JP2023503469A

JP2023503469A - 反応発光性ナノ又はマイクロ粒子を検出するための装置及び方法

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Publication number: JP2023503469A
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Inventors: パウロペレイラアレデジョアオ; ティアゴフェレイラピナルイ
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Publication date: 2023-01-30
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Abstract

基板又は表面に埋め込まれた反応発光性粒子を検出する装置であって、発光性粒子を照らすための赤外線又は紫外線照射装置と、照らされた発光性粒子の近赤外線応答を捕捉するための近赤外線フォトダイオードセンサと、基板又は表面上に配置する暗室と、フォトダイオードセンサにより捕捉された応答信号を増幅かつ線形化するための対数増幅器と、反応発光性粒子を検出するよう構成された電子データプロセッサと、を備え、該検出は、照射装置で基板又は表面を照らすステップと、フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された信号を取得するステップと、取得した信号の線形化された減衰から基板又は表面における発光性粒子の存在を検出するステップと、を実行することによって行う。当該装置は、他の近赤外線フォトダイオードセンサと、他の対数増幅器と、各フォトダイオードセンサにより受信され増幅された信号間の差を得るための微分器とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、基板又は表面に埋め込まれた反応発光性粒子を検出するための装置及び方法に関し、当該装置は、発光性粒子を照らすための赤外線照射装置又は紫外線照射装置と、照らされた発光性粒子の近赤外線応答を捕捉するための近赤外線フォトダイオードセンサと、基板又は表面上に配置する暗室であり、内部に照射装置及びフォトダイオードセンサが備え付けられている、該暗室と、フォトダイオードセンサにより捕捉された信号を増幅かつ線形化するための対数増幅器と、反応発光性粒子を検出するよう構成された電子データプロセッサと、を備え、該検出は、照射装置で基板又は表面を照らすステップと、フォトダイオードセンサにより捕捉された増幅かつ線形化された信号を取得するステップと、取得した信号の線形化された減衰から基板又は表面における発光性粒子の存在を検出するステップと、を実行することによって行う。

５ミクロン以下の小さいＬＮＰ（発光性ナノ粒子：Luminescent Nano-particle）は赤外線光源で照らされたときに反応する。この反応は異なる波長での反射エネルギーであり、及び通常は分光計リーダーを用いて観測され、検査される。通常これらのＬＮＰは「基板」と称される様々な材料と混合され、及び多くの用途で、すなわち偽造防止の解決策の一部として使用される。

この種の解決策を用いるよく知られた偽造防止の解決策の例及び他の技術より優れたものとして、紙幣はＩＲインク特性を利用する。ＬＮＰの使用量は微量であり、したがって、その検出は極めて困難な作業になり、及び通常、研究施設及び／又は制御された環境の下でのみ可能になる。本発明の動機は、使用者について、ＬＮＰの存在を検出する機会を与え、極めて低い濃度での識別及び定量化を行い、その真偽を検証するよう、材料評価する装置を創出することにある。濃度は、１０ｐｐｍ（又は未満）まで下げることが可能であり、光の大半が基板材料により吸収されてＬＮＰを検出することが極めて困難になり、及び他の装置では感度不足が原因で失敗するような、暗色基板内のものとすることができる。

特許文献１（国際公開第１９８９／００８２２４号）は、細長く薄い円筒状のリン光性層と、この薄い円筒状リン光性層をその間に挟む共線状かつ同軸状の光導波路の対とを有する線形同軸レンズを備え、円筒状リン光性層に対してその長さに沿って入射する光は、その光の放射エネルギーの保存と、及び円筒状リン光性層に入射する光からの異なる波長の当該光導波路の双方向への放射の放出とを誘発される、発光ファイバマーカー及び方法を開示している。各光導波路は、吸収した放射を再放出する当該リン光性層から発生した放射を吸収して、当該各導波路内における放射の内部散乱に影響を与え、導波路コア内に捕捉するために、内部に分散させた蛍光物質を有する。共線状かつ同軸状導波路対の少なくとも一方の端部は、異なる波長の光を放出し得るように適合され、該端部は、様々なパターンで配置される、及び／又は端部に関連して散光器若しくは鏡を有することができる。

