WO2006077304A1 - Appareil de detection portable permettant de detecter sur le terrain des elements marques par fluorescence - Google Patents

Appareil de detection portable permettant de detecter sur le terrain des elements marques par fluorescence Download PDF

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WO2006077304A1
WO2006077304A1 PCT/FR2006/000071 FR2006000071W WO2006077304A1 WO 2006077304 A1 WO2006077304 A1 WO 2006077304A1 FR 2006000071 W FR2006000071 W FR 2006000071W WO 2006077304 A1 WO2006077304 A1 WO 2006077304A1
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WO
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housing
light source
light
optical means
fluorescence
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/000071
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English (en)
Inventor
Sébastien DE LAMBERTERIE
Original Assignee
Cypher Science
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Publication date
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Priority to BRPI0606485-0A priority patent/BRPI0606485A2/pt
Priority to US11/795,766 priority patent/US7795598B2/en
Priority to EP06709078A priority patent/EP1864113A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6447—Fluorescence; Phosphorescence by visual observation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters

Definitions

  • the invention relates to the field of the detection of fluorescent markers by excitation in the visible and re-emission in the visible (0.4 - 0.7 microns).
  • the invention more particularly relates to a portable device for detecting in the field fluorescently labeled elements.
  • optically detectable fluorescent elements such as for example banknotes or identity documents.
  • Inks (for example invisible), coatings or other solid or liquid products used in this type of application have a fluorescence that can be revealed by UV radiation whose spectrum is between about 0.01 ⁇ m and 0.385 ⁇ m or by radiation IR whose spectrum is between 0.76 microns and 1 mm.
  • the labeled product is disposed under the objective and can be observed visually by the eyepiece when an appropriate set of filters is used so as to pass the radiation of the fluorescent molecule used and the light source.
  • the filters are also adapted to the surface of the labeled product; indeed it is often necessary to support the contrast between this surface and the fluorescence of the particles to be detected because of the background noise specific to the support.
  • the set of filters makes it possible in particular to isolate the photons from the fluorescent emission of the excitation photons emitted by the light source and reflected by the dichroic mirror.
  • a first excitation filter is arranged between the source and the mirror and a second filter is provided between the mirror and the eyepiece to form a stop or emission filter.
  • the excitation filter will promote the passage of specific wavelengths of the radiation from the chosen light source emitting in the visible.
  • the stop filter passes only one or more ranges of wavelengths in the selected range between 0.4 ⁇ m and 0.7 ⁇ m. This stop filter is very important because it allows:
  • WO 02/10295 also discloses detection systems for observing fluorescence by epifluorescence without using a microscope.
  • detection systems include a light source such as a 100-watt mercury vapor lamp housed in a drilled housing and equipped with a reflector for reflecting light to the bore.
  • a detection system further comprises a set of filters adapted to the characteristics of the fluorescent molecule used and the light source as well as to the surface of the labeled product.
  • a disadvantage of this type of system is that it is still bulky, including the use of a mercury vapor lamp or other equivalent light generator (halogen / xenon), which prevents common use as a field detector .
  • a lighting assembly for a laboratory fluorescence microscope comprises a housing connectable to a microscope carrying structure.
  • This housing incorporates a light unit composed of a light-emitting diode (LED) and an associated optical collimator element for routing the light produced by the LED in the form of a beam (parallel) of light rays to a side window of the microscope .
  • LED light-emitting diode
  • the disadvantage of this type of solution is that the lateral space and height remains important. It is then necessary to provide an important basic structure to support the complete apparatus. There is therefore a need for more compact tools suitable for routine detections.
  • a first object of the invention is to provide a small size detection device (lightweight, portable, preferably prehensile with one hand) and can operate autonomously (on battery for example) to excite and detect, exclusively in the visible, fluorescent particles used to mark a product.
  • a second object of the invention is to provide an apparatus for quick and easy detection in the field, as opposed to the use of laboratory equipment.
  • the object of the invention is thus to make it easier to control the tracing or authentication of articles marked secretly.
  • the invention proposes a portable optical detection device for detecting fluorescently labeled elements on a specific marking zone, said apparatus comprising at least one light source for the excitation of particles including a fluorophore function, characterized in that the light source comprises at least one emitting element of a focused light beam consisting of a light-emitting diode or a laser, each emitter having a similar emission peak around a length of determined wave, the portable sensing apparatus comprising: a housing for respectively housing the light source, a user interface for controlling the light source and power supply means for supplying the light source, this light source being designed to emit in the visible, the housing comprising a light output oriented towards the marking area; and
  • integrated or non-integrated optical means in the housing comprising a first end allowing the user to instantly detect in the visible the fluorescence of the marked elements excited in the visible through the light source, a second end opposite to the said first end and adapted to come close or flush with said marking area, a filter being provided between these two ends to eliminate at least the wavelength radiation below a predetermined threshold, said ends thus allowing the light to pass for at least less a range of visible wavelength. Said ends are separated from each other by a determined distance that may exceed 2 cm.
  • the apparatus according to the invention makes it possible to group all the elements of generation of the light beam in a compact housing which integrates the optical means facilitating the visualization or which is closely associated with these optical means.
  • the light source comprises a plurality of light emitting diodes grouped adjacently in an assembly oriented in a directiQrjL-ay_ant- a component- transverse to the axis of alignment of the ends of the optical means.
  • said member for emitting a focused light beam consists of at least one miniature xenon or halogen bulb associated with a bandwidth filter to form said light source.
  • the two ends of the optical means are aligned and arranged in the housing which is of the grippable type.
  • the casing is substantially parallelepipedal, of the pocket size and comprises on the same side the user interface and said first end of the optical means.
  • the optical means comprise a longitudinal axis corresponding to a viewing axis of the fluorescently labeled elements, the distance between the ends of the optical means being between 2 and 35 cm.
  • the distance between the ends of the optical means is between 2 and 15 cm.
  • the housing comprises a housing for receiving batteries allowing autonomous use of the apparatus, said housing comprising a longitudinal axis corresponding to the orientation of the focused light beam at the light source and transversely having a lower perimeter at 25 cm.
  • At least ten light emitting diodes are mounted in a honeycomb arrangement on a support card to form the light source.
  • the light-emitting diodes are connected to an electronic unit arranged to control the supply of the diodes.
  • the optical means are formed in a substantially cylindrical assembly adapted to align with a ring-shaped annular device provided with housings for receiving light-emitting diodes oriented towards a focusing point located on the side opposite to the optical means.
  • the housing consists of a laser emission device. 071
  • the laser emission device is of the type having a wavelength of the order of 532 nm to emit a green light beam.
  • the optical means comprise a support means provided with an arm for detachably fixing the laser emission device.
  • the first end of the optical means comprises a periphery adapted to allow the addition and / or attachment to the apparatus of a magnifying optical element which may be necessary for the user to visualize the fluorescence marked elements.
  • a magnifying optical element which may be necessary for the user to visualize the fluorescence marked elements.
  • an excitation filter (bandwidth type) is provided to refine chromatically the emission from the light source.
  • the optical means comprise a filter unit including an emission filter for preventing at least the passage of visible waves coming from the emission device (s) and for letting the specific wavelengths pass through. emission of the fluorescence of the labeled elements.
  • the housing includes a longitudinal axis and at least one alignment of light emitting diodes according to this longitudinal axis "A further object of the invention is to provide a use of the unit cell to quickly authenticate products having an area of optically revealable marking.
  • said portable apparatus is used to detect fluorescent particles contained in all or part of a product to be authenticated.
  • said portable apparatus is used to detect fluorescent particles contained in a marking zone associated with a product to ensure marking.
  • the marking zone consists of an adhesion or coating compound comprising a minimal proportion of fluorescent molecules, invisible to the light of day but detectable optically by epifluorescence in a range of excitation wavelength. included in the visible.
  • the fluorescence to be detected comes from at least one wire or fiber of 3 to 20 mm in length called fibrette.
  • the yarn or fibrette is associated with a security paper.
  • the fluorescence to be detected comes from bodies of very small size whose volume is less than 0.1 mm 3 .
  • the fluorescence to be detected comes from microspheres whose diameter is between 0.2 and 20 microns.
  • microspheres are associated with a security paper.
  • the microspheres are dispersed in a lubricating oil or a surface treatment of metal parts.
