CN113423340A - 用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置，包括：光学元件、辐射系统和传感器系统。所述光学元件用于将辐射耦合进和耦合出光纤。所述辐射系统可操作以产生输入辐射，所述辐射系统被布置成使得所述光学元件至少部分地接收所述输入辐射。所述传感器系统用于接收来自所述光学元件的输出辐射，并且可操作以产生指示所述输出辐射的至少一种特性的信号。所述光学元件、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，并且所述辐射系统和所述传感器系统均设置在所述光学元件的同一侧。

Description

用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置。特别地，可以涉及一种装置，该装置可操作以将辐射耦合到光纤的一端并接收从光纤的另一端反射的辐射，使得能够确定反射的辐射的特性(例如其颜色)。
这种装置可应用于医疗管领域，例如，鼻胃管和鼻肠管，特别是在确认正确放置和/或避免流体流出的管部分的错置方面。
背景技术
患病的人类或动物有时不能用传统的方法喂养自己。在这种情况下，希望通过喂食管将营养物输送到胃或小肠。这通常是通过将管子穿过病人的鼻腔，通过胃肠道进入胃或小肠来实现的。这种喂食管的远端包括一个或多个液体输出孔，其作用是将液体营养物输送到预定位置，例如胃或小肠。正确定位胃或小肠内的液体输出孔对患者的安全至关重要。例如，在经由鼻腔插入喂食管时可能发生的喂食管的错误引导，使得喂食管的前端朝向肺部，特别是对于咳嗽或呕吐反射受到抑制的患者，例如危重患者和早产儿。在喂食时，液体输出孔的这种错置可以导致严重的胸膜肺并发症，例如肺炎、脓肿和脓胸。
此外，在某些情况下，某些液体营养物可能需要输送到消化系统的特定部分，例如，特别输送到胃和/或特别输送到小肠。同样，正确放置液体出口孔也是必要的。
专利文件EP 2412311 A2中公开了一种用于确定流体出口孔是否布置在正确位置的已知系统。其描述了一种喂食管定位装置，该装置具有光波导以及位于光波导远端的颜色变化指示器(例如，pH指示器或二氧化碳指示器)。光波导的尺寸为可插入喂食管的内腔中。在使用中，光波导将输入光传送到传感器装置。输入光的一部分从传感器装置反射作为输出光，输出光的颜色指示喂食管的位置。输出光通过输出光波导被传送到位置确认设备的近端，在该近端处由用户观看以确定管在人体或动物体内的位置。
发明内容
可能希望提供一种用于将辐射耦合进和耦合出光纤的替代装置，其至少部分地解决无论在本文中还是在别处认定的现有技术中的一个或多个问题。这种装置可以构成喂入管放置测量系统的一部分。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置，所述装置包括：光学元件，用于将辐射耦合进和耦合出光纤；辐射系统，可操作以产生输入辐射，所述辐射系统被布置成使得所述光学元件至少部分地接收所述输入辐射；传感器系统，用于接收来自所述光学元件的输出辐射，并且可操作以产生指示所述输出辐射的至少一种特性的信号；其中，所述光学元件、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，并且所述辐射系统和所述传感器系统均设置在所述光学元件的同一侧。
根据本发明第一方面的装置提供了一种布置，其可操作以将辐射耦合到光纤中或耦合出光纤。例如，所述装置可以应用在确定远程位置的属性方面。所述辐射系统可以通过所述光学元件将所述输入辐射耦合到光纤中。所述辐射可以沿着所述光学元件传播到远程位置。所述辐射的至少一部分可以从光纤的远端散射，并沿着所述光学元件传播回所述装置，在那里，所述传感器系统(通过所述光学元件)可以至少部分地接收和分析所述辐射。例如，在一种应用中，光纤的远端可以包括指示材料，其颜色指示远程位置的属性。例如，指示材料的颜色可以指示远程位置的pH值。在使用中，可以将光纤插入到喂食管中，以便在使用喂食管为患者提供食物之前，医学专业人员可以确定其是否已正确放置。
应当理解，一般而言，辐射可以以与光纤的光轴不同的角度范围(在光纤的端部)进入和/或离开光纤。辐射锥的范围由光纤的数值孔径决定。应当理解，以不同角度进入或离开光纤的辐射的光线将穿过光学元件的不同部分。以相对较小的角度进入或离开光纤的光线穿过光学元件的中心部分，而以相对较大的角度进入或离开光纤的光线穿过光学元件的外部部分。
