JP6546176B2 - ラマン分光法による爆発性材料の検出 - Google Patents

Description

この発明は、一般に、材料、例えば、爆発性であり得る材料を同定することに関するものである。

本発明の実施形態は、試料を光で照射することに応答して試料から取得されるラマンスペクトルデータを使用する。ラマン分光法は、分子の莫大なアレイを同定して特徴付けるための効果的な手法である。ラマン分光法では、試料が、典型的にはレーザからのかつ既知の波長（典型的には可視、または近赤外であるが、紫外の場合もある）の光で照射される。レーザ光（時にはラマンポンプとも呼ばれる）は、被験物の分子中の電子雲と相互作用し、この相互作用の結果として、分子の振動及び／または回転エネルギー準位間の差を表わす、選択された波長のシフトを経験する。この波長シフトの正確な性質は、被験物内に存在する分子に依存し、ストークスシフト（放出される光子が入射または照射する光子よりも波長が長いものである場合）と反ストークスシフト（放出される光子が入射光子よりも波長が短いものである場合）との両方を含むことができる。しかしながら、それらは、励起された振動状態にある分子から生じるので、反ストークススペクトルは、ストークススペクトルよりも強度が低く、また、より大きな反ストークスシフトで強度が減少する。固有波長シグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（典型的にはラマンシグネチャ、またはラマンスペクトルと呼ばれる）が各分子によって作成される。この固有ラマンシグネチャは、分子が同定され特徴付けられることを可能にする。より具体的には、被験物から戻る光のスペクトルが、ラマンポンプ光のラマン誘起波長シフトを同定するように、光学分光計を用いて分析され、次いで、この結果として生じるラマンスペクトルが、試料中の分子を同定するように、（例えば、プロセッサによって）既知のラマンシグネチャのライブラリと比較される。ストークス／反ストークス比を含むラマン理論は、例えば、Ｄ．Ａ．Ｌｏｎｇ、「ラマン分光法（Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９７７、特に８２〜８４頁に記載される。

ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（「ＳＥＲＳ」）を含み得、その反射面は、反射性であり、ＳＥＲＳ表面に既知の手法でラマン信号を増強させる。ＳＥＲＳ分光法の原理及び異なる技法は、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０２８７４２７号、米国特許第８２４１９２２号、同第７４５０２２７号、国際公開第２００６／１３７８８５号、及び他の箇所に記載される。任意の実施形態では、目的とする試料は、固体、または流体、例えば気体もしくは液体などであってもよい。

ラマン分光法は、科学分野、商業分野、及び公安分野において広く使用される。最近の技術の進歩は、ラマン分光システムのサイズ及び費用を著しく削減することを可能にしてきた。これは、次いで、ラマン分光法のための実際の適用範囲を増加させている。例えば、携帯型ユニットが、近年、種々の現場使用、例えば、潜在的に有害な物質の現地での同定などに利用可能になってきている。ラマン分光法及びスペクトル判定を使用する分析器の詳細は、例えば、米国特許第８１０７０６９号、同第８０８１３０５号、同第７９２８３９１号、同第７７０１５７１号、同第７６３６１５７号、同第８１０７０６９号、及び米国特許出願公開第２００９／０２１３３６１号、同第２０１０／０１９１４９３号、同第２０１０／０３１５６２９号（それらの参考文献の全てが、参照によって本明細書に組み込まれる）、ならびに他の箇所に見出され得る。レーザ及び検出器の記述を含むラマン分光計の設計がまた、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｌ． ＭｃＣｒｅｅｒｙ、「Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、２０００に記載される。

本発明のいくつかの実施形態は、ラマン分光法が、爆発性であり得る材料を同定するために使用され得ることを認識する。しかしながら、いくつかの実施形態はまた、照射された試料の部分の温度が、材料の発火点を超え得る、または温度の変化（変化率を含む）が、照射する光による加熱の結果として、発火点にすぐに到達し得ることを示唆し得ることも認識する。本発明の実施形態は、これらの関係のいずれかまたは両方を利用して、照射する光のパワーを上昇または低下させ、その結果、ラマンスペクトルデータが、材料の組成の分析を可能にする十分なデータが存在するまで収集され得る。

