JP6869247B2 - インジケータの発光を発生させて測定するためのデバイスを含む爆発物を検出するための可搬デバイス - Google Patents

Description

本特許出願は、２０１６年１月１３日出願のドイツ特許出願番号１０ ２０１６ ２００ ２７１．６の優先権を主張するものである。この特許出願の開示は、引用により本明細書の内容に組み込まれている。

本発明は、インジケータの発光を発生させて測定するための装置を有する爆発物を検出するための可搬電気器具に関する。

一例として、発光は、放射線（蛍光、燐光）で励起することによって又は化学反応（化学発光）によって生成することができる。着目点は、担体に付加されたインジケータ物質の発光の発生及び測定にある。一例として、担体は、インジケータ物質（１又は２以上）が薄層としてその上に付加されたガラス又はプラスチックとすることができる。一例として、インジケータ物質は、その蛍光がある一定の検体と接触した後で変化する蛍光性ポリマー分子とすることができる。検体は、測定の範囲内でそれに関して陳述が為されるべき化合物、材料、又は物質である。インジケータ物質の蛍光の変化は、検体の存在に関する手掛かり又は他にその濃度の尺度である。担体とインジケータ物質とを有するシステムは、以下ではインジケータとして言及する。

このタイプの装置は、比較的以前から公知であり、それらは、例えば、爆発物と健康及び環境に関連する他の物質（薬物、有毒ガス、更にその他）とのような検体を検出する分野に使用されている。インジケータは、例えば潜在的にガス状である検査される媒体と定められた条件下で接触させられる。爆発物が例えば媒体内に存在する場合に、それらは、インジケータの発光を変化させることができる。

ＷＯ ０３／０３１９５３は、発光を励起するためにインジケータ物質が放射線源上の層として置かれた光学ユニットを提示している。ここでは、放射線源は、ＧａＮ−ＬＥＤである。この発光は、前方方向の発光を捕捉する検出器に光学フィルタを通じて到達する。

ＵＳ ８２８７８１１ Ｂ１は、共通担体上に２つのインジケータ物質を有するインジケータを収容する光学ユニットを提示している。２つのインジケータ物質は、担体の両側に付加される。両インジケータ物質は、ＵＶ範囲の同じ波長で照射される。検体が一方のインジケータ物質と接触した場合に消光が生じる。他方のインジケータ物質の蛍光は、基準信号として使用される。蛍光は、レンズの方向に光電子増倍管の上にステアリングされる。３つのフィルタを有するフィルタホイールが、光電子増倍管の前に配置される。

ＵＳ ８３２３５７６ Ｂ２は、例えば、そのコアが例えばガラスで構成される場合がある円筒形中実体である電気器具システムを説明している。この本体は、毛細管として具現化され、定められた様式で加熱可能である。毛細管は、２つに分けられる。第１の部分は、ガス入口としてかつ検出される検体のための吸着及び脱着セクションとして機能する。第２の部分は、インジケータ物質が内壁に付加された光学ユニットを収容する。インジケータは、波長選択フィルタを通じて放射線源によって入射される。発光の測定は、フィルタ及びレシーバを通じて透過光測定として実行される。

ＷＯ ２０１２／１３４４３６ Ａ１は、同じく複数のインジケータ物質のための毛細管及び共通担体として具現化されるインジケータを説明している。蛍光に加えて、燐光及び化学発光も発光信号として問題にされる。一例では、毛細管は、４０５ｎｍＬＥＤによって各々が照射される２つのインジケータ物質を含有する。発光の測定は、フィルタ及びレシーバを通じて実行される。ここでは、インジケータ自体が光導波路として機能する。

ＷＯ ０１／８６２６３ Ａ２は、放射線源の励起放射線が、スプリッタとして具現化された光導波路の中にフィルタを通じて結合されて光導波路端面まで案内される装置を提案している。検体の蓄積を保証するポリマーが、この端面に付加される。発光の一部は、同じ光導波路によってスプリッタに戻され、かつフィルタを有する検出器の上にステアリングされる。装置は、複数のそのような光導波路配置が受け入られることを可能にする。従って、全体システムは、異なる励起源、フィルタ、ポリマー、及び検出器を有することができる。

ＵＳ ２０１４／００６５７２０ Ａ１では、蛍光は、表面プラズモン結合発光（ＳＰＣＥ）方法によって生成される。蛍光は、高いＳＮ比で捕捉され、従って、それは、高スペクトル分解能で測定することができる。ＳＰＣＥ方法を実行する目的に対して、インジケータは、これに加えて金属層及び誘電材料層を含有する。センサは、励起放射線のための放射線源に提示される。

ＷＯ ２００８／０５１１８９ Ａ２では、スペクトル分解能の目的に対して励起側と発光側の両方にフィルタホイールが装備された蛍光システムが提示されている。多くの励起及び発光波長が、そのようなシステムを使用して利用可能である。

電気器具は、爆発物と健康及び環境に関連する他の物質とのような検体を検出するのに適していなければならない。一部では、それらは、高い技術的機能を装備しており、かつ相応の複合構造を有する。別の部分では、電気器具は、最小限の技術機器を含有する。

ＷＯ ０３／０３１９５３ ＵＳ ８２８７８１１ Ｂ１ ＵＳ ８３２３５７６ Ｂ２ ＷＯ ２０１２／１３４４３６ Ａ１ ＷＯ ０１／８６２６３ Ａ２ ＵＳ ２０１４／００６５７２０ Ａ１ ＷＯ ２００８／０５１１８９ Ａ２

爆発物の検出に使用するための発光を発生して測定するための装置を有する現場対応可搬電気器具を提供することが本発明の目的であり、電気器具は、過酷な環境での用途に十分に適応され、オペレータによる取り扱いが容易であり、比較的簡単でロバストな構造を有するが依然として高い測定確実性によって特徴付けられる。

この目的は、請求項１の特徴を有する可搬電気器具によって達成される。有利な展開は、従属請求項に列挙されている。全ての特許請求の範囲の文言は、引用により本明細書の内容に組み込まれている。

その構造に起因して、この可搬電気器具は、光学発光の測定による爆発物の検出に適している。この目的に対して、これらの物質に敏感に反応する適切なインジケータが使用され、このインジケータの変化は、求める検体の存在により光学的に検出可能である。任意的に、健康及び環境に関連する他の物質（例えば、薬物、有毒ガス、更にその他のような）を検出することも可能である。この目的に対して、潜在的には、他のインジケータが使用される場合がある。インジケータ発光を発生させて測定するための装置は、この電気器具の必須の機能的構成部品である。

発光を発生させて測定するための装置は、準単色励起放射線を各々が放出することができる複数の放射線源を有する。この用途では、語句「準単色励起放射線」は、例えばスペクトル帯域幅が１００ｎｍを有意に下回る比較的狭い波長範囲からの励起放射線を意味し、スペクトル帯域幅は、例えば、約１０ｎｍ又は数十ｎｍの程度のものであると考えられる。励起放射線は、「狭帯域幅励起放射線」と呼ばれる場合もある。こうして、用語「励起波長」は、比較的狭い波長範囲に関連する。その結果、励起放射線は、特に広帯域白色光ではない。一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードは、少なくとも１つの波長選択デバイス（例えば、回折格子又は狭帯域幅フィルタ）を通じてその放射線が案内される励起放射線を生成するための放射線源又は他に広帯域白色光源として使用することができる。

その結果、励起は、連続広帯域スペクトル（例えば、白色光による）を使用して実行されず、むしろ単一狭帯域幅波長範囲内で又は複数のスペクトル的に異なる比較的狭帯域幅の波長範囲内で実行される。

放射線源は、互いからの相互間隔を有する定められた空間配置に配置される。放射線区域内の放射線源の空間分布は、測定に使用することができる放射線源の場所依存パターンを決定する。

励起光は、励起ビーム経路を通じてインジケータ区域に到達する。この目的に対して、励起ビーム経路は、少なくとも１つの第１の結像系を有する。次に、インジケータ物質の発光は、励起放射線が励起ビーム経路を通じてインジケータ区域上に又はインジケータ区域の上に結像される場所で生成することができる。次に、これらの場所は、インジケータ区域内の場所に依存するパターンを形成する。これらの場所のパターンは、幾何学的類似性という意味で放射線源のパターンに対応する場合があるが、これは必須ではない。複数の横方向に分散した場所は、インジケータ区域内の励起放射線によって入射されることが可能である。インジケータ区域上の励起放射線の局所分布とインジケータ物質の局所分布とは、互いに適合する。

発光ビーム経路は、発光のパターンを場所に依存して受光区域に生成可能であるようにインジケータ区域を受光区域の中に結像するように機能する。すなわち、発光は、受光区域の異なる場所に衝突することができる。この目的に対して、発光ビーム経路は、少なくとも１つの第２結像系を有する。受光区域内の発光のパターンは、幾何学的類似性という意味で励起放射線によって入射されるインジケータ区域の場所のパターンに対応する場合があるが、これは必須ではない。

この出願の範囲内で「結像系」又は結像光学ユニットに言及する場合に、これは、結像系が、その過程において物体の形態又は外観を修正することなく（収差を別にして）物体の拡大、縮小、又は１：１の像を生成することができることを意味するべきである。結像がその上で起こる区域又は平面は、その過程において、結像系の像平面に又は像平面の外側に位置する場合がある。

複数のレシーバが、受光区域からの発光を受け入れるためにかつ受け入れた発光を電気信号に変換するために設けられる。ここで、レシーバは、同じレシーバに割り当てられる２又は３以上のインジケータ物質が所与の時間に存在しないという意味で高々１つのインジケータ物質に割り当てられる。その結果、所与の時間に、レシーバは、それに割り当てられた高々正確に１つのインジケータ物質から発光放射線を受け入れる。入口区域内の発光は、発光が発光の相互重複なしに分解可能であるように、互いから局所的に脱結合される。レシーバによって受け入れられた発光は、インジケータ物質の正確に１つと放射線源の１つとに割り当てることができる。この結果として、高い測定精度を有する高度に選択的な測定が可能である。レシーバは、それに割り当てられた１つのインジケータ物質だけに対して理想的様式で光学的に調節することができる。その結果、レシーバのアクティブ区域に対するインジケータ物質の区域の理想的適合（区域の広がり、形態、及びサイズ）が可能になる。その結果、高い信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を得ることが可能である。

電気器具は、単一個人によって容易に運べて作動させることができる可搬電気器具として設計される。特に、電気器具は、それを使用中に片手だけで保持することができるほど小さくて軽量であるように構成することができる（手持ち式電気器具）。設置サイズ及び質量、及びそこに設置された構成要素のロバスト性は、この出願の見地から最適化される。一例として、質量は、２キログラム未満、特に１．５キログラム未満である場合があるが、通常は少なくとも０．５キログラムである。インジケータのための保持デバイスを含む設置サイズは、例えば、５０ｃｍ又はそれ未満、又は４０ｃｍ又はそれ未満、又は３０ｃｍ又はそれ未満（最大広がりの方向に測定）である場合があるが、設置サイズは、通常は少なくとも１０ｃｍから１５ｃｍである。

原則的に、励起ビーム経路及び発光ビーム経路をインジケータ区域の異なる側に配置することが可能であるとしても、励起ビーム経路及び発光ビーム経路が、励起ビーム経路及び発光ビーム経路がインジケータ区域又はインジケータの１つのかつ同じ側に配置されるような逆向き形状に配置されるという規定が好ましくは為される。このようにして、電気器具の片側に結合することができ、かつ必要な時に容易に交換することができる保持装置内にインジケータを収容することが特に容易に可能である。逆向き形状はまた、電気器具の中に確実に一体化される保持装置の場合に、例えば、全ての光学構成要素をインジケータ区域の同じ側に収容することができるので好都合あると考えられる。

測定形状は、インジケータで鏡面反射を受けた励起放射線及び従って発光測定を妨げる放射線が、関連の程度までは受光区域に衝突せず、及び従ってレシーバに到達することもそこでノイズ背景を増大させることもできないような構造によって設定することができる。好ましい実施形態では、インジケータの面法線に関する励起放射線と発光放射線の異なる角度が、鏡面反射を受けた励起放射線の強度成分の発光ビーム経路の中への入射を回避又は低減する目的に対して、励起放射線が衝突する領域に与えられる。

