NO150935B

NO150935B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR DETECTING FLUORESCENCE UNDER COMMON LIGHTING CONDITIONS

Info

Publication number: NO150935B
Application number: NO812462A
Authority: NO
Inventors: Homer Fay
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1984-10-01
Also published as: NO812462L; NO150935C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår detektering av fluorescens-materiale under vanlige lysbetingelser. Mere spesielt angår den detektering av fluorescente mineraler i dagslys. The present invention relates to the detection of fluorescence material under normal light conditions. More particularly, it concerns the detection of fluorescent minerals in daylight.

Bruken av fluorescens ved detektering og identifikasjon av mineraler er velkjent. Mange wolframater og molybdater f.eks. slik som scheelitt (CaW04), povelitt (CaMo04) og disses faste oppløsninger er sterkt fluorescerende. Eksi-tering av scheelitt krever ultrafiolett bestråling med kort bølgelengde, mens povelitt eksiteres ved noe lengre bølge-lengde. Prospektering av slike mineraler i dag medfører vanligvis bruk av en lavtrykks kvikksølvutladningslampe. The use of fluorescence in the detection and identification of minerals is well known. Many tungstates and molybdates, e.g. such as scheelite (CaW04), povelite (CaMo04) and their solid solutions are strongly fluorescent. Excitation of scheelite requires ultraviolet irradiation with a short wavelength, while povelite is excited at a somewhat longer wavelength. Prospecting for such minerals today usually involves the use of a low-pressure mercury discharge lamp.

Bærbare kvikksølvlamper er kommersielt tilgjengelige for mineralprospektering og blir vanligvis benyttet for å påvise scheelitt i dagforekomster. Mens slike lamper er brukbare til nattestid er det ikke mulig å påvise fluorescente mineraler når bakgrunnsbelysningen er betydelig. Selv lyst måneskinn kan forhindre effektiv bruk. Den ytterligere mangel er at lampen må holdes nær stenen for å oppnå tilstrekkelig bestråling. Portable mercury lamps are commercially available for mineral prospecting and are commonly used to detect scheelite in opencast deposits. While such lamps are usable at night, it is not possible to detect fluorescent minerals when the background lighting is significant. Even bright moonlight can prevent effective use. The further shortcoming is that the lamp must be kept close to the stone to achieve sufficient irradiation.

De praktiske vanskeligheter ved nattprospektering er mang-foldige. Det er selvfølgelig farlig, spesielt i de mere fjellrike områder, på grunn av den konstante risiko for å gli og å falle så vel som behovet for å være oppmerksom på giftige reptiler og insekter. En annen hovedvanskelig- The practical difficulties of night prospecting are manifold. It is of course dangerous, especially in the more mountainous areas, due to the constant risk of slipping and falling as well as the need to be aware of poisonous reptiles and insects. Another main diffi-

het er orienteringsproblemet, dvs. behovet for å være i stand til å erkjenne og å identifisere i dagslys de lovende områder som finnes om natten. het is the problem of orientation, i.e. the need to be able to recognize and to identify in daylight the promising areas that exist at night.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en måte for visuelt å detektere fluorescente materialer under dagslysbetingelser. Ytterligere en gjenstand er å tilveiebringe slik detektering i større avstand fra det fluorescente materiale enn det som til nå er gjennom-førlig. The object of the present invention is therefore to provide a way to visually detect fluorescent materials under daylight conditions. A further object is to provide such detection at a greater distance from the fluorescent material than is currently feasible.

Det er nå oppdaget at gjenstanden for oppfinnelsen kan oppnås ved å pulse en kilde for fluorescensstimulerende bestråling under synkron portføring av transmisjonen av bestrålingen som betraktes av øyet. Scenen betraktes under eller kort etter pulsen av stimulerende bestråling i løpet av hvilket tidsrom fluorescensen dannes av materialet som skal detekteres, slik som et mineral tilstede i en malm-prøve. Bakgrunnsbestrålingen slik som fra reflektert sol-lys, moduleres ikke synkront og bakgrunnsbestrålingen redu-seres effektivt ved svekking eller stopping av transmisjonen til øyet for meget av tiden når materialet ikke bestråles av den pulsede kilde for stimulerende bestråling. It has now been discovered that the object of the invention can be achieved by pulsing a source of fluorescence stimulating irradiation while synchronously gating the transmission of the irradiation as viewed by the eye. The scene is viewed during or shortly after the pulse of stimulating irradiation during which time the fluorescence is produced by the material to be detected, such as a mineral present in an ore sample. The background radiation such as from reflected sunlight is not modulated synchronously and the background radiation is effectively reduced by weakening or stopping the transmission to the eye for much of the time when the material is not irradiated by the pulsed source of stimulating radiation.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for detektering av nærværet av et fluorescerende materiale, som omfatter å observere materiale gjennom en portapertur som åpnes i perioder av bestemt varighet med på forhånd bestemte intervaller under samtidig eksponering av materialet til periodiske pulser av stimulerende lys med en bølgelengde egnet til å forårsake fluorescens i materialet idet avfyringen av de stimulerende lyspulser synkroniseres med åpningen av portaperturen, hvorved aperturen er åpen i det minste en del av perioden under hvilken fluorescens dannes av de stimulerende lyspulser, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at varigheten av en individuell åpning av portaperturen justeres for å gi en ønsket grad av svekking av omgivelseslyset som foreligger, idet de stimulerende lyspulser avfyres med en frekvens som er lavere enn øyets flimmerfusjonsfrekvens og portaperturen åpnes med en frekvens som er et multippel av avfyringsfrekvensen og ligger over flimmerfusjonsfrekvensen, hvorved øyet oppfatter et pulserende lys fra det fluorescerende materialet i kontrast til et stadig og svekket lys fra omgivelsene, slik at detektering også kan foregå under dagslysbetingelser. Accordingly, the present invention relates to a method for detecting the presence of a fluorescent material, which comprises observing material through a portaperture which is opened for periods of determined duration at predetermined intervals while simultaneously exposing the material to periodic pulses of stimulating light with a wavelength suitable to cause fluorescence in the material as the firing of the stimulating light pulses is synchronized with the opening of the portaperture, whereby the aperture is open for at least part of the period during which fluorescence is formed by the stimulating light pulses, and this method is characterized by the duration of a individual opening of the portaperture is adjusted to provide a desired degree of attenuation of the ambient light present, the stimulating light pulses being fired at a frequency lower than the eye's flicker fusion frequency and the portaperture being opened at a frequency that is a multiple of the firing frequency and above the flicker fusion frequency, whereby the eye perceives a pulsating light from the fluorescent material in contrast to a constant and weakened light from the surroundings, so that detection can also take place under daylight conditions.