本発明は、いくつかの実施形態において、爆発性材料を検出する方法を提供する。本方法は、材料の少なくとも一部分を光で照射し、照射された部分の温度を監視することを含み得る。照射する光のパワー及び／または位置は、監視された温度に応答して変えられ得る。例えば、パワーは、温度及び／または温度の変化に応じて、増加または減少され得る。任意の実施形態では、温度の「変化」は、温度の変化率を含んでもよい。ラマンスペクトルデータが、光に応答してその部分から放出されたラマン放射に応答して、作成される。材料の組成は、ラマンスペクトルデータに基づいて分析され得、かつ／または材料が安全に分析され得ないという指示が、オペレータに対して生成され得る。例えば、オペレータ指示は、ディスプレイ上に及び／または可聴メッセージもしくは警告として提示されてもよい。

他の実施形態は、上記のように、照射することと、ラマンスペクトルデータを作成することと、材料の組成を分析することと、を含む、爆発性材料を同定する方法を提供する。しかしながら、これらの他の実施形態では、ラマンスペクトルデータは、照射された部分の温度の指示及び／または温度の変化について分析され得る。その部分上の照射する光のパワー及び／または位置は、温度変化から結果として生じるラマンスペクトルデータの分析された変化に応答して、変えられ得る。

また、分析器が、爆発性材料を検出するために、他の実施形態において提供される。分析器は、光源、検出器、及びプロセッサを備え得る。光源が、材料の少なくとも一部分を光で照射する間に、検出器が、照射する光に応答して放出されたラマン放射を検出する。プロセッサは、本発明の方法のうちの任意の１つ以上を実行し得る。

更なる実施形態が、非一過性形態でコンピュータプログラムを搭載するコンピュータプログラム製品を提供する。プログラムは、材料を照射するための光源及び照射する光に応答して放出されたラマン放射を検出する検出器を制御するプログラム可能なプロセッサにロードされるときに、本発明の方法のうちの任意の１つ以上を実行し得る。

次に、発明の実施形態が、図面を参照にして記載されることになる。

本発明の分析器の概略図である。 本発明の実施形態の方法を例示するフローチャートである。 本発明の別の実施形態の方法を例示するフローチャートである。

図面中、同じ参照数字が、同じまたは類似の構成要素を表わすために使用される。

本発明のいかなる実施形態も、以下にまたはこの出願全体を通してどこかに記載されるいかなる特徴のうちの１つ以上をも更に含んでもよい。任意の実施形態において、照射する光のパワーは、照射された部分の監視された温度の値または変化（変化率を含む）に基づいて、変えられてもよい。例えば、温度は、周知の手法で遠隔赤外線センサを直接使用して監視されてもよい。あるいは、または更に、監視は、温度と共に変動し、したがって温度のインジケータとして機能する測定値、例えばラマンスペクトルデータの何らかの特徴などに基づいてもよい。例えば、ラマンスペクトルラインのピーク幅（例えば、ピークの半値幅など）が、温度の指示、または温度の変化率の指示として使用されるかかる特徴の変化率として、使用されてもよい。この場合において、照射する光のパワーを変えることは、特定のピーク幅の値または変化率に基づき得る。

方法は、監視された温度の値または変化が所定の限界値内にある場合、照射する光のパワーを増加させることを含んでもよい。あるいは、照射された部分の温度の値または変化が所定の限界値を超える場合、照射する光のパワーが減少されてもよい。

任意選択的に、照射する光のパワーを増加させる前に、ラマンスペクトルデータは、それが材料の組成を分析するのに十分であるかどうかに関して、最初に評価されてもよい。それが不十分であるときには、パワーが増加され得る。分析がそれに基づき得るスペクトルデータが、所定の限界値を下回る信号／雑音比を有する場合、スペクトルデータは、不十分であることが判断され得る。その信号／雑音が所定の限界値を満たすまたは超える場合、スペクトルデータは、分析に十分であることが判断され得る。この目的のために信号／雑音を評価するための１つの方法が、Ａｖｒａｈａｍ Ｌｏｒｂｅｒ、「Ｅｒｒｏｒ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｉｇｕｒｅｓ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ ｆｏｒ Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｏｌｖｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ」、Ａｎｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、ｖ．５８、ｎ．６、ｐｐ．１１６７−１１７２、１９８６年５月に記載される。いずれにしても、ラマンスペクトルデータが、組成を分析するのに十分であることが判断される状況では、照射する光のパワーは、増加され得ず、更にはオフにされ得、分析が、その時点で単に完了される。

