专利名称：光学传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测由随机分布和/或取向的微反射体造成的特征反射模式的光学传感器。此外，本发明涉及一种将根据本发明的传感器用于识别和/或认证物体的应用。
背景技术：
如今为了防伪给证件、纸币、产品等等配备有仅能以专业知识和/或高技术成本仿造的元件。这样的元件在此被称为安全元件。安全元件优选不可分地与要保护的对象连接。将安全元件与对象分离的尝试优选地导致该安全元件的损坏，由此安全元件不能被滥用。对象的真实性可以根据一个或多个安全元件的存在性来检查。光学安全元件——例如水印、特种油墨、扭索图案、微缩印刷和全息图——被在世界范围内确立。下面的书籍给出了尤其是适用于、但不仅仅适用于文件保护的光学安全 TtiH^WM, :Rudolf L. van Renesse ^ "Optical Document Security'MlHlK, Artech House Boston/London,2005 (S. 63-259)。由于可以利用现代彩色复印或者利用高分辨率扫描仪和彩色激光打印机来创建的复制件的易获性和高质量，存在这样的需要，即持续地改进光学安全元件的防伪性。还公知光学可变的安全元件，其在不同的观察角度下产生不同的光学印象。这种安全元件例如具有光学衍射结构，该光学衍射结构在不同的观察角度下重建不同的图像。 这样的效果是利用普通的和广泛流行的复印和印刷技术所不能复制的。在DE10126342C1中描述了这样的衍射光学安全元件的一个特殊实施例。在此该安全元件是所谓的模压全息图。模压全息图的特点是，衍射光的结构被实施成三维立体结构，该三维立体结构被转用到模压铸型上。该模压铸型可以作为母模全息图被模压到塑料膜中。因此可以低成本地生成大量的安全元件。但是缺点是，这样生成的安全元件总是具有相同的全息图。所模压的全息图是不可区分的。这一方面意味着，造假者为了获得用于所伪造的产品的大量模压全息图仅须复制/伪造唯一的母模全息图。另一方面，由于模压全息图的不可区分性而不能通过模压全息图对对象进行个别化。出于更好的防伪以及跟踪和识别单个对象的能力的原因，优选使用允许个别化的安全元件。在DE102007044146A1中描述了一种透明热塑性材料，在该透明热塑性材料中置入最大长度伸展小于200 μ m并且厚度为2-10 μ m的所谓的金属标识小片。该材料可以以膜的形式在卡片状数据载体中、例如证件卡中被用作安全元件。金属标识小片可以具有通孔和衍射结构。在DE102007044146A1中描述了，可以通过在显微镜下观察金属标识小片来检查物体的真实性。显微镜真实性检查的缺点是高的成本。为了无缝地覆盖供应链需要能够在不同位置快速和可靠地验证真实性。
通常为了进行产品跟踪(track and trace，跟踪和追溯)使用光学代码、例如条形码。在此，条形码是用于识别和跟踪对象的、完全不具有安全特征的纯粹特征。条形码容易复制和伪造。RFID芯片提供用于产品跟踪和防伪的特征组合，但是RFID芯片由于其相对高的成本、慢的读取速度和对干扰电磁场的敏感性而仅能有限地使用。因此所期望的是能够机器读取安全元件，以便一方面实现沿着供应链的自动产品跟踪，并且另一方面还能够进行机器的真实性检查。从现 有技术出发所提出的任务是提供一种装置，该装置根据个别化的特征实现对物体的识别和/或认证。该装置将能够用于产品跟踪。该装置应当在制造方面是简单和廉价的，能够直观和简单地处理，能够灵活地使用和扩展，提供可再现和可转用的结果以及是适于批量制造的。令人意想不到地发现，DE102007044146A1中所描述的材料可以根据金属标识小片的随机分布和/或取向被单义地识别和认证。为此用电磁射束照射金属标识小片。以不同角度在随机分布和/或取向的金属标识小片处被反射的射束借助于合适的探测器被检测。这样获得的反射模式对于金属标识小片的随机分布和/或取向而言是特征性的， 并且允许单义地识别和/或认证与金属标识小片连接的物体。这在还未公开的申请PCT/ EP/2009/000450中被详细描述，特此引用该申请。在申请PCT/EP/2009/000450中将金属标识小片统称为微反射体。
