多波段红外上转换材料的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种红外上转换材料的检测方法及其检测装置，其特征在于：将红外激光器发出的红外光束聚焦到红外上转换材料的表面，使反射光入射到可见光探测器上，由探测器将光信号转换成电信号，经Ａ／Ｄ转换后输出数字信号。本发明专利技术可以对红外上转换材料及其编码等直接处理，因而使红外上转换材料防伪检测更为方便及有效；同时还可以检测多个不同波段的激发可见光，且不同波段的发光比例可以定量检测，因而具有很好的防伪性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种红外上转换材料的检测方法及其实现装置，特别适用于防伪检测、商品分类及隐形信息存储探测等场合应用。
技术介绍
用红外光来激发一种材料，产生可见光，材料吸收双光子或多光子，产生的可见光的光子能量高于激发光的光子能量，这一过程称为上转换过程(UP CONVERSION)。附图1给出了上转换过程的原理示意图。尽管上转换现象早在1959年就曾在多晶ZnS中观察到，但由于早期的最好的上转换材料发光效率不超过1‰，并且由于发光二极管的发射峰与上转换材料的激发峰匹配不甚理想，因此并未达到实用化的水平，90年代初，由于大功率LD的出现及日益成熟，同时在室温下，在氟化物晶体成功获得了激光运转，光-光转换效率超过1％，从而使红外激光上转换材料在显示、光计算和信息处理等领域显示了广泛的实用前景。上转换材料发光的光子的能量比所吸收的光子的能量高，发射的高能量光子是通过吸收多个低能量光子激发而产生的，由于稀土元素的4f能级有广泛的跃迁能级，因此目前国内外常用的高效上转换发光材料均为稀土化合物或稀土掺杂材料。稀土化合物是将稀土作为材料的主要组成成分(如Ba2ErCl7，BaLn2F8等)，发光效率高，成本高昂，仅用于激光输出材料；而稀土掺杂材料则以氧化物、氟化物、氯化物和硫化物为基质材料，在基质材料上进行稀土掺杂，实现上转换发光。目前，已能合成出红、绿、蓝光的上转换材料，所合成的体系有硫化物掺杂稀土元素体系和氟化物掺杂稀土元素体系。由于用红外上转换材料配置的油墨是无色的，而激励的红外光源也是人眼看不见的，因此这种材料显然具有基本的防伪标识功能，与目前广泛使用的紫外激发发光标识材料相比，红外上转换标识材料合成成分复杂，技术要求高，难以仿造，1997年，红外防伪技术被列入中华人民共和国国家标准的10项防伪技术(GB/T17004-1997)。使用高效率上转换材料和价格比较低廉的红外激光器实现其发光过程，达到标识、防伪的目的，因其隐蔽性好，使用寿命长，材料制备技术难度高，不易被仿制，是一项技术含量极高的防伪技术，可应用于图书发行、各类名牌商标、品牌产品的包装以及证件和银行卡、信用卡甚至人民币的防伪，还可满足其它特种行业的标识防伪要求。红外上转换材料的检测主要用半导体红外激光器(LD)，选择激光器的波长处于材料的激发灵敏区，激光的功率以及光束焦点大小将会影响到材料向可见光转换的效率。附图2给出了用半导体红外激光器对上转换材料进行激发而发出可见光的照片。然而，目前对红外上转换材料的检测，停留在用红外激光器激发后采用肉眼观察的阶段，由于检测局限于人工判断，通常只能做出有无红外上转换材料的定性判断结果，因而，用于防伪时，局限性较大，一旦制假者掌握有红外上转换材料，即可使防伪失效；同时，这种单纯的定性判断也无法进一步扩展红外上转换材料的应用范围。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种红外上转换材料的检测方法，通过这种方法可以采用计算机对红外上转换材料进行定量检测，并能判断利用红外上转换材料形成的色彩或位置的编码组合，从而增强防伪性能，并使采用红外上转换材料的隐形信息存储成为可能；本专利技术进一步的目的是，提供一种实现对红外上转换材料进行定量检测的装置。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种红外上转换材料的检测方法，将红外激光器发出的红外光束聚焦到红外上转换材料的表面，使反射光入射到可见光探测器上，由探测器将光信号转换成电信号，经放大后输出数字信号。