好ましくは、これは、励起ビーム経路（第１の結像系）の及び発光ビーム経路（第２の結像系）の１又は２以上又は全ての結像系の光軸がインジケータ区域の領域内で互いに対して斜めに走り、かつ面法線に関して対称に配置されないことによって達成される。一例として、入射励起放射線と放出発光放射線の間の角度は、２０°から６０°の範囲に、特に３０°から５０°の範囲に位置することができる。

好ましくは、励起ビーム経路と発光ビーム経路を分離するために物理的ビームスプリッタ（例えば、ダイクロイックミラー又は偏光ビームスプリッタのような）又は幾何学的ビームスプリッタ（例えば、照射領域に少なくとも１つの裂け目を有するミラーのような）は必要とされず、従って、いずれも設けられることがない。これは、ビームスプリッタを使用する時に生じる場合がある典型的な問題、例えば、ビームスプリッタで発生される迷光を回避することを可能にする。

励起ビーム経路及び発光ビーム経路の配置は、励起ビーム経路の１又は２以上又は全ての結像系（１又は複数の第１の結像系）と発光ビーム経路の１又は２以上又は全ての結像系（１又は複数の第２の結像系）との光軸がインジケータ区域の前のある距離で交差するようなものとすることができ、従って、インジケータ区域内の光軸の交点は、横方向に離間する。その結果、インジケータの１又は２以上の少なくとも部分的に反射する界面（例えば、空気−インジケータ界面）で鏡面反射を受ける励起放射線は、事実上発光ビーム経路内に到達できず、及び従ってレシーバに到達できないことを保証することが可能である。これは、適用可能な場合に励起フィルタ及び／又は発光フィルタの使用を省くことができることに寄与する。この距離は、製造公差の有意に外側にあり、かつ例えば１ｍｍから１０ｍｍの範囲、任意的に同じくそれを超えるか又はそれ未満の範囲にある場合がある。

一部の実施形態は、入口区域及び出口区域を有する波長選択デバイスによって特徴付けられ、入口区域は、受光区域に受け入れられた発光によって入射されることが可能であり、出口区域にレシーバが配置される。この結果として、より広帯域の発光スペクトルからある一定の狭い波長範囲を選択し、又は評価のためにこれらを選択することが可能である。全てのレシーバに対して同じ波長範囲を選択することができる。互いからのスペクトル距離を有する異なる波長範囲を異なるレシーバに対して選択することも可能である。波長選択デバイスは、電気器具を理想的様式で異なる測定問題に適応させることができるように交換可能である場合がある。しかし、受光区域とレシーバの間の波長選択デバイスは必須ではない。

各インジケータ物質に個別のレシーバを割り当てることができる。レシーバの間に感光区域のない隙間が位置する場合がある。レシーバは、各測定チャネルをその測定問題に対して最適化された様式で設定することができるように個々に調節可能又は互いから別々に調節可能である場合がある。レシーバの数は、実質的に利用可能な励起チャネルの数に対応すると考えられる。

好ましくは、１又は２以上の放射線源が各インジケータ物質に割り当てられるという規定が為され、放射線源が、高々１つのインジケータ物質に割り当てられ、従って、同じ放射線源に割り当てられる２又は３以上のインジケータ物質は存在しない。その結果、放射線源は、それに割り当てられた１つのインジケータ物質だけに理想的様式で光学的に調節することができる。その結果、放射線源の区域に対するインジケータ物質の区域の理想的適合が可能である。これは、高い信号対ノイズ比を得るのに寄与する。

多くの実施形態では、測定に関連する強度が低い場合でも高感度を有する光電子増倍管がレシーバとして使用される。特に、半導体ベースの光電子増倍管、例えば、Ｓｉ−光電子増倍管（Ｓｉ−ＰＭＴ）を使用することが可能である。これらは、機械的にロバストで比較的震動に鈍感であり、比較的小さい感応面積の場合に非常に高い感度を提供する。これに代えて、例えば、従来型光電子増倍管又はフォトダイオードをレシーバとして使用することも可能である。

言及したように、結像系は、その過程で物体の形態又は外観を修正することなく（収差を別にして）物体の拡大、縮小、又は１：１の像を生成することができる。結像がその上で起こる区域又は平面は、その過程で結像系の像平面に又は像平面の外側に位置することができる。「非結像光学系」に言及する場合に、これは、使用される光学要素（１又は２以上）が、物体の形態又は外観を変えることができるビーム整形器として作用することを意味するべきである。結像光学系及び非結像光学系は、光学チャネル（励起チャネル又は発光チャネル）に組み合わせることができる。

装置は、２又は３以上の放射線源がその後に割り当てられる第１の結像系を有する単一励起チャネルだけを励起ビーム経路が有するように構成することが可能である。励起チャネルは、共通の光軸を有する励起放射線が放射線源からインジケータ区域まで伝播するための複数のサブチャネルを提供することができる。

対照的に、多くの実施形態は、励起ビーム経路が複数の励起チャネル、すなわち、２又は３以上の励起チャネルを有するように構成され、各励起チャネルは、対応する励起チャネルの光軸を定める第１の結像系を有する。一例として、互いに別々の励起チャネルの数は、２から１０の範囲、特に３から６の範囲にある場合がある。従って、異なる放射線源からの励起放射線は、光学的に互いから分離された別々の励起チャネル上のインジケータに案内することができる。その結果、励起チャネル間のクロストークの構造的阻止が存在する。

この出願では、用語「励起チャネル」は、例えば、レンズのような屈折力を用いて構成された少なくとも１つの光学要素、及び任意的に例えば少なくとも１つのビーム整形器及び／又は少なくとも１つのフィルタのような更に別の光学要素を有する光学系を意味する。励起チャネルは、定められた方式で１又は２以上の放射線源からインジケータ区域の中に放射線を案内する。

その配置は、各インジケータ領域に対して正確に１つの励起チャネルの規定が為されるようなものであり、従って、励起チャネルの数は、インジケータ領域の数に対応する。用語「インジケータ領域」は、インジケータ物質の場所又はインジケータ物質が位置する領域を意味する。互いに分離した２又は３以上のインジケータ領域に励起放射線を案内するために励起チャネルを使用することも可能である。
同様に、複数の互いに別々の発光チャネルを発光ビーム経路に対して設けることができる。

対照的に、一実施形態では、発光ビーム経路が全ての発光に対して共通の結像系（第２の結像系）を有するという規定が為され、結像系は、発光ビーム経路の光軸を定める。すなわち、単一発光チャネルで十分であると考えられる。それは、共通光軸の場合にインジケータから受光平面まで伝播する発光のための複数のサブチャネルを提供することができる。

複数の励起チャネルを有する一実施形態では、励起チャネルは、発光チャネルに関して対称な配置を形成する。特に、その配置は、発光ビーム経路の光軸を含有する少なくとも１つの対称平面に関して鏡面対称である場合がある。

複数の励起チャネルを有する実施形態では、励起チャネル及び発光チャネルは、円錐形配置を形成し、励起チャネルの光軸は、発光チャネルを取り囲む横方向円錐面上に配置され、発光チャネルの光軸は、円錐の軸線に沿って配置される。この結果として、非常にコンパクトな寸法を有する複数の放射線案内チャネルを放射線源、インジケータ、及び受光平面又はレシーバの間に設けることができる。好ましい実施形態では、円錐形配置の円錐先端、すなわち、励起チャネルの光軸の交点は、インジケータ区域に位置せず、むしろそこから距離を置いて、特にインジケータ区域の前に位置する。

一部の場合では、ビーム整形器を放射線源とインジケータ平面の間の励起チャネルに配置することが有利である場合がある。ここでは、一般的に、用語「ビーム整形器」は、物体の形態又は外観を変えることができる非結像光学系を意味する。一例として、ビーム整形器は、拡散器機能を有することができる。一例として、ビーム整形器は、微細構造化構成要素（例えば、回折光学要素）を有することができ、及び／又はそれは、不均一強度プロファイルを均一かつ急峻な強度プロファイルに変換するように設計することができる。この結果として、不均一発光特性を有する小さい準点状放射線源を使用する場合であっても、インジケータ物質の励起される領域（スポット）の均一又は均質な照明を得ることが可能であり、その結果、意味のある定量的な比較を容易にすることができ、測定精度を改善することができる。

一部の実施形態では、放射線源を起動するためのクロックが規定され、クロックは、全ての放射線源が連続して順番に計時されるように、又は放射線源の一部又は全ての放射線源が同時に計時されるように、又は放射線源が交互に計時されるように構成される。その結果、放射線源は、フラッシュ作動で機能することができ、従って、それらは、クロック発生器によって時間的に定められた方式で起動及び停止することができる。これらの変形は、放射線区域が、場所に依存する放射線源のパターンを表すだけでなく、時間に依存するパターンも表すように説明することができる。この場合に、パターンは、少なくとも１つの依存性（場所、時間）が存在する時はいつでも常に存在することができる。

クロックの補助により、異なる励起波長を選択的に放出することができる２次的又は仮想的な放射線源を励起チャネルに生成することも可能である。一部の実施形態では、異なる励起波長を放出するための２又は３以上の放射線源が、励起チャネルの少なくとも１つに割り当てられ、放射線源は、クロックによって交互に計時可能であり、放射線源からの励起放射線の励起チャネルの中への選択的入力結合のための放射線融合デバイスが設けられる。一例として、放射線融合デバイスは、拡散器の形態のビーム整形器を有することができる。

一部の実施形態では、特にコンパクトかつロバストな構成は、装置の全ての光学要素、すなわち、励起ビーム経路の及び発光ビーム経路の全ての光学要素を単一構成要素の中に設置又は一体化することによって達成される。構成要素は、全ての光学要素のための光学系ホルダとして機能することができる。それは、単一部品（モノリシック構成要素）で構成することができ、又は他に２、３、又は４以上の構成要素から確実に組み立てられる場合がある。一例として、そのような構成要素は、射出成型部分として、又は他に焼結により、又は全体からの材料融除処理によって生成することができる。放射線の特性を空間的、時間的、かつスペクトル的に修正することができる装置内の全ての構成要素は、光学要素であると見なされる。主として、これらは、放射線を結像し、ステアリングして案内し、かつ整形する機能である。光学系ホルダとして機能する１つのかつ同じ構成要素内への全ての光学要素の組合せ収容の結果として、光学要素の相対的な配置は、装置全体の比較的激しい移動の場合でさえも、衝撃又は震動の場合に連続的に維持される。すなわち、電気器具はまた、苛酷な環境に使用することができ、高精度の測定は、オペレータが電気器具を片手で保持し、その結果として電気器具全体が容易に移動される時でさえも可能である。

好ましくは、少なくとも１つの励起チャネル及び１つの発光チャネルの光学要素を受け入れるための複数の受け入れチャネルが構成要素内に形成される。例えば穿孔又は放電機械加工によって最初は中実の構成要素の中に導入することができる受け入れチャネルは、各々が例えば回転対称形態を有することができ、他の断面形状も同じく可能である。好ましくは、光学要素は、構成要素内の受け入れチャネルの割り当てられた部分に嵌合し、かつ受け入れチャネルに挿入することができて装置を組み立てる時にそこに係止することができる装着要素、例えば、スリーブ形状装着要素に個々に又はグループで装着される。

特に爆発物を検出するように構成された電気器具は、好ましくは、レシーバの電気信号を受信するためにかつ信号に含有された発光に関するスペクトル情報を評価するためにレシーバに接続された評価デバイスを有し、評価デバイスは、以下の情報項目のうちの少なくとも１つが確立可能であり、かつそれを情報のオペレータ又はユーザに出力することができるように構成され、情報項目は、１又は２以上の求めている検体の量に関する情報項目、及び１又は２以上の検体のタイプに関する情報である。ここで、検体は、１又は２以上の爆発物又は爆発物の群をそれぞれ含む。ターゲット物質の蛍光スペクトル及び／又は発光スペクトルのスペクトル特性に関する情報は、評価デバイスのメモリにターゲット物質データの形式で格納することができ、評価の範囲内で比較作動のためにそのデータに頼ることが可能である。

