch die Sensorelemente statt.
• Ferner ist es möglich, dass nicht nur eine Reihe von Strahlungsquellen und/oder Sensorelementen vorhanden ist, sondern eine Mehrzahl von Reihen, sodass eine zweidimensionale örtliche Auflösung stattfindet.
• Anders als bei der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform mit einem Optik-Modul 18 und separater Strahlungserzeugungseinrichtung 17 sowie separater Empfangseinrichtung 19 kann die Sensorvorrichtung z.B. als eine in einem einzigen Gehäuse integrierte Vorrichtung realisiert werden. Es ist auch möglich, dass entweder die Strahlungserzeugungseinrichtung oder die Empfangseinrichtung als separates Modul ausgestaltet sind. Außerdem ist es möglich, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung nicht fest mit dem Optik-Modul verbunden sind, sondern z.B. in einem Abstand zueinander angeordnet sind und keine Materialbrücke direkt zwischen den verschiedenen Modulen vorhanden ist. Dies hat allerdings den Nachteil, dass sich der Strahlungsweg von der Strahlungserzeugungseinrichtung zum Optik-Modul und der Strahlungsweg vom Optik-Modul zu der Empfangseinrichtung ändern kann, beispielsweise durch mechanische Schwingungen, durch von einem Nutzer verursachte Stöße oder aufgrund thermischer Ausdehnung oder Kontraktion.
• Bevorzugt wird daher, dass im Fall separater Module die Strahlungserzeugungseinrichtung, die Empfangseinrichtung und da Optik-Modul fest miteinander verbunden sind. In der in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform sind zum Zwecke einer stabilen Verbindung der Module erste Ausrichtungsstifte 8 und zweite Ausrichtungsstifte 9 vorgesehen. Die ersten Ausrichtungsstifte 8 erstrecken sich von dem Gehäuse 7 des Optik-Moduls 18 in der Darstellung der 1 nach oben. Dies ist auch aus 2 und 3 erkennbar. Z.B. in der Ansicht der 3 erstrecken sich zwei der ersten Ausrichtungsstifte 8 nach oben. Aus 1 sind lediglich ein erster Ausrichtungsstift 8 und ein zweiter Ausrichtungsstift 9 erkennbar. Dementsprechend (nicht dargestellt) weist die Strahlungserzeugungseinrichtung 17 Aussparungen zur Aufnahme der zweiten Ausrichtungsstifte 9 auf und weist die Empfangseinrichtung 19 entsprechende Aufnahmen zur Aufnahme der ersten Ausrichtungsstifte 8 auf. 4 und 5 zeigen schematisch einen montierten Zustand, in dem die Ausrichtungsstifte 8, 9 (nicht in 4 und 5 dargestellt) in den entsprechenden Aufnahmen aufgenommen sind. Der geringe Abstand zwischen der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 und dem Optik-Modul 18 und der geringe Abstand der Empfangseinrichtung 19 und dem Optik-Modul 18 in 4 und 5 sind lediglich dargestellt, um die verschiedenen Module als separate Module erkennbar zu machen. Vorzugsweise liegen die Oberflächen der verschiedenen Module paarweise aneinander an. Dies gilt auch für den links oben in 4 und 5 dargestellten Bereich, in dem die Strahlungserzeugungseinrichtung 17 und die Empfangseinrichtung 19 einander benachbart sind. Im montierten Zustand der 4 und 5 ist durch die drei Module die vollständige Sensorvorrichtung 1 gebildet. Die drei Module können in einem gemeinsamen Gehäuse der Vorrichtung aufgenommen sein.
• Die Strahlungserzeugungseinrichtung 17 weist, wie in 4 dargestellt ist, eine Steuereinrichtung 25 zum Steuern der Strahlungserzeugungseinrichtung auf. In dem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 25 mit der Strahlungsquelle 13 verbunden. Z.B. stellt die Steuereinrichtung 25 den zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes durch die als Leuchtdiode ausgestaltete Strahlungsquelle 13 in der gewünschten Weise ein, sodass die Strahlungsquelle 13 einen entsprechenden zeitlichen Intensitätsverlauf der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung bewirkt.
• Die Empfangseinrichtung 19 weist eine Auswertungseinrichtung 26 auf, die die von den einzelnen Sensorelementen 15 erzeugten Messsignale empfängt, aufzeichnet und auswertet.
• Dadurch, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung 17 und die Empfangseinrichtung 19 als von dem Optik-Modul 18 separate Module bzw. Einrichtungen ausgestaltet sind, kann die beim Betrieb der Steuereinrichtung 25 und der Auswertungseinrichtung 26 erzeugte Wärme größtenteils nach außen abgeführt werden, ohne das Optik-Modul 18 wesentlich zu erwärmen. Somit können die optischen Eigenschaften des Optik-Moduls weitestgehend unabhängig von der Betriebstemperatur der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 und der Empfangseinrichtung 19 gehalten werden.
• Anhand von 4 und 5 werden nun Ausführungsbeispiele des Betriebes der Sensorvorrichtung 1 beschrieben.
• 4 zeigt für eine der Strahlungsquellen 13 der Strahlungserzeugungseinrichtung 17, schematisch angedeutet durch einen einzigen nach rechts weisenden Pfeil, dass die von der Strahlungsquelle 13 erzeugte elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich in das Optik-Modul 18 eintritt und auf den Reflektor 3 auftrifft. In der Praxis strahlt die Strahlungsquelle 13 ein divergierendes Strahlungsbündel in das Optik-Modul 18 ein, welches optional durch die Eintritts-Optik 5 fokussiert werden kann. Allerdings liegt der Fokuspunkt vorzugsweise nicht auf der Oberfläche des Reflektors, sondern davor oder dahinter, sodass auf den Reflektor 3 ein örtlich verteiltes Strahlungsbündel auftrifft. Z.B. kann es sich bei der Fläche an der Oberfläche des Reflektors 3, die von der Strahlungsquelle 13 bestrahlt wird, um eine elliptische Fläche handeln, die aus einem schrägen Schnitt durch den Strahlungskegel resultiert, welcher aus der Kombination aus Strahlungsquelle 13 und Eintritts-Optik 5 resultiert.
