CN108778098A - 皮肤类型和条件的光学评估 - Google Patents

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Abstract

实施例的各方面涉及紧凑和非接触系统、方法和装置，用于在样本上/内对样本进行光学检测。至少两种不同波长或不同波长带的光与目标化学品相互作用，并且至少一些与目标化学品相互作用的光入射在至少两个光电探测器上。每个光电探测器被配置为检测与目标化学品相互作用的不同波长或不同波长带的光。处理逻辑被配置为计算指示由一个光电探测器检测到的光强度的参数与指示由另一个光电探测器检测到的光强度的参数之间的比率，并基于计算比率确定目标化学品的存在和/或量。

Description

皮肤类型和条件的光学评估
相关申请的引用
本申请是2016年3月14日提交的美国临时专利申请No.62/308,005和2016年8月17日提交的美国临时专利申请No.62/375,935的、以及1978年3月13日提交的美国非临时专利申请序列号15/457,258的非临时申请，它们都通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及光学测量领域，尤其涉及用于基于光吸收评估皮肤类型和/或状况的系统和方法。
背景技术
在各种应用中评估生物皮肤的类型和状况是重要的。此外，一些应用需要确定被检查的特定对象是否是皮肤。皮肤是一个复杂的器官，由许多不同的组织类型和有色颜料组成，当用不同颜色的光照射时，它们显示出特征性的反应。可以利用各种组织类型和颜色颜料对不同颜色的照射的这些特征响应来评估皮肤的性质和状况。
例如，黑素体吸收可以形成用于进行皮肤类型和状况的光学评估的基础，其中光谱测量可以用于确定黑素体浓度。皮肤合成黑素体。黑素体是细胞内的特殊亚单位，存在于动物细胞中，为黑色素的合成，储存和运输提供了位置，黑色素是动物界中最常见的光吸收色素。黑素体在电磁波谱的某些部分具有强吸收峰。因此，测量例如，吸收光谱，即吸收对波长的变化，可用于确定样品上或样品中的黑素体的量，提供皮肤类型和状况的指示。
在传统的光谱测量中，使用化学计量学模型将样品的黑素体含量与测量的光谱相关联，所述化学计量学模型涉及使用主成分分析，第一或第二衍生光谱等。这些测量中使用的光谱仪设备被证明并且工作良好。但是，这种设备体积大且价格昂贵。
血液提供了另一个皮肤重要组成部分的例子，它赋予皮肤颜色。基于血红蛋白的氧合状态，血液吸收光谱的变化是脉搏血氧测定的基础。用于脉搏血氧仪的光谱设备也可以改进。
如前所述，期望改善皮肤类型和/或状况的光学测量。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：
图1说明了指示黑素体吸收的光谱；
图2A示出了根据本公开的一些实施方案的指示黑素体吸收的光谱和三种实施例性的理想化光学尼特。
图2B示出了根据本公开的其他实施例的指示黑素体吸收的光谱和三个实施例性理想化光学滤波器。
图3示出了根据本公开的一些实施例的用于光学检测目标化学品的存在和/或量的装置；
图4A示出了根据本公开的一些实施例的样本的相对位置和在用于反射测量的样本中/上的用于光学检测目标化学品的存在和/或量的装置的部分。
图4B示出了根据本公开的一些实施例的样本的相对位置和在用于传输测量的样本中/上的用于光学检测目标化学品的存在和/或量的装置的部分。
图5示出了根据本公开的一些实施例的从包含不同量的水的样本反射的光的光谱的实施例；
图6A示出了不同LED的实施例性LED光谱的变化；
图6B示出了当使用不同LED时含有不同量水的样品的测量比率；
图6C示出了根据本公开的一些实施例的类似于图6B中所示的比率但使用归一化强度计算的比率。
图7示出了根据本公开的一些实施例的为图5的实施例提供的带通滤波器的频谱的实施例；
图8A-8C示出了根据本公开的一些实施例的如何使用权重参数使测量更加稳健以使背景中的平滑变化更加稳健；
图9示出了根据本公开的一些实施例的光学检测方法的流程图；
图10示出了在反射测量期间由光源入射到光电探测器上产生的光的镜面反射。
图11示出了根据本公开的一些实施例的样本的相对位置和在用于反射测量的样本中/上的用于光学检测目标化学品的存在和/或量的装置的部分，该反射测量被配置为减少或防止由光源入射在光电探测器上产生的光的镜面反射。
图12示出了根据本公开的实施例的用于光学检测目标化学品的非接触式装置的实施例实施例。
具体实施方式
与可用于实现可比较结果的复杂光谱仪设备相比，本公开的实施例提供了紧凑、基本上不太复杂且相对便宜的光学测量组件。本文所述的光学测量组件可用于需要确定样品中存在和可能的黑素体量的任何系统中。本文描述的组件对于化妆品和医学应用可能是特别有吸引力的，但不限于此。
在一些方面，公开了用于光学检测样品中黑素体的存在和/或量的技术。样品可以是皮肤样品或皮肤区域。可以从单个光源发射至少两个不同波长或两个不同波长带的光，该光源足够宽以覆盖两个波长。光可以被引导并且与怀疑含有黑素体的样品区域相互作用(术语相互作用可以包括例如从可能包含黑素体的样品反射、通过样本传播、被样品部分吸收等)。与怀疑含有黑素体的样品区域相互作用的至少一些光入射在至少两个光电探测器上(即，在每个光电探测器的一个或多个光敏元件上)。每个光电探测器被配置成检测与怀疑含有黑素体的样本区域相互作用的不同波长或不同波长带的光。处理逻辑被配置为计算指示由一个光电探测器检测到的光强度的参数与指示由另一个光电探测器检测到的光强度的参数之间的比率。处理逻辑可以基于计算的比率确定黑素体的存在和/或量。以这种方式，可以提供一种简单、紧凑和非接触的光学测量组件，用于使用差分光谱测量来评估皮肤类型和状况。
本文描述的技术参考黑素体进行描述，黑素体是感兴趣的实施例性目标化学品，其是皮肤类型和状况的特征。然而，本文描述的技术决不限于检测黑素体的存在和/或量，并且可以扩展到可能是皮肤类型和状况特征的其他目标化学品的测量，例如，脂肪、蛋白质等。
此外，本文中参考测量黑素体内容物描述了技术，例如，黑素体浓度，其中测量含量可以仅包括检测黑素体的存在或不存在，或者可以包括评估/评估存在的黑素体的量。
更进一步地，存在于样品中或样品上的黑素体的描述应理解为本文所述的技术可适用于仅测量皮肤样本表面(即“在样本上”)或在皮肤样本的最外层的黑素体含量以及测量皮肤样品中(即“在样本中”)黑素体的含量。本领域普通技术人员将立即认识到可能需要对本文所述技术进行的适用和修改的考虑因素取决于是否在皮肤样品或皮肤样品中测量黑素体含量，因此所有这些考虑和修改都在本公开的范围内。
如本领域技术人员将理解的，本公开的各方面可以以各种方式实现-例如，作为方法、系统、计算机程序产品或计算机可读存储介质。因此，本公开的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者组合软件和硬件方面(这些方面在本文中通常可以被称为“电路”、“模块”或“系统”)的实施例的形式。本公开中描述的功能可以实现为由一个或多个处理单元执行的算法，例如，一个或多个计算机的一个或多个微处理器。在各种实施例中，本文描述的每个实施例的步骤的不同步骤和部分可以由不同的处理单元执行。此外，本公开的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质(具有在其上体现(例如，存储)的计算机可读程序代码)中的计算机程序产品的形式，优选地是非暂时的。在各种实施例中，这样的计算机程序可以例如下载(更新)到现有设备和系统(例如，现有光学测量模块和/或它们的控制器)，或者在制造这些设备和系统时存储。
根据以下描述和所选实施例，本公开的其他特征和优点是显而易见的。光学光谱仪的基础知识
光谱仪是分析作为波长、频率、能量、动量或质量的函数的接收信号的强度和其他特性以便表征物质的装置(在下文中称为“目标化学品”)。光谱仪是光谱仪，其分析在其光学输入处接收的电磁辐射的光谱，即频率或波长的分布。光谱仪通常用于检测和量化辐射在光谱仪检测之前通过的某个区域、物质或材料中各种原子和分子的存在。为此，光谱仪测量接收辐射的强度或/和偏振状态，作为波长或指示波长的任何其他变量的函数，例如，接收光子的频率或能量。测量可以以相对或绝对单位进行。
目前用于表征目标化学品的光谱仪设备体积大、复杂且昂贵。因此，需要对其进行改进，特别是对于用于测量特定化学品的低功率、紧凑部署。黑素体吸收
如前所述，黑素体在电磁波谱的某些部分具有特征性的强吸收峰。这可以在图1中看到，其示出了针对不同黑素体浓度的皮肤反射率测量的光谱。从图1中可以看出，曲线在约540nm的波长处具有相对强的吸收(低反射率)，以及在约980nm的波长处具有相对强的吸收。
建议用于目标化学品含量的光学测量装配
找到商业光源变得相对容易，例如，发光二极管(LED)，具有各种发射光谱。因此，可以发现具有与黑素体的吸收峰重叠的发射光谱的商业光源。
图1说明了人体皮肤的典型特征，并且以已知的方式变化。例如，在540-600nm之间的波长区域中，反射率的强烈变化，其反射率的变化取决于皮肤类型。本公开的实施例基于确定不同波长或不同波长带的光的测量光强度的比率，其可以指示皮肤的一个或多个区域处的黑素体的存在和/或量，反过来，它可用于评估皮肤类型和皮肤状况。例如，通过测量皮肤的局部“颜色比”，可以确定不同层中的皮肤状态，因为吸收和散射都是波长的函数并且取决于皮肤层的结构。
两个或更多个光电探测器可以测量不同波长或不同波长带的这种光，例如，通过提供合适的滤光器，其仅将特定波长的光透射到光电探测器的光敏元件，特别是围绕反射率的急剧变化提供不同的光学滤波器。图2A示出了根据本公开的一些实施例的三个实施例性理想滤波器的透射波长带，示出为滤波器1、滤波器2和滤波器3。图2B示出了根据本公开的其他实施例的三个其他实施例性理想滤波器滤波器1、滤波器2和滤波器3的传输波段。可以使用两个或更多个这样的滤波器来配置相应的光电探测器以检测那些频带中的光强度。然后可以基于至少两个不同光电探测器的输出来计算如本文所述的比率。在一些实施例中，可另外使用第三和另外的光电探测器来使测量更准确。这也可以与其他技术结合使用，以确定反射物体是人体皮肤。