应当理解，由于光学元件、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，并且辐射系统和传感器系统都布置在光学元件的同一侧，因此，辐射系统和传感器系统中的一个(可被称为近端系统)设置在光学元件和辐射系统和传感器系统中的另一个(可被称为远端系统)之间。近端系统被布置成向光学元件的中心部分提供辐射或从光学元件的中心部分接收辐射。近端系统将导致远端系统的中心(因为其与光学元件同轴)遮蔽，使得远端系统不能向光学元件的中心部分提供辐射或接收来自光学元件的中心部分的辐射。然而，远端系统被布置成向光学元件的外部部分提供辐射或接收来自光学元件的外部部分的辐射。因此，将近端系统耦合到光学元件的光或来自光学元件的光通常来自将远端系统耦合到光学元件的光或来自光学元件的光的角分布的不同部分。以相对较小的角度进入或离开光纤的光线耦合到近端系统，而以相对较大的角度进入或离开光纤的光线耦合到远端系统。
如下面所讨论的，根据本发明第一方面的装置出于许多原因是有利的。
首先，由于光学元件、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，因此，该装置提供了用于耦合进光纤和耦合出光纤的紧凑布置。这与例如其中辐射系统和传感器系统的光轴通常相互垂直并且使用分束器将两者耦合到光纤的布置形成对比。
其次，如现在所讨论的，根据本发明第一方面的装置比其中辐射系统和传感器系统的光轴平行但偏移，并且其中辐射系统和传感器系统通过分束器耦合到光学元件的布置更有益。同样，根据本发明第一方面的装置提供了一种紧凑布置，特别是在通常垂直于装置被布置为耦合进和耦合出的光纤的光轴的尺寸上。
此外，对于其中传感器系统可操作以确定输出辐射的颜色的实施方式，输入辐射可包括白光，并且可能希望最小化传感器接收的输入辐射的量(以便最大化颜色饱和)。如上所述，利用其中辐射系统和传感器系统通常同轴、并且两者布置在光学元件同一侧上的布置，将辐射系统耦合到光学元件的光通常来自将光学元件与传感器系统耦合的光的角度分布的不同部分。因此，如果将装置耦合到的光纤的末端切割成扁平和方形，则从末端反射的所有输入辐射将传回辐射系统而不是传感器系统。
传感器系统可布置在光学元件和辐射系统之间，使得传感器系统可布置成接收来自光学元件的中心部分的辐射。
正如下面所讨论的，这种布置有许多额外的优点。
被布置成使得从光学元件接收的输出辐射包括从光学元件的中心部分接收的辐射的传感器系统出于许多原因是有利的。首先，离开光纤的辐射强度随着相对于光轴(在光纤端面)的角度的增加而减小。此外，通过选择输出辐射的这个中心部分，散度效应被最小化，因为由传感器系统接收的辐射的角度扩展被最小化。当传感器系统被布置成确定输出辐射的光谱特性(例如色调)时，这是特别有利的，因为这样的色散效应可能影响这样的测量。
应当理解，辐射系统产生的一些辐射可以被传感器系统阻断。然而，即使耦合到光纤中的(白)光的量显著减少，通过由光学元件输出辐射的中心部分采样的传感器系统实现的输出辐射强度的增加，以及传感器系统所允许的入口孔径的增加(对于给定尺寸的光学元件)，仍然可以提高整体效率。
所述光学元件可以包括凸透镜。
应当理解，或者，所述光学元件可以包括镜子。
所述辐射系统可以包括可操作以产生输入辐射的辐射源和布置在所述辐射源和所述光学元件之间的辐射系统光学器件。
辐射系统光学器件可布置成大体上准直由光学元件接收的输入辐射。例如，辐射系统光学器件可包括凸透镜且辐射源可布置在所述凸透镜的焦平面处或靠近所述凸透镜的焦平面处。辐射源可布置在装置的光轴处或靠近光轴处。辐射系统光学器件可以与光学元件同轴。
所述传感器系统可以包括传感器和被布置成将输出辐射聚焦到所述传感器上的传感器系统光学器件。
例如，传感器系统光学器件可以包括凸透镜，且传感器可以布置在所述凸透镜的焦平面处或靠近所述凸透镜的焦平面处。传感器可以布置在所述装置的光轴处或靠近光轴处。传感器系统光学器件可以与光学元件同轴。
输出辐射的至少一种特性可以包括输出辐射的颜色。
传感器可以是颜色传感器集成电路。
传感器可以包括诸如光电二极管之类的传感元件的二维阵列。
所述装置还可以包括用于光学元件、辐射系统和传感器系统的支架。
支架可以由任何合适的材料形成，例如，金属或塑料材料。支架可以是壳体等的形式，例如三部分壳体。支架可以有助于装置部件的相对定位和对准。
支架可以包括光纤连接部。
支架可以包括一个或多个用于光学元件、辐射系统和传感器系统中的一个或多个的啮合特征。
应当理解，用于辐射系统的啮合特征可以包括用于辐射源和/或辐射系统光学器件(例如透镜)的啮合特征。
应当理解，用于辐射系统的啮合特征可以包括用于辐射源和/或辐射系统光学器件(例如透镜)的啮合特征。