• Der überwiegende Teil der von der Strahlungsquelle 13 erzeugten und auf den Reflektor 3 auftreffenden Strahlung wird, wie durch einen nach unten weisenden Pfeil in 4 dargestellt ist, durch das Austrittsfenster hindurch aus dem Optik-Modul 18 heraus in den Messbereich reflektiert. Wenn sich in dem Messbereich ein zu verifizierendes Objekt 22 befindet, wird entweder lediglich Strahlung zurückreflektiert oder es wird zusätzlich Lumineszenzstrahlung von dem Sicherheitsmerkmal 23 in Richtung des Optik-Moduls 18 abgestrahlt, d.h. emittiert. Der Verlauf der reflektierten Strahlung und optional der Lumineszenzstrahlung ist durch einen langen von unten nach oben weisenden Pfeil in 4 schematisch dargestellt. Die Strahlung tritt durch das Austrittsfenster 11 in das Optik-Modul 18 ein, tritt durch die Aussparung 2 hindurch und erreicht nach dem Verlassen des Optik-Moduls 18 das zumindest eine Sensorelement 15 der Empfangseinrichtung 19. Dort wird die Strahlung detektiert und es wird ein entsprechendes Messsignal erzeugt. Wie 1 zeigt, ist insbesondere eine Filter-Anordnung in der Aussparung 2 vorhanden, sodass das Strahlungsspektrum, welches durch den Reflektor 3 hindurchtritt, von der Filter-Anordnung oder von dem Filter verändert wird.
• Im Ergebnis empfängt das zumindest eine Sensorelement 15 daher sowohl dann elektromagnetische Strahlung aus dem Messbereich, wenn sich dort kein lumineszierender Stoff als Teil eines Sicherheitsmerkmals 23 befindet, als auch dann, wenn sich dort ein solcher Stoff befindet und Lumineszenzstrahlung abgestrahlt wird. Vorzugsweise ist die Intensität der insgesamt auf das Sensorelement 15 auftreffenden Strahlung bei Anwesenheit eines lumineszierenden Stoffs im Messbereich deutlich größer als in der Situation, wenn im Messbereich lediglich Strahlung zum Optik-Modul zurückreflektiert wird, z.B. zumindest um einen Faktor 10 größer. Allerdings hängt dies von den konkreten optischen Eigenschaften des konkreten Exemplars der Sensorrichtung ab, die verwendet wird. Insbesondere können die optischen Eigenschaften konkrete Exemplare der Eintritts-Optik 5, des Reflektors 3, der Filter-Anordnung z.B. mit dem ersten Filter 4a und dem zweiten Filter 4b sowie der Empfangs-Optik 6 sich deutlich von anderen Exemplaren unterscheiden.
• Da auch dann, wenn sich kein lumineszierender Stoff in dem Messbereich befindet, nicht nur bei der in 1 bis 5 dargestellten Sensorvorrichtung die auf die Empfangseinrichtung auftreffende Strahlung gemessen wird, kann die Auswertung von Lumineszenzstrahlung eines Sicherheitsmerkmals verbessert werden. Denkbar ist es, dass zu dieser Verbesserung ein Kalibrierungsbetrieb auch in der Weise stattfindet, dass sich in dem Messbereich ein Strahlung reflektierendes Material befindet. Allerdings können sich die Reflexionseigenschaften eines solchen Materials von den Reflexionseigenschaften des Sicherheitsmerkmals unterscheiden. Bevorzugt wird daher ein Kalibrierungsbetrieb, wenn sich in dem Messbereich kein in erheblicher Weise reflektierendes Material befindet. Bei der Auswertung der Lumineszenzstrahlung wird dann berücksichtigt, dass zusätzlich zu der Lumineszenzstrahlung auch noch reflektierte Strahlung aus dem Messbereich vorhanden sein kann. Z.B. kann das Messsignal, das aus einer Lumineszenz-Anregung mit einem zeitlichen Verlauf nicht konstanter Strahlungsintensität resultiert, bezüglich seiner Amplitude normiert werden und/oder kann insbesondere auch der Effekt einer Verzögerung der Emission der Lumineszenzstrahlung nach Anregung der Lumineszenz berücksichtigt werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn der zeitliche Signalverlauf des Messsignals auch über das Zeitintervall des Auftreffens von Lumineszenz anregender Strahlung auf das Sicherheitsmerkmal betrachtet wird. Es wird daher generell bevorzugt, dass nach einem Auftreffen von Lumineszenz anregender Strahlung auf das Sicherheitsmerkmal ein Zeitintervall beginnt, in dem keine Lumineszenz anregende Strahlung von der Sensorvorrichtung in den Messbereich und somit auf das Sicherheitsmerkmal eingestrahlt wird. Auf ein Ausführungsbeispiel wird noch anhand von 7 und 8 eingegangen.
• In 5 ist schematisch dargestellt, dass von der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 erzeugte Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich nicht nur in den Messbereich eingestrahlt wird, sondern auch vorrichtungsintern reflektiert und abgelenkt wird und so auf das zumindest eine Sensorelement 15 auftrifft. Auch wenn in 5 wie auch in 4 ein Objekt 22 und ein Objektträger 21 dargestellt sind (die wie durch zwei nach rechts weisende Pfeile relativ zur Sensorvorrichtung 1 bewegt werden können, während das Objekt gemessen wird), tritt der nun anhand von 5 beschriebene Vorgang auch dann auf, wenn sich im Messbereich kein Objekt oder Objektträger befindet.