本発明はまた、爆発物を検出するための電気器具の使用に関するものであり、励起放射線による照射及び少なくとも１つの爆発物を含有する検体との接触の場合にインジケータ物質によって放出される蛍光強度の減少又は増加を示す少なくとも１つのインジケータ物質を有するインジケータが使用される。
本発明の更に別の利点及び態様は、特許請求の範囲から及び図によって以下で解説する本発明の好ましい例示的実施形態の下記の説明から導出される。

蛍光測定を使用して爆発物を検出するための可搬電気器具の例示的実施形態を示す概略図である。 インジケータのための結合した保持装置と共に正確な空間配置で示された光学装置の構成要素の斜め透視図である。 インジケータのための結合した保持装置と共に正確な空間配置で示された光学装置の構成要素を通した断面図である。 インジケータでのスペクトル反射を受けた放射線が発光ビーム経路に入らない励起ビーム経路の励起チャネル内及び発光ビーム経路内のビームのプロファイルを示す図である。 １つの励起チャネル及び１つの発光チャネルだけを有する例示的実施形態に従ってインジケータの光学発光を発生させて検出するための装置の一部の構成要素を示す概略図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。 異なる実施例のビーム経路に沿う様々な連続的マーク付け区域内の放射線源、照射区域、及び発光の模式的空間分布又はパターンを示す図である。

例示的実施形態の以下の提示では、構造的に及び／又は機能的に同一であるか又は構造的に及び／又は機能的に互いに対応する構成要素は、明瞭にするためにそれらが異なる例示的実施形態に属するか又はそこに使用可能であるとしても同一の参照記号で示される場合がある。

図１は、爆発物を検出するための電気器具１００の例示的実施形態を模式的に示している。この目的に対して、電気器具は、特に蛍光測定、すなわち、光学的方法を使用する。

これは、特に、オペレータの片手だけで保持して担持することができる可搬電気器具である（手持ち式電気器具）。好ましい適用分野は、例えば、爆発物に関する手荷物検査、車両検査、個人の検査、及び／又は建物の検査の分野にある。電気器具は、例えば、時間的に限定された個人の検査及び／又は抜き打ち検査の場合に建物の内外で使用することができる。多くの場合に、それは探知犬の使用に代えて機能することができる。

電気器具は、例えば、金属、耐衝撃性プラスチック、又はこれらの材料の組合せなどで構成することができる安定で光を通さないハウジング１１０を有する。ハウジングは、電気器具の取り扱いのために及びその面及びその中に収容された構成要素を保持して保護するために役立つ。

電気器具のハウジング１１０の下側にハンドル部分１１２が取り付けられるか又は形成される。これは、電気器具を片手で取り扱うのに役立つ。一例として、電池パック又は蓄電池パック又はあらゆる他の幹線とは独立した電源１１４をハンドル部分１１２の中に収容することができる。１又は２以上のマイクロコントローラを有する制御ユニット１１５は、電気器具の機能を制御するのに必要とされる電気及び電子構成要素の全てを含む。評価デバイスも、制御ユニットに統合される。電気器具は、ハウジングの上側に付加された制御パネル１１６によって作動される。ユーザ情報は、表示デバイス１１７によって表示される場合がある。タッチ感応画面（タッチスクリーン）を通じて制御パネル及び表示デバイスを達成することができる。

インジケータ１２０の発光を発生及び測定するための装置２００は、ハウジング１１０の前部に配置される。インジケータは、例示的な場合では、ガラス製の平行平面板又は使用する放射線（可視スペクトル及び近紫外スペクトル）に対して透過性のプラスチックから構成される担体１２２を有する。担体は、例示的な場合におけるように、一体式（モノリシック）とすることができ、又は複数の構成要素から構成される場合がある。

複数のインジケータ物質１２５−１、１２５−２などは、それぞれに薄層として担体１２２に対して装置２００から離れる方向に向いた担体の側（後側）に付加される。インジケータ物質は、担体の面に直接付加することができる。透明な中間層を設けることも可能であり、それは、次に、担体の一部と見なすことができる。
流体、特にガス状の検体１９０は、インジケータ物質に衝突するか又は接触するものとすることができる。

インジケータは、保持装置１８０に収容され、そこで正確に定められた場所に保持される。保持装置１８０自体は、電気器具１００のハウジング１１０に交換可能に取り付けられる。別の実施形態では、保持装置は、電気器具に一体化されてそれ自体は交換可能ではないが、インジケータは交換可能である。図示の電気器具の事前組立状態（結合された保持装置１８０とインジケータ１２０とがそこに収容された状態）では、インジケータ物質１２５−１、１２５−２は、正確にはインジケータ区域１３０に位置決めされ、そのインジケータ区域１３０は、例示的な場合では、インジケータ平面と呼ぶこともある平面区域である。概略図１に既に示すように、インジケータ物質１２５−１、１２５−２は、インジケータ区域１３０内のインジケータ物質が場所依存のインジケータ物質のパターンを示すように、担体１２２の異なる区域、すなわち、相互に空間的に離れた区域に配置される。従って、比較的小面積の上に付加されたそれぞれの空間的に制限されたインジケータ物質は、インジケータ区域１３０内の明確な場所に位置決めされる。一例として、インジケータ物質は、ある中心周りの円に沿って直径数ｍｍの円形小面積コーティングの形態で配置することができる。インジケータ物質は、担体上に直接的に又は透明中間層を挟んで付加することができる。

保持装置１８０は、専用ハウジング１８１を有し、ハウジング１１０から取り外すことができ、正確に事前決定可能な位置で結合させることができる。保持装置１８０は、１又は複数の求める検体を担持するガス状媒体を吸引するための入口開口部を有する送出空気コネクタ１８２を有する。加熱デバイス１８５を使用して、インジケータ物質との接触の前に吸引された媒体を適切な温度まで加熱することが可能である。任意的に温度制御された検体を有する媒体は、次に、適切な好ましくは加熱可能な流体チャネルシステムを使用してインジケータ物質の上で案内され、検体と接触した後に排出空気コネクタ１８４を通じて保持装置１８０から排出される。

専用加熱を装備したサンプル拭き取りモジュール１８７を保持装置１８０の送出空気側に結合することができ、そのサンプル拭き取りモジュールを使用して、サンプル拭き取りを通じて受け入れた検体を送出空気に供給する。保持装置の流体チャネルシステムを通過する検体の流れは、電源１１４に結合されてハウジング１１０に収容された電気ポンプ１８８を使用して生成される。

図１に示す長手方向（左から右）では、それに適用されるインジケータ１２０のための保持装置１８０を含む電気器具は、長さが４０ｃｍを超えない。電気器具は、重量が１．５キログラム未満である。従って、電気器具は片手で楽に扱うことができる。

ハウジング１１０に収容された装置２００は、コンパクトな光学又は光電子ユニットとして具現化され、これを使用して、インジケータ１２０又はインジケータ物質１２５−１のような発光を生成することができ、光学及び光電子デバイスを利用してその発光を測定することができる。ここで、用語「発光」は、光学発光の意味で理解しなければならない。従って、発光は、インジケータ物質から出るか又はインジケータ物質によって放出される電磁放射線である。

この実施形態又はその変形による装置２００の構造的及び機能的な詳細は、図１から４に基づいて説明される。装置２００は複数の放射線源２１０−１、２１０−２を有し、その各々は、準単色励起放射線を放出するように具現化される。ここで、用語「準単色励起放射線」は、例えば、スクトル帯域幅が１００ｎｍを有意に下回る比較的狭い波長範囲からの励起放射線を意味する。一例として、スペクトル帯域幅は、約１０ｎｍ又は数十ｎｍの程度とすることができる。ここで、励起はまた、狭帯域幅励起放射線とも呼ばれる。用語「励起波長」を使用する場合に、それは、従って、比較的狭い波長範囲に関連付けられる。

例示的な場合では、放射線源２１０−１、２１０−２の各々は、励起放射線を放出するアクティブ要素として発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。放射線源は、制御及び電源を目的として制御ユニット１１５に接続される。小面積の略点状の放射線源は、放射線区域２４０内の異なる場所に配置され、互いに空間的に分離される。放射線区域は、放射線源が位置する区域である。図１の例でのように、放射線区域は、全ての放射線源が共通の平面に位置するような平面放射線区域（放射線平面）とすることができる。しかし、これは必須ではない。放射線区域はまた、単曲面又は複曲面とすることができる。放射線区域は、その場所に依存して放射線源のパターン、すなわち、空間的に互いに分離された放射線源のある一定の空間分布を表すように描写することができる。放射線源の間には、放射線源のない横方向距離が存在する。

装置２００は、放射線源によって放出される励起放射線がインジケータ区域又はそこに配置されたインジケータ物質の上に結像されるそれらの場所又は領域でのインジケータ物質１２５−１、１２５−２の発光を発生するか又は励起することができるように、励起放射線をインジケータ区域１３０に結像するための励起ビーム経路を有する。

例示的実施形態では、励起ビーム経路は複数の励起チャネルを有し、各励起チャネルは、それぞれの光軸２２２−１、２２２−２を定める第１の結像系２２０−１、２２０−２を有する。励起チャネルは、図１ではレンズ記号を使用して表されているに過ぎず、詳細及び特殊性は以降の図面に基づいて説明される。

ここで、用語「励起チャネル」は、１次又は２次（仮想的）の放射線源から割り当てられたインジケータ物質又は割り当てられたインジケータ区域の場所又は領域への励起放射線の案内に寄与する全ての光学構成要素の全体を意味する。結像系は、単レンズ（例えば、平凸又は両凸レンズ、発散レンズ又はボールレンズ）、又は２又は３以上のレンズを有するレンズ群を含むことができる。励起チャネル内には、１又は２以上のビーム整形器、及び／又は例えばフィルタのような波長選択要素も収容することができる。

インジケータ物質によって放出された発光は、インジケータ区域１３０を装置２００の受光区域２４５に結像するように設計された発光ビーム経路の上で案内される。発光ビーム経路は、好ましくは、実質的に励起放射線が入射したインジケータ物質の区域だけが測定により捕捉されるように設計される。受光区域は平面区域（受光平面）とすることができるが、これは必須ではない。結像は、測定作動中に場所に依存する発光パターンが受光区域２４５に存在するように実行される。例示的な場合では、このパターンは、照射された区域の空間分布に関して励起放射線に照明されたインジケータ区域１３０内の場所又は領域での発光によって形成されるパターンに対応する。その結果、これらのパターンは幾何学的な意味で互いに類似する（しかし、これは必須ではない）。励起放射線、インジケータ物質の配置、及び発光の結像は、互いに適合する。

例示的な場合では、発光ビーム経路は、全ての発光に対して共通の第２の結像系２５０を有し、この第２の結像系は発光ビーム経路の光軸２５２を定める。第２の結像系２５０は、図１ではレンズによって象徴されるに過ぎないが、入口側では発光を全ての励起されるインジケータ物質によって受け入れることができ、出口側では、その発光を受光区域２４０へ又はその上に伝達することができるように構成される。発光ビーム経路は、単一共通光軸の場合に別様に配置されたインジケータ物質から生じる発光に対する複数のサブチャネルを有するか又はそれを提供する単一発光チャネルとして説明することができる。

任意的な波長選択デバイス２６０が、受光区域２４５の光学的下流側に配置される。波長選択デバイスは入口区域２６２を有し、そこに受光区域で受け入れた発光が入射することができる。入口区域は受光区域２４５と一致することができ、又は受光区域から距離を置いてもよい。任意的に、受光区域と入口区域の間に１又は２以上の光学要素が位置することができる。波長選択デバイスの本質的な機能は、受光区域に入射する発光の一般的に比較的広帯域のスペクトルから捕捉及び評価に特に適切なスペクトル又は望ましい狭帯域幅スペクトルを選択する又は選ぶという機能である。波長を選択された発光は、波長選択デバイス２６０の出口区域２６４に存在する。

