CN106461457A

CN106461457A - 用于空间分辨地检测目标物质的传感器装置

Info

Publication number: CN106461457A
Application number: CN201580023863.3A
Authority: CN
Inventors: J.黑尔夫曼; H-J.卡皮厄斯
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: CN106461457B; WO2015132412A3; US10132748B2; DE202014010964U1; EP3114443A2; WO2015132412A2; EP3114443B1; US20170108433A1; DE102014003470A1

Abstract

为了与测量对象接触时进行测量，按照本发明的位置分辨地进行测量的光学传感器装置被构建用于大规模制造，使得将以高精确度的校准传输到各个传感器装置上是可能的。为此，描述了传感器构建和分析方法的方面，所述传感器构建和分析方法的方面使对确定目标物质的量的干扰影响最小化。

Description

用于空间分辨地检测目标物质的传感器装置

技术领域

应提供一种适于大规模制造的灵敏的空间分辨的传感器，所述传感器用于依据生物组织和其它模糊的混合物的光谱签名来确定生物组织和其它模糊的混合物的不同深度中的物质量。该检测应该利用空间分辨的传感器与生物组织或混合物之间的直接接触来进行，其中所期望的是传感器的高灵敏度。在这种情况下，挑战是在其它物质变化的情况下精确地确定目标物质的量。

背景技术

对要确定的物质的浓度的确定可以通过物质的吸收：μa = c · epsilon来进行，其中μa是吸收系数，c是浓度而epsilon是摩尔消光。但是在空间分辨的测量中所检测到的漫反射在模糊的（散射的）混合物的情况下依赖于吸收系数 μa并且依赖于散射系数μs。这样，例如整个反向散射依赖于比例μs/μa（由散射和吸收构成）。这意味着，对单个反向散射信号的测量并不导致唯一地确定吸收系数并借此确定目标物质的浓度。作为替代，必须确定多个独立的反向散射信号，以便使得能够将吸收和散射分开或在混合物的变化的散射系数的情况下能够唯一地确定所确定的物质的浓度。按照本发明，所述反向散射信号通过以与空间上受限制的辐射源相距的多个不同的间距来测量漫反射（反向散射）来确定。通过分析多个反向散射信号，原理上可以彼此独立地确定μs和μa。

该方法本身是作为“空间分辨反射率（Spatially Resovled Reflectance）”（SRR）从现有技术中预先公知的。而未预先公知的是对此按照本发明的装置和方法的有利的构建方案。所述按照本发明的装置和方法应该在本申请中予以保护。

发明内容

按照本发明的传感器应该为了大规模制造而尽可能被构建为使得可能将具有高精确度的校准从经预校准的传感器传输到多个其它相同构造的传感器上。为此，要考虑传感器构造和分析方法的方面。首先，针对高灵敏度和可再现的测量而描述了传感器构造的方面，接着描述了（测量）分析的方面，并且最后描述了对于大规模制造有利的构建方案以及将校准简单地传输到各个传感器单元上的方面。

从DE 10 2007 054 309中公知：在强散射介质中、即在散射系数μs大大高于吸收系数μa以及厚度d与μs之积大大高于1的介质中，入射位置与探测位置之间的间距d影响透射体积的大小。在这种情况下，辐射s的路径长度随着间距d近似线性地增加(R.A.Bolt,K.R.Rinzema, J.J. ten Bosch, Pure Appl. Opt. 4, 1995年)。在小的吸收的情况下，路径的延长s/d≈4.5。经此，尤其是检测到辐射的如下这些分量：所述分量从衬底的该深度处通过在一些距离中的散射重新到达表面。

辐射分布可以通过辐射传输等式的漫射近似根据入射和探测的位置的间距d近似地来确定（S. Feng, F.-A. Zeng, B. Chance, Appl. Opt. 第34卷，第19期， 1995年)。针对辐射传播，得出衰减系数μeff为：

其中μs是散射系数而g作为散射角的平均余弦描述了散射的传播方向。

所探测到的辐射分布的最大值所在的深度可以近似地被确定为：

因此，按照本发明，要从预先确定的深度zmax中的测量中通过以在入射位置与探测位置之间的从zmax中导出的间距d来构造传感器来确定所述要确定的物质。因此，在其中应确定要定量的物质的浓度的目标体积中，要使光分布最大化。

测量体积的空间伸展作为香蕉形的体积从测量对象的表面从入射位置延伸到探测位置，使得为了可靠的定量也必须检测在目标体积之上的层中的分量，以便可以计算出所述分量。在均匀介质的情况下，光传播的最大深度大约在入射位置与探测位置之间的中心。

因此，按照本发明的传感器具有彼此相距不同间距d的多个辐射源和多个探测器，所述探测器提供不同的测量值，所述不同的测量值使得能够检测不同的目标体积，其中所述目标体积至少部分地重叠。

对用于确定透射的体积的替换方案的有利的补充方案是：例如通过预先公知的蒙特卡罗模拟（Monte-Carlo-Simulation）来模拟测量对象中的辐射传播。然而，为此必须做出关于在测量对象中占支配地位的（vorherrschend）光学特性μa、μs和g的假设。μs和g的假设也可以根据公式με' = μs · (1-g)由被减小的散射系数με'的假设来替换。

按照一优选的实施变型方案，对辐射源与一个或多个探测器（辐射位置与一个或多个探测位置）之间的间距上的光分布的确定可以被用于对浓度确定的深度加权，例如以便在层系统中针对每个层确定浓度或者校正由于较深的层引起的表面效应或效应。

组织中的所期望的或必要的路径长度优选地通过如下方式来选择：根据最大容许的入射强度将最小地可用探测器检测的、与e^{－因子*路径长度*所选波长情况下的吸收}成比例的信号高度如下地优化为使得所述路径长度针对长路径导致灵敏的探测、但是也导致小的信号。在此，该因子表示测量对象中的光路延长，因子*路径长度借此说明了光路长度。因此，对于由目标物质确定的波长（参见下面关于波长的选择）适用：确定测量对象的吸收以及确定探测器上的最小信号高度，使得可以将尽可能长的路径长度用于辐射源与探测器之间的最大间距d。

在均匀介质中，对在此达到的测量深度的考虑是不重要的，在层系统的情况下，目标体积的位置也是一种限制情况。

可以以相同的间距或者同样可以以彼此不同的间距来布置探测器。当探测器随着与辐射源的距离增加而彼此的间距增加时，存在特别有利的布置。所述探测器彼此间的布置不必沿着一条线，而是可以是任意的，也可以是环形或星形的。

吸收的或散射的测量对象中的长的辐射路径造成在探测位置上在探测器上出现的辐射量的减少。因此，有利的是通过采用与入射位置相同的间距的可任意地布置的多个探测器来增大所探测到的信号、或者也增大传感器中的探测器面积。如同使用相邻地布置的多个组件那样，这包括采用环形的探测器。

传感器以有利的方式被构造为使得到以不同的间距来布置的探测器上的光分量通过不同的放大而被提高到相同的信号幅度。优选地针对每个探测器，尤其是将放大与通过测量对象上的测试或者模拟所要期望的辐射量适配。

优选地，鉴于一个或多个目标物质来选择波长，使得使用至少各一个如下波长或者波长范围：在所述波长或者波长范围中，针对所要确定的目标物质，传感器信号显示出对由所述一个或多个探测器来检测的辐射量的唯一的影响。此外，为了检测干扰物质或者其它的干扰影响，入射至少一个波长或者至少一个波长范围：在所述波长或者波长范围中，一个或多个目标物质显示出对传感器信号、即由所述一个或多个探测器来检测的辐射量的非常小的影响乃至没有影响。因此，优选地始终以确定目标体积的间距d来入射至少一对显示出影响和未显示出影响的波长的辐射。未显示出对传感器信号的影响的波长也可以对于多个目标物质都是相同的并且用于干扰抑制。针为每个目标物质使用多于一个显示出对传感器信号的影响的波长有利地提高了精确度并且借此提高了目标体积中的目标物质的最小可定量的浓度。

所述波长可以顺序地入射并且同时由以不同的间距d的宽带探测器来接收。

也可以使用下面描述的锁定技术（Lock-In-Technik），以便使每个波长单独地加载有不同的频率并且这样连续地（非顺序地）运行LED并且利用宽带探测器通过频谱分析或通过具有利用相应的频率的顺序解调来重新滤出所述各个波长。

此外，有利的是使用光谱分辨探测器，所述光谱分辨探测器使得能够同时入射例如诸如白炽灯或白光LED那样的白光源的多个波长。

同样有利的是：采用不与探测其它物质互相影响地探测辐射源的辐射发射的组件（参考探测器）。该参考探测器可以紧邻辐射源地放置，但是也可以通过使辐射分量偏转的组件来检测辐射源的强度。

为了可以校正辐射源的温度相关以及测量和参考探测器的温度相关性，有利的是：将辐射源的辐射发射的部分引导到参考探测器上并且这样来检测。

为了使温度对所述通过反射来实现的传输的影响最小化，已经研究了不同表面的在90°以下的反射率的温度相关性。

材料/组件	表面处理	在ΔT=25K时以%反射率为单位的反射率改变
			POM黑	经铣磨	2.9
POM白	经铣磨	0.7
			PTEE白	经车削	0.6
Spectralon/反射标准		0.0
			铝合金	经铣磨	0.4
铝合金	经铣磨，被阳极氧化为黑色	1.7
			传感器载体的铝合金	经铣磨，被阳极氧化为黑色	15.5
AlN陶瓷		0.0

在从20℃升温25K时反射率的改变。

因此，有利地，应该会将Spectralon、AlN陶瓷或者有光泽的经铣磨的铝合金用于使辐射偏转到参考探测器。

为了稳定使辐射源的辐射输出，有利的是采用恒流源或经稳定的电压供应。在本发明思想的扩展方案中，利用脉冲式地或正弦形地输出强度并且相对应地在所述如后面所描述的那样与干扰适配的频率或利用较高的采样来读出的探测器中，采用锁定技术是可能的。

非常精确地保持辐射源与一个或多个探测器之间的精准地被限定的间距是不必要的，而是在常见的放置精确度的范围内在例如作为芯片（也就是说无外壳的组件、被安装的组件）的小的组件大小的情况下的较小的偏差和伸展由于其余有利的措施的管控而在强散射的测量对象的情况下没有对目标物质的量的精确的确定有大的影响。所容许的较小的偏差、也就是说公差与其中辐射降低到1/e的间距x成线性相关，并且与确定目标物质的所期望的精确度成线性相关；该公差应该小于x/n，其中n由目标物质的浓度的所期望的精确度来确定。