これらの事実は、本開示が取り組む技術的問題について説明するために開示される。

国際公開第１９８９／００８２２４号

本開示は、９４０ｎｍ付近の波長を有するエネルギーを受けるとき反応して、９８０ｎｍより長い波長帯でエネルギーを送り返す、様々な赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）発光性ナノ粒子（ＬＮＰ）を検出することを目的とする。実験室条件では、高濃度（４００ｐｐｍより高い）の孤立したＬＮＰは極めて容易に検出され、及び認識される。ＬＮＰの使用コストを抑えるためには、検出及び認識の全能力を維持しつつ濃度を１０ｐｐｍまで減少することが望ましい。本発明実施形態の動機の一つは、実験機器で見られる特徴の大部分を備えた可搬式で扱いやすい小型装置を有するようにすることである。

実際の適用において、ＬＮＰが表面でカバーされる又は基板に埋め込まれることは検出及び認識に対する新たな課題を付加する。さらに、基板の色も検出の妨げを生じ、ＬＮＰの使用を持続不能レベルの限界に陥らせる。黒色及び暗色は、ＬＮＰからの光放出の大部分が基板に吸収される最悪のケースである。この影響を解決する一つの手法は、入射光の強度を上げること及び光センサの感度も上げることである。

発光器及び光センサ使用を内部に配置するキャビティに光を通過させる底面裂口部を備えた小型可搬式エンクロージャを目的とする実施形態が開示される。当該発光器及び光センサの配置は、損失を減らし、観察される表面又は基板上に対する最大入射エネルギーを有するような様態で行われる。発光器及び光センサ、ＬＥＤ及びフォトダイオードそれぞれのための表面実装技術（ＳＭＴ）デバイスの使用は実施を簡素化し、これはすなわち、１次元方向の自由度を減らした後に、残り２次元方向の使用によってのみアライメントが可能となるからである。

ある実施形態においては、当該ＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置の光の強度は制御された定電流電源に基づく駆動装置により制御される。

ある実施形態においては、当該装置はＤＡＣ値を変えることにより所与の基板に対する光の強度を調整する。

ある実施形態においては、すべてのフォトダイオードからデジタル変換されたすべての独立した信号を結合することができ、この結合は、デジタル信号の数学的演算、すなわち、加算、減算、積算又はそれらの組み合わせである。

ある実施形態においては、これらの数学的演算は反応発光性ナノ粒子の識別及び定量化に用いられる。

ある実施形態においては、すべてのフォトダイオードにおいて独立した対数増幅器回路及び第２段線形増幅が使用される。

ある実施形態においては、これら追加された第２段増幅は独立したＡＤＣ入力チャネルに接続する。

ある実施形態においては、これら追加された第２段増幅は極めて低濃度の反応発光性ナノ粒子の識別及び定量化に用いられる。

ある実施形態においては、基板は、織物、皮革、木材、紙、プラスチック、金属又はこれらの組み合わせである。

ある実施形態においては、一つ以上のＩＲ照射装置はＬＥＤ式ＩＲ照射装置又はレーザー式ＩＲ照射装置である。

ある実施形態においては、一つ以上のＵＶ照射装置はＬＥＤ式ＵＶ照射装置又はレーザー式ＵＶ照射装置である。

基板又は表面に埋め込まれた反応発光性ナノ又はマイクロ粒子を検出するための装置の実施形態を開示し、この装置は、前記発光性粒子を照らすための赤外線照射装置又は紫外線照射装置と、照らされた前記発光性粒子の近赤外線応答を捕捉するための近赤外線フォトダイオードセンサと、前記基板又は表面上に配置する暗室であり、内部に前記照射装置及びフォトダイオードセンサが備え付けられている、該暗室と、前記フォトダイオードセンサにより捕捉された応答信号を増幅かつ線形化するための対数増幅器と、前記反応発光性粒子を検出するよう構成された電子データプロセッサであり、前記検出は、前記照射装置で前記基板又は表面を照らすステップ、前記フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号を取得するステップ、前記取得した信号の線形化された減衰から前記基板又は表面における前記発光性粒子の存在を検出するステップを実行することによって行う、該電子データプロセッサと、を備える。

