RU2199829C2

RU2199829C2 - Method and device for detection and visualization of anti-stokes radiation excited on surface of investigated object

Info

Publication number: RU2199829C2
Application number: RU2000121574/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Ковалев; Ю.А. Хныков
Original assignee: Закрытое акционерное общество Московское научно-производственное объединение "СПЕКТР"
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: detecting surfaces marked by special dyes for authenticating securities, bank notes, and documentary stamps. SUBSTANCE: method includes irradiation of surface being analyzed by exciting infrared radiation, filtering of reflected radiation except for anti-Stokes component which is then amplified and visualized by recording anti-Stokes radiation producing surface image marked by special phosphor. EFFECT: facilitated procedure. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к специальной криминалистической технике, а именно к обнаружению какого-либо вещества, меток специальных красителей с применением возбуждающего инфракрасного излучения и регистрацией и визуализацией отраженного антистоксового излучения. The invention relates to a special forensic technique, namely to the detection of any substance, labels of special dyes using exciting infrared radiation and registration and visualization of reflected anti-Stokes radiation.

Из уровня техники известно техническое решение - патент США 0498644 A1 G 01 J 3/28,06.02.1992 г. "Высокочувствительный многочастотный спектроанализатор", содержащий оптическую систему, отражающую дифракционную решетку и изображающую линзу. Параллельные лучи поступают на дифракционную решетку и раскладываются ею в спектр, изображение которого фокусируется изображающей линзой. Недостатком известного технического решения является то, что оно позволяет наблюдать спектр исследуемого излучения и не позволяет визуализировать изображение поверхности, покрытой специальным люминофором. The technical solution is known from the prior art - US patent 0498644 A1 G 01 J 3 / 28.06.02.1992, "High-sensitivity multi-frequency spectrum analyzer" containing an optical system that reflects the diffraction grating and depicts a lens. Parallel rays arrive at the diffraction grating and decompose it into a spectrum, the image of which is focused by an imaging lens. A disadvantage of the known technical solution is that it allows you to observe the spectrum of the investigated radiation and does not allow you to visualize the image of the surface covered with a special phosphor.

Задача проведения оптических измерений решается в патенте Российской Федерации RU 2055328 С1, 27.02.96 "Спектрометр когерентного антистоксова рассеяния для одновременного измерения мгновенных температур и концентраций вещества", содержащий два источника излучения, систему пространственного разделения пучков излучения и фотоприемники. Это техническое решение позволяет судить об указанных параметрах исследуемого вещества, но не позволяет получить изображение поверхности, помеченной этим веществом. The task of optical measurements is solved in the patent of the Russian Federation RU 2055328 C1, 02.27.96 “Coherent anti-Stokes scattering spectrometer for simultaneous measurement of instantaneous temperatures and concentrations of matter”, containing two radiation sources, a system for spatial separation of radiation beams and photodetectors. This technical solution allows you to judge the specified parameters of the test substance, but does not allow you to get an image of the surface marked with this substance.

Целью заявленного изобретения является визуализация поверхности, помеченной специальными люминофорами посредством регистрации антистоксового излучения. The aim of the claimed invention is to visualize the surface marked with special phosphors by registering anti-Stokes radiation.