• Die von der Strahlungsquelle 13 erzeugte Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich trifft wie auch anhand von 4 bereits beschrieben auf den Reflektor 3 und wird zum größten Teil in Richtung Austrittsfenster 11 reflektiert. Ein Anteil der auf das Austrittsfenster 11 auftreffenden Strahlung wird von dem Austrittsfenster 11 zurück in Richtung des Reflektors 3 reflektiert und tritt wiederum zu einem Anteil durch den Reflektor 3 hindurch, passiert die Aussparung 2 und trifft auf die Empfangseinrichtung 19, sodass sie von dem Sensorelement 15 detektiert wird. Ein anderer Anteil der von der Strahlungsquelle 13 auf den Reflektor 3 eingestrahlten Strahlung tritt durch diesen hindurch und wird dabei z.B. sowohl beim Eintreten in das Material des Reflektors 3 als auch beim Wiederaustreten aus dem Material des Reflektors 3 gebeugt, sodass im Ergebnis der Strahlungsweg geringfügig parallel versetzt wird. Diese Strahlung trifft auf die rechts in 5 dargestellte Oberfläche der Aussparung 2 und wird in Richtung Reflektor zurückreflektiert. Abhängig von der Größe und Divergenz des von der Strahlungsquelle 13 erzeugten Strahlungsbündels kann (nicht dargestellt) auch Strahlung derart von der Strahlungsquelle 13 ausgehend auf den Reflektor 3 auftreffen und durch diesen hindurchtreten, dass die hindurchgetretene Strahlung an dem Rand der Aussparung 2 reflektiert wird, jedoch nicht nochmals auf den Reflektor 3 auftrifft. Z.B. kann solche Strahlung mehrfach an gegenüberliegenden Oberflächen des Randes der Aussparung 2 reflektiert werden und kann ein Anteil dieser Strahlung auf die Empfangseinrichtung 19 und somit auf das Sensorelement 15 auftreffen. Die in 5 durch einen von rechts nach links verlaufenden Pfeil dargestellte, von dem Rand der Aussparung 2 reflektierte Strahlung trifft jedoch auf den Reflektor 3 auf und wird zu einem Anteil von diesem in Richtung des Sensorelements 15 reflektiert. Insgesamt können auf verschiedenen Strahlungswegen Anteile der von der Strahlungsquelle 13 erzeugten Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich die Sensorvorrichtung zwar nicht verlassen, jedoch auf die Empfangseinrichtung 19 auftreffen und von dem zumindest einen Sensorelement 15 detektiert werden, sodass ein entsprechendes Messsignal entsteht bzw. ein entsprechender Anteil des Messsignals verursacht wird. Insbesondere dann, wenn ein Kalibrierungsbetrieb ohne Objekt in dem Messbereich der Sensorvorrichtung 1 unmittelbar vor oder nach einem Messbetrieb durchgeführt wird, kann davon ausgegangen werden, dass die Betriebsverhältnisse für den Betrieb der Sensorvorrichtung im Kalibrierungsbetrieb und im Messbetrieb gleich sind. Das im Kalibrierungsbetrieb aufgenommene Messsignal, insbesondere die gemessene Strahlungsintensität als Funktion der Zeit oder ein daraus durch Auswertung abgeleitetes Signal, kann als Kalibrierungsergebnis zur Auswertung des Messsignals während des Messbetriebes verwendet werden.
• Anhand von 1 bis 5 wurde ein Ausführungsbeispiel einer Sensorvorrichtung beschrieben, bei der ein Austrittsfenster vorhanden ist, durch das hindurch die von der Sensorvorrichtung erzeugte Strahlung in den Messbereich der Sensorvorrichtung austritt. Durch dasselbe Austrittsfenster tritt wieder Strahlung in die Sensorvorrichtung ein und verursacht das Messsignal. Die Erfindung ist nicht auf ein solches Austrittsfenster beschränkt. Grundsätzlich könnte auch kein Austrittsfenster vorhanden sein, auch wenn in diesem Fall das Innere der Sensorvorrichtung und insbesondere des Optik-Moduls nicht vor dem Eindringen von Schmutz geschützt wäre. Nicht vorhanden sein muss jedoch ein Austrittsfenster, durch das hindurch die Strahlung in den Messbereich austritt und durch das in die Sensorvorrichtung die Messstrahlung wieder eintritt. Z.B. können ein Austrittsfenster und ein separates Eintrittsfenster vorhanden sein. Durch das Austrittsfenster tritt die Strahlung aus der Sensorvorrichtung in den Messbereich aus. Durch das separate Eintrittsfenster tritt die Messstrahlung in die Vorrichtung ein. Dennoch kann es den Effekt geben, dass Strahlung an dem Austrittsfenster reflektiert wird und das Messsignal mit verursacht. Ferner kann an anderen Einrichtungen der Sensorvorrichtung eine Reflexion oder Ablenkung der von der Sensorvorrichtung erzeugten Messstrahlung stattfinden, die ebenfalls zu dem Messsignal beiträgt.
• Anhand von 6 wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts beschrieben.
• In einem ersten Schritt S1 wird ein Kalibrierungsbetrieb der Sensorvorrichtung, z.B. der in 1 bis 5 dargestellten Sensorvorrichtung oder einer anderen Sensorvorrichtung, ausgeführt. In diesem Schritt wird z.B. die Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs des Messsignals der Empfangseinrichtung bzw. im Fall mehrerer Sensorelemente von deren Messsignalen begonnen. Ausgelöst werden kann dies optional z.B. dadurch, dass ein bevorstehendes Eintreten eines zu verifizierenden Objekts in den Messbereich der Sensorvorrichtung detektiert wird.
• Im folgenden zweiten Schritt S2 wird von der Strahlungserzeugungseinrichtung der Sensorvorrichtung elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt und emittiert, wobei diese Strahlung dazu geeignet ist, einen lumineszierenden Stoff im Messbereich der Sensorvorrichtung anzuregen, sodass dieser Lumineszenzstrahlung emittiert.