前記暗室は、粒子がＩＲ又はＵＶ照射を受けた際に発光状態になる空間を作るために有用である。

ある実施形態においては、前記装置は、第１の前記フォトダイオードセンサとは異なるスペクトル感度応答を有する他の近赤外線フォトダイオードセンサと、前記他のフォトダイオードセンサが受信した信号を増幅かつ線形化するための他の対数増幅器と、各フォトダイオードセンサにより受信されて増幅された信号相互間の差を得るための微分器と、を備える。

ある実施形態においては、前記電子データプロセッサは、前記差の時間領域信号における所定閾値を超えるピークを検出するよう構成される。

ある実施形態においては、前記電子データプロセッサは、前記検出されたピークとは異なるスペクトル応答を有する発光性粒子相互間での区別を行うよう構成される。

ある実施形態においては、前記装置は、各フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号をさらに増幅するための線形増幅器を備える。

ある実施形態においては、発光性粒子は、７５０～２５００ｎｍ、特に７５０～１１００ｎｍの波長に対して反応性を示す。

ある実施形態においては、前記ＩＲ照射装置は、ＬＥＤ式ＩＲ照射装置又はレーザー式ＩＲ照射装置である。

ある実施形態においては、前記ＵＶ照射装置は、ＬＥＤ式ＵＶ照射装置又はレーザー式ＵＶ照射装置である。

ある実施形態においては、前記基板は、織物基板、紙基板、プラスチック基板、金属基板、コルク基板、木材基板、皮革基板、毛皮基板又はこれらの組み合わせである。

ある実施形態においては、前記対数増幅器はＯＰ－ＡＭＰ対数増幅器である。

ある実施形態においては、前記反応発光性ナノ又はマイクロ粒子は、Ｌａ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｌｕ^３＋、又はこれらの組み合わせのグループから選択された希土類セラミック材料のコアを有する。

ある実施形態においては、前記反応発光性ナノ又はマイクロ粒子は、１０ｎｍ～２５μｍ、とくに２０ｎｍ～２０μｍの粒径を有する。

さらに、基板又は表面に埋め込まれた反応発光性ナノ又はマイクロ粒子を検出するためのコンピュータを基礎とする方法を開示し、この方法は、電子データプロセッサによって、前記発光性粒子を照らすために赤外線照射装置又は紫外線照射装置で前記基板又は表面を照らすステップと、照らされた前記発光性ナノ粒子の近赤外線応答を近赤外線フォトダイオードセンサで捕捉するステップであり、前記照射装置及びフォトダイオードセンサは、前記基板又は表面上に配置された暗室の内部に備え付けられている、ステップと、前記フォトダイオードセンサにより捕捉された応答信号を対数増幅器で増幅かつ線形化するステップと、前記フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号を取得するステップと、前記取得した信号の線形化された減衰から前記基板又は表面における前記発光性粒子の存在を検出するステップと、を実行することを備える。

ある実施形態においては、前記方法はさらに、第１の前記フォトダイオードセンサと異なるスペクトル感度応答を有する他の近赤外線フォトダイオードセンサにより捕捉した信号を、他の対数増幅器により増幅かつ線形化するステップと、各フォトダイオードセンサにより受信され増幅された信号相互間の差を微分器により得るステップとを備える。

ある実施形態においては、前記方法はさらに、前記差の時間領域信号における所定閾値を超えるピークを検出するステップを備える。

ある実施形態においては、前記方法はさらに、前記検出されたピークと異なるスペクトル応答を有する発光性粒子相互間を区別するステップを備える。

ある実施形態においては、発光性ナノ粒子は、７５０～２５００ｎｍ、特に７５０～１１００ｎｍの波長に対して反応性を示すことができる。

ある実施形態においては、前記方法は、織物基板、紙基板、プラスチック基板、金属基板、コルク基板、木材基板、皮革基板、毛皮基板又はこれらの組み合わせとすることができる基板を備える。

