JP5885964B2 - 深uvラマンスペクトロスコピーを用いるスタンドオフ爆発物検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、ラマンスペクトロスコピーに関し、特に、深紫外線スペクトル領域のレーザー光を用いてスタンドオフラマンスペクトロスコピーを行うためのシステムおよび方法に関する。
化学因子または生物学的因子に曝されることの危険は、深刻であり得る。例えば、事故による意図しなかった放出の結果、または、故意の送達の結果であろうが、(1)放出される因子のタイプおよび(2)汚染の正確なエリアを迅速かつ正確に識別することが望ましい。このような危険な物質の迅速かつ正確な検出は、起こり得る負傷者を減らし、そして、例えば、風、人および動物の接触等による因子のさらなる拡散を制限することにおいて重要な要因であり得る。
本発明は、危険な物質またはアイテムのすぐ近くに存在する必要性を避けるために使用され得るラマンスペクトロスコピーシステムの固有のインプリメンテーションを提供する。より具体的には、本発明に従う実施形態によって、職員は、爆発性の材料(例えば、TNTおよびRDX)、手製の爆発物およびそれらの前駆体、ならびに化学兵器(CWA)と有毒の工業化学因子(TIC)を含む化学物質を含むがそれらに制限されない未知の物質またはアイテムの存在に対して、建物、機器、乗り物、航空機、および他の人工または自然な表面の検査を含む遠隔であるが、感度の高いサイト利用を行うための能力を提供される。本発明の実施形態の有意な利点の1つは、爆発物が隠され得る位置に職員を配置する必要がなく、急造爆発性のデバイス(IED)または乗り物上の少量の爆発物を捜索し、かつ検出するための能力である。
(項目1)
ラマンスペクトロスコピーを行う方法であって、該方法は、
レーザー光を用いて、塗装された表面上に配置された極微量の標的物質を照射することと、
該極微量の標的物質から反射されたレーザー光およびラマンリターン信号を受信することと、
該標的物質に対するラマンシグネチャーを得るために、少なくとも分光写真器およびカメラを用いて該ラマンリターン信号を処理することと、
該標的物質に対する該ラマンシグネチャーおよびラマンシグネチャーのデータベースに基づいて該標的物質を識別することと
を含み、
該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも約0.1である、方法。
(項目2)
上記ラマンリターン信号の上記電力対蛍光電力の上記比率は、0.1と0.5との間である、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目3)
上記ラマンリターン信号の上記電力対蛍光電力の上記比率は、0.5より大きい、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目4)
上記標的物質は、乗り物のパネル上に位置決定される、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目5)
上記レーザー光は、約248nmの波長を有する、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目6)
上記標的物質は、約100μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目7)
上記標的物質は、約50μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目8)
上記標的物質は、約5μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目9)
上記レーザー光の上記電力は、約100mWである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目10)
上記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、上記標的物質は、45μg以下のPETNである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目11)
上記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、上記標的物質は、5μg以下のRDXである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目12)
上記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、上記標的物質は、500ng以下のANである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目13)
レーザー光を用いて、塗装された表面上に配置された極微量の標的物質を照射することと、
該極微量の標的物質から反射されたレーザー光およびラマンリターン信号を受信することと、
該標的物質に対するラマンシグネチャーを得るために、少なくとも分光写真器およびカメラを用いて該ラマンリターン信号を処理することと
を含み、
該レーザー光の波長が、248nmであり、該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも約0.2である、方法。
(項目14)
上記標的物質は、乗り物のパネル上に配置される、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目15)
上記レーザー光の上記電力は、約100mWである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目16)
上記レーザー光を放射するレーザーと上記標的物質とのスタンドオフ距離は、約10メートルである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目17)
上記標的物質は、45μg以下のPETNである、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目18)
248nmの波長でレーザー光を生成するレーザーと、
該レーザー光によって励起された極微量の標的物質からラマンリターン信号を受信するように構成されるテレスコープと、
該テレスコープを介して受信される該ラマンリターン信号を、該ラマンリターン信号の構成波長に分散することと、対応する光学信号を生成することとを行うように構成される分光写真器と、
該分光写真器と連絡し、該分光写真器から出力された該光学信号を電気信号に変換するように構成されるカメラと
を含む装置であって、
該装置が使用中であるとき、該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも約0.1である、装置。
(項目19)
上記電気信号を、ライブラリー内に格納されるラマンシグネチャーのうちのそれぞれと比較することと、上記標的物質を識別することとを行うように構成される分析コンピュータをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の装置。
(項目20)
上記レーザー光の上記電力は、約100mWである、上記項目のいずれかに記載の装置。