• Optional kann detektiert werden, ob sich in dem Messbereich der Sensorvorrichtung ein Objekt befindet oder nicht. Vorzugsweise wird der Kalibrierungsbetrieb nur dann durchgeführt und/oder fortgeführt, wenn sich in dem Messbereich kein Objekt befindet. Ferner können die Schritte S1 und S2 z.B. gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist auch möglich, dass auf Schritt S1 verzichtet wird und permanent ohne Beendigung der Strahlungserzeugung zwischen aufeinanderfolgenden Messbetrieben ein Kalibrierungsbetrieb durchgeführt wird. Ferner ist es möglich, dass anders als in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben der Kalibrierungsbetrieb nach dem Messbetrieb durchgeführt wird.
• Zurückkommend auf das konkrete Ausführungsbeispiel der 6 wird in dem auf Schritt S2 folgenden Schritt S3 Strahlung von der Empfangseinrichtung empfangen und detektiert, sodass ein Messsignal oder im Fall mehrerer Sensorelemente eine Mehrzahl von Messsignalen erzeugt wird. Insbesondere wird das zumindest eine Messsignal als Messsignal des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Strahlungsintensität in dem Empfindlichkeitsbereich der Empfangseinrichtung aufgezeichnet. Vorzugsweise findet die Messung und Aufzeichnung mit einer Abtastfrequenz statt, die um zumindest einen Faktor 10 und vorzugsweise gemäß dem bekannten Abtasttheorem größer ist als die Frequenz der Erzeugung des Anregungssignals durch die Strahlungserzeugungseinrichtung. Bevorzugt wird insbesondere, dass die Abtastung mit einer so hohen Frequenz durchgeführt wird, dass das Messsignal mit einem erwarteten Signal gemäß der Matched-Filter-Technologie zuverlässig auswertbar ist. Die Schritte S2 und S3 betreffen den Beginn der Strahlungserzeugung und den Beginn der Erzeugung der Messsignale und deren Erfassung. Während des Kalibrierungsbetriebes wird fortlaufend Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt und wird das Messsignal als Funktion der Zeit fortlaufend erzeugt und aufgezeichnet.
• Insbesondere nach beendeter Aufzeichnung des Messsignals wird im folgenden Schritt S4 ein Kalibrierungssignal KS erzeugt, z.B. durch Identifizieren eines zeitlichen Teilverlaufs des Messsignals. Das Kalibrierungssignal KS ist z.B. ein Signal in einem zeitlichen Teilabschnitt des in 7 dargestellten Zeitraums. Es umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Ansteigen der Intensität der Strahlung, ein Wiederabfallen der Intensität der Strahlung auf den Anfangswert und optional auch den Zeitraum ohne Erzeugung von anregender elektromagnetischer Strahlung.
• In dem folgenden Schritt S5 wird das Kalibrierungssignal KS aus Schritt S4 abgespeichert. In dem darauf folgenden Schritt S6 wird der Kalibrierungsbetrieb beendet. Optional kann in Schritt S5 oder in Schritt S6 aus einer Mehrzahl der Kalibrierungssignale KS ein Kalibrierungsergebnis KER erzeugt werden, z.B. durch Mittelwertbildung der Kalibrierungssignale. Insbesondere wird auf diese Weise ein zeitlicher Verlauf der gemessenen Strahlungsintensität während des Kalibrierungsbetriebes erzeugt, der dem wiederholten Anstieg und Abfall der gemessenen Strahlungsintensität im Durchschnitt entspricht. Durch die Mittelwertbildung kann der Einfluss von zufälligen Störsignalen reduziert werden. Z.B. kann das Kalibrierungsergebnis KER auf Basis einer Mindestanzahl von Kalibrierungssignalen KS erzeugt werden. Das Kalibrierungsergebnis KER, das auch einem einzigen Kalibrierungssignal entsprechen kann, auch wenn dies nicht bevorzugt wird, wird später auszuführenden Schritten S12 und/oder S13 des Verfahrens zur Verfügung gestellt.
• In dem auf Schritt S6 folgenden Schritt S7 wird ein Objekt in den Messbereich der Sensorvorrichtung eingebracht und/oder wird detektiert, dass ein Objekt in den Messbereich eingetreten ist. In dem darauffolgenden Schritt S8 wird der Messbetrieb begonnen, insbesondere durch Aufzeichnung entsprechender Messsignale.
• Die Darstellung in 6 ist schematisch zu verstehen. Insbesondere kann z.B. fortlaufend ohne Unterbrechung zwischen dem Kalibrierungsbetrieb und dem Messbetrieb der beschriebene zeitliche Verlauf der anregenden elektromagnetischen Strahlung auftreten, sodass die Intensität der Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich ansteigt und wieder abfällt und danach in einem Ruhe-Zeitintervall keine Strahlung erzeugt wird. Wenn detektiert wird, dass ein Objekt in den Messbereich eintritt oder eingetreten ist, kann die Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs des Messsignals der Sensorvorrichtung ohne Unterbrechung fortgesetzt werden, wobei jedoch die Detektion z. B. das späteste Ende des Kalibrierungsbetriebes und/oder den Anfang des Messbetriebes bezeichnet. Die Detektion kann auch allein dadurch stattfinden, dass aus dem fortlaufend aufgezeichneten Messsignal ermittelt wird, wann sich dieses signifikant so verändert hat, dass vermutlich ein Objekt in den Messbereich eingetreten ist. Hierzu kann ein erstes Matched-Filter angewendet werden. Wenn sich aus der Anwendung des ersten Matched-Filter ergibt, dass in dem Kalibrierungsbetrieb nicht auftretende Strahlung nun aus dem Messbereich in die Sensorvorrichtung eingetreten sein muss, dann kann entschieden werden, dass nach diesem Zeitpunkt keine Kalibrierungssignale mehr für die Ermittlung des Kalibrierungsergebnisses KER herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch Anwendung eines zweiten Matched-Filters ab diesem Zeitpunkt geprüft werden, ob ein für das zu verifizierende Sicherheitsmerkmal erwartetes Signal in dem Messsignal enthalten ist.
