CN114206215A - 用于车辆驾驶员中分析物的非侵入性测量的系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于非侵入性测量车辆驾驶员中的分析物并基于分析物的测量控制车辆的系统。至少一个固态光源被配置为发射不同波长的光。样本设备被配置为将由至少一个固态光源发射的光引入车辆驾驶员的组织中。一个或多个光学检测器被配置为检测未被车辆驾驶员的组织吸收的一部分光。控制器被配置为基于由一个或多个光学检测器检测到的光来计算车辆驾驶员组织中的分析物的测量，确定车辆驾驶员组织中的分析物的测量是否超过预定值，并且向被配置为控制车辆的设备提供信号。
Description
申请人
汽车交通安全联合公司
发明人
Johannes Koeth
Nicolas Koslowski
对未决在先专利申请的引用
本专利申请要求2019年6月12日由汽车交通安全联合公司和Johannes Koeth等人提交的未决的在先美国临时专利申请序列号62/860，413的权益，该在先美国临时专利申请用于车辆驾驶员中分析物的非侵入性测量系统（SYSTEM FOR NON-INVASIVE MEASUREMENTOF AN ANALYTE IN A VEHICLE DRIVER）（律师案卷号ACTS-4 PROV），该专利申请特此通过引用并入本文。
背景技术
本申请总体上涉及一种用于非侵入性测量车辆驾驶员中分析物的系统和方法。更具体地，本申请涉及一种测量定量光谱系统，用于利用与多元分析组合的非侵入性技术测量例如酒精、酒精副产物、酒精加合物或滥用物质之类的分析物的存在或浓度。
酒精测量的当前实践是基于血液测量或呼吸测试。血液测量限定了确定酒精中毒水平的黄金标准。然而，血液测量需要静脉或毛细血管样本，并涉及重要的处理预防措施，以便最小化健康风险。血液样本一旦被提取必须正确标记并且运送到临床实验室或其他合适的位置，在那里临床气相色谱仪通常用于测量血液酒精水平。由于程序的侵入性和涉及的样本处理量，因此血液酒精测量通常限于关键情形，诸如交通事故、嫌疑人要求这种类型测试的违规行为以及涉及伤害的事故。
呼吸测试由于其较小的侵入性而在该领域中更常遇到。在呼吸测试中，受试者必须让空气进入仪器足够的时间和足够的容量，以实现稳定的呼吸流量，该稳定的呼吸流量源自肺部深处的肺泡。然后，该设备测量空气中的酒精含量，该空气中的酒精含量通过呼吸-血液分配系数与血液酒精相关。美国