发明内容
本发明的主题是一种用于检测特征反射模式的传感器，该特征反射模式通过照射包括随机分布和/或取向的微反射体的物体而产生。根据本发明的传感器包括至少下列部件
一电磁射束源，其被布置为使得电磁射束能够以角度 α被发送到物体上，
一用于接收电磁射束的光电探测器，其被布置为使得检测从物体以角度δ被反射的射
束，
其特征在于，角度ot和δ的绝对值不同？161),.根据本发明的传感器被构造为使得电磁射束可以以角度α被发送到物体的表面上。角度α是相对于表面的法线、即垂直于物体表面的直线(下面亦称表面法线)而言的。 角度α处于0至60°的范围内、优选15°至40°的范围内、特别优选20°至35°的范围内以及极其特别优选25°至30°的范围内。在根据本发明的传感器中，作为电磁射束源或短射束源原则上可以使用所有的发射被所使用的微反射体至少部分反射的射束的电磁射束源。应将部分反射理解成至少50% 的反射率，也就是说，入射辐射强度的至少50%被微反射体反射。如果微反射体被嵌入在材料中，则所使用的电磁射束必须能够至少部分地穿过该材料，也就是说该材料必须对所使用的电磁射束为至少部分透明的。应将部分透明理解成至少50%的透射率，也就是说入射辐射强度的至少50%穿过该材料。
射束源优选地发射300nm至IOOOnm范围内、优选350nm至800nm范围内的电磁射
束ο
根据本发明的传感器包括1至6个射束源、优选1至4个射束源、特别优选1或2 个射束源。在根据本发明的传感器的紧凑和低成本的构造形式以及大的信噪比方面，优选激光二极管作为射束源。激光二极管是普遍公知的；所述激光二极管是半导体器件，在该半导体器件的情况下具有高掺杂的p-n结在高电流密度下运行。半导体材料的选择确定所发射的波长。优选使用发射可见光射束的激光二极管。特别优选地使用1类或2类激光器。应将“类”理解成根据标准DIN EN 60825-1 的激光保护类激光根据对眼睛和皮肤的危险性被分级。属于1类的有照射值在持续照射时也低于最大允许照射值的激光器。1类激光扫描器是没有危险性的并且除了设备上的相应标号以外完全不需要另外的保护措施。属于2类的有可见光范围内的激光器在该激光器的情况下，低于0. 25ms时长的照射是对眼睛无害的(0. 25ms的时长对应于眨眼反射，该眨眼反射可以自动保护眼睛免受较长时间照射的损害)。在一个特别优选的实施方式中，使用具有600nm至780nm波长的2类激光二极管。根据本发明的传感器被构造为使得从物体以一个或多个角度被反射的电磁射束可以借助于一个或多个光电探测器被检测。为了检测反射模式，根据本发明的传感器以恒定距离相对于包括微反射体的物体运动。在此，借助于电磁射束照射物体。因为物体的表面直接反射射束的一部分，因此根据本发明在被表面反射射束的区域中不存在光电二极管。因此，直接被物体表面反射的射束的强度为使得仅能困难地或者完全不再能够识别微反射体的附加反射。更确切而言，光电探测器为了提高信噪比处于这样的区域中在该区域中，光电探测器检测反射表面与物体表面不平行的微反射体的反射射束。此外，对反射表面与物体表面不平行的微反射体的检测所具有优点是，可以可靠地识别具有例如汽化渗镀的始终与物体表面平行的金属斑点的伪造品。反射表面相对于物体表面的位置在此也被称为取向。根据反射定律，在与表面法线成入射角α的情况下落到物体表面上的电磁射束在与表面法线成出射角P的情况下被表面反射，其中= |β|,也就是说，入射角α和出射角β的绝对值相等。根据本发明，至少一个光电探测器被布置为与表面法线成角度δ，其中角度α和角度δ的绝对值不相等 |α|优选地将光电二极管在根据本发明的传感器中布置为以角度γ围绕直接反射的射束。角度1F的大小取决于对角度α的大小的选择。角度1T的大小处于5°至60° 的范围内、优选5°至30°的范围内、特别优选10°至20°的范围内，其中始终应当有 )α|-γ SrO并且|cx|+7 成立。因此，角度δ的绝对值处于M ±5°至|α| ±6伊的范围内、优选5。至 |α| 士 30。的范丨丨+;丨内、特别优选|ct丨士 10。Φ: |ct|± 20。的范丨丨；丨内，丨C屮始终Yi δ >0 if· 11.