• Zurückkommend auf das Flussdiagramm in 6 wird in dem auf Schritt S8 folgenden Schritt S9 (insbesondere fortgesetzt) elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt und auf den Messbereich eingestrahlt. In dem folgenden Schritt S10 wird entsprechende Strahlung aus dem Messbereich, bei der es sich um reflektierte Strahlung handeln kann und insbesondere auch um Lumineszenzstrahlung handeln kann, empfangen und trägt zu dem insbesondere fortlaufend aufgezeichneten Messsignal bei. In dem folgenden Schritt S11 wird ein Empfangssignal ES erzeugt.
• Ähnlich wie zuvor in Bezug auf die Erzeugung und Auswertung des Kalibrierungssignals zur Ermittlung eines Kalibrierungsergebnisses beschrieben, kann fortlaufend elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt werden, insbesondere periodisch in der gleichen Weise, fortlaufend das Messsignal aufgezeichnet werden und kann z.B. anschließend, nach dem Ende des Kalibrierungsbetriebes und des Messbetriebes eine Auswertung der Messsignale stattfinden. Z.B. kann ein zeitlicher Verlauf des Messsignals in einem Zeitintervall als Empfangssignal ES aufgefasst werden, wobei in diesem Zeitintervall die Intensität der empfangenen und gemessenen Strahlung auf ein lokales Maximum ansteigt und wieder abfällt. Das Zeitintervall des Messsignals kann z.B. dann beendet sein, wenn die Intensität wieder ansteigt. Alternativ kann aber auch der wiederholte Verlauf der Intensität des Messsignals mit mehreren Anstiegen auf ein lokales Maximum und jeweils einem folgenden Abfall auf ein lokales Minimum als Messsignal aufgefasst werden. Gut geeignet als Messsignal ist ein zeitlicher Verlauf, der sich wiederholt, wobei die Höhe der lokalen Maxima und lokalen Minima gleich ist oder lediglich um einen vorgegebenen Betrag voneinander abweicht. Dies bedeutet, dass die lokalen Maxima alle innerhalb des entsprechenden vorgegebenen Intensitätsbereichs liegen und die lokalen Minima ebenfalls innerhalb des vorgegebenen Intensitätsbereichs liegen. Dabei können sich die Intensitätsbereiche für die Maxima und Minima auch unterscheiden, d.h. unterschiedlich vorgegeben sein. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann darauf geschlossen werden, dass ein stationärer Zustand erreicht ist, d.h. die anregende elektromagnetische Strahlung nicht mehr zu einer Steigerung der Intensität der Lumineszenzstrahlung gemittelt über die Periodendauer führt.
• Das so erhaltene Empfangssignal ES kann nun z.B. durch Anwendung des oben erwähnten zweiten Matched-Filters ausgewertet werden. Dies erfolgt in dem Schritt S12, dem auch das Kalibrierungsergebnis KER zur Verfügung steht. Das zweite Matched-Filter kann somit unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses KER ein für das Sicherheitsmerkmal erwartetes Messsignal mit dem tatsächlichen Messsignal vergleichen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, das erwartete Messsignal so zu bilden, dass es den Beitrag der von der Sensorvorrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung, die den Messbereich nicht erreicht, enthält oder nicht enthält. Dementsprechend wird aus dem gebildeten Messsignal entweder das Kalibrierungssignal herausgerechnet, z.B. abgezogen, oder das Messsignal wird mit dem erwarteten Signal verglichen, das auch unter Verwendung des Kalibrierungsergebnisses KER erzeugt wurde. Z.B. kann zur Bildung des erwarteten Signals ein lediglich aufgrund von Lumineszenzstrahlung erwartetes Signal zu dem Kalibrierungsergebnis KER hinzuaddiert werden. Das lediglich für Lumineszenzstrahlung erwartete Signal kann berechnet werden und/oder durch eine entsprechende Messung eines Referenzobjekts durch Messung und Auswertung erhalten werden. Bei einer solchen Auswertung kann wiederum ein Kalibrierungsergebnis berücksichtigt werden, das in entsprechender Weise wie bereits beschrieben erhalten werden kann. Dadurch kann insbesondere berücksichtigt werden, dass bei der Messung des Referenzobjektes andere Verhältnisse herrschen und z.B. auch eine andere Sensorvorrichtung verwendet wird, als bei der Vermessung des zu verifizierenden Objekts.
• In dem Schritt S12 kann z.B. das korrigierte Empfangssignal ESK gebildet werden und ausgegeben werden. In einem Schritt S13, der bereits zuvor ausgeführt werden kann und/oder gleichzeitig mit Schritt S12 und/oder danach, kann das erwartete Empfangssignal ESE gebildet werden und ausgegeben werden. Obwohl in dem Flussdiagramm von 6 auch dargestellt ist, dass das Kalibrierungsergebnis KER sowohl Schritt S12 als auch Schritt S13 zur Verfügung steht, muss dies nicht der Fall sein. Insbesondere kann das erwartete Empfangssignal ESE lediglich auf der erwarteten Lumineszenzstrahlung beruhen. Alternativ kann Schritt S12 das Kalibrierungsergebnis KER unberücksichtigt lassen und lediglich das Empfangssignal oder z.B. ein daraus gebildetes mittleres Empfangssignal als Signal zur Verifizierung des zu verifizierenden Objekts ausgeben.