ある実施形態においては、前記方法は、Ｌａ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｌｕ^３＋、又はこれらの組み合わせのグループから選択される希土類セラミック材料のコアを含む反応発光性ナノ又はマイクロ粒子とすることができる基板を備える。

基板又は表面における反応発光性ナノ粒子を検出するためのコンピュータを基礎とする方法を実装するためのプログラム命令を含む非一時的記憶媒体であり、前記プログラム命令は、上述したいずれかの方法を実行するようにデータプロセッサが実行可能な命令を含む、非一時的記憶媒体。

以下の図面は本開示を説明するための好ましい実施形態を提示するものであり、発明の範囲を限定するものと見なしてはならない。
本装置の実施形態の概略図である。エンクロージャの詳細な横断面の実施形態の概略図である。エンクロージャの詳細な横断面の実施形態の概略図である。フォトダイオードセンサの横に２つのＬＥＤを並置したＰＣＢレイアウトの実施形態の概略図であり、灰色の四角形はＳＭＴはんだパッドである。２つのＳＭＴＬＥＤ及び２つのＳＭＴフォトダイオードセンサのＰＣＢレイアウトの実施形態の概略図である主要機能で分割したマイクロコントローラモジュールのブロック図による実施形態の概略図である。ループゲインダイオード及び抵抗により作られた対数ＯＰ－ＡＭＰを備えたフォトダイオードの回路の実施形態における概略図である。ＯＰ－ＡＭＰ及び定電流電源を用いてＤＡＣ信号により制御される、ＩＲ又はＵＶ式ＬＥＤの駆動回路の実施形態における概略図である。ＬＮＰが４００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１０ｐｐｍの濃度で存在する場合、ＬＮＰが無い場合、及び黒色体である場合における所与の基板について、１つのフォトダイオードセンサを有する実施形態から得られた結果の説明図である。ＬＮＰが４００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１０ｐｐｍの濃度で存在する場合、ＬＮＰが無い場合、及び黒色体である場合の結果の説明図である。ＬＮＰ０７及びＬＮＰ０８が一連の異なる濃度セットで存在する基板のセットに対して、２つの異なるフォトダイオードセンサによる実施形態により得られた結果の説明図である。グラフは、時間の関数としてフォトダイオードの信号間の差の二乗平均平方根偏差（標準偏差）を示している。異なるサプライヤーの２つの異なるフォトダイオードの波長スペクトル応答の説明図である。

図１は、エンクロージャの一実施形態の底部側から見た概略図を示し、ここで、裂口部１００は、光を発光器１０１から基板へと通過できるようにするために用いられ、基板で光は反射されてフォトダイオードセンサ１０２に戻る。側面開口は、ＵＳＢ１０３による電源装置に対するケーブル接続及び通信目的のために使用される。

図２は、エンクロージャの詳細な横断面図を示し、ここで、上下逆のＳＭＴ（表面実装技術）コンポーネント２０１、中央のフォトダイオードセンサ２０２及び横に並置した２つの発光器２０３を有するＰＣＢ２００が見て取れる。底部には、埃からの保護及び当該実施形態における可視光カットフィルターとして使用されるアクリルガラス２０４が存在する。

図３は、エンクロージャ３００の詳細な横断面を示し、ここで、上下逆のＳＭＴ発光器３０１及びフォトダイオードセンサ３０２が、基板３０５への及び基板３０５からの入射光３０３及び反射光３０４それぞれの光の角度の図解とともに、見て取れる。

図４は、フォトダイオードセンサ４０１の横に並置された２つのＬＥＤ４００のＰＣＢレイアウトの実施形態の概略的表現を示し、灰色の四角形はＳＭＴはんだパッド４０２である。

図５は、２つのＳＭＴＬＥＤ５００及び２つのＳＭＴフォトダイオードセンサ５０１のＰＣＢレイアウトの好ましい実施形態の概略的表現を示し、灰色の形状はＳＭＴはんだパッド５０２を形成する。