δ成立。
根据本发明的传感器中的光电探测器的数目为每射束源1至6个、优选每射束源 1至4个、特别优选每射束源1至2个。在一个优选实施方式中，为每射束源使用2个光电探测器，这些光电探测器被布置为以角度γι和了2围绕直接被表面反射的射束。优选地有γι=-γ2成立。光电探测 器和所属射束源优选地处于一个平面内。在根据本发明的传感器中，作为光电探测器原则上可以使用所有将电磁射束转换成电信号的电子器件。在根据本发明传感器的紧凑和低成本的构造形式方面优选光电二极管或光电晶体管。光电二极管是半导体二极管，其在ρ-η结或pin结处通过内光电效应将电磁射束转换成电流。光电晶体管是具有Pnp层序列或ηρη层序列的双极性晶体管，该双极性晶体管的基极_集电极截止层的ρη结对于电磁射束是可到达的。光电晶体管类似于具有所连接的放大器晶体管的光电二极管。根据本发明的传感器具有产生线形射束轮廓的光学元件。应将概念“光学元件”理解成这样的部件其被布置在电磁射束源与至少一个光电探测器之间的射束路程中并且被用于改变射束轮廓(聚焦，射束形成)。这尤其是透镜、光阑、折射光学元件等等。应将射束轮廓理解成截面中的二维强度分布。为了表征射束轮廓，优选使用如下的截面该截面处于微反射体所处的平面内。在一个优选的实施方式中，截面处于传感器的焦点处。强度在截面中心处最高，并且向外减少。在此，强度在线形射束轮廓情况下的梯度在第一方向上最低，而该梯度在与第一方向垂直走向的第二方向上最高。线形射束轮廓的强度分布优选为对称的，使得焦点处的截面轮廓可以由两个彼此垂直的轴来表征，在所述轴之中，一个平行于最高强度梯度并且另一个平行于最低强度梯度。下面应将截面轮廓的宽度——或者射束宽度——理解成截面轮廓的中心在最低强度梯度方向上的如下距离在所述距离的情况下，强度降低为其在中心处的值的一半。此外，应将截面轮廓的厚度——或者射束厚度——理解成截面轮廓的中心在最高强度梯度方向上的如下距离在所述距离的情况下，强度降低为其在中心处的值的一半。射束宽度和射束厚度优选地与应当检测其反射模式的材料中的微反射体的大小和浓度相匹配。在此，射束厚度优选地处于微反射体的平均大小的数量级。射束宽度优选地处于两个微反射体的平均距离的数量级。应将平均大小理解成算术平均值。应将数量级理解成两个值彼此相差小于10并且大于0.1的因数或者相等。在根据本发明的传感器的一个优选的实施方式中，射束宽度处于2. 5mm至7mm的范围内、优选3mm至6. 5mm的范围内、特别优选4mm至6mm的范围内、并且极其特别优选 4. 5mm至5. 5mm的范围内。射束厚度处于5 μ m至1000 ym的范围内。为了实现大信噪比并且为了分辨精细的结构，5μπι至50μπι的小的射束厚度是有利的。随着落到物体上的截面轮廓的大小增力口，信噪比增加，因为强度被分布到更小的面积上。随着截面轮廓的大小减小，也可以分别更精细的结构。但是根据经验发现随着截面轮廓的大小减小，越来越难以实现可再现的信号。这看上去是因为，具有微反射体的材料不再能够相对于变小的截面轮廓被足够精确地定位。看上去变得越来困难的是，在重新检测反射模式的情况下足够精确地命中该区域。在聚焦到物体上的射束的情况下，优选的射束厚度处于5 μ m至50 μ m的范围内、优选10 μ m 至40 μ m的范围内、特别优选20 μ m至30 μ m的范围内。焦点优选地与传感器相距0. 5至 IOmm的距离。 令人意想不到地发现射束厚度和射束宽度的上述范围非常良好地适于一方面实现对于可再现性而言足够精确的定位并且在另一方面实现对于足够精确的认证而言足够的信噪比。还存在可能对射束宽度和射束厚度的选择产生影响的另外的方面。因此可以通过放弃借助于透镜对射束进行聚焦来实现根据本发明的传感器的非常紧凑的构造形式。替换与此地借助于光阑产生线形射束轮廓。图5中示出该优选的实施方式。在此，射束厚度处于200 μ m至1000 μ m的范围内、优选200 μ m至400 μ m的范围内，并且射束宽度处于2mm 至5mm的范围内、优选2. 5mm至3. 5mm的范围内。根据本发明的传感器优选地具有用于连接多个传感器或者用于将传感器与保持装置相连接的装置。该装置允许以预先给定的方式将两个或多个传感器彼此连接。该传感器优选地在一侧具有正连接装置并且在相对的侧具有负连接装置，使得传感器可以在两侧以所定义的方式分别与一个另外的传感器连接，其中该另外的传感器又可以在仍然自由的那侧又与其它传感器连接。该模块化的原理允许以预先给定的方式将大量传感器相关联。作为正连接装置例如可以考虑凸起，该凸起可以被插入到作为负连接装置的空缺中。可设想专业人员公知的其它连接装置，如插入式导轨等等。多个传感器优选地被彼此连接为使得所有传感器的射束宽度都沿着一条线布置。两个或多个传感器的连接可逆地进行，也就是说，这些传感器是可拆卸的。连接装置也可以用于将根据本发明的传感器安装在保持装置处。多个传感器的连接提供下列优点
