用于移动设备磷光体激发和检测的系统和方法

摘要

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。

说明书

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。

技术领域

本发明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)。

背景技术

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-Box Kinect。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)。

发明内容

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，IR VCSEL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IR VCSEL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IR VCSEL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(chromatic signal)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)以及来自IR VCSEL的发射(～936nm)。

具体实施方式

如本文中所用，“移动设备”是指能够由人类携带的任何电子设备。这包括移动电话、平板电脑、膝上型电脑、以及诸如手表和眼镜的可穿戴设备。虽然许多移动设备利用操作系统，但这并不是必需的。移动设备还包括定制设备，诸如类似于手持的手电筒的设备，但至少包含VCSEL和用于检测响应的传感器。移动设备可能有或者可能没有显示屏。移动设备可能有或者可能没有网络访问。

如本文中所用，“磷光体”是指当用材料能够吸收的光波长照射时经由磷光现象而发射光的任何材料。通常，磷光体将包括稀土化合物(十五种镧系元素，加上钪和钇)。磷光体包括上转换磷光体(UCP)和下转换磷光体(DCP)。UCP利用反斯托克斯型发射，其中两个或多个光子的吸收导致发射其波长比激发波长短的光。另一方面，DCP吸收一个光子并以比激发波长长的波长进行发射。一些优选的磷光体组合物是包含稀土离子镱作为掺杂剂的那些。

如本文中所用，“基底”是指可在其上或之内放置磷光体的任何非磷光体材料。在一些实施方式中，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。基底可以是产品或产品的部件。例如，基底可以形成以下各项中的一些或者全部：玩具、玩具的部件或部件、纸币、安全文件、标签、衣物制品、时尚配饰(包括，例如眼镜、珠宝、手提包、手套、手表、围巾、袜子、雨伞、长袜、腰带和领带)或诊断条(例如，用于疾病或状况的测试条)。在一些实施方式中，基底是不透明的，而在其他实施方式中，基底可以是半透明的或透明的。

在本公开中所公开的第一方面可以参考图1A至图1C得到最好的理解。在优选实施方式中，VCSEL和相机传感器(可见光和NIR)，诸如用于面部识别的那些，将经由应用软件控制以适当地激活VCSEL，以便将嵌入或附着在物品或产品的基底上的磷光体激发，然后检测这些磷光体。

如图1A所示，该系统通常涉及包含相对低功率红外(IR)VCSEL(112)的移动设备(100)，因为人眼安全的VCSEL在近红外(NIR)波长处的输出功率通常小于10微瓦。在一些实施方式中，VCSEL发射出峰值在红外区域(大约780nm至1000μm)的波长。在一些实施方式中，VCSEL发射出峰值在近红外(NIR)区域(大约780nm至3000nm)的波长。在一些实施方式中，VCSEL发射出峰值在中红外(MIR)区域(大约3000nm至50,000nm)的波长。在一些实施方式中，VCSEL发射出峰值在780nm与11,000nm之间的范围内的波长。在一些优选实施方式中，VCSEL发射出峰值在780nm与1000nm之间的范围内的波长。

移动设备(100)可以包含一个或更多个传感器(114、116)，所述传感器可以被配置为对来自磷光体的光学响应进行检测。移动设备(100)可以利用第一组电路(110)来控制VCSEL(112)。在一些实施方式中，第一组电路(110)还可以控制一个或更多个传感器(114、116)。在图1A中，移动设备被示为具有作为第一传感器(114)的相机，其被描绘为前置相机，但移动设备可以使用前置相机、后置相机和/或两者。在图1A中，移动设备还具有第二传感器(116)，该第二传感器可以是半导体传感器，诸如雪崩光电二极管。

参考图1B和图1C，移动设备(100)或基底(130)可以被移动以使得VCSEL(112)在距基底(130)上或基底(130)中的一种或更多种磷光体(未示出)的预确定的最大距离(140)内。在一些实施方式中，所使用的磷光体是单一磷光体组合物。在一些实施方式中，使用两种不同的磷光体组合物。在一些实施方式中，使用三种不同的磷光体组合物。在一些实施方式中，使用至少两种不同的磷光体组合物。

VCSEL可以发射至少一种波长的光(142)以利用足够能量将磷光体激发，使得由磷光体发射的光子(152)可以被(a)人眼、(b)传感器(114、116)中的一个传感器、或(c)是(a)和(b)两者检测到。

磷光体可以经由诸如以下的许多传统方法合并到物品或产品之中或之上：油墨印刷方法、挤压或涂层(包括粉末涂层)。合并到3D打印树脂和用于部件制造的模制塑料中。上转换标签剂(upconverting taggant)已使用聚丙烯酸表面配体被进行了功能化，并混合到市售的、可紫外线固化的3D打印树脂中。