将无外壳的组件用于辐射源使得能够将多个源紧凑地放置到小的面积上，以便在没有辐射成形的元件的情况下在测量对象上实现用于多个可自由选择的波长的唯一的入射位置。同样，通过作为辐射源的无外壳的组件使得能够以小的间距来放置并且在测量对象（入射位置）上引入均匀的重叠的光分布，以及为了探测使得能够以高空间分辨率来检测光分布。

也优选的是使用例如包含LED或者光电二极管或者两者或类似的辐射源和/或探测器的组的小的有外壳的组件。

因此，具有相邻地布置的照明组件、也就是说辐射源以及与所述辐射源以间距d（例如关于组件中心点）来布置的探测器组件、也就是说辐射探测器的传感器构造是可能的并且是优选的。

同样有利的并且优选的是：将相同的组件用于在所有间距处的探测器。接着，诸如温度相关性的组件特性是相同的，并且因此可以简单地被校正。

在本发明思想的扩展方案中，优选的是采用非线性的或对数的放大装置。所述非线性的或对数的放大装置可以通过对关于更接近于入射位置上的探测器的较弱的信号进行较高的放大来使在探测器上产生的信号达到相同的信号幅度，这对于进一步处理、数字化或分析是有利的。

在本发明思想的扩展方案中，传感器与被浇铸在外壳中的至少一个LED和至少一个光电二极管一起被制造为可以如电子组件那样被安装在装置中的模块。同样有利的是将激励电子装置和前置放大器集成到该模块中。同样，也可以分别只将模块中的LED或只将模块中的光电二级管用于传感器。

此外，还有利的是：校正具有已知的温度特性或温度测量的辐射源和探测器的温度相关性。

图1示出了示例性的实施方式，其中四个光电二极管（PD）、以及作为辐射源的六个LED和作为参考探测器的监视光电二级管以彼此特定的间距被浇铸，并且它们的接触部被引导向外，其中标记LED也可以表示其它的辐射源，而PD也可以表示其它的探测器。数字标明了经报数的向外引导的接线端子（管脚），组件借助于接合（Bonding）或按照现有技术的类似的技术地电连接。在不限制本发明的情况下，间距和波长或模块的通常的外部结构、辐射阻挡体的形状和位置以及进一步在本文献中提到的方面根据在本文献中提到的构造方针来适配，或根据现有技术相对应地来改变。

在本发明思想的扩展方案中，同样可能的是利用接口将模块或部件（Baugruppe）构造得可更换，使得所述模块或部件在构造装置时可以简单地被更换。这使得不仅能够替换有缺陷的部件，而且能够通过更换具有其它间距的探测器组来与不同的目标体积（测量深度）简单地适配、以及通过更换具有一个或多个辐射源的部件来与其它的目标物质或者也与其它的介质适配。

在本发明思想的扩展方案中，同样可能的是混合光电二极管和辐射源的顺序，使得辐射源与相邻的探测器具有短的间距，而与另一探测器具有较大的间距。除了针对第一辐射源以较大的间距被放置的探测器以外，还可以放置另一辐射源，所述另一辐射源在交换探测器用于分析中具有类似的间距，并且这样呈现出具有以相反的排列的相同的间距的第二波长，其中所述探测器在分析时同样以相反的排列被分配。这些交错的布置使得能够节省空间地构造这种传感器。示例性地，可能会如招图2中那样构造该布置。在不限制本发明的情况下，其它的也非对称的布置、还有具有其它的数目的组件或在没有温度传感器的情况下的布置是按照本发明的。

传感器的结构同样可以在本发明思想的扩展方案中被改变，其方式是将光束出射和光束入射的位置与组件的位置分开。这样，可以优选地通过辐射源与出射窗之间的传输光学器件、例如通过具有至少一个棱镜的玻璃纤维或者玻璃棒或者根据现有技术的类似的光束传输装置（Strahlfortleitung）使传感器结构在几何上去耦合，而所述传感器结构在光学上通过该光束传输装置保持耦合。

在本发明思想的扩展方案中，传感器可以在与测量对象直接接触的情况下进行测量，或者通过经由透镜系统或类似的装置将光源和探测器成像到测量对象上来设置到测量对象上的纯光学的耦合，或者设置到测量对象上的机械和光学的耦合。此外，这还应依据图3来实施，其中标记LED可以表示辐射源（也可以不同于LED）而PD可以表示探测器（也可以不同于光电二极管）：

原则上，针对按照本发明的传感器提出的问题是，利用辐射源局部地照明位于一定的间距内的试验品表面以及空间分辨地探测与间距有关的反射率。在这种情况下，所期望的是实现足够成像的足够的景深，但是所述景深与可实现的光通量（其由NA（数值孔径）来确定）成反比例（NA↑ => 景深↓）。有利的是使用间距保持器，所述间距保持器使得能够精确地保持传感器与测量对象之间的间距。同样有利的是用于确定如下间距的另一方法，所述间距接着也可以有利地通过自动化的方法被保持恒定。

可能的解决方案之一是用于辐射源和探测器的共同的聚光镜（图3：解决方案A）：该解决方案是不实用的，因为光电二极管会通过在玻璃表面上的反射而直接被辐射（bestrahlen）。

如果使用具有被放置在其间的辐射阻挡体的两个分开的聚光镜（图3：解决方案B），那么虽然实现共同的成像，但是结构尺寸相当大。如果必需小的间距（这是与放大或缩小比例相乘的空间分辨率），那么得出对只具有小的NA的小的透镜直径的需求。

为了排除（entschaerfen）所述问题，可以利用2个分开的聚光镜使光路彼此倾斜（图3解决方案C）。这导致的问题是，以从照明到探测位置的预先给定的间距的测量只能利用传感器到试验品表面的正确的间距来进行，因为照明点和探测点的间距与到表面的间距有关，因此可能对于分析而言是不可实行的（nicht nachvollziehbar）。此外，从倾斜得出如下成像平面的可能的问题，所述成像平面倾斜于光电二极管的平面。因此，为此需要所述印刷电路板（Platine）中的一个的较大的景深或者特定的倾斜。

如果使用镜子或者棱镜以便使光路中的一个弯曲90°（图3解决方案D），那么照明点和探测点虽然向彼此靠近，但是在透镜平面的高度上在照明与探测之间仍然始终存在相对大的间距（几毫米）。

附加地可能会使光路彼此倾斜（图3解决方案E），但是这同样带来在图3解决方案C中所提到的问题。

原则上，当使用GRIN透镜（图3解决方案F）时，这表现出不同。但是借此限于在从透镜表面到试验品的几mm的间距，因为GRIN透镜只具有小的焦距。此外，光学设计要非常精确地实施，因为通过GRIN透镜的长度改变进行适配。借此，得出对制造适合的GRIN透镜的较高的要求，所述GRIN透镜必须针对长度来磨削并且接着被抛光。然而，通常具有大NA的GRIN透镜适于有利地汇聚大部分的反射光。

还有GRIN透镜与聚光镜的组合（图3解决方案G）、也就是说通过GRIN透镜来引导照明仍然具有对到试验品表面的接近度和花费高的制造的限制。

使用可能也会具有被倒圆的末端面的较粗的纤维、即玻璃棒（图3解决方案H）会在LED或者光电二极管的同时叉开的布置的情况下只带来光学出射区域或入口区域的聚集，NA保持得小并且光通量也如此。此外，制造这种特定地成形的玻璃棒是花费高的。

可能会离轴地（off-axis）、即倾斜地并且侧向地照明地来使用的凹镜的使用（图3解决方案I）是按照本发明的。照明LED不允许照射（ueberstrahlen）镜子，NA被限制到大约0.2，但是由于不足的成像质量，所述应用保持限于光源/检测位置的较大的间距。不存在LED从镜子表面到光电二极管的反射，因为这只可能会引起散射。因此，凹镜表面必须非常良好地被抛光并且不允许附着灰尘。

进一步考虑，也可以给该凹镜配备空隙，通过所述空隙，LED被辐射而且该空隙作为光圈（Blende）（图3解决方案J）。这里，必须针对LED设置附加的成像光学器件。

然而，在所有迄今为止的解决方案中，都不排除在试验品表面上的照明直接反射到光电二极管。这在无光学器件的变型方案、即具有与试验品接触的辐射阻挡体的两个分开的窗（图3解决方案K）中存在，在这里，近似于1的NA也表示最大地可实现的状态。当可以安装辐射阻挡体时，这在分开的光学器件（GRIN、纤维、棒、透镜）的情况下同样是可能的。

利用最小间距来无接触的测量的目标同样是按照本发明的。在本发明思想的扩展方案中，可以使用垂直于试验品表面地取向的凹镜，在所述凹镜中，在光轴的方向上借助于金属线或者类似的不强烈吸收辐射的装置来固定（haltern）支承LED和光电二极管的印刷电路板（图3解决方案L）。在此，边缘被涂黑（schwaerzen），使得没有LED光被反射回或者没有LED光照射。

在本发明思想的扩展方案中，利用与测量对象被限定地布置的光束出射和入射来固定所述测量对象同样是按照本发明的。这可以是用于软管引导的介质的固定，所述介质的内径与软管的外直径良好地一致。按照本发明，可能会将在没有介质的情况下的并行的辐射引导（参考支路）用于校正，对于所述校正的可能性参见下面用于测量流程的实施方案。有利的是，设计并行的光束引导，使得在哪里可以固定另一软管直径，而且通过改变分析、也就是说更换参考支路，这样可以利用理想的光耦合测量两个软管直径。所述并行的光束引导可以包含空的软管者可以不包含软管。分别依据在参考支路中被提高的值来进行校正。所述值也可以经修改地进入到校正中。

从这样被构造的传感器出发，在辐射源与辐射探测器之间的辐射阻挡体作为用于提高精确度的措施是有利的。在测量对象的表面上使用辐射源和必要时探测器的划界（Abgrenzung）使得能够首先精确地限定光路径和借此精确地限定间距d。因为在使用无外壳的组件时，组件与测量对象的接触例如由于接合线的断开或者由于逐点的机械的力作用引起的损坏而导致连接元件的损坏，所以只可能在借助于间距保持器或者穿过保护可能性方案、保护覆盖物。这种保护覆盖物可以由以与组件的短的间距地布置的由塑料或者玻璃构成的保护窗组成，以及由凸出的组件或连接元件填充对于辐射透明的浇铸材料组成。不能阻止辐射在透明保护窗的交界面之间的传输或者在对于辐射透明的浇铸材料的表面上的反射。