  • the apparatus is used for detecting fluorescence from microspheres signaling DNA hybridization on biochips or microarrays.
  • FIG. 1 shows schematically an apparatus according to the invention for the observation by epifluorescence of a product labeled with fluorescent particles
  • FIG. 2 represents an arrangement of LEDs (Light-Emitting Diode) in corona;
  • FIG. 3 schematically represents an apparatus according to the invention provided with a laser light source;
  • FIG. 4 shows an example of an apparatus with light-emitting diodes in an alternative embodiment of the invention.
  • the invention is applicable to the detection of any type of product that can be fluorescently labeled.
  • a fluorescent particle must be understood to mean a particle which absorbs and re-emits respectively in visible wavelengths (0.4-0.7 ⁇ m).
  • the labeled product (6) has a defined area (60) in which fluorescently labeled elements have been inserted.
  • This marking zone (60) may comprise a coating formed by application of a liquid adhering or coating product, containing fluorescent molecules, detectable by epifluorescence.
  • the episcopia is distinguished from the transmitted light by the fact that in the first, the excitation radiation of the observed object does not cross the latter, whereas in the transmitted light, the light source is on the other side of the observed object relative to the observer.
  • Fluorescent molecules that the device must detect are for example invisible to the naked eye on the labeled product.
  • the authentication of the product can not be done either by conventional means using, as in the field of secure inks, UV and IR radiation.
  • Fluorescent molecules are generally present in low concentration and can be detected by epifluorescence only if, on the one hand, they are excited by a determined wavelength range of the emission spectrum of a light source and if on the other hand, the emission of fluorescence is filtered. In other cases, the particles are concentrated but very localized and can be detected by epifluorescence only by being first excited by a determined wavelength range of the emission spectrum of a light source and secondly by being observed after magnification and filtering the emission of fluorescence.
  • the apparatus comprises a light source (2) incorporated in a housing (1) of the pocket size type and easily graspable.
  • the device is therefore easily transportable, unlike epifluorescence microscope type equipment.
  • the light source (2) envisaged in the invention is more compact and light to allow use in the field of the device.
  • the portable optical sensing apparatus is considerably simplified with respect to most fluorescence detection apparatuses and reliably authenticates fluorescently labeled elements on a designated marking area (60).
  • the light source (2) is designed to emit in the visible.
  • the light source (2) comprises at least one emitting element of a focused light beam consisting of a light-emitting diode or a laser for exciting particles having the fluorophore function.
  • each transmission member has a similar emission peak around a determined wavelength that is ccir ⁇ e ⁇ p ⁇ "s ⁇ nslb ⁇ ment at the excitation wavelength of the fluorophores.
  • said emitting member of a focused light beam may comprise at least one miniature bulb or xenon halogen associated with a bandpass filter to form said light source (2).
  • the excitation of the fluorescent molecules occurs approximately between 0.385 and 0.7 ⁇ m, which makes it possible to obtain a fluorescent emission in a range of wavelengths belonging to the range of radiation visible by the human eye. This broadcast is only for an intensity luminous excitation determined.
  • This broadcast is only for an intensity luminous excitation determined.
  • the light source (2) has a plurality of light-emitting diodes grouped adjacent.
  • the set of diodes makes it possible to obtain a luminous intensity sufficient to excite the fluorophores.
  • At least ten light emitting diodes may be mounted in a honeycomb arrangement on a support board to form the light source (2). It may also be envisaged to use a single LED type 1 diode this diode to have specific characteristics of intensity and aperture angle to generate a brightness of at least 0.1 lumen.
  • the apparatus is also provided with optical means, integrated or not in the housing (1).
  • optical means may comprise zoom magnification means or magnification elements of the type used in a microscope.
  • the optical means perform a function of sufficient magnification to allow the detection of small particles, for example 5 microns. If the fluorescence is sufficiently intense and the light used is selective, the authentication can be done without such magnification means. These can be removed, a magnification accessory can also be associated with the optical means if necessary.
  • the optical means comprise for example a first end (E1) allowing the user to instantly visualize the fluorescence of the marked elements and an opposite second end (E2) able to come close to or flush with the marking (60).
  • the ends (E1, E2) are for example aligned and pass light for at least one range of visible wavelength.
  • the detection of the marking is carried out by direct observation of the surface of the product through the optical means, without destruction or deterioration of the surface of the product concerned.
  • the first end (E1) of the optical means may comprise a periphery (11) adapted to allow the addition and / or attachment to the apparatus of a magnifying optical element which may be necessary for the user to visualize the fluorescence of marked elements. In particular, it is permissible with such an optical magnification element to detect (or better distinguish) small fluorescent particles.
  • the set of diodes illustrated in Figure 1 is oriented in a direction having a component transverse to the axis of alignment of the ends (E1, E2) of the optical means.
  • the path of the excitation radiation (5) coming from the light source (2) for example passes through an excitation filter (F1) intended to refine the emission chromatically and is then reflected by a dichroic mirror (14).
  • the mirror (14) reflects this radiation towards the marking area (60) formed on the support, in order to illuminate over this area (60).
  • the labeled product is disposed under the second end and can be observed visually as represented by reference (3).
  • the excitation filter (F1) promotes the passage of specific wavelengths of the radiation from the chosen light source emitting in the visible. These wavelengths will be determined as a function of the fluorochrome, that is to say the fluorescent material chosen to produce a fluorescent emission wavelength in the spectrum of visible radiation.
  • the dichroic mirror (14) is adapted to the two excitation and emission wavelength spectra.
  • the housing (1) of the portable detection device is advantageously grippable and makes it possible to house not only the light source (2) but also the optical means with a suitable filter block (BF). .
  • a user interface (10) for controlling in particular the light source (2) and power supply means for powering the light source (2) are further arranged in the housing (1).
  • the housing (12) can receive batteries (9V PP3 or the like) for autonomous use of the device.
  • This compact housing (1) can thus delimit the entire device which makes it easy to handle.
  • the housing (1) has a longitudinal axis corresponding to the orientation of the beam focused light at the light source (2) and has transversely a perimeter less than 25 cm.
  • the ends (E1, E2) of the optical means are for example separated from each other by a determined distance (d, d ') of the order of a few centimeters and may exceed 2 cm (a distance of about 4 cm being sufficient) .
  • the distance (d) may naturally be shorter for embodiments where said optical means are external to the housing including the light source (2).
  • the optical means comprise a longitudinal axis corresponding to a viewing axis of the fluorescently labeled elements and the distance (d ') between the ends of the optical means is between 2 and 35 cm. This distance (d, d ') is for example between 2 and 15 cm.
  • the first end (E1) may comprise a filter (F2), for example red when the excitation is carried out beyond 600 nm, the excitation filter (F1) being for example a green filter, this red filter then forming a transmission filter.
  • This filter (F2) makes it possible in particular to isolate the photons of the fluorescent emission (4) of the excitation photons (5) emitted by the light source (2) and reflected by the mirror (14). It is then easy to visualize the fluorescence of molecules having an emission peak, for example at 605 nm.
  • the optical means may comprise a filter block (BF) including such a transmission filter (F2) for filtering the specific emission wavelengths of the fluorescence of the labeled elements. This allows viewing of the fluorescent particles in the marking area (60).
  • the emission filter (F2) disposed between the two ends (E1, E2) makes it possible to eliminate at least the wavelength radiation below a determined threshold.
  • this filter (2) thus makes it possible to filter the excitation radiations so as to let only the emission radiations into the visible of the marked elements.
  • this second filter (F2) can be eliminated.
  • the emission filter (F2) is not necessary. Indeed, the excitation waves being very little visible, the reflection of the excitation waves does not interfere with the observation of the waves emitted from the fluorescence.
  • the user interface (10) may comprise at least two buttons for enabling LEDs to be lit for a simple illumination to easily position themselves on the marking area (60), or to light the diode assembly allowing exciting the fluorophores on the marking area (60).
  • the light-emitting diodes are connected to an electronic processing unit (8) arranged to control the supply of the diodes.
  • a red light from one or more delocalized sources thus makes it possible to place on the zone (60) and a green light allows the excitation of the fluorophores.
  • the relocated sources are arranged outside the optics but in the housing (1), for example in a position adjacent to the glass forming the second end (E2). This glass (or similar transparent element) can be anti-reflective to improve the visualization, limiting the losses due to the reflection of the excitation and emission rays.