上述技术方案中，所述“红外激光器”是指发出波长范围为850nm-1550nm的红外光的激光器，通常可以采用半导体红外线激光器(LD)，该红外激光器发出的红外光应聚焦在红外上转换材料的表面，使材料受到高强度红外光激发后，将红外光部分转换成可见光，供探测器检测；所述“可见光探测器”是指在可见光区有较高的光谱响应，而在红外激发光下的探测灵敏度很低的探测器，探测器不会因反射的红外光的干扰而影响检测结果；所述“数字信号”是指表达可见光的强度的信号，既可以是一位的信号，用于表达可见光的有无，也可以是用于表达可见光强度的多位数字信号，该信号能被计算机接收并分析，这里的计算机既可以是通用的PC机，也可以是专用机(如收银机)，还可以是单片机系统，只要包括有处理器即可。上述技术方案中，为进一步减少背景光的干扰，在反射光入射到可见光探测器前，可以经过窄带滤波，使得只有指定波段的光信号能被该探测器检测到。进一步的技术方案，用于多波段的上转换材料的检测，包括有至少两组探测系统，每组探测系统能检测不同波段的光信号，并经转换后由计算机比较其强度比例。实现上述检测方法的红外上转换材料的检测装置，包括红外线激光器和透镜，被检测材料位于所述红外线激光器发射的红外光经过透镜形成的聚焦点上，还包括有可见光探测器，所述可见光探测器位于反射光的光路上，其输出端与A/D转换器连接。上述技术方案中，可以在可见光探测器前设有窄带滤光片。窄带滤光片(又称窄带滤光器或滤波器)的最高透过率应对应于上转换材料激发后发出的可见光波段，在其他波段下，尤其在其它的激发波长下，滤光片应具有极低的透过率，使得滤光片仅能通过一种波段的光波。一般地，由于上转换材料的光-光转换效率在％左右，因此，窄带滤光片在可见光专用波段的峰值透过率应高于80％，在红外波段下的透过率在0.1％以下。上述技术方案中，当用于多波段红外上转换材料的检测时，设有至少2组探测装置，每组探测装置分别由窄带滤光片、可见光探测器和A/D转换器构成，其窄带滤光片的最高透过率分别对应于红外上转换材料发出的多个可见光波段。上述技术方案中，常见的情形是设有3组所述探测装置，其检测波段分别为红光、绿光、蓝光。上述技术方案中，还可以包括有积分球，所述积分球位于红外激光器光路与红外上转换材料的表面间，所述探测装置中的窄带滤光片与积分球表面接触。积分球的作用是，第一，保证入射光束聚焦到上转换材料表面上，使激发出的可见光最强，第二，从材料上反射的光线，除直接入射到探测器上的光以外，其他的光线通过积分球多次反射，不仅使得入射到探测器上的光强均匀化，也增加探测器上光线的强度。另一种实现上述检测方法的红外上转换材料的检测装置，包括红外激光器、窄带反光片、显微镜和可见光探测器，所述红外激光器发出的红外光经窄带反光片反射后，通过显微镜聚焦在上转换材料表面，可见光反射回显微镜，并透射过窄带反光片，所述可见光探测器位于窄带反光片的透射光路上，可见光探测器的输出端与A/D转换器连接。上述技术方案中，当用于多波段红外上转换材料的检测时，在所述窄带反光片的透射光路上，设有至少2个不同波段的窄带反光片，在其反射光路上分别设有可见光探测器及相应的A/D转换器，为进一步减少干扰，可以在每个可见光探测器前设置相应的窄带滤光片。在应用时，可以将红外上转换材料按一定比例掺和到无色透明油墨中，然后，印到印刷品上，掺和比例应该使得材料的发光强度达到或高于检测器的探测灵敏度。目前通常使用的红外上转换材料是在单一红外激光下激发，产生单一波段可见光(如红、绿、蓝等)；为增强防伪或信息携带性能，也可以使用多波段发光(可见光)上转换材料，所谓的多波段发光红外上转换材料是指在单一红外激光激发下，具有同时转换两种以及两种以上波段的可见光的性能。利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外上转换材料的检测方法，其特征在于：将红外激光器［１］发出的红外光束聚焦到红外上转换材料［３］的表面，使反射光入射到可见光探测器［６］上，由探测器［６］将光信号转换成电信号，经放大后输出数字信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林森，周望，沈雁，
申请(专利权)人：苏州苏大维格数码光学有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]