根据本发明的第二方面，提供了一种测量设备，其包括：根据本发明第一方面所述的装置；电源和控制单元；所述控制单元可操作以：控制来自所述辐射系统的辐射发射；从所述传感器系统接收信号，所述信号指示由此接收的所述输出辐射的至少一种特性，以从所述传感器系统接收的信号中确定所述输出辐射的所述至少一种特性。
所述电源可以包括电池。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于确定远程位置属性的系统，所述系统包括：根据本发明第二方面所述的测量设备；和具有传感远端的光纤，所述传感远端包括传感材料，所述传感材料可操作以改变指示其所暴露的环境的化学成分的颜色。
上面或下面列出的本发明的各个方面和特征可以与本发明的各个其他方面和特征组合，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图说明
下面将仅通过实施例，参考附图描述本发明的实施方式，其中：
图1是根据本发明实施方式的用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置的侧视图；
图2是图1所示的将辐射耦合进和耦合出光纤的装置沿线A-A的横截面图；
图3是构成图1和图2所示装置一部分的子组件的透视图；
图4是图3所示子组件的侧视图；
图5是图3和图4所示子组件沿线A-A(见图4)的横截面图；
图6是构成图3至图5所示子组件一部分的中央壳体的横截面图；
图7是图6所示中央壳体的端视图；
图8是包括图3至图5所示子组件的测量设备的分解透视图；
图9是图8所示测量设备的透视图；
图10是中央壳体的另一种实施方式的横截面图，该中央壳体可替换图3至5所示子组件在图6和7中所示的中央壳体；
图11是图10所示中央壳体的端视图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明实施方式的用于将辐射耦合进和耦合出光纤4的装置2。装置2包括第一透镜6，第一透镜6可以被认为是用于将辐射耦合进和耦合出光纤4的光学元件。
应当理解，对于不同的实施方式，第一透镜6的尺寸和焦距可以具有不同值的范围。在一种实施方式中，第一透镜6可以是直径为12.7mm、焦距为15mm的平凸透镜。
光纤4的尺寸可插入喂食管的内腔。例如，光纤可以具有0.7mm的直径。
装置2还包括可被认为是辐射系统的第二透镜8和光源10。第二透镜8的轴可以限定辐射系统的轴。光源10可操作以产生光(其可被称为输入辐射)，并且可被认为是可操作以产生输入辐射的辐射源。第二透镜8布置在光源10和第一透镜6之间，并且可以被认为是辐射系统光学器件。光源10布置在装置2的光轴12处或靠近光轴12处。应当理解，光源10基本上可以作为点光源，并且将产生在远离光源10的角度范围内传播的输入辐射。该输入辐射的至少一部分被第二透镜8接收。
第二透镜8被布置成大体上准直该输入辐射，如下文将进一步描述的，该输入辐射部分地被第一透镜6接收。为了实现这一点，光源10被布置在第二透镜8的焦平面处或靠近第二透镜8的焦平面处。应当理解，对于不同的实施方式，第二透镜8的尺寸和焦距可以具有不同值的范围。在一种实施方式中，第二透镜8可以是具有12.7mm直径和15mm焦距的平凸透镜。
因此，可以认为辐射系统(包括第二透镜8和光源10)可操作以产生输入辐射，辐射系统被布置成使得输入辐射至少部分地被第一透镜6接收。
例如，光源10可以用波长在405nm到685nm范围内的白光照亮传感远端。例如，光源10可以包括发光二极管。
装置2还包括可以被认为是传感器系统的第三透镜14和传感器16。第三透镜14的轴可以限定传感器系统的轴。第三透镜14布置在传感器16和第一透镜6之间，并且可以被认为是传感器系统光学器件。传感器16布置在装置2的光轴12处或靠近光轴12处。如下面将进一步描述的，第三透镜14被布置成将从第一透镜6的中心部分接收的输出辐射聚焦到传感器16上。为了实现这一点，传感器16可以布置在第三透镜14的焦平面处或靠近第三透镜14的焦平面处。
应当理解，对于不同的实施方式，第三透镜14的尺寸和焦距可以具有不同值的范围。在一种实施方式中，第三透镜14可以是直径为6mm、焦距为30mm的平凸透镜。应当理解，第三透镜14的焦距可以比第一透镜6的焦距大，例如比第一透镜6的焦距大2倍。因此，在传感器16上形成的光纤4的远端的图像可以比光纤4的远端大(例如2倍)。在一种实施方式中，光纤具有0.7mm的直径，并且形成在传感器16上的光纤4的远端的图像具有1.4mm的直径。这将使传感器16充满过多。
第一透镜6、第二透镜8和第三透镜14是同轴的，并且限定了装置2的轴12。