波長選択された発光を受け入れるための及びこれらの発光を電気信号に変換するためのレシーバ２７０−１、２７０−２が出口区域２６４に配置される。レシーバは、制御ユニット１１５に統合された評価ユニットへの信号伝達リンクを有する対応する光電子構成要素を有する。レシーバによって受信された電気信号は、レシーバが受け入れた発光に関するスペクトル情報を特徴付けるために評価ユニットで評価される。

電気器具１００は、特に、爆発物（火薬類）の形態の検体を検出するように設計される。この目的に対して、特に、励起放射線での照射後にインジケータ物質の蛍光強度の時間変化を捕捉して評価することが可能である。一例として、検体とそれに反応するインジケータ物質との接触に際して、多くの場合に消光が生じ、すなわち、インジケータ物質によって放出される蛍光強度が低下する。次に、例えば、１又は２以上の求められるターゲット物質（検体）の量に関する情報項目、及び／又は検出されたターゲット物質のタイプに関する情報は、例えば、評価ユニットで確認されて表示デバイス１１７を通じて出力することができる。

本発明の開発の目的の１つは、現場作動に適する可搬電気器具で発光の高感度分光測定を達成することにある。この目的に対する重要な手段は、励起放射線及び発光放射線を発生させて案内するのに必要とされる光電子構成要素を手持ち式電気器具に取り付けるために光学装置２００がその構造に関して十分にコンパクトであるように設計して配置することから構成される。更に、装置２００は、苛酷な現場作動の場合でも（例えば、震動中又は震動後に）持続的に機能し続けるのに足りるだけロバストでなければならない。更に、高い測定感度と高い測定確実性が求められる。現場作動に対する電気器具の適合性に役立つ更に別の手段を以下で説明する。

図２は、結合された保持装置１８０と共に正確な空間配置に示す装置２００の一部の構成要素を斜め透視図に示している（図３も参照されたい）。装置２００の全ての光学要素、すなわち、特に、放射線に影響を与えるために設けられた結像ビーム経路の全ての光学要素と、放射線に影響を与えるために設けられた発光ビーム経路の全ての光学要素とは、単一中実立方体構成要素２９０内に一体化され、本明細書ではそれを光学系ホルダ２９０と呼ぶ。例示的な場合では、構成要素は、例えば、金属又はセラミックのような適切な捩り剛性材料で製造されたモノリシックブロックである。それは、射出成形部品又は焼結部品とすることができ、又は他に材料融除処理によって全体から機械加工された構成要素とすることができる。３Ｄ印刷による製作も可能である。構成要素はまた、例えばねじを使用して又は一体結合方式で互いに確実に結合された複数の部品から構成することができる。構成要素２９０又は装置２００は非常に小さくすることができるので、１０ｃｍのエッジ長さを有する立方体に完全に収まる。

励起チャネル及び発光チャネルの光学要素を受け入れるための複数の回転対称受け入れチャネル２９１−１、２９２−２、２９３が構成要素２９０内に形成される。発光チャネルの光学要素に対する受け入れチャネル２９３の長手方向中心軸線は、構成要素の平坦な前側に対して垂直にかつ（保持装置１８０が正確に結合されている場合は）平面インジケータ区域に対して垂直に広がる。励起ビーム経路の光学要素のための受け入れチャネルの長手方向中心軸線２９４−１、２９４−２などは、発光チャネルのそれに対してある角度で延びて横方向円錐面上に位置し、その先細端部は、保持装置１８０に面する。円錐角又は発光チャネルと励起チャネルの長手方向中心軸線間の角度は約４０°であるが、より小さく（例えば、２０°又はそれよりも大きい）又はより大きく（例えば、６０°又はそれ未満）することができる。長手方向中心軸線は、インジケータ区域の前面から離れた場所で交差する。

装置２００は、互いに光学的に分離されて発光チャネルの周りに均等に分配された６つの別々の励起チャネルを有し、従って、装置は、６つの受け入れチャネル２９２−１などを有し、それらは横方向円錐面の上に均等に分配される。これらは、インジケータに向けて段階的に小さくなる段付き直径の各部分を有する。図３に例示的に示すように、ビーム経路の光学要素は、この場合にはチューブ（単数）又は複数のチューブ（複数）と呼ぶ場合もあるスリーブ形状装着要素に個々に又はグループで装着される。装着要素は、構成要素２９０内の受け入れチャネルの割り当てられた部分に好ましくは遊びなく嵌合し、受け入れチャネルに連続的に押し込まれ、保持された光学要素がチャネルに沿うその想定位置に高精度で位置するように装置２００の組立中はそこに固定される。

励起放射線のための第１の結像系の光軸は、結果として光学系ホルダ２９０の受け入れチャネル２９２−１のような長手方向中心軸線と一致するので、励起チャネル及び発光チャネルも円錐状配置を形成し、励起チャネルの光軸は、発光チャネルを取り囲む横方向円錐面上に配置される。その場合に、発光チャネルの光軸は、円錐の軸線に沿って配置される。

光学要素は、その光学要素を受け入れるチューブを交換することによって容易に交換可能であり、必要であれば、異なる測定問題のための電気器具を再装備するために、チューブに他の光学要素を取り付けることによって置換することができる。

図２では、放射線区域２４０における放射線源２１０−１などの空間的配置、インジケータ区域１２０におけるインジケータ物質１２５−１などの空間的配置、及び受光区域２４５における発光放射線の受光区域の空間的配置が、特に端的に示されている。６つの別々の放射線源２１０−１などは、構成要素２９０の前側２９１の近くに位置する平面放射線区域にリング状配置又はリング状マトリクスを形成する。インジケータ物質１２５−１なども、平面インジケータ区域１３０に位置するリング状配置を形成する。発光が発光ビーム経路を通過した後、発光も、発光放射線がその受光区域に衝突する６つの互いに空間的に分離した区域で受光区域２４５内にリング状パターンを形成する。受光区域２４５における発光のパターンは、放射線源の、インジケータ物質の、及び発光のパターンからの総合的な結果である。このパターンは、放射線源のパターンと放射線源の下流側に配置された光学系とによって決定される。すなわち、波長選択デバイスの入口区域内の発光のパターンは、放射線源、励起ビーム経路内の光学要素、及び発光ビーム光路内の光学要素の配置によって事前決定可能である。

その配置は、個別のレシーバ２７０−１などがインジケータ物質１２５−１などの各々に割り当てられるようなものである。従って、例示的な場合では６つの個別のレシーバが設けられるので、レシーバの数は、有効放射線源の数又は励起チャネルの数に対応する。レシーバのない隙間がレシーバ間にある。レシーバは別々に調節可能である。例示的な場合では、半導体ベースの光電子増倍管、特にシリコンに基づくもの（Ｓｉ光電子増倍管、Ｓｉ−ＰＭＴ）がレシーバとして設けられる。これらは、高感度と震動に対するロバスト性とによって特徴付けられる。これに代えて、例えば、小設置寸法の従来型光電子増倍管又はフォトダイオードを使用することも可能である。この配置では、同じレシーバに割り当てられる２又は３以上のインジケータ物質は存在しないので、各レシーバは、高々正確に１つのインジケータ物質からの発光を受け入れることができるだけである。この結果として、選択性の高い測定が可能である。

励起ビーム経路及び発光ビーム光路は、逆向き形状に配置される。これは、励起ビーム経路及び発光ビーム経路がインジケータ１２０又はインジケータ区域の同じ側に配置されることを意味する。それによって光学構成要素の全てを光学装置２００内に又はハウジング１１０に収容することが可能になり、測定のために設けられるインジケータ１２０をハウジングから着脱可能な個別の保持装置１８０に収容することが可能になる。作動中に任意的にガスを担持する保持デバイス１８０の区域は、励起放射線及び発光放射線に対して透明な防護窓３６０によってビーム光路の区域から気密密封される（図３参照）。容易に交換可能な防護窓は、互いに差し込むことができる２つのスリーブ形状装着要素を有する専用装着デバイスにより保持される。

原則的に、逆向き形状を使用する測定の場合に生じる可能な問題は、鏡面反射を受けた励起放射線の強度がレシーバに到達し、測定感度又は信号対ノイズ比を悪くするということである。鏡面反射を受けた放射線は、反射区域（例えば、空気−インジケータ界面）からの射出角がその入射角に等しい放射線であることより特徴付けられる。鏡面反射を受けた放射線の測定感度への影響を低減するために、本発明の実施形態では特別な手段が取られる。

測定形状は、インジケータで鏡面反射を受けたために発光の測定を妨害する放射線が事実上受光区域に衝突することができず、その結果として測定を妨害することができないように設定される。これは、第１に、励起放射線の入射区域上のインジケータの面法線に関して励起及び発光の異なる角度を設けることによって達成される。励起放射線は、ある角度で平面インジケータ区域に衝突するが、発光ビーム経路の光軸はインジケータ区域に垂直である。第２に、励起ビーム経路の結像系（第１の結像系）及び発光ビーム経路の結像系（第２の結像系）の光軸は、インジケータ区域で交差せず、むしろインジケータ区域の前方に有意な距離（例えば、１ｍｍ又はそれ以上の程度）を隔てて交差する特殊性が規定されるので、光軸の交差点はインジケータ区域内で離れて位置するか又は互いに空間的に分離される。

説明目的のために、図４は、発光チャネルの光軸２５２と単一励起チャネルの光軸２２２−１とによって張られる平面における図解を示している。放射線源２１０−１から出る発散励起放射線は、最初に収束レンズ２２５によって平行化され、続いて拡散器形態のビーム整形器２２６に衝突し、それによって最初は不均一であった放射線の強度分布がより均一になる。拡散器２２６は、その下流側に配置されたピンホール絞り２２７を有し、そのピンホール絞りは拡散器から出る励起放射線によって均一に照明される。ピンホール絞りは、結果として非常に均一な強度プロファイルを有する（円形の）２次的な有効放射線を形成する。ピンホール絞りの下流側に次に適切な距離に配置されるのは、平凸レンズ形態の単レンズであり、その出口側には励起フィルタ２２９が来る。励起フィルタは帯域通過フィルタとして設計され、１次放射線源２１０−１によって放出された励起放射線の比較的狭帯域幅のスペクトルからインジケータ物質を励起するのに望ましい狭い波長範囲を選択するという目的を有する。特に、蛍光を測定すべきその長波長範囲にあるより長波長の放射線成分（例えば、ＬＥＤのより長波長強度の尾部）が阻止される。

この狭帯域幅の励起放射線は、インジケータ区域１３０内の第２のインジケータ物質１２５−１に衝突する。評価のために提供される放出放射線（発光）の成分は、発光チャネルを通ってレシーバに到達する。この場合には屈折力を有する光学要素、すなわち、平凸レンズ２５４を有する第２の結像系が発光チャネル内に置かれ、この第２の結像系は、その出口側に発光フィルタ２５５を伴う。発光フィルタは比較的広帯域の帯域通過フィルタとして設計され、特に、励起放射線の波長範囲からの波長（この場合には、約３７０ｎｍ前後）を遮るという目的を有する。対照的に、発光内のより長波長の蛍光放射線は、実質的に影響を受け入れることなく透過される。

図３又は４から、励起ビーム経路及び発光ビーム経路の光軸がインジケータ区域１３０の前方に距離を隔てた交点２５３で交差し、従って、発光ビーム経路上方の放射線源によって放出される励起放射線が発光ビーム経路の反対側で、すなわち、発光ビーム経路の光軸２５２との交点の下方でインジケータ区域１３０に衝突するということが非常に明らかである。一例として、交点は、インジケータ区域前方の１ｍｍ又はそれ以上に位置する場合がある。従って、励起放射線に関するインジケータ区域１３０内のインジケータ１２０への入射は、励起チャネルに関連付けられた結像系の光軸上にもたらされる（この結像系は、特にレンズ２２８を含む）。励起は、発光のための結像系の光軸の下方で生じる。その結果、インジケータ物質によって放出される発光１２５−１は、発光ビーム経路に入射すると、第２の結像系（発光ビーム経路の結像系）により、発光チャネルの光軸２５２上方の空間的に限られた区域に結像される。