照射する光は、レーザ光を含み得、レーザ光のパワーは、変えられてもよい。レーザ光または任意の種類の照射する光のパワーを変えることは、いくつかの手法のうちの任意の１つ以上で達成され得る。例えば、光の強度が減少されてもよく、あるいは強度は同じままであってもよいが、時間平均パワーが変えられるように、光は、様々なオン及びオフ時間で、周期的にオン及びオフにされる。種々の周波数、例えば、少なくとも２Ｈｚから最大１０Ｈｚ、５０Ｈｚ、または１００Ｈｚまでなどが、時間平均のために使用されてもよい。

分析下での試料の温度は、試料上の光パワー入射、そのパワーの空間分布、入射光波長における材料の吸収係数、材料の熱伝導率、及びその熱容量と相関する。これらの因子のうちの最初の２つは、試料の照射された部分の温度を制御するように変動され得る。例えば、いくつかの実施形態では、照射する光は、複数の光パルス、例えば一連の光パルスなどを含み、次いで、複数組のラマンスペクトルデータが、各パルスの始まりに続いて作成されてもよい。この場合において、ラマンスペクトルデータが、信号／雑音比を減少させるために合計されてもよい。可能な干渉性光学蛍光性のうちのほとんどまたはほぼ全てが減衰することを可能にする十分な時間が、光パルス間に許容され得る。例えば、少なくとも１００ミリ秒、少なくとも１０ミリ秒、もしくは少なくとも１ミリ秒、またはわずか１００マイクロ秒、１０マイクロ秒、もしくは１マイクロ秒が、パルスシーケンスにおける１つのパルスの終わりと次の始まりとの間に提供され得る。

前に述べたように、本発明の分析器は、本発明の方法のうちの任意の１つ以上を実行し得る。同様に、本発明のコンピュータプログラム製品は、照射する光源及び検出器と通信するプロセッサの上にロードされるときに、本発明の方法のうちの任意の１つ以上を実行し得る。

本発明の分析器の任意の実施形態は、手持型または携帯型であってもよい。「手持」とは、分析器の重さが５ｋｇ、２ｋｇ、１ｋｇよりも少ない、またはそれどころか０．５ｋｇまたは０．２ｋｇよりも少なく、及び各寸法において５０ｃｍまたはそれどころか３０ｃｍよりも小さい寸法を有し得、ならびにそれどころか寸法（厚さ）のうちの１つが、１０ｃｍまたは５ｃｍまたは３ｃｍよりも小さい可能性があることに言及する。「手持型」分析器は、多くの場合、典型的には前述の寸法内に収まると共に前述の重さに含まれるバッテリを用いてバッテリ駆動されるが、別個の電源が分光計に提供され接続され得る。「携帯型」分析器は、いくらかサイズが大きい、例えば、５０ｋｇ、２０ｋｇ、または１０ｋｇよりも少ない、例えば１０〜５０ｋｇまたは２０〜５０ｋｇなどの可能性があり、またいくらか大きい（例えば、いずれかの１つの寸法において最大５００ｃｍ、２００ｃｍ、または最大１００ｃｍなどの）寸法を有し得、典型的には、外部電源に接続する電源入力を含む（ただし、バッテリが提供されてもよい）。「部分」は、ある品目のうちの一部分のみを指すが、その全てを含み得る。例えば、材料または物体のある「部分」は、その材料もしくは物体のうちの全てまたは一部分のみを指し得る。

上述したように、本発明の方法は、この出願に記載された任意の装置によって実行され得る任意の方法を含む。本発明のコンピュータプログラム製品は、本発明の任意の方法を実行することができるコンピュータプログラムを搭載する任意のコンピュータプログラム製品を含む。コンピュータプログラム「製品」は、本発明のコンピュータプログラムを非一過性で、ただし潜在的に一時的な形態で搭載し得る（例えば、プログラムが消去され得る）有形の非一過性媒体（例えば、磁気、光学、またはソリッドステートメモリ）である。