传感器16适于接收来自第一透镜6的输出辐射，并且可操作以确定输出辐射的至少一种特性，或者输出指示输出辐射的所述至少一种特性的信号。输出辐射的至少一种特性可以包括输出辐射的颜色。
传感器16可以包括颜色传感器集成电路。传感器16可以包括传感元件的二维阵列，例如光电二极管。传感器16可以是红绿蓝(RGB)探测器。传感器16可操作以确定输出辐射的红色、绿色和蓝色成分的强度。传感器16可具有尺寸为0.4mm×0.4mm的通常为方形的主动传感区域。
装置2还包括用于第一透镜6、第二透镜8和光源10(形成辐射系统)、第三透镜14和传感器16(构成传感器系统)的支架18。支架18为三部分外壳形式，包括：中央体20、第一端体22和第二端体24。中央体20支撑第一透镜6、第三透镜14和传感器16。第一端体22定义光纤连接部，如下进一步所述。第二端体24支撑第二透镜8和光源10。
中央体20、第一端体22和第二端体24中的每一个都可以由任何合适的材料形成，例如金属或塑料材料。支架18(包括中央体20、第一端体22和第二端体24)有助于装置部件的相对定位和对准，如下所述。
现在参考图3至图7对中央体20和第二端体24进行更详细的描述。在图1至图7中，使用了一套一致的右手笛卡尔坐标轴，其中装置2的光轴12在z方向上延伸。在下文中，除非另有说明，否则应当理解，轴向是指平行于光轴12的方向(即在z方向上)，径向是指垂直于光轴12并穿过光轴的方向。
图3至图5示出了图1和图2中所示装置2的子组件25。根据本发明的实施方式，子组件25可被视为用于将辐射耦合进光纤和耦合出光纤的装置。图1和图2中所示装置2的子组件25包括装置2的所有部件，但第一端体22除外。
中央体20通常为圆柱形，尤其包括相互同轴的内管部分26和外管部分28。内管部分26和外管部分28通过两个径向对置的腹板部分30、32连接，这两个腹板部分通常在内管部分26和外管部分28之间径向延伸。两个腹板部分30、32将同轴的内管部分26和外管部分28之间的空间划分为两个轴向延伸的弓形孔34、36。应当理解，在图5所示的横截面(在x-z平面内)中，可以看到两个腹板部分30、32，而看不到弓形孔34、36，在图2和图6所示的横截面(在y-z平面内)中，可以看到弓形孔34、36，而看不到两个腹板部分30、32。
如图2和图4所示，中央体20的外管部分28在中央体20的第一端38处的轴向延伸超过内管部分26(以及两个腹板部分30、32)，从而形成凹槽40。
第三透镜14被收容在靠近中央体20的第一端38的内管部分26的端部中。第三透镜14可以推入配合到内管部分26的端部。内管部分26的内表面可以是阶梯状的。具体而言，内管部分26可以包括埋头孔，埋头孔形成第三透镜14可紧靠的肩部。该肩部为第三透镜14形成方便的定位特征，并且有助于第三透镜14的准确放置。第三透镜14可以压入配合到内管部分26中。可选地，在一些实施方式中，使用合适的粘合剂可以将第三透镜14固定到位。
第一透镜6被收容在靠近中央体20的第一端38的外管部分28的端部中。应当理解，第一透镜6被收容在由外管部分28的较大轴向延伸形成的外管部分28的第一端38的凹槽40中。第一透镜6可以推入配合到外管部分28的端部。外管部分28的内表面可以是阶梯状的。具体而言，外管部分28可以包括埋头孔，埋头孔形成第一透镜6可紧靠的肩部。该肩部为第一透镜6形成方便的定位特征，并且有助于第一透镜6的准确放置。第一透镜6可以压配合到外管部分28中。可选地，在一些实施方式中，使用合适的粘合剂可以将第一透镜6固定到位。
如图3和图4所示，传感器16设置在通常为T形的传感器印刷电路板(传感器PCB)42上。传感器PCB 42使用螺钉46连接到中央体20的第二端44，螺钉46与形成在一个腹板部分30中的孔48啮合。传感器16被收容在靠近中央体20的第二端44的内管部分26的端部中。内管部分26可以包括埋头孔，该埋头孔形成用于传感器16的大体圆形支架可紧靠的肩部。该肩部为传感器16形成方便的定位特征，并且有助于将传感器16准确放置在光轴12上。应当理解，传感器PCB 42配备有连接引线50等，以允许在装置2的传感器16和其他部件之间交换信号。
在外管部分28的外表面上，中央体20具有围绕中央体20的圆周延伸的一般环形法兰52。如下文进一步描述的，该法兰52可为中央体20提供用于将中央体20安装在外壳内的定位特征。
第二端体24通常为圆柱盖的形式，包括弯曲圆柱壁54和端壁56。端壁56限定了第二端体24的第一端。弯曲圆柱壁54的内表面呈阶梯状，以形成两个通常为环形的肩部，如现在所述。