■通过连接多个传感器可以在检测的时长不变的情况下接收多个反射数据并且由此提高识别和/或认证时的可靠性。替代于一个时间间隔中的要认证物体的一个表面区域，在所连接的传感器的情况下在同一时间间隔中照射多个区域并且探测反射的射束。因此，接收到表征该物体的更大的数据量。这提高了可以从大量相似物体中可靠地识别出和认证一个物体的精确度。根据本发明的多个传感器的可拆卸的关联为用户提供的可能性是，灵活地对相应的应用实例进行反应。如果需要识别和/或认证时的高可靠性，则可以将两个或多个传感器彼此连接并且以简单方式在不变的时间间隔内检测更大的数据量。而如果例如仅仅要求简单地检查认证，则可以使用单个传感器。■通过连接多个传感器可以同时检测多个物体。例如可以将大量传感器安装在生产设备中。产品以大的速度例如通过传送带被输送。为了能够在后面的时刻识别和/或认证这些产品，必须检测特征反射模式并且例如存放在数据库中。对此有利的是，为了提高检测时的吞吐量连接多个传感器。可设想的是，在产品彼此之间的距离为使得这些产品不再能够被直接彼此连接的传感器单个检测时将传感器通过间隔垫片彼此连接。通过连接装置可以将传感器彼此连接为使得这些传感器相对于彼此占据所定义的位置。由此提高数据检测时的可再现性并且各个产品可以在后面的时刻被可靠地识别和/或认证。
本发明的主题同样有一种装置，该装置包括两个或更多个直接或 者通过间隔垫片彼此可逆地连接的传感器。在根据本发明的传感器的一个优选实施方式中，该传感器具有壳体，光学部件被置入到该壳体中。在传感器的壳体中可以置入另外的部件，例如激光器的控制电子装置、信号处理电子装置、完整的分析电子装置等等。该壳体优选地也用于固定连接电缆，利用所述连接电缆，根据本发明的传感器可以与用于控制传感器和/或用于检测和进一步处理特征反射模式的控制单元和/或数据检测单元相连接。该传感器优选地还具有窗，该窗与壳体一起保护光学部件免受损坏和污染。该窗对于所使用的射束源的波长至少是部分透明的。根据本发明的传感器适于结合控制和数据检测单元来识别和/或认证物体。因此，本发明的主题还有一种将根据本发明的传感器用在用于识别和/或认证物体的方法中的应用。应将识别理解成用于单义地分辨人或物体的过程。应将认证理解成检查(验证)所声称的标识的过程。对象、文件、人或数据的认证是确定其是否是可信的——即是否是未经改变的非复制的和/或非伪造的原件。应当被识别和/或认证的物体包括微反射体，这些微反射体被置入到物体上和/或物体内，并且随机分布和/或取向。在此，微反射体本身可以与物体连接。同样可以将微反射体置入到安全元件(例如标签)中，该安全元件优选与物体可逆地连接。在 DE102007044146A1或者在还未公开的申请PCT/EP2009/000450中描述了这样的安全元件的示例。微反射体的特征在于，其包括至少一个表面，该表面以特征方式反射入射的电磁射束。特征反射的特征在于，具有至少一个波长的电磁射束以至少一个由入射角预先给定的方向被反射，其中具有所述至少一个波长的反射射束的份额大于所述至少一个波长的被吸收和被透射的射线的份额之和。因此，所述至少一个表面的反射率大于50%，其中应将反射率理解成具有至少一个被表面反射回去的波长的电磁射束的强度与具有至少一个落到表面上的波长的电磁射束的强度之比。下面将这样的表面称为反射表面。微反射体的反射表面具有IX 10_14 m2至lX10_5m2之间的大小。反射表面的大小优选地处于1X10—12 m2至IXlO-6HI2之间的范围内、特别优选1X10_1Q m2至IXlO-7HI2的范围内。在一个优选的实施方式中，微反射体具有小于200 μ m的最大长度伸展和2_10 μ m 的厚度，具有圆形、椭圆形、或η边形的形状，其中论3。