[发明专利]检测少量物质

说明书

相关申请

本申请要求2008年12月18日提交的瑞典专利申请No.0802612-2的优先权及权益，通过参考将其全部教导被合并在此。

技术领域

本发明涉及检测物质或分子，特别是检测远离（stand-off）距离处的非常少量的物质或者物质粒子。

背景技术

被激光束击中的物质（例如爆炸物或管制药品）将会反射或者散射大部分接收光。所述反射和散射光将主要具有与接收光相同的波长，但是一些散射光将是波长偏移的，这就是“拉曼散射”光。包括多个波长的光的该散射光的分布被称作“拉曼光谱”。

因此，以与其他光谱类似的方式，对于每一种物质（或者更精确地说对于每一种类型的分子）的拉曼光谱包括一条或多条波长带/线，并且是特定于分子的。拉曼光谱中的每一条带或线都对应于分子中的一种振动模式。由于对于每一种分子的唯一拉曼光谱，因此可以通过将所测量的拉曼光谱与参考光谱进行比较而识别出物质。

对于远离检测（即远距离检测或者在某一距离处的检测）来说，将激光束指向所述物质，并且利用望远镜来收集反射和散射光。利用光学滤光器系统和光学传感器来测量拉曼光谱。为了识别出已为其测量了拉曼光谱的物质或分子，使用一种信号处理算法来将所测量的光谱与存储在数据库中的各种光谱进行比较。远距离检测可以被假定是在一定距离处进行的，这些距离被称作远离距离，其大于通常在实验室中的距离，在实验室中待检查物质被放置成直接邻近光谱仪，所述距离通常被取为大于50cm或者通常大于5m并且常常处于10－100m的范围内。

在物质检测时，一项困难的任务是识别出少量（也被称为痕量）相关物质或者位于许多其他物质当中的所搜索物质。在检测中，通常会与来自其他物质的信号一起获得来自相关物质的信号，其中前面的信号可以被称作噪声。信号与噪声的比例（这被称作信噪比（SNR））越低，检测就变得越难。这一问题对于许多针对粒子检测的应用来说都很常见。

一项这样的任务是识别出存在于指纹中的物质，其中可能还存在多种其他物质。指纹中的物质通常以粒子的形式存在于它们自身。因此，为了使得SNR最大化，期望利用其中相关粒子与不相关粒子的比尽可能高的指纹区域来执行检测。很明显，具有最大SNR的区域就是排除了所有周围区域的一个相关粒子的区域。这一点不仅对于指纹是成立的，而且对于其中期望在杂乱环境中检测痕量物质的每一种应用也是成立的。

为了实现这一点，必须满足两个目的。首先，所使用的检测器必须在远离距离处具有接近粒子尺寸的分辨率，其次，所述检测器必须能够在远离距离处定位接近粒子尺寸的对象。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于检测非常少量的物质的方法和装置。

一般来说，可以将检测区域或感兴趣的区域划分成多个较小区域，其在这里被称作子区域，其中每一个子区域的尺寸与一个或多个（例如少数几个，比如2－5个，或者更好是2－3个）粒子的尺寸相当。由于这样的子区域将包含仅仅一个或仅仅几个粒子，因此如果存在任何相关粒子的话，其SNR将很高。在极端情况下，比如对于检测特殊有机分子，所述子区域的尺寸甚至可以与单个或几个分子的尺寸相当。

通过把多个子区域聚集形成一个更大区域并且同时检测包括在所述多个子区域中的所有各单独子区域，可以找到所述更大区域当中的具有一个或几个相关粒子的任意子区域。

一般来说，在检测物质中，将激光束指向目标，把望远镜聚焦在所述目标上的由激光束照射的位置，并且在具有若干个像元的摄影机上描绘望远镜图像。于是每一个像元将对应于目标上的一个单独的元素子区域。插入在望远镜与摄影机之间的光学滤光器提供关于目标上的各物质的光谱信息。通过重复改变所述光学滤光器的带通波长以及收集摄影机对于每一种滤光器设定的响应，可以确定对于每一个元素子区域的单独的光谱响应。

在下面的描述中将阐述本发明的其他目的和优点，并且其中的一部分可以从描述中明显看出，或者可以通过实践本发明而获知。可以借助于特别在所附权利要求书中指出的方法、处理、仪器和组合来实现及获得本发明的目的和优点。

附图说明

虽然本发明的新颖特征特别是在所附权利要求书中阐述的，但是通过考虑下面参照附图对下文中给出的非限制性实施例的以下详细描述，可以在其组织和内容两方面获得对于本发明的上述和其他特征的全面理解，并且将会更好地认识本发明，其中：

－图1是用于检测少量物质的检测系统的示意图；

－图2是示出了如何将粒子成像到各单独像素上的示意图；