第二端体24的第二端58是开口的，并且设有用于接收中央体20靠近其第二端44的一部分的埋头孔(或具有较大内径的孔的一部分)。埋头孔形成中央体20的第二端44可紧靠的肩部(未示出)。弯曲壁54具有两个径向相对、轴向延伸的凹槽60，用于接收传感器PCB42的一部分，以允许将中央体20的第二端44插入第二端体24的第二端58。
在收容有中央体20靠近其第二端44的一部分的埋头孔和弯曲圆柱壁54的主要部分的中间，形成内径介于所述埋头孔和所述主要部分之间的中间孔部分。第二透镜8被收容在该中间孔部分中。中间孔部分形成第二透镜8可紧靠的肩部。
如图3和图4所示，光源10设置在通常为T形的辐射源印刷电路板(辐射源PCB)62上。辐射源PCB 62使用螺钉64连接到第二端体24的端壁56，螺钉64与形成在端壁56中的孔66啮合。大体圆形端壁56具有中心通孔68。光源10被收容在所述通孔68中。通孔68可以包括埋头孔，该埋头孔形成用于光源10的大体圆形支架可紧靠的肩部。该肩部为光源10形成方便的定位特征，并且有助于将光源10准确放置在光轴12上。应当理解，辐射源PCB 62配备有连接引线70等，以允许在装置2的光源10和其他部件之间交换信号。
如图2所示，第一端体22通常为阶梯形管，包括相互同轴的第一圆柱形部分72和第二圆柱形部分74。
第一大体圆柱形部分72是开口的，并且设有用于接收中央体20靠近其第一端38的一部分的埋头孔(或具有较大内径的孔的一部分)。埋头孔形成中央体20的第一端38可抵靠的肩部，并且有助于中央体20相对于第一端体22的准确放置。
第二大体圆柱形部分74是开口的，并且用于接收设置在光纤4端部的连接器76。连接器76通常是圆柱形的，并且推入配合到第二大体圆柱形部分74中。连接器76的外表面上设有一般环形法兰78，其邻接第二大体圆柱形部分74的端部。
图3至图5所示的以及上文所描述的子组件25可以构成测量设备的一部分，正如下面参考图8所讨论的。
图8示出了根据本发明实施方式的测量设备80。测量设备80包括图3至图5所示的子组件25、电池82和控制单元84。控制单元84可操作以通过控制信号等控制光源10的辐射发射。控制单元84还可操作以接收来自传感器16的信号，该信号指示由此接收的输出辐射的至少一种特性。控制单元84还可操作以确定从传感器16接收的信号的输出辐射的所述至少一种特性。控制单元84可以包括任何合适的处理器或微处理器，如技术人员所理解的。
控制单元84设置在主印刷电路板(主PCB)86上。主PCB 86支撑子组件25和电池82。为此，主PCB 86设置有：电池连接器88；连接器90，用于与传感器PCB 42的连接引线50连接；连接器92，用于与辐射源PCB 62的连接引线70连接。电池连接器88被布置成支撑电池82(可以是AA电池)，并且还提供与电池的电气连接，以允许电池82向测量设备80的其他部件提供电能。用于与传感器PCB42的连接引线50连接的连接器90和用于与辐射源PCB 62的连接引线70连接的连接器92被布置成支撑子组件25。传感器16可操作以通过连接引线50和连接器90向控制单元84发送信号，该信号指示由此接收的输出辐射的至少一种特性。控制单元84可操作以通过连接器92和连接引线70向光源10发送控制信号。
测量设备80还包括第一壳体构件94和第二壳体构件96。第一壳体构件94和第二壳体构件96被布置成通过卡扣啮合或类似方式接合，从而形成用于子组件25、电池82和控制单元84的一般圆柱形壳体。
第二壳体构件96在其内表面上设置有多个空心凸台98。主PCB86通过多个螺钉100连接到第二壳体构件96，螺钉100与空心凸台98接合。
由第一壳体构件94和第二壳体构件96形成的壳体限定了孔，中央体20靠近其第一端38的部分通过该孔延伸。第一壳体构件94和第二壳体构件96中的每一个都设有一部分，该部分构成围绕孔的壳体的圆柱形突出物的部分，中央体20靠近其第一端38的部分通过该孔延伸。在该突出物的内表面上形成凹槽102，用于收容设置在外管部分28的外表面上的一般环形法兰52。这提供了将子组件25准确放置在壳体内的位置特征，并为子组件25提供了支撑。
测量设备80还包括用户接口104。应当理解，用户接口104可以包括用于向用户显示信息的显示装置和用于用户提供输入信号的输入装置。显示装置可以包括一个或多个发光二极管。输入装置可以包括一个或多个按钮等。用户接口104具有连接器引线106，其提供用户接口104和控制单元84之间的通信。
在使用中，测量设备80可以按如下被使用。
首先，光纤4设有连接器76和第一端体22。连接器76被推入配合到第一端体22的第二大体圆柱形部分74中。第一端体22的第一大体圆柱形部分72与中心体20靠近其第一端38的部分接合，其从壳体94、96伸出。