在此和在后面不应当严格按照数学意义来理解椭圆形。在此和在后面同样应当将具有倒圆的角的矩形或平行四边形或梯形或正η边形理解成椭圆形。在一个优选的实施方式中，微反射体包含至少一个金属部件。优选涉及来自铝、 铜、镍、银、金、铬、锌、锡的序列中的金属或者涉及来自所述金属的至少两种中的合金。微反射体可以被镀上金属或者合金或者完全由金属/合金制成。在一个优选的实施方式中，使用示例性地在WO 2005/078530 Al中所描述的金属标识小片作为微反射体。这些金属标识小片具有反射表面。如果大量这样的金属标识小片在透明层中随机分布和/或取向，则在照射透明层时得出特征反射模式，该特征反射模式可以用于识别和/或认证。
应将随机分布和/或取向理解成，透明层内的各个微反射体的位置和/或各个微反射体的取向不能通过制造工艺可预测地产生。DE102007044146A1中所描述的用于制造包含微反射体的热塑性材料的方法适于产生微反射体在透明层中的随机分布和/或取向。各个微反射体的位置和/或取向在制造工艺中经历随机波动。因此，各个微反射体的位置和 /或取向不能简单地复制。由这样的安全元件所提供的高度保护基于该事实这些安全元件仅能以高成本来仿造。在此，不应严格地按照数学意义来理解随机。随机意味着，存在使得不能精确预测各个微反射体的位置和取向的随机成分。但是可设想的是，微反射体具有优选的位置和/ 或取向。在该优选位置和/或优选取向周围出现可以由制造工艺确定的分布。但是各个微反射体的位置和/或取向保持为不确定的。微反射体所具有的特性是，当由电磁射束源、至少一个微反射体的至少一个反射表面和用于所反射电磁射束的探测器所构成的布置服从反射定律时，这些微反射体反射至少一个波长的电磁射束。用于认证物体的方法包括至少下列步骤
(A)相对于传感器对物体进行定向，
(B)用电磁射束照射物体的至少一部分，
(C)探测在微反射体处反射的射束，
(D)改变物体相对于传感器的相对位置，
(E)必要时多次重复步骤(B)、(C)和(D)，
(F)将根据相对位置所探测的反射模式与至少一个额定模式相比较，
(G)根据步骤(F)的比较结果输出关于物体的真实性的通知。优选地使要认证的物体和/或传感器相对于彼此运动，以便与物体相对于射束源 (激光器)和光电探测器的相对位置有关地记录在不同位置处和/或以不同取向角闪烁的微反射体。位置改变可以连续地以不变的速度、加速地、或者减速地或者间断地(即逐步地) 进行。步骤(E)中对步骤(B)、(C)和(D)的重复一直执行，直到已经检测到足够数目的微反射体。该足够数目由相应的应用实例来预先给定。如果存在大量不同的物体，其中每个单个的物体都应当可靠地、即例如以大于99%的概率被认证，则必须充分地区分各个物体的反射模式。两个不同物体的反射模式相同的概率随着为了接收反射模式所检测的微反射体的数目而减小。就此而言，要区分的物体的数目以及应当用于认证物体的可靠性确定了要检测的微反射体的数目。在认证时，在步骤(F)中进行当前检测的参考模式与假定物体的反射模式(额定模式)之间的所谓的1:1比较。反射模式是根据物体相对于传感器的位置所检测的微反射体的反射。因此，反射模式例如以数据表的形式存在，在该数据表中检测有在不同位置处以不同角度所测量的被微反射体反射回去的射束的强度。这样的数据表可以直接与额定数据表比较。同样可以在执行与额定模式的比较以前借助于数学运算从所测量的强度分布中制定对反射模式的另一种表示。可设想的是，在认证时首先例如根据与物体连接的条形码确定物体的标识，并且然后通过将当前测量的反射模式与被分配给所识别的物体的反射模式相比较来确认该分配的正确性。同样可以将传 感器用于根据物体的特征反射模式来直接识别该物体。用于借助于根据本发明的传感器来识别物体的方法至少包括在用于认证的方法中已经讨论的、在那里所讨论的实施例中的步骤(A)至(G)，其中在步骤(G)中替代于进行关于真实性的通知进行关于物体的标识的通知