Oppfinnelsen angår også en innretning for gjennomføring The invention also relates to a device for implementation

av den ovenfor angitte fremgangsmåte, der innretningen omfatter en pulset kilde for stimulerende lys med bølge-lengde egnet til å forårsake fluorescens i materialet, of the above-mentioned method, where the device comprises a pulsed source of stimulating light with a wavelength suitable to cause fluorescence in the material,

i stand til pulsing med på forhånd bestemt frekvens, en vanligvis lukket portapertur i stand til åpning i tidsrom av bestemt varighet med på forhånd bestemte intervaller og kontrollinnretninger i stand til synkronisering av avfyringen av de stimulerende lyspulser med åpningen av aperturen, og oppfinnelsen karakteriseres ved en innretning til justering av varigheten av den individuelle åpning av portaperturen, samt en innretning til innstilling av forholdet mellom åpningsfrekvensen og avfyringsfrekvensen. capable of pulsing with a predetermined frequency, a normally closed portaperture capable of opening for periods of predetermined duration at predetermined intervals and control devices capable of synchronizing the firing of the stimulating light pulses with the opening of the aperture, and the invention is characterized by a device for adjusting the duration of the individual opening of the portaperture, as well as a device for setting the relationship between the opening frequency and the firing frequency.

En apparatur ifølge oppfinnelsen består som angitt av tre hovedelementer. Det første er en kilde for ultrafiolett stråling som kan pulses for å gi korte perioder av intens bestråling med lav gjentagelseshastighet og å rette denne bestråling i en smal stråle mot målet. Egnede kilder er lasere og lynlys. Det andre element er en apertur eller en lukker som kan stilles "åpen" for å transmittere synlige optiske stråler med god nøyaktighet og stilles "lukket" for å blokkere eller svekke disse stråler. Det kan være en mekanisk lukker eller fortrinnsvis en elektro-optisk modulator. Det siste element inkluderer en elektrisk kraftkilde og nett og logiske kretser for å regulere og synkronisere driften av kilden og aperturen. An apparatus according to the invention consists, as indicated, of three main elements. The first is a source of ultraviolet radiation that can be pulsed to provide short periods of intense irradiation at a low repetition rate and direct this irradiation in a narrow beam at the target. Suitable sources are lasers and lightning. The second element is an aperture or shutter that can be set "open" to transmit visible optical rays with good accuracy and set "closed" to block or attenuate these rays. It can be a mechanical shutter or preferably an electro-optical modulator. The last element includes an electrical power source and network and logic circuits to regulate and synchronize the operation of the source and the aperture.

Ved kombinasjonen av en bærbar kilde med intenst pulset By the combination of a portable source with intense pulse

lys, portaperturer i en ansiktsmaske eller briller som kan bæres i lengre tidsrom, bærbar kraftkilde og bærbare kontrollenheter for å synkronisere aperturen og det pulsede lys, oppnås det en innretning som for første gang gjør det praktisk mulig å prospektere i dagslys etter fluorescente mineraler. Den samme synergistiske kombinasjon, med eller uten portføringstrekket, muliggjør visuell detektering av forskjellige andre fluorescente materialer under vanlige lysbetingelser. light, portapertures in a face mask or goggles that can be worn for extended periods of time, portable power source and portable control units to synchronize the aperture and the pulsed light, a device is achieved which for the first time makes daylight prospecting for fluorescent minerals practically possible. The same synergistic combination, with or without the gating feature, enables the visual detection of various other fluorescent materials under normal lighting conditions.

Innenfor rammen av oppfinnelsen ligger det også å benytte en fotografisk film i sted for det menneskelige øye samt et kamera eller en annen egnet mekanisk innretning for å feste billede av fluorescerende materiale på filmen. Within the scope of the invention, it is also possible to use a photographic film instead of the human eye as well as a camera or other suitable mechanical device to fix an image of fluorescent material on the film.