光纤4的尺寸为可插入喂食管的内腔中，光纤具有传感远端，该传感远端包括可操作以改变指示其所暴露的环境的化学成分的颜色的传感材料。当传感远端暴露在pH值为5.5或更低的环境中时，传感材料可操作以改变颜色。可选择地，或附加地，当传感远端暴露在pH值为4或更低的环境中时，传感材料可操作以改变颜色。传感材料可以包括百里酚蓝、甲基红、溴麝香草酚蓝、酚酞、溴甲酚绿、荧光素、乙醚或通用指示剂中的一种或多种。本领域技术人员在阅读本发明时，根据被视为指示喂食管所需最终位置的特定环境(即物理或化学环境)，将明显地得到其他合适的指示剂。化学或生物指示剂可根据特定预定标记物(例如pH水平)或生物标记物(例如人胃脂肪酶、胃蛋白酶、内因子、粘蛋白和胃泌素)的存在而改变颜色或其他光学特性。
用户界面104可用于通过按下按钮等来驱动测量设备80。这可以向控制单元84发送驱动信号。反过来，控制单元84可以生成发送到光源10的控制信号，以使其发射辐射。例如，控制单元84可操作以使光源10能够发射输入辐射脉冲。例如，输入辐射脉冲可以在6至10毫秒的范围内。例如，输入辐射脉冲可以是8毫秒的持续时间。
输入辐射脉冲的至少一部分入射到第二透镜8上，如上所述，第二透镜8被布置成通常准直该输入辐射。一部分准直输入辐射穿过两个轴向延伸的弓形孔34、36，并被第一透镜6接收。第一透镜6被布置成将这部分输入光聚焦在光纤4的端部或接近光纤4的端部。为了实现这一点，光纤4、连接器76、第一端体22和第一端体22之间的啮合使得光纤4的端部布置在第一透镜6的焦平面处或靠近第一透镜6的焦平面。该输入光沿着光纤传播并照亮其传感远端。
例如，光源10可以用波长在405nm到685nm范围内的白光照亮传感远端。
输入辐射的一部分被传感远端的传感材料反射。反射辐射(可称为输出辐射)的颜色取决于传感材料的颜色。
输出辐射在光纤4的近端处输出。应当理解，由于光纤4的端部可布置在第一透镜6的焦平面处或靠近第一透镜6的焦平面，因此，第一透镜可用于准直输出辐射。
第三透镜14被布置成将从第一透镜6的中心部分接收的该输出辐射的一部分聚焦到传感器16上。为了实现这一点，传感器16可以被布置在第三透镜14的焦平面处或靠近第三透镜14的焦平面。
传感器16可操作以产生指示输出辐射的一种或多种特性(例如其颜色或色调)的一个或多个信号。这些信号被传送到控制单元84，控制单元84可操作以根据这些信号来确定输出辐射的一种或多种特性。
第一透镜6、第二透镜8和第三透镜14是同轴的，并且限定了装置2的轴12。应当理解，第二透镜8的轴可限定辐射系统的轴，第三透镜14的轴可限定传感器系统的轴。因此，第一透镜6、辐射系统(由第二透镜8和光源10形成)和传感器系统(由第三透镜14和传感器16形成)通常是同轴的。辐射系统和传感器系统都布置在第一透镜6的同一侧。
装置2(尤其是子组件25)提供了一种布置，该布置可操作以将辐射耦合到光纤4中或耦合出光纤4。
应当理解，一般而言，辐射可在以与光纤的光轴(在光纤的端部)不同角度的范围内进入和/或离开光纤4。该辐射锥的范围由光纤4的数值孔径定义。应当理解，以与该轴不同角度进入或离开光纤4的辐射的光线将穿过第一透镜6的不同部分。以相对较小的角度进入或离开光纤的光线穿过第一透镜6的中心部分，而以相对较大的角度进入或离开光纤的光线穿过第一透镜6的外部。
应当理解，由于第一透镜6、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，并且辐射系统和传感器系统均布置在第一透镜6的同一侧，因此，辐射系统和传感器系统中的一个(可称为近端系统)布置在第一透镜6和辐射系统和传感器系统中的另一个(可称为远端系统)之间。具体而言，在上述实施方式中，传感器系统布置在第一透镜6和辐射系统之间，使得传感器系统被布置成接收来自第一透镜6的中心部分的辐射。因此，在本实施方式中，传感器系统可称为近端系统，辐射系统可称为远端系统。
传感器系统被布置成接收来自第一透镜6的中心部分的辐射。传感器系统导致辐射系统的中心遮蔽使得辐射系统无法向第一透镜6的中心部分提供辐射。然而，辐射系统被布置成向第一透镜6的外部提供辐射。因此，将传感器系统耦合到第一透镜6的光或来自第一透镜6的光通常来自与将辐射系统耦合到第一透镜6的光或来自第一透镜6的光的角度分布的不同部分。以相对较小的角度进入或离开光纤的光线耦合到传感器系统，而以相对较大的角度进入或离开光纤的光线耦合到辐射系统。
如下面所讨论的，根据本发明第一方面的装置2由于许多原因是有利的。