図６は、主要機能で分割されたマイクロコントローラモジュール（ＤＳＰ命令６００と、異なる入力チャネルを備えたＡＤＣ６０１と、ＤＡＣ６０２と、ＲＡＭ及びフラッシュメモリ６０３と、バッテリ及びバッテリ充電回路を備えた電源６０４と、例えばとりわけＵＳＢ、Bluetooth（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）等のようないくつかの外部通信手段６０５とを備えたプロセッサ）のブロック図を示す。

図７は、ループゲインダイオード７０２及び抵抗７０３で作成された対数ＯＰ－ＡＭＰ７０１を備えるフォトダイオード７００の詳細な回路を示す。

図８は、ＯＰ－ＡＭＰ８０１及び定常電流電源８０２を用いてＤＡＣ信号により制御される、ＩＲ又はＵＶ式ＬＥＤの駆動回路８００を示す。

図９は、ＬＮＰが４００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１０ｐｐｍの濃度で存在する場合、ＬＮＰが無い場合、及び黒色体（装置の反射のみ）の場合における所与の基板について、１つのフォトダイオードセンサを有する実施形態により得られた結果を示す。

図１０は、１０ｐｐｍの濃度での所与のＬＮＰに対する、ＯＰ－ＡＭＰ対数回路及び第２段ＯＰ－ＡＭＰ回路を有する実施形態から得られた結果を示す。

図１１は、ＬＮＰ０７及びＬＮＰ０８が異なる濃度セットで存在する基板のセットに対して、２つの異なるフォトダイオードセンサによる実施形態により得られた結果を示す。グラフは、時間の関数としてフォトダイオードの信号間の差の二乗平均平方根偏差（標準偏差）を示している。

図１２は、異なるサプライヤーの２つの異なるフォトダイオードの波長スペクトル応答の説明図を示す。

ＬＮＰから受け取る微量なエネルギーのため、エンクロージャの裂口部及びキャビティは前面にアクリルガラスが設置された暗室として機能する。このアクリルガラスは、埃及び汚れから発光器とセンサとを保護する機能を有し、可視光カットフィルターとしても用いられる。寸法は、基板への入射光ビーム及びフォトダイオードセンサに戻ってくるそれぞれの反射エネルギーの方向及び角度に影響を及ぼす。当該センサは、受け取ったエネルギーの電気信号への変換を最大化する最適角度及び最適角度も有する。

当該センサの電気信号は、解析可能なＡＤＣレベルに増幅され、及び適合させる必要がある。微小な信号の大幅な増幅をする対数ＯＰ－ＡＭＰに基づいた回路の使用を開示している。さらに、対数ＯＰ－ＡＭＰに基づいた回路の出力における第２段線形増幅はより感度を増強するために使用される。

高レベルの感度のため、環境光がフォトダイオードに達するのを避けることが極めて重要である。真の暗室が必須であるがそれだけでは不十分であり、光が装置のエンクロージャの裂口部を通過し、ＬＥＤ及びＬＮＰの放出に属するＩＲ又はＵＶ光のみであるようにする。エンクロージャは平坦な表面を有し、アクリルフィルターが隙間なく完全に整列し、基板との完全な接触を可能にする。装置は所与の基板の上に置かれ、ＩＲ又はＵＶ光による基板の照射の前に、暗さレベルを計測する。そのような条件の下、決められた限界を超えた信号レベルをフォトダイオードが受け取った場合、使用者は、装置をより良い位置に移動する機会を与える実状の情報が与えられる。データ取得のプロセスは、ＡＤＣによりスタートすることになり、この場合、ＤＡＣレベルがＩＲ又はＵＶ光の最大レベルに進行し、及び強度を段階的に減少するループを生ずる。取得した信号は、装置が識別及び定量化のために使用され得るように、図９で示すような形態を有する必要がある。識別という用語は基板に存在する所与のＬＮＰの認識、及び定量化という用語は基板中におけるＬＮＰの濃度の認識であると理解されたい。