これは、第１に、例示的な場合では発光チャネルの光軸周りに対称に配置される複数の励起チャネルを有する装置２００を作動させるのに有利である。その結果、受光区域２４５には良好な空間分解能が存在する。更に、この配置は、インジケータで鏡面反射を受けた励起放射線のいずれも発光チャネルの中に到達することができないという点で有利である。これは、特に、遮断の少ない費用効果の高いフィルタを使用することができ、又はフィルタを完全に省くことができるという利点を提供する。図４は、鏡面反射を受けた放射線２５６が、発光ビーム経路の結像系（第２の結像系）の開口に入らないことを端的に示している。励起放射線は、対応する励起チャネルの結像系の光軸に沿って進む。対照的に、発光放射線は発光チャネルの結像系の光軸に沿って進むのではなく、インジケータ区域と受光区域の間でその光軸と交差する。これは、全チャネルの発光放射線に当て嵌まる。それらは、発光ビーム経路の結像系内のサブチャネルを進み、そのサブチャネルは、いずれの場合もインジケータ区域１３０及び受光区域２４５の区域で互いに空間的に分離して存在する。

単一励起波長だけを使用して電気器具１００又は光学装置２００を作動させることが可能である。一例として、励起波長は近紫外範囲（例えば、３５０ｎｍから４００ｎｍ）にあるものとすることができるので、赤方偏移によってより長波長へスペクトル的にシフトされた蛍光放射線（発光放射線）は可視波長範囲にあり、適切なレシーバによって検出可能である。インジケータ物質は化学的及び物理的観点から互いに等しいとすることも可能なので、６つの名目上は同じ測定を同時に実行するができる。

しかし、化学的−物理的観点から異なる２又は３以上のインジケータ物質を使用することも可能である。一例として、爆発物の異なる等級又は群に対して異なるインジケータ物質を最適化することができる。一例として、３つの異なるタイプのインジケータ物質がそれぞれの場合にインジケータ区域内の使用場所の２つに位置するように装置を使用することができる。これらは、全て同じ励起波長で照射することができる。しかし、異なるインジケータ物質に適合した異なる励起波長を使用することも可能である。

装置２００は、全ての放射線源を切り換えて同時にアクティブであるように作動させることができる。この構成により、波長選択デバイスの入口区域内の発光が場所に関して互いに分離されるか又は空間的に互いに分離され、その結果、発光の相互重複なしで発光が分解可能であるように切り離されることが保証される。この構成により、複数の発光を使用する波長選択デバイスの入口区域への入射が同じ場所で同時に起こらないことが自動的に保証される。レシーバに対して局所的分離が提供されるので、異なるスペクトルの重複は存在することができない。

この配置の場合に、少なくとも部分的には、異なる励起チャネルに異なる励起波長を使用して作動させることも可能である。従って、例えば、２又は３以上のタイプの放射線源を使用することができ、その放射線源の各々は、異なる波長範囲の励起発光を発生する。一例として、３つの異なる波長範囲を使用することができ、その場合に、同一の励起波長がそれぞれに励起チャネルの２つに使用される。

図３を使用して、２つの異なる励起波長で単一励起チャネルを選択的に作動させることができる例示的実施形態を説明する。異なる励起波長を有するＬＥＤ形態の２つの放射線源３１０−１、３１０−２が担体３１２に取り付けられる。放射線源は、電気器具１００の制御デバイス１１５の機能上の構成要素とすることができるクロック発生器又はクロック３２０に接続される。クロック発生器を使用して、互いに別々に、特に交互に光源を切り換えることができるので、各場合に１つの励起波長だけが励起チャネルに結合される。

放射線源によって放出された発散放射線は、拡散器形態のビーム整形器３２６に入射する。ピンホール絞り３２７がビーム整形器の下流側に配置され、そのピンホール絞りの孔は光軸に関して中心に置かれる。この配置は、放射線源３１０−１、３１０−２のいずれを起動するかに関係なく、ピンホール絞りの孔は、起動した放射線源の放射線で均一に照明されるように構成される。すなわち、起動した１次放射線源の波長に対応する励起波長を有する２次放射線源が孔の区域に形成される。

従って、下流側の第２の結像系（この場合には単一平凸レンズを有する）は、複数の１次放射線源の代わりに単一場所（ピンホール絞りの孔）だけが「見える」。その結果、下流側ピンホール絞りを有する拡散器は、放射線源融合デバイス又は放射線融合デバイス３２８の機能を満たす。ピンホール絞りの区域に形成された仮想的又は２次的な放射線源は、異なる励起波長を放出することができ、その波長に依存して放射線源がクロック発生器により切り換えられてアクティブになる。３又は４以上の１次放射線源を有する対応する配置も可能である。そのような有効放射線源の増量は、単一励起チャネルに、複数の励起チャネルに、又は全ての励起チャネルに提供することができる。

上述のように、波長選択デバイス２６０は、特に、受光区域２４５に衝突する発光放射線から狭い波長範囲又は複数の狭い波長範囲を選択する機能を有し、結果としてその狭い波長範囲がレシーバを使用して測定可能である。図３の例では、波長選択デバイス２６０は、全てのレシーバに対して同じ波長範囲を通過させ、評価に不要な放射線成分を阻止する帯域通過フィルタ機構を有する。波長選択デバイスは、受光及び評価のための異なる波長範囲が異なるレシーバ又は異なる群のレシーバに通されるように設計することも可能である。従って、その場合に、必要に応じて、より広帯域の蛍光スペクトル内で複数の比較的狭い波長範囲を同時に測定して評価することが可能である。

図３の例示的実施例では、平凸レンズ２５４、任意的な発光フィルタ２５５（全レシーバに対する共通フィルタ）、全レシーバに対する共通フィルタとしてのショートパスフィルタ２５７、全レシーバに対する共通フィルタとしてのロングパスフィルタ２５８が、発光チャネルに配置されるか又は配置可能である。参照記号３６５は、帯域通過フィルタのためのホルダを示し、例えば、各レシーバに対して別々に設けることができる。この例では、このホルダは占有されていない。必要に応じて、ショートパスフィルタ２５７とロングパスフィルタ２５８の組合せは、発光フィルタの機能を有することができるので、別々の発光フィルタを省くことができる。

例示的実施形態では、原則的に、６つまでの異なる波長範囲を一緒に測定して評価することができ、その波長範囲は、望ましい場合にスペクトル的に互いに分離される。図３から明らかなように、波長選択デバイスのフィルタ要素は、レシーバ２７０−１などに対する担体を取り外した後で容易に交換可能な専用装着デバイス３６５に装着される。従って、単に波長選択デバイスを交換することによって同じレシーバを使用しながら、用途に対して異なるスペクトル範囲を選択することが可能である。フィルタホイールのような可動デバイスは必要とされない。

波長選択デバイスを必要としない例示的実施形態も存在するので、受光区域内の発光は、更に別のスペクトル的制限なしでレシーバに到達することができる。この場合に、レシーバのアクティブ区域は、受光区域２４５内に又はその近くに直接に配置することができる。

波長選択デバイスを設ける場合に、例えば、回折格子モノクロメータのスリットをその波長選択デバイスの入射平面に配置することができる。別々の帯域通過フィルタ又は階調フィルタを有するフィルタモノクロメータへの発光の定められた通過のための開口部を入口区域に局在化させることも可能である。受光区域と入口区域の間に他の光学要素を配置することができる。一例として、入口区域への受光区域の発光の入射を達成するために、結像要素又は複数の結像要素を有する結像系をそこに設けることができる。

本明細書で提案する概念は、必要に応じて、より多数の励起及び発光波長で測定するというオプションを提供する。この結果として、測定値の情報含有量は、潜在的に増すことができる。狭帯域幅光源の使用に起因して、完全走査型分光計と比較して波長の数及びスペクトル分解能を制限することができるので、現場作動に適する電気器具に収容することができる小設置サイズを有する装置を提供することができる。

一部の例示的実施形態では、紫外スペクトル範囲（３００から４００ｎｍ）内の３から９の励起波長及び可視スペクトル範囲（４００から７００ｎｍ）内の３から９の発光波長が使用される。主に着目する用途には完全な波長走査が必要とされないことが認識された。これに代えて、広帯域スペクトルに由来する狭帯域幅の波長範囲で十分である。

インジケータは、２又は３以上の異なるインジケータ物質を有することができ、その結果、選択性を増大させて外乱を低減することが可能である。複数の異なるインジケータ物質（例えば、２、３、４、又は５の異なるインジケータ物質）を使用する場合に、発光の変化をより良く特徴付けることができるということは事実であり、その結果、信号の解釈をより正確なものにすることができる。これは、誤差の低減、及び爆発物及び健康及び環境に関連する他の物質を識別する分野において測定の確実性の改善をもたらすことができる。

以下で多くの更に別の実施例を説明するが、その各々は、受光区域とレシーバ（１又は２以上）の間に任意的な波長選択デバイスが装備されている。実施例の励起ビーム経路は、いずれの場合も単一励起チャネルを有するだけであり、それは、全ての放射線源（１又は２以上）の放射線により、同時に又は時間的に連続してのいずれかで使用される。好ましくは、例示的実施形態では、例えば、２又は３から９のスペクトル的に異なる励起波長のような１よりも多い励起波長を使用する。概略図では、いずれの場合も同じか又は類似の構成要素又は特徴に対して同じ参照記号が使用される。

図５は、担体５２２を有するインジケータ５２０の発光を発生させて測定するための装置５００の例示的実施形態の概略図を示しており、担体５２２上にはインジケータ物質５２５（１又は２以上）が薄層として付加され、そのインジケータ物質５２５は、検体５９０によって入射されることが可能である。インジケータを担持する保持装置は示されていない。事前組立式装置又は事前組立式電気器具では、インジケータ物質は、インジケータ区域５３０に置かれ、インジケータ区域５３０は湾曲していてもよいが、例示的な場合では平面（インジケータ平面）である。放射線源５１０（１又は２以上）は（平面）放射線区域５４０に置かれる。これらの各々は、狭帯域幅を有し、起動時に準単色励起放射線を放出する。任意的なクロック５２４は、放射線源の一部又は全部を起動及び停止するように機能するので、場所に依存する及び／又は時間に依存する放射線源のパターンを放射線区域に生成することができる。

励起放射線をインジケータ区域５３０に結像するための励起ビーム経路は、例示的な場合では単一励起チャネルだけを有し、その単一励起チャネルはインジケータ区域に対して斜めに延び、励起チャネルの光軸を定める第１の結像系５２０−１を有する。励起チャネルは、インジケータまで伝播する励起放射線のための複数のサブチャネルを提供する。第１の結像系は単一レンズ（単レンズ）を有することができるが、任意的に、屈折力を有する複数の光学要素も含むことができる。一般的に、励起フィルタ５２９、及び一部の実施形態での任意的な第１ビーム整形器５２６は、結像ビーム経路内に置かれる。

発光ビーム経路は、例示的な場合では平面区域（受光平面）である受光区域５４５にインジケータ区域５３０を結像するのに役立つ。発光放射線を結像するための発光ビーム経路は、単一発光チャネルだけを有する。それは、インジケータから受光区域へ発光が伝播するための複数のサブチャネルを提供する。発光ビーム経路は第２の結像系５２０−２を含み、その光軸は、例示的な場合では平面インジケータ区域５３０に垂直である。図５の例では、発光ビーム経路は依然として発光フィルタ５５５を含むが、別の変形では省くことができる。発光方向に受光区域５４５に続くのは波長選択デバイス５６０であり、その入口区域５６２は図５では受光区域５４５に一致する。発光に対するレシーバ５７０（１又は２以上）は、波長選択デバイスの出口区域５６４又はその近くに配置される。レシーバは、受光区域５４５からの発光を受け入れるのに及び受け入れた発光を電気信号に変換するのに役立つ。一例として、レシーバは光電子増倍管として、特にシリコン光電子増倍管として構成することができる。