• In einem Schritt S14 findet die Verifizierung statt. Z.B. wird dort z. B. durch Anwendung und vorzugsweise wiederholte Anwendung des zweiten Matched-Filters das Empfangssignal ES oder das korrigierte Empfangssignal ESK mit dem erwarteten Empfangssignal ESE verglichen. Es kann auch auf andere Weise verglichen werden, zum Beispiel durch Differenzbildung des zeitlichen Verlaufs des erwarteten Signals mit dem Empfangssignal. Stimmt im Rahmen insbesondere einer vorgegebenen Toleranz das erwartete Empfangssignal ESE mit dem Empfangssignal ES oder dem korrigierten Empfangssignal ESK überein, wird entschieden, dass das Objekt bzw. dessen Sicherheitsmerkmal den Erwartungen entspricht und daher z.B. nicht das Ergebnis einer Fälschung oder Verfälschung ist.
• 7 zeigt für ein Anregungssignal AS den zeitlichen Verlauf der Intensität I, d.h. der Strahlungsflussdichte, über die Zeit t. Das Anregungssignal AS wird wiederholt, und zwar periodisch so erzeugt, dass sich jeweils zwischen dem Abklingen der Intensität I auf den Ausgangswert vor einem Anstieg der Intensität und dem erneuten Anstieg der Intensität I ein Zeitintervall befindet, in dem die Sensorvorrichtung keine elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich erzeugt. Dabei kann bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Strahlungsquellen jede der Strahlungsquellen auf diese Weise wiederholt ein Anregungssignal AS erzeugen und kann die Phasenlage der periodischen Signale der verschiedenen Strahlungsquellen gleich sein, teilweise gleich sein oder wie bevorzugt zumindest teilweise versetzt sein. Signale mit versetzter Phasenlage haben den Vorteil, dass ihre Auswirkungen auf das Messsignal oder die Messsignale voneinander unterschieden werden können. Auch kann so erreicht werden, dass eine Anregung von lumineszierenden Stoffen in dem Messbereich so früh wie möglich beginnt. Erzeugt z.B. eine der mehreren Strahlungsquellen beim Eintreten des Sicherheitsmerkmals in den Messbereich keine Strahlung, dann kann der lumineszierende Stoff von einer benachbarten Strahlungsquelle bereits in diesem Zeitraum angeregt werden.
• Die wiederholte Erzeugung eines Anregungssignals AS wie in 7 gezeigt ermöglicht es, insbesondere auch die Antwort eines Sicherheitsmerkmals mit zumindest einem lumineszierenden Stoff auf einfache Weise und zuverlässig auszuwerten. 8 zeigt schematisch eine solche Antwort. Dabei ist in 8 durch gestrichelte Linien der Verlauf der Anregungssignale AS aus 7 dargestellt. Auch 8 ist eine Darstellung der Strahlungsintensität I über die Zeit t. Bei dieser Intensität I handelt es sich jedoch z.B. um die über den Erfassungsbereich des jeweiligen Sensorelements integrierte Strahlungsflussdichte. Die Empfangssignale ES, die in 8 dargestellt sind, zeigen jeweils einen ansteigenden Verlauf der Intensität I von einem Anfangswert bzw. einem lokalen Minimum der Intensität I auf ein lokales Maximum und ein Wiederabfallen der Intensität I auf ein folgendes lokales Minimum. Dabei nimmt das Niveau der Intensität I bei den aufeinanderfolgenden Empfangssignalen ES zu. Der stationäre Zustand ist etwa bei dem vierten Empfangssignal ES erreicht, da die lokalen Maxima und Minima des dritten und des vierten Empfangssignals ES sich etwa auf demselben Intensitätsniveau befinden. Anzumerken ist, dass die Skalierungen der Intensitätsachsen in 7 und 8 nicht miteinander übereinstimmen. Bei dem Signal in 7 handelt es sich um das Signal der anregenden Strahlung, von der lediglich ein Anteil zu dem Empfangssignal beiträgt. Außerdem handelt es sich wie erwähnt bei der Intensität in 7 um die Strahlungsflussdichte und bei der Intensität in 8 um die über einen örtlichen Bereich integrierte Strahlungsflussdichte.
• Aus den Empfangssignalen ES in 8 ist erkennbar, dass die anregende Strahlung erst zeitverzögert zu einer Lumineszenz führt. Die Empfangssignale ES enthalten insbesondere auch reflektierte anregende Strahlung. Mit dem Anstieg der Intensität eines Anregungssignals (wie gestrichelt in 8 dargestellt) steigt daher auch die Intensität des Empfangssignals ES an. Allein aufgrund der Reflexion würde das Empfangssignal aber entsprechend den gestrichelt dargestellten Signalverläufen wieder abfallen. Aufgrund der Lumineszenz findet in der Folge der Empfangssignale ES ansteigend zusätzlich eine Emission von Lumineszenzstrahlung statt, bis ein stationärer Zustand erreicht ist, vorausgesetzt, dass das Anregungssignal periodisch in gleicher Weise erzeugt und in den Messbereich eingestrahlt wird. Bevorzugt wird, dass ein Matched-Filter wie oben beschrieben auf ein Empfangssignal ES im stationären Zustand angewendet wird.
• In dem in 8 dargestellten Fall fällt die Intensität I der Empfangssignale ES zwischen zwei Anregungssignalen nicht auf den Wert null ab. Dies wird bevorzugt, um den Signalverlauf zwischen zwei Anregungssignalen gut auswerten zu können, denn der Effekt auf das Empfangssignal ES zwischen zwei Anregungssignalen beruht nicht auf reflektierter Strahlung.
• Bezugszeichenliste