从组件到位于测量对象上的入射位置的辐射传播因此不是直接的，而且光学串扰是可能的。优选地阻止了不期望地、在那里没有支承信号地在没有穿过测量对象、穿过也包含对保护覆盖体的分开的辐射阻挡体的情况下从辐射源入射到探测器上。所述辐射阻挡体必须具有足够高的衰减、也就是说厚度>（3/辐射阻挡体材料的μa），并且一方面用于减小光学串扰而另一方面用于减小导致探测器中的附加噪声的背景光/外来光/干扰光。附加地，也可以设置另一辐射阻挡体围绕辐射源和探测器。此外，有利的是如下辐射阻挡体：所述辐射阻挡体针对每个探测器界定（eingrenzen）测量对象的所检测的表面，使得入射位置与探测位置之间的间距可以精确地被确定，并且尤其是只在测量对象之内在辐射阻挡体之下被散射并且倾斜地碰到相距更远或更近的探测器上的、在某种程度上“错误地”分配有间距d的辐射分量。

另一方面，通过所述阻挡体来减小由于操作或者不同的环境造成的光学串扰的由于传感器应用而引起的影响。

将保护覆盖体分开具有类似的效应。通过在平面地（flaechenhaft）被构造的保护覆盖体的一个或两个交界面上的反射进行的传送在保护覆盖体的端部上被耦合输出并且不再可能落入到探测器中。因此，优选地设置有将入射侧与探测侧之间的保护覆盖体分开，以及在本发明思想的扩展方案中也设置有针对将所述探测间距中的每个将保护覆盖物分开。

辐射阻挡体优选地被构造为使得不仅避免了通过保护覆盖体的直接辐射、而且避免了尤其是通过支承组件的衬底以及周围的外壳组成部分的辐射传输。根据现有技术，这可以通过针对所使用的波长强烈地吸收的涂层（漆、金属涂层等等）、以及通过强烈吸收辐射的圈或者适当地被布置的强烈地吸收辐射的浇铸材料来进行。在传感器上使用透明的浇铸材料时，得出针对这种浇铸材料的可能的实施方案，其中将空隙或沟槽引入到所述透明的浇铸材料中直到支承用不透明的浇铸材料填充的组件的衬底。

针对这种浇铸材料的另一实施方案是对传感器外壳中的空腔的填充，所述传感器外壳中的空腔只留空（aussparen）从辐射源到测量对象的表面的辐射传播以及从在测量对象的表面上的要以间距d检测的位置到所述一个或多个探测器的辐射传播的直接的区域。在本发明思想的扩展方案中，在进行吸收的浇铸材料中的这种缺口可以通过之前涂敷的、几何形状预先确定的、透明的浇铸材料或者其它对于辐射透明的装置来产生。

在支承所述组件的衬底的情况下，同样也可以将支承辐射源的衬底部分和支承探测器的衬底部分机械分开。

另一有利的解决方案是，使辐射阻挡体从要置于测量对象上的表面稍微伸出（vorstehen），例如其方式是，该辐射阻挡体超出（hinausragen）就测量对象来说预先设置的接触面0.1mm到1mm。如果所述凸出的辐射阻挡体可以被压入到（软的）测量对象的表面中或者如果该阻挡体是可变形的，那么经此以意想不到的方式有效地抑制了由气隙引起的光学串扰、也就是说辐射逾越在不通过测量对象的情况下从辐射源进入到所述一个或多个探测器中。如果测量对象不是足够软的，那么在一侧形成（比在没有伸出的阻挡体的情况下）更大的气隙，但是所述气隙受辐射阻挡体限制。这里，也抑制了光学串扰。

另一构造参量是对组件特性或测量对象的热影响。因此，首先使用尽可能依赖于温度的组件是有利的。

如果测量对象随着温度而改变该测量对象的光学特性，那么该测量对象在接触面上的温度要利用传感器来检测并且要被包括在分析之内。

组件特性的由于温度引起的每个改变也是有问题的。公知的是：在LED作为辐射源的情况下，在电流运行中在温度提高的情况下，被辐射的功率被减小。温度提高对探测器的影响同样存在，这样在硅光电二极管的情况下针对< 500 nm的波长，随着温度从室温增加到大约45℃已经观察到增加的灵敏度、也就是说在相同的辐射量的情况下信号提高。在其它波长或组件或温度范围的情况下显示出与之不同的改变。同样公知的是：在温度增加的情况下，电子放大使信号加载有被提高的噪声。当组件的相应的温度没有被控制或者不是已知的并且所述温度的一个或多个影响都没有被校正时，通过温度对组件的影响导致了在定量中的不同的精确度。

这些热影响可以通过检测组件的温度或组件附近的温度根据事先进行的测量来校正。同样，可以依据数据页/制造商说明来进行校正。在检测传感器值之后，该校正在分析经放大信号的范围内进行，或者电子地作为总放大与如下线性的特性曲线的在模拟技术上的匹配来进行，所述线性的特性曲线本身具有在放大器的反馈支路中的或者与要校正的组件并联的改变所述要校正的组件的组件的温度特性曲线相反的温度。如下可激励的组件同样是有利的，所述可激励的组件依据信号值来适配当前的放大、例如通过计算装置来控制的数字电位计。这种温度检测优选地在组件附近的衬底上进行。

同样优选地设置有辐射源与探测器的热划界以及该校正于支承所述组件的衬底适当的材料选择，以便所述组件通过高的热传导而尽可能地处在相同的温度水平上。从作为传感器中的主要热源的辐射源出发的热传导不是非常有利的，因为通过传感器来看、也就是说在以不同的间距d来放置的探测器上，这始终是会产生温度梯度。

同样优选的是将组件用于将温度提高到稳定的水平上，所述稳定的水平或者高于在正常运行中达到的水平，或者其中组件特性的在运行中出现的改变小得足以确保信号的足够高的精确度，所述足够高的精确度对应于物质量的要空间分辨的改变。该温度要被检测，并且通过经调节的温度输送要被稳定到额定值上。

在图4中示出了支承组件的衬底的温度稳定化的示例性的解决方案。电路通过与依赖于温度的电阻R7热耦合的电阻R6来加热辐射源。为了调节而对时间常数的调整通过对R1和C1的设计来进行。借此被调整的时间常数应该会有利地对应于R6与R7之间的热耦合的时间常数，以便调节回路可以稳定地调节。C2用于抑制调节回路的震荡倾向。电阻R3将电压分到电压U2的一半。如果一个电压源被设置用于多个电路，那么U2这里可以由该电压源来馈电。如果不存在其它的电压源，那么U2也可以与U1相同。电流从U1流动来加热电阻R6，由此自己的电流回路这里是有利的。

桥式电路利用通过电阻R3和R3形成的温度稳定的支路和通过电阻R4和R5以及R7形成的依赖于温度的支路被调节到电桥中的电压相同（Spannungsgleichheit）。IC1放大了在桥式电路中出现的偏差并且激励晶体管T1，所述晶体管T1使加热电阻R6加载有电流，直到电阻R7通过由于热反馈引起的改变通过IC1对此进行抑制。

该系统是纯模拟的而没有数字控制，能够维持通过电阻R4和R5可预先调整的额定温度。R4只用于适配用R5可调整的值，并且也可以取消。如果附在Temp sens上的电压值被分析，那么对此可以确定附在R7上的温度。

同样优选的是所有组件或者只是辐射源或者只是探测器或者作为彼此热分开的组的辐射源和探测器的良好的导热的连接、以及与之相关地有效地冷却到环境温度水平上。作为效应，组件对于每次测量都从环境温度出发来升温，并且因此在每个测量周期中显示出相同的特性。因此抑制了由于温度影响引起的通过测量构造的偏移量（Offset）。散热必须与此相应地大，以便将组件的温度提高限制到几个开尔文（Kelvin）上。

与对于以不同的间距d来放置的探测器相同的考虑适用于检测所述一个或多个辐射源的辐射的参考探测器。该参考探测器可以被包括在用于探测器的稳定措施和校正可能性之内。

相对应的按照本发明的传感器构造已经借此被描述。在下文中跟着的是测量或测量分析的利用传感器来执行的有利的构造。

传感器的测量流程规定，针对每次测量都执行黑暗校正（Dunkelkorrektur），利用所述黑暗校正来确定在未被激活的一个或多个辐射源的情况下出现在所述一个或多个探测器上的辐射量以及由信号检测装置造成的偏移量（黑暗值）。

为了在不降低本发明思想的价值的情况下检测干扰，同样也可以在没有测量对象的情况下进行并行的辐射走向（参考支路）的透射。

在接下来的步骤中，从利用激活的辐射源出现在相应的一个或多个探测器上的、同样包含偏移量和/或干扰的辐射量中抽出（abziehen）所确定的干扰和/或黑暗值，而且借此明显降低由于外来光和信号检测装置的特性引起的干扰。由此被提高的精确度导致了对目标物质的较小的浓度改变的定量。

此外，为了提高精确度，该测量流程规定重复测量，所述重复在时间上相继进行，使得不凸显生理的（physiologisch）影响和/或由外来光引起的影响。在相同测量情况下对测量流程的重复由于在分析之前或在分析之后的求平均值而导致噪声和其它的干扰参量的影响的降低，因为所述噪声和所述其它的干扰参量的影响在所述噪声和所述其它的干扰参量完全被检测时不仅正面地、而且负面地对在探测器上的测量值起作用。在相同测量情况下对测量流程的重复同样导致了时变干扰的影响的降低。在这种情况下，尤其是要观察环境光源的频率（50Hz或60Hz，视电网电压频率而定，或在光功率中为100Hz或120Hz）以及通过心跳或者普通的依赖于新陈代谢的调节机制在皮肤上测量时所引起的血液搏动（Blutpulsation）、运动假像或者呼吸运动，或在其它的测量对象上测量时所述测量的重复的过程的频率以及所述频率的倍数。在此，针对不同类型的干扰可规定不同的策略：

如果干扰是以恒定频率的正弦形的，那么对1/（2·干扰频率）的时间间隔的两次测量求平均是有利的。

此外还优选的是在干扰的一个或多个完整的周期内进行测量，因为所述影响接着平均成恒定的份额（Beitrag），所述恒定的份额可以通过在分析测量信号时进行调整利用用于对所期望的目标物质进行浓度确定的参考方法（处理方式参见下面在对分析的描述中）来检测和校正。

作为另一策略，所使用的测量持续时间及其重复频率可以在很长的时间内求平均时与干扰周期成比例地有利地不与干扰频率或者干扰频率的倍数一致。

重复的次数应该会尽可能大，受被争取达到的（angestrebt）直到确定目标参量的测量持续时间限制，而且受在测量对象中不期望的、影响所探测到的辐射量的平均值的改变、例如在皮肤的情况下由具有在分钟范围内的时间常数的热调节过程引起的改变限制。

有利地，也可以使用具有与干扰频率不同的和为了实现高精确度而与所述干扰频率的倍数不同的频率的锁定技术，以便抑制干扰。

用于减小光学干扰的另一有利的解决方案是紧挨着该传感器或在该传感器上检测作为干扰传感器信号起作用的干扰参量，以便接着有针对性地对所述干扰参量进行校正。该校正可以通过利用传感器的测量值将所检测到的并且经强度校正的干扰传感器信号负反馈来进行，或者同样按照本发明通过在计算装置中处理干扰传感器信号来进行。

