DE102011108180B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials, das nach Anregung mit Anregungslicht Emissionslicht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittiert, enthaltend folgende Schritte: – Anregen des photolumineszierenden Materials mit Anregungslicht, – Erfassen des zeitlichen Intensitätsverlaufes wenigstens zweier infolge der Anregung von dem photolumineszierenden Material emittierter Emissionslichtkomponenten mit unterschiedlicher Wellenlänge nach Abschalten des Anregungslichts, – Ermitteln von Anfangsintensitäten der Emissionslichtkomponenten zu einem gemeinsamen Zeitpunkt unmittelbar nach dem Abschalten des Anregungslichts, – Bestimmen einer Intensitätskenngröße durch Inbeziehungsetzen der ermittelten Anfangsintensitäten, – Bestimmen wenigstens eines Abklingparameterwertes für jede der Emissionslichtkomponenten aus dem zeitlichen Verlauf von deren Intensität und – Identifizieren des photolumineszierenden Materials mittels der Intensitätskenngröße und der Abklingparameterwerte.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials.
• Zur Authentifizierung von unterschiedlichsten Objekten werden zunehmend lumineszierende Materialien eingesetzt. Solche Materialien konvertieren Energie von Anregungslicht einer vorgegebenen Wellenlänge in Emissionslicht einer anderen Wellenlänge. Die meisten lumineszierenden Materialien können mit Anregungslicht unterschiedlicher Wellenlängen angeregt werden. Einige lumineszierende Materialien emittieren, auch wenn sie nur mit Erregerlicht einer Wellenlänge angeregt werden, Emissionslicht mit unterschiedlichen Wellenlängen. Wenn die emittierte Strahlung eine größere Wellenlänge als die Erregerstrahlung hat, spricht man von „Stokes” oder „down-converting” Lumineszenz. Wenn das emittierte Licht eine kürzere Wellenlänge als das Erregerlicht hat, spricht man von „Anti-Stokes” oder „up-converting” Lumineszenz.
• Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Lumineszenz, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz. Fluoreszenz ist die augenblickliche Abgabe von Emissionslicht bei Bestrahlung mit Erregerlicht. Bei Phosphoreszenz ist die Emission gegenüber der Erregung verzögert, so dass phosphoreszierende Materialien nachleuchten, wobei die Nachleuchtdauer bzw. das Abklingen des Nachleuchtens materialspezifisch sind.
• In der EP 1 158 459 A1 ist ein Verfahren zum Authentifizieren einer Markierung, d. h. zum Bestimmen, ob eine Markierung ein bestimmtes photolumineszierendes Material enthält, bekannt, das folgende Schritte enthält:
• – Anregen der Markierung mit wenigstens einem Anregungslichtimpuls,
• – Messen von Intensitätswerten des Emissionslichtes nach der Anregung mit dem Anregungslichtimpuls nach vorbestimmten Zeitintervallen,
• – Bilden einer die Intensität in Abhängigkeit von der Zeit darstellenden Funktion, und
• – Vergleichen der Funktion mit wenigstens einer Referenzfunktion, wobei die Funktion und die Referenzfunktion vor ihrem Vergleich normiert werden.
• Die DE 699 37 126 T2 beschreibt eine optische Anordnung mit einer Kugellinse und einer dreigeteilten Faser, die für eine duale optische Abfragung ausgestaltet ist und in optischer Kommunikation mit der Kugellinse steht. Die dreigeteilte Faser enthält zwei Emissionsbündel, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen empfangen. Mittels der dreigeteilten optischen Faserbündel wird Licht von einer Lichtquelle zu einer Probe gelenkt und von der Probe emittiertes Licht zu den Emissionsbündeln geleitet. Dabei ist das Anregungslicht auf Winkel < 11° hinsichtlich der optischen Achse beschränkt, so dass die Seitenwände eines Probenbehälters nicht beleuchtet werden und das gesamte reflektierte Licht innerhalb eines Winkels von < 11° zurückkommt und in die Anregungsfasern und nicht in die Fasern der Emissionsbündel gelangt, so dass nur eine kleine Menge an Fluoreszenz geopfert wird.
• Die DE 699 12 361 T2 beschreibt ein Fluoreszenzpolarisationsverfahren bei mehreren Wellenlängen zum Analysieren von zwei oder mehreren verschiedene Testobjekten in einer Probe, wobei zwei oder mehr unterschiedlich fluoreszenzmarkierte Substanzen an die Testobjekte gebunden werden und eine Änderung der Fluoreszenzpolarisation gemessen wird, die für jede der fluoreszenzmarkierten Substanzen durch ihre Bindung an eines der Testobjekte stattgefunden hat.