  • the casing (1) is substantially parallelepipedic, of the pocket-sized type and comprises on the same side the user interface (10) and the said first end (E1) of the optical means.
  • the optical means allow a determined magnification that can be a function of the size of the particles to be observed.
  • These particles consist for example of microspheres (having a diameter that may be between 0.2 and 20 microns), for example of the type described in patent WO 01/30936 of the same applicant.
  • the number of LEDs and the magnification of the optics depends on the size of the microspheres to be observed: a magnification objective of 10 can be provided for example to detect microspheres of the order of 10 microns.
  • the objective (not shown) may be a separate element of the housing (1), so that the housing (1) is suitable for any type fluorescent molecules when the appropriate objective is used in addition.
  • the objective can be arranged against the second end (E2) of the optical means.
  • the optical means are formed in a substantially cylindrical assembly adapted to align with an annular device constituting said housing (1 ').
  • the body (21) of the housing (1 ') forms a ring (21) provided with housings for receiving light-emitting diodes (20) oriented towards the center of the ring.
  • the housing of the body (1 1 ) can be inclined towards a lower side of the crown, while the optical means are arranged on the upper side of the ring (21).
  • the diodes With the arrangement of ring diodes, the diodes (LEDs) are focused at the same point in order to increase the amount of light on the marking area (60) to be observed. This arrangement makes it possible to excite the fluorophores of the marking zone or body to be observed.
  • an X10 magnification objective can be used and the ring (21) has 4 focused LEDs.
  • the number of diodes can however vary according to the intrinsic characteristics of each diode (brightness, aperture angle, power level). Blue LEDs with an emission peak around 470 nm may be suitable for the detection of fluorescent molecules having their peak absorption at 570 nm, even if the excitation is then at 30% of its maximum. The emission spectrum of blue LEDs not exceeding
  • excitation filter (F1) can be dispensed with using a 610 nm high pass band type emission filter.
  • an excitation filter can also be envisaged, the filter (F1) then being annular (not shown) or composed of a plurality of filters each associated with one or more diodes (20). ).
  • crown or similar form allows great flexibility to be associated with optical means with a higher or lower magnification.
  • the housing (1 ") consists of a laser emission device (7) in the example of FIG.
  • the pump circuit (73) of the laser emission device is adjusted to a wavelength of about 532 nm to generate a green light.
  • a laser emission device of the type having a wavelength of the order of 532 nm may be suitable for efficiently excite molecules having an absorption peak at about 570 nm.
  • the optical means used with the laser emission device (7) may comprise a support means (70) having an arm (75) for removably attaching the housing (1 ") incorporating the laser light source (2).
  • the use of a laser-type source provides a powerful illumination focused on a reduced surface (diameter less than 5 mm) and the housing (1 ") of cylindrical type containing the laser source is extremely compact reduced.
  • the casing (1 ") then has a size comparable to a pen.This use is advantageous for observing bodies of very small size, for example microspheres having a diameter of between 0.2 and 5 ⁇ m.
  • the wavelength of green lasers of the type emitting at 532 nm makes it possible to excite a family of fluorescent molecules which excite around 570 nm and emit beyond 610 nm (wavelength of red).
  • the excitation at 532 nm is certainly not optimal since the absorption peak is at 570 nm, nevertheless the light power of the lasers can compensate for the difference between the emission peak of the source and the absorption peak (in the extent to which there is recovery).
  • the chromatic precision of a laser emission device (7) eliminates the use of the excitation filters (F1) which are necessary when LEDs, for example green or white, are used as sources. bright.
  • the optical means may consist of a conventional lens, with or without an eyepiece and without a transmission filter.
  • the objective may be analogous to those used as a magnifying element of a microscope.
  • the laser emission device (7) may be of the current type having a power of less than 5 mW to comply with the safety standards.
  • the laser emission device (7) comprises a laser diode manufacturer Sony, generates a constant wave whose wavelength is 532 nm. It has a power output of 4.99 mW and a service life of about 2000 to 3000 hours.
  • the housing (1 ") further comprises a housing for at least one battery, and for example 2 AAA type accumulators.
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment in which the housing comprises a longitudinal axis and at least one alignment of light-emitting diodes along this longitudinal axis.
  • a bar (B) of LEDs can be incorporated in the housing and powered by batteries or a power supply, a user interface for controlling the switching on / off of the light source thus formed.
  • the optical means may consist of a magnifying glass device (L) with which a transmission filter (F2) is associated.
  • the magnifying glass device or a similar magnification means can be made integral and articulated with respect to the housing.
  • An excitation filter (not shown) may optionally be provided, for example in a position adjacent to the bar (B) of light-emitting diodes.
  • the housing may comprise an L-shaped profile with a support part for laying the product to be authenticated and a lateral part where the light source is arranged.
  • the portable detection device it is possible thanks to the portable detection device to reveal a secure marking by exciting the fluorescent molecules directly on a fabric made from sized son.
  • the fluorophore is previously inserted into the oil coating on the wire.
  • the invention provides an apparatus for detecting markings in various fields, for example for works of art, textiles, hollow or flat glass (by surface treatment, screen-printing, or ink-jet printing), characters and designs printed by thermal transfer, offset or gravure printing, metallic spare parts (by treatment or by use of a lubricating oil), aluminum blisters and holograms (by gravure or flexography), security papers, banknotes and tax-sealing tape.
  • security paper include coated papers such as checks, securities, identification, labels, tax strips or other tamper resistant paper.
  • An application of the apparatus can be envisaged in the field of molecular biology, in particular for the detection of fluorescent microspheres signaling a hybridization of DNA on biochips or microarrays. These fluorescent microspheres then serve as a marker by attachment to at least one hybrid DNA strand. For this type of application, only the hybrid DNA strands can bind to the fluorescent microspheres, for example by a biotin-streptavidin bond.
  • the portable optical detection device makes it easy to visualize fluorescent particles contained in all or part of a product to be authenticated, for example in a marking area (60) associated with a product.
  • the user simply has to press a button on the interface (10) to excite the fluorescent particles.
  • the marking zone (60) formed on the support to be observed is shown in FIG. for example consists of an adhesion or coating compound, for example invisible inks, comprising a minimum proportion of fluorescent molecules.
  • the apparatus according to the invention therefore advantageously constitutes a terrain detector for authenticating products containing a secret marking by fluorescent particles, this detection can be carried out quickly on site without requiring the shipment of the product in a laboratory equipped with heavy equipment epifluorescence microscope type.
  • the fluorescence to be detected may also reside in at least one wire or fibrette. The detection can thus be performed for fluorescent particles impregnating or covering at least one thread or fibrette associated with a product to ensure marking.
  • Such a wire or fibrette is for example associated with a security paper.
  • the fluorescence to be detected may be from microspheres.
  • the patent application WO 01/30936 of the same applicant describes a specific example of microspheres having bonds with fluorescent molecules.
  • Such fluorescent microspheres may also be associated with security paper, banknotes, sealers, polymer-based materials, or other types of support such as leather, textile, etc.
  • Such fluorescent microspheres can also be dispersed in a lubricating oil or a surface treatment of metal parts.
  • the visualization can also be carried out through the optical means of the apparatus according to the invention, directly by the human eye (3), or by means of a device of the digital camera type, for example CCD camera (Charge Coupled Device), possibly being fixed on the side of the first end (E1) optical means so as to allow viewing of the area (60) to be observed on a screen.
  • a photosensitive cell also allows detection through its sensitivity to photons. It can thus be envisaged a detection without visualization, a detection signal that can be translated acoustically (connection to an alarm) or by a brightness measurement.

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Abstract

L'invention concerne un appareil portable destiné à détecter des particules fluorescentes excitées dans le domaine du visible pour permettre d'authentifier des produits. L'appareil comporte : - une source lumineuse (2) d'excitation dotée d'au moins une diode électroluminescente ou d'un laser pour produire un faisceau lumineux focalisé ; - un boîtier (1) pour loger respectivement la source lumineuse (2) et des moyens pour alimenter électriquement cette dernière ; et - des moyens optiques compacts intégrés ou non dans Ie boîtier (1 ) permettant à l'utilisateur de visualiser instantanément la fluorescence des éléments marqués excités par l'intermédiaire de la source lumineuse (2). L'appareil est utilisé comme détecteur de terrain pour authentifier et tracer des produits contenant un marquage secret par des particules fluorescentes.