合目的的ソフトウェアアルゴリズムはＤＳＰで実行され、結果は、とりわけＵＳＢ、Bluetooth、ＷｉＦｉなどの外部通信チャネルを通じて伝送される。

１つのあり得る実施シナリオでは、識別及び定量化の値は、データベース又はブロックチェーンの遠隔ストレージインフラに記憶される。好ましい実施形態では、装置は、ＵＳＢケーブルを用いて、外部デバイス、例えば、スマートフォン、タブレット、又はコンピュータでさえも、に接続される。この外部ユニットは、使用者の要請により装置に位置、日付、及び時刻に関する取得情報伝達を開始する。外部装置からのこれら情報を受け取った当該装置は、その後、位置、日付、及び時刻に加えて識別及び定量化のパラメータのパッケージ情報を作成する。最後に、パッケージ情報を遠隔ストレージインフラに送信する。

電子回路上では、各フォトダイオードが逆極性に偏光され、信号は異なるＡＤＣチャネルに接続された独立したＯＰ－ＡＭＰ対数に基づく回路により増幅される。フォトダイオードの一つとしては、赤外線光に対して良好な応答性を有するビシェイ・セミコンダクターズ（Vishay Semiconductors）製のVBP104FASを使用する。異なるスペクトル応答を持つ類似のデバイスは、例えばとりわけ、オスラム（OSRAM）社、オン・セミコンダクター（ON SMICONDUCTOR）社などの他の製造業者からのものを使用する。

近赤外線又は紫外線発光器は、光の強度を変える定電流回路を制御できるＤＡＣに接続したＯＰ－ＡＭＰとともにＯＮ－ＯＦＦ回路により駆動される。当該赤外線ＬＥＤの駆動は定電流回路による電力供給である。当該赤外線発光器は、オスラム・オプト・セミコンダクターズ（OSRAM Opto Semiconductors）製の高強度かつ狭小ビームを備えるＬＥＤをベースとするコンポーネント（参照コードＳＦＨ４６４０）であり、製造業者によると、光放射の強度は１０５０ｍＷ／ｓｒに達し得る。マイクロコントローラは、赤外線又は紫外線光を中程度に適合化するため及び後処理用のデータを取得するために使用される。

マイクロコントローラからのＤＡＣ出力を利用した好ましい実施形態では、赤外線光の強度を調整することができ、また信号フォーマットの制御もすることができる。これら強度及び時間制御により、当該装置は、ＬＮＰの反射エネルギーの最大強度をとるよう、ＩＲ又はＵＶ式のＬＥＤを観察基板に適合化又は調整し、フォトダイオードセンサの飽和を回避することができる。この光制御、調整プロセスにより、装置は高濃度のＬＮＰ用に特化するよう検出範囲を拡大させる。

ＩＲ又はＵＶ光の遮断後、ＬＮＰの反射エネルギーは所定時定数で、また自然な負の指数関数に従って減少していく。フォトダイオードセンサは対数ＯＰ－ＡＭＰ回路により増幅され、結果は、つまりＡＤＣの入力信号は、傾きがＬＮＰの減衰時間に直接比例する時間の関数のラインとなる。

ＬＮＰを備えた所与の基板の定量化、つまりセンサが検出する１平方センチメートル当たりの粒子数は、光のエネルギーが暗黒レベルに達する時間と関係する。

微小量、例えば１０ｐｐｍのＬＮＰを有する基板では、反射信号は極めて弱いものになる。第２段の増幅を追加することで信号は観測することができ、識別及び定量化に利用することができる。しかし、この回路は濃度が高くなるにつれて飽和する。このため、対数ＯＰ－ＡＭＰからの出力及び第２段増幅からの出力の双方における信号を異なるＡＤＣチャネルに入力し、異なるレベルのＬＮＰ濃度を処理する可能性を与える。

識別には、センサからの信号の差を利用することにより可能である。フォトダイオードは異なる波長でのスペクトル応答が相違するため、異なる信号が得られる。時間信号の各ポイントにおける二乗平均平方根偏差（標準偏差）を計算することで、各ＬＮＰに対して所与の痕跡を特徴付け及び関連付けすることが可能である。