上述の実施形態と同様に、励起ビーム経路及び発光ビーム経路の光学要素を共通の光学系ホルダに統合することができる。その実現（単部品又は多部品ブロック内に光学要素のための受け入れチャネルを有する）は、先の例と同様であるものとすることができる。

装置５００は、より多数の励起波長及び発光波長の場合では発光を捕捉するように設計される。これを使用して、ある一定の用途において単一励起波長だけを有する変異に関する情報含有量を増すことができる。しかし、爆発物及び／又は環境及び健康へのリスクになる他の物質を検出するための現場作動に適する電気器具内で装置５００を使用することができるように、使用可能な波長の数及びスペクトル分解能は、走査型分光計と比較して装置５００により意図的に制限される。

以下に説明する例示的実施形態では、紫外スペクトル範囲（３００から４００ｎｍ）内の３から９の励起波長及び可視スペクトル範囲（４００から７００ｎｍ）内の３から９の発光波長が使用される。完全な波長走査は、必要とされず、構造上仮定もされない。より広帯域のスペクトルからの狭帯域幅波長範囲を使用することにより、十分な測定精度が装置で得られる。

インジケータ５２０は、複数のインジケータ物質を有し、かつ交換可能であり、その結果として、選択性を増大させ、外乱を低減することができる。それによって達成することができることは、発光の変化がより良く特徴付けられ、その結果として信号解釈がより正確になることであり、一部の等級の検体では有利になる場合がある。従来技術のソリューションと比較すると、これを使用して、誤差を低減し、爆発物及び健康及び環境に関連する他の物質を識別する分野において測定の確実性を改善することができる。

放射線区域５４０内の放射線源５１０は、励起放射線の脱結合された発光を担っており、この脱結合は、場所と時間の両方に関連付けることができる。一例として、励起放射線は、１つの場所で異なる時間に、又は異なる場所で１つの時間に、又は他に異なる場所で異なる時間に放出される場合がある。例示的な場合では、狭帯域幅励起放射線は、スペクトルエミッタ（ＬＥＤ）によって生成されるが、例えば、回折格子又はフィルタのような波長選択デバイスを利用して生成することができる。

放射線源５１０で占められた放射線区域５４０内の各場所は、ある一定の励起波長を表している。その結果、放射線区域は、場所に依存する放射線源のパターンを表している。クロック５２４を利用して、放射線源は、フラッシュ作動で作動することができ、すなわち、クロック発生器５２４による定められた方式で時間的に計時可能である（起動可能及び停止可能）。従って、放射線区域は、場所に依存する放射線源のパターンだけでなく、時間に依存した放射線源のパターンも表している。放射線区域は、平面又は湾曲した実施形態を有することができる。例示的な場合では、これは放射線平面である。

図６は、一例示的実施形態に関して、放射線区域５４０、インジケータ区域５３０、受光区域５４５、及び波長選択デバイス５６０の入口区域５６２における条件を提示している。

例示的な場合では、インジケータは、互いに隣接して置かれたストライプの形態で複数のインジケータ物質５２５−１から５２５−３がその上に付加された担体から実質的に構成される。従って、インジケータ区域は、場所に依存する（３つの）インジケータ物質のパターンを示している。放射線源は、適切な手段により、すなわち、結像ビーム経路の設計を通じてインジケータ区域の中に結像可能である。このようにして、インジケータ物質は、励起放射線によって励起されて発光する。インジケータ物質の発光は、励起放射線がインジケータ区域の上に結像されるちょうどその場所又は小面積区域で生成される。従って、インジケータ区域は、場所に依存するインジケータ物質のパターンだけでなく、時間に依存した発光のパターンも示している。ここで、その２つのパターンは、第１に、インジケータ物質５２５−１などが異なる波長の放射線源によってそれぞれに励起されて発光するように互いに適合させることができる。第２に、発光の場所及び時間依存性は、これを使用して波長選択デバイスの特性（例えば、波長選択デバイス５６０の入口区域及び出口区域のタイプ、及びレシーバ５７０のタイプ）を考慮することができるように設定される。その設定は、スペクトル分解された発光をレシーバでの相互重複なしで測定することができるようなものである。

放射線源及びインジケータ物質のパターンは、流れ条件に及び検体５９０によるインジケータへの入射の形状に対して適応可能であり、その逆も同様である。既に提示したように、その入射は、例えば、案内式空気流れの形態で達成することができる。他の例示的実施形態で上述したように、インジケータ物質５２５−１などが正確かつ定められた方式でインジケータ区域５３０内に位置決めされるように、インジケータ５２０は、保持装置を利用して装置５００に機械的に結合される。インジケータは、この保持装置を通じて容易に交換可能である。

インジケータ物質から出る発光は、適切な手段、すなわち、発光ビーム経路の設計により定められた方式で受光区域の中に結像する。従って、受光区域５４５は、場所及び時間に依存した発光のパターンを表している。発光は、受光平面から直接的に波長選択デバイスの入射平面に到達することができ、又は挿入された光学的手段によって影響を受ける場合がある。波長選択デバイス５６０を利用して全ての発光をスペクトル分解することができ、次に、その発光は、波長選択デバイスの出口区域の定められた場所に向けられる。レシーバ５７０（１又は２以上）は、そこに位置している。定められた場所に及び／又は定められた時間に（放射線源の時間的なクロックを通じて）スペクトル分解された発光で出口区域に入射することによって達成可能なことは、インジケータ区域の各場所からのスペクトル的に選択された発光を別々にかつ相互重複なしにレシーバ（１又は２以上）で受け入れて信号に変換することができるということである。

クロック５２４を使用する計時は、異なる方法で実行することができる。一例として、全ての放射線源は、時間オフセットを用いて連続して（すなわち、連続的に）計時することができ、又は他にその一部は、同時に計時することもできる。この構成は、複数の発光を有するレシーバ５７０への入射が同時に同じ場所では生じることがない条件が常に観察されるように設定される。空間的及び／又は時間的な分離をレシーバに提供することができるので、異なるスペクトルの重複は存在しない。一例として、複数のレシーバは、出口区域内の特定パターンに従って互いに距離を置いて１次元又は２次元のレシーバ配置に配置することができる。

装置５００全体は、モジュール式構成を有する。従って、例えば、励起ビーム経路及び／又は発光ビーム経路で干渉することなく放射線源５１０、インジケータ５２０、及び／又はレシーバ５７０を交換することが可能である。例えば、励起フィルタの及び／又は発光フィルタの及び／又は波長選択デバイスのスペクトル帯域幅は、これらの構成要素を交換することによって修正することができる。装置５００はまた、単一インジケータ物質を有する単一インジケータと単一放射線源とを装備するのに適している。装置５００は、可動部品を必要としない。これは、装置のロバスト性に及び現場作動での使用に対する適合性に寄与する。更に、幾何学的又は物理的ビームスプリッタが一切必要とされない又は設けられない。これは、特に測定感度に貢献する。

装置５００では、波長選択デバイスの入口区域内の発光のパターンは、タイプにより及び任意的に放射線源の分布と励起ビーム経路及び発光ビーム経路内の結像光学系とによって事前決定可能である。例示的な場合では、放射線区域５４０は、第１の結像系５２０−１の単一焦点距離の外側に局在化され、インジケータ区域５３０は、第２の結像系５２０−２の単一焦点距離の外側に局在化される。それによって達成可能なことは、第１の結像系が放射線区域をインジケータ区域の中に結像するということである。次に、放射線源５１０のパターンがインジケータ区域上に取り出され、発光の対応するパターンを生成する。第２の結像系５２０−２は、逆向き様式でインジケータ区域を受光区域の中に結像する。次に、発光のパターンが受光区域５４５に取り出される。これらの平面は、各場合にある距離で離間する。

逆向き形状のこの配置に起因して、インジケータ５２０は、特に容易に別々の要素として構成することができ、かつ光学装置５００から気密密封可能であるように具現化することができる。これは、特に、処理中に光学要素を損傷又は汚染することなくインジケータを交換する必要がある場合に有利である場合がある。更に、これはまた、測定過程を妨げることなく検体の吸着及び脱着を目的に定められた熱処理にインジケータを露出することを可能にする。

装置５００では、放射線区域５４０は、第１の結像系５２０−１の光軸に沿って及び／又はその横断方向に調節可能である。インジケータ区域５３０は、第１及び第２の結像系の光軸に沿って及び／又はその横断方向に調節可能である。この場合の光軸に沿う及び／又はその横断方向への可調節性は、放射線区域とその結像系の間の距離と、放射線区域と第１結像系の光軸の間の距離及び角度とを設定することが可能であることを意味する。同じことは、類似的にインジケータ区域に当て嵌まる。従って、インジケータ５２０で鏡面反射を受け、結果として発光測定を妨げる放射線は、受光区域に衝突することができず、従って波長選択デバイス５６０に到達することができないように測定形状を設定することができる（図４参照）。

更に、達成可能なことは、発光の異なるパターンをインジケータ区域上に達成することができるということである。従って、例えば、パターンの個々の要素のサイズ（直径）は、放射線区域の第１の結像系５２０−１からの定められた距離によって設定又は調節することができる。その結果、それは、発光の個々の要素のサイズ（インジケータ区域内の個々の放射線源の結像に対応する）を担体に付加された個々のインジケータ物質の面積範囲に適応させる必要がある場合に有利である場合がある。

第１の実施形態に関連して既に説明したように、励起フィルタ５２９及び発光フィルタ５５５は、同じ機能を有することができる。これらの構成要素を使用して、高い信号対ノイズ比で発光測定を行うことができる。

波長選択デバイス５６０は、１又は２以上のエッジフィルタを有するフィルタモノクロメータとすることができる。同じく、波長選択デバイスとしての回折格子モノクロメータを使用することも可能である。回折格子モノクロメータの場合では、入射平面は、多くの場合にスリットの形態に具現化され、発光は、そのスリットを通じて入力結合されなければならない。図６の例示的な場合では、放射線源５１０は、図６Ａに従って真っ直ぐな行又は列の形態で配置される。これらの放射線源は、第１の結像系５２０−１を通じて図６Ｂに従ってインジケータ区域５３０に結像される。例示的な場合では、３つのインジケータ物質がインジケータ区域にあり、そのインジケータ物質は、互いに隣接するストライプの形態で担体上に水平方向に付加される。各インジケータ物質は、３つの異なる波長λｉの励起放射線によって入射される。列（１次元マトリクス）として具現化された励起放射線のパターンが生じる。受光平面５４５（図６Ｃ）における発光の対応するパターン（１次元マトリクス）は、発光ビーム経路を通じた結像の結果として生じる。インジケータ区域で照明されたインジケータ物質の区域の像が存在する。この行の発光の全てが回折格子モノクロメータの入口スリットに入るように配置が調節される。入口区域内の発光の結像は、図６Ｃ又は６Ｄに従って３つの群、λ１からλ３、λ４からλ６、及びλ７からλ９に配置される。各群は、励起放射線の３つの波長でのインジケータ物質の発光を表している。一例として、インジケータ区域の照明された「スポット」のサイズは、１から２ｍｍの範囲にある場合があるが、そこから実質的に外れる場合もある。クロック発生器を使用する放射線源の時間的な計時は、放射線源が各群で時間的に連続して起動するように構成される。その結果、割り当てられたレシーバ上には、異なるスペクトル分解された発光の重複が存在しない。この構成によって達成することができることは、各インジケータ物質が、３つの異なる励起波長の場合に及びモノクロメータのタイプに依存して少なくとも３つの発光波長の場合に測定可能であるということである。従って、評価のための多くの情報含有量が存在する。