在一些实施方式中，被标记的部件必须包含足够浓度的上转换磷光体，以允许人眼在被人眼安全的VCSEL从3cm或更短的距离照射时检测磷光体的光学响应。通常，为了使用在例如当前移动设备(诸如iPhone X和iPhone 11)上的TOF-VCSEL传感器实现对上转换磷光体的可靠检测，上转换磷光体通常必须以大于1％的浓度混合，从而装填在用于不透明基底的可固化树脂中。在一些实施方式中，可固化树脂中的浓度在1％与5％之间。在一些实施方式中，可固化树脂中的浓度在1％与4％之间。在一些实施方式中，可固化树脂中的浓度在1％与3％之间。在一些实施方式中，可固化树脂中的浓度在1％与2％之间。对于不透明的基底，磷光体的光学响应只能在被照射部件的同一侧被人眼看到。对于半透明或透明的基底(包括足够薄以允许光响应传输通过基底的其他不透明基底)，可以使用较低的浓度。半透明基底可以利用0.5％与1％之间的浓度，而透明基底可以利用0.1％与1％之间的浓度，包括0.1％和0.5％。

磷光体可以用作嵌入产品本身以及产品包装和标签中的消费级安全特征。磷光体还可以应用于交易卡和身份证，作为能够利用市售可移动设备进行检测的认证和安全特征。合并进各种油墨，包括但不限于喷墨、丝网印刷和胶印油墨。磷光体可以被改性为具有各种表面功能，从而在各种油墨(诸如喷墨、胶印、丝网印刷和移印油墨(pad inks))中实现稳定悬浮。此外，可以将其他光学活性成分引入到可以被上转换磷光体激活的油墨中，从而增大被测量的光学签名的复杂性。在优选实施方式中，为了有效地分析，磷光体必须以足够高的浓度装填，以允许使用当前移动设备上的CMOS相机可以检测到的足够的光输出。

在一些实施方式中，磷光体以丝网印刷油墨的方式被涂覆到透明聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其他基底上，并为各种商品和服装提供透明标签或吊牌。另一实施方式将磷光体嵌入标签中，该标签也设计为在标签本身中嵌入了光导管。标签中的光导管被配置为将VCSEL光朝向相机进行定向。光导管或波导是可拆卸模块，其旨在有效地将从VCSEL发出的光进行集中并定向到智能设备中的嵌入式相机和/或APD检测器的最佳焦距，从而提供来自磷光体的最有效的光收集。

在一些优选实施方式中，在VCSEL与磷光体之间的距离(有时称为预确定的最大距离)比位于移动设备上的相机的最小焦距短。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。在一些实施方式中，该距离小于约2英寸。在一些实施方式中，该距离小于约1英寸。

在一些实施方式中，当基底形成产品或部件的一些或全部时，并且优选地当基底是玩具或玩具的部件时，基底可由半透明材料或透明材料构成，使得当磷光体被由IRVCSEL发射的光所激发时，基本上所有的玩具或玩具的部件都会发出可见光。

在一些实施方式中，移动设备可以包含显示器(120)，诸如触敏屏幕。显示器可以具有用户界面，该用户界面可以包括：例如，用于显示结果(例如，“已认证”或“阳性测试结果”消息、捕获的图像或与基底有关的数据/信息)的第一区域(122)、用于状态消息的第二区域(124)、以及可以用作开始/停止按钮的第三区域(126)。在一些实施方式中，第一区域显示由相机捕获的图像。

参考图2，可以看出，在一些实施方式中，透镜(160)可以定位在移动设备(110)与基底(130)上的磷光体(未示出)之间，其中从VCSEL发射的光(142)被朝向透镜(160)进行定向，然后透镜(160)将光沿着朝向磷光体的方向进行集中(162)。在一些实施方式中，透镜(160)是移动设备的部分。在其他实施方式中，透镜(160)可以是在连接或附接到移动设备(100)的单独壳体(170)中。

在一些实施方式中，各种应用可能需要更高的VCSEL功率密度和/或检测器灵敏度。这可能需要例如波导光学器件以能够实现将投射到相机或单独的检测器(诸如嵌入在例如可拆卸壳体中的雪崩光电二极管(APD))的视场中的VCSEL光进行定向和聚焦。在一些实施方式中，系统可以使用例如具有准直波导的可拆卸壳体来将VCSEL激光定向并集中到前置相机和/或嵌入式APD上的红外或可见光相机的视场。