Description

Appareil de détection portable permettant de détecter sur le terrain des éléments marqués par fluorescence
L'invention concerne le domaine de la détection de marqueurs fluorescents par excitation dans le visible et ré-émission dans le visible (0,4 - 0,7 μm). L'invention concerne plus particulièrement un appareil portable permettant de détecter sur le terrain des éléments marqués par fluorescence.
Il existe de plus en plus de produits comprenant des éléments fluorescents détectables optiquement, comme par exemple les billets de banque ou les pièces d'identité. Des encres (par exemple invisibles), enductions ou autres produits solides ou liquides utilisés dans ce type d'application possèdent une fluorescence pouvant être révélée par un rayonnement UV dont le spectre est compris environ entre 0,01 μm et 0,385 μm ou par un rayonnement IR dont le spectre est compris entre 0,76 μm et 1 mm.
Il est connu dans l'art antérieur, en particulier par le document WO 02/10295 du même demandeur des systèmes de détection par épifluorescence d'une encre « invisible » du type comprenant des molécules fluorescentes. Cette détection est généralement réalisée à l'aide d'un microscope à épifluorescence comportant une source lumineuse émettant dans le visible, combinée à un jeu de filtres pour provoquer l'excitation des molécules fluorescentes contenues dans l'encre autp_uii_d!une— longueur— d'onde déterminée et sélectionner les longueurs d'onde de l'émission par fluorescence. Ainsi les éléments de marquage permettant de tracer secrètement chaque produit peuvent être observés visuellement par l'intermédiaire d'un microscope à épifluorescence doté d'un miroir dichroïque disposé entre oculaire et objectif. Ce miroir permet de faire réfléchir le rayonnement d'une source lumineuse en direction du produit formant le support des éléments de marquage. Le produit marqué est disposé sous l'objectif et peut être observé visuellement par l'oculaire lorsqu'un jeu approprié de filtres est utilisé de façon à laisser passer le rayonnement de la molécule fluorescente utilisée et de la source lumineuse. Les filtres sont également adaptés à la surface du produit marqué ; en effet il est souvent nécessaire d'appuyer le contraste entre cette surface et la fluorescence des particules à détecter en raison du bruit de fond propre au support.
Le jeu de filtres permet notamment d'isoler les photons de l'émission fluorescente des photons d'excitation émis par la source lumineuse et réfléchis par le miroir dichroïque. Un premier filtre d'excitation est disposé entre la source et le miroir et un second filtre est prévu entre le miroir et l'oculaire pour constituer un filtre d'arrêt ou d'émission. Le filtre d'excitation favorisera le passage des longueurs d'ondes spécifiques du rayonnement provenant de la source lumineuse choisie émettant dans le visible. Le filtre d'arrêt ne laisse passer qu'une ou plusieurs plages de longueurs d'ondes dans la plage choisie comprise entre 0,4 μm et 0,7 μm. Ce filtre d'arrêt est très important car il permet :
- d'empêcher le passage des ondes transmises, c'est-à-dire non réfléchies par le miroir dichroïque, issues de la réflexion de la lumière incidente sur le produit marqué et directement de la source lumineuse et, " de sélectionner les ondes d'émission émises par la fluorescence.
Le document WO 02/10295 décrit également des systèmes de détection permettant d'observer la fluorescence par épifluorescence sans utiliser un microscope. Ces systèmes de détection comprennent une source lumineuse telle qu'une lampe à vapeur de mercure de 100 Watts logée dans un boîtier percé et équipée d'un réflecteur pour réfléchir la lumière vers le perçage. Un tel système de détection comprend en outre un jeu de filtres adapté aux caractéristiques de la molécule fluorescente utilisée et de la source lumineuse ainsi qu'à la surface du produit marqué.
Un inconvénient de ce type de système est qu'il reste encore encombrant, avec notamment l'utilisation d'une lampe à vapeur de mercure ou autre générateur de lumière équivalent (halogène/xénon), ce qui empêche une utilisation courante comme détecteur de terrain. 11 est connu, par le document WO 2004/088387, un ensemble d'éclairage pour un microscope à fluorescence de laboratoire. Cet ensemble comporte un boîtier connectable à une structure porteuse du microscope. Ce boîtier incorpore une unité lumineuse composé d'une diode électroluminescente (LED) et d'un élément optique collimateur associé pour acheminer la lumière produite par la LED sous la forme d'un faisceau (parallèle) de rayons lumineux vers une fenêtre latérale du microscope. L'inconvénient de ce type de solution est que l'encombrement latéral et en hauteur reste important. Il est alors nécessaire de prévoir une structure de base importante pour supporter l'appareil complet. Il existe donc un besoin pour des outils plus compacts adaptés à des détections de routine.
Un premier but de l'invention est de proposer un appareil de détection de faibles dimensions (léger, portable, préhensible de préférence avec une seule main) et pouvant fonctionner de façon autonome (sur pile par exemple) pour exciter et détecter, exclusivement dans le visible, des particules fluorescentes servant à marquer un produit.
Un second but de l'invention est de proposer un appareil permettant une détection rapide et facile sur le terrain, par opposition à l'utilisation des équipements de laboratoire. L'invention vise ainsi à permettre de faciliter le contrôle du traçage ou de l'authentification des articles marqués de façon secrète.
A cet effet, l'invention propose un appareil portable de détection optique pour détecter sur une zone de marquage déterminée des éléments marqués par fluorescence, ledit appareil comportant au moins une source lumineuse destinée à l'excitation de particules incluant une fonction fluorophore, caractérisé en ce que la source lumineuse comporte au moins un organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé constitué d'une diode électroluminescente ou d'un laser, chaque organe d'émission ayant un pic d'émission semblable autour d'une longueur d'onde déterminée, l'appareil portable de détection comprenant : - un boîtier pour loger respectivement la source lumineuse, une interface utilisateur pour commander la source lumineuse et des moyens d'alimentation électrique pour alimenter la source lumineuse, cette source lumineuse étant conçue pour émettre dans le visible, le boîtier comportant une sortie lumineuse orientée vers la zone de marquage ; et
- des moyens optiques intégrés ou non dans le boîtier, comprenant une première extrémité permettant à l'utilisateur de détecter instantanément dans le visible la fluorescence des éléments marqués excités dans le visible par l'intermédiaire de la source lumineuse, une seconde extrémité opposée à la dite première extrémité et apte à venir à proximité ou affleurer ladite zone de marquage, un filtre étant prévu entre ces deux extrémités pour éliminer au moins les rayonnements de longueur d'onde inférieure à un seuil déterminé, lesdites extrémités laissant passer ainsi la lumière pour au moins une gamme de longueur d'onde du visible. Lesdites extrémités sont séparées entre elles d'une distance déterminée pouvant dépasser 2 cm.
Ainsi, à l'inverse d'un assemblage encombrant de laboratoire, l'appareil selon l'invention permet de regrouper tous les éléments de génération du faisceau lumineux dans un boîtier compact qui intègre les moyens optiques facilitant la visualisation ou qui est étroitement associé à ces moyens optiques.
Selon une autre particularité, la source lumineuse comporte une pluralité de diodes électroluminescentes regroupées de façon adjacente dans un ensemble orienté dans une directiQrjL-ay_ant— une— composant€ transversale par rapport à l'axe d'alignement des extrémités des moyens optiques.
Selon une autre particularité, ledit organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé est constitué d'au moins une ampoule miniature xénon ou halogène associée à un filtre bande passante pour former ladite source lumineuse. Selon une autre particularité, les deux extrémités des moyens optiques sont alignées et disposées dans le boîtier qui est du type préhensible.
Selon une autre particularité, le boîtier est sensiblement parallélépipédique, de type format de poche et comporte sur un même côté l'interface utilisateur et ladite première extrémité des moyens optiques.
Selon une autre particularité, les moyens optiques comprennent un axe longitudinal correspondant à un axe de visualisation des éléments marqués par fluorescence, la distance entre les extrémités des moyens optiques étant comprise entre 2 et 35 cm.
Selon une autre particularité, la distance entre les extrémités des moyens optiques est comprise entre 2 et 15 cm.
Selon une autre particularité, le boîtier comporte un logement pour recevoir des batteries permettant une utilisation autonome de l'appareil, ledit boîtier comportant un axe longitudinal correspondant à l'orientation du faisceau lumineux focalisé au niveau de la source lumineuse et ayant transversalement un périmètre inférieur à 25 cm.
