用于移动设备磷光体激发和检测的系统和方法技术方案

本公开涉及一种用于使用包括至少一个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的移动设备来激发、识别和认证发光材料的方法和系统，用于各种应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于移动设备磷光体激发和检测的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2019年1月7日提交的美国临时申请62/789,100和2019年9月23日提交的美国临时申请62/904,111的优先权，两者均通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及一种使用移动设备识别发光材料的方法和系统，该移动设备包括至少一个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
技术介绍
激光技术的进步，特别是VCSEL，已经在消费电子产品中逐渐形成新的用途，最近在移动设备中用于面部识别和家庭游戏平台，诸如X-BoxKinect。保证将近红外VCSEL集成到大众市场消费设备中的驱动技术应用是最初为国防工业开发的面部和虹膜(或眼睛)识别平台。智能设备/移动电话行业的快速增长推动了竞争，从而促进了这些技术跨平台的开发和集成，主要用途是围绕面部识别(FR)。随着智能设备的新用户数量持续增长，到2019年移动电话用户将超过50亿(占世界人口的近67％)，新应用不断涌现，增加了智能设备与用户周围环境之间的交互，为用户和商家提供各种信息。移动智能设备行业采用二维条形码识别是智能设备如何开始广泛地适应以更好地利用当前智能设备的内置技术能力的示例。因此可以想象，日常产品可以嵌入有光学报告器，能够与市售智能设备交互，为消费者提供更多信息以及更安全的信息，而不是通常是可用的或在更传统的一维或二维条形码中容易伪造或仿造。VCSEL还有其他几个不断发展的应用领域，包括沉浸式增强现实、高速数据传输和其他低灵敏度光应用(诸如弱光治疗)。专利
技术实现思路
本公开的第一方面涉及一种利用相对低功率红外(IR)VCSEL来激发(诸如在基底上或基底中的)一种或更多种磷光体(例如，上转换磷光体和下转换磷光体)的系统，使得从磷光体(phosphor)发出的光子可以被人眼、移动设备或两者检测到，所述相对低功率红外(IR)VCSEL是移动设备(包括智能电话、诸如智能眼镜的可穿戴设备和定制的便携式系统)的部分。在一些实施方式中，IRVCSEL发射出峰值在780nm与11000nm之间的波长。在一些优选实施方式中，在IRVCSEL与磷光体之间的距离(有时称为预确定的最大距离)短于位于移动设备上的相机的最小焦距。在一些实施方式中，预确定的最大距离的长度小于约3英寸。可选地，该距离小于约2英寸。可选地，该距离小于约1英寸。可选地，基底可以是聚合材料、传导金属、绝缘体、半导体、皮革、木材、玻璃、陶瓷、天然或合成纤维，或它们的一些组合。可选地，磷光体可以是在玩具、玩具的部件、纸币、安全文件、标签、衣物制品、时尚配饰或诊断条上或之内。在一些实施方式中，诸如磷光体在玩具或玩具的部件上或之内，玩具或玩具的部件可以由半透明材料或透明材料构成，使得当磷光体是被IRVCSEL发射的光激发时，基本上所有的玩具或玩具的部件都会发出可见光。可选地，透镜可以定位在移动设备与磷光体之间，其中从VCSEL发射的光朝向透镜被定向，并且透镜将光沿着朝向磷光体的方向进行集中。在系统包括传感器的实施方式中，传感器可以被配置为对来自磷光体的光学响应进行检测。可选地，传感器可以是前置相机或后置相机。可选地，传感器可以是半导体检测器。在一些实施方式中，传感器可以被配置为以各种方式对信号进行检测，包括在VCSEL正在发射时、在VCSEL已经停止发射之后或者两者。在一些实施方式中，传感器被配置为对来自磷光体的与由VCSEL发射的光大致相同的波长的光进行检测，而在其他实施方式中，传感器被配置为对波长比由VCSEL发射的波长低的光进行检测。可选地，该系统可以被配置为将一系列步骤循环多次，其中步骤包括(a)开启VCSEL，(b)关闭VCSEL，(c)对信号进行检测，以及重复步骤。可选地，在检测到来自磷光体的响应之后，该系统可以被配置为移动设备在该响应与预期响应匹配时发射一波长，并且可选地，移动设备在该响应与预期响应不匹配时发射第二波长。例如，如果基底包含红色磷光体和绿色磷光体，则移动设备可以在该响应匹配时发射将绿色磷光体激发的光，而在该响应不匹配时发射将红色磷光体激发的光。可选地，磷光体被布置成使得移动设备可以检测和读取条形码、图像或两者。在一些实施方式中，条形码和/或图像向移动设备提供信息。如果该信息是网络(内联网、互联网等)地址，则移动设备可以被配置为打开位于该地址处的网站或文档。在一些实施方式中，条形码或图像位于单独的设备或系统的部件上(例如，图像位于用于汽车发动机的更换皮带上)并且条形码或图像包含关于该部件的信息(例如，部件编号等)。当移动设备将磷光体激发并对条形码或图像进行解码时，移动设备随后会显示与该部件在单独的设备或系统内的定位有关的信息。本公开的第二方面涉及一种用于使用磷光体进行认证的方法。该方法包括使可以控制VCSEL光源的智能设备上的应用初始化，激活VCSEL以照射包含至少一种磷光体的基底，检测对VCSEL照射的光学响应，以及确定光学响应是否与预期响应相匹配。可选地，基底可以包含具有不同组分的磷光体。可选地，确定步骤涉及用传感器来检测信号并从检测到的信号中提取数据。可选地，所提取的数据可以包括一种或更多种特性，诸如亮度、位深度、发光度、颜色、颜色空间、强度/照度、色相(hue)、色度(tint)、饱和度、阴影、色调(tone)、明度、色彩信号(chromaticsignal)和灰度，或者这些特性中的一个或更多个特性的时间依赖性。可选地，该方法还可以包括验证至少一种磷光体的光学签名、验证用户身份、或验证至少一种磷光体的光学签名和用户身份两者。