参考图3，可以看出在一些实施方式中，从VCSEL(112)发射的光(142)可以被定向以将基底(130)上的磷光体激发，其中基底(130)不在VCSEL(112)正前方。在一些实施方式中，壳体(170)可以包含一个或更多个反射表面(172)以对光进行定向。在其他实施方式中，使用波导。在一些实施方式中，一旦基底(130)上的磷光体被激发，从磷光体发射的光子就被在与VCSEL(112)不同的方向上取向的传感器(118)检测。例如，传感器(118)可以与VCSEL(112)成180度取向。在其他示例中，传感器(118)连接到移动设备(100)的与VCSEL(112)相反侧的表面。又在其他示例中，传感器可以与VCSEL定位在移动设备的同一侧，但是以与VCSEL的取向相差小于90度的角度取向。

可以参考图4最好地理解所公开的方法的实施方式。该方法(200)可选地通过初始化或启动移动设备或者通过开启在移动设备的操作系统上运行的应用而开始(210)。该步骤还可以涉及用户验证，其可以包括输入密码、经由面部识别进行验证等。该步骤还可以包括使相机或传感器(例如可见光和红外相机或传感器)初始化，通过校准序列(例如，扫描一个或更多个标准并确保结果落在预期的响应范围内)运行系统，和/或储存与校准相关的信息，该信息可以包括以下各项中的部分或全部：校准日期、校准时间、校准人员的用户名、校准结果和/或在校准期间收集的部分或全部传感器数据。

在所公开的方法(200)的一个实施方式中，该方法的主要部分可选地以移动设备与包含磷光体的基底的对准开始，使得移动设备上的相机可以捕获足够的基底的图像(215)，使得可以使用图像识别软件来识别和辨识基底(220)。在一些实施方式中，基底上的视觉可识别信息也经由例如光学字符识别被捕获。例如，在一些实施方式中，用户可以首先从设备中操纵驾驶许可证以允许设备捕获许可证的图像。然后，该系统可以使用已知的图像识别技术来将该图像识别为驾驶许可证的照片(而不是护照、学校身份证或信用卡)。该系统还可以从驾驶许可证中捕获信息，诸如姓名、驾驶许可证号码、出生日期等。

然后，所公开的方法可以激活VCSEL(225)，通常从磷光体产生一些响应。然后，传感器检测光学响应(230)。检测光学响应还可以涉及使用例如NIR和/或可见光相机来捕获图像。

参考图5，可以看到由传感器检测到的样本响应。在那里，可以看到由传感器检测到的光强度在如下的3个不同波长处达到峰值：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)和来自IR VCSEL的发射(～936nm)。

在一些实施方式中，传感器可以被配置为以各种方式来检测信号，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。

在一些实施方式中，该系统可以被配置为将激活和检测(232)的模式循环多次。这些步骤通常包括：以非特定顺序进行(a)开启VCSEL，(b)关闭VCSEL，(c)对信号进行检测，以及重复步骤。在一些实施方式中，当按下移动设备上的按钮时，该循环以固定频率发生。例如，当按下“扫描”按钮时，该系统可能会运行该循环，从而每秒对信号进行10至100次检测。在一些实施方式中，该循环至少发生最少次数(例如，需要至少10次扫描以确保收集到足够的数据以进行准确预测)。

在一些实施方式中，该方法通过确定检测到的光学响应是否与预期响应相匹配(235)而继续。在一些实施方式中，这可以在没有移动设备的情况下完成—如果磷光体被预期布置成在磷光体被照亮时形成红色球的图案，而相反用户看到的是蓝色方块，很明显存在不匹配。

然而，在其他实施方式中，需要进一步的工作。例如，然后，该系统可以从检测到的光学响应中提取数据并验证该响应与预期响应匹配。在一些实施方式中，所提取的数据可以是以下特性中的一个或更多个特性，这些特性可以构成磷光体的“光学签名”的一些或全部：亮度、位深度、发光度、颜色、颜色空间、强度/照度、色相、峰值波长、色度、饱和度、阴影、色调、明度、色彩信号和/或灰度，或者这些特性中的一种或更多种特性的时间依赖性。这可以包括上升时间、衰减时间等。例如，该系统可以在由VCSEL进行的照射结束之后的10微秒内测量特定波长处响应强度的变化，并将其与预期曲线进行比较。如果曲线在预期的误差裕度内不匹配，则将无法验证磷光体的“光学签名”。将不会验证响应。