可以使用典型的白光LED，产生包含图2A中所示的滤光器1、2和3的所有波长的光。本文讨论的使用标准化强度计算比率的技术将允许直接确定皮肤类型。
在图2B中所示的滤波器组中，使用了不同位置的三个频带。在这种情况下，光源可以是宽带光源，例如白炽灯泡。在这种情况下，滤波器3提供与皮肤类型无关的相同反射率，并且可以形成Int3与Int2和Int1的独特比率，以便识别皮肤类型或潜在的皮肤状况。大多数皮肤状况会改变皮肤的颜色或色调，但目前很难在不使用昂贵且体积庞大的光谱仪的情况下确定这一点。例如，可以测量皮肤因紫外线损伤而快速变红。
图3示出了根据本公开的一些实施方案的用于光学检测黑素体的存在和/或量的实施例性装置300。装置300可以包括两个或更多个光电探测器302，在图3中示为光电探测器(PD)1 302-1，以及PD N 302-N，其中N可以是大于1的任何整数。光电探测器302被配置为检测不同波长带的光，其中，在本公开的上下文中，“不同带”意味着一个带的至少一些波长不被包括作为另一带的波长。因此，如果例如两个频带被认为是不同的即，如果它们是部分重叠的，或者如果一个频带包括在另一个频带内(即一个频带的波长是另一个频带的波长子集)。
光电探测器302可以包括任何合适的光敏元件，其被配置为响应于光照射到光电探测器的光敏元件的光活性材料上而产生电信号，通常是电流信号或电阻的变化。与任何探测器一样，所使用的一种光电探测器的选择首先取决于每个光电探测器应该能够测量的辐射波长。例如，在0.2-1.1μm的光谱范围内(即波长在0.2和1.1μm之间的辐射范围)，可以使用硅(Si)光电探测器。然而，由于硅的能带结构，Si光电探测器不适用于检测波长超过1.1微米的辐射，并且此时水具有可以被利用的强烈的吸收峰值。相反，锗(Ge)光电探测器可用于检测波长超过1.1微米且直至约1.7微米的辐射。事实上，由于锗的能带结构，Ge光电探测器可用于检测0.7-1.7微米的辐射。为了检测波长大于1.7微米的光谱区域中的辐射，可以使用其他类型的检测器，例如，InGaAs、InAs、PbS、InSb、HgCdTe、PbSe、GeAu、热敏电阻、辐射热测量计、热电偶或热电探测器。
不同的光电探测器302可以被配置为通过提供到达光电探测器的光敏元件的滤波器光的适当光学滤波器来检测不同频带的光。例如，对于图2所示的例子，光电探测器的光电探测器PD 1和PD 2中的每一个都可以(例如硅光电探测器)提供相应的带通光学滤波器，使得PD1然后检测显示为例如滤波器1的频带中的波长，而PD2检测显示为滤波器2等的波段中的波长。光学滤波器可以以在光电探测器的光敏区域上提供的合适材料的涂层的形式提供，如本领域中已知的那样。
光电探测器302中的每一个被配置成检测已经与样本相互作用的光，如果样本是皮肤样本，那么例如通过样品反射、透射或部分吸收与皮肤样本的黑素体一起。可选地，如图3所示，装置300还可以包括一个或多个光源310，用于产生与样品相互作用的光，然后由光电探测器302检测。或者，一个或多个光源310可以在外部提供给装置310。
在各种实施例中，光源310可包括用于发光的发光二极管(LED)、白炽灯泡或任何合适的组件。由光源310发射的光可以是任何波长(或波长范围)，取决于应用，只要它包括光电探测器302要检测的波长或波长范围，并且基于该波长或波长范围计算本文所述的比率。
为了计算比率，装置300还可以包括处理逻辑304。光电探测器302通信地连接到处理逻辑304，因为光电探测器302的测量结果可以被提供给处理逻辑304。处理逻辑被配置为计算第一参数和第二参数之间的比率(R)，其中第一参数指示至少由例如第一光电探测器PD1(Intl)检测到的光的强度(可能表示由第一和第二光电探测器中的每一个检测到的光强度的组合)，第二参数指示至少由第二光电探测器PD2(Int2)检测到的光强度，并基于计算的比率确定黑素体的存在和/或量。为此，在一些实施例中，处理逻辑304可以包括至少处理器306和存储器308，如图3所示，被配置为实现和/或控制用于测量黑素体内容的各种技术，如本文所述。
虽然图3示出了要包括在装置300内的处理逻辑304，但是在其他实施例中，处理逻辑304可以在装置300外部实现，在这种情况下，处理逻辑304可以被配置为与装置300交换数据，特别是与光电探测器302交换数据，例如通过任何适当的通信信道远程控制光源310。换句话说，不是如图3所示在装置300内实现，处理逻辑304可以在装置300的外部并且可通信地耦合到装置300。
在图4A和4B中示出了两个实施例性测量系统，例如装置300。图4A和4B示出了系统400A和400B，其中光电探测器302被配置成测量分别从包括黑素体422的样本420反射和透射的光。图4A-4B中用图3中的标号表示的元件旨在表示与参考图3所示和所述的元件类似的元件，因此这里不再重复描述。
图4A和4B的实施例示出了完整的测量组件，其包括光源310、光电探测器302和基本处理逻辑304，在这些实施例中示出为专用集成电路(ASIC)。在图4A和4B所示的实施例中，光电探测器302被示出安装在处理逻辑304的顶部。在处理逻辑的顶部安装检测器对于这里公开的原理不是必需的，但是这里示出是为了说明一个紧凑的系统。在其他实施例中，光电探测器302可以相对于处理逻辑304提供在任何其他位置。
在一些实施例中，有助于提供紧凑系统并且可以可选地实现的另一个特征是将光电探测器302置于彼此相对紧密的空间接近，例如相距小于或大致等于5毫米。不仅可以实现紧凑的配置，而且还有助于确保采样的反射或透射光基本相同(即，光电探测器302的视场重叠，至少部分地)，这将是有利的，因为它可以减少或消除从不规则样品中空间不均匀散射光的采样问题。
在一些实施例中，将是紧凑的并且使光电探测器302能够对基本相同的光进行采样的另一种配置将是交错不同光电探测器的光敏区域。交错可以确保不同光电探测器的测量在空间上是均匀的。
在一些实施例中，光电探测器302可以设置在同一晶片上，甚至可以设置在晶片的同一管芯上。后者将是特别有利的，随着半导体集成电路(IC)制造技术的发展，在芯片上集成各种功能的器件的驱动力不断增加。通常，术语“芯片”指的是其上制造特定功能电路的半导体材料小块。IC芯片，也简称为芯片或微芯片，有时指的是在其上制造数千或数百万个这样的器件或管芯的半导体晶片。其他时候，IC芯片指的是包含一个或多个管芯的半导体晶片的一部分(例如在晶片被切割之后)。通常，如果系统在IC芯片的一个或多个管芯上制造，则该系统被称为“集成”。系统300或其至少一些部分可以作为集成系统提供。
如图4A和4B所示，可以在反射或透射中进行测量。图4A示出了由光源310产生的光被反射离开样品420，从而与可能存在于样品中的黑素体422(在样品对象420中显示为点的黑素体)相互作用，并且反射光入射在光电探测器302上。图4B示出了由光源310产生的光被透射通过样品420，从而与可能存在于样品中的黑素体422相互作用，并且透射光入射在光电探测器302上。
在各种实施例中，可以以不同的方式定义指示由不同光电探测器302测量的强度的参数之间的比率。选择合适的比率定义的一些考虑因素包括例如：系统的一种特殊配置，主要取决于应用于光电探测器的光学滤波器或光电探测器配置测量的波长带，一种特定的感兴趣的目标化学品(例如黑素体)，以及在提供的感兴趣的目标化学品内/上的样品材料。通过直接比较不同光学检测器的输出相对于彼此并形成计算的输出，在指示光电探测器的输出处的强度的参数之间的特定比率是最简单的可能性之一，可以使计算的输出与光源强度、变化背景材料、系统增益以及光源中引入的变化以及由于例如温度引起的接收器电子器件无关。通过基于光谱的二阶导数创建模型，使用复杂且庞大的全光谱系统实现类似的性能。
现在描述一些实施例性比率。基于这些实施例，本领域普通技术人员将能够设想使用其他比率和其他光学滤波器来实现光电探测器302以测量黑素体和其他目标化学品的含量，所有其他实施方式都在本公开的范围内。
在一个实施例中，通过将适当的光学效应器应用于光电探测器的PD1和PD2，可以将由光源310产生并从包括目标化学品的物体反射的光谱分成两部分。例如，光学滤波器可以使得PD1测量图2中示为滤波器1的频谱的一部分，并且PD2测量图2中示为滤波器2的频谱的一部分(即，带通滤波器适用)。在其他实施例中，光学滤波器可以彼此互补，因为一个光电探测器测量它可以在特定波长以下测量的所有光，而另一个光电探测器测量它可以在特定波长以上测量的所有光。在这样的例子中，通过选择适当的滤波器特性将光源光谱分成两部分，可以通过测量测量的光强度的比率直接测量黑素体的吸收。在各种实施例中，比率可以被计算为例如：或其中Int1是表示由第一光电探测器PD1302-1测量的强度的变量，并且Int2是表示由第二光电探测器PD2302-2测量的强度的变量。
这样的比率有利地与光电探测器检测到的绝对光强度无关，因此与系统的增益或效率无关，包括电子增益、到样品的距离、样品取向等，其将允许更准确的测量然后可以基于计算的比率确定黑素体的存在和量。
使用如本文所述比例的类似方法可用于确定皮肤水合作用，即皮肤中存在的水量。与黑素体类似，水在电磁波谱的许多部分具有强吸收峰，其中一些最强的是在光谱的红外部分(例如，具有聚焦在1450和1930nm波长附近的强吸收带)。因此，吸收光谱的测量(即吸收与波长的变化)可用于确定样品(例如皮肤)上或样品(例如皮肤)中的水量。