首先，由于光学元件6、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，因此，装置2提供了用于耦合进光纤和耦合出光纤的紧凑布置。这与例如其中辐射系统和传感器系统的光轴通常相互垂直并且使用分束器将两者耦合到光纤4的布置形成对比。
其次，如现在所讨论的，装置2比其中辐射系统和传感器系统的光轴平行但偏移、并且其中辐射系统和传感器系统通过分束器耦合到光学元件的布置更有益。同样，装置2提供紧凑布置，特别是在通常垂直于装置2被布置为耦合进和耦合出的光纤4的光轴的尺寸上。
此外，对于其中传感器系统可操作以确定输出辐射的颜色的实施方式，输入辐射可包括白光，并且可能希望最小化传感器16接收的输入辐射的量(以便最大化颜色饱和)。如上所述，利用其中辐射系统和传感器系统通常同轴、并且两者布置在光学元件的同一侧上的布置，将辐射系统耦合到光学元件的光通常来自将光学元件与传感器系统耦合的光的角度分布的不同部分。因此，如果将装置2耦合到的光纤4的末端切割成扁平和方形，则从光纤4的末端反射的所有输入辐射将传回辐射系统而不是传感器系统。
被布置成使得传感器16从第一透镜6接收的输出辐射包括从第一透镜16的中心部分接收的辐射的传感器系统出于许多原因是有利的。首先，离开光纤的辐射强度随着相对于光轴(在光纤端面)的角度的增加而减小。此外，通过选择输出辐射的这个中心部分，散度效应被最小化，因为由传感器系统接收的辐射的角度扩展被最小化。当传感器系统被布置成确定输出辐射的光谱特性(例如色调)时，这是特别有利的，因为这样的色散效应可能影响这样的测量。
应当理解，辐射系统产生的一些辐射可以被传感器系统阻断。然而，即使耦合到光纤4中的(白)光的量显著减少，通过对光学元件输出辐射的中心部分采样的传感器系统实现的输出辐射强度的增加，以及传感器系统所允许的入口孔径的增加(对于给定尺寸的光学元件)，仍然可以提高整体效率。
现在参考图10和11描述可替换图6和图7所示的上述中央壳体20的中央壳体120的另一种实施方式。图10是中央壳体120的横截面图，图11是中央壳体120的端视图。应当理解，中央壳体120可以具有与图6和图7中所示的中央壳体20相同的特征。以下仅详细描述差异，并且应当理解，在两种实施方式中大体相同的任何特征(且仅在细微细节上不同)在两种实施方式中共享共同的参考标号。
中央体120为大体圆柱形。与图6和图7中的中央壳体20一样，中央体120是中空的，有一个中心孔135从中穿过。图6和图7中中央体20的两个轴向延伸的弓形孔34、36分别被轴向延伸的圆形横截面孔134、136所替代。圆形横截面孔134、136仍可被视为将中央壳体120划分为相互同轴的内管部分26和外管部分28。内管部分26可被视为位于圆形横截面孔134、136的径向内侧的中央壳体的部分，外管部分28可被视为位于圆形横截面孔134、136的径向外侧的中央壳体的部分。第一组圆形横截面孔134(通常替换第一弓形孔34中的一个)通过两个径向相对的腹板部分30、32与第二组圆形横截面孔136(通常替换第二弓形孔36中的一个)分离，腹板部分30、32通常在内管部分26和外管部分28之间径向延伸。
应当理解，除了两个腹板部分30、32(所占用的空间与传感器PCB 42提供的遮蔽物一致)，通过在相邻圆横截面孔134、136之间提供材料，在内管部分26和外管部分28之间形成额外的连接。
以与图6和图7所示实施方式类似的方式，在使用中，辐射系统输出的输入辐射的至少一部分由第二透镜8准直，然后通过轴向延伸的孔134、136传播到第一透镜6。
从制造角度来看，这种使得从辐射系统到第一透镜6的辐射的光路包括多个圆形横截面孔的布置可能更方便。例如，这种圆形孔形状可能特别适合于制造工艺，如计算机数控(CNC)加工工艺。圆形横截面孔134、136可以在数控车床上原位钻孔，并且可以比图6和图7所示实施方式中的弓形孔34、36更容易形成。此外，到达第一透镜6的辐射量的任何减少都可能是微不足道的。
与图6和图7所示的实施方式一样，在使用中，传感器16被收容在靠近中央体120第二端44的内管部分26的端部中。与图6和图7所示的实施方式一样，内管部分26包括埋头孔，该埋头孔形成用于传感器16的大体圆形支架可紧靠的肩部145。该肩部145为传感器16形成方便的定位特征，并且有助于将传感器16准确放置在光轴12上。此外，在本实施方式中，在中央体120的第二端44上形成径向延伸的槽147或凹口，形成环形肩145的埋头孔形成在所述槽147中。槽147通常延伸穿过中央体120的第二端44，并且其尺寸能够容纳传感器PCB42。同样，槽147可以形成传感器PCB 42的装配和/或对准特征，辅助装置2的组装。它还可以约束传感器PCB 42，减少其移动。同样，孔48形成在一个腹板部分30中，以帮助使用螺钉46将传感器PCB 42连接到中央体120的第二端44。