放射線源、発光、及び／又はインジケータ物質、及びその組合せの配置の他の空間的及び／又は時間的なパターンも可能である。図７の模式的な例では、関連の装置は、１又は２以上のスペクトル選択性フィルタを有するフィルタモノクロメータを波長選択要素として使用するように設計される。図７Ａにより、放射線源は、全部で１５個の別々に使用可能な放射線源を有する矩形マトリクスの形態に配置される。ここで、同じ行の放射線源は、それぞれに同じ励起波長（λ１、λ２又はλ３）を有するが、同じ列の放射線源は異なる励起波長を有する。簡単のために、３つの異なる励起波長λ１からλ３をここでは使用する。インジケータ区域への結像は、同様に２次元の３ｘ５マトリクスとして存在する照射スポットをもたらす（図７Ｂ）。ここで、インジケータは、互いに空間的に離れた全部で１５個の場所又は領域で３つの異なる励起波長により照射される単一インジケータ物質を担持するだけである。しかし、付加されたインジケータ物質の区域も、それぞれに照射される区域だけに実質的に対応することができる。発光ビーム経路内で結像することにより、受光平面５４５も、３ｘ５マトリクス形の結像した発光パターンと共に存在する。波長選択デバイスはフィルタの配置を有し、そのフィルタのパターンは、結像した発光のパターンに対応する。一例として、フィルタは同じ行で異なる波長を透過することができ、かつ同じ列で同じ波長を透過することができる。フィルタの波長は発光の波長に適合される。発光の波長範囲は、通常は励起放射線の波長範囲よりも長波長に位置するので、フィルタの波長λ_em1からλ_em5は、励起波長λ１からλ３より大きい。従って、例えば、励起波長λ１からλ３を３５０から４００ｎｍの範囲に設けることができ、発光波長λ_em1からλ_em5を４５０から６５０ｎｍの範囲に設けることができる。

ここでもまた、全部で１５個のレシーバを有するレシーバアレイが、波長選択デバイスの出口区域に配置される。これらのレシーバは、レシーバ要素のパターンが結像した発光のパターンに又はフィルタのパターンに対応するように局所的に分配される。その結果、正確に１つのフィルタが各レシーバ要素に割り当てられる。従って、例示的な場合では、レシーバは上下に重なる３つのラインから構成され、その各々は５つのレシーバ要素を含む（３ｘ５のレシーバアレイ）。この配置での発光のスペクトル分解能は、ライン方向に達成される。各ラインは定められた励起波長を表すので、スペクトル分解された発光は、５つの異なる発光波長と３つの異なる励起波長とに現れる。この配置では、放射線源の時間的な分離は必要とされず、全ての放射線源は、クロック発生器によって同時に起動することができる。

複数の個別のレシーバを有するレシーバアレイの代わりに単一レシーバだけを使用しようとする場合に、放射線源を連続的に計時することが可能である。インジケータはまた、複数のインジケータ物質を有することができる。

図８を使用して、ちょうど２つの異なるインジケータ物質５２５−１及び５２５−２がインジケータ区域５３０に設けられ、波長選択デバイスが１又は２以上のスペクトル選択性フィルタを使用して設計される例示的実施形態を説明する。図８Ａに従って１つの列に互いに離間した２つの放射線源５１０が使用される。対応する配置がインジケータ区域に現れ（図８Ｂ）、そこにはちょうど２つの異なるインジケータ物質が付加される。発光ビーム経路内で結像する結果として、図８Ｃに示されている互いに距離を置いて位置する２つの発光のパターンが受光区域に又は波長選択デバイスの入口区域に生じる。フィルタリングは、両発光に対して同じ波長範囲で行われ、そのために、共通フィルタ又はフィルタアレイを使用することができる。割り当てられたレシーバアレイは、２つの個別のレシーバ要素から構成される。放射線源は、クロック発生器を通じて同時に起動することができる。計時も可能である。従って、その場合に時間的な分離が達成されるように放射線源が連続的に計時される場合に、原則的に、単一レシーバを両発光に対して使用することができる。

原則的に、結像系に加えて、励起ビーム経路に及び／又は発光ビーム経路において、同様に調節可能にすることができる非結像光学系又はビーム形成器を使用することもなお可能である。図９の例示的な場合では、放射線区域５４０で１５個の放射線源の２次元３ｘ５マトリクスを使用する時に受光区域５４５の区域内の単一行（１次元マトリクス）だけに発光の配置を得るためにビーム整形器が関連の装置５００に使用される。従って、ビーム整形器を使用して像変換が統合される。例示的な場合では、円柱レンズ形態のビーム整形器５２６が、第１結像系５２０−１とインジケータ区域５３０の間の励起ビーム経路に導入される。その結果、放射線源５１０の２次元マトリクス配置を１次元マトリクスに、すなわち、照射スポットの行に結像することができる。従って、その場合はレシーバアレイのレシーバも１行に配置することができる。

異なる励起波長λ１からλ３に対して、放射線源は、クロック発生器で連続して起動することができる。同じ励起波長を有する放射線源（すなわち、行で互いに隣接して位置する放射線源）を同時に計時することができる。

励起放射線及び／又は発光の配置を再分配するためにビーム整形器が望ましい限り、光ファイバ束をビーム整形器として使用することも可能である。図１０の例では、そのようなビーム整形は、光学的及び空間的な距離を置いて受光区域の後方に位置する波長選択デバイスの受光区域５４５と、ビーム経路内でその受光区域に続く入口区域５６２との間で行われる。全部で９個の励起波長を有する全部で９個の放射線源が、放射線区域５４０に使用される。放射線源は、２次元の３ｘ３マトリクスの形態で配置される。インジケータ物質は、異なるインジケータ物質の３つの別々のストライプの形態で存在する。これらは、それぞれ、３つの波長で時間的に連続して励起される。その結果、同様に３ｘ３マトリクスの形態の場所に依存する発光のパターンが受光区域５４５に生じる。次に、波長選択デバイス５６０の受光区域５４５と入口区域５６２の間におけるビーム整形は、９つの放射線が３つの群に各場合に単一行又は列内に３つの異なる波長を含んで配置されるように選択される。この構成では、回折格子モノクロメータ又はフィルタモノクロメータを波長選択デバイスとして使用することができる。

図１１を使用して、ビーム整形器又は非結像光学系が励起ビーム経路（放射線区域５４０とインジケータ区域の間）と発光ビーム経路（インジケータ区域５３０と受光平面５４５の間）とに配置される変形を説明する。一例として、励起ビーム経路及び発光ビーム経路内のビーム整形器として円柱レンズを使用することができる。放射線源（図１１Ａ）は、ここでもまた、５ｘ３マトリクスの形態に配置され、３つの励起波長を使用する。励起ビーム経路のビーム整形器を通じて、５つの異なるインジケータ物質が互いに隣接して位置するストライプの形態で置かれているインジケータ区域５３０の上への結像が存在する。結像は、インジケータ物質の各々を時間的分離様式で３つの励起波長で照射することができるように行われる。放射線源は、単一行の形態でインジケータ物質の上に結像される。発光ビーム経路内の円柱レンズ形態のビーム整形器は、インジケータ区域の発光が受光区域５４５の単一点（有限の面積を有するスポット）の上に結像されるように設計される。この場合での第２の結像系は、複数のレンズから、すなわち、スプリッタとして具現化されるレンズアレイから構成され、発光の発散発光を平行化するレンズがインジケータ区域内のインジケータ物質の各々に及び従って各発光に割り当てられる。その結果、５つの異なる場所での平行発光は、ラインとして下流側の円柱レンズに供給される。円柱レンズは、発光の方向を中心発光の左右に変化させるが、中心発光の方向を変えないように構成される。励起ビーム経路及び発光ビーム経路の円柱レンズは、互いに対して９０°だけ回転している。

一例として、その入口スリットが定められた面積を有する点状又は円形方式に具現化された回折格子モノクロメータを波長選択デバイスとして使用することができる。この開口により、入口区域５６２の発光は常に同じ場所で波長選択デバイス内に結合する。回折格子モノクロメータでは、ライン形状実施形態を有する発光のスペクトル分解能が存在する。ライン形状レシーバアレイが回折格子モノクロメータの出口区域に配置され、そのレシーバアレイのレシーバは、発光のスペクトル分解能に適応されている。

この場合に、異なる励起波長λ１からλ３に対して、放射線源は、各場合にインジケータ区域の単一インジケータ物質だけに単一波長だけで励起放射線が入射するように連続してクロック発生器によって起動される。それによって達成することができることは、スペクトル分解された発光が、面倒な方式で重なることなく波長選択デバイスの中に別々に到達し、レシーバによって測定可能であるということである。

更に別の変形を図１２に基づいて説明する。第１に、インジケータの発光を励起放射線（蛍光、燐光）で生成することができる。しかし、第２に、その発光を化学反応（化学発光）で引き起こすことができる。従って、この変形では、蛍光の可能な２つのインジケータ物質５２５−１、５２５−２に加えて、化学発光の可能な（少なくとも）１つのインジケータ物質５２５−３もインジケータ区域５３０に配置される。波長選択デバイスの入口区域内の発光のパターンは、ここでは放射線源５１０、結像光学系、及びインジケータ区域内の化学発光インジケータ物質の配置によって事前決定可能である。化学発光物質の発光は、検体とインジケータ物質間の化学反応によって発生される。従って、この形態の発光には励起放射線は必要とされない。１又は２以上のインジケータ物質を定められた方式で担体上に付加することができる。ここで、この区域は、蛍光形態の発光のための放射線源の励起放射線が入射可能な区域の外側に位置する。従って、検体によって発生された発光は、励起放射線によって発生された発光のない受光平面内の場所に結像することができる。異なる発光の面倒な重複は存在しない。従って、その発光は、第１に励起放射線により、第２に化学反応による検体によって生成可能な異なるインジケータを共通の光学ユニットに使用することが可能である。その結果、選択性が改善し、外乱が低減される。しかし、光学ユニットで化学発光インジケータ物質だけを使用することも可能である。その場合に、励起放射線の放射線源は、配置又は使用する必要はない。

複数の発光（同じか又は異なる発光波長での）を使用する入口区域への入射が同じ場所で同時に生じないという条件は、例示的に説明した各場合で常に維持される。結像系、ビーム整形器、及び／又はクロックは、特に、１つの場所又は異なる場所での及び／又は異なる時間での発光を受光平面及び／又は波長選択デバイスの入口平面に入射させるように適切に配置されて作動される。

結果として、この出願の開示は、特に、励起放射線のための少なくとも１つの放射線源と発光を測定するための少なくとも１つのレシーバとを有し、担体と検体（５９０）によって入射することができる少なくとも１つのインジケータ物質とを有するインジケータの発光を発生させて測定するための装置を説明するものであり、装置は、準単色励起放射線を有する１又は２以上の放射線源が、放射線区域内の１つの場所に又は異なる場所に配置され、インジケータ区域に複数のインジケータ物質を有するインジケータが、発光を生成するために異なる場所で及び／又は異なる時間に励起放射線によって入射されることが可能であり、その発光は、受光区域の１つの場所又は異なる場所に関して受け入れ可能であり、波長選択デバイスの入口区域には、受光区域で受け入れられた発光が入射可能であり、発光を受け入れるための１又は２以上のレシーバが、波長選択デバイスの出口区域に配置されることによって特徴付けられ、放射線区域、インジケータ区域、及び受光区域は、定められた方式で離間され、装置は、波長選択デバイスの入口区域内の発光が、発光間の相互重複なしで波長選択デバイスによって分解されるように空間的及び時間的に脱結合されるように構成される。

発光を発生させて測定するための光学装置は、好ましくは、事前組立式電気器具の場合に、更に特に説明しないがディスプレイを有するロバストなハウジングに位置する。結合されたインジケータは、同じハウジングに又はそのハウジングから着脱可能な個別の専用ハウジングに位置することができる。検体を案内するための吸着及び脱着装置、電子機器、及び自律的無配線エネルギ供給部（バッテリ又は蓄電池）も、このハウジングに保持することができる。好ましい実施形態では、システム全体は、衝撃及び振動に起因する外乱の影響をほとんど受けない容易に搬送可能でコンパクトな手持ち式電気器具として具現化される。それは、防塵かつ防水であり、かつ広い温度範囲にわたって確実に作動することができる。

１００ 爆発物を検出するための電気器具
１２５−１ インジケータ物質
１９０ 検体
２００ インジケータの発光を発生させて測定するための装置
２１０−１ 放射線源