在一些实施方式中，该方法继续将所提取的数据的至少一些数据和(a)至少一种磷光体的光学签名的验证、(b)用户身份的验证、或(c)是(a)和(b)两者的组合发送到数据储存装置。本公开的第三方面涉及承载将由至少一个处理器执行的指令的至少一个非暂时性计算机可读存储器。该指令用于执行用于使用磷光体进行认证的方法，涉及(a)接收来自用户的输入(例如，点击“开始”按钮)，(b)基于来自用户的输入，激活VCSEL光源，使得它发射至少一种波长的光，该光的能量足以将定位在预确定的最大距离处的至少一种上转换磷光体激发，该预确定的最大距离在VCSEL光源与至少一种上转换磷光体之间。可选地，存储器还包括用于从至少一种磷光体接收信号、从所接收的信号中提取数据、以及将所提取的数据与预期响应进行比较的指令。附图说明图1A是可以在所公开的系统的实施方式中使用的移动设备的图形描绘。图1B和图1C是实施所公开方法的一部分的移动设备的侧视图的图形描绘。图2是所公开系统利用附加透镜的实施方式的侧视图的图形描绘。图3是其中发射的光在到达基底之前被重定向的所公开系统的实施方式的侧视图的图形描绘。图4是描述所公开方法的实施方式的流程图。图5是描绘如下三种测量发射的图表：来自第一类型磷光体的可见绿色发射(～540nm)、来自第二类型磷光体的可见红色发射(～660nm)以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n至少一种磷光体；以及/n包括IR VCSEL的移动设备，所述IR VCSEL被配置为发射具有足够的能量以将相距预确定的最大距离之内的所述磷光体激发的至少一种波长的光，使得由所述磷光体发射的光子能够被人眼和/或作为所述移动设备的部分的传感器检测到，所述预确定距离为所述IRVCSEL与所述至少一种磷光体之间的距离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190107 US 62/789,100;20190923 US 62/904,1111.一种系统，包括：
至少一种磷光体；以及
包括IRVCSEL的移动设备，所述IRVCSEL被配置为发射具有足够的能量以将相距预确定的最大距离之内的所述磷光体激发的至少一种波长的光，使得由所述磷光体发射的光子能够被人眼和/或作为所述移动设备的部分的传感器检测到，所述预确定距离为所述IRVCSEL与所述至少一种磷光体之间的距离。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一种磷光体在基底上或基底内，所述基底包括聚合材料、传导金属、绝缘体、半导体、皮革、木材、玻璃、陶瓷、天然或合成纤维、或者以上各者的组合。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一种磷光体在玩具或玩具的部件、纸币、安全文件、标签、衣物制品、时尚配饰或诊断条上，或者在玩具或玩具的部件、纸币、安全文件、标签、衣物制品、时尚配饰或诊断条之内。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一种磷光体在玩具或玩具的部件上、或者在玩具或玩具的部件之内，所述玩具或玩具的部件包括半透明材料或透明材料，并且当所述至少一种磷光体被激发时，基本上所有的玩具或玩具的部件都发出可见光。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统，其中，所述IRVCSEL发射出峰值在780nm与11000nm之间的范围内的波长。


6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统，其中，所述预确定的最大距离小于约3英寸。


7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，还包括在所述移动设备与所述磷光体之间的透镜，所述透镜被配置为将从所述VCSEL发射的光的波长沿着朝向所述磷光体的方向进行集中。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统，还包括用于对来自所述磷光体的光学响应进行检测的传感器。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器是前置相机或后置相机。


10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器是半导体检测器。


11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器被配置为在所述VCSEL停止发射期间和/或在所述VCSEL停止发射之后对信号进行检测。


12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器被配置为对与从所述VCSEL发射的光大致相同的波长的信号进行检测。


13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统被配置为(a)致使所述VCSEL进行发射，(b)致使所述VCSEL停止发射，(c)对信号进行检测，以及(d)重复步骤(a)至(c)预确定的次数。


14.根据权利要求8所述的系统，其中，当检测到的响应与预期响应匹配时，所述移动设备发射第一波长，而当检测到的响应与所述预期响应不匹配时，所述移动设备发射第二波长。
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【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚·E·柯林斯，霍华德·Y·贝尔，
申请(专利权)人：智能材料解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US