• Die DE 693 15 877 T2 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Photolumineszenz in einem Kristall. Als Erregerlichtquelle wird eine Laserquelle verwendet, die einen Laserstrahl erzeugt, der in das Innere des Kristalls gelangt. In einem optischen Lichtempfangssystem ist ein Filter mit einer Bandtransmissionscharakteristik enthalten, die erlaubt, dass nur die Fluoreszenz in dem erzeugten Licht hindurch tritt, die dann in einer Verarbeitungseinheit zur Analyse der inneren Struktur des Kristalls ausgewertet wird. Dabei bildet die Verarbeitungseinheit beispielsweise ein Bild des gestreuten Lichts und ein Bild der erzeugten Fluoreszenz, wobei eine Korrelation zwischen der Intensität oder der Verbreiterung der Fluoreszenz und der gestreuten Intensität ausgewertet wird.
• Die DE 699 26 983 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Lichtstreuung, bei dem ein Fluidstreuvolumen mit zeitlich und räumlich kohärenter Strahlung mehrerer diskreter Wellenlängen beleuchtet wird, Intensitätsfluktuationen einer Streustrahlung ermittelt werden und aus der erfassten Streustrahlungsintensitätsfluktuation eine Eigenschaft des Fluidstreuvolumens bestimmt wird.
• Die CH 609 777 A5 beschreibt eine photometrische Vorrichtung zur Untersuchung fluoreszierender Materialien, wobei ein zu untersuchendes fluoreszierendes Material mit einer Strahlung der Fluoreszenzerregungswellenlänge des Materials beleuchtet wird, die daraus resultierende Fluoreszenzemission mit einem Detektor gemessen wird, der ein zur Momentanintensität der Fluoreszenzemission proportionales Signal liefert. Das Zeitintervall, währenddessen die Fluoreszenzemission von der Anfangsintensität auf einen bestimmten Bruchteil abfällt, wird ermittelt und das genannte Signal wird über das Zeitintervall integriert.
• Die DE 10 2004 016 249 A1 beschreibt ein lumineszenz-optisches Verfahren zur Authentifikation von Produkten, wobei ähnlich wie beim Gegenstand der vorliegenden Anmeldung zu authentifizierende Produkte mit fluoreszierenden oder phosphorisierenden Farbstoffen markiert werden, deren Abklingzeit der Fluoreszenz oder Phosphoreszenz gemessen wird und als Information für eine Identifikation bzw. Authentifikation eines Produkts verwendet wird.
• Die DE 10 2009 010 446 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Blutflusses in einem Gewebebereich, wobei dem Blut ein fluoreszierender Farbstoff zugeführt wird und der vom Blut durchflossene Gewebebereich mit die Fluoreszenz des Farbstoffes anregender Strahlung bestrahlt wird. Mittels eines ersten elektronischen Bildsensors wird ein Gesamtbild des Gewebebereiches im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung zeitaufgelöst aufgenommen. Mittels eines zweiten elektronischen Bildsensors wird ein zweites Bild des Gewebebereiches im Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung des Farbstoffes zeitaufgelöst aufgenommen, wobei das zweite Bild wenigstens ein Teilbild des Gesamtbildes ist, und die Zeitauflösung, mit der das zweite Bild aufgenommen wird, höher ist als die Zeitauflösung, mit der das Gesamtbild aufgenommen wird. Aus den zeitaufgelösten Bilddaten der Bilder wird der Blutfluss quantifiziert.
• Die DE 10 2009 038 356 A1 beschreibt ein Sicherheitselement und eine Farbe, die unter Bestrahlung mit Anregungsstrahlung eine Lumineszenzstrahlung emittiert. Die Farbe emittiert unter Bestrahlung zunächst eine Lumineszenzstrahlung, deren Intensität bei fortdauernder Bestrahlung mit der Anregungsstrahlung innerhalb eines ersten Zeitintervalls abnimmt oder nahezu verschwindet und nach einer Regenerationszeitspanne, in der das Farbmittel nicht mit der Anregungsstrahlung bestrahlt wird, den vorstehend beschriebenen Effekt erneut beobachten lässt.