(G)根据步骤(F)的比较结果输出关于物体的标识的通知。在根据本发明的方法的步骤(F)中，所观察的物体的反射模式与已经在之前的时刻确定的反射模式相比较。就此而言，物体的标识通过反射模式被确定并且将所观察到的反射模式与已经检测的物体的被存储在数据库中的所有反射模式相比较(1 η比较)。使用根据本发明的传感器所提供的优点是，对物体的识别和/或认证可以以机器方式被执行或者以机器方式被支持，并且实现了对物体以多少概率与所声称的物体相对应进行定量分析。与例如在DE102007044146A1中所描述的例如借助于显微镜的(纯粹)人工执行相比，机器方式的执行或者支持允许在更短时间内和以更低成本根据大量物体的特征反射模式来检查这些物体。除此之外，机器方式的执行和机器方式的支持允许比较在不同时刻已经被认证的反射模式。由此实现对物体的跟踪(track and trace，跟踪和追溯)。
下面根据具体实施例详细阐述本发明，但是本发明不限于此。图la、lb以透视图示出根据本发明的没有光学部件的传感器的优选实施方式图2以截面图示出根据本发明的传感器的块
图3示出具有盖板的壳体图4示出线形射束轮廓的示意5示出根据本发明的传感器的优选实施方式的示意6示出用于产生线形射束轮廓的平凸柱面透镜。
具体实施例方式图Ia和Ib以透视图示出根据本发明的没有光学部件的传感器1。在图2中以截面图示出来自图Ia和Ib的传感器1。传感器1的中心元件形成块10，该块10优选地以一块或两块的方式来实施，并且块10用于容纳根据本发明的传感器的所有光学部件。应将光学部件理解成传感器的被布置在射束源与光电探测器之间的射束路程中的所有部件，包括激光器和光电二极管本身。光学元件构成光学部件的一个选集；这些光学元件用于射束形成和聚焦。尤其是将透镜、光阑、衍射光学元件等等称为光学元件。光学块10包括露出的外表面18，该外表面18在检测物体的特征反射模式时被定向到该物体上。块1包括馈通部11、12、13，这些馈通部在露出的外表面18——下面简称为外表面——的方向上彼此相通(zulaufen)。第一馈通部11用于容纳射束源。该馈通部11与外表面的法线成角度0^。外表面的法线或简称外表面法线是垂直于外表面的被定向在馈通部方向上的直线。角度CXa处于ο至60°的范围内、优选15°至40°的范围内、特别优选20°至
35°的范围内、以及极其优选25°至30°的范围内。在本示例中，角度OtA =27°。在使用根据本发明的传感器来识别和/或认证物体时，传感器被优选地相对于物体表面定向，使得所述外表面和物体的表面彼此平行。在这种情况下，电磁射束在与外表面
法线成角度α的情况下落到物体的表面上。角度αΑ在这种情况下对应于入射射束的入射角α入射射束的一部分在表面处以与表面法线成出射角β地被直接散射回来。根据反射定律，有α=-β成立。根据本发明，至少一个光电探测器被布置为与出射角P成角度 。为此，根据本发明的传感器的块包括至少一个另外的相应馈通部12、13以用于容纳该光电探测器。根据本发明的传感器的块可以包括另外的用于容纳光电探测器的馈通部。在所示的特别优选的实施方式中，该块包括恰好两个用于容纳光电探测器的馈通部12、13。这些馈通部12、13与用于射束源的馈通部11 一起处于一个平面内。它们优选地与外表面法线
成角度Tl和公。光电探测器在馈通部中被布置为使得这些光电探测器被定向为朝向外表面。角度和Y2处于5°至60°的范围内、优选5°至30°的范围内、特别优选10°至 20°的范围内，其中对于i = 1和i = 2始终应当有α-Ν,<90 。在该示例中，角度
γι =— 13. 5° jf· II.72 = 13. 5°。所有馈通部11、12、13优选地处于一个平面内。在图la、lb和2中所示的包括具有用于容纳射束源的馈通部和两个光电探测器的块的根据本发明传感器的实施方式所提供的优点是，光学部件可以简单地但仍然以所定义的方式相对于彼此布置。优选地在用于射束源的馈通部中存在挡板。射束源被推移到馈通部中抵靠该挡板，使得该射束源相对于块和两个另外的馈通部占据预先给定的固定位置。如果射束源具有已经与该射束源相连接的用于射束形成和聚焦的光学元件——这例如在如今市场上可获得的激光射束源的情况下是普遍常见的，则通过固定射束源同时单义地确定该射束源的焦点。另外的用于容纳光电探测器的馈通部同样可以配备有挡板，其中光电探测器的位置必然比射束源的位置的精确度低。块10可以以简单的方式、例如借助于注塑方法由塑料以一块或两块的方式来制造。借助于注塑方法，可以以高精确度大量地并且在短时间内制造构件。这实现了足够精密的构件的低成本批量制造。馈通部可以已经设置在注塑模具中或者事后借助于例如钻孔被引入到块中。优选地，块的所有组件都已经在注塑方法中在一个步骤中被制造出来。同样可以设想，对例如由铝或塑料构成的块进行铣切并且借助于钻孔来实现馈通部。专业人员所公知的其它用于制造具有所定义馈通部的块的方法是可设想的。此外，根据本发明的传感器1的特征在于，馈通部11、12、13的中轴在处于块10之外的点20相交(参见图2)。令人意想不到地发现，对反射模式的检测有利的是，这些中轴的交点20与外表面相距0. 5至10mm。在一个优选的实施方式中，交点20同时是射束源的焦