然后，系统可以循环(237)回到前一步骤，例如图像捕获(215)步骤，并重新扫描磷光体，或扫描不同的磷光体组。

该方法还可以可选地以本地方式或以远程方式储存与验证相关的数据。如果以远程方式储存，该系统可以包括有线或无线通信接口以允许经由适当的方法传输信息。所储存的数据可以涉及储存以下各项中的一些或全部：针对给定基底所捕获的数据、日期、时间、位置、涉及的用户和/或结果。例如，该方法可以可选地包括将一些或所有所提取的数据、至少一种磷光体的光学签名的验证和/或用户身份的验证发送到数据储存装置，诸如基于云的服务器。

在许多情况下，该系统可能会发出声音、具有指示灯或显示一些图像或文本，以告诉用户检测到的响应是否与预期的响应相匹配。但是，可以使用在某些情况下可能更有用的其他方法。在基底包括两种或更多种不同的磷光体的组合物的系统中，该系统可以被配置为：使得移动设备在响应与预期响应匹配时发射一波长，而在响应与预期响应不匹配时可选地发射第二波长。例如，技术人员可以使用移动设备来扫描部件抽屉以找到需要的部件，并且部件的外部标有红色发光磷光体和绿色发光磷光体的混合物。当移动设备检测每个部件时，移动设备可以在响应匹配时发出将绿色磷光体激发而不是将红色磷光体激发的波长的光，而移动设备可以在响应不匹配时发出将红色磷光体激发而不是将绿色磷光体激发的波长的光。因此，技术人员将看到从特定部件发出的绿光或红光，并且能够更容易地识别需要从部件抽屉中取出哪个部件。

所公开的发明的另一方面涉及用于由移动设备识别的智能标签设计。移动设备的快速发展和扩散使其在消费者的日常生活中的作用急剧增大，并且随着移动4G/5G和WiFi网络的扩展，许多商业和政府实体正在将这些设备和嵌入式技术的集成作为用于产品开发、营销、消费者反馈和供应链分析的工具。例如，用于读取二维条形码的应用软件的集成已被广泛用于诸如消费级认证、产品注册和营销活动等应用。

在一些实施方式中，磷光体被布置成使得它们形成移动设备可以检测和读取的条形码、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可以用于验证目的或其他目的的信息。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，使用标准一维条形码格式或二维条形码格式中的任何一者的条形码被使用，其中条形码包含未加密的数据。在其他实施方式中，条形码包含至少一些加密信息，诸如使用密码散列(hash)。在一些实施方式中，条形码包含加密数据和未加密数据的混合。在一些实施方式中，未加密数据是例如部件编号，并且用于对其余数据进行解密的加密算法是基于该未加密数据的(例如，该算法可以被储存在远程数据库中，并且当部件编号发送到数据库后，服务器可以用加密算法进行响应，使得移动设备可以对整个条形码信息进行解密)。

在一些实施方式中，图像仅仅是在物品、涂层等的制造过程中出现的磷光体的随机分布。该图像对于该特定物品是独特的，并且因此包含各种磷光体的定位地图的图像可以用于验证基底。

在一些实施方式中，条形码或图像是简单的是/否标记、二维条形码和/或光学密钥。各种产品，诸如消费品和身份证，都可以用特定的磷光体组合物进行标记，每种都提供不同的光学签名。

在一些实施方式中，条形码或图像形成“秘密”消息，该消息仅在用正确波长的光照射时才会变得可见。例如，代码或消息(诸如密码)可以用肉眼不可见的方式打印到基底上，并且当在VCSEL照亮下被可视化时，会显现以不可见的方式打印的代码或消息。

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且对条形码或图像进行解码时，移动设备然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。

在一些实施方式中，稀土上转换磷光体被并入例如3D打印的或注塑成型的部件，或者产品标签(即，吊牌、缝制标签、粘贴标签等)中。磷光体可以由移动设备激活，例如，由机载飞行时间(TOF)VCSEL/APD传感器芯片激活。TOF-VCSEL传感器通常可以用于面部识别以及在使用集成的CMOS相机捕获图像时改进的图像分辨率和照明。用于TOF-VCSEL的两种独特检测方法在对含磷光体标签进行认证/验证时使用：(1)用于深度和漫反射率测量的飞行时间，可用于逐像素RGB分析；(2)结构光—用于在使用来自磷光体的光发射进行印刷成像过程中的随机图案。