Selon une autre particularité, au moins une dizaine de diodes électroluminescentes sont montées dans une disposition en nid d'abeille sur une carte support pour former la source lumineuse.
Selon une autre particularité, les diodes électroluminescentes sont connectées à une unité électronique agencée pour contrôler l'alimentation des diodes.
Selon une autre particularité, les moyens optiques sont formés dans un ensemble sensiblement cylindrique apte à s'aligner avec un dispositif annulaire formant une couronne dotée de logements pour recevoir des diodes électroluminescentes orientées vers un point de focalisation situé du côté opposé aux moyens optiques.
Selon une autre particularité, le boîtier est constitué d'un dispositif d'émission laser. 071
Selon une autre particularité, le dispositif d'émission laser est du type ayant une longueur d'onde de l'ordre de 532 nm pour émettre un faisceau de lumière verte.
Selon une autre particularité, les moyens optiques comportent un moyen support doté d'un bras pour fixer de façon amovible le dispositif d'émission laser.
Selon une autre particularité, la première extrémité des moyens optiques comporte un pourtour adapté pour permettre l'ajout et/ou la solidarisation à l'appareil d'un élément optique de grossissement qui peut s'avérer nécessaire pour que l'utilisateur visualise la fluorescence des éléments marqués. Ainsi, des particules fluorescentes peu visibles peuvent être détectées, comme par exemple des microbilles à fluorescence de diamètre inférieur à 5 μm.
Selon une autre particularité, un filtre d'excitation (du type bande passante) est prévu pour affiner chromatiquement l'émission issue de la source lumineuse.
Selon un aspect essentiel de l'invention, les moyens optiques comportent un bloc filtre incluant un filtre d'émission pour empêcher au moins le passage des ondes visibles provenant du ou des organes d'émission et pour laisser passer les longueurs d'ondes spécifiques d'émission de la fluorescence des éléments marqués.
Selon une autre particularité, le boîtier comporte un axe longitudinal et au moins un alignement de diodes électroluminescentes selon cet axe longitudinal" Un autre but de l'invention est de proposer une utilisation de l'appareil portable pour authentifier rapidement des produits ayant une zone de marquage révélable optiquement.
Ce but est atteint par une utilisation de l'appareil selon l'invention, caractérisée en ce que ledit appareil portable sert à détecter des particules fluorescentes contenues dans tout ou partie d'un produit à authentifier. Selon une autre particularité, ledit appareil portable sert à détecter des particules fluorescentes contenues dans une zone de marquage associée à un produit pour en assurer le marquage.
Selon une autre particularité, la zone de marquage consiste en un composé d'adhésion ou d'enduction comprenant une proportion minimale de molécules fluorescentes, invisibles à la lumière du jour mais détectables optiquement par épifluorescence dans une plage de longueur d'onde d'excitation comprise dans le visible.
Selon une autre particularité, la fluorescence à détecter provient d'au moins un fil ou fibre de 3 à 20 mm de longueur appelée fibrette.
Selon une autre particularité, le fil ou fibrette est associé à un papier de sécurité.
Selon une autre particularité, la fluorescence à détecter provient de corps de très petite taille dont le volume est inférieur à 0,1 mm3. Selon une autre particularité, la fluorescence à détecter provient de microsphères dont le diamètre est compris entre 0,2 et 20 μm.
Selon une autre particularité, les microsphères sont associées à un papier de sécurité.
Selon une autre particularité, les microsphères sont dispersées dans une huile de lubrification ou d'un traitement de surface de pièces métalliques.
Selon une autre particularité, l'appareil est utilisé pour la détection de la fluorescence provenant de microsphères signalant une hybridation d'ADN sur des biopuces ou puces à ADN. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un appareil selon l'invention permettant l'observation par épifluorescence d'un produit marqué à l'aide de particules fluorescentes ;
- la figure 2 représente un agencement de diodes de type LED (Light-Emitting Diode) en couronne ; - la figure 3 représente schématiquement un appareil selon l'invention doté d'une source lumineuse de type laser ;
- la figure 4 montre un exemple d'appareil avec des diodes électroluminescentes dans une variante de réalisation de l'invention. L'invention s'applique à la détection de tout type de produit pouvant être marqué par fluorescence. Dans ce qui suit, on doit comprendre par particule fluorescente une particule qui absorbe et ré-émet respectivement dans des longueurs d'onde du visible (0,4-0,7 μm).
Les exemples de produits marqués par fluorescence à l'aide d'une encre incolore cités dans le document WO 02/10295 peuvent tous faire l'objet d'une authentification grâce à l'appareil de terrain de la présente invention. Le produit marqué (6) comporte une zone déterminée (60) dans laquelle des éléments marqués par fluorescence ont été insérés. Cette zone de marquage (60) peut comprendre un revêtement formé par application d'un produit liquide adhérent ou d'enduction, contenant des molécules fluorescentes, détectables par épifluorescence. L'épiscopie se distingue de la diascopie par le fait que dans la première, le rayonnement d'excitation de l'objet observé ne traverse pas ce dernier, alors que dans la diascopie, la source lumineuse est de l'autre côté de l'objet observé par rapport à l'observateur.
Dans ce qui suit, il sera fait référence à un exemple pour lequel la fluorescence de molécules se traduit par un pic d'absorption à environ 570 nm. Il doit être compris que d'autres molécules ayant un pic différent^ejjyent_
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être utilisées. Les molécules fluorescentes que l'appareil doit détecter sont par exemple invisibles à l'œil nu sur le produit marqué. L'authentification du produit ne peut pas non plus se faire par des moyens classiques utilisant, comme dans le domaine des encres sécurisées, des rayonnements UV et IR. Les molécules fluorescentes sont généralement présentes en faible concentration et ne peuvent être détectées par épifluorescence que si d'une part celles-ci sont excitées par une plage de longueur d'onde déterminée du spectre d'émission d'une source lumineuse et si d'autre part on filtre l'émission de la fluorescence. Dans d'autres cas, les particules sont concentrées mais très localisées et ne peuvent être détectées par épifluorescence qu'en étant d'une part excitées par une plage de longueur d'onde déterminée du spectre d'émission d'une source lumineuse et d'autre part en étant observées après grossissement et filtrage de l'émission de la fluorescence.
En référence à la figure 1 , l'appareil selon l'invention comporte une source lumineuse (2) incorporée dans un boîtier (1) de type format de poche et aisément préhensible. L'appareil est donc facilement transportable, à la différence des équipements de type microscope à épifluorescence. Contrairement aux sources lumineuses de type lampe à vapeur de mercure généralement associées à un microscope à épifluorescence, la source lumineuse (2) envisagée dans l'invention est plus compacte et légère pour permettre une utilisation sur le terrain de l'appareil. L'appareil portable de détection optique est considérablement simplifié par rapport à la plupart des appareils de détection de fluorescence et permet d'authentifier de manière fiable des éléments marqués par fluorescence sur une zone de marquage déterminée (60).
La source lumineuse (2) est conçue pour émettre dans le visible. Selon l'invention, la source lumineuse (2) comporte au moins un organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé constitué d'une diode électroluminescente ou d'un laser pour l'excitation des particules ayant la fonction fluorophore. Pour cela chaque organe d'émission a un pic d'émission semblable autour d'une longueur d^onde__déterminée quL
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ccirïe^p^^"s^nslbïëment à la longueur d'onde d'excitation des fluorophores. Dans une variante de réalisation, ledit organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé peut être constitué d'au moins une ampoule miniature xénon ou halogène associée à un filtre bande passante pour former ladite source lumineuse (2).
L'excitation des molécules fluorescentes se produit environ entre 0,385 et 0,7 μm, ce qui permet l'obtention d'une émission fluorescente dans une plage de longueur d'onde appartenant à la plage des rayonnements visibles par l'œil humain. Cette émission ne s'effectue que pour une intensité lumineuse d'excitation déterminée. Dans le mode de réalisation de la figure
1 , la source lumineuse (2) comporte une pluralité de diodes électroluminescentes regroupées de façon adjacente. L'ensemble de diodes permet d'obtenir une intensité lumineuse suffisante pour exciter les fluorophores. Au moins une dizaine de diodes électroluminescentes peuvent être montées dans une disposition en nid d'abeille sur une carte support pour former la source lumineuse (2). Il peut aussi être envisagé d'utiliser une seule diode de type LED1 cette diode devant posséder des caractéristiques déterminées d'intensité et d'angle d'ouverture pour générer une luminosité d'au moins 0,1 lumen.