Signalelementet ifølge oppfinnelsen er en kilde for fluorescensstimulerende stråler. Denne kan være en hvilken som helst kilde som kan aktiveres for å gi pulser av bestråling med tilstrekkelig styrke .til å oppnå øyeblikkelig eksitert fluorescerende stråling som er like sterk eller sterkere enn bakgrunnsstrålingen. Der portføringen er ønskelig, er det viktig at kraftkravene for strålingskilden ikke overskrider evnen for en bærbar kraftkilde. The signal element according to the invention is a source for fluorescence stimulating rays. This can be any source that can be activated to provide pulses of irradiation of sufficient strength to obtain instantaneously excited fluorescent radiation as strong as or stronger than the background radiation. Where gate guidance is desired, it is important that the power requirements for the radiation source do not exceed the capability of a portable power source.

For å oppnå et høyt belysningsnivå bør den stimulerende bestråling avgis i korte pulser i en optisk stråle med lav divergens. To achieve a high level of illumination, the stimulating irradiation should be delivered in short pulses in an optical beam with low divergence.

Laserkilder er spesielt egnet med henblikk med kravene ifølge oppfinnelsen. Flere forskjellige typer ultrafiolette lasere kan benyttes. Eksimerlasere slik som ArF og KrF danner koherent ultrafiolett stråling direkte og KrF-lase-ren er spesielt egnet ifølge oppfinnelsen. I en annen utførelsesform kan en gasslaser slik som Ar/Kr frekvens-dobles i en ikke lineær harmonisk genererende krystall. Faste infrarøde lasere slik som Ndrglass og Nd:YAG kan frekvenskvadrupleres for å oppnå ultrafiolette stråler. Slike lasertyper er kommersielt tilgjengelige og kan alle benyttes til å gi submikrosekundpulser med intens energi i stråler med lav stråledivergens. Laser sources are particularly suitable for the purposes of the claims according to the invention. Several different types of ultraviolet lasers can be used. Excimer lasers such as ArF and KrF form coherent ultraviolet radiation directly and the KrF laser is particularly suitable according to the invention. In another embodiment, a gas laser such as Ar/Kr can be frequency-doubled in a non-linear harmonic generating crystal. Fixed infrared lasers such as Ndrglass and Nd:YAG can be frequency quadrupled to obtain ultraviolet rays. Such laser types are commercially available and can all be used to provide submicrosecond pulses of intense energy in beams with low beam divergence.

Lynlys er også egnet til bruk ifølge oppfinnelsen, spesielt når avstanden ikke er stor og den smale stråledivergens ikke er kritisk. Xenonfylte lynlys er funnet å være spesielt egnet ifølge oppfinnelsen. Det skal bemerkes at Xenonfylte lamper kan gi lys både i ultrafiolett og synlige områder i spekteret. Lightning is also suitable for use according to the invention, especially when the distance is not great and the narrow beam divergence is not critical. Xenon-filled lightning lights have been found to be particularly suitable according to the invention. It should be noted that Xenon-filled lamps can provide light both in the ultraviolet and visible areas of the spectrum.

Strålingskilden uansett om den er laser, lynlys eller annen bør fortrinnsvis avgi energien i meget korte pulser slik at det øyeblikkelige stimuleringsnivå er meget høyt og den tilsvarende fluorescente emisjon vil ha en intensitet som øyeblikkelig i det vesentlige overskrider reflektert bakgrunnsstråling. The radiation source, regardless of whether it is a laser, lightning or other, should preferably emit the energy in very short pulses so that the instantaneous stimulation level is very high and the corresponding fluorescent emission will have an intensity that immediately substantially exceeds reflected background radiation.

Aperturen som svekker bakgrunnsstrålingen kan være en hvilken som helst innretning som kan stilles "åpen", dvs. betjenes for å åpne aperturen, i perioder på 10 millisekunder eller mindre med en repetisjonshastighet eller frekvens på 10 hertz eller mer. således er en mekanisk lukker av den type som benyttes i høyhastighetskameraer egnet. En foretrukket lukkertype for oppfinnelsen er kombinasjonen av to polariserte plater av motsatt orientering på hver side av et elektrisk dobbeltbrytende glass-, krystall-eller keramisk materiale for å danne et "vindu" som kan anbringes i en betraktningsåpning eller apertur, eller som kan innpasses i en ansiktsmaske eller briller for bær-barhet. Et slikt vindu transmitterer normalt det vanlig, synlige spektrum, men kan eventuelt ha et filter for å blokkere konkurrerende bølgelengder og således gjøre fluorescensen lettere observerbar. Glass-, krystall- eller det keramiske materiale i vinduet kan i seg selv være opakt overfor ultrafiolett lys, eller hvis det ikke er det, kan det benyttes et spesielt ultrafiolett filter i forbindelse med det for å beskytte seerens øyne. The background radiation attenuation aperture may be any device that can be set "open", ie operated to open the aperture, for periods of 10 milliseconds or less at a repetition rate or frequency of 10 hertz or more. thus a mechanical shutter of the type used in high-speed cameras is suitable. A preferred type of shutter for the invention is the combination of two polarized plates of opposite orientation on either side of an electrically birefringent glass, crystal or ceramic material to form a "window" which can be placed in a viewing opening or aperture, or which can be fitted into a face mask or glasses for portability. Such a window normally transmits the normal, visible spectrum, but may optionally have a filter to block competing wavelengths and thus make the fluorescence easier to observe. The glass, crystal or ceramic material of the window may itself be opaque to ultraviolet light, or if it is not, a special ultraviolet filter may be used in conjunction with it to protect the viewer's eyes.