所述测量在用自己的调节系统施加到测量对象上之后优选地在短的间歇之后、也就是说在系统的起振时间之后才被分析。这里，示例性地列举皮肤，因为开始时由于安放传感器而在皮肤中进行血液挤压，所述血液挤压在短时间之后稳定到与所述作用适配的血压。在所述起振状态期间，所探测到的辐射量的其它平均值出现，并且有利地没有被包括在上面所描述的在更长的持续时间内的求平均之内。

根据现有技术，对一个或多个目标物质的量的（参见下面的）预测或对测量信号、也就是说通过具有不同的间距d的探测器所确定的辐射量的分析，通过针对在相应的目标体积中存在的、具有针对每个波长和每个间距d都测量的（经黑暗值校正的）辐射分量的目标物质的量的预测函数来进行。该预测函数通过回归分析（化学统计学）来产生（entwickeln）。被用于制定或校准预测函数的测量利用在一组生物组织或混合物上的传感器来进行，其中混合物组成的全部的变化幅度利用所有不同组成部分的浓度来覆盖。要确定的目标物质的浓度分别通过参考方法来确定。

可替换地，要测量的混合物可以由光学标准物（模型（Phantom））来替换，其中光学标准物（模型）被理解为人造地由材料混合在一起的混合物，所述混合物使得能够模仿真正的混合物的多样性以及几何尺寸。所述光学标准物（模型）同样可以是有源装置，所述有源装置检测辐射源的强度并且根据在探测器位置上的所期望的辐射量将所需的光量传导到被安装在传感器中的探测器上。通过添加要确定的物质或者通过参考方法，所述物质的浓度是已知的并且可以被用于回归方法。

同样可设想的是，通过模拟计算来确定在传感器信号与要确定的物质的浓度之间的关联。这以对传感器的特性的精确的了解和对混合物中的光传播的准确描述为前提。为此，例如可以将光传播的蒙特卡罗模拟用于数值求解辐射传输等式。

要一并包括在该预测函数之内的是数据处理，所述数据处理在按照本发明的实施方案中在于将在探测上测量的反向散射信号通过换算变换成吸收数据。种变换例如可以通过取对数或者其它的数学运算来进行。根据通过取对数近似地变换成吸收数据的测量值，可以通过回归分析（化学统计学）以少的花费来确定所寻求的物质浓度。所述回归分析（化学统计学）用于确定预测函数。经变换的值通过预测函数被换算成物质浓度。

其它的预处理例如在于将针对每个波长的探测器测量值标准化到统一的总和，由此针对所探测到的空间分辨的反向散射信号，变得不依赖于辐射源强度或者类似地对于本领域技术人员公知的策略。

用于确定预测函数的花费是显著的，并且可以以所述上面被描述的形式只能对小数目的传感器进行。由于制造，所有传感器例如在所述传感器的组件或者其布置的特性方面都具有差异，所述差异导致目标物质的浓度与传感器信号之间的不同的关联，也就是说，当所述差异大得使得不能达到争取达到的精确度时，每个传感器的传输函数（也就是说信号传输函数）必须针对传感器的正确的函数被适配。

因为在这种情况下传感器的高灵敏度对于目标物质的少的量或少的改变而言是重要的准则，所以对在探测器上的辐射量的所有影响必须被管控，这确保了上面所描述的在传感器构造和测量流程方面的技术措施。为了批量制造，不应该费力地针对每个单个的具有公差的（toleranzbehaftet）传感器进行在多个混合物（测量对象）的浓度排列上的测量，而是校准借助于在几个光学标准物（模型）上的测量而被传输到所述单个的传感器上。

有利地通过在一个或多个光学标准物（模型）上的经校准的传感器与未经校准的传感器的比较测量来成功地导出用于校准传输的计算规则，利用所述计算规则可以将传输函数（信号传输函数）从经校准的传感器传输到未经校准的传感器上或针对未经校准的传感器被适配。该计算规则确定在传输函数（信号传输函数）中的必需的改变。所测量到的探测器测量值通过传输函数（信号传输函数）作为用于目标物质的预测函数的输入参量变换地被转交。进行该变换，使得被转交的值被转化为在共同的值域中的对于所有传感器信号都相同的目标值。

同样有利的是：提供为了单独地经校准的传感器所确定的校准传输数据连同测量值，并且在随后应用的预测函数中、即在将传感器数据转换成目标物质的浓度时加以考虑。

在本发明思想的扩展方案中，传感器在一实施方式中被构造为使得计算装置作为可编程的数据处理装置被集成，所述可编程的数据处理装置经由在通过经编程的预处理来应用传输函数（信号传输函数）之后提供测量结果的信道来允许对被改变的经编程的预处理的重新加载（Neueinspielung）。

但是所述用于传输校准的处理方式只有当在满足确定的前提时才成功。所述一个或多个被用于比较测量的光学标准物（模型）必须在其光学特性和几何尺寸方面与真正的测量对象类似，使得可以将类似的辐射分布用于测量传输特性。在测量对象的光学特性的强烈的变化幅度的情况下，必须采用覆盖该变化幅度的多个光学标准物（模型），并且针对该校准传输（校准传输函数）来确定计算规则。在关于组件和组件放置的小的公差和根据上面所描述措施的构思（Konstruktion）的情况下，成功地实现线性的校准传输函数，使得一个模型足以用于校准传输。如果校准传输函数是非线性的，那么可以利用多个光学标准物（模型）执行该传输。

此外，针对校准传输，应该会在构思上并且通过分析处理方式来避免传感器的传输函数（信号传输函数）或者预测函数对公差或测量对象的光学特性或者环境条件的强烈的依赖性。因此，传感器的在构思上的构建和分析直接与同样精确地测量的传感器单元的大规模制造相关联。

通过将所描绘的分析方法与相同的组件的选择和用于构造传感器的措施相结合，可以实现：传感器单元的差异、也就是说单独的传输函数（信号传输函数）在使用校准传输并且该校准传输是线性的时对于降低精确度具有非常小的贡献。

针对用于校准传输的所使用的光学标准物（模型）的重要准则是在类似的几何尺寸的情况下与在测量对象中相同的光分布。这不仅仅涉及相同的光学参数，而且涉及由于机械特性、表面特性等等引起的光分布的方面。相同的光分布通过使用具有在测量对象上出现的差异的范围内的光学参数的光学标准物（模型）来实现、以及通过在光学标准物（模型）的表面上的条件来实现，其中所述条件是测量对象的使得没有对光分布起不同作用的条件。

这也主要表现为：辐射阻挡体对在测量对象中的辐射分布的作用对于所述用于校准传输的一个或多个光学标准物（模型）是相同的。

因此，用于批量制造的校准传输在两个步骤中进行。在一个或多个人造的校准传输辅助装置、例如具有使得辐射分布与在真正的测量对象上类似的光学参数的光学标准物（模型）上，利用已经被校准的传感器进行参考测量。在第二步骤中，通过将该参考测量与由未经校准的传感器在相同的光学标准物（模型）上以相同地被执行的测量进行信号调整（比较）来通过利用校准传输函数使预测函数的参数改变进行校准的传输。

在下文，描述了本发明和本发明的构建方案。

本发明的目标通过一种空间分辨的光学传感器装置来实现，所述光学传感器装置具有多个辐射源或者具有一个带有多个波长范围的源、以及具有多个辐射探测器或者具有一个带有多个可分开地读取的子单元的辐射探测器，所述子单元用于空间分辨地检测强烈地散射的测量对象中的目标物质并且检测辐射阻挡体，所述辐射阻挡体被构造为吸收和/或反射至少一个波长范围的辐射。辐射源与辐射探测器以所限定的间距来布置，并且通过辐射阻挡体与辐射探测器彼此分开地来布置，使得由所述辐射源产生的辐射在所述辐射降落到辐射探测器上之前首先穿过测量对象一个路径长度。

在构建方案中，辐射阻挡体超出就测量对象来说预先设置的接触面0.1mm至1mm。

在构建方案中，辐射阻挡体包括支承组件的衬底和/或包围辐射源的外壳，并且借此阻断（blockieren）衬底中的辐射传导和/或穿过外壳的辐射传导。

在构建方案中，其它的辐射阻挡体包围每个探测器，所述每个探测器在与测量对象的界面上具有环绕的（umgrenzt）开口。

在构建方案中，从所述源之一到以确定的间距放置的探测器的辐射穿过测量对象直到预先确定的深度。

在构建方案中，至少两个具有到所述辐射源的不同的间距的辐射探测器被布置。

在构建方案中，该装置具有至少两个辐射源，所述至少两个辐射源具有至少两个不同的波长范围，所述波长范围被选择为使得使用至少各一个波长或波长范围：在所述波长或波长范围中，针对每个要确定的目标物质，传感器信号都显示出对由所述一个或多个辐射探测器检测的辐射量的唯一的影响。为了检测干扰物质或其它的干扰影响，可以使用至少一个波长或波长范围：在所述波长或波长范围中，一个或多个目标物质具有对传感器信号非常小的影响直至没有影响，也就是说，但是针对由所述一个或多个辐射探测器检测的辐射量，干扰物质显示出对传感器信号的更大的影响。

在该装置的构建方案中，可以使用至少一个具有多于两个波长或波长范围的辐射源，使得针对每个干扰参量都入射至少一个波长或波长范围，并且通过使用多于一个在目标物质的波长范围中的源来提高针对该物质的灵敏度或者可以分辨目标物质的子类别。

在该装置的构建方案中，以不同的间距的探测器的信号被放大为使得针对所有探测器产生类似的信号幅度，或者使得探测器的面积或数目针对确定的间距分别被选择为使得信号幅度针对所有间距都是类似的。

在该装置的构建方案中，可以分别在接通辐射源之后利用探测器来检测一个类型的信号，并且在关断辐射源之后利用探测器检测第二类型的信号，并且通过将两个类型的信号相减来获得要进一步分析的结果信号，或者信号在辐射源的不同强度下被检测并且彼此相减，并且由此获得要进一步分析的结果信号。

源的辐射的被限定的部分可以在构建方案中传导到参考探测器上，并且利用参考探测器可以利用接通的辐射源检测信号并且随后利用关断的辐射源来检测信号，所述两个信号相减，以便获得参考信号并且将针对每个源的相应的结果信号单独地除以所述这样得到的参考信号，以便获得用于进一步分析的与强度有关的信号。