• Die DE 10 2005 006 237 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von Keimen in einer Probe, wobei die Keime der Probe mit einem Fluoreszenzmarker versehen werden und für eine definierte Zeitdauer einer Anregungsstrahlung ausgesetzt werden, der zeitabhängige Verlauf der in Folge der Anregung erzeugten Fluoreszenzemission erfasst wird und durch Diskriminierung zwischen auf die fluoreszenzmarkierten Keime zurückgehenden Messsignalen einerseits und Störsignalen andererseits ermöglicht wird, die fluoreszenzmarkierten Keime in der Probe quantitativ und/oder qualitativ zu bestimmen.
• Die DE 10 2004 039 035 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fluoreszenz-Lebensdauer-Imaging-Nanoskopie, wobei ein Hochfrequenzlaser mit einer Nanoskopie-Einheit gekoppelt wird, die eine Probe beinhaltet und über optische Elemente mit einer zeit- und ortssensitiven Detektoreinheit verbunden ist. Die Detektoreinheit kann die Beobachtung von zwei Farbkanälen zur Verifikation der Fluoreszenz-Resonanz-Energieübertragung erlauben.
• Die DE 698 38 090 T2 beschreibt eine Vorrichtung für spektroskopische Messungen mit einer Plattform und einer Polymerschicht mit niedriger Fluoreszenz und hoher Transmission. Fluoreszenzmessungen können dadurch erfolgen, dass Signaländerungen als das Verhältnis von Fluoreszenz bei zwei unterschiedlichen Emissionswellenlängen bestimmt werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials anzugeben, mit dem bzw. der eine erhöhte Identifizierungssicherheit möglich ist.
• Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß werden synchron zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Emissionslichtes ausgewertet. Die relativen Anfangsintensitäten der Emissionslichtkomponenten der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche und deren Abklingen bilden einen „Fingerabdruck”, der eine sichere Identifizierung des jeweiligen photolumineszierenden Materials ermöglicht.
• Die Unteransprüche 2 bis 7 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.
• Der Anspruch 8 kennzeichnet den Aufbau der Vorrichtung zur Lösung des diesbezüglichen teils der Erfindungsaufgabe.
• Die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8 wird den Merkmalen der Ansprüche 9 bis 12 in vorteilhafter Weise weitergebildet.
• Die Erfindung eignet sich zur Authentifizierung jedwelcher Markierungen, die photolumineszierendes Material enthalten, das bei Anregung mit Anregungslicht einer vorbestimmten Wellenlänge Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittiert. Besonders gut eignet sich die Erfindung für up-converting photolumineszierende Materialien.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
• In den Figuren stellen dar:
• 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 Durchlasskurven von in der Vorrichtung verwendeten Filtern,
• 3 Zeitverläufe der Intensitäten des Anregungslichtes und des Emissionslichtes,
• 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
• 5 eine Fensterfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Gemäß 1 sind neben einer Markierung, die photolumineszierendes Material 10 enthält, eine Anregungslichtquelle 12 und zwei lichtempfindliche Empfänger 14 bzw. 16 angeordnet.
• Unter photolumineszierendem Material wird ein Material verstanden, das durch Bestrahlen mit Anregungslicht einer Wellenlänge, die zwischen Infrarot und Ultraviolett liegen kann, zur Abgabe von Emissionslicht anregbar ist, das je nach Zusammensetzung und Art des photolumineszierenden Materials energiereicher (kurzwelliger) oder energieärmer (langwelliger) als das Anregungslicht sein kann. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, kann das Anregungslicht (die Anregungsstrahlung) und/oder das Emissionslicht (die Emissionsstrahlung) außerhalb des sichtbaren Bereiches liegen.
• Die Anregungslichtquelle 12 ist beispielsweise eine LED, die IR-Licht mit 940 nm abstrahlt, oder eine Laserdiode, die IR-Licht mit 980 nm abstrahlt.
• Die lichtempfindlichen Empfänger 14 sind beispielsweise in einem geeigneten Frequenzbereich empfindliche Photodioden. Zwischen den lichtempfindlichen Empfängern 14 und 16 und dem photolumineszierenden Material 10 ist jeweils ein Filter 18 bzw. 20 angeordnet, wobei die Filter 18, 20 unterschiedliche spektrale Durchlässigkeiten haben.