此外，使用如本文所述的比率的方法可以进一步扩展到除了与皮肤类型和状况有关的应用之外的应用中的水含量的评估，因为水含量的评估在多种领域的应用中是重要的。例如，水的存在通常对各种装置的功能性和/或效率有害，例如燃料电池、光伏装置、集成电路(IC)芯片等。在另一个实施例中，皮肤上的水分含量可能表示皮肤状况，例如皮肤干燥，因此，用于化妆品和/或医学评估。在又一个例子中，制药工业也经常需要确定水含量，例如在各种化学成分中或上面的水含量。在又一个例子中，土壤水分通常也很重要，需要进行评估。
通常，使用如本文所述的比率的方法可以扩展到基于化学物质与不同波长的光的特征相互作用来评估许多不同目标化学品的含量。
现在将描述使用水作为待检测的目标化学品并使用全光谱仪的实施例性概念验证程序，说明可以使用比率确定存在的水量的程序如上所述。此后描述关于如何使用这里描述的比率来测量内容的理论和实践框架。这些描述适用于黑素体评估、脉搏血氧测定和任何具有特征吸收带的目标化学品的评估。
图5示出了用海绵反射的光的干和湿光谱，用光谱仪和以1450nm为中心的LED测量。在图5中，线502示出了从干海绵反射的光的光谱，线504示出了从湿海绵反射的光的光谱。在这种情况下，使用全光谱仪来说明由水的存在引起的光谱变化。
图5中的线506表示，如果光谱是由两个光电探测器测量的，其中一个光电探测器(例如PD1)测量所有波长小于1405nm(Int1)的总光线，另一个光电探测器(例如PD2)测量所有波长大于1405nm(Int2)的总光线，然后这两个探测器的输出比率可直接与海绵的含水量相关。例如，对于图5所示的情况，如前所述，简单比率在干海绵的情况下为3.56，在具有一定量水的湿海绵的情况下为2.56，说明该比例直接提供了区分湿海绵和干海绵的能力。对于含有不同量水的海绵，该比例将平稳变化，因此可用于至少近似地确定存在的水量。
在上述实施例中，比率从3.56变化到2.56可以解释如下。在所使用的两个光电探测器中，光电探测器PD2在水具有强吸收峰的波长处测量光(即吸收峰在1450nm附近)。考虑到，对于干海绵(即，不存在或存在非常有限的水量)比率具有一定值。当海绵湿润时(即，与干海绵相比，存在更多的水)，PD1和PD2测量的强度将小于当海绵干燥时由这些光电探测器测量的强度。此外，因为在PD2范围内吸收较强，由于PD2范围内水的强吸收峰，PD2测量的强度将减小的因子大于PD1测量的强度。换句话说，与干海绵相比，Int2将比Int1减少更多。因此，湿海绵的比例小于干海绵的比例，并且表示海绵中存在的水的量和存在量。类似的推理适用于其他目标化学品(例如黑素体)以及当使用至少两个测量不同波长带的光电探测器时可以计算的其他比率，因为不同的波段导致吸收对光电探测器测量的强度的不同影响，这种差异然后可以用来评估目标化学品的存在。
请注意，在上述情况下，“干”海绵主要反映了LED本身的光谱，因此该比率实际上是两个探测器所见的LED光谱的比率。湿海绵简单地改变了这个比例，因为水的存在极大地改变了LED光谱内不同波长的反射率。
将计算的比率与不同目标化学品的存在和/或数量相关联的一种方法是使用理论模型来预测特定设置应该具有什么特定比率(即，给定某个光源光谱、某些在两个或多个光电探测器上的光学滤波器、某个目标化学品、以及提供目标化学品的某个样品/物体)。光传播和辐射传递理论的基本物理描述支持这样的事实，即样品的吸光度与目标化学品的量成正比，并且样品的漫反射率与吸光度有关。反射和透射的辐射传递模型在文献中是众所周知的。例如，在传输中，Beer-Lambert定律适用，其中T＝Exp(-A(λ))，其中T是透射率，A是特定波长下的总有效吸光度(包括散射效应)。在反思中，更复杂的关系是适用的，例如Kubelka和Monk的理论，其中吸收系数与测量的反射率成比例。这说明测量的透射光或反射光与吸光度之间存在关系，因此，测量的透射光或反射光与特定样品中/上的目标化学品的量之间存在关系。
理论模型还可以考虑影响所测量的透射或反射光(例如散射)的强度的其他变量。散射系数通常对于感兴趣的材料是已知的(不仅是目标化学品本身，而且还有提供它们的样品/对象)。散射取决于波长，因为不同的波长具有不同的散射系数。对于大多数材料，散射系数在来自诸如LED的光源的相对窄的波长带上相当缓慢地改变。例如，对于人体皮肤，已经测量了散射系数并且变化为λ-0.22，其中λ是被散射的辐射波长。因此，在样品材料的散射和样品中包含的目标化学品(例如水分子或黑素体)的吸收之间会有相互作用。包括光散射和吸收的辐射传递方程可以将观察到的反射率或透射率与样品中材料的吸光度和散射系数相关联。在一些实施方案中，可以使用将观察到的反射率或透射率与样品吸光度相关联的简化模型，例如，基于改进的Beer-Lambert定律或Kubelka-Munk方程或许多类似描述的模型。以这种方式，观察到的反射率或透射率可以映射到吸光度和其他参数，例如，具有特定目标化学品的特定样品的散射。
在实践中，反射光或透射光的实际光谱将相当复杂，因为它们不仅取决于目标化学品的吸收，而且还取决于其他变量，例如，在材料试验中散射颗粒尺寸以及是否有任何直射光(例如镜面反射或直接透射)到达光电极。在某些情况下，仅使用计算出的比率与目标化学品之间的理论推导关系可能是不可能或至少是不切实际的。因此，本公开的一些实施例包括执行测量系统300的校准，以便将计算的比率与不同目标化学品(例如水或黑素体)的存在和/或量相关联。如本文所用，校准是指在受控的已知环境中凭经验确定在特定样品/物体中/在特定样品/物体上以不同已知量提供的一种或多种目标化学品的一种或多种比率，以便这些经验测量以后可用于测量目标化学品的未知内容。
在一些实施方案中，可以测量如本文所述的一种或多种比例，例如，在制造本文所述装置的过程中，对于某些已知标准，例如，具有某些目标化学品的已知含量的某些样品/物体。校准结果将以任何其他方式存储在测量系统300中，或者可以以任何其他方式使测量系统300可访问，提供目标化学品、比例、存在的目标化学品的数量等之间的关系。随后，在操作中(即在实际场中测量)，将基于由两个或更多个光电探测器302检测到的测量强度计算的比率与校准结果进行比较(例如通过处理逻辑304)，以评估存在的某个目标化学品的存在和/或量。例如，存在的目标化学品的数量可以通过绘制在受控环境(例如在校准期间获得)中针对不同量的目标化学品测量的比率，从计算的比率确定，然后使用由此发展起来的关系，处理逻辑304可以基于图中的比值确定目标化学品的存在和/或数量。当然，在其他实施例中，除了绘图之外的方法可以用于将比率值与目标化学品的数量相关联，所有这些方法都在本公开的范围内。
应该注意的是，通常，给定光源310(例如LED)的光谱形状将影响特定光电探测器302的测量比率。例如，继续参考图5描述的测量水含量的实施例，图6A示出了从生产线中随机选择的市售1450nmLED的样品光谱。从图6A中可以看出，不同LED之间存在显着差异。一种基本的辐射传递理论，例如，前面描述的Kubelka-Munk关系，可用于估计LED光谱变化对特定样品计算的比率的影响。这在图6B中示出，图中示出了对于不同量的水，采用如上所述的两个检测器PD1和PD2的系统的测量比率(不同的线表示对图6A中所示的那些LED的不同LED的测量)。图6B示出了测量比率的实质变化，这取决于使用哪个特定的1450nmLED。这意味着，当使用这样的光源时，虽然每个特定的测量系统可以显示出良好的关系，但是使用具有不同发射光谱的LED在不同系统中可能损害该关系的含义。
通过在场测量期间将由不同光电探测器302测量的强度归一化到由该光电探测器在该特定系统300的校准期间测量的强度，可以减轻上述对测量的影响。因此，不是使用Int1来计算比率，而是使用Int1/Int1cal，不是使用Int2，而是使用Int2/Int2cal。在计算比率时使用这种归一化强度使得计算的比率与目标化学品的量的关系对LED光谱的变化具有鲁棒性。这在图6C中示出，示出了对于不同量的水，对于采用如上所述的两个检测器PD1和PD2的系统，使用归一化强度计算的比率。类似于图6B，图6C中的不同线表示对图6A中所示的那些LED的不同LED的测量。与图6B相比，图6C示出了当归一化强度用于计算时，不同LED的计算比率的变化显着减小。
图6C示出了计算的比率
在其他实施例中，可以使用如上所述的标准化强度来重写本文描述的其他比率。相反，本文提供的关于强度Int1、Int2等的所有描述，表示为由不同光电探测器测量的绝对强度，适用于归一化强度Int1/Int1cal、Int2/Int2cal等。
校准对于在计算比率时使用归一化强度的实施例是特别有利的，因为强度基于受控环境中的校准测量来归一化。即使当光源的光谱可以从一个测量系统到另一个测量系统显着变化时，这种方法也允许获得目标化学品的内容与测量之间的高质量关系。
使用归一化强度使得测量对光谱形状变化稳健。在一些实施例中，可以计算更高级的比率或/和可以在不同的光电探测器上提供光学滤波器，使得样品反射率与波长的平滑变化(例如散射引起的反射率变化)也在测量中受到抑制，使得测量更加稳健。在本公开的各种实施例中，光电探测器302上的光学滤波器可以包括带通或带阻滤波器，或/和可以在没有任何附加滤波器的情况下提供至少一个光电探测器302。例如，第一光电探测器PD1可以设置有带通滤波器，并且因此被配置为检测特定频带(表示为图7中的阴影区域的带706)中的光，而第二光电探测器PD2可以没有滤波器，并且因此被配置为检测由光电探测器的光敏材料的带隙结构限定的带中的光。这可以通过例如用滤波器涂覆PD1来实现，以简单地使特定波长的光通过，如范围706所示，而PD2未涂覆，因此收集其可检测的所有波长的光。在这样的实施例中，比率可以被计算为其中α和β是预定义的权重参数，其可以例如根据经验确定或基于一个或多个理论模型计算。类似于图5和6A-6C，示出了图7中所示的实施例用于测量水含量的实施例，但类似的原理适用于确定例如黑素体含量，带706的范围为例如640-890nm或者在1000-1120nm的范围内。