Указанная задача решается тем, что в способе обнаружения и визуализации антистоксового излучения, возбуждаемого на поверхности исследуемого объекта, заключающемся в том, что облучают исследуемую поверхность, введены следующие операции: для облучения располагают четное число источников возбуждающего инфракрасного излучения по кругу, попарно симметрично относительно центра кругового поля наблюдения, направляют оси распространения максимальной интенсивности источников излучения на точку пересечения диаметра поля наблюдения с его границей на противоположной от источника стороне, облучают исследуемую поверхность возбуждающим инфракрасным излучением с изменяемой интенсивностью и плотностью потока в зависимости от требуемой плотности потока излучения, осуществляют фильтрацию отраженного излучения полосовым оптическим фильтром, поглощающим отраженное инфракрасное излучение и обеспечивающим повышение доли антистоксовой составляющей полезного сигнала в общем световом потоке, распространяющемся в направлении блока визуализации, усиливают яркость указанного светового потока, пропускают через выходную оптическую систему, и либо наблюдают непосредственно в блоке визуализации помеченную специальными люминофорами исследуемую часть поверхности, либо преобразуют световой поток в видеосигнал и наблюдают изображение помеченной люминофорами части с исследуемой поверхности на выходе блока визуализации. This problem is solved by the fact that in the method for detecting and visualizing anti-Stokes radiation excited on the surface of the investigated object, which consists in irradiating the studied surface, the following operations are introduced: for irradiation, an even number of sources of exciting infrared radiation are arranged in a circle, pairwise symmetrical with respect to the center of the circular observation fields direct the propagation axis of the maximum intensity of the radiation sources to the point of intersection of the diameter of the observation field with its anise on the opposite side from the source, irradiate the investigated surface with exciting infrared radiation with a varying intensity and flux density depending on the desired radiation flux density, filter the reflected radiation with a band-pass optical filter that absorbs reflected infrared radiation and increases the proportion of the anti-Stokes component of the useful signal in the total light the stream propagating in the direction of the visualization unit, enhance the brightness of the specified tovogo stream is passed through the output optical system, and either observed directly in the imaging unit marked with special phosphors part of the surface under study, or convert the light flux into a video signal and an image observed with the parts labeled phosphors investigated surface output imaging unit.

Устройство обнаружения и визуализации антистоксового излучения для реализации заявленного способа содержит N излучателей, при этом излучатели являются излучателями возбуждающего инфракрасного излучения, и введены также переключатель интенсивности инфракрасного излучения, выход которого подключен ко входу блока питания, выход которого соединен со входами источников излучения, введены последовательно соединенные входная оптическая система, оптический полосовой фильтр, электронно-оптический преобразователь, выходная оптическая система, блок визуализации, при этом используется четное количество излучателей, которые располагают попарно симметрично относительно центра кругового поля наблюдения. A device for detecting and visualizing anti-Stokes radiation for implementing the inventive method comprises N emitters, the emitters being emitters of exciting infrared radiation, and an infrared radiation intensity switch is also introduced, the output of which is connected to the input of the power supply, the output of which is connected to the inputs of the radiation sources, series-connected input optical system, optical band-pass filter, electron-optical converter, output optical system subject imaging unit, using the even number of emitters that have a pairwise symmetrically relative to the center of the circular field of view.

Указанная задача решается также путем введения в известное устройство, содержащее N источников излучения, последовательно соединенных входной оптической системы, оптического полосового фильтра, выходной оптической системы, электронного оптического преобразователя, блока визуализации. This problem is also solved by introducing into a known device containing N radiation sources connected in series with an input optical system, an optical bandpass filter, an output optical system, an electronic optical converter, an imaging unit.

Другим вариантом изобретения является такое исполнение заявленного устройства, когда после выходной оптической системы световой поток попадает на светочувствительную поверхность ПЗС матрицы и далее изображение поверхности, помеченной специальными люминофорами, может наблюдаться на экране блока визуализации. Another embodiment of the invention is such a performance of the claimed device, when after the output optical system the light flux enters the photosensitive surface of the CCD matrix and then the image of the surface marked with special phosphors can be observed on the screen of the visualization unit.

На фиг.1 изображена функциональная схема заявленного устройства, которая содержит источники излучения 1, входную оптическую систему 2, оптический полосовой фильтр 3, электронно-оптический преобразователь 4, выходную оптическую систему 5, переключатель интенсивности инфракрасного излучения 6, блок визуализации 7, блок питания 8. Figure 1 shows a functional diagram of the claimed device, which contains radiation sources 1, an input optical system 2, an optical bandpass filter 3, an electron-optical converter 4, an output optical system 5, an infrared radiation intensity switch 6, an imaging unit 7, a power supply 8 .

На фиг. 2 изображена функциональная схема варианта устройства, которая содержит источники излучения 1, входную оптическую систему 2, оптический полосовой фильтр 3, выходную оптическую систему 4, ПЗС матрицу 5, переключатель интенсивности инфракрасного излучения 6, блок визуализации 7, блок питания 8. In FIG. 2 shows a functional diagram of a device variant that contains radiation sources 1, an input optical system 2, an optical bandpass filter 3, an output optical system 4, a CCD array 5, an infrared radiation intensity switch 6, an imaging unit 7, a power supply 8.