I et slikt vindu tjener paret av motsatt orienterte eller "kryssede" polariserte ark på motsatte sider av det elektrisk dobbeltbrytende materiale til å redusere den synlige transmisjon til en minimal mengde når materialet er i vanlig eller "av" tilstand uten pålagt spenning. Når en egnet spenningspuls legges på det elektrisk dobbeltbrytende materiale, blir dobbeltbrytningen indusert og får materialet til å virke som en bølgeretarderingsplate. Ved dette dreier den effektivt polariseringsplanet for lyset som har gått gjennom det første polariserte ark for å tillate at lyset går gjennom det andre eller vanligvis "kryssede" In such a window, the pair of oppositely oriented or "crossed" polarized sheets on opposite sides of the electrically birefringent material serve to reduce the visible transmission to a minimal amount when the material is in the normal or "off" state with no voltage applied. When a suitable voltage pulse is applied to the electrically birefringent material, the birefringence is induced and causes the material to act as a wave retarder plate. In doing so, it effectively rotates the plane of polarization of the light that has passed through the first polarized sheet to allow the light to pass through the second or usually "crossed"

polariserte ark. polarized sheets.

I denne "åpne" tilstand transmitterer vinduet opptil 50% av innfalne synlig stråling. Transparente keramiske materialer slik som blylantamzirconattitanat (PLZT) viser sterk elektro-optisk kopling når en spenning legges på. Kombinert med polariserende plater som er "krysset" gir In this "open" state, the window transmits up to 50% of incident visible radiation. Transparent ceramic materials such as lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) exhibit strong electro-optical coupling when a voltage is applied. Combined with polarizing plates that are "crossed" gives

de en hurtigvirkende optisk transmisjonsmodulator som har vist seg spesielt effektiv ifølge oppfinnelsen. de a fast-acting optical transmission modulator which has proven particularly effective according to the invention.

Vinduet holdes i "lukket" stilling med meget lite visuell-transmisjon bortsett fra et kort tidsintervall t^ i løpet av hvilket transmisjonen i vinduet settes "åpen". Denne prosess gjentas med en periode t2 . Pulsrepetisjonsfrekven-sen f2 for "åpen" tilstand, f2 = l/t2, velges fortrinnsvis til 3 0 hertz eller derover for å forhindre at betrakterens øye detekterer flimring i omgivelsesillumineringen eller vanlig betraktningslys. Den relative tidsmengde vinduet er "åpent", kalt "tjenestesyklus", er d = ^ 2.^ 2' Intensi-teten for bakgrunnsstrålingen eller omgivelseslyset som sees av betrakteren er lik den ikke-svekkede intensitet multiplisert med den gjennomsnittlige transmisjon som er omtrent transmisjonen i "åpen" tilstand multiplisert med tjenestesyklusen. således sees det at den forekommende bakgrunnsintensitet eller gjennomsnittlige lyshet for det betraktede bilde, i sterk grad kan svekkes ved å benytte et "elektro-optisk" vindu ved å justere tidsintervallene for en kort tjenestesyklus. The window is kept in the "closed" position with very little visual transmission except for a short time interval t^ during which the transmission in the window is set "open". This process is repeated with a period t2. The pulse repetition frequency f2 for the "open" condition, f2 = l/t2, is preferably chosen to be 30 hertz or above to prevent the viewer's eye from detecting flicker in the ambient illumination or ordinary viewing light. The relative amount of time the window is "open", called the "duty cycle", is d = ^ 2.^ 2' The intensity of the background radiation or ambient light seen by the viewer is equal to the unattenuated intensity multiplied by the average transmission which is approximately the transmission in the "open" state multiplied by the duty cycle. thus it is seen that the occurring background intensity or average brightness of the considered image can be greatly weakened by using an "electro-optical" window by adjusting the time intervals for a short duty cycle.

Avfyringen eller pulsingen av strålingskilden må åpenbart koordineres og synkroniseres med åpningen av lukkeren i aperturen eller betraktningsporten. Ved vanlig drift vil lukkeren være åpnet et tilstrekkelig antall ganger pr. sekund til å være over den såkalte "flimmerfusjonsfrekvensen" og således gi betrakteren et relativt vanlig visuelt inntrykk av bakgrunnsstrålingssignalet eller belysningen, bortsett fra selvfølgelig at bestrålingen eller belysningen er vesentlig redusert i intensitet. Stimuleringslyskilden for fluorescensen vil vanligvis avfyres mindre hyppig enn porten åpnes, idet avfyringen skjer ved en frekvens som er en integral brøkdel av frekvensen av lukkeråpningen. The firing or pulsing of the radiation source must obviously be coordinated and synchronized with the opening of the shutter in the aperture or viewing port. In normal operation, the shutter will be opened a sufficient number of times per second to be above the so-called "flicker fusion frequency" and thus give the viewer a relatively normal visual impression of the background radiation signal or illumination, except of course that the irradiation or illumination is substantially reduced in intensity. The stimulation light source for the fluorescence will usually be fired less frequently than the gate is opened, the firing occurring at a frequency which is an integral fraction of the frequency of the shutter opening.

De fluorescerende pulser kan således eksiteres til å inntre med en repetisjonsgrad som er under flimmerfusjonsfrekvensen for å øke synligheten av det fluorescerende materiale. The fluorescent pulses can thus be excited to occur at a repetition rate below the flicker fusion frequency to increase the visibility of the fluorescent material.