图8A-8C示出了如何使用如上所述的重量参数α和β来使测量对于背景中的平滑变化更加稳健，再次提供水的实施例。对于图8A-8C中的每一个，使用归一化强度(如y轴所示)计算比率，但是在其他实施例中，可以在不使用归一化强度的情况下实现权重参数(即，使用强度的绝对值)。图8A中所示的两条曲线说明，对于相同量的目标化学品(水，在所示的实例中)，背景散射可能有轻微变化。图8B示出了对于图8A的稍微不同的背景散射特性，在不使用重量参数α和β的情况下计算的比率。特别地，图8B示出了一组比率812和一组比率814。对于采用如上所述的两个检测器PD1和PD2的系统，对于不同的水量，使用标准化强度计算两组比率，类似于图6C中所示的比率组。该组比率812对应于图8A中的曲线802所示的散射特性，而该组比率814对应于图8A中的曲线804所示的散射特性。图8C示出了比率组822和824，分别类似于图8B中所示的比率组812和824，除了使用适当的权重参数α和β计算图8C的图示中的比率之外(在所示的实施例中，权重参数分别等于1和1.4)。图8C示出了当使用重量参数时，不同背景散射参数的计算比率的变化显着减小。
如上所述的计算比率可以被视为光谱的粗略二阶导数。因此，光谱的二阶导数(相对于波长)与增益以及跨越波长的吸收或反射的任何平滑变化无关，增益是通过第一导数和第一实例中讨论的比率实现的。因此，该比例对目标化学品的吸收光谱变得更加敏感。
以上提供的描述可以概括为采用三个光电探测器来进行三次测量的实施例，该三个光电探测器被配置为检测不同频带中的光，例如在图中示出为滤波器1、滤波器2和滤波器3。例如，三个光电探测器302可用于相对地称为高、中和低波长区域的波长范围。因此，在本公开的各种实施例中，可以使用两个以上的光电探测器，并且可以使用指示由这些光电探测器测量的强度的参数之间的一个或多个比率。这样的比率可以包括与上述系数α和β类似的可以选择的系数，例如，根据经验确定或基于一个或多个理论模型计算，以提供对目标分析物的最佳灵敏度。
在一些实施例中，光源310可以被调制，并且光电探测器302可以被配置为锁定到调制上以减少或消除由光电探测器检测到的波长处的环境光的污染。本领域已知的任何调制都可用于此目的，例如，调幅调制、相位调制、偏振调制。另一个非常重要的优点是LED可以非常快速地切换并且检测到的信号“锁定”到I-ED切换以消除可能也落在检测器上的环境光的影响。
在一些实施例中，光电探测器302中的两个或更多个可以被配置为基本上同时地或至少在重叠时间期间执行它们的测量。这可以用于消除任何运动引起的伪像，例如，在评估生物的皮肤类型或状况时，评估的身体的一部分(例如手)是不稳定的。
本文提供的关于水和黑素体的描述可以容易地扩展到具有相对窄的吸收带的任何其他感兴趣的化学物质，因此可以使用本公开的技术来评估。例如，可以以这种方式测量脂肪或糖。在各种实施例中，不同光电探测器应被配置为测量的带的选择，以及用于照射目标材料的光源的选择将取决于预期的特定目标化学品和目标材料，例如使用这里描述的一些考虑因素。
例如，为了测量水含量，可以使用以约1460nm为中心的LED或/和以约1930nm为中心的LED作为光源310，同时用于测量红斑指数，表示在暴露于太阳之后皮肤变红的程度，可以使用绿色、红色和IR带中的三种或更多种颜色作为光源310。在另一个实施例中，为了测量脂肪含量，可以使用以约1200nm为中心的LED。在又一个实例中，为了测量蛋白质含量，可以使用以约1300nm为中心的LED。使用以约1726nm为中心的LED将允许例如测量皮脂，这可能与化妆品行业和皮肤健康应用有关。在其他实施例中，可以使用宽带光源，例如白色光源。在一些实施例中，具有在近红外区域发射的磷光体的扩展白光LED可以用作光源，例如以测量血液中的氧气水平，作为脉搏血氧饱和度的一部分。对于更复杂的皮肤病学评估，光源310可以跨越例如从蓝色到2500nm的多个波长。
在更进一步的实施例中，可以包括诸如系统300的多个系统，或者可以为系统300提供多组光电探测器，并且可能提供发射不同频带的光的多个光源，用于同时测量多个目标化学品的含量。例如，组合测量水和黑素体内容物的光源，这样的系统可以独立地独立地确定每个的内容。
图9示出了根据本公开的一些实施例的光学检测方法900的流程图。尽管参考图3中示出的系统进行了描述，但是被配置为以任何顺序执行方法900的步骤的任何系统都在本公开的范围内。
在该方法开始时，可以校准系统300(可选步骤902)。这可能发生一次，例如当系统300正在建造时或在系统300投入运行之前，或者可以多次进行。在校准期间，可以计算具有已知存在和/或已知量的一个或多个模拟目标化学品的预定目标化学品或人工光学滤波器的多个样品的多个比率，如上所述。每个比率可以是至少一个参数(至少表示由一个光电探测器测量的与预定目标化学品相互作用的光强度，例如归一化强度)和另一个参数(至少表示由另一光电探测器302测量的光强度，例如归一化强度)之间的比率。校准还可以包括将多个计算的比率与多个样本的标识相关联地存储(即，对于每个计算的比率，识别计算比率的特定预定义目标化学品，以及计算比率的样品中/上的已知存在和/或已知量的预定目标化学品)。
在操作中，将使用两个或更多个光电探测器302来检测与目标化学品相互作用的光(步骤904)。光电探测器测量的结果将提供给处理逻辑304，然后处理逻辑304将基于由不同光电探测器检测到的强度计算一个或多个比率(步骤906)。由于选择比率以代表目标化学品的存在和/或量，因此处理逻辑304可以基于计算的比率评估目标化学品的存在和/或量(步骤908)。
镜面反射
如前面的描述所示，基于本文所述的比率评估目标化学品的存在和/或量需要在多个波长下进行测量。无论是两种颜色还是更多颜色，光谱的测量都需要非常小心，特别是在涉及皮肤时。特别地，在上述反射测量实施例的一些部署中，由被评估的物体(例如，物体420)产生的光源(例如，LED 310)产生的光的镜面反射可能对获得关于物体中存在的目标化学品的准确评估提出挑战。这是因为，当光子照射在皮肤上时，一些光子在表面上反射，一些光子进入皮肤，在皮肤层内散射，少数将在距离入射位置一定距离处出现。这在图10中示出，表明当光线1002在皮肤1004的表面上是严格的时，一些被直接反射，导致镜面反射1006，而其他进入皮肤，在皮肤层内散射，如图10所示，用虚线1008表示，并且可以在距入射位置一定距离处作为光线1010出现。图10中所示的附图标记1012、1014和1016表示各种皮肤层。
因此，在反射测量期间入射在光电探测器上的光线如图4A所示，可以包括镜面反射光线和非镜面反射光线。实际上，特别是在光源和接收光电探测器彼此非常接近的紧凑几何形状中，如图4A所示，避免光电探测器处的镜面反射分量是非常具有挑战性的
镜面射线对皮肤的吸收和散射特性的信息相对较少。在大多数情况下，这些镜面反射的光子代表光源的特征而不是皮肤的特征。例如，血管位于皮肤的真皮层中，其通常在皮肤表面下方至少100微米处，并且黑素体位于表皮中并且在表面下方约40-200微米。因此，皮肤组织的不同组分处于不同的深度，并且通过穿过这些层的光子探测它们的特征吸收和散射特性。如上所述的Kubelka-Munk理论和许多其他用于临床和美容应用的皮肤模型的辐射传输模型都集中在反射的非镜面反射分量，因为它包含大部分相关信息。
图11示出了在反射测量期间光源310入射到光电探测器302上所产生的光的镜面反射。在图11中，由图3中所示的附图标记表示的元件旨在表示与参考图3所示和所述的元件类似的元件，因此这里不再重复描述。图11类似于图4A，其示出了由光源310产生的光被样品1120反射，从而与可能存在于样品中的黑素体、水或其他目标化学品1122相互作用(黑素体、水或任何其他感兴趣的目标化学品，在样品对象1120中显示为点)，并且反射光入射在光电探测器302上。
图11具体示出了在反射测量期间，由LED 310产生的两种类型的光可以入射在光电探测器302上。
一种类型-由LED 310产生并且直接从物体1120反射的光，在图11中示为光贡献1124。光贡献1124可主要归因于镜面反射，即由LED 310产生并以可预测的方式从对象1120反射的光根据射线光学反射定律，说明反射角等于入射角，在反射表面和这种表面的法线之间测量的角度。
另一种类型-由LED 310产生并由物体1120漫射/散射的光，在图11中示为光贡献1126。图11中所示的线1126仅示出两条线-一条线是实线而一条线是虚线，仅为了说明漫反射/散射光可以以不同的角度传播；实际上通常会有很多这样的线。此外，线1126的线圈仅旨在区分镜面反射的直线，例如线1124。
入射在光电探测器302上的镜面反射贡献1124可能是有问题的，因为光电探测器302不能将这些光子与漫射/散射光子区分开，但如上所述，镜面反射光子不提供样本物体中黑素体、水或其他目标化学品浓度的信息，但仅提供关于光源的信息，在该实施例中为LED 310。
由于盖玻璃经常插入皮肤和图4A或图11的测量装置之间以保护测量模块免受环境影响，因此皮肤的镜面反射问题进一步恶化。该盖玻璃的表面也可能有助于镜面反射，进一步使得解释光谱分量的任务非常困难和不可靠。
为了克服或至少最小化这些问题，在本公开的一些实施例中，采用反射测量，描述了一种结构，该结构将被配置为阻挡由LED 310产生的至少一些可能导致光电探测器302上的镜面反射的光。图12示出了这种结构作为结构1230的一个例子。图12提供了类似于图11所示的图示，因此，除非另有说明，否则具有与图11相同或相似的附图标记的元件的讨论适用于图12的相应元件，因此，为了简洁起见，这里不再重复。
图12中所示的结构1230包括T形结构，该T形结构包括在基本水平部分处的基本垂直部分，并且以这样的方式提供：LED 310产生并入射在可能会导致镜面反射被结构1230阻挡的物体1220上的至少一部分光，该部分在图12中示出为LED光贡献1234。