L'appareil est doté également de moyens optiques, intégrés ou non dans le boîtier (1). Ces moyens optiques peuvent comporter des moyens de grossissement de type loupe ou éléments de grossissement du type utilisés dans un microscope. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens optiques réalisent une fonction de grossissement suffisante pour permettre la détection de particules de petite taille, par exemple de 5 μm. Si la fluorescence est suffisamment intense et que la lumière utilisée est sélective, l'authentification peut se faire sans de tels moyens de grossissement. Ces derniers peuvent donc être supprimés, un accessoire de grossissement pouvant par ailleurs être associé aux moyens optiques le cas échéant. Comme illustré à la figure 1, les moyens optiques comprennent par exemple une première extrémité (E1) permettant à l'utilisateur de visualiser instantanément la fluorescence des éléments marqués et une seconde extrémité (E2) opposée apte à venir à proximité ou affleurer la zone de marquage (60). Les extrémités (E1, E2) sont par exemple alignées et laissent passer la lumière pour au moins une gamme de longueur d'onde du visible. La détection du marquage s'effectue par une observation directe de la surface du produit au travers des moyens optiques, sans destruction ou détérioration de la surface du produit concerné. La première extrémité (E1) des moyens optiques peut comporter un pourtour (11) adapté pour permettre l'ajout et/ou la solidarisation à l'appareil d'un élément optique de grossissement qui peut s'avérer nécessaire pour que l'utilisateur visualise la fluorescence des éléments marqués. En particulier, il est permis avec un tel élément optique de grossissement de détecter (ou mieux distinguer) de petites particules fluorescentes.
L'ensemble de diodes illustré à la figure 1 est orienté dans une direction ayant une composante transversale par rapport à l'axe d'alignement des extrémités (E1, E2) des moyens optiques. Le trajet du rayonnement d'excitation (5) issu de la source lumineuse (2) traverse par exemple un filtre d'excitation (F1) prévu pour affiner chromatiquement l'émission et est ensuite réfléchi par un miroir (14) de type dichroïque. Le miroir (14) réfléchit ce rayonnement en direction de la zone de marquage (60) formée sur le support, afin d'éclairer par-dessus cette zone (60). Le produit marqué est disposé sous la seconde extrémité et peut être observé visuellement comme représenté par la référence (3). Le filtre d'excitation (F1) favorise le passage des longueurs d'ondes spécifiques du rayonnement provenant de la source lumineuse choisie émettant dans le visible. Ces longueurs d'ondes seront déterminées en fonction du fluorochrome, c'est à dire de la matière fluorescente choisie pour produire sous une longueur d'onde d'excitation donnée du visible, une longueur d'onde d'émission fluorescente dans le spectre des rayonnements visibles. Le miroir dichroïque (14) est adapté aux deux spectres de longueur d'onde excitatrice et d'émission.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , le boîtier (1) de l'appareil portable de détection est avantageusement préhensible et permet de loger non seulement la source lumineuse (2) mais également les moyens optiques avec un bloc filtre (BF) adéquat. Une interface utilisateur (10) pour commander notamment la source lumineuse (2) et des moyens d'alimentation électrique pour alimenter la source lumineuse (2) sont en outre disposés dans le boîtier (1). Le logement (12) permet de recevoir des batteries (9V PP3 ou analogue) pour une utilisation autonome de l'appareil. Ce boîtier (1) compact peut ainsi délimiter la totalité de l'appareil ce qui le rend aisé à manipuler. Dans un mode de réalisation de l'invention, le boîtier (1) comporte un axe longitudinal correspondant à l'orientation du faisceau lumineux focalisé au niveau de la source lumineuse (2) et possède transversalement un périmètre inférieur à 25 cm. Les extrémités (E1 , E2) des moyens optiques sont par exemple séparées entre elles d'une distance déterminée (d, d') de l'ordre de quelques centimètres et pouvant dépasser 2 cm (une distance d'environ 4 cm étant suffisante). La distance (d) peut naturellement être plus courte pour des variantes de réalisation où lesdits moyens optiques sont externes au boîtier incluant la source lumineuse (2). Selon certaines formes de réalisation de l'invention, les moyens optiques comprennent un axe longitudinal correspondant à un axe de visualisation des éléments marqués par fluorescence et la distance (d') entre les extrémités des moyens optiques est comprise entre 2 et 35 cm. Cette distance (d, d') est par exemple comprise entre 2 et 15 cm. La première extrémité (E1) peut comporter un filtre (F2), par exemple rouge lorsque l'excitation est réalisée au-delà de 600 nm, le filtre d'excitation (F1) étant par exemple un filtre vert, ce filtre rouge formant alors un filtre d'émission. Ce filtre (F2) permet notamment d'isoler les photons de l'émission fluorescente (4) des photons d'excitation (5) émis par la source lumineuse (2) et réfléchis par le miroir (14). Il est alors facile de visualiser la fluorescence de molécules ayant un pic d'émission par exemple à 605 nm. On comprend que les moyens optiques peuvent comporter un bloc filtre (BF) incluant un tel filtre d'émission (F2) pour filtrer les longueurs d'ondes spécifiques d'émission de la fluorescence des éléments marqués. Cela permet la visualisation des particules fluorescentes dans la zone de marquage (60). Le filtre d'émission (F2), disposé entre les deux extrémités (E1 , E2), permet d'éliminer au moins les rayonnements de longueur d'onde inférieur à un seuil déterminé. En pratique, ce filtre (2) permet donc de filtrer les rayonnements d'excitation pour ne laisser passer que les rayonnements d'émission dans le visible des éléments marqués. Dans des variantes de réalisation où le rayonnement d'excitation est rendu monochromatique, par exemple grâce au premier filtre (F1) d'excitation, ce second filtre (F2) peut être supprimé. Dans le cas de l'observation par épifluorescence de fluorescences émettant dans I1UV (à la différence de la présente invention), le filtre d'émission (F2) n'est pas nécessaire. En effet, les ondes d'excitation étant très peu visibles, la réflexion des ondes d'excitation ne gêne pas l'observation des ondes émises issues de la fluorescence.
L'interface utilisateur (10) peut comprendre au moins deux boutons pour permettre soit d'allumer des diodes de type LED pour un simple éclairage permettant de facilement se positionner sur la zone de marquage (60), soit allumer l'ensemble à diodes permettant d'exciter les fluorophores sur la zone de marquage (60). Pour permettre ces différents types d'allumage, les diodes électroluminescentes sont connectées à une unité électronique (8) de traitement agencée pour contrôler l'alimentation des diodes. Dans l'exemple de particules ayant un pic d'excitation à 570 nm, une lumière rouge issue d'une ou plusieurs sources délocalisées permet ainsi de se placer sur la zone (60) et une lumière verte permet l'excitation des fluorophores. Les sources délocalisées sont disposées en dehors de l'optique mais dans le boîtier (1), par exemple en position adjacente au verre formant la seconde extrémité (E2). Ce verre (ou élément transparent analogue) peut être antireflet pour améliorer la visualisation, en limitant les pertes dues à la réflexion des rayons d'excitation et d'émission.
Comme illustré à la figure 1 , le boîtier (1) est sensiblement parallélépipédique, de type format de poche et comporte sur un même côté l'interface utilisateur (10) et ladite première extrémité (E1) des moyens optiques.
Les moyens optiques permettent un grossissement déterminé qui peut être fonction la taille des particules à observer. Ces particules consistent par exemple en des microsphères (ayant un diamètre pouvant être compris entre 0,2 et 20 μm), par exemple du type décrit dans le brevet WO 01/30936 du même demandeur. Le nombre de diodes LED ainsi que le grossissement de l'optique dépendent de la taille des microsphères à observer : un objectif de grossissement par 10 peut être prévu par exemple pour détecter des microsphères de l'ordre de 10 μm. Dans le mode de réalisation de la figure, l'objectif (non représenté) peut être un élément distinct du boîtier (1), de sorte que le boîtier (1) convient à tout type molécules fluorescentes lorsque l'on utilise en complément l'objectif approprié. L'objectif peut se disposer contre la seconde extrémité (E2) des moyens optiques.