Det er velkjent at lynlys eller pulserende lys lettere oppfattes enn s.tabilt lys i en bakgrunn av stabil stråling. Videre kan den tilsynelatende lyshet for en slik pulserende kilde være større enn den for en stabil kilde med den samme maksimale intensitet. It is well known that lightning or pulsating light is easier to perceive than stable light in a background of stable radiation. Furthermore, the apparent brightness of such a pulsating source may be greater than that of a stable source with the same maximum intensity.

I de fleste tilfeller vil det stimulerende lys kun avfyres In most cases, the stimulating light will only fire

når lukkeren er åpen. I de heller lite hyppige tilfeller der fluoresceringsnedbrytningstiden er relativt lang kan den stimulerte lyskilde fordelaktig pulses umiddelbart før lukkeren åpnes. when the shutter is open. In the rather infrequent cases where the fluorescence decay time is relatively long, the stimulated light source can advantageously be pulsed immediately before the shutter is opened.

I en typisk anvendelse av oppfinnelsen vil vinduet eller lukkeren i aperturen eller betraktningsåpningen åpnes 48 ganger pr. sekund, mens det stimulerende lys vil pulses hver åttende åpning av lukkeren med en repetisjonshastighet på seks pulser pr. sekund. Mens repetisjonsgraden for avfyring av lyset kan være så høy som frekvensen for lukkeråpningen, er den vanligvis mindre og en integralbrøkdel av lukkerfrekvensen for å sikre at pulsingen av lyset opptrer kun når lukkeren eller vinduet er åpent. Forholdet mellom frekvensen i hertz for åpningen av lukkeren eller portaperturen og pulsfrekvensen i hertz for det stimulerende lys er fra ca. 30:1 til ca. 3:1. Frekvensen for åpning av vinduet eller lukkeren eller en annen portapertur er fra ca. 30 In a typical application of the invention, the window or shutter in the aperture or viewing opening will be opened 48 times per second. second, while the stimulating light will be pulsed every eighth opening of the shutter at a repetition rate of six pulses per second. second. While the light firing repetition rate can be as high as the shutter opening frequency, it is usually less and an integral fraction of the shutter frequency to ensure that the pulsing of the light occurs only when the shutter or window is open. The ratio between the frequency in hertz for the opening of the shutter or portaperture and the pulse frequency in hertz for the stimulating light is from approx. 30:1 to approx. 3:1. The frequency for opening the window or the shutter or another portaperture is from approx. 30

hertz til ca. 100 hertz. Frekvensen for pulsene av det stimulerende lys er mellom ca. 3 hertz og ca. 100 hertz. hertz to approx. 100 hertz. The frequency of the pulses of the stimulating light is between approx. 3 hertz and approx. 100 hertz.

De virkelige midler for koordinering og synkronisering The real means of coordination and synchronization

av åpningen av portaperturen eller lukkeren med pulsing av det stimulerende lys vil selvfølgelig avhenge av typen lukker og type kilde for det stimulerende lys. Generelt of the opening of the portaperture or the shutter with pulsing of the stimulating light will of course depend on the type of shutter and type of source for the stimulating light. Generally

foretrekkes elektroniske kontroller på grunn av deres hastighet og pålitelighet. Slike kontroller justeres lett til varierende betingelser og kan lett gjøres bærbare. En egnet kontrollenhet omfatter en oscillator eller en funksjonelt tilsvarende elektronisk innretning som når den mates fra en egnet kraftkilde gir hurtige primærspenningspulser med en justerbar på forhånd bestemt repetisjonsfrekvens. Disse primærspenningspulsene benyttes for å synkronisere driften av portaperturen eller lukkeren med driften av det stimulerende lys. electronic controls are preferred because of their speed and reliability. Such controls are easily adjusted to varying conditions and can easily be made portable. A suitable control unit comprises an oscillator or a functionally equivalent electronic device which, when fed from a suitable power source, produces rapid primary voltage pulses with an adjustable, predetermined repetition frequency. These primary voltage pulses are used to synchronize the operation of the gate aperture or shutter with the operation of the stimulating light.

I en typisk utførelsesform av oppfinnelsen blir primærspennings-pulsen modifisert ved elektroniske kretser for å gi apertur-sekundærspenningspulser med samme repetisjonsfrekvens, In a typical embodiment of the invention, the primary voltage pulse is modified by electronic circuits to provide aperture secondary voltage pulses with the same repetition frequency,

men med en pulsbredde justerbar fra et minimum på mindre enn 100 mikrosekunder til et maksimum tilsvarende den inverse verdi av repetisjonsfrekvensen for primærpulsene. Disse sekundærspenningspulser blir etter forsterkning benyttet til å drive portaperturen fra vanlig "lukket" tilstand til "åpen" tilstand idet varigheten av den sistnevnte bestemmes av pulsbredden. but with a pulse width adjustable from a minimum of less than 100 microseconds to a maximum corresponding to the inverse value of the repetition rate of the primary pulses. After amplification, these secondary voltage pulses are used to drive the gate aperture from the normal "closed" state to the "open" state, the duration of the latter being determined by the pulse width.