由LED 310产生的光的一部分可能导致可以确定来自入射在光电探测器302上的物体1220的镜面反射，使用反射定律，基于LED 310和光电探测器302的相对位置(在制造设备时已知)和对象1220的可能位置(可以针对典型的用例场景估计)。然后可以确定阻挡至少部分或全部直接反射光的结构的形状和位置。图12中所示的实施例示出，在一些实施例中，结构1230可以设置在LED 310和光电探测器302之间并且延伸延伸以阻挡在光电探测器302(例如LED光贡献1234)的方向上传播的LED光线。这是一个简单的说明，因为根据反射定律，镜面反射由LED 310产生的光线的光在远离光电探测器302的方向上传播(例如LED光贡献1236)将不会入射在光电探测器302上。LED光贡献1236仍然可以从物体1220镜面反射，但是因为这样的反射光不会入射到光电探测装置302上，或者至少存在这种入射在光电探测器302上的反射光会减少或最小化，它不会出现问题或至少减少系统进行测量的问题。换句话说，因为结构1230被配置为阻挡来自LED 310的那些被镜面反射朝向光电探测器392的光线，所以到达光电探测器302的光线在设计上是穿过皮肤内部并提供有关皮肤的有用信息(或者至少，结构1230与入射在光电探测器上的镜面反射光线相比增加了这种光线的数量)。
如图1230的结构1230所示的结构仅提供可能结构的一个实施例，该结构可被配置为防止、最小化或至少减少由LED 310产生的光入射在光电探测器302上的镜面反射。基于以上提供的描述，本领域普通技术人员可以设想多种这样的结构，所有这些结构都在本公开的范围内。
此外，被配置为防止、最小化或至少减少由入射在同一模块的光电探测器上的模块的光源产生的光的镜面反射的这种结构可应用于光源和光电探测器的任何组合。例如，对于水合作用，可以使用单个宽带LED和滤波器检测器来测量水含量，对于红斑或黑色素，可以使用白光I-ED和多个适当滤波的光电二极管来测量特定颜色的光。或者，可以使用多个彩色光源，例如，LED(红色、绿色、蓝色、IR等)，并通过快速连续闪烁LED来测量反射。更进一步地，如本文所述，被配置为防止、最小化或至少减少由入射在相同模块的光电探测器上的模块的光源产生的光的镜面反射的结构可以在执行光学测量的其他模块中使用，例如，在脉搏血氧仪中。
如本文所述的镜面反射阻挡结构还可以用于使用称为光电容积脉搏波描记术(PPG)的技术的光学测量的活动监视器和智能手表。这样的活动监视器和智能手表正变得广泛流行，并且用户期望从这些设备获得越来越准确的心率(HR)估计，而不是穿着不舒服但更准确的胸带。与上述评估皮肤类型和状况的测量模块类似，这些HR测量装置配备有光源例如LED，和光电探测器，其能够通过使用PPG技术的光学测量来估计HR。LED照亮手腕后部，后向散射光由光学传感器记录。然后可以通过测量光学信号波动的周期来估计HR，该周期是由手腕中的血液量的周期性变化引起的，并且随着心脏的每次搏动导致光吸收的变化。这种HR测量系统还将受益于减少来自模块的LED的镜面反射量，该模块入射在模块的光电探测器上。
总之，本文描述的实施例允许为全标谱仪提供相对低成本的替代方案，用于监测目标化学品如黑素体，从而确定被检查的样品是皮肤样品和/或确定皮肤类型和状况。本文提出的系统比光谱仪简单，因为它们是紧凑的，并且直接能够测量目标化学品并且使用更少的，至少两个波长用于分析。采用具有适当校准程序的两个光电探测器和比率或比率的计算提供了与增益的独立性，并且允许如本文所述平滑地改变背景反射率。所得模块可以制造得紧凑且功率低。通过调制光源发出的光，可以消除环境光的影响。此外，本文提出的系统易于针对标准校准并且适合于目标化学品和测试对象(即，提供目标化学品的对象/样品)，并且可以通过使用多于一个光源和/或多个光电探测器来进行一次以上的化学测量。
另外，本文公开的实施例提供了可以防止、最小化或至少减少在光学反射测量期间入射在光电探测器上的镜面反射光的量的结构，这可以导致更准确的读数。这种结构可以与皮肤类型和状态评估的实施方案结合使用，用于评价除皮肤以外的物体中的目标化学品的含量，以及在任何光学测量系统中，其中光源和光电探测器被配置为分析由物体散射/漫射的光源产生的光，例如在采用PPG的HR测量系统中。如本文所述，被配置为防止、最小化或至少减少光的镜面反射的结构在小型模块中特别有用，例如其中光源和光电探测装置之间的距离小于5毫米(mm)，包括其中的所有数值和范围，例如，距离在1.5到4毫米之间，或/和整个模块的最大尺寸小于7-8毫米。在这种小形状因子模块中，光源和一个或多个光电探测器可以设置在同一管芯上或同一印刷电路板(PCB)上。
选定的例子
实施例A1提供了一种用于光学检测目标化学品的存在和/或量的装置，例如，黑素体。该装置包括：第一光电探测器，被配置为检测与目标化学品相互作用的第一波长的光；第二光电探测器，被配置为检测与目标化学品相互作用的第二波长的光，第二波长与第一波长不同。该装置还包括处理逻辑，其配置成计算第一参数和第二参数之间的比率(R)，其中第一参数指示至少第一光电探测器(Intl)检测到的光强度(可能表示由第一和第二光电探测装置中的每一个检测到的光强度的组合)，第二参数指示至少第二光电探测器(Int2)检测到的光的强度，并基于计算的比率确定目标化学品的存在和/或量。
实施例A2提供了根据实施例A1的装置，其中第一光电探测器被配置为检测与目标化学品相互作用的第一波长带的光，第一波长带包括第一波长，第二光电探测器被配置为检测与目标化学品相互作用的第二波长带的光，第二波长带包括第二波长。
实施例A3提供了根据实施例A2的装置，其中第一波长带和第二波长带至少部分重叠。
实施例A4提供了根据实施例A3的设备，其中第一波长带包括在第二波长带内并且该比率被计算为其中α和β是预定义的参数。
实施例A5提供了根据实施例A2的装置，其中第一波长带和第二波长带不重叠并且比率被计算为或
实施例A6提供了根据前述实施例中的任一个的装置，其中第一光电探测器设置在距第二光电探测器小于5毫米的距离处。
实施例A7提供了根据实施例A1-5中任一实施例的装置，其中第一光电探测器和第二光电探测器中的每一个包括多个光电检测区域，以及第一光电探测器的光电检测区域与第二光电探测器的光电检测区域交错。
实施例A8提供了根据实施例A6或7的装置，其中第一光电探测器和第二光电探测器设置在同一管芯上。
实施例A9提供了根据前述实施例中任一个的装置，其中第一光电探测器被配置为通过检测入射在已经通过第一光学滤波器的第一光电探测器的一个或多个光电检测区域上的光来检测第一波长的光，第二光电探测器被配置为通过检测入射在已经通过第二光学滤波器的第二光电探测器的一个或多个光电检测区域上的光来检测第二波长的光。
实施例A10提供了根据实施例A9的装置，其中第一光学滤波器和/或第二光学滤波器被提供作为相应光电探测器上的涂层。
实施例All提供根据前述实施例中任一个的装置，其中第一波长的光被调制并且由第一光电探测器检测到的光锁定到第一波长的光的调制，和/或第二波长的光被调制并且由第二光电探测器检测的光被锁定到第二波长的光的调制。以这种方式，可以减少或消除来自第一和/或第二波长的环境光的污染。
实施例A12提供了根据前述实施例中任一个的装置，其中第一光电探测器被配置为基本上与第二光电探测器同时或至少在时间上重叠地检测第一波长的光，第二光电探测器检测第二波长的光。以这种方式，潜在的运动引起的伪像，例如，当测量手上的皮肤水合作用并且手不稳定时或在工业过程控制中测量水分时和在传送带上移动的评估样品时，可以减少或消除。
实施例A13提供了根据前述实施例中任一个的装置，还包括一个或多个光源，其配置成产生光以与目标化学品相互作用，该光至少包括第一波长的光(或包括第一波长的第一波长带的光)和第二波长的光(或包括第二波长的第二波长带的光)。
实施例A14提供了根据实施例A13的装置，其中由一个或多个光源产生的光包括宽带光(例如，延伸的白光包括1300-1600nm范围内或1800-2000nm范围内的波长，用于水测量，在1600-1800nm范围内或在1100-1300nm范围内，用于脂肪或油测量等)。
实施例A15提供了根据实施例A14的装置，其中由一个或多个光源产生的光的带至少部分地与第一光电探测器配置为检测的光带和第二光电探测器配置为检测的光带重叠。
实施例A16提供了根据实施例A13-15中任一示例的装置，其中一个或多个光源包括以约1460nm为中心的发光二极管或/和以约1930nm为中心的发光二极管，并且目标化学品包括或者是水。
实施例A17提供了根据实施例A13-15中任一项的装置，其中所述一个或多个光源包括以约1200nm为中心的发光二极管，并且所述目标化学品包括或者是脂肪。
实施例A18提供了根据前述实施例中任一个的装置，还包括第三光电探测器，其被配置为检测与目标化学品相互作用的第三波长的光，第三波长不同于第一和第二波长，其中确定比率的处理逻辑包括确定第一参数、第二参数和第三参数(指示至少第三光电探测器(Int3)检测到的光强度)之间的一个或多个比率的处理逻辑，并且基于计算出的比率确定目标化学品的存在和/或数量的处理逻辑包括基于所确定的一个或多个比率确定目标化学品的存在和/或量的处理逻辑。
实施例A19提供了用于光学检测目标化学品的存在和/或量的方法。该方法包括计算第一参数和第二参数之间的比率(R)，该第一参数表示至少与目标化学品相互作用的第一波长的光强度，由第一光电探测器(Intl)检测(可能表示由第一和第二光电探测器中的每一个检测到的光强度的组合)，第二参数表示至少与目标化学品相互作用的第二波长的光的强度，第二波长与第一波长不同，由第二光电探测器(Int2)检测，并根据计算出的比例确定目标化学品的存在和/或数量。
实施例A20提供了根据实施例A19的方法，进一步包括在确定目标化学品的存在和/或量之前通过计算具有已知存在和/或已知量的一个或多个预定目标化学品的多个样品的多个比率执行校准，每个比率包括第一参数和第二参数之间的比率，第一参数至少表示与预定目标化学品相互作用的第一波长的光强度，第二参数至少表示与预定目标化学品相互作用的第二波长的光强度，并且将多个计算出的比率与多个样本的标识相关联地存储(即，对于每个计算的比率，识别为其计算比率的特定预定义目标化学品，以及计算比率的样品中/上的已知存在和/或已知量的预定目标化学品)。变化和实施