• In 2 zeigt in Kurve I die Durchlässigkeit D des Filters 18 über der Wellenlänge λ mit einem ausgeprägten Maximum bei etwa 820 nm. Die Kurve II zeigt die Durchlässigkeit des Filters 20, mit einem ausgeprägten Maximum bei etwa 1080 nm.
• Die Anregungslichtquelle 12 ist über eine Sendereinheit 22 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 24 verbunden. Die Empfänger 14 und 16 sind über je eine Empfängereinheit 26 bzw. 28 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 24 verbunden.
• Die Sendereinheit 22 enthält eine Energiequelle, mit der die Anregungslichtquelle 12 mit vorbestimmtem zeitlichem Ablauf mit vorbestimmter Leistung beaufschlagbar ist.
• Die Empfängereinheiten 26 und 28 sind derart aufgebaut, dass das Ausgangssignal der lichtempfindlichen Empfänger 14 bzw. 16 in zeitlich vorbestimmter Weise der Steuer- und Auswerteeinheit 24 zuführbar ist.
• Die Steuer- und Auswerteeinheit enthält in an sich bekannter Weise wenigstens einen Mikroprozessor mit Programm- und Datenspeicher, sowie Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen, mit denen die nachfolgend geschilderten Funktionen ausführbar sind:
  Gemäß der obersten Kurve der 3, wird die Sendereinheit 22 von der Steuer- und Auswerteeinheit 24 derart gesteuert, dass die Anregungslichtquelle 12 einen Anregungslichtimpuls mit vorbestimmter Dauer und Intensität angibt, der zum Zeitpunkt t₀ endet.
• Die Empfängereinheiten 26 und 28 werden zum Zeitpunkt t₀ aktiviert und senden von dem photolumineszierenden Material 10 emittierte Emissionslicht entsprechende Signale an die Steuer- und Auswerteeinheit 24.
• Das Emissionslicht klingt von maximaler Intensität zum Zeitpunkt t₀ etwa exponentiell ab, wobei wegen der Filter 18 und 20 von den Empfängereinheiten 26 und 28 Emissionslichtkomponenten mit verschiedener Wellenlänge bzw. verschiedener spektraler Zusammensetzung empfangen werden.
• Die beiden, in 3 exponentiell abfallenden Emissionslichtkomponenten 1 und 2 lassen sich jeweils durch eine maximale Intensität A₁ bzw. A₂ zum Zeitpunkt t₀ und eine Abklinkkonstante τ1 bzw. τ2 charakterisieren und sind allgemein näherungsweise mit einer Funktion folgender Form beschreibbar: y_i = A × exp(–τ × i × Δt) + A₀. (1)
• Dabei wird die Intensität y_i mit einer Abtastrate Δt ausgelesen, wobei i die Anzahl der erfolgten Abtastungen angibt, so dass i × Δt der Zeitpunkt der jeweiligen Abtastungen ist. A ist die Intensität zum Zeitpunkt t₀, τ ist die Abklingkonstante und A₀ ist ein konstanter Fremdlichtanteil.
• Die Steuer- und Auswerteeinheit 24 tastet die von den Einheiten 26 und 28 gesendeten zeitlichen Intensitätsverläufe mit einer Abtastrate von beispielsweise 10 μs ab, so dass sich bei 250 Abtastungen eine Auswertezeit von 2,5 ms ergibt. Es versteht sich, dass die Erregerlichtimpulse, die beispielsweise ein Länge von etwa 500 μs haben, beispielsweise in Abständen von 5 ms wiederholt werden, so dass, wie in 1 angedeutet, eine wiederholte Auswertung erfolgt.
• Die vorgenannte Funktion (1) ist in der Steuer- und Auswerteeinheit gespeichert. Durch an sich bekannte mathematische Verfahren können für die beiden von den Empfängereinheiten 26 und 28 an die Steuer- und Auswerteeinheit 24 gesendeten Intensitätsverläufe der beiden Emissionslichtkomponenten die Werte von A und τ, also A₁ und τ₁ für die kurzwelligere Emissionslichtkomponente und die Werte A₂ und τ₂ für die langwelligere Emissionskomponente ermittelt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit werden beispielsweise bis zu 256 Messzyklen (mit jeweils 250 zeitversetzten Abtastungen) durchgeführt und deren Samples zeitsynchron gemittelt, so dass die Berechnung von A und auf einer gemittelten Wertemenge stattfindet: (y ⁀i|i × Δt) = (1/n × Σyi|iΔt)