Primærspenningspulsene rettes også til kretsene som tjener The primary voltage pulses are also directed to the circuits that serve

til å dele primærpulsrepetisjonsfrekvensen med integrale mengder for å gi tertiære spenningspulser til det stimulerende lys med en repetisjonsfrekvens som er et integralt submultiplum av repetisjonsfrekvensen av primærpulsene. Tertiærspenningspulsene modifiseres i ytterligere kretser to divide the primary pulse repetition rate by integral amounts to provide tertiary voltage pulses to the stimulating light with a repetition rate which is an integral submultiple of the repetition rate of the primary pulses. The tertiary voltage pulses are modified in further circuits

for å gi subtertiære spenningspulser som har en justerbar pulsbredde varierbar fra mindre enn 10 mikrosekunder til over 100 mikrosekunder. De ledende kanter av sekundær.-spenningspulsene og av de subtertiære lysspenningspulser er synkrone med de ledende kanter av primærspenningspulsene. Bakkantene av de subtertiære spenningspulser for det stimulerende lys detekteres ved ytterligere elektroniske kretser idet en slik detektering kan benyttes til å fyre av utladnings-kraften for den stimulerende lyskilde. to provide subtertiary voltage pulses having an adjustable pulse width variable from less than 10 microseconds to over 100 microseconds. The leading edges of the secondary voltage pulses and of the subtertiary light voltage pulses are synchronous with the leading edges of the primary voltage pulses. The trailing edges of the subtertiary voltage pulses for the stimulating light are detected by further electronic circuits, as such detection can be used to fire off the discharge power for the stimulating light source.

På denne måte kan opptredenen av det stimulerende lynlys forsinkes i et tidsintervall tilsvarende bredden av den subtertiære spenningspuls. Dette sikrer at portaperturen eller lukkeren vil ha nådd fullt åpen tilstand når den stimulerende lyspuls opptrer. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan åpningen i portaperturen forsinkes ved elektroniske kretser for å se et forsinket fluorescent signal etter at den stimulerende puls har opptrådd. In this way, the appearance of the stimulating lightning light can be delayed for a time interval corresponding to the width of the subtertiary voltage pulse. This ensures that the gate aperture or shutter will have reached the fully open state when the stimulating light pulse occurs. In another embodiment of the invention, the opening in the portaperture can be delayed by electronic circuits to see a delayed fluorescent signal after the stimulating pulse has occurred.

En hovedanvendelse for oppfinnelsen er når det gjelder A main application of the invention is where it applies

å finne fluorescerende mineraler. Aperturen har vært benyttet med spesiell suksess under oppdagelse av scheelitt, en wolframmalm. En detektorenhet utviklet for dette formål omfattet en bærbar kraftkilde, en bærbar xenonfylt lynlyslampe i fatning med håndtak, elektro-optiske briller med et PLZT-keramisk vindu og en bærbar elektronisk boks med justerbare kontrollelementer. Kraftkilden som ble benyttet var et 12 volts og 5 ampere-timers, oppladbart bly-blydioksyd-batteri av kommersielt tilgjengelig type under betegnelsen model CF 12V5PP. to find fluorescent minerals. The aperture has been used with particular success during the discovery of scheelite, a tungsten ore. A detector unit developed for this purpose included a portable power source, a portable xenon-filled flash lamp in a socket with a handle, electro-optical glasses with a PLZT ceramic window, and a portable electronic box with adjustable control elements. The power source used was a 12 volt and 5 ampere-hour rechargeable lead-lead dioxide battery of a commercially available type under the designation model CF 12V5PP.

Den xenonfylte lampe var en kortbuet pulset xenonlynlyslampe med ultrahøy radians i en bærbar kasse av kommersielt tilgjengelig type under betegnelsen "1190". Brillene var myke plast-briller beregnet for sveisere som i stedet for glass hadde plater av motorola nr. 9565 PLZT-materiale med ark av HN32 polarizer på hver side av PLZT. Brillene var kommersielt tilgjengelige. Kontrollenheten ble satt sammen i en liten bærbar kasse og besto av en oscillator, forskjellige kretskort, et regulatorkort og et utgangskort. Dette ga de ovenfor angitte funksjoner med henblikk på å koordinere og å synkronisere driften av lynlyslamper og brillene på den beskrevne måte. The xenon-filled lamp was an ultra-high irradiance short-curve pulsed xenon flash lamp in a portable case of the commercially available type under the designation "1190". The goggles were soft plastic goggles intended for welders that instead of glass had sheets of Motorola No. 9565 PLZT material with sheets of HN32 polarizer on either side of the PLZT. The glasses were commercially available. The control unit was assembled in a small portable case and consisted of an oscillator, various circuit boards, a regulator board and an output board. This provided the above-mentioned functions for the purpose of coordinating and synchronizing the operation of flash lamps and the glasses in the manner described.

Kraftenheten ble forbundet med en elektrisk kabel til kontrollenheten og begge ble båret i en ryggsekk. En separat kabel forbandt kraftkilden med lampen som befant seg i et hus lik det som benyttes for håndlamper. En kabel fra kontrollenheten til lampen overførte signaler for å styre frigivelse av kraft fra kraftkilden for å gi pulset utstråling fra lampen. En koaksialkabel fra kontrollenheten til brillen førte høyspenningssignaler for å mate kraftpulser til PLZT-platen og således åpne aperturen dannet av PLZT-platen og de vanligvis kryssede polariserende ark på hver side av denne. The power unit was connected by an electrical cable to the control unit and both were carried in a rucksack. A separate cable connected the power source to the lamp which was housed in a housing similar to that used for hand lamps. A cable from the control unit to the lamp transmitted signals to control the release of power from the power source to provide pulsed radiation from the lamp. A coaxial cable from the control unit to the glasses carried high voltage signals to feed power pulses to the PLZT plate and thus open the aperture formed by the PLZT plate and the usually crossed polarizing sheets on either side of it.