本出願の全体を通して、以下の用語は、用法が明らかに反しない限り、記載された意味を有する。例えば「第１の」及び「第２の」などの語は、任意の特定の関係を示さず、かつ同様に名付けられた要素を区別するためにのみ使用される。本発明の実施形態の異なる要素が別個に記載されているが、それらが実際には同じ構成要素のうちのいくつかまたは全てを使用し得ることが理解されるであろう。「分析」、「分析する」、または類似の語は、爆発性材料のような材料を同定することを参照する。この「分析すること」または類似のことは、同定に役立つように、ラマンスペクトルデータが、それ自体によって、または他の情報もしくはデータと組み合わせて使用されるという意味において、ラマンスペクトルデータに基づく。例えば、ラマンスペクトルデータが、材料が実際にラベルによって示される材料であるという確認の形態で指示を提供するように、材料を保持する容器上のラベルからの情報が、ラマンスペクトルデータと共に使用され得る。同定は、定性的（例えば、材料が、爆発性であるか、もしくは特定の種類の爆薬であるか、または存在する高い可能性を有する）あるいは定量的（例えば、材料における爆薬の濃度が、所定の量を超えるか、または規定された量もしくは濃度で存在する）のうちのいずれかまたは両方であり得る。「同定」は、提示される情報を参照し、必ずしも絶対的に正確ではない。例えば、プロセッサは、爆発性材料が、結果が不確実であるか特定の確実度を有する（例えば、「爆発性Ｘが、６０％の確実性で存在する」）という追加の情報を用いてまたは用いずに、「同定」としてその結果を提示する可能性が高いことと、その結果を提示することと、を判断し得る。「爆発性」材料は、発火事象（例えば、火花）後または発火温度に達した後に、標準大気圧条件下で自然燃焼を受ける可能性があるものである。かかる材料は、発燃材料を含み、時には、「高エネルギー材料」と呼ばれる。「プロセッサ」は、それに要求されるタスクを達成できる、任意のハードウェア、またはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせである。例えば、プロセッサは、適切にプログラムされた汎用目的マイクロプロセッサ、または特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、あるいは複数マイクロプロセッサのうちのいくつかの組み合わせを含み得る。プロセッサがプログラム可能である場合において、それがまだプログラムされていない可能性があるものの、要求されるプログラムのみでロードされることができ、それ故、プロセッサは、要求されるタスクを達成できる。「光」は、紫外線（１００〜４００ｎｍ）、可視（４００〜７００ｎｍ）、または赤外線（７００〜２０００ｎｍ）の範囲にある任意の電磁放射を参照し得る。「ひとつの（ａ）」または「ひとつの（ａｎ）」は、ただ１つのものを意味し、かつ複数を含む。例えば、「爆発性を同定する」は、組成物中の１つ以上の爆発性材料を同定することを含む。「または」は、特定の品目のうちの任意の１つ以上を指す。例えば、「・・・組成を分析する、またはオペレータに対する指示を生成する」は、単に分析する、オペレータ指示を単に生成する、またはその両方を行う。「〜してもよい」は、任意選択性を意味する。時には、「及び／または」が使用され得るが、それは、「または」と交換可能である。例えば、発明の任意の実施形態が「特徴Ｘを有してもよい」場合には、その実施形態が、実際に特徴Ｘを含むことができるまたは特徴Ｘを含み得ない。任意の量の範囲が述べられるとき、その範囲は、その範囲内の全ての含まれるユニット値全体を具体的に説明する（例えば、「最大１００ミリ秒まで」は、１、２、３、４、…、１００ミリ秒、及び同様のものを含む値を具体的に説明する）。物体または材料のある「部分」が照射されるとき、これは、通常、物体または材料のいくつかの部分を意味するが、物体または材料の全てが照射される可能性を含む。本出願に引用される全ての参考文献は、参照によって本明細書に完全に組み込まれる。しかしながら、組み込まれた参考文献におけるものが本出願において述べられるものと矛盾する場合、本出願を優先する。本出願に列挙されるいかなる方法における任意の一連の事象の順序も、列挙された順序に限定されない。代わりに、それらの事象は、論理的に可能な任意の順序で起こってもよく、論理的に可能である場合、同時に起こる事象を含む。