Устройство работает следующим образом: оптическая система прибора направляется на исследуемый объект, который облучается возбуждающим инфракрасным излучением N источников излучения. Ось наблюдения оптической системы устанавливают перпендикулярно исследуемой поверхности. В устройстве установлено четное число источников возбуждающего инфракрасного излучения, центры излучения которых расположены по окружности на равном расстоянии друг от друга и попарно симметрично относительно центра кругового поля наблюдения. Максимум диаграммы направленности излучения каждого из источников направлен на точку пересечения диаметра поля наблюдения с его границей на противоположной от источника стороне. При этом обеспечивается максимально равномерный уровень освещенности исследуемой поверхности в пределах кругового поля наблюдения. Отраженное от исследуемой поверхности излучение через входную оптическую систему попадает на оптический полосовой фильтр, поглощающий отраженное ИК-излучение, обеспечивающий повышение доли полезного сигнала в направлении регистратора излучения (глаз, окуляр, телекамера на ПЗС матрице).Спектральная характеристика фильтра изображена на фиг.3, на которой видно, что инфракрасная составляющая отраженного излучения подавляется, а антистоксовая составляющая пропускается без изменения. The device operates as follows: the optical system of the device is directed to the studied object, which is irradiated with exciting infrared radiation of N radiation sources. The observation axis of the optical system is set perpendicular to the surface under study. The device has an even number of sources of exciting infrared radiation, the emission centers of which are located on a circle at an equal distance from each other and pairwise symmetrical with respect to the center of the circular field of observation. The maximum radiation pattern of each of the sources is directed to the point of intersection of the diameter of the observation field with its boundary on the side opposite to the source. This ensures the most uniform level of illumination of the investigated surface within a circular field of observation. The radiation reflected from the test surface through the input optical system is incident on an optical band-pass filter that absorbs reflected infrared radiation, providing an increase in the fraction of the useful signal in the direction of the radiation detector (eye, eyepiece, camera on the CCD). The spectral characteristic of the filter is shown in Fig. 3, which shows that the infrared component of the reflected radiation is suppressed, and the anti-Stokes component is passed unchanged.

После фильтра яркость светового потока усиливается в электронно-оптическом преобразователе и далее через выходную оптическую систему сформированный таким образом световой поток поступает на блок визуализации, который может представлять собой фотоаппарат или окуляр для непосредственного наблюдения. After the filter, the brightness of the light flux is amplified in the electron-optical converter and then, through the output optical system, the light flux thus formed is fed to the imaging unit, which can be a camera or an eyepiece for direct observation.

Вариантом заявленного устройства является такое построение устройства, когда после оптического полосового фильтра излучение попадает на светочувствительную поверхность ПЗС матрицы, где преобразуется в видеосигнал, который поступает на блок визуализации. A variant of the claimed device is such a construction of the device when, after an optical bandpass filter, the radiation enters the photosensitive surface of the CCD matrix, where it is converted into a video signal that is transmitted to the visualization unit.

Claims

1. A method for detecting and visualizing anti-Stokes radiation excited on the surface of a test object, which consists in irradiating a test surface, characterized in that for irradiation an even number of sources of exciting infrared radiation are arranged in a circle pairwise symmetrical with respect to the center of the circular observation field, and the propagation axes are directed the maximum intensity of the radiation sources at the point of intersection of the diameter of the observation field with its boundary at the opposite from the source On the contrary, they irradiate the investigated surface with exciting infrared radiation with a varying intensity and flux density depending on the required radiation flux density, filter the reflected radiation with a band-pass optical filter that absorbs reflected infrared radiation and provides an increase in the proportion of the anti-Stokes component of the useful signal in the total light flux propagating in the direction block visualization, enhance the brightness of the specified light flux, pass through the output o optical system and either observe the studied part of the surface marked with special phosphors directly in the visualization unit, or convert the luminous flux into a video signal and observe the image of the part marked with phosphors from the studied surface at the output of the visualization block.

2. A device for detecting and visualizing anti-Stokes radiation, containing N emitters, characterized in that the emitters are emitters of exciting infrared radiation, an infrared radiation intensity switch is introduced, the output of which is connected to the input of the power supply, the output of which is connected to the inputs of the radiation sources, a series-connected input optical system, optical band-pass filter, electron-optical converter, output optical system, imaging unit, at this uses an even number of emitters that are arranged in pairs symmetrically with respect to the field of view.