Et siste element i denne detektorenhet var en kontrollmodul, forbundet med kabel til kontrollenheten i ryggsekken, og liten nok til å kunne anbringes nær håndtaket for lampe-enheten for drift av denne. Denne kontrollmodul inneholdt en fem-posisjonsbryter og en kontrollknott av hvilke begge kunne betjenes med tommelen på den hånd som holdt lampe-enheten på hvilken kontrollmodulen var montert. Bryteren kontrollerte strømmen til brillene så vel som pulsingen av lampen og kunne slåes helt "åpen" i en ekstremstilling og helt "lukket" i den andre. Med bryteren i helt "åpen" stilling var den elektro-optiske lukker i brillene helt åpen på grunn av en konstant energetisering av PLZT-platen. A final element in this detector unit was a control module, connected by cable to the control unit in the rucksack, and small enough to be placed near the handle of the lamp unit to operate it. This control module contained a five-position switch and a control knob, both of which could be operated with the thumb of the hand holding the lamp assembly on which the control module was mounted. The switch controlled the power to the glasses as well as the pulsing of the lamp and could be switched fully "open" in one extreme position and fully "closed" in the other. With the switch in the fully "open" position, the electro-optical shutter in the glasses was fully open due to a constant energization of the PLZT plate.

I de tre mellomliggende posisjoner ble brillene pulset In the three intermediate positions, the glasses were pulsed

med 50 hertz og lampen ble pulset med henholdsvis 50 hertz, 50/8 hertz og 50/16 hertz. I "lukket" stilling var brillene ikke satt under energi og lampen ble ikke pulset. with 50 hertz and the lamp was pulsed with 50 hertz, 50/8 hertz and 50/16 hertz respectively. In the "closed" position, the glasses were not energized and the lamp was not pulsed.

Ved å dreie kontrollknotten på kontrollmodulen varierte By turning the control knob on the control module varied

man varigheten av pulsen og således de individuelle åpninger av brillene og varierte således også den grad med hvilken bakgrunnsstrålingen eller belysningen ble svekket. Ved å bruk detektorenheten med ryggsekken kunne lampehuset med kontrollmodulen påmontert holdes og drives med en hånd mens den andre hånd var fri for å lette klatring, undersøkelse av malmprøver osv. Ved bruk av denne prototypedetektorenhet kunne fluorescens fra prøver av scheelitt wolfram lett finnes i fullt dagslys i en avstand på 1 til 1/3 meter. one varied the duration of the pulse and thus the individual apertures of the glasses and thus also varied the degree to which the background radiation or illumination was weakened. Using the detector unit with the backpack, the lamp housing with the control module attached could be held and operated with one hand while the other hand was free to facilitate climbing, examination of ore samples, etc. Using this prototype detector unit, fluorescence from samples of scheelite tungsten could easily be found in broad daylight at a distance of 1 to 1/3 meter.

Mens oppfinnelsen er beskrevet med spesiell henvisning While the invention is described with special reference

til påvisning av fluorescens i mineraler slik som scheelitt skal det være klart at oppfinnelsen kan benyttes til å detektere fluorescens fra enhver kilde. Fluorescerende mineraler i tillegg til scheelitt som kan detekteres og således utvinnes omfatter slike mineralske malmer som autunitt, baritt, kalsitt, kalomel, serusitt, fluoritt, gips, povelitt, sfaleritt, werneritt, wertzitt, willemitt og lignende. for the detection of fluorescence in minerals such as scheelite, it must be clear that the invention can be used to detect fluorescence from any source. Fluorescent minerals in addition to scheelite which can be detected and thus extracted include such mineral ores as autunite, barite, calcite, calomel, cerusite, fluorite, gypsum, povelite, sphalerite, wernerite, wertzite, willemite and the like.

Mange edle og halvedle smykkestener slik som agat, kalcedon, corun, diamant, opal, safir, spinell, rubin, topas, turmalin og zircon kan være fluorescente og således oppdages. Petroleum er vanligvis fluorescerende og kan påvises på samme måte som en stor rekke produkter avledet fra petroleum. Fluorescerende malinger og farvestoffer slik som de som benyttes for å finne feil og sprekker i kommersielle støper og lignende kan lett detekteres. Et annet viktig felt for potensiell bruk er i detektering av nærværet av visse organiske kjemi-kalier som fluorescerer under egnet stimulering. Disse inkluderer antracen, naftacen, fenantren, pyren, fluoren, krysen, perylen, coronen, pentacen, akromycin, p-aminosalicyl-syre, amytal, antranilsyre, aureomycin, benzantren, cinkonidin, cinkonin, dibenzopyren, folsyre, harmin, 3-hydroksyantranilsyre, 5-hydroksyantranilsyre, p-hydroksykanelsyre, coumarinsyre, o-hydroksybifenyl, p-hydroksybifenyl, kynurenin, LDS, menadion, metylfluoren, 1-hydroksynaftalen, 2-hydroksynaftalen, pento-barbital, fenobarbital, plasmokin, atabrin, kinin, riboflavin, salicylsyre, terramycin, tiofenobarbital, vitamin A, xantin og xanturensyre. Det vil være åpenbart at noen av de ovenfor angitte er karcinogen og andre er medikamenter, noe som gjør deres lette påvisning spesielt viktig i mange tilfeller. Mange planter og planteprodukter er fluorescerende slik Many precious and semi-precious gemstones such as agate, chalcedony, corun, diamond, opal, sapphire, spinel, ruby, topaz, tourmaline and zircon can be fluorescent and thus detected. Petroleum is usually fluorescent and can be detected in the same way as a large number of products derived from petroleum. Fluorescent paints and dyes such as those used to find flaws and cracks in commercial castings and the like can be easily detected. Another important field of potential use is in detecting the presence of certain organic chemicals which fluoresce under suitable stimulation. These include anthracene, naphthacene, phenanthrene, pyrene, fluorene, chrysene, perylene, coronene, pentacene, acromycin, p-aminosalicylic acid, amytal, anthranilic acid, aureomycin, benzanthrene, cinchonidine, cinchonine, dibenzopyrene, folic acid, harmine, 3-hydroxyanthranilic acid, 5-hydroxyanthranilic acid, p-hydroxycinnamic acid, coumaric acid, o-hydroxybiphenyl, p-hydroxybiphenyl, kynurenine, LDS, menadione, methylfluorene, 1-hydroxynaphthalene, 2-hydroxynaphthalene, pento-barbital, phenobarbital, plasmoquine, atabrine, quinine, riboflavin, salicylic acid, terramycin, thiophenobarbital, vitamin A, xanthine and xanthurenic acid. It will be obvious that some of the above are carcinogens and others are drugs, which makes their easy detection particularly important in many cases. Many plants and plant products are fluorescent in this way