次に図１を参照すると、本発明の実施形態の分析器１００の概略図が示される。分析器１００は、レーザの形態の光源１０２、放射処理モジュール１０６、ディスプレイ１０８、プロセッサ１１０、格納ユニット１１２、及び通信インターフェース１１４を含む。プロセッサ１１０は、通信ライン１２８ａ〜ｆを介して、光源１０２、放射処理モジュール１０６、ディスプレイ１０８、格納ユニット１１２、及び通信インターフェース１１４と電気通信する。これらの構成要素のそれぞれは、筐体１３１ｂ内に収容される。

いくつかの実施形態では、光源１０２によって発せられたまたは物体１４０から受け取られた放射が、図１に示されるようにファイバ１２２、１２０、１２６を通して結合されない。代わりに、光源１０２によって発せられた照射する光１３６が、空気または空間を通して伝播してポート１１６に到達し、そこで、その光が、次いで、爆発性材料について分析予定の物体１４０の一部分を照射する。同様に、照射する光１３６に応答して、物体１４０から放出されるラマン放射１３８が、ポート１１６経由で筐体１３１ｂに入ることができ、その後、空気または空間を通して伝播し、放射処理モジュール１０６に到達する。いずれにしても、ラマン放射１３８は、ビームスプリッタ１２４によって放射処理モジュール１０６の方へ導かれる。

放射処理モジュール１０６は、物体１４０の材料（または物体１４０と関連付けられた物質の、例えば物体１４０内の物質など）の１つ以上の特性を判断するために使用されるラマン放射１３８を検出する検出器１０６ａを含む。例えば、放射処理モジュール１０６が、物体１４０内の１つ以上の物質のラマンスペクトルを判断するように構成され得る。ラマンスペクトルは、通信ライン１２８ｃに沿って放射処理モジュール１０６によって送信された電子信号によってプロセッサ１１０に通信される。同様に、放射処理モジュール１０６は、物体１４０によって放出された熱赤外線放射を検出する赤外線検出器１０６ｂを任意選択的に含んでもよい。その情報はまた、プロセッサ１１０が、照射する光１３６によって照射された物体１４０の部分の温度を評価することができるように、ライン１２８ｃによってプロセッサ１１０に通信される。検出器１０６ｂは、任意選択的であり、なぜなら、記載されるように、検出器１０６ａが、かかる情報を提供するために使用されてもよく、またはプロセッサ１１０が、照射された部分の値または温度の変化の測定としてラマンスペクトルの特徴を使用することができるからである。赤外線検出器１０６ｂは、必ずしも放射処理モジュール１０６の一部分ではない。むしろ、それは、試料インターフェース光学部に近い筐体１３１ｂ上に位置付けられ得る。ポート１１６において筐体１３１ｂから離れて延出する光ファイバプローブを使用するラマン分光計では、赤外線検出器が、プローブの端部に位置付けられ得るか、またはそれは、プローブヘッド光学部に組み込まれ得る。これらの状況では、赤外線検出器１０６ｂが、分光計筐体１３１ｂの内部にある放射処理モジュール１０６の残りから分離される。

一般に、放射処理モジュール１０６は、放出される放射１３８を分析するために使用され得る種々の光学素子、機械素子、及び電子素子を含む。例えば、放射処理モジュール１０６は、光の形態で電磁放射を複数の構成要素波長に分散させるための１つ以上の素子、例えば回折格子及び／またはプリズムなどを含むことができる。放射処理モジュール１０６はまた、ＥＭ放射を平行にする、集束させる、及び方向転換するための種々のレンズ及び／またはミラー、放射強度を減少させるための１つ以上のフィルター素子、ならびに放射ビームを２つのビームに分割するための１つ以上のビーム分割素子を含むこともできる。放射処理モジュール１０６はまた、典型的には、電子部品、例えば、放射検出器（例えば、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、及び／またはフォトダイオードアレイ）ならびに電子プロセッサなどを含む。