1

Sensorvorrichtung

2

Aussparung

3

teilweise durchlässiger Reflektor

4a

erster Filter

4b

zweiter Filter

5

Eintritts-Optik

6

Empfangs-Optik

7

Gehäuse

8

erster Ausrichtungsstift

9

zweiter Ausrichtungsstift

10

Gehäuseinnenraum

11

Austrittsfenster

12

Eintrittsöffnung

13

Strahlungsquelle

15

Sensorelement

16

Sensoröffnung

17

Strahlungserzeugungseinrichtung

18

Optik-Modul

19

Empfangseinrichtung

21

Objektträger

22

Objekt

23

Sicherheitsmerkmal

24

Transporteinrichtung

25

Steuereinrichtung

26

Auswertungseinrichtung

AS

Anregungssignal

B

Bewegungsrichtung

ES

Empfangssignal

ESE

erwartetes Empfangssignal

ESK

korrigiertes Empfangssignal

I

Strahlungsintensität

KER

Kalibrierungsergebnis

KS

Kalibrierungssignal

S1

Schritt 1, Initiierung des Kalibrierungsbetriebs

S2

Schritt 2, Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich

S3

Schritt 3, Empfangen von elektromagnetischer Strahlung

S4

Schritt 4, Erzeugen eines Kalibrierungssignals

S5

Schritt 5, Abspeichern des erzeugten Kalibrierungssignals

S6

Schritt 6, Abschließen des Kalibrierungsbetriebes

S7

Schritt 7, Einbringen eines Objekts in den Messbereich

S8

Schritt 8, Initiierung des Messbetriebes

S9

Schritt 9, Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich

S10

Schritt 10, Empfangen von elektromagnetischer Strahlung

S11

Schritt 11, Erzeugen eines Empfangssignals

S12

Schritt 12, Bilden eines korrigierten Empfangssignals

S13

Schritt 13, Bilden eines erwarteten Empfangssignals

S14

Schritt 14, Vergleichen des erwarteten Empfangssignals und des korrigierten Empfangssignals

t

Zeit

• 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 1241242 A2 [0004, 0005]

Claims (16)

1. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung (1) zum Verifizieren eines Sicherheitsmerkmals eines Objekts (22) in einem Messbereich der Sensorvorrichtung (1), wobei die Sensorvorrichtung (1) aufweist: - eine Strahlungserzeugungseinrichtung (17), die ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich zu erzeugen, wobei die elektromagnetische Strahlung geeignet ist, einen photolumineszierenden Stoff als Sicherheitsmerkmal oder als Teil eines Sicherheitsmerkmals (23) des Objekts (22) in einen angeregten Energiezustand zu bringen, - eine Empfangseinrichtung (19), die ausgestaltet ist, in einem Messbetrieb von dem photolumineszierenden Stoff emittierte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu empfangen und ein entsprechendes Empfangssignal (ES) zu erzeugen, - eine Auswertungseinrichtung (26), die ausgestaltet ist, das Empfangssignal (ES) auszuwerten, - eine Steuereinrichtung (25), die ausgestaltet ist, die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) in dem Messbetrieb und in einem Kalibrierungsbetrieb derart zu steuern, dass die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugte elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist, wobei die Empfangseinrichtung (19) ausgestaltet ist, in dem Kalibrierungsbetrieb, in dem sich kein Sicherheitsmerkmal in dem Messbereich der Sensorvorrichtung (1) befindet, einen Teil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu empfangen und ein entsprechendes Kalibrierungssignal zu erzeugen, und wobei die Auswertungseinrichtung (26) ausgestaltet ist, das in dem Kalibrierungsbetrieb erzeugte Kalibrierungssignal auszuwerten, ein entsprechendes Kalibrierungsergebnis (KER) zu erzeugen und das Kalibrierungsergebnis (KER) bei der Auswertung des Empfangssignals (ES) aus dem Messbetrieb zu verwenden.
2. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (25) ausgestaltet ist, die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) jeweils in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb derart zu steuern, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung zumindest jeweils in einem Zeitintervall den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweist.
3. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (25) ausgestaltet ist, die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) sowohl in dem Messbetrieb als auch in dem Kalibrierungsbetrieb derart zu steuern, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung wiederholt den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweist.
4. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugte elektromagnetische Strahlung sowohl in dem Messbetrieb als auch in den Kalibrierungsbetrieb derart von zumindest einer optischen Einrichtung der Sensorvorrichtung (1) von der Strahlungsquelle kommend teilweise umgelenkt wird, dass der Teil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung entsteht, den die Empfangseinrichtung (19) in dem Kalibrierungsbetrieb empfängt und entsprechend dem die Empfangseinrichtung (19) das Kalibrierungssignal erzeugt.
5. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein teilweise durchlässiger Reflektor ist, der einen bezüglich der Strahlungsflussdichte größeren Anteil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine erste Richtung passieren lässt oder reflektiert, in der elektromagnetische Strahlung verläuft, die den Messbereich der Sensorvorrichtung (1) erreicht, und einen bezüglich der Strahlungsflussdichte kleineren Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine andere, zweite Richtung reflektiert oder passieren lässt, in der elektromagnetische Strahlung die Empfangseinrichtung (19) erreicht, ohne aus der Sensorvorrichtung (1) auszutreten.
6. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein Austrittsfenster ist, durch das hindurch ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in den Messbereich der Sensorvorrichtung (1) eingestrahlt wird, und wobei im Messbetrieb und im Kalibrierungsbetrieb jeweils ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung von dem Austrittsfenster reflektiert wird und zumindest teilweise die Empfangseinrichtung (19) erreicht.
7. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die auf die Empfangseinrichtung (19) einfallende elektromagnetische Strahlung vorher eine Filtereinrichtung (4a, 4b) passiert, welche die elektromagnetische Strahlung, die auf die Filtereinrichtung (4a, 4b) einfällt, derart filtert, dass die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung der auf die Empfangseinrichtung (19) einfallenden elektromagnetischen Strahlung einen geringeren Anteil in dem ersten Wellenlängenbereich hat als die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung der auf die Filtereinrichtung (4a, 4b) einfallenden elektromagnetischen Strahlung.
8. Photolumineszenz-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Auswertungseinrichtung (26) ausgestaltet ist, in dem Messbetrieb - aus dem Empfangssignal (ES) unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses (KER) ein korrigiertes Empfangssignal (ES) zu bilden oder - unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses (KER) ein erwartetes Empfangssignal (ES) zu bilden und mit dem aus empfangener elektromagnetischer Strahlung erzeugten Empfangssignal (ES) oder einem daraus erzeugten Signal zu vergleichen.
9. Verfahren zum Kalibrieren einer Photolumineszenz-Sensorvorrichtung (1), die geeignet ist ein Sicherheitsmerkmals eines Objekts (22) zu verifizieren, aufweisend: - Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich mittels einer Strahlungserzeugungseinrichtung (17) in einem Kalibrierungsbetrieb, wobei die elektromagnetische Strahlung in einem Messbetrieb dazu dient, einen photolumineszierenden Stoff als Sicherheitsmerkmal oder als Teil eines Sicherheitsmerkmals (23) des Objekts (22) in einen angeregten Energiezustand zu bringen, - Empfangen von elektromagnetischer Strahlung und Erzeugen eines entsprechenden Kalibrierungssignals in dem Kalibrierungsbetrieb mittels einer Empfangseinrichtung (19), die ausgestaltet ist, in dem Messbetrieb von dem photolumineszierenden Stoff emittierte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu empfangen, wobei in einem in dem Messbetrieb verwendeten Messbereich kein Sicherheitsmerkmal vorhanden ist, - Auswerten des erzeugten Kalibrierungssignals und Erzeugen eines entsprechenden Kalibrierungsergebnisses (KER), - Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich mittels einer Strahlungserzeugungseinrichtung (17) in dem Messbetrieb, während in dem Messbereich ein zu verifizierendes Objekt vorhanden ist, - Empfangen von elektromagnetischer Strahlung und Erzeugen eines entsprechenden Empfangssignals (ES) in dem Messbetrieb mittels der Empfangseinrichtung (19), wobei die elektromagnetische Strahlung in dem ersten Wellenlängenbereich in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb jeweils derart von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugt wird, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in zumindest einem Zeitintervall einen zeitlichen Verlauf der Strahlungsflussdichte aufweist, welcher in dem Zeitintervall nicht konstant ist, und wobei das Kalibrierungsergebnis (KER) bei der Auswertung des Empfangssignals (ES) aus dem Messbetrieb verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die elektromagnetische Strahlung jeweils in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb derart von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugt wird, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung zumindest jeweils in einem Zeitintervall den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die elektromagnetische Strahlung jeweils in dem Messbetrieb und in dem Kalibrierungsbetrieb derart von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugt wird, dass die Strahlungsflussdichte der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung zumindest jeweils in einem Zeitintervall wiederholt den gleichen nicht konstanten zeitlichen Verlauf aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugte elektromagnetische Strahlung sowohl in dem Messbetrieb als auch in den Kalibrierungsbetrieb derart von zumindest einer optischen Einrichtung von der Strahlungsquelle kommend teilweise umgelenkt wird, dass ein Teil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung entsteht, den die Empfangseinrichtung (19) in dem Kalibrierungsbetrieb empfängt und entsprechend dem die Empfangseinrichtung (19) das Kalibrierungssignal erzeugt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein teilweise durchlässiger Reflektor ist, der einen bezüglich der Strahlungsflussdichte größeren Anteil der von der Strahlungserzeugungseinrichtung (17) erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine erste Richtung passieren lässt oder reflektiert, in der elektromagnetische Strahlung verläuft, die den Messbereich der Sensorvorrichtung (1) erreicht, und einen bezüglich der Strahlungsflussdichte kleineren Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in eine andere, zweite Richtung reflektiert oder passieren lässt, in der elektromagnetische Strahlung die Empfangseinrichtung (19) erreicht, ohne aus der Sensorvorrichtung (1) auszutreten.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die optische Einrichtung oder eine der optischen Einrichtungen ein Austrittsfenster ist, durch das hindurch ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung in den Messbereich eingestrahlt wird, und wobei im Messbetrieb und im Kalibrierungsbetrieb jeweils ein Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung von dem Austrittsfenster reflektiert wird und zumindest teilweise die Empfangseinrichtung (19) erreicht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die auf die Empfangseinrichtung (19) einfallende elektromagnetische Strahlung vor einem Auftreffen auf die Empfangseinrichtung (19) derart gefiltert wird, dass die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung der auf die Empfangseinrichtung (19) einfallenden elektromagnetischen Strahlung einen geringeren Anteil in dem ersten Wellenlängenbereich hat als die spektrale Strahlungsflussdichte-Verteilung vor dem Filtern.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei in dem Messbetrieb - aus dem Empfangssignal (ES) unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses (KER) ein korrigiertes Empfangssignal (ES) gebildet wird oder - unter Berücksichtigung des Kalibrierungsergebnisses (KER) ein erwartetes Empfangssignal (ES) gebildet wird und mit dem aus empfangener elektromagnetischer Strahlung erzeugten Empfangssignal (ES) oder einem daraus erzeugten Signal verglichen wird.

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