ラマンスペクトロスコピーを行う方法、および、レーザー光を用いて、塗装された表面上に配置される標的物質の微量を照射することと、標的物質の微量から反射されたレーザー光およびラマンリターン信号を受信することと、標的物質に対するラマンシグネチャーを得るために、少なくとも分光写真器およびカメラを用いてラマンリターン信号を処理することと、標的物質に対するラマンシグネチャーおよびラマンシグネチャーのデータベースに基づいて標的物質を識別することとを含む方法を行うための装置。レーザー光の波長は、ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率に基づいて、選択され得る。
・共鳴に接近または共鳴の前:ラマン散乱の急激な増大およびモル吸光係数の比較的により小さい増大
・高共鳴、高吸光係数:結果としてフォトン/熱誘起の変化または劣化の高い可能性を生じるモル吸光係数に対して少量のラマン散乱強度増加
励起波長が共鳴に接近するとき、ラマン信号強度が増大された散乱強度、しかしより小さいフォトン−分子相互作用によってバランスを保たれることが見出される。励起波長が最適共鳴により近く移動するとき、ラマン信号強度の増大は、信号強度がシステムのノイズ/干渉または効率と競争するポイントに対して非常に小さいフォトン−分子相互作用によってさらに抑えられる。活性/爆発性の材料が小さいセットのグループで分類され得るが、各材料は、特有のラマンフォトン効率プロフィールを有する。信号強度対レーザー波長のデータを収集するための実験は、257nm付近の励起が、100マイクロメートルの厚さである爆発性の材料PETNと、爆発性の材料の成分UNおよびANとのサンプルに対して(理論的に)可能な最大信号に近いことを示した。爆発性の材料TNT、RDX、およびHNXに対する類似なデータは、100マイクロメートルのサンプルに対してより小さい程度の変化を示し、しかし、信号強度は、常により長い波長でより強くなる。
20 安全シャッタ
30 ビーム調整光学系
40 距離計
50 コントロール電子系
60 自動焦点コントロールモジュール
70 受信器テレスコープ
80 光学フィルタリングおよびビーム成形または調整モジュール
90 ファイバー光学バンドル
100 分光写真器
110 カメラ
120 分析コンピュータ
140 ビデオカメラ
150 指示子
160 スキャンコントロールコンピュータ
170 スキャナ
Claims (20)
- ラマンスペクトロスコピーを行う方法であって、該方法は、
レーザー光を用いて、塗装された表面上に配置された極微量の標的物質を照射することと、
該極微量の標的物質から反射されたレーザー光およびラマンリターン信号を受信することと、
該標的物質に対するラマンシグネチャーを得るために、少なくとも分光写真器およびカメラを用いて該ラマンリターン信号を処理することと、
該標的物質に対する該ラマンシグネチャーおよびラマンシグネチャーのデータベースに基づいて該標的物質を識別することと
を含み、
該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも0.1であり、該ラマンリターン信号の該電力対蛍光電力の該比率は、700−2000波数(cm −1 )のラマン信号ウェーブバンドにわたって絶対スペクトル差を算出することによって引き出される、方法。 - 前記ラマンリターン信号の前記電力対蛍光電力の前記比率は、0.1と0.5との間である、請求項1に記載の方法。
- 前記ラマンリターン信号の前記電力対蛍光電力の前記比率は、0.5より大きい、請求項1に記載の方法。
- 前記標的物質は、乗り物のパネル上に位置決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザー光は、約248nmの波長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記標的物質は、約100μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記標的物質は、約50μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記標的物質は、約5μg/cm2以下の濃度である爆発性の材料の残余を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザー光の電力は、約100mWである、請求項1に記載の方法。
- 前記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、前記標的物質は、45μgの質量を有するPETNである、請求項9に記載の方法。
- 前記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、前記標的物質は、5μgの質量を有するRDXである、請求項9に記載の方法。
- 前記ラマンリターン信号は、少なくとも10メートルのスタンドオフ距離から検出され、前記標的物質は、500ngの質量を有するANである、請求項9に記載の方法。
- レーザー光を用いて、塗装された表面上に配置された極微量の標的物質を照射することと、
該極微量の標的物質から反射されたレーザー光およびラマンリターン信号を受信することと、
該標的物質に対するラマンシグネチャーを得るために、少なくとも分光写真器およびカメラを用いて該ラマンリターン信号を処理することと
を含み、
該レーザー光の波長が、248nmであり、該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも0.2であり、該ラマンリターン信号の該電力対蛍光電力の該比率は、700−2000波数(cm −1 )のラマン信号ウェーブバンドにわたって絶対スペクトル差を算出することによって引き出される、方法。 - 前記標的物質は、乗り物のパネル上に配置される、請求項13に記載の方法。
- 前記レーザー光の電力は、約100mWである、請求項13に記載の方法。
- 前記レーザー光を放射するレーザーと前記標的物質とのスタンドオフ距離は、約10メートルである、請求項13に記載の方法。
- 前記標的物質は、45μgの質量を有するPETNである、請求項16に記載の方法。
- 248nmの波長でレーザー光を生成するレーザーと、
該レーザー光によって励起された極微量の標的物質からラマンリターン信号を受信するように構成されるテレスコープと、
該テレスコープを介して受信される該ラマンリターン信号を、該ラマンリターン信号の構成波長に分散することと、対応する光学信号を生成することとを行うように構成される分光写真器と、
該分光写真器と連絡し、該分光写真器から出力された該光学信号を電気信号に変換するように構成されるカメラと
を含む装置であって、
該装置が使用中であるとき、該ラマンリターン信号の電力対蛍光電力の比率が、少なくとも約0.1であり、該ラマンリターン信号の該電力対蛍光電力の該比率は、700−2000波数(cm −1 )のラマン信号ウェーブバンドにわたって絶対スペクトル差を算出することによって引き出される、装置。 - 前記電気信号を、ライブラリー内に格納されるラマンシグネチャーのうちのそれぞれと比較することと、前記標的物質を識別することとを行うように構成される分析コンピュータをさらに含む、請求項18に記載の装置。
- 前記レーザー光の電力は、約100mWである、請求項18に記載の装置。
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