格納ユニット１１２は、典型的には、書き換え可能な永続的フラッシュメモリモジュールを含む。メモリモジュールは、種々の物体及び／または物質についての情報のライブラリを含むデータベースを格納するように構成される。ライブラリは、情報、例えば、種々の物質についてのラマンスペクトルなどを含む。プロセッサ１１０は、通信ライン１２８ｅ上で送信される要求によって格納ユニット１１２からラマンスペクトルを取り出すことができる。格納ユニット１１２はまた、分析器１００についての設定、所定の限界値、及び他の構成情報、例えば、デフォルトスキャニングパラメータ及び動作設定などを格納することができる。他の格納媒体がまた、格納ユニット１１２内に含まれ得、種々の種類の書き換え可能な及び書き換え不可能な磁気媒体、光学媒体、ならびに電子メモリを含む。

通信インターフェース１１４は、プロセッサ１１０から他のデバイスに信号を送信するように、及び他のデバイスから信号を受信し、受信した信号をプロセッサ１１０に通信するように構成される、無線送信機／受信機ユニットを含む。典型的には、例えば、通信インターフェース１１４は、ネットワークに接続される複数のデバイスを含む無線ネットワークによって、及び／または別のデバイスへの直接接続によって、プロセッサ１１０が、他のスキャニングシステム及び／またはコンピュータシステムを含む他のデバイスと通信することを可能にする。プロセッサ１１０は、信号が、ネットワーク上の使用のために承認されるデバイスのみによって送受信され得ることを確実にするために、１つ以上のデバイスに対する安全な接続（例えば、暗号化された接続）を確立することができる。

プロセッサ１１０は、格納ユニット１１２内に格納された情報のデータベースを更新するために中央コンピュータシステムと通信する。プロセッサ１１０は、更新されたデータベース情報を受信するように中央コンピュータシステムに周期的に連絡するように構成される。更新されたデータベース情報は、例えば、爆発性物質及び／または爆発性ではない物質のリストを含むことができる。プロセッサ１１０はまた、例えば、爆発性物質などの一定の物質が検出されるときに、警告メッセージを送信するために他のスキャニングシステムと通信することもできる。

多くの場合、分析器１００は、携帯型分析器である。その場合において、筐体１３１ｂが、手持形態因子を有し、かつ手持デバイスとして、幅広い種類の用途に使用され得る。筐体１３１ｂがシステムオペレータによって落下されるあるいは外傷を受ける場合、筐体１３１ｂは、破損に対して分析器１００の種々の構成要素を保護する頑丈な筐体である。筐体１３１ｂが頑丈な筐体であることを確実にするために、筐体は、分析器１００の構成要素に加えられる外力の強度を減少させる緩衝性挿入物を含む。筐体１３１ｂはまた、乱暴な取り扱いの間に生じた力を和らげる（例えば、ゴムで形成される）緩衝性外部パッドも含むことができる。これらの特徴を用いたとしても、分析器１００の総質量は、３ｋｇよりも少ない可能性がある。

システム１００の人間工学的な取り扱いのために、筐体１３１ｂは、システムオペレータがシステムを快適に操作することを可能にするハンドルまたは把持部分を含むことができる。あるいは、または更に、いくつかの実施形態では、筐体１３１ｂは、片手のみでの分析器１００の取り扱いを容易にする外形を含むことができる。

次に図２を参照にすると、分析器１００によって実行され得る本発明の方法が例示される。爆発性材料について試験予定の物体１４０の一部分が、プロセッサ１１０の制御下にある光源１０２から光１３６を照射することによって照射される（２００）。物体１４０の温度及び温度の増加率が推定される（２１０）。これは、分析器１００の赤外線温度検出器１０６ｂから取得されるデータからのものであり得、または既に記載された手法での温度変化に対応する収集されたラマンスペクトルデータ（例えばピーク幅など）の分析に置き換えられ得る。温度が爆発性材料の疑われる発火温度に近い（２２０）場合には、材料が発火することを回避するために、レーザがオフに変えられ得る（２３０）。そうではなくて、温度が所定の限界値を超える率で急速に上がる（２３６）、または温度変化から結果として生じるラマンスペクトルデータ変化が、所定の限界値を超える率で変化している（２３６）場合には、照射する光のパワーが減少される（２４０）。温度またはスペクトルデータが、所定の限界値を超えない（２３６）場合には、ラマンスペクトルデータが、作成され得るまたは作成され続けられ得、分析され得る（２５０）。プロセス（２１０〜２５０）は、分析を行うために十分なデータが収集されるまで継続され、その時点で光源１０２がオフにされ、結果がディスプレイ１０８上に提示される。