在构建方案中，将无外壳的发光二极管用作辐射源，所述无外壳的发光二极管可以被放置得彼此非常接近，使得测量对象可以被所有发光二极管几乎相同地被辐射。

在构建方案中，传感器装置包括温度调整单元。温度调整单元可以调整传感器装置的温度，温度调整单元尤其是被构造为将辐射源、例如发光二极管或探测器或二者加热和/或冷却，使得辐射源的温度可以被调整到预先选择的温度值上。

在构建方案中，使用宽带光源作为辐射源。在这种情况下，将光谱仪或者配备有可更换的滤光器的组件用作用于辐射探测的辐射探测器。

在构建方案中，辐射源的辐射借助于一个或多个光学元件、诸如分光仪、透镜、玻璃棒、镜子、分光器、窗、浇铸材料或其它光学元件被引导到测量对象上。从测量对象出射的辐射可以借助于一个或多个其它的光学元件或同样的光学元件被引导到辐射探测器上。

在构建方案中，辐射源、辐射探测器和所有光学元件都以小的公差来实施，使得校准的传输可以利用足够的精确度来进行。

在这种情况下，对信号的精确度要求从误差传播成目标参量的预测值的误差中得出。数学关联通过根据信号对预测函数取偏导数来建立：

目标值的误差=。

在构建方案中，所有信号的测量都相同地多次重复地进行，并且进行对所有以相同方式检测的信号的取平均。

（分析、校准、大规模制造）

在构建方案中，借助于传感器装置，在测量对象或者关于目标物质以及干扰参量具有类似于该测量对象的特性的混合物上执行测量系列（Messreihe），其中目标物质的浓度作为参考值有针对性地被改变，或者通过另一方法在不同测量对象的情况下是预先已知的并且在干扰的情况下被改变，而且校准规则被确定，所述校准规则使得能够预测目标物质的浓度并且借此使传感器装置可作为具有参考校准的参考传感器装置提供用于随后的校准传输。

在构建方案中，针对作为信号预处理步骤的参考校准，事先确定结果信号或标准化的信号的对数，并且将具有分数的幂（gebrochene Potenz）的参考值换算成用于预测函数的输入参量。

在构建方案中，参考校准利用校准传输装置被传输到其它的构造类似的传感器装置上，其方式是，利用参考传感器装置和构造类似的传感器装置进行比较测量并且在过大偏差的情况下适配所述构造类似的传感器装置的信号传输函数。

在构建方案中，该校准传输装置是一个或多个人造的测量对象、例如在吸收和散射方面具有类似的光学特性并且其特征可利用单独的方法来检查使得可以在老化过程中检查改变的混合物。

在构建方案中，可以根据参考传感器装置和构造类似的传感器装置的测量中在校准传输装置上导出校准传输函数，所述校准传输函数将参考传感器装置与构造类似的传感器装置之间剩余的区别在计算上减小为使得所述构造类似的传感器装置的信号高度在利用根据校准传输函数的传输函数（信号传输函数）来计算（Verrechnung）之后对应于参考传感器装置的信号高度并且随后可以将参考传感器装置的预测函数以精确度的很小的损耗应用于在所述构造类似的传感器装置的情况下预测目标物质的浓度。

在构建方案中，可以将与针对参考传感器装置相同的预处理步骤应用于所述构造类似的传感器装置的信号。在这种情况下，信号被组合成数学上经排序的结构，使得这些信号利用传输函数（信号传输函数）逐元素地被计算，并且借此可以被转化成与参考传感器相对应的信号高度，并且随后可以逐元素地利用（对于所有传感器装置都相同的）预测函数被计算成目标物质的浓度的预测。

特定实施方式

在构建方案中，所述一个或多个要在皮肤中测量的目标物质是在表皮和真皮中被测量的抗氧化剂、即类黄酮或类胡萝卜素、尤其是贝塔胡萝卜素、番茄素、叶黄素、玉米黄质或辣椒红色素。

在构建方案中，使用如下辐射源：所述辐射源在波长范围380至800nm内并且由窄带辐射源、例如具有平均波长为405nm、430nm或435nm、470nm、500nm、525nm和700nm的光源来实现。例如可以将硅光电二极管用作辐射探测器，所述硅光电二极管在到光源的中心距为1至7mm的情况下具有1mm的边长，或者也可以将类似的构造几何形状用作辐射探测器。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器朝着皮肤分别通过窗被封闭。辐射阻挡体可以处在辐射源与辐射探测器之间，所述辐射阻挡体利用窗朝着皮肤平齐地封闭，或者也可以从其中突起（hinausstehen）。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别被浇铸材料包围。在这种情况下，辐射阻挡体也可以处在它们之间，所述辐射阻挡体可以通过锯断和利用进行吸收的材料的浇铸或者通过具有足够的辐射衰减的预安装的组件来形成。辐射阻挡体优选地分别朝着皮肤平齐地包围或者从其中突起。

在构建方案中，可以分开地分析在辐射源与辐射探测器之间的不同的间距，并且这样例如在0.5mm至4mm范围的小的间距的情况下针对表皮确定类胡萝卜素含量（抗氧化剂值）并且针对在2mm至8mm的较大的间距的情况下针对真皮确定类胡萝卜素含量（抗氧化剂值）。

在构建方案中，可以针对不同子类别分开地分析抗氧化剂，其方式是，分别针对每个子类别选择一个辐射源，使得所述辐射源的平均波长对应于抗氧化剂的子类别的吸收最大值的波长。

在构建方案中，对抗氧化剂值的预测在传感器装置中被计算并且通过通信接口被传输给输出设备、显示设备或移动设备。

在构建方案中，要测量的目标物质是水，所述水可以在以不同的浓度的皮肤中在表皮、真皮和皮下组织中被测量并且依赖于时间地作为液体储备在心脏衰竭的情况下被评价或者也为了评价足够的液体输送或肾功能而被评价。

在构建方案中，使用在波长范围900至2100nm内的辐射源，并且所述在波长范围900至2100nm中的辐射源由窄带辐射源、例如具有平均波长为975nm、1160nm、1220nm、1320nm、1470nm和1070nm的光源来实现。可以将砷化铟镓光电二极管（所述砷化铟镓光电二极管在到光源的中心距为2至12 mm的情况下具有1mm的边长）用作辐射探测器，或者也可以将类似的构造几何形状用作辐射探测器，以便确定或者预测水含量。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别被窗封闭，所述窗可以透明地被实施或者被实施为针对辐射源的波长范围的带通（Band-Pass）。辐射阻挡体可以被布置在其间，所述辐射阻挡体可以朝着皮肤平齐地封闭或者也可以从其中突起。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别被浇铸材料封闭。在这种情况下，优选地在辐射源与辐射探测器之间布置辐射阻挡体，所述辐射阻挡体通过锯断和利用进行吸收的材料的浇铸或者通过具有足够辐射衰减的预安装的组件来进行，其中所述辐射阻挡体分别朝着皮肤平齐地封闭或者也可以从其中突起，或者所述源可以通过棱镜或类似的传输辐射的元件朝着出射窗被传输。

在构建方案中，所述辐射源与探测器分开地布置，并且所述辐射源通过辐射阻挡体被分开，其中所述辐射阻挡体分别朝着皮肤平齐地封闭或者也可以从其中突起，并且所述源可以通过棱镜或类似的传输辐射的元件朝着出射窗被传输。

在构建方案中，可以分开地分析在辐射源与辐射探测器之间的不同的间距，使得可以在1 mm至6 mm范围的小的间距的情况下针对真皮确定水含量并且在3 mm至15 mm的较大的间距的情况下针对皮下组织确定水含量。

在构建方案中，可以依据侵入深度的与波长有关的区别分开地针对真皮和皮下组织分析水含量，其方式是，将具有小的水吸收和借此高的侵入深度的辐射源用于皮下组织，并且将具有较高的水吸收和借此较小的侵入深度的辐射源用于真皮。

在构建方案中，表皮中的水含量的影响可以作为干扰参量根据在真皮和皮下组织中的水含量的计算来消除，其方式是，在辐射探测器与辐射源的不同的间距的情况下将不同的深度加权用于分析。

在构建方案中，在血液的透析或析离（Apherese）期间的体外血液循环中或者在其中血液的一部分处在作为测量位置的软管系统或玻璃器皿中的另一情况下，要测量的目标物质是血液中的血红蛋白和氧化血红蛋白以及红细胞压积（Haematokrit）。

在构建方案中，使用在波长范围380至900nm内的辐射源，并且所述在波长范围380至900nm内的辐射源由窄带辐射源、例如具有平均波长±公差范围为730nm±30nm、807.5nm±2.5nm和850nm±20nm的光源来实现。例如可以将硅光电二极管用作辐射探测器，所述硅光电二极管在到辐射源的中心距为2至12 mm的情况下具有1至3mm边长，或者也可以根据软管系统或玻璃器皿的尺寸将类似的构造几何形状用作辐射探测器。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器可以分别通过窗来封闭，并且辐射阻挡体可以处在辐射源与辐射探测器之间，所述辐射阻挡体可以利用所述窗朝着玻璃器皿或者软管封闭，或者也可以从其中突起。

在构建方案中，辐射探测器全部被布置为相同的类型并且被布置在具有良好热导率的材料上，使得所述辐射探测器具有相同的特性和相同的温度。

在构建方案中，要测量的目标物质是在动物组织或肉类产品中的脂肪、水和蛋白质，所述动物组织或肉类产品或者如生长的那样存在，或者在加工过程中部分地经均质化地（homogenisiert）存在。

在构建方案中，传感器装置具有在波长范围900至2500nm内的辐射源，所述辐射源由窄带辐射源、例如具有平均波长为910nm、1200nm、1450nm、1550nm、1680nm和1720nm的光源来实现。可以将砷化铟镓光电二极管（所述砷化铟镓光电二极管在到辐射源的中心距为2至12 mm的情况下具有1至3mm的边长）用作辐射探测器，或者也可以将类似的构造几何形状用作辐射探测器，以便确定或预测被分开的脂肪含量、水含量和蛋白质含量。

在构建方案中，要测量的参量是表皮中的光衰减和皮肤中通过遮阳剂的遮阳因子。

在构建方案中，在UV、可见的和近红外的波长范围内的辐射源被使用，并且可以在280nm至1100nm之间，并且例如通过宽带光源（如氙光源）来实现。为了辐射探测，可以将例如具有硅辐射探测器的光谱仪用作辐射探测器。

在构建方案中，在UV、可见的和近红外的波长范围内的辐射源被使用，并且可以在280nm至1100nm，并且例如通过至少一个窄带光源（如发光二极管）来实现。为了辐射探测而使用硅辐射探测器。

在构建方案中，辐射源的辐射可以由一个或多个光波导体传输到皮肤。光波导体的可选地以不同的间距从皮肤出射的辐射可以由一个或多个光波导体来传输以用于通过光谱仪来进行辐射探测。光波导体可以具有50至600μm的直径。光波导体可以通过其光学特性本身来呈现出辐射阻挡体，或者可以通过引入嵌入装置或者进行吸收的封套来放大光波导体的所述阻挡体功能。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器的不同的光波导体分别被分配有间距。在这种情况下，可以从中确定通过皮肤的光衰减，以及间距的一部分可以使得能够确定仅仅通过表皮或表皮的部分的衰减。

在构建方案中，与波长有关地确定辐射通过表皮或表皮的部分的衰减可以在涂敷遮阳剂之前和之后借助于在涂敷遮阳剂之前和之后的衰减的求商来得出对遮阳因子或与波长有关的遮阳因子的确定。

在构建方案中，要测量的目标物质是在皮肤中在表皮中被测量的黑色素。

在构建方案中，所使用的辐射源在波长范围300至800nm内，并且由窄带辐射源、诸如具有平均波长为430nm、450nm、470nm、500nm、630nm和700nm的光源来实现。例如可以将硅光电二极管用作辐射探测器，所述硅光电二极管在到辐射源的中心距为1至5mm的情况下具有1mm的边长，或者也可以将类似的构造几何形状用作辐射探测器。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别通过窗被封闭。辐射阻挡体可以被布置在辐射源与辐射探测器之间，所述辐射阻挡体利用窗朝着皮肤封闭，或者也可以从其中突起。

在构建方案中，使用辐射源与辐射探测器的不同的间距，以便从针对表皮的黑色素值的计算中计算出真皮和皮下组织的影响。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别被浇铸材料封闭。在其间可以布置有辐射阻挡体，所述辐射阻挡体可以通过锯断和利用进行吸收的材料的浇铸来产生，或者可以通过具有足够的辐射衰减的预安装的组件来产生，其中所述辐射阻挡体可以分别朝着皮肤平齐地封闭或者也可以从其中突起。

在构建方案中，可以从黑色素含量中导出针对皮肤类型的值。

在构建方案中，要测量的目标物质是在皮肤中在表皮中被测量的胆红素。

在构建方案中，所使用的辐射源具有为300至800nm的波长范围，并且由窄带辐射源、例如具有平均波长为430nm、450nm、470nm、500nm、630nm和700nm的光源来实现。例如可以将硅光电二极管用作辐射探测器，所述硅光电二极管在到光源的中心距为1至5 mm的情况下具有1mm的边长，或者也可以将类似的构造几何形状用作辐射探测器。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别通过窗被封闭。在其间可以布置有辐射阻挡体，所述辐射阻挡体利用窗朝着皮肤封闭，或者也可以从其中突起。

在构建方案中，可以使用辐射源和辐射探测器的不同的间距，以便从针对真皮的胆红素含量的计算中计算出真皮和皮下组织的影响。

在构建方案中，辐射源和辐射探测器分别被浇铸材料封闭。在其间可以布置有辐射阻挡体，所述辐射阻挡体可以通过锯断和利用进行吸收的材料的浇铸来产生，或者可以通过具有足够辐射衰减的预安装的组件来形成，其中所述辐射阻挡体分别朝着皮肤平齐地封闭或者也可以从其中突起。

附图说明

图1示出了具有芯片LED的传感器模块的示例性的解决方案；

图2示出了传感器的叉开的布置的示例性构造；

图3示出了针对将传感器与测量对象（试验品）的光学耦合的解决方案；

图4示出了支承组件的衬底的温度稳定化的示例性的解决方案；

图5示出了抗氧化剂传感器的实施例；

图6示出了水含量传感器的实施例；

图7示出了针对红细胞压积传感器和氧饱和传感器的传感器印刷电路板的实施例；

图8示出了针对红细胞压积传感器和氧饱和传感器的印刷电路板载体的实施例；

图9是肉类组成传感器的实施例；

图10是遮阳因子传感器的实施例；

图11是胆红素传感器或黑色素传感器的实施例。

在下面的附图中示出的实施例是上面在正文中描述的总体技术方案的具体的实施方案。

具体实施方式

抗氧化剂传感器

在图5中示出了用于检测皮肤中的起抗氧化作用的物质、尤其是贝塔胡萝卜素和番茄红素的传感器的实施例。在检测中的主要干扰参量是血红蛋白和黑色素。该传感器包括：分别作为具有300μm边长的芯片LED的六个辐射源，所述六个辐射源具有平均波长405nm、435nm、470nm、500nm、525nm、700nm；以及作为具有1000μm边长的探测器的由硅构成的六个芯片光电二极管，所述六个芯片光电二极管具有中心距LED1到PD1=2.23mm、LED1到PD2=3.84mm、LED1到PD3=5.45mm、LED1到PD4=7.06mm；以及监视器光电二极管（监视PD），所述监视器光电二极管（监视PD）以与LED1相距2.6mm的间距、但是与其它光电二极管成反方向地来布置并且与上面所提到的光电二极管相同。被称作PD3和PD4的光电二极管以彼此的间距1.62mm相邻地布置并且电地在放大器之前并联。LED2在传感器板（或亦称传感器印刷电路板）上在与轴LED1-PD4成直角的轴上以到LED1的间距0.74mm地来布置。LED3至LED6被布置在与轴LED1-LED2平行、与PD相距0.74mm的轴上。在LED3与LED6之间分别存在0.74mm的间距。

LED的波长可以偏差几纳米而不损害传感器的功能。

LED被安装在光源板上而光电二极管连同各一个在相同的表面上的温度传感器被安装在探测器板上，使得所有的组件都被放置在相同的侧上。两个板共同被安装到由被阳极氧化为黑色的铝合金构成的载体上，所述载体针对在光源板和探测器板上的透光分别包含各具有6x7.8mm²的缺口（Aussparung），所述缺口用由玻璃构成的透明窗流体密封地被封闭。在窗与两个板之间实施有载体中的辐射阻挡体。

缺口的大小有利地可以被缩小或者也可以根据在上面的描述中示出的原理或者现有技术以其它方式来构造，而只要探测器的信号未淹没（untergehen）在噪声中，该传感器就不改变其精确度。

两个板一起形成传感器版，所述传感器板又与具有针对每个传感器被分开的放大装置以及信号的模拟数字转换装置的信号检测板、以及具有用于控制信号检测的微处理器的另一板连接。该微处理器板同样包括通信接口，所述通信接口可以根据现有技术被实施为无线的和有线的接口。能量供应的通信和控制同样可以被实施在分开的板上并且与其余的板电连接。

功能单元的另一结构是可设想的，而不必改变本发明的本质。模拟数字转换装置的放置尤其是可以与探测器一起被放置到板上，而且辐射源和探测器也可以被放置在板上。

在微控制器中，固件例程检测数字信号并且对其取对数。如上面所实施的那样的其它的数据预处理同样是有利的。随后，借助于校准函数，通过通信接口给出对于皮肤中的抗氧化剂的浓度的预测。该校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量来导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（LEDi x PDj）存在，所述矩阵通过逐元素的相乘到具有标准信号范围的经校准的传输函数（信号传输函数）上被变换。

校准函数的第二部分、即预测函数确定对目标物质的浓度的预测。该第二部分包括对从传输函数（信号传输函数）中得到的值的预处理（log）以及所述值与来自回归分析（化学统计学）的系数的乘积，它们被求和并且与偏移量相加并且通过诸如求根、平方的数学运算来计算成物质浓度。所述对预测函数的计算有利地利用四个不同的系数组来进行，其中目标物质的这样被确定的浓度的加权平均值是传感器的输出。

一般而言，在运行时，传感器的测量位置是皮肤，其中没有毛发并且没有弯曲的区域是优选的。特别适当的测量位置是在大拇指或小指头下的两个手掌根部，因为在那里存在足够厚的表皮，以便确保对表皮和只具有低抗氧化剂含量的处在更深处的层的分开。

可替换的实施方式包含LED和PD在共同的板上的经改变的几何布置，使得空隙将LED和光电二极管分别彼此并且与其余的印刷电路板热地去耦合。

在扩展方案中，辐射源和探测器可以构造为具有相同光学几何形状的集成组件（模块）并且被涂敷到传感器板上。因此，模块替换了光源板以及探测器板。模块在通过接合与由环氧树脂（例如Henkel公司的环氧树脂类粘合剂OS 4000）构成的透明的浇铸材料接触之后机械地被保护。在光源与探测器之间，通过锯穿浇铸材料直至所述板并且紧接着用具有强烈地进行吸收的浇铸材料来浇铸锯缝来在事后插入辐射阻挡体。以相同的方式，在光电二极管之间引入阻挡体，然而其中没有被锯至所述板。模块也可以只包含辐射源或只包含具有预先给定的间距的探测器，并且以与在前述实施例中相同的方式替代于光源板或探测器板被采用，并且如上所述被组成完整的传感器。

在扩展方案中，以相同的方式来构造传感器模块，其中所有上面所描述的板同样被集成到被浇铸的块中。

水含量传感器

在图6中示出了针对用于检测皮肤中、尤其是真皮和皮下组织中的水含量（水的浓度）的传感器的实施例。主要干扰参量是具有汗液覆盖和不同的水含量的真皮、皮肤的黑色素含量和根据皮肤的状态而不同的光散射。该传感器包括：四个分别作为具有300μm边长的芯片LED的辐射源，所述四个辐射源具有平均波长±公差范围975±5nm、1070±15nm、1160±15nm、1320±20nm；以及由砷化铟镓（InGaAs）构成的作为具有1000μm边长的探测器的四个芯片光电二极管。

同样可设想的是用在1150至1220nm之间的波长来替换LED波长1160nm。

所有LED都向具有尺寸14mmx2.5x2.5mm²的偏转棱镜中发射，所述偏转棱镜作为当混光器起作用并且导致每个LED的光的均匀和相同的分布。光从偏转棱镜穿过具有直径1.5至4mm的窗发射，所述窗压在皮肤上。偏转棱镜有利地除了入射面和出射面以外用进行吸收的涂层覆盖，所述进行吸收的涂层作为辐射阻挡体阻止与辐射探测器的串扰。辐射探测器在相同板上的轴上以彼此2mm的中心距、并且以PD1的中心到出射窗的中心3mm的间距来布置。PD朝着皮肤用外壳来封闭，其中通过每个PD，具有直径1至3mm的窗流体密封地被引入到所述外壳中，所述窗具有在LED的光谱范围中高的透射和在可见的光谱范围中的低的透射，并且因此作为日光过滤器起作用。

出射窗和偏转棱镜的这里所提到的几何形状可以变化，而不改变本发明的本质。

LED被保持在高的温度水平上，所述温度水平接近于在持续运行时已被确定的最大可实现的运行温度。这利用温度传感器来监视。按照上面所述实施方案的其它解决方案同样有利地是可采用的。

辐射源被布置在LED板上，所述LED板与传感器板电连接并且与该传感器板具有相同的尺寸。有利地，将LED板利用间隔垫片与传感器板机械地连接。

传感器板具有尺寸15x40mm²并且支承：信号检测的功能，其具有针对每个传感器被分开的对信号的放大装置和模拟数字转换装置；以及微处理器，用于控制信号检测。通过电连接来连接通信板和能量供应板，所述通信板和能量供应板包括通信接口，所述通信接口可以根据现有技术被实施为无线的和有线的接口。

所述功能单元的另一结构以及其它外部尺寸是可设想的，而不改变本发明的本质。

在微控制器中，固件例程检测数字信号并且对其取对数。如上面所实施的那样的其它的数据预处理同样是有利的。随后，借助于校准函数，通过通信接口给出针对皮肤中的水含量的预测。该校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量被导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（LEDi x PDj）存在，所述矩阵通过逐元素地相乘到经校正的传输函数（信号传输函数）上将测量矩阵变换到标准信号范围上。

校准函数的第二部分、即预测函数是用于确定目标物质的浓度的计算规则。该第二部分包括对从传输函数（信号传输函数）中得到的值的预处理（log）以及所述值与来自回归分析（化学统计学）的系数的乘积，它们被求和并且与偏移量相加并且通过诸如求根、平方的数学运算来计算成物质浓度。

一般而言，在运行时，传感器的测量位置是皮肤，其中出于监视目的，在慢性心脏衰竭的情况下特别地考虑在腿上、例如在脚踝的区域中的测量位置。为了一般性地监视水分平衡或水含量，也考虑在手臂和手上的测量位置。

红细胞压积/氧饱和

在图7和8中示出了针对用于例如在利用人造心肺机进行操作期间检测红细胞压积和氧饱和的传感器的实施例。测量位置是血液流经的玻璃器皿或软管，所述玻璃器皿或软管在图8中被放置在圆形开口之上并且作为具有公差的组件或通过不同的实施方式呈现出潜在的干扰参量。此外，泵振动（Pumpenstoesse）干扰了对血液的光学特性和诸如胆红素和脂类的组成部分的测量。但是血细胞本身也具有在大小和血红蛋白含量方面高的单独的的变化性，所述血细胞对测量起干扰作用。

传感器包括：分别作为具有300μm边长的芯片LED的四个辐射源，所述四个辐射源具有平均波长±公差范围730±30nm（两个相同的LED彼此对角地布置地来建造）、807.5±2.5nm、850±20nm；以及在共同的传感器板上的作为具有2600μm边长的探测器的由硅构成的四个芯片光电二极管，导热载体被集成到所述传感器板中，所述导热载体通过非常良好地导热的材料、例如铜或另一非常良好地导热的材料将光电二极管彼此连接并且被保持在室温或测量对象的最大温度（例如38℃）之上的温度水平上。，在传感器板中，监视器光电二极管处在导热载体上，所述监视器光电二极管与轴LED-PD1-4成直角地以与LED 1相距5mm的间距来布置并且与上面所提到的光电二极管相同，通过来自Spektralon的漫射反射器将LED的所发射的光量的始终相同的部分输送给所述光电二极管。

LED彼此的间距为0.7mm，其中730nm-LED彼此双重地对角地被装LED装置的角上。PD1的中心被放置在到所述四LED装置的中点5mm处，其它的PD具有彼此3.2mm的间距并且被布置在一条线上。

温度传感器以在LED3和LED4旁边0.7mm的间距被安装，并且在导热载体的另一侧上作为金属线对称地在所有PD之下居中地安装有第二温度传感器。在第一温度传感器和LED之下布置有具有可调整的电流的用于加热所述板的加热电阻（在图4中的R6），所述加热电阻与位于其之上的组件直接对置并且电地被激励为使得实现到事先限定的最大环境温度上的温度调节。为了隔热或减小热传导，所述板在围绕被加热的组件配备有空隙。

传感器板被安装在由黑色的PEEK（其膨胀系数与印刷电路板衬底材料FR4类似）构成的载体上，在所述载体中构造有壁（Wandung），所述壁作为辐射阻挡体突出（ragen）到在LED1至LED4和PD1至PD4之间的空隙中。在载体中，与LED1至LED4对称地实施有具有直径M4x0.5mm的圆柱形钻孔（其具用于减小钻孔中的干扰辐射或反射的螺纹（Gewinde）），并且在每个光电二极管PD1至PD4之上对称地实施有具有直径M3x0.35mm的钻孔（其具有用于减小钻孔中的干扰辐射或反射的螺纹）。在光电二极管上的钻孔利用厚度为0.4mm的共同的玻璃窗流体密封地封闭，并且在LED上的共同的钻孔利用厚度为0.4mm的玻璃窗流体密封地封闭，其中辐射阻挡体从载体中凸出为使得所述两个窗都被中断并且平齐地安放到该阻挡体上。

传感器板与信号检测板连接，所述信号检测板具有针对每个传感器被分开的对信号的放大装置和模拟数字转换装置以及具有用于控制信号检测的微处理器。所述板同样包括通信接口，所述通信接口可以根据现有技术被实施为无线的和有线的接口。

能量供应的通信和控制同样可以被实施在分开的板上并且与其余的板电连接。

功能单元的另一结构是可设想的，而不改变本发明的本质。模拟数字转换装置的放置尤其是可以与传感器一起被放置到板上，而且辐射源和探测器也可以被放置在板上。

在微控制器中，固件例程检测数字信号并且对其取对数。如上面所实施的那样的其它数据预处理同样是有利的。随后，借助于校准函数，通过通信接口给出针对血液的红细胞压积和针对血液的氧含量的预测。该校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量来导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（LEDix PDj）存在，所述矩阵通过逐元素的相乘到具有标准信号范围的经校准的传输函数（信号传输函数）上被变换。

校准函数的第二部分、即预测函数确定对目标物质的浓度的预测。该第二部分包括对从传输函数（信号传输函数）中得到的值的预处理（log）以及所述值与来自回归分析（化学统计学）的系数的乘积，它们被求和并且与偏移量相加并且通过诸如求根、平方的数学运算来计算成物质浓度。

一般而言，传感器的测量位置在被血液填充的容器上，所述容器可以具有不同的尺寸并且通过散射的、不透光的容器容纳（Behaeltnisaufnahme）与传感器适配。

肉类组成

在图9中描述了针对用于检测动物的来源的肉类和脂肪组织（“肉块”）或其被切碎和/或混合的加工产品的组成（尤其是脂肪含量、蛋白质含量和水含量）的传感器的实施例。该传感器包括：六个分别作为具有300μm边长的芯片LED的辐射源，所述辐射源具有各带有±20nm公差的平均波长910nm、1200nm、1450nm、1550nm、1680nm和1720nm；以及作为具有1000μm边长的探测器的由砷化铟镓（InGaAs）构成的六个芯片光电二极管，所述光电二极管具有中心距LED1到PD1=2.23mm、LED1到PD2=3.84mm、LED1到PD3=5.45mm、LED1到PD4=7.06mm；以及监视器光电二极管（监视PD），所述监视器光电二极管（监视PD）以与LED1相距2.6mm的间距、但是与其它光电二极管成反方向地来布置并且与上面所提到的光电二极管相同。被称作PD3和PD4的光电二极管以彼此的间距1.62mm相邻地布置并且电地在放大器之前并联。LED2在传感器板（或亦称传感器印刷电路板）上在与轴LED1-PD4成直角的轴上以到LED1的间距0.74mm地来布置。LED3至LED6被布置在与轴LED1-LED2平行、与PD相距0.74mm的轴上。在LED3与LED6之间分别存在0.74mm的间距。

所述多个LED被安装在光源板上而光电二极管连同各一个在相同的表面上的温度传感器被安装在探测器板上，使得所有的组件都被放置在相同的侧上。两个板共同被安装到由被阳极氧化为黑色的铝合金构成的载体上，所述载体针对在光源板和探测器板上的透光分别包含各具有6x7.8mm²的缺口，所述缺口用由玻璃构成的透明窗流体密封地被封闭。在窗与两个板之间实施有载体中的辐射阻挡体。

缺口的大小有利地可以被缩小或者也可以根据在上面的描述中示出的原理或者现有技术以其它方式来构造，而只要探测器的信号未淹没在噪声中，该传感器就不改变其精确度。

在微控制器中，固件例程检测数字信号并且对其取对数。如上面所实施的那样的其它数据预处理同样是有利的。随后，借助于校准函数，通过通信接口给出针对肉块中的水、脂肪和蛋白质的浓度的预测。该校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量来导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（LEDi xPDj）存在，所述矩阵通过逐元素的相乘到具有标准信号范围的经校准的传输函数（信号传输函数）上被变换。

一般而言，传感器的测量位置是肉类组织或脂肪组织的表面，其中优选的是没有筋膜覆盖并且不具有弯曲的经切割的组织表面或其加工产品。

遮阳因子确定

在图10中示出了针对用于检测表皮中的最上面的皮肤层的光衰减来确定皮肤以及遮阳剂的遮光性（Lichtschutz）的传感器的实施例。该传感器包括具有在UVA、UVB和可见的以及近红外的光谱范围中的光分量的宽带氙光源，所述宽带氙光源通过第一遮光器（Shutter）可中断地透射到第一照明光导体中并且在灯的对置的侧上通过第二遮光器将光耦合到第二照明光导体中。探测光导体被耦合到用于UVA、UVB、可见的和近红外的光谱范围的光谱仪的输入空隙中，或光导体通过其几何尺寸呈现出该输入空隙。所述两个或多个照明光导体的和所述至少一个探测光导体的远离于辐射源或探测器的纤维末端被组合成光学测量探头，所述光学测量探头在运行时以光导体端面直接被放到皮肤的要测量的位置上。用于探测的光导体对于要研究的光谱范围是可透过的，用于照明的光导体只可以部分地是可透过的，其中通过更强的辐射源来补偿损耗。所述光导体全部具有在50至600μm范围内的直径，所述直径与分别所研究的光谱范围适配为使得在到皮肤中的的小的光侵入深度的情况下、例如在紫外线中使用小的直径，而在大的直径的情况下在到皮肤中的大的光侵入深度的情况下、例如在红的和近红外的光谱范围中使用更大的直径。所述光导体布置在一条线上，其中探测光导体被布置为使得根据光导体直径形成不同的探测面，并且通过布置形成探测光导体与第一或第二照明光导体的不同的间距d1和d2。在相应的光导体中的全反射是在光导体之间的第一辐射阻挡体，光导体的由塑料或者金属构成的护套（Mantel）是第二辐射阻挡体，用于预先制作（Praeparieren）光导体装置的嵌入装置是第三辐射阻挡体，而围绕每个单个的纤维的附加金属管是第四辐射阻挡体，可选地也可以省去所述第四辐射阻挡体。

为了测量，首先闭合所有遮光器，并且利用分光器来测量暗光谱，接着打开遮光器1并且针对间距d1测量光谱，随后闭合遮光器1，打开遮光器2并且针对间距d2测量光谱。在d1和d2情况下的光谱分别通过减去暗光谱来校正并且被输送给分析装置。有利地，针对光谱仪测量的积分时间与针对间距d1和d2的相应的光量适配，并且暗光谱分别针对至少两个不同的积分时间分开地被检测，并且正确分配地分别减去利用该积分时间执行的测量。

校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量来导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（波长_i x 探测_j）存在，所述矩阵通过逐元素的相乘到具有标准信号范围的经校准的传输函数（信号传输函数）上被变换。

校准函数的第二部分、即预测函数确定对皮肤的光衰减的预测。该第二部分包括对从传输函数（信号传输函数）中得到的值的预处理（log）以及所述值与来自回归分析（化学统计学）的系数的乘积，它们被求和并且与偏移量相加并且通过诸如求根、平方的数学运算来计算成光衰减。

在皮肤上测量时，利用针对所测量的光衰减的校准函数确定对皮肤本身的本征光谱衰减的预测。如果随后该皮肤区域被涂抹遮阳剂，那么可以通过对在涂抹之前和之后的光谱额衰减的求比例（Verhaeltnisbildung）来确定光谱遮阳因子。

由于在两次测量之间的等待时间、由于洗涤或者由于与服装的摩擦或者由于另一操作而引起的影响可以确定对遮阳性的影响。

用于上面的测量装置的可替换的测量装置由一个照明光导体和两个以d1和d2的间距的探测光导体来制成，所述两个探测光导体或者被连接到两个光谱仪上，或者被连接到用于分开地检测针对d1和d2的两个光谱的多信道光谱仪上。测量过程借此可以针对间距d1和d2同时进行。其它的测量和分析类似于上面的实施方式地进行。

作为另一替换方案，替代于三个单个的光导体，实施有单个的中央光导体和以间距d1和d2围绕该中央光导体的两个同心光导体环。所述两个环分别或者利用两个输出端被引导到光源，或者利用两个输入端被引导到两个光谱仪或者被引导到所述多信道光谱仪。其它的测量和分析类似于上面的实施方式地进行。

胆红素和黑色素

在图11中示出了针对用于检测皮肤中的胆红素的传感器的实施例。在检测时的主要干扰参量是血红蛋白或血液以及黑色素。借此，传感器也可以被用于确定皮肤中的黑色素含量。该传感器包括：分别作为具有300μm边长的芯片LED的六个辐射源，所述辐射源具有平均波长430nm、450nm、470nm、500nm、630nm、700nm；以及作为具有1000μm边长的检测器的由硅构成的四个芯片光电二极管，所述芯片光电二极管具有中心距LED1到PD1=2.23mm、LED1到PD2=3.84mm、LED1到PD3=5.45mm、LED1到PD4=7.06mm；以及监视器光电二极管，所述监视器光电二极管以与LED1相距2.6mm的间距、但是成反方向地来布置并且与上面所提到的光电二极管相同。LED2在传感器板上在与轴LED1-PD4成直角的轴上以0.74mm的间距来布置。LED3至LED6被布置在与轴LED1-LED2平行、与PD相距0.74mm的轴上。在LED3与LED6之间分别存在0.74mm的间距。

波长的选择可以改变，其中在血液吸收没有被提高的情况下针对胆红素在蓝色的波长范围（400-520nm）内选择至少两个波长或波长范围，并且针对黑色素校正或黑色素测量，在蓝色的波长范围内的波长足够（加上其它的波长是有利的），但是为此要在血液吸收或者水分吸收没有被提高的情况下设置至少一个在红色波长范围（600-780nm）内的波长。

在微控制器中，固件例程检测数字信号并且对其取对数。如上面所实施的那样的其它数据预处理同样是有利的。借助于第一校准函数，给出针对胆红素值的预测，并且利用可以被实施在另一传感器中或者被实施在同一传感器中的第二校准函数，针对皮肤中的黑色素值通过通信接口给出浓度或经校正的浓度。该校准函数由两部分、即传输函数（信号传输函数）和预测函数构成。第一部分、即传输函数（信号传输函数）对于相应的传感器是有效的，并且通过校准传输函数被适配，所述校准传输函数针对单独的传感器包含公差并且是从利用经校准的（参考）传感器和所述单独的传感器的测量中根据在标准物上的比较测量来导出。针对该传感器类型的未经校正的传输函数（信号传输函数）和校准传输函数分别作为矩阵（LEDi x PDj）存在，所述矩阵通过逐元素的相乘到具有标准信号范围的经校准的传输函数（信号传输函数）上被变换。

校准函数的第二部分、即预测函数确定对目标物质的浓度的预测，并且在此消除干扰物质的影响或者曾在测量中存在的其它干扰影响。该第二部分包括对从传输函数（信号传输函数）中得到的值的预处理（log）以及所述值与来自回归分析（化学统计学）的系数的乘积，它们被求和并且与偏移量相加并且通过诸如求根、平方的数学运算来计算成物质浓度。

一般而言，传感器的测量位置在运行时是皮肤，其中没有毛发并且没有弯曲的区域是优选的。

Claims

1.空间分辨的光学传感器装置，其具有：

- 多个辐射源；和

- 多个辐射探测器，用于确定强烈地散射的测量对象中的目标物质的量；

- 辐射阻挡体，其被构造为吸收和/或反射至少一个波长范围的辐射，其中所述辐射源与所述辐射探测器以不同的预先确定的间距来布置，并且通过所述辐射阻挡体与所述辐射探测器分开地来布置，使得由所述辐射源产生的辐射在所述辐射降落到辐射探测器上之前首先穿过测量对象一个路径长度；和

- 放大器单元，其被构造为放大以所述不同的预先确定的间距的辐射探测器的信号，使得针对所有探测器产生类似的信号幅度，或者使得所述辐射探测器的面积或数目针对预先确定的间距分别被选择为使得所述信号幅度针对所有预先确定的间距都是类似的。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述辐射阻挡体包括支承组件的衬底和/或包围辐射源的外壳，并且借此阻断衬底中的辐射传导和/或穿过外壳的辐射传导。

3.根据权利要求1或2述的传感器装置，其中至少一个辐射源被构造和/或被布置为使得所述辐射源的辐射穿过测量对象直到预先确定的深度。

4.根据权利要求1至3至少之一所述的传感器装置，其中所述辐射探测器中的至少两个辐射探测器到所述辐射源的间距被选择为使得辐射在目标体积中的路径长度对于要检测的至少一个目标物质被最大化并且针对不同的辐射探测器的测量体积至少部分地重叠。

5.根据权利要求1至4至少之一所述的传感器装置，其中所述辐射源和辐射探测器被布置为使得深度加权通过不同的间距被选择为使得进行干扰的近表面的体积的影响或者比目标体积更深的体积的影响通过对在不同的间距的情况下的信号的计算被减小。

6.根据权利要求1至5至少之一所述的传感器装置，其中所述辐射源中的至少一个被构造为使得针对每个干扰参量都能够入射至少一个波长或者波长范围，并且通过在传感器装置中使用多于一个波长或者波长范围来提高针对所述物质的灵敏度和/或分辨目标物质的子类别。

7.根据权利要求1至6至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置具有温度调整单元，所述温度调整单元被构造为加热和/或冷却所述辐射源，使得所述辐射源的温度能够被调整到预先确定的温度值上。

8.根据权利要求1至7至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为在测量对象上或者在关于目标物质以及干扰参量具有相对于测量对象类似的特性的混合物上执行测量系列，其中目标物质的浓度作为参考值能够有针对性地被改变，或者通过另一方法在不同测量对象的情况下是预先已知的并且能够在干扰的情况下被改变，而且校准规则能够被确定，所述校准规则使得能够预测目标物质的浓度并且借此使所述传感器装置能作为具有参考校准的参考传感器装置提供用于随后的校准传输。

9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述传感器装置具有校准传输装置和/或能够与校准传输装置连接，所述校准传输装置被构造为将参考校准传输到其它的构造类似的传感器装置上，其方式是，利用所述参考传感器装置和所述构造类似的传感器装置进行比较测量并且能够在过大偏差的情况下适配所述构造类似的传感器装置的信号传输函数。

10.根据权利要求1至9至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置在运行时被构造为测量在用户的皮肤中的目标物质；而且其中所述要在皮肤中测量的目标物质是要在表皮和真皮中测量的抗氧化剂、即类黄酮或类胡萝卜素，尤其是贝塔胡萝卜素、番茄素、叶黄素、玉米黄质或辣椒红色素，或者所述要测量的目标物质是在动物组织或肉类产品中的脂肪、水和蛋白质，所述动物组织或肉类产品或者如生长的那样存在或者在加工过程之后存在，或者所述要测量的目标物质是要在皮肤中在表皮中测量的黑色素，或者所述要测量的目标物质是要在皮肤中在真皮中测量的胆红素，或者所述要在皮肤中测量的目标物质是水，所述水要在以不同的浓度的皮肤中在表皮、真皮和皮下组织中被测量并且要依赖于时间地作为液体储备在心力衰竭的情况下为了评价足够的液体输送或者为了评价肾功能而被评价。

11.根据权利要求1至9至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置在运行时被构造为在血液的透析或者析离期间的体外血液循环中或者在其中血液的一部分处在作为测量位置的软管系统或玻璃器皿中的另一情况下测量目标物质血红蛋白和氧化血红蛋白和/或确定血液中的红细胞压积。

12.根据权利要求10或11所述的传感器装置，其中所述辐射源和辐射探测器朝着测量对象分别通过窗来封闭，而且辐射阻挡体处在所述辐射源与所述辐射探测器之间，所述辐射阻挡体利用所述窗朝着测量对象平齐地封闭或者也能够从其中突起。

13.根据权利要求10至12至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为针对不同的子类别分开地分析目标物质，其方式是，分别针对每个子类别选择一个辐射源，使得所述辐射源的平均波长对应于所述目标位置的子类别的吸收最大值的波长。

14.根据权利要求10至13至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为从对目标物质的测量确定所述目标物质的预测值，而且其中所述传感器装置具有通信接口，所述通信接口与输出设备连接或者是能连接的，并且所述通信接口被构造为将所述目标物质的预测值传输给所述输出设备。

15.根据权利要求10至14至少之一所述的传感器装置，其中所述传感器装置被构造为依据侵入深度的与波长有关的区别分开地针对真皮和皮下组织分析水含量，其方式是，针对皮下组织设置具有小的水吸收和借此高的侵入深度的辐射源，并且针对真皮设置具有较高的水吸收和借此较小的侵入深度的辐射源。