En référence à la figure 2, les moyens optiques sont formés dans un ensemble sensiblement cylindrique apte à s'aligner avec un dispositif annulaire constituant ledit boîtier (1'). Dans cette variante de réalisation, le corps (21) du boîtier (1') forme une couronne (21) dotée de logements pour recevoir des diodes électroluminescentes (20) orientées vers le centre de la couronne. Les logements du corps (11) peuvent être inclinés en direction d'un côté inférieur de la couronne, tandis que les moyens optiques sont disposés du côté supérieur de la couronne (21).
Avec l'agencement de diodes en couronne, les diodes (LEDs) sont focalisées en un même point afin d'augmenter la quantité de lumière sur la zone de marquage (60) à observer. Cet agencement permet d'exciter les fluorophores de la zone de marquage ou corps à observer. Pour des microsphères de 8 à 10 μm, un objectif de grossissement X10 peut être utilisé et la couronne (21) comporte 4 LEDs focalisées. Pour visualiser des microsphères plus petites, par exemple de 5μm, il est préférable d'utiliser un système comportant 8 LEDs focalisées avec un objectif de grossissement supérieur, par exemple X45. Le nombre de diodes peut toutefois varier en fonction des caractéristiques intrinsèques de chaque diode (luminosité, angle d'ouverture, niveau d'alimentation). Des LEDs bleues à pic d'émission autour de 470 nm peuvent convenir pour la détection de molécules fluorescentes ayant leur pic d'absorption à 570 nm, même si l'excitation est alors à 30 % de son maximum. Le spectre d'émission des LEDs bleues ne dépassant pas
600 nm, il est possible de se passer de filtre d'excitation (F1) en utilisant un filtre d'émission de type à bande passe-haut à 610 nm. Dans des variantes de réalisation avec couronne (21), un filtre d'excitation peut aussi être envisagé, le filtre (F1) étant alors annulaire (non représenté) ou composé d'une pluralité de filtres associés chacun à une ou plusieurs diodes (20).
L'agencement avec couronne ou forme analogue (tronc de cône, pyramide, etc.) permet une grande souplesse pour être associé à des moyens optiques dotés d'un grossissement plus ou moins élevé.
Un mode de réalisation de l'invention va à présent être plus particulièrement décrit en référence à la figure 3. Le boîtier (1") est constitué d'un dispositif d'émission laser (7) dans l'exemple de la figure 3. Le circuit de pompe (73) du dispositif d'émission laser est ajusté à une longueur d'onde atteignant environ 532 nm pour générer une lumière verte. Un dispositif d'émission laser du type ayant une longueur d'onde de l'ordre de 532 nm peut convenir pour exciter efficacement des molécules ayant un pic d'absorption à environ 570 nm.
Les moyens optiques utilisés avec le dispositif d'émission laser (7) peuvent comporter un moyen support (70) doté d'un bras (75) pour fixer de façon amovible le boîtier (1") incorporant la source lumineuse laser (2). L'utilisation d'une source de type laser permet d'obtenir un éclairage puissant focalisé sur une surface réduite (de diamètre inférieur à 5 mm) et le boîtier (1") de type cylindrique contenant la source laser est d'un encombrement extrêmement réduit. Le boîtier (1") a alors une taille comparable à un stylo. Une telle utilisation est avantageuse pour observer des corps de très petite taille, comme par exemple des microsphères ayant un diamètre compris entre 0,2 et 5μm.
La longueur d'onde des lasers verts du type émettant à 532 nm permet d'exciter une famille de molécules fluorescentes qui s'excitent autour de 570 nm et émettent au-delà de 610 nm (longueur d'onde du rouge). L'excitation à 532 nm n'est certes pas optimale puisque le pic d'absorption est à 570 nm, néanmoins la puissance lumineuse des lasers peut compenser le décalage entre le pic d'émission de la source et le pic d'absorption (dans la mesure où il y a un recouvrement). Par ailleurs, la précision chromatique d'un dispositif à émission laser (7) permet de s'affranchir de l'utilisation des filtres d'excitation (F1) qui sont nécessaires lorsque l'on utilise des LEDs par exemple vertes ou blanches comme sources lumineuses. Dans ce mode de réalisation, les moyens optiques peuvent consister en un objectif conventionnel, avec ou sans oculaire et sans filtre d'émission. L'objectif peut être analogue à ceux utilisés comme élément de grossissement d'un microscope. Le dispositif d'émission laser (7) peut être du type courant ayant une puissance inférieure à 5 mW pour se conformer aux normes de sécurité. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif d'émission laser (7) comporte une diode laser du fabricant Sony, génère une onde constante dont la longueur d'onde est 532 nm. Il a une puissance en sortie d'alimentation 4,99 mW et une durée de vie en fonctionnement de l'ordre de 2000 à 3000 heures. Le boîtier (1") comporte en outre un logement pour au moins une batterie, et par exemple 2 accumulateurs de type AAA.
La figure 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle le boîtier comporte un axe longitudinal et au moins un alignement de diodes électroluminescentes selon cet axe longitudinal. Une barre (B) de LEDs peut être incorporée dans le boîtier et alimentée par des batteries ou une alimentation secteur, une interface utilisateur permettant de contrôler l'allumage/extinction de la source lumineuse ainsi constituée. Les moyens optiques peuvent consister en un dispositif de type loupe (L) auquel est associé un filtre d'émission (F2). Le dispositif de type loupe ou un moyen de grossissement analogue peut être rendu solidaire et articulé par rapport au boîtier. Un filtre d'excitation (non représenté) peut éventuellement être prévu, par exemple en position adjacente à la barre (B) de diodes électroluminescentes. Le boîtier peut comporter un profil en L avec une partie support pour poser le produit à authentifier et une partie latérale où est disposée la source lumineuse.
Il est possible grâce à l'appareil portable de détection de révéler un marquage sécurisé en excitant les molécules fluorescentes directement sur un textile fabriqué à partir de fils ensimés. Le fluorophore est préalablement inséré dans l'huile d'ensimage recouvrant le fil.
Il doit être compris que l'invention propose un appareil permettant de détecter des marquages dans divers domaines, par exemple pour des œuvres d'art, des textiles, du verre creux ou plat (par traitement de surface, par sérigraphie, ou par jet d'encre), des caractères et dessins imprimés par transfert thermique, offset ou héliogravure, des pièces détachées métalliques (par traitement de surface ou par utilisation d'une huile de lubrification), des blisters aluminium et hologrammes (par héliogravure ou par flexographie), des papiers de sécurité, des billets de banque et des papiers de scellement de type bandelettes fiscales. Par papier de sécurité, on entendra par exemple des papiers couchés tels que des chèques, des titres, des pièces d'identité, des étiquettes, des bandelettes fiscales ou tout autre papier à vocation infalsifiable. Une application de l'appareil peut être envisagée dans le domaine de la biologie moléculaire, en particulier pour la détection de microsphères fluorescentes signalant une hybridation d'ADN sur des biopuces ou puces à ADN. Ces microsphères fluorescentes servent alors de marqueur par fixation sur au moins un brin d'ADN hybride. Pour ce type d'application, seuls les brins d'ADN hybrides pourront se fixer sur les microsphères fluorescentes, par exemple par une liaison biotine - streptavidine.
L'appareil portable de détection optique permet de visualiser facilement des particules fluorescentes contenues dans tout ou partie d'un produit à authentifier, par exemple dans une zone de marquage (60) associée à un produit. L'utilisateur doit simplement appuyer sur un bouton de l'interface (10) pour exciter les particules fluorescentes. La zone de marquage (60) formée sur le support devant être observé gjâκse_àJ^ppajre|L
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consiste par exemple en un composé d'adhésion ou d'enduction, par exemple des encres invisibles, comprenant une proportion minimale de molécules fluorescentes.