図２において、他の実施形態にあるように、例示されたプロセスが必ずしも示された順序ではないことが理解されるであろう。例えば、レーザをオフに変える（２３０）以外にプロセス（２１０〜２５０）の全てが、同時に実行されてもよい。

図３の実施形態では、物体１４０の一部分が、図２のように照射される。この実施形態では、ラマンスペクトルデータ作成（２００）が、本質的には光源１０２をオンに変えた後すぐに開始する。プロセス（２２０ａ、２３０ａ）は、温度及び温度の変化率の指示として使用され得る、温度と共に変化するラマンスペクトルデータの１つ以上の特徴（例えばピークの半値幅など）の値及び変化率を除いて、図２の（２２０、２３０）と同じである。しかしながら、赤外線検出器１０６ｂからのデータは、ラマンスペクトルデータが、その目的のために使用される図３のプロセスのうちのいずれか１つまたは全てにおける、物体１４０の照射された部分の温度の値または変化率の指示としてのラマンスペクトルデータの使用に置き換わり得る。また、図３の実施形態では、変化率が、所定の限界値を下回る（３３０）場合には、照射する光のパワーが増加され得る（３４０）。照射する光のパワーの増加が、分析のための十分なラマンスペクトルデータが、少ない時間に収集されることを可能にし得る。分析のための十分なデータが一旦収集され（３５０）、光源１０２がオフに変えられると、分析が完了され（３６０）、結果がディスプレイ１０８上に提示される。十分なデータが分析のために収集されない（３５０）場合には、十分なデータが収集されるまで、プロセス（３００〜３６０）が継続され得る。スペクトルデータが、温度が発火温度に近いことを示す任意の時点において、光源１０２がオフに変えられ得、オペレータ警告が生成される（２３０ａ）。

異なる自己発火温度の例としては、以下が挙げられる：ＨＭＸ（ニトラミン爆薬）−２７９℃、トリニトロトルエン（ＴＮＴ、ニトロ芳香族爆薬）−５０２℃、ニトロセルロース−１８０℃、ニトログリセリン−１７０℃、無煙火薬−１６０℃。他の爆薬についての自己発火温度は、文献全体にわたって広く利用可能である。使用され得る温度の変化率の実施例は、速すぎる上昇の閾値として１０℃／秒、パワーが増加され得るという指示として１℃／秒の上昇であり得る。これらは、指針量であり、より大きなまたは小さな値が、どちらの場合にも使用され得る。爆薬の自己発火は、温度及び温度増加率の両方と相関し、また、正確な配合と共に変動し、それ故、全ての数が概算であることに留意する。

本発明の特定の実施形態が、詳細に上記された。しかしながら、記載された実施形態の変形や修正が可能であることが明らかであろう。例えば、変化率が、光源のパワーを減少させるために既に述べた所定の限界値よりも高い第２の所定の限界値を超えることが、プロセス（２３０）または（２３０ａ）において見出される場合、光源１０２はまた、オフに変えられ得る。したがって、本発明は、記載された実施形態によって限定されない。

Claims (17)