此外，在中央体120的第二端44处，外管部分28的外表面具有一些特征，这些特征可能有助于定位和组装第二端体24。特别是在第二端44处，中央体120的外管部分28是阶梯形的，以便提供直径较小的部分151，在使用中，该部分可至少部分被收容在第二端体24内。此外，外管部分28的主要(较大直径)部分设有两个径向相对的扁平部分149。这些扁平部分149可与第二端体24内部的互补特征接合，以提供对准和/或装配特征。另外或可选地，在较小直径部分151和外管部分28的主要(较大直径)部分之间形成的台阶可与第二端体24内部的互补特征接合，以提供对准和/或装配特征。
此外，在中央体120的第一端38处，外管部分28的外表面具有可帮助定位和组装第一端体22的特征。特别是在第一端38处，中央体120的外管部分28是阶梯形的，以便提供在使用中可以至少部分地被收容在第一端体22内的较小直径部分153。在较小直径部分153和外管部分28的主要(较大直径)部分之间形成的台阶155可与第一端体22内部的互补特征接合，以提供对准和/或装配特征。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施方式，但是应当理解，本发明可以在与上述不同的情况下实施。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，可以在不脱离权利要求的范围的情况下对本发明进行修改。

Claims (12)

1.一种用于将辐射耦合进和耦合出光纤的装置，所述装置包括：
光学元件，用于将辐射耦合进和耦合出光纤；
辐射系统，可操作以产生输入辐射，所述辐射系统被布置成使得所述光学元件至少部分地接收所述输入辐射；和
传感器系统，用于接收来自所述光学元件的输出辐射，并且可操作以产生指示所述输出辐射的至少一种特性的信号；
其中，所述光学元件、辐射系统和传感器系统通常是同轴的，并且所述辐射系统和所述传感器系统均设置在所述光学元件的同一侧。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器系统被布置在所述光学元件和所述辐射系统之间，使得所述传感器系统被布置成接收来自所述光学元件的中心部分的辐射。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学元件包括凸透镜。
4.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述辐射系统包括可操作以产生所述输入辐射的辐射源和布置在所述辐射源和所述光学元件之间的辐射系统光学器件。
5.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述传感器系统包括传感器和传感器系统光学器件，所述传感器系统光纤器件被布置成将所述输出辐射聚焦到所述传感器上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传感器为颜色传感器集成电路。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述传感器包括传感元件的二维阵列，例如光电二极管。
8.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于所述光学元件、辐射系统和传感器系统的支架。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述支架还包括光纤连接部。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述支架包括一个或多个用于所述光学元件、辐射系统和传感器系统中的一个或多个的啮合特性。
11.一种测量设备，其包括：
上述任意一项权利要求所述的装置；
电源；和
控制单元，所述控制单元可操作以：
控制来自所述辐射系统的辐射发射；
从所述传感器系统接收信号，所述信号指示由此接收的所述输出辐射的至少一种特性，以从所述传感器系统接收的信号中确定所述输出辐射的所述至少一种特性。
12.一种用于确定远程位置属性的系统，所述系统包括：
根据权利要求11所述的测量设备；和
具有传感远端的光纤，所述传感远端包括传感材料，所述传感材料可操作以改变指示其所暴露的环境的化学成分的颜色。
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