应注意，图中的图示不必表示用于光学检测目标化学品的存在和/或量的实际装置/组件的真实布局、取向、尺寸和/或几何形状，以及用于光学测量由物体散射/漫射的光的实际装置/组件。本公开所设想的是，可以为装置/组件设计和实施各种合适的布局，所述装置/组件被配置为基于计算的指示由不同光电探测器测量的光强度的参数的比率来检测目标化学品的存在和/或量。类似地，可以为装置/组件设计和实现各种合适的布局，所述装置/组件被配置成在物体散射/漫射的光的光学测量中防止、最小化或至少减少镜面反射光的量。
基于以上提供的描述，本领域普通技术人员可以容易地设想用于使用光电探测器来确定目标化学品的当前/内容的各种其他实施例和配置，所述光电探测器被配置为检测不同频带中的光，所有这些都在本公开的范围内。为此，图2-9和12可以显着变化以获得等同或类似的结果，因此不应被解释为利用本文公开的比率的唯一可能的实施方式。
类似地，基于以上提供的描述，本领域普通技术人员可以容易地想到各种其他实施例和配置，用于提供被配置为防止、最小化或至少减少物体散射/漫射光的光学测量中镜面反射光的量(这种结构在本文中简称为“阻塞结构”)。
可以设想，本文描述的装置/组件和/或相关的处理模块可以在许多领域中提供，包括医疗设备、安全监控、患者监控、医疗保健设备、医疗设备、汽车设备、航空航天设备、消费电子产品和运动设备等。
在一些情况下，装置/组件和/或相关联的处理模块可以用于医疗保健环境中的专业医疗设备，例如医生办公室、急诊室、医院等。在某些情况下，装置/组件和/或相关联的处理模块可以用于不太正式的设置，例如学校、健身房、家庭、办公室、户外、水下等。可以在消费者保健产品中提供装置/组件和/或相关的处理模块。
在上述实施例的讨论中，电容器、时钟、DFF、分频器、电感器、电阻器、放大器、开关、数字核心、晶体管和/或其他部件可以容易地被替换、替换或以其他方式修改，以便适应特定的电路需求。此外，应该注意，互补电子设备、硬件、软件等的使用为实现本公开的教导提供了同样可行的选择。例如，代替处理数字域中的信号，可以提供可以处理模拟域中的信号的等效电子器件。
在一个实施例实施例中，附图的任何数量的电路可以在相关电子设备的板上实现。该板可以是通用电路板，其可以保持电子设备的内部电子系统的各种组件，并且还提供用于其他外围设备的连接器。更具体地，电路板可以提供电连接，系统的其他部件可以通过电连接进行电气通信。任何合适的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读的非暂时性存储器元件等可以基于特定的配置需求、处理需求、计算机设计等适当地耦合到板。诸如外部存储器、附加传感器、用于音频/视频显示器的控制器和外围设备的其他组件可以作为插卡，通过电缆连接到电路板，或集成到电路板本身。在各种实施例中，本文描述的功能可以以仿真形式实现为在以支持这些功能的结构布置的一个或多个可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件。提供仿真的软件或固件可以在非暂时性计算机可读存储介质上提供，该非暂时性计算机可读存储介质包括允许处理器执行那些功能的指令。在某些情况下，可以在处理器中或在处理器中提供专用硬件以执行这些功能。
在另一实施例实施例中，附图的电路可以被实现为独立模块(例如，具有被配置为执行特定应用或功能的相关组件和电路的设备)或者作为插件模块实现为电子设备的专用硬件。注意，本公开的特定实施例可以容易地包括在片上系统(部分地或整体地SOC封装)中。SOC表示将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的IC。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常的射频功能：所有这些功能都可以在单个芯片衬底上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，其中多个单独的IC位于单个电子封装内并且被配置为通过电子封装彼此紧密地交互。在各种其他实施例中，本文描述的目标化学品检测功能可以在专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他半导体芯片中的一个或多个硅芯中实现。
注意，上面参考附图讨论的活动适用于涉及信号处理的任何集成电路，特别是那些可以执行专用软件程序或算法的集成电路，其中一些可能与处理数字化实时数据相关联以检测化学成分某些实施例，所述实施例可以涉及多DSP信号处理、浮点处理、信号/控制处理、固定功能处理、微控制器应用等。在某些情况下，本文讨论的特征可适用于医疗系统，科学仪器，无线和有线通信、雷达、工业过程控制、音频和视频设备、电流感测、仪器(可以是高度精确的)、以及其他基于数字-处理的系统。此外，上面讨论的某些实施例可以在用于医学成像、患者监测、医疗仪器和家庭医疗保健的数字信号处理技术中提供。这可能包括肺部监护仪、心率监测仪、心脏起搏器等。其他应用可涉及用于安全系统的汽车技术(例如，稳定性控制系统、驾驶员辅助系统、制动系统、信息娱乐和任何类型的内部应用)。在其他实施例场景中，本公开的教导可适用于包括过程控制系统的工业市场，该过程控制系统旨在跟踪生命体征以帮助提高生产率、能量效率和可靠性。
注意，利用本文提供的众多实施例，可以根据两个、三个、四个或更多个部分来描述交互。然而，这仅出于清楚和实施例的目的而进行。应该理解，系统可以以任何合适的方式合并。沿着类似的设计替代方案，附图中的任何所示组件、模块和元件可以以各种可能的配置组合，所有这些配置显然都在本公开的广泛范围内。在某些情况下，仅通过参考有限数量的电气元件来描述给定流程集的一个或多个功能可能更容易。应当理解，附图及其教导的特征易于扩展，并且可以容纳大量部件，以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的实施例不应限制范围或抑制可能应用于无数其他架构的电路的广泛教导。
注意，在本公开中，对“一个实施例”、“实施例实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”、“各种实施例”、“其他实施例”、“替代实施例”等中包括的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、部件、特性等)的引用旨在表示任何这样的特征包括在本公开的一个或多个实施例中，但是可以或者可以不必在相同的实施例中组合。
同样重要的是要注意与测量化学成分和与其他光学测量相关的功能有关的功能，例如，使用PPG，仅示出了可由图中所示系统执行或在其中执行的一些可能功能。可以在适当的情况下删除或移除这些操作中的一些，或者可以在不脱离本公开的范围的情况下显着地修改或改变这些操作。此外，这些操作的时间可能会大大改变。出于实施例和讨论的目的提供了前述操作流程。本文描述的实施例提供了实质的灵活性，因为可以提供任何合适的布置、时间顺序、配置和定时机制而不脱离本公开的教导。注意，上述装置的所有可选特征也可以关于本文描述的方法或过程来实现，并且实施例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。
这些实例(上文)中的“意味着”可包括(但不限于)使用本文所讨论的任何合适的组件，以及任何合适的软件、电路、集线器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口。在第二实施例中，该系统包括存储器，该存储器还包括机器可读指令，该机器可读指令在被执行时使系统执行上述任何活动。

Claims (20)

1.一种光学检测目标化学品的存在和/或量的装置，该装置包括：
第一光电探测器，被配置为检测与所述目标化学品相互作用的第一波长的光；
第二光电探测器，被配置为检测与所述目标化学品相互作用的第二波长的光；和
处理逻辑，被配置为：
计算指示至少所述第一光电探测器(Intl)检测的光强度的第一参数与指示至少第二光电探测器(Int2)检测的光强度的第二参数之间的比率(R)，和
基于计算的比率确定所述目标化学品的存在和/或量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一光电探测器被配置为检测与所述目标化学品相互作用的第一波长带的光，所述第一波长带包括第一波长，并且所述第二光电探测器被配置为检测与所述目标化学品相互作用的第二波长带的光，所述第二波长带包括第二波长。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一波长带和所述第二波长带至少部分重叠。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一波长带包括在所述第二波长带内并计算如下：
R＝(αIntl-β(Int2-Intl)/Int2,
其中α和β是预定的参数。
5.权利要求2所述的装置，其中所述比率计算为以下之一：
R＝(Int2-Int l)/(Int2+Intl'),
R＝Int2/Intl',
R＝(Int2+Intl)/(Int2-Intl'),或