点ο为了检测由物体表面中的微反射体所产生的反射模式，将根据本发明的传感器相应地引导到该物体上方的一定距离处，使得中轴的交点处于该物体的表面上。在所提到的0. 5至IOmm的距离范围的情况下，要检测的物体表面相对于射束源和光电探测器的定位可以简单和足够精确地进行。在传感器与物体之间的距离增加的情况下，必须更加精确地遵守传感器相对于物体表面的角度，以便能够检测该表面的预先给定区域，使得对定位的要求提高。此外，辐射强度随着射束源的距离增加而减小，使得在传感器与物体之间的距离增加的情况下，必须通过射束源的更高功率来补偿到达物体的相应减小的辐射强度。但是根据本发明的传感器优选地装备有1类或2类激光器，以便在没有全面保护措施的情况下能够运行传感器。这之所以成立尤其是因为传感器是“开放”的(也就是说，激光束不受妨碍地从传感器中发出)。这意味着，射束源的功率不能被任意地提高。就此而言，根据本发明0. 5至IOmm的短距离是有利的。此外，图la、Ib和2中的块10包括用于容纳和固定窗的保持装置30。该窗对于所使用的射束源的波长来说是至少部分穿透性的(图中未示出)。应将部分穿透性理解成至少 50%的透射率，即入射辐射强度的50%穿过该窗。子图3 (a)和3 (b)以透视图示出壳体50，可以将来自图la、Ib或2的传感器置入到该壳体50中。子图3 (c)示出属于壳体的盖板60。该壳体具有馈通部51、52。这些馈通部可以用作为连接装置，以便将多个传感器以可拆卸的方式彼此连接或者将传感器固定在保持装置处。盖板60具有相应的空缺62。通过电缆馈通部55，传感器与用于接收反射数据的控制电子装置和/或计算单元相连接。图5以示意图示出根据本发明的传感器1的另一优选实施方式。图5 (a)以截面图从侧面示出传感器，图5 (b)从朝向表面200的下侧示出传感器。传感器1包括射束源70和光电探测器80。如果传感器1的外表面18被平行地在物体表面200的上方引导，则射束100与法线14成角度α地落到表面200上。在表面200
处反射的射束110在与法线14成角度P的情况下被发送回去。根据反射定律有= Pl 成立。反射的射束110不落到光电探测器80上，因为该光电探测器根据本发明被布置为使得角度α和δ的绝对值不同(|α|雄|),在该示例中，借助于光阑90产生线形射束轮廓。传感器(外表面18)与物体(表面 200)之间的距离优选为0. 2至IOmm之间。子图4 (a)和4 (b)表明了具有射束宽度SB和射束厚度SD的线形射束轮廓。在子图4 (a)中示出射束在焦点处的二维截面轮廓。最高的强度处于截面轮廓的中心。强度 I向外减小，其中存在第一方向(χ)和与第一方向(χ)垂直的第二方向(y)，在该第一方向 (X)上强度I随着与中心的距离A增加而非常强烈地下降，并且在第二方向(y)上强度I随着与中心的距离A增加而非常轻微地下降。子图4 (b)与距中心的距离A有关地示出强度变化曲线I。射束宽度和射束厚度被定义为与中心的距离，在这些距离处强度I降低到其在
13中心处的最大值的50%，其中在此射束宽度处于y方向上并且射束厚度处于χ方向上。在图6中示例性地示出如何能够借助于平凸柱面透镜300产生线形射束轮廓。柱面透镜300在平面中充当汇聚透镜(图6(b))。在与此垂直的平面中，该柱面透镜不具有折射作用。在傍轴近似中，对于这样的透镜的焦距f有下列公式成立
权利要求
1.一种用于检测在照射时通过物体中或物体上的微反射体的随机分布和/或取向所产生的反射模式的传感器，该传感器至少包括一电磁射束源，其被布置为使得电磁射束能够以角度 α被发送到物体上，一用于接收电磁射束的光电探测器，其被布置为使得检测从物体以角度s被反射的射束，其特征在于，角度α和δ的绝对值不同？1δ|),.