センサのセットを利用して基板中の赤外線（ＩＲ）及び紫外線（ＵＶ）反応発光性ナノ粒子を認識するための暗室エンクロージャを備える装置を開示し、当該装置は、発光性ナノ粒子を照らすための１つ以上のＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置と、光を通過させる裂口部と、定電流電源に基づいた駆動装置と、フォトダイオードに基づいたセンサのセットと、数個のＡＤＣ入力チャネル及びＤＡＣ出力を備えたマイクロコントローラと、を備え、すべてのフォトダイオードはスペクトル感度応答の観点で異なり、すべてのフォトダイオードは独立した対数増幅器回路を備え、すべての独立したフォトダイオードの対数増幅器の信号は異なるマイクロコントローラのＡＤＣ入力チャネルに接続され、ＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置はＤＡＣマイクロコントローラの信号により制御される。

「備える（comprising）」という用語は、本明細書において使用されるときは常に、記述された特徴、完全体、ステップ、コンポーネントの存在を示すこと意図しているが、１つ以上の特徴、完全体、ステップ、コンポーネント又はそれらのグループの存在又は付加を排除することは意図していない。

本開示は、いかなる意味でも記載された実施形態に制限すると見なすべきではなく、当業者はそれらに対する変更について多くの可能性を予見するであろう。上述した実施形態は組み合わせ可能である。