1. 爆発性材料を検出する方法であって、
   材料の少なくとも一部分を光で照射するステップと、
   前記光に応答して前記部分から放出されるラマン放射に応答して、ラマンスペクトルデータを作成するステップと、
   照射部分の温度を監視するステップであって、この監視するステップが、前記照射によって引き起こされた前記部分における温度変化から結果として生じる熱赤外放射の変化または変化率を分析するステップを含み、この分析は、ラマンスペクトルデータのピーク幅の変化率を監視することを含む、監視するステップと、
   監視温度に応答して、照射光のパワーまたは位置を変更するステップと、
   前記ラマンスペクトルデータに基づいて前記材料の組成を分析するステップ、又は、前記材料が安全に分析され得ないというオペレータに対する指示を生成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記照射光の時間平均パワーが変更される、請求項１に記載の方法。
3. 前記監視温度の値または変化が所定の限界値を下回る場合、前記照射光の時間平均パワーが増加される、請求項２に記載の方法。
4. 前記監視温度の値または変化が所定の限界値を超える場合、前記照射光の時間平均パワーが減少される、請求項２に記載の方法。
5. 前記照射光がレーザ光を含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記照射光の時間平均パワーが、異なる持続期間で前記光のオン及びオフを周期的に繰り返すことによって変更される、請求項２に記載の方法。
7. 前記照射光の時間平均パワーが、前記照射光の強度を変更することによって変更される、請求項２に記載の方法。
8. 爆発性材料を検出するための分析器であって、
   材料の少なくとも一部分を光で照射する光源と、
   前記光に応答して放出されるラマン放射を検出する検出器と、
   プロセッサと、を備え、このプロセッサは、
   前記光に応答して前記部分から放出されるラマン放射に応答して、ラマンスペクトルデータを作成し、
   照射部分における温度を監視し、温度を監視することが、前記照射によって引き起こされた前記部分における温度変化から結果として生じる熱赤外放射の変化または変化率を分析することを含み、この分析することが前記ラマンスペクトルデータのピーク幅の変化率を監視することを含み、
   更に、監視温度に応答して、前記部分上の照射光のパワーまたは位置を変更し、
   前記ラマンスペクトルデータに基づいて前記材料の組成を分析するか、又は、前記材料が安全に分析され得ないというオペレータに対する指示を生成する、分析器。
9. 前記監視温度の値または変化率が所定の限界値内にある場合、前記プロセッサは、前記照射光のパワーを増加させる、請求項８に記載の分析器。
10. 前記監視温度の値または変化率が所定の限界値を超える場合、前記プロセッサは、前記照射光のパワーを減少させる、請求項８に記載の分析器。
11. 前記光源はレーザ光を含む、請求項８に記載の分析器。
12. 前記プロセッサは、前記照射光の時間平均パワーを変更する、請求項８に記載の分析器。
13. 前記プロセッサは、異なる持続期間で前記光のオン及びオフを周期的に繰り返すことによって、前記照射光の時間平均パワーを変更する、請求項１２に記載の分析器。
14. 前記プロセッサは、前記照射光の強度を変更することによって、前記照射光の時間平均パワーを変更する、請求項１２に記載の分析器。
15. 非一時的形態のコンピュータプログラムを搭載するコンピュータプログラム製品であって、材料を照射するための光源及び光の照射に応答して放出されるラマン放射を検出する検出器を制御する、プログラム可能なプロセッサに前記プログラムがロードされると、前記プロセッサに、
    材料の少なくとも一部分を光で照射するステップと、
    前記光に応答して前記部分から放出されるラマン放射に応答して、ラマンスペクトルデータを作成するステップと、
    照射部分における温度を監視するステップであって、前記監視が、前記照射によって引き起こされた前記部分における温度変化から結果として生じる熱赤外放射の変化または変化率を分析するステップを含み、この分析は、ラマンスペクトルデータのピーク幅の変化率を監視することを含む、監視するステップと、
    前記温度に応答して、前記部分上の照射光のパワーまたは位置を変更するステップと、 前記ラマンスペクトルデータに基づいて前記材料の組成を分析するステップ、又は、前記材料が安全に分析され得ないというオペレータに対する指示を生成するステップと、を含む方法を実行させる、コンピュータプログラム製品。
16. 監視温度の値または変化率が所定の限界値内にある場合、前記コンピュータプログラムは、照射光のパワーを増加させる、請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
17. 前記コンピュータプログラムは、照射光のパワーを増加させる前に、前記ラマンスペクトルデータが前記材料の組成を分析するのに不十分であることを判断する、請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。

Images