Claims (26)

1. インジケータ（１２０）の発光を発生させて測定するための装置（２００）を有する爆発物を検出するための可搬電気器具（１００）であって、
   前記インジケータは、担体（１２２）と、検体（１９０）によって衝突され得る複数のインジケータ物質（１２５−１、１２５−２）とを有し、該インジケータ物質は、薄層として該担体（１２２）の上に付加され、かつ保持装置（１８０）によってインジケータ区域（１３０）に位置決め可能であり、
   前記インジケータ物質（１２５−１、１２５−２）は、前記インジケータ区域（１３０）内の該インジケータ物質が場所に依存するインジケータ物質のパターンを表すように前記担体（１２２）の異なる領域に配置され、
   前記装置（２００）は、
   放射線区域（２４０）内の様々な場所に該放射線区域が該場所に依存する放射線源（２１０−１、２１０−２）のパターンを表すように配置された準単色励起放射線を放出するための複数の放射線源（２１０−１、２１０−２）と、
   励起放射線を前記インジケータ区域（１３０）内に前記インジケータ物質の発光が該励起放射線が該インジケータ区域上に結像される場所で生成可能であるように結像するための少なくとも１つの第１の結像系（２２０−１、２２０−２）を有する励起ビーム経路と、
   前記インジケータ区域を受光区域（２４５）内に発光のパターンが場所に依存して該受光区域内に生成可能であるように結像するための少なくとも１つの第２の結像系（２５０）を有する発光ビーム経路と、
   前記受光区域からの発光を受け入れるための及び該受け入れた発光を電気信号に変換するための複数のレシーバ（２７０−１、２７０−２）と、
   を含み、
   前記励起ビーム経路及び前記発光ビーム経路は、該励起ビーム経路及び該発光ビーム経路が前記インジケータ区域（１３０）の同じ側に配置されるように、逆向き形状で配置され、
   測定形状が、前記インジケータ（１２０）で鏡面反射を受けた励起放射線が前記受光区域（２４５）に衝突しないように設定され、該インジケータの面法線に対する励起放射線及び発光放射線の異なる角度が、該励起放射線が衝突する領域に与えられる
   ことを特徴とする可搬電気器具（１００）。
2. 前記励起ビーム経路の少なくとも１つの第１結像系（２２０−１、２２０−２）及び前記発光ビーム経路の少なくとも１つの第２結像系（２５０）の光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）が、３０°から５０°の範囲にある角度であることを特徴とする請求項１に記載の電気器具。
3. 前記励起ビーム経路の１又は２以上の第１結像系（２２０−１、２２０−２）及び前記発光ビーム経路の１又は２以上の第２結像系（２５０）の光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）が、前記第２結像系（２５０）と前記インジケータ区域（１３０）の間、前記インジケータ区域（１３０）の前のある距離で交差し、従って、該インジケータ区域（１３０）内の該光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）の交点が、横方向に離間していることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の電気器具。
4. 入口区域（２６２）及び出口区域（２６４）を有する波長選択デバイス（２６０）であって、該入口区域が、前記受光区域に受け入れられた前記発光によって入射されることが可能であり、前記レシーバ（２７０−１、２７０−２）が、該出口区域に配置される前記波長選択デバイス（２６０）を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気器具。
5. 個別のレシーバ（２７０−１、２７０−２）が、各インジケータ物質（１２５−１、１２５−２）に割り当てられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気器具。
6. 感光区域のない隙間が、前記レシーバ（２７０−１、２７０−２）間に位置し、及び／又は
   前記レシーバ（２７０−１、２７０−２）は、個々に調節可能である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気器具。
7. １又は２以上の放射線源（２１０−１、２１０−２）が、各インジケータ物質（１２５−１、１２５−２）に割り当てられ、放射線源が、高々１つのインジケータ物質に割り当てられ、従って、同じ放射線源に割り当てられる２又は３以上のインジケータ物質はないことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気器具。
8. 光電子増倍管、半導体ベースの光電子増倍管、又はフォトダイオードが、レシーバ（２７０−１、２７０−２）として使用されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気器具。
9. 前記励起ビーム経路は、複数の励起チャネルを有し、各励起チャネルが、該励起チャネルの光軸（２２２−１、２２２−２）を定める第１の結像系（２２０−１、２２０−２）を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電気器具。
10. 前記励起ビーム経路は、２から１０の別々の励起チャネルを有することを特徴とする請求項９に記載の電気器具。
11. 前記発光ビーム経路は、全ての発光のための共通の第２の結像系（２５０）を有し、該第２の結像系は、該発光ビーム経路の光軸（２５２）を定めることを特徴とする請求項９に記載の電気器具。
12. 各インジケータ区域に対して正確に１つの励起チャネルの規定が為され、従って、励起チャネルの数が、インジケータ領域の数に対応することを特徴とする請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の電気器具。
13. 前記励起チャネルは、発光チャネルに関して対称な配置を形成し、該配置は、前記発光ビーム経路の前記光軸（２５２）を含有する少なくとも１つの対称平面に関して鏡面対称であることを特徴とする請求項１１に記載の電気器具。
14. 前記励起チャネル及び前記発光チャネルは、円錐形配置を形成し、該励起チャネルの光軸（２２２−１、２２２−２）が、該発光チャネルを取り囲む横方向円錐面上に配置され、該発光チャネルの前記光軸（２５２）は、該円錐の軸線に沿って配置され、好ましくは、該励起チャネルの該光軸（２２２−１、２２２−２）及び該発光チャネルの該光軸（２５２）は、前記インジケータ区域（１３０）の前のある距離で交差し、従って、該インジケータ区域（１３０）内の該光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）の交点が、横方向に離間していることを特徴とする請求項１３に記載の電気器具。
15. ビーム整形器（３２６）が、放射線源と前記インジケータ区域（１３０）の間で励起チャネルに配置されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電気器具。
16. 前記ビーム整形器は、不均一な強度プロファイルを均一かつ急峻な強度プロファイルに変換するように設計されることを特徴とする請求項１５に記載の電気器具。
17. 放射線源（２１０−１、２１０−２）を起動するためのクロック（３２０）であって、全ての放射線源が連続して順番に計時されるか、又は該放射線源の一部が同時に計時されるか、又は全ての放射線源が同時に計時されるように構成された前記クロック（３２０）を特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電気器具。
18. 異なる励起波長を放出するための２又は３以上の放射線源（３１０−１、３１０−２）に割り当てられた少なくとも１つの励起チャネルであって、該放射線源が、クロック（３２０）によって交互に計時可能であり、放射線融合デバイス（３２８）が、該放射線源からの励起放射線の該励起チャネル内への選択的入力結合に対して設けられ、該放射線融合デバイスが、好ましくは、拡散器として作用するビーム整形器（３２６）及びピンホール絞り（３２７）を有する前記少なくとも１つの励起チャネルを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電気器具。
19. 前記励起ビーム経路の及び前記発光ビーム経路の全ての光学要素が、該光学要素のための光学系ホルダとして作用する単一構成要素（２９０）に一体化されることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の電気器具。
20. 少なくとも１つの励起チャネル及び１つの発光チャネルの前記光学要素を受け入れるための複数の受け入れチャネル（２９２−１、２９２−２、２９３）が、前記構成要素（２９０）に形成され、好ましくは、該光学要素は、該構成要素内の該受け入れチャネルの割り当てられた部分内に嵌合し、かつ該受け入れチャネル内に挿入することができ、かつ前記装置（２００）を組み立てる時にそこに係止することができる装着要素に個々に又はグループで装着されることを特徴とする請求項１９に記載の電気器具。
21. 前記レシーバの電気信号を受信するためにかつ該信号に含有された前記発光に関するスペクトル情報を評価するために該レシーバに接続された評価デバイスであって、該評価デバイスが、以下の情報項目：
    １又は２以上の求めている検体の量に関する情報項目と、
    １又は２以上の検体のタイプに関する情報と、
    のうちの少なくとも一方が確立可能であり、かつオペレータに出力することができるように構成され、該検体が１又は２以上の爆発物を含む前記評価デバイスを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の電気器具。
22. 励起放射線による照射及び少なくとも１つの爆発物を含有する検体との接触の場合にインジケータ物質によって放出される蛍光強度の減少又は増加を示す少なくとも１つの該インジケータ物質を有するインジケータが使用されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の電気器具。
23. 以下の特徴：
    電気器具が、電気器具を使用中に片手だけで保持することができるような手持ち式電気器具として設計されること、
    電気器具が、２キログラム未満、特に１．５キログラム未満の質量を有すること、
    電気器具が、それぞれ最大広がりの方向に測定した５０ｃｍ未満、特に４０ｃｍ未満の前記インジケータのための保持デバイスを含む設置サイズを有すること、
    前記保持装置は、前記インジケータの前記担体に付加されたインジケータ物質（１２５−１、１２５−２）を有する前記薄層が、前記インジケータ区域（１３０）に位置決めされるように前記装置（２００）に対して取り付けられること、
    のうちの少なくとも１つを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の電気器具。
24. 前記保持装置（１８０）は、１又は複数の前記求めている検体を担持するガス状媒体を吸引するための入口開口部を備えた送出空気コネクタ（１８２）を有し、該検体を有する該媒体は、流体チャネルシステムの補助によって前記インジケータ物質（１２５−１、１２５−２）の上で案内することができ、かつ排出空気コネクタ（１８４）によって該インジケータ物質と接触した後に該保持装置（１８０）から排出することができ、該保持装置は、好ましくは、該インジケータ物質との接触の前に該吸引された媒体を加熱するための加熱デバイス（１８５）を有することを特徴とする請求項２１に記載の電気器具。
25. 爆発物を検出するための請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の電気器具の使用であって、
    励起放射線による照射及び少なくとも１つの爆発物を含有する検体との接触の場合にインジケータ物質によって放出された蛍光強度の減少又は増加を示す少なくとも１つのインジケータ物質を有するインジケータが使用される、
    ことを特徴とする使用。
26. インジケータ（１２０）の発光を発生させて測定するための装置（２００）を有する爆発物を検出するための可搬電気器具（１００）であって、
    前記インジケータは、担体（１２２）と、検体（１９０）によって衝突され得る複数のインジケータ物質（１２５−１、１２５−２）とを有し、該インジケータ物質は、薄層として該担体（１２２）の上に付加され、かつ保持装置（１８０）によってインジケータ区域（１３０）に位置決め可能であり、
    前記インジケータ物質（１２５−１、１２５−２）は、前記インジケータ区域（１３０）内の該インジケータ物質が場所に依存するインジケータ物質のパターンを表すように前記担体（１２２）の異なる領域に配置され、
    前記装置（２００）は、
    放射線区域（２４０）内の様々な場所に該放射線区域が該場所に依存する放射線源（２１０−１、２１０−２）のパターンを表すように配置された準単色励起放射線を放出するための複数の放射線源（２１０−１、２１０−２）と、
    励起放射線を前記インジケータ区域（１３０）内に前記インジケータ物質の発光が該励起放射線が該インジケータ区域上に結像される場所で生成可能であるように結像するための少なくとも１つの第１の結像系（２２０−１、２２０−２）を有する励起ビーム経路と、
    前記インジケータ区域を受光区域（２４５）内に発光のパターンが場所に依存して該受光区域内に生成可能であるように結像するための少なくとも１つの第２の結像系（２５０）を有する発光ビーム経路と、
    前記受光区域からの発光を受け入れるための及び該受け入れた発光を電気信号に変換するための複数のレシーバ（２７０−１、２７０−２）と、
    を含み、
    前記励起ビーム経路の１又は２以上の第１結像系（２２０−１、２２０−２）及び前記発光ビーム経路の１又は２以上の第２結像系（２５０）の光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）が、前記第２結像系（２５０）と前記インジケータ区域（１３０）の間、前記インジケータ区域（１３０）の前のある距離で交差し、従って、該インジケータ区域（１３０）内の該光軸（２２２−１、２２２−２、２５２）の交点が、横方向に離間している ことを特徴とする可搬電気器具（１００）。

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