特許請求の範囲は、さらに、本開示の特定実施形態を明確化する。

Claims

基板又は表面に埋め込まれた反応発光性ナノ又はマイクロ粒子を検出するための装置であって、
前記発光性粒子を照らすための赤外線照射装置又は紫外線照射装置と、
照らされた前記発光性粒子の近赤外線応答を捕捉するための近赤外線フォトダイオードセンサと、
前記基板又は表面上に配置する暗室であり、内部に前記照射装置及びフォトダイオードセンサが備え付けられている、該暗室と、
前記フォトダイオードセンサにより捕捉された応答信号を増幅かつ線形化するための対数増幅器と、
前記反応発光性粒子を検出するよう構成された電子データプロセッサであり、前記検出は、前記照射装置で前記基板又は表面を照らすステップ、前記フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号を取得するステップ、前記取得した信号の線形化された減衰から前記基板又は表面における前記発光性粒子の存在を検出するステップを実行することによって行う、該電子データプロセッサと、
を備える、装置。
請求項１に記載の装置において、前記電子データプロセッサは、さらに、前記捕捉された信号が前記基板又は表面の近赤外線応答の無い状態で前記発光性粒子の前記近赤外線応答を有するように、前記ＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置の光の強度を制御するよう構成される、装置。
請求項１又は２に記載の装置において、前記装置は、第１の前記フォトダイオードセンサとは異なるスペクトル感度応答を有する他の近赤外線フォトダイオードセンサと、前記他のフォトダイオードセンサが受信した信号を増幅かつ線形化するための他の対数増幅器と、各フォトダイオードセンサにより受信されて増幅された信号相互間の差を得るための微分器と、を備える、装置。
請求項３に記載の装置において、前記電子データプロセッサは、前記差の時間領域信号における所定閾値を超えるピークを検出するよう構成される、装置。
請求項４に記載の装置において、前記電子データプロセッサは、前記検出されたピークとは異なるスペクトル応答を有する発光性粒子相互間での区別を行うよう構成される、装置。
請求項１～５のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記装置は、複数のアナログ－デジタル変換器、すなわちＡＤＣ入力のチャネルとデジタル－アナログ変換器、すなわちＤＡＣ出力とを有する他のマイクロコントローラを備え、前記ＤＡＣ出力は前記ＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置の前記光の強度を制御するよう構成され、前記ＡＤＣ入力は前記近赤外線フォトダイオードセンサに接続されている、装置。
請求項１～６のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記装置は、各フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号をさらに増幅するための線形増幅器を備える、装置。
請求項１～７のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記発光性粒子は、７５０～２５００ｎｍ、特に７５０～１１００ｎｍの波長に対して反応性を示す、装置。
請求項１～８のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記ＩＲ照射装置は、ＬＥＤ式ＩＲ照射装置又はレーザー式ＩＲ照射装置である、装置。
請求項１～９のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記ＵＶ照射装置は、ＬＥＤ式ＵＶ照射装置又はレーザー式ＵＶ照射装置である、装置。
請求項１～１０のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記基板は、織物基板、紙基板、プラスチック基板、金属基板、コルク基板、木材基板、皮革基板、毛皮基板又はこれらの組み合わせである、装置。
請求項１～１１のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記対数増幅器は、ＯＰ－ＡＭＰ対数増幅器である、装置。
請求項１～１２のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記反応発光性ナノ又はマイクロ粒子は、Ｌａ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｌｕ^３＋、又はこれらの組み合わせのグループから選択された希土類セラミック材料のコアを有する、装置。
請求項１～１３のうちのいずれか１項に記載の装置において、前記反応発光性ナノ又はマイクロ粒子は、１０ｎｍ～２５μｍ、とくに２０ｎｍ～２０μｍの間の粒径を有する、装置。
基板又は表面に埋め込まれた反応発光性ナノ又はマイクロ粒子を検出するためのコンピュータを基礎とする方法であって、前記方法は、電子データプロセッサによって、
前記発光性粒子を照らすために赤外線照射装置又は紫外線照射装置で前記基板又は表面を照らすステップと、
照らされた前記発光性ナノ粒子の近赤外線応答を近赤外線フォトダイオードセンサで捕捉するステップであり、前記照射装置及びフォトダイオードセンサは、前記基板又は表面上に配置された暗室の内部に備え付けられている、ステップと、
前記フォトダイオードセンサにより捕捉された応答信号を対数増幅器で増幅かつ線形化するステップと、
前記フォトダイオードセンサにより捕捉されて増幅かつ線形化された前記信号を取得するステップと、
前記取得した信号の線形化された減衰から前記基板又は表面における前記発光性粒子の存在を検出するステップと、
を実行することを備える、方法。
請求項１５に記載の方法において、
第１の前記フォトダイオードセンサとは異なるスペクトル感度応答を有する他の近赤外線フォトダイオードセンサにより受信された信号を、他の対数増幅器により増幅かつ線形化するステップと、
各フォトダイオードセンサにより受信され増幅された信号相互間の差を微分器により得るステップと、を備える、方法。
請求項１６に記載の方法において、前記差の時間領域信号における所定閾値を超えるピークを検出するステップを備える、方法。
請求項１７に記載の方法において、前記検出されたピークとは異なるスペクトル応答を有する発光性粒子相互間で区別するステップを備える、方法。
請求項１８に記載の方法において、前記捕捉された信号が前記基板又は表面の近赤外線応答の無い状態で前記発光性粒子の前記近赤外線応答を有するように、前記ＩＲ照射装置又はＵＶ照射装置の光の強度を制御するステップを備える、方法。
請求項１３～１６のうちのいずれか１項に記載の方法において、前記発光性粒子は、７５０～２５００ｎｍ、特に７５０～１１００ｎｍの波長に対して反応性を示す、方法。
請求項１３～１７のうちのいずれか１項に記載の方法において、前記基板は、織物基板、紙基板、プラスチック基板、金属基板、コルク基板、木材基板、皮革基板、毛皮基板又はこれらの組み合わせである、方法。
請求項１３～１８のうちのいずれか１項に記載の方法において、前記反応発光性ナノ又はマイクロ粒子は、Ｌａ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｌｕ^３＋、又はこれらの組み合わせのグループから選択される希土類セラミック材料のコアを有する、方法。
基板又は表面における反応発光性ナノ粒子を検出するためのコンピュータを基礎とする方法を実装するためのプログラム命令を含む非一時的記憶媒体であり、前記プログラム命令は、請求項１３～１９のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するようにデータプロセッサが実行可能な命令を含む、非一時的記憶媒体。