已经认定的印刷技术可以提供由印刷油墨中上转换磷光体的光学签名产生的独特图案。还认定了检测方法来认证这些图案。可以选择具有适当干燥和蒸发速率的油墨组合物，从而实现呈现自组装特性的周期性结构，该周期性结构可以在使用大多数移动设备上的TOF-VCSEL传感器进行照射时提供图案纹理。因为上转换磷光体的不同形态可以被随机地布置在基底中，所以生成的图案同样是随机的。TOF-VCSEL通过时域提取来分析上转换磷光体信号，其中基于时间间隔测量来确定到产品或标签的特定点的距离。印刷过程中自然发生的微米级的变化赋予每个标签略微随机的图案，并因此具有独特的标识。这些对复制和伪造呈现出敏感性的图形代码已在认证领域进行了广泛的探索。所公开的方法可以利用专门的印刷工艺，例如但不限于多偏转喷墨印刷，以使用特定的上转换磷光体标签剂来创建图形安全元素。TOF-VCSEL技术和其相关的图案识别(pattern recognition)算法的结合是利用不需要附加硬件的市售移动设备而在消费者级别实现了非常简单的验证和高认证性能。

用于认证上转换磷光体3D传感的替代方法使用结构光。被编码的2D图案是通过TOF-VCSEL照亮表面而生成。CMOS成像传感器用于获取图像。如果表面是非平面的，则与被编码的2D图案相比，表面的来自相机的图像会失真。深度信息可以从已知被编码的2D图案的失真中提取。被编码的2D图案通常由随机分布的点组成，这可以通过阵列元素的布置来实现。

隐写术(steganography)是另一种可以扩展到印刷图形安全元素的方法，这些元素可以使用当前移动设备上的上转换磷光体标签剂和TOF-VCSEL进行检测。在一种实施方式中，在由TOF-VCSEL将上转换磷光体激发时生成的彩色覆盖图像是基于其色相、饱和度和值分量进行分析的。被编码的消息被嵌入到人眼无法察觉但可以被移动设备读取的色相域中。例如，可以创建驾驶许可证，其中被编码的信息是该人的实际生日。当许可证被扫描时，而不是仅仅依赖印刷在许可证上的可见生日，移动设备可以向用户发送指示该人是否(例如)超过18岁、超过21岁等的信号。在一些实施方式中，许可证将以如下的方式被扫描和进行OCR：例如，可以将打印在许可证上的生日与被编码的信息进行比较，并也以这种方式在智能设备上进行验证。

在其他实施方式中，磷光体可以涂覆在塑料基底上并被“夹在”类似于标准交易卡的层压制品中。配备有适当波长的NIR VCSEL的移动设备可以被编程为扫描或照亮稀土标签剂卡，从而导致由NIR VCSEL激发的磷光体发出可见光。

在一些实施方式中，其中基底是横向流诊断测试条，并且磷光体被冻干并附着在测试条上使用的抗体上，该系统可以被配置为使得使用从数据流中提取的一个特性用于确认光学响应是真实的，另一特性用于识别做出诊断的原因，并且另一特性用于确定测试结果是阳性还是阴性。例如，该系统可以被配置成，如果上升时间和衰减时间用于确认测试条是真实的，则峰值波长用于确定正在执行哪种测试，并且最大强度用于与阈值进行比较，以确定患者是否患有例如特定的血液传播疾病。该系统可以通过利用抗体特异性生物标志物(诸如用于创伤性脑损伤(TBI)的牛磺酸(Tau))来很容易地适用于检测各种传染病和自身免疫性疾病、创伤性损伤(诸如由于TBI引起的脑震荡)以及其他生物过程，该Tau可以在怀疑可能的头部受伤时用作运动中恢复比赛协议(return-to-play protocol)时的快速“边线”测试。在一些实施方式中，可以使用单独的盒(cartridge)(例如，先前讨论的壳体)。该盒可以是一次性的。该盒可以包含波导光学器件，并且如果需要，还可以包含用于接收来自磷光体、标签等的信号的检测器。在一些实施方式中，该盒还可以包含微流体通道，包含与特定于不同生物或化学靶标的各种抗体缀合的冻干磷光体。因此，在一种实施方式中，移动设备和盒的组合可以用作横向流诊断设备的部分。

本公开的另一方面涉及包含指令的至少一个非暂时性计算机可读存储器，所述非暂时性计算机可读存储器在由至少一个处理器运行时执行用于使用磷光体进行认证的方法，其中该方法首先涉及接收来自用户的输入。这可以是输入密码、按下开始按钮等。基于该输入，激活VCSEL光源，该VCSEL光源被配置为发射将磷光体激发的光，如前所述。在一些实施方式中，指令还需要从至少一种磷光体接收信号，从所接收的信号中提取数据，然后将所提取的数据与预期响应进行比较。

本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文中所描述的本发明的特定实施方式的许多等同物。此类等同物旨在由所附权利要求涵盖。