Ces molécules, par exemple incorporées dans des corps de très petite taille ayant un volume inférieur à 0,1 mm3, dans des microsphères de quelques microns de diamètre, sont invisibles à la lumière du jour mais détectables optiquement par épifluorescence dans une plage de longueur d'onde d'excitation comprise dans le visible. L'appareil selon l'invention constitue donc avantageusement un détecteur de terrain pour authentifier des produits contenant un marquage secret par des particules fluorescentes, cette détection pouvant être réalisée rapidement sur place sans nécessiter l'envoi du produit dans un laboratoire équipé avec un matériel lourd de type microscope à épifluorescence. La fluorescence à détecter peut aussi résider dans au moins un fil ou fibrette. La détection peut ainsi être réalisée pour des particules fluorescentes imprégnant ou recouvrant au moins un fil ou fibrette associée à un produit pour en assurer le marquage. Un tel fil ou fibrette est par exemple associé à un papier de sécurité. En variante, la fluorescence à détecter peut provenir de microsphères. La demande de brevet WO 01/30936 du même demandeur décrit un exemple spécifique de microsphères disposant de liaisons avec des molécules fluorescentes. De telles microsphères fluorescentes peuvent être également associées à un papier de sécurité, des billets de banque, des papiers de scellement, des matériaux à base de polymères, ou d'autres types de support tels que cuir, textile... De telles microsphères fluorescentes peuvent aussi être dispersées dans une huile de lubrification ou un traitement de surface de pièces métalliques.
On comprend que la visualisation peut aussi bien être réalisée à travers les moyens optiques de l'appareil selon l'invention, directement par l'œil humain (3), ou par l'intermédiaire d'un dispositif de type caméra numérique, par exemple caméra CCD (Charge Coupled Device), pouvant éventuellement se fixer du côté de la première extrémité (E1) des moyens optiques de façon à permettre une visualisation de la zone (60) à observer sur un écran. Une cellule photosensible permet également la détection grâce à sa sensibilité aux photons. Il peut ainsi être envisagé une détection sans visualisation, un signal de détection pouvant être traduit de façon sonore (connexion à une alarme) ou par une mesure de luminosité.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil portable de détection optique pour détecter sur une zone de marquage déterminée (60) des éléments marqués par fluorescence, ledit appareil comportant au moins une source lumineuse (2) destinée à l'excitation de particules incluant une fonction fluorophore, la source lumineuse (2) comportant au moins un organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé constitué d'une diode électroluminescente ou d'un laser, chaque organe d'émission ayant un pic d'émission semblable autour d'une longueur d'onde déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend : - un boîtier (1 , l', 1") pour loger respectivement la source lumineuse (2), une interface utilisateur (10) pour commander la source lumineuse et des moyens d'alimentation électrique pour alimenter la source lumineuse (2), cette source lumineuse étant conçue pour émettre dans le visible, le boîtier (1 , l', 1") comportant une sortie lumineuse orientée vers la zone de marquage (60) ; et
- des moyens optiques intégrés ou non dans le boîtier (1 , V, V), comprenant une première extrémité (E1) permettant à l'utilisateur de détecter instantanément dans le visible la fluorescence des éléments marqués excités dans le visible par l'intermédiaire de la source lumineuse (2), une seconde extrémité (E2) opposée à la dite première extrémité et apte à venir à proximité ou affleurer ladite zone de marquage (60), un filtre (F2) étant prévu entre ces deux extrémités (E1 , E2) pour éliminer au moins les rayonnements de longueur d'onde inférieure à un seuil déterminé, lesdites extrémités (E1 , E2) laissant passer ainsi la lumière pour au moins une gamme de longueur d'onde du visible et étant séparées entre elles d'une distance déterminée (d) pouvant dépasser 2 cm.
2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les deux extrémités (E1 , E2) des moyens optiques sont alignées et disposées dans le boîtier (1 , l', 1") qui est du type préhensible.
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le boîtier (1) est sensiblement parallélépipédique, de type format de poche et comporte sur un même côté l'interface utilisateur (10) et ladite première extrémité (E1) des moyens optiques.
4. Appareil selon une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens optiques comprennent un axe longitudinal correspondant à un axe de visualisation des éléments marqués par fluorescence, la distance (d1) entre les extrémités des moyens optiques étant comprise entre 2 et 35 cm.
5. Appareil selon une des revendications 1 à 4, dans lequel la distance (d) entre les extrémités (E1, E2) des moyens optiques est comprise entre 2 et 15 cm.
6. Appareil selon une des revendications 1 à 5, dans lequel le boîtier (1) comporte un logement (12) pour recevoir des batteries permettant une utilisation autonome de l'appareil, ledit boîtier comportant un axe longitudinal correspondant à l'orientation du faisceau lumineux focalisé au niveau de la source lumineuse (2) et ayant transversalement un périmètre inférieur à 25 cm.
7. Appareil selon une des revendications 1 à 6, dans lequel la source lumineuse (2) comporte une pluralité de diodes électroluminescentes regroupées de façon adjacente dans un ensemble orienté dans une direction ayant une composante transversale par rapport à l'axe d'alignement des extrémités (E1. E2) des moyens optiques.
8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel au moins une dizaine de diodes électroluminescentes sont montées dans une disposition en nid d'abeille sur une carte support pour former la source lumineuse (2).
9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les diodes électroluminescentes sont connectées à une unité électronique (8) agencée pour contrôler l'alimentation des diodes.
10. Appareil selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens optiques sont formés dans un ensemble sensiblement cylindrique apte à s'aligner avec un dispositif annulaire constituant ledit boîtier (1'), le corps (21) du boîtier (1') formant une couronne dotée de logements pour recevoir des diodes électroluminescentes orientées vers un point de focalisation situé du côté opposé aux moyens optiques.
11. Appareil selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit organe d'émission d'un faisceau lumineux focalisé est constitué d'au moins une ampoule miniature xénon ou halogène associée à un filtre bande passante pour former ladite source lumineuse (2).
12. Appareil selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier (1") est constitué d'un dispositif d'émission laser (7).
13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel le dispositif d'émission laser (7) est du type ayant une longueur d'onde de l'ordre de 532 nm pour émettre un faisceau de lumière verte.
14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, dans lequel les moyens optiques comportent un moyen support (70) doté d'un bras (75) pour fixer de façon amovible le dispositif d'émission laser (7).
15. Appareil selon une des revendications 1 à 14, dans lequel la première extrémité (E1) des moyens optiques comporte un pourtour (11) adapté pour permettre l'ajout et/ou la solidarisation à l'appareil d'un élément optique — de — grossissement— pour— que — ^utilisateur— visualise— mieux — la- fluorescence des éléments marqués.
16. Appareil selon une des revendications 1 à 15, dans lequel un filtre d'excitation (F1) est prévu pour affiner chromatiquement l'émission issue de la source lumineuse (2).
17. Appareil selon une des revendications 1 à 15, dans lequel les moyens optiques comportent un bloc filtre (BF) incluant un filtre d'émission (F2) pour empêcher au moins le passage des ondes visibles provenant du ou des organes d'émission et pour laisser passer les longueurs d'ondes spécifiques d'émission de la fluorescence des éléments marqués.
18. Appareil selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier comporte un axe longitudinal et au moins un alignement de diodes électroluminescentes selon cet axe longitudinal.
19. Utilisation de l'appareil selon une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que ledit appareil portable sert à détecter des particules fluorescentes contenues dans tout ou partie d'un produit à authentifier.
20. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle ledit appareil portable sert à détecter des particules fluorescentes contenues dans une zone de marquage (60) associée à un produit pour en assurer le marquage.
21. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle la zone de marquage consiste en un composé d'adhésion ou d'enduction comprenant une proportion minimale de molécules fluorescentes, invisibles à la lumière du jour mais détectables optiquement par épifluorescence dans une plage de longueur d'onde d'excitation comprise dans le visible.
22. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle la fluorescence à détecter provient d'au moins un fil ou fibre de 3 à 20 mm de longueur appelée fibrette.
23. Utilisation de l'appareil selon la revendication 22, dans laquelle le fil ou fibretîê est associe à un papier de sécurité.
24. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle la fluorescence à détecter provient de corps de très petite taille dont le volume est inférieur à 0,1 mm3.
25. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle la fluorescence à détecter provient de microsphères dont le diamètre est compris entre 0,2 et 20 μm.
26. Utilisation de l'appareil selon la revendication 25, dans laquelle les microsphères sont associées à un papier de sécurité.
27. Utilisation de l'appareil selon la revendication 25, dans laquelle les microsphères sont dispersées dans une huile de lubrification ou d'un traitement de surface de pièces métalliques.
28. Utilisation de l'appareil selon la revendication 19, dans laquelle l'appareil détecte des signaux luminescents de microsphères signalant une hybridation d'ADN sur des biopuces ou puces à ADN.
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