• Die Abklinkkonstanten τ₁ und τ₂ sind von den Anfangsintensitäten A₁ bzw. A₂ unabhängige charakteristische Größe des jeweiligen photolumineszierenden Materials 10 und können somit unmittelbar zu dessen Identifizierung bzw. Kennzeichnung oder Authentifizierung herangezogen werden. Die Anfangsintensitäten A₁ und A₂ können jedoch nicht unmittelbar zur Identifizierung des photolumineszierenden Materials herangezogen werden, da ihre Größe von der Dauer und Intensität des jeweiligen Anregungslichtimpulses, sowie der Konzentration des photolumineszierenden Materials abhängt. Aus den von der Steuer- und Auswerteeinheit 24 ermittelten Anfangsintensitäten A₁ und A₂ wird daher wenigstens eine vom Anregungslichtimpuls unabhängige Intensitätskenngröße hergeleitet, beispielsweise das Verhältnis von A₁ zu A₂ oder der Anteil x der Anfangsintensität A₁ an der Gesamtintensität A₁ + A₂, sowie der Anteil y der Anfangsintensität A₂ an der Gesamtintensität A₁ + A₂. Diese Intensitätskenngrößen dienen zusammen mit den Abklinkkonstanten zur Kennzeichnung des jeweiligen photolumineszierenden Materials.
• Vorteilhaft können mit der Anordnung gemäß 1 die Intensitätskenngröße, sowie die Abklinkkonstanten für vorbestimmte photolumineszierende Materialien vor einer durchzuführenden Identifizierung eines unbekannten photolumineszierenden Materials bestimmt und gespeichert werden. Bei der Überprüfung eines photolumineszierenden Materials müssen dann lediglich dessen charakteristische Werte ermittelt und mit den gespeicherten Werten verglichen werden, wobei ein unbekanntes photolumineszierendes Material durch positiven Vergleich sicher identifiziert wird.
• 4 zeigt eine Blockdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Von einem Sensorkopf 30 führt ein Lichtleiterbündel 32 zu einem Verteiler 34, in dem es in Senderlichtleiter 36 und Empfängerlichtleiter 38 aufgetrennt wird.
• Die Senderlichtleiter 36 sind über einen Adapter 40 an einen Sender 42 angeschlossen, der die Sendereinheit 22 und die Anregungslichtquelle 12 enthält, deren Anregungslicht über den Adapter 40 über den oder die Senderlichtleiter 36 eingekoppelt wird.
• Die Empfängerlichtleiter 38 werden in einem Adapter 44 auf die verschiedenen Emissionslichtkomponenten aufgeteilt und in das Gehäuse 46 eingekoppelt, das die Steuer- und Auswerteeinheit 24, die Empfängereinheiten 14 und 16, sowie die den einzelnen Emissionslichtkomponenten zugeordneten Filter enthält. Die Filter können unmittelbar in den Buchsen des Gehäuses 46 angeordnet sein, in die jeweilige Bündel der Empfängerlichtleiter 38 eingeschoben werden. Anhand der 1 wurde eine Aufteilung auf zwei Emissionslichtkomponenten geschildert, im Beispiel der 4 sind es drei Emissionslichtkomponenten. Entsprechend sind in 4a, die eine Stirnansicht des Gehäuses 46 zeigt, drei Buchsen 47 sichtbar.
• Zur Steuerung des Senders 42 ist der Sender 42 mit dem Gehäuse 46 über eine Steuerleitung 48 verbunden.
• 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensorfläche 50 eines Sensorkopfes 30. In der Sensorfläche 50 liegen die Austrittsflächen von Senderlichtleitern 36 (gekreuzt dargestellt) und die Eintrittsflächen von drei Gruppen von Empfängerlichtleitern 52 (mit Kreis dargestellt), 54 (schraffiert dargestellt) und 56 frei. Jede Gruppe der Empfängerlichtleiter 52, 54 und 56 leitet Licht über einen der Gruppe zugehörigen Filter zu einer Empfängereinheit, die im Gehäuse 46 aufgenommen ist. Wie aus 5 ersichtlich, sind die Endflächen der Lichtleiter derart angeordnet, dass der Sensorfläche 50 gegenüberliegendes photolumineszierendes Material 10 (4) über einen großen Flächenbereich mit Anregungslicht beleuchtet wird und das emittierte Emissionslicht großflächig von der Sensorfläche 50 aufgenommen wird.
• Anhand der 1 bis 3 wurde eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert, die zwei Emissionslichtkomponenten mit durch die Durchlasskurven der Filter 18 und 20 gegebener Frequenz- bzw. Wellenlängenverteilung erläutert, d. h. eine Ausführungsform, bei der zwei Emissionslichtkomponenten erfasst werden. Anhand der 4 und 5 wurden Beispiele erläutert, bei denen drei Filter vorgesehen sind und entsprechend drei Emissionslichtkomponenten erfasst und ausgewertet werden.
• Die vorstehend zur Auswertung und Ermittlung der Intensitätskenngröße (n), sowie der Abklinkkonstanten verwendete Funktion ist im Allgemeinen umso genauer optimierbar, je deutlicher die jeweils erfasste Emissionslichtkomponente von einer Wellenlänge dominiert wird. Je nach Durchlassbereich des Filters und Emissionsspektrum des photolumineszierenden Materials kann es zweckmäßig sein, anstelle der Funktion (1) folgende Funktion zu verwenden:

  

y_i

= Intensität einer Emissionslichtkomponente zum Zeitpunkt i × Δt,

A_j

= Anfangsintensität eines Anteils der Emissionslichtkomponente, und

τ_j

= Abklingparameter des Anteils der Emissionslichtkomponente.

• Die vorstehende Formel berücksichtigt, dass das in einer Emissionslichtkomponente enthaltene Emissionslicht verschiedene spektrale Anteile j hat, die zu der Gesamtintensität der Emissionslichtkomponente beitragen. Bei Minimierung der Abweichung zwischen der gemessenen Gesamtintensität der Emissionslichtkomponente und der durch die Formel gegebenen Intensität der Emissionslichtkomponente wird somit eine Vielzahl von Parametern A_j und τ_j ermittelt, wobei die Abklingparameter τ_j unmittelbar für das jeweilige photolumineszierende Material kennzeichnend sind und die Anfangsintensitäten A_j normiert werden, indem sie jeweils in Beziehung zur Summe der Anfangsintensitäten aller Anteile einer Emissionslichtkomponente gesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

10

photolumineszierendes Material

12

Anregungslichtquelle

14

lichtempfindlicher Empfänger

16

lichtempfindlicher Empfänger

18

Filter

20

Filter

22

Sendereinheit

24

Steuer- und Auswerteeinheit

26

Empfängereinheit

28

Empfängereinheit

30

Sensorkopf

32

Lichtleiterbündel

34

Verteiler

36

Senderlichtleiter

38

Empfängerlichtleiter

40

Adapter

42

Sender

44

Adapter

46

Gehäuse

48

Steuerleitung

50

Sensorfläche

52

Empfängerlichtleiter

Claims (12)