som forskjellige sopper. sågar visse dyr slik som skorpioner kan vise brilliant fluorescens. Alle disse kan detekteres med den beskrevne apparatur. like different mushrooms. even certain animals such as scorpions can show brilliant fluorescence. All of these can be detected with the described apparatus.

Mens oppfinnelsen er beskrevet med henblikk på visuell detektering kan et fotografisk kamera eller en annen billed-detekterende innretning benyttes i stedet for det menneskelige øye når det er ønskelig å holde fast billedet av det fluorescerende materiale. Portaperturen eller lukkeren i kameraet stilles åpen for en eller flere på forhånd bestemte intervaller under hvilket pulsene av stimulerende lys synkroniseres. Ved å kontrollere antallet intervaller og pulser kan eksponeringen av fastholdelsesmediet til den fluorescerende stråling justeres, mens den relative eksponering av mediet til bakgrunnsbestrålingen svekkes. Med egnet valgt film kan et kamera eller lignende også benyttes for å holde fast fluorescenser som ikke er synlige for det menneskelige øye. While the invention is described with a view to visual detection, a photographic camera or other image-detecting device can be used instead of the human eye when it is desired to retain the image of the fluorescent material. The port aperture or shutter in the camera is set open for one or more predetermined intervals during which the pulses of stimulating light are synchronized. By controlling the number of intervals and pulses, the exposure of the holding medium to the fluorescent radiation can be adjusted, while the relative exposure of the medium to the background radiation is weakened. With suitably selected film, a camera or the like can also be used to capture fluorescences that are not visible to the human eye.

Claims

1. Method of detecting the presence of a fluorescent material, comprising observing material through a portaperture which is opened for periods of fixed duration at predetermined intervals while simultaneously exposing the material to periodic pulses of stimulating light of a wavelength suitable to cause fluorescence in the material as the firing of the stimulating light pulses is synchronized with the opening of the portaperture, whereby the aperture is open for at least part of the period during which fluorescence is formed by the stimulating light pulses, characterized in that the duration of an individual opening of the portaperture is adjusted to give a the desired degree of attenuation of the ambient light present, the stimulating light pulses being fired at a frequency that is lower than the eye's flicker fusion frequency and the portaperture is opened at a frequency that is a multiple of the firing frequency and is above the flicker fusion frequency, whereby the eye perceives a pulsating light from the the fluorescent material in contrast to a constant and weakened light from the surroundings, so that detection can also take place under daylight conditions.

2. Method according to claim 1, characterized in that a portaperture is used which, when open, is essentially transmissive for the fluorescence but essentially opaque to the stimulating light.

3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the detection takes place visually.

4. Method according to claim 1, for photographic detection and retention under daylight conditions of the presence of fluorescent material, characterized in that it comprises optically projecting the radiation of the material onto a photographic image recording device through the portaperture.

5. Method according to claim 4, characterized in that a portaperture is used which, when open, is essentially transmissive for the fluorescence, but essentially opaque to the stimulating light.

6. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 for detecting the presence of fluorescent material, which comprises a pulsed source of stimulating light of wavelength suitable to cause fluorescence in the material, capable of pulsing at a predetermined frequency, a normally closed portaperture capable of opening for periods of determined duration at predetermined intervals and control devices capable of synchronizing the firing of the stimulating light pulses with the opening of the aperture, characterized by a device for adjusting the duration of the individual opening of the portaperture, as well as a device for setting the ratio between the opening frequency and the firing frequency.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the pulsed source for stimulating light is a laser.

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the pulsed source for stimulating light is a lightning lamp.

9. Apparatus according to claim 6, characterized in that the pulsed source for stimulating light is a xenon-filled lightning lamp.

10. Apparatus according to claim 6, characterized in that the viewing port aperture uses an electro-optical material.

11. Apparatus according to claim 10, characterized in that the electro-optical material is lead lanthanum zirconate titanate.

12. Apparatus according to claims 7-11, characterized in that it is intended for visual detection.

13. Apparatus according to claim 16 for photographic detection under daylight conditions of the presence of a fluorescent material, characterized in that it comprises an optical system for projecting the radiation from the material onto a photographic image recording device through the portaperture.