2.根据权利要求ι所述的传感器，其特征在于，角度α相对于物体的被照射表面的法线处于O至60°的范围内、优选15°至40°的范围内、特别优选20°至35°的范围内、以及极其优选25°至30°的范围内。
3.根据权利要求1或2之一所述的传感器，其特征在于，角度δ的绝对值处于|α| ± 5°至|α| 士 60。的范围内、优选|α| 土 5°Φ:|α| 士 30ο的范围内、特别优选_ 士 10°至|α|±2(Τ的范围内，其中始终有δ >0 ΙΙ·δ !^O0成立，并且角度δ是相对于物体表面的法线而言的。
4.根据权利要求1至3之一所述的传感器，其特征在于，该传感器包括η= 1至4个、 优选η = 1至2个射束源以及每射束源两个光电二极管，其中分别有两个光电探测器与分别一个射束源布置在一个平面内，其中分别有两个光电探测器检测以角度S1 = |α| + γ和 δ2 = |α| - γ被物体反射的射束，其中Y处于5°至60°的范围内、优选5°至30°的范围内、特别优选10°至20°的范围内并且其中始终应当有丨α|-γ >Oii ΙΙ.|α|+τ动0。成立。
5.根据权利要求1至4之一所述的传感器，其特征在于，还包括用于产生线形射束轮廓的光学元件。
6.根据权利要求1至5之一所述的传感器，其特征在于，线形射束轮廓具有5μ m至 50 μ m范围内、优选10 μ m至40 μ m范围内、特别优选20μπι至30μπι范围内的射束厚度，以及2. 5mm至7mm范围内、优选3mm至6. 5mm范围内、特别优选4mm至6mm范围内、并且极其特别优选4. 5mm至5. 5mm范围内的射束宽度。
7.根据权利要求1至6之一所述的传感器，其特征在于，射束的焦点与传感器相距 0. 5mm至IOmm范围内的距离。
8.根据权利要求1至5之一所述的传感器，其特征在于，借助于与传感器相距0.5mm 至IOmm距离的光阑能够产生2mm至5mm范围内、优选2. 5mm至3. 5mm范围内的射束宽度， 以及200μπι至ΙΟΟΟμπι范围内、优选200μπι至400μπι范围内的射束厚度。
9.根据权利要求1至8之一所述的传感器，其特征在于，还包括被实施为一块或两块的块，该块具有用于容纳电磁射束源的第一馈通部和用于容纳光电探测器的两个另外的馈通部。
10.根据权利要求1至9之一所述的传感器，其特征在于，还包括用于将传感器与另外的传感器或者与保持装置相连接的连接装置。
11.一种装置，包括两个或更多个根据权利要求1至10之一所述的直接地或者通过间隔垫片能够拆卸地彼此连接的传感器。
12.—种将根据权利要求1至10之一所述的传感器或者根据权利要求11所述的装置用于根据微反射体的随机分布和/或取向识别和/或认证一个或多个物体的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，射束宽度和射束厚度与微反射体的浓度和大小相匹配，其中射束厚度优选处于微反射体的平均大小的数量级并且射束宽度处于两个微反射体的平均距离的数量级。
14.根据权利要求12或13所述的应用，其特征在于，所述传感器或所述装置被引导到物体表面上方的0. 5mm至IOmm的距离处。
15.根据权利要求12至14之一所述应用，包括下列步骤(A)相对于所述传感器或所述装置对物体进行定向，(B)用电磁射束照射物体的至少一部分，(C)探测在微反射体处反射的射束，(D)改变物体相对于所述传感器或所述装置的相对位置，(E)必要时多次重复步骤(B)、(C)和(D)，(F)将根据所述相对位置探测到的反射模式与至少一个额定模式相比较，(G)根据步骤(F)中的比较结果输出关于物体的标识和/或真实性的通知。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测由随机分布和/或取向的微反射体造成的特征反射模式的光学传感器。此外，本发明涉及一种将根据本发明的传感器用于识别和/或认证物体的应用。
文档编号G07D7/12GK102171730SQ200980140088
公开日2011年8月31日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年10月11日
发明者A·巴克尔, C·罗特, M·格里希克, R·伊姆豪伊泽, S·福吉奥卡斯, T·比尔策恩, W·斯佩特 申请人:拜尔技术服务有限责任公司