1. Verfahren zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials, das nach Anregung mit Anregungslicht Emissionslicht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittiert, enthaltend folgende Schritte: – Anregen des photolumineszierenden Materials mit Anregungslicht, – Erfassen des zeitlichen Intensitätsverlaufes wenigstens zweier infolge der Anregung von dem photolumineszierenden Material emittierter Emissionslichtkomponenten mit unterschiedlicher Wellenlänge nach Abschalten des Anregungslichts, – Ermitteln von Anfangsintensitäten der Emissionslichtkomponenten zu einem gemeinsamen Zeitpunkt unmittelbar nach dem Abschalten des Anregungslichts, – Bestimmen einer Intensitätskenngröße durch Inbeziehungsetzen der ermittelten Anfangsintensitäten, – Bestimmen wenigstens eines Abklingparameterwertes für jede der Emissionslichtkomponenten aus dem zeitlichen Verlauf von deren Intensität und – Identifizieren des photolumineszierenden Materials mittels der Intensitätskenngröße und der Abklingparameterwerte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das photolumineszierende Material mit einem Anregungslichtimpuls einer vorbestimmten Wellenlänge angeregt wird und die Anfangsintensitäten der Emissionslichtkomponenten unmittelbar nach Beendigung des Anregungslichtimpulses ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das photolumineszierende Material ein upconverting Material ist und die Wellenlänge des Anregungslichtes größer ist als die Wellenlängen der erfassten Emissionslichtkomponenten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine vorbestimmte, wenigstens einen Anfangsintensitätsparameter und wenigstens einen Abklingparameter enthaltende Intensitätsfunktion durch Bestimmen des jeweiligen Anfangsintensitätswertes und des Abklingparameterwertes in optimale Übereinstimmung mit dem ermittelten Intensitätsverlauf der jeweiligen Emissionslichtkomponente gebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Intensitätsfunktion lautet:

   

   y_i = Intensität einer Emissionslichtkomponente zum Zeitpunkt i × Δt A_j = Anfangsintensität eines Anteils der Emissionslichtkomponente τ_i = Abklingparameter des Anteils der Emissionslichtkomponente A₀ = Gleichlichtanteil.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Intensitätsfunktion lautet: y_i = A × exp(–τ × i × Δt) + A₀, wobei y_i = Intensität einer Emissionslichtkomponente zum Zeitpunkt i × Δt A = Anfangsintensität der Emissionslichtkomponente τ = Abklingparameter der Emissionslichtkomponente A₀ = Gleichlichtanteil.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, enthaltend weiter folgende Schritte: – Speichern von der vorher ermittelten Intensitätskenngröße und den Abklingparameterwerten für vorbestimmte photolumineszierende Materialen und – Identifizieren des photolumineszierenden Materials durch Vergleich der für das zu identifizierende Material ermittelten Intensitätskenngröße und Abklingparameter mit den entsprechenden gespeicherten Größen.
8. Vorrichtung zum Identifizieren eines photolumineszierenden Materials (12), das nach Anregung mit Licht Emissionslicht emittiert, das wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen enthält, mit einer Anregungslichtquelle (12), die zum Beleuchten des photolumineszierenden Materials geeignet ist, einer Empfangseinrichtung (14, 16, 26, 28), die zum Erfassen des von dem photolumineszierenden Material (12) infolge von dessen Anregung mit dem Anregungslicht abgestrahlten Emissionslichts geeignet ist und die wenigstens zwei Empfängereinheiten (18, 20, 26, 28) aufweist, die Emissionslichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen erfassen, einer Auswerteeinrichtung (24) zum Auswerten der von den Empfängereinheiten (18, 20, 26, 28) erfassten Emissionslichtkomponenten hinsichtlich deren Intensitäten und deren zeitlichem Verlauf und einer Steuereinrichtung (24) zum Steuern des Betriebs der Anregungslichtquelle und der Aus- werteeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, enthaltend eine Speichereinrichtung (24) zum Speichern von Intensitätskenngrößen und Abklingparameterwerten vorbestimmter photolumineszierender Materialen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 und eine Vergleichseinrichtung (24) zum Ausführen des Vergleiches gemäß Anspruch 7.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Empfängereinheiten (18, 20, 26, 28) optische Filter (18, 20) mit unterschiedlicher wellenlängenabhängiger Durchlässigkeit enthalten.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, enthaltend einen Sensorkopf (30), in dem Lichtleiter (32) enden, die mit der Anregungslichtquelle (12) und den Empfängereinheiten (26, 28) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Endflächen der mit der Anregungslichtquelle (12) und den Empfängereinheiten (26, 28) verbundenen Lichtleiter in der Sensorfiäche (50) des Sensorkopfes jeweils zumindest weitgehend über dessen Endfläche verteilt angeordnet sind.

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