R＝Intl/Int2'。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一光电探测器设置在距离所述第二光电探测器小于5毫米的距离处。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中所述第一光电探测器和所述第二光电探测器中的每一个包括多个光电检测区域，并且所述第一光电探测器的光电检测区域与所述第二光电探测器的光电检测区域交错。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述第一光电探测器和所述第二光电探测器设置在同一个芯片上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一光电探测器被配置为通过检测入射在所述第一光电探测器的一个或多个光电检测区域上的光来检测第一波长的光，该第一光电探测器已通过第一光学滤波器，并且所述第二光电探测器被配置为通过检测入射在所述第二光电探测器的一个或多个光电检测区域上的光来检测第二波长的光，该第二光电探测器已通过第二光学滤波器。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一光学滤波器和/或所述第二光学滤波器作为涂层设置在相应的光电探测器上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中:
调制第一波长的光，并将所述第一光电探测器检测到的光锁定到第一波长的光的调制，和/或调制第二波长的光，并且由所述第二光电探测器检测的光被锁定到第二波长的光的调制。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一光电探测器被配置为基本上与检测第二波长的光的第二光电探测器同时检测第一波长的光。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括一个或多个光源，配置成产生与所述目标化学品相互作用光。
14.根据权利要求13所述的装置，其中由所述一个或多个光源产生的光包括宽带光。
15.根据权利要求14所述的装置，其中由所述一个或多个光源产生的光带至少部分地与所述第一光电探测器被配置为检测的光带重叠和与所述第二光电探测器被配置为检测的光带重叠。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的装置，其中所述一个或多个光源包括以约1460nm为中心的发光二极管或/和以约1930nm为中心的发光二极管，并且所述目标化学品包括水。
17.根据权利要求13-15中任一项所述的装置，其中所述一个或多个光源包括以约1200nm为中心的发光二极管，并且所述目标化学品包括脂肪。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括第三光电探测器，被配置为检测与所述目标化学品相互作用的第三波长的光，其中：
确定所述比率的处理逻辑包括确定第一参数、第二参数和第三参数之间的一个或多个比率的处理逻辑，所述第三参数至少指示由所述第三光电探测器(Int3)检测到的光强度，并且基于计算的比率确定所述目标化学品的存在和/或量的处理逻辑包括基于确定的一个或多个比率确定所述目标化学品的存在和/或量的处理逻辑。
19.一种光学检测目标化学品的存在和/或量的方法，该方法包括：
计算至少指示第一光电探测器(Intl)检测的已经与所述目标化学品相互作用的第一波长的光强度的第一参数与至少指示第二光电探测器(Int2)检测的已经与所述目标化学品相互作用的第二波长的光强度的第二参数之间的比率(R)；和
基于计算的比率确定所述目标化学品的存在和/或量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括在通过以下方式确定所述目标化学品的存在和/或量之前执行校准：
计算具有已知存在和/或已知量的一个或多个预定目标化学品的多个样品的多个比率，每个比率包括第一参数与第二参数之间的比率，所述第一参数至少指示与预定目标化学品相互作用的第一波长的光强度，所述第二参数至少指示与预定目标化学品相互作用的第二波长的光强度；和
将多个计算出的比率与多个样本的标识相关联地存储。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111513699A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 维沃移动通信有限公司 一种光学组件、电子设备及生物特征数据检测方法
CN113242984A (zh) * 2018-12-21 2021-08-10 ams传感器新加坡私人有限公司 使用具有不同反射率的区域的非均匀设计的目标表面的光学距离感测
WO2021238150A1 (zh) * 2020-05-29 2021-12-02 青岛歌尔智能传感器有限公司 光学传感器封装结构和电子设备
CN113891682A (zh) * 2019-05-28 2022-01-04 苏黎世大学 以光学接触检测器为特征的用于测量散射介质中的光学或生理参数的设备
CN114271783A (zh) * 2020-09-27 2022-04-05 北京小米移动软件有限公司 皮肤检测装置、方法和终端
US11920979B2 (en) 2019-08-27 2024-03-05 Viavi Solutions Inc. Optical measurement device including internal spectral reference

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170261427A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-14 Analog Devices, Inc. Optical measurements of chemical content
KR102452484B1 (ko) * 2017-08-11 2022-10-11 삼성전자주식회사 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 모듈
US20190150839A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 Analog Devices, Inc. Material characteristic signal detection method and apparatus
RU186082U1 (ru) * 2018-06-22 2018-12-28 Анатолий Константинович Дементьев Устройство для исследования отражающей способности кожного покрова
DE102018123037A1 (de) * 2018-09-19 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kompakte mehrbandige optische messeinheit
US20240037355A1 (en) * 2020-12-18 2024-02-01 Shrenik Deliwala Low height proximity-based optical code reader

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1182572A (zh) * 1996-10-25 1998-05-27 花王株式会社 皮肤表面状态的光学特性测定方法及其装置
US6026314A (en) * 1997-09-05 2000-02-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for noninvasive measurements of concentrations of blood components
CN1326328A (zh) * 1998-11-18 2001-12-12 阿尔芬斯·克鲁格 非侵入地探测组织中氧代谢量的装置
US20030060692A1 (en) * 2001-08-03 2003-03-27 Timothy L. Ruchti Intelligent system for detecting errors and determining failure modes in noninvasive measurement of blood and tissue analytes
CN1540314A (zh) * 2003-10-31 2004-10-27 清华大学 漫射光的生物组织血氧代谢的无损监测方法及其系统
CN101686803A (zh) * 2007-03-23 2010-03-31 安维尔蒂斯股份有限公司 用于连续无创确定血液成分浓度的方法
CN102933137A (zh) * 2010-06-03 2013-02-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于使用布儒斯特角来测量诸如胆红素的组织分析物的装置和方法
CN103237497A (zh) * 2010-11-05 2013-08-07 自由医疗科技公司 用于检测糖尿病的改进的算法
US20130310669A1 (en) * 2012-05-20 2013-11-21 Jerusalem College Of Technology Pulmonary pulse oximetry method for the measurement of oxygen saturation in the mixed venous blood
CN104825131A (zh) * 2014-02-11 2015-08-12 首尔伟傲世有限公司 皮肤状况评估装置及使用该装置的皮肤状况评估方法
WO2015176999A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-26 Koninklijke Philips N.V. Method and apparatus for optical sensing of tissue variation at increased accuracy

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4032801A (en) * 1975-10-10 1977-06-28 Honeywell Inc. Electromagnetic radiation intensity comparator apparatus
US5747806A (en) * 1996-02-02 1998-05-05 Instrumentation Metrics, Inc Method and apparatus for multi-spectral analysis in noninvasive nir spectroscopy
US6078833A (en) * 1998-03-25 2000-06-20 I.S.S. (Usa) Inc. Self referencing photosensor
US7029628B2 (en) * 2000-12-28 2006-04-18 Stat-Chem Inc. Portable co-oximeter
US6858104B2 (en) * 2002-01-28 2005-02-22 Scimed Life Systems, Inc. Apparatus and method for closed-loop control of laser welder for welding polymeric catheter components
US20040105021A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 Bolymedia Holdings Co., Ltd. Color filter patterns for image sensors
EP1996910A2 (en) * 2006-02-22 2008-12-03 Vivum Nexus LLC Method and device for analyte measurement
EP1936345B1 (en) * 2006-12-22 2012-06-20 Sony Deutschland Gmbh Temperature and temperature distribution sensing with high resolution in microscopic electronic devices and biological objects
KR101152615B1 (ko) * 2007-08-30 2012-06-07 미쯔이 죠센 가부시키가이샤 형광공명에너지이동 검출 방법 및 장치
US20140155760A1 (en) * 2012-02-15 2014-06-05 Trent Daniel Ridder Remote and local transfer of information in noninvasive hydration measurements
US20130210058A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-15 Lakeland Ventures Development, Llc System for noninvasive determination of water in tissue
EP2844983A2 (en) * 2012-04-30 2015-03-11 Mayo Foundation For Medical Education And Research Spectrometric systems and methods for improved focus localization of time-and space-varying measurements
US9322716B2 (en) * 2014-01-07 2016-04-26 Panasonic Intellectual Property Corporation Of America Component measuring apparatus and moving body
US20170238819A1 (en) * 2016-02-18 2017-08-24 Garmin Switzerland Gmbh System and method to determine blood pressure

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1182572A (zh) * 1996-10-25 1998-05-27 花王株式会社 皮肤表面状态的光学特性测定方法及其装置
US6026314A (en) * 1997-09-05 2000-02-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for noninvasive measurements of concentrations of blood components
CN1326328A (zh) * 1998-11-18 2001-12-12 阿尔芬斯·克鲁格 非侵入地探测组织中氧代谢量的装置
US20030060692A1 (en) * 2001-08-03 2003-03-27 Timothy L. Ruchti Intelligent system for detecting errors and determining failure modes in noninvasive measurement of blood and tissue analytes
CN1540314A (zh) * 2003-10-31 2004-10-27 清华大学 漫射光的生物组织血氧代谢的无损监测方法及其系统
CN101686803A (zh) * 2007-03-23 2010-03-31 安维尔蒂斯股份有限公司 用于连续无创确定血液成分浓度的方法
CN102933137A (zh) * 2010-06-03 2013-02-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于使用布儒斯特角来测量诸如胆红素的组织分析物的装置和方法
CN103237497A (zh) * 2010-11-05 2013-08-07 自由医疗科技公司 用于检测糖尿病的改进的算法
US20130310669A1 (en) * 2012-05-20 2013-11-21 Jerusalem College Of Technology Pulmonary pulse oximetry method for the measurement of oxygen saturation in the mixed venous blood
CN104825131A (zh) * 2014-02-11 2015-08-12 首尔伟傲世有限公司 皮肤状况评估装置及使用该装置的皮肤状况评估方法
WO2015176999A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-26 Koninklijke Philips N.V. Method and apparatus for optical sensing of tissue variation at increased accuracy

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113242984A (zh) * 2018-12-21 2021-08-10 ams传感器新加坡私人有限公司 使用具有不同反射率的区域的非均匀设计的目标表面的光学距离感测
CN113891682A (zh) * 2019-05-28 2022-01-04 苏黎世大学 以光学接触检测器为特征的用于测量散射介质中的光学或生理参数的设备
US11920979B2 (en) 2019-08-27 2024-03-05 Viavi Solutions Inc. Optical measurement device including internal spectral reference
CN111513699A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 维沃移动通信有限公司 一种光学组件、电子设备及生物特征数据检测方法
WO2021218784A1 (zh) * 2020-04-29 2021-11-04 维沃移动通信有限公司 一种光学组件、电子设备及生物特征数据检测方法
WO2021238150A1 (zh) * 2020-05-29 2021-12-02 青岛歌尔智能传感器有限公司 光学传感器封装结构和电子设备
CN114271783A (zh) * 2020-09-27 2022-04-05 北京小米移动软件有限公司 皮肤检测装置、方法和终端
CN114271783B (zh) * 2020-09-27 2024-01-30 北京小米移动软件有限公司 皮肤检测装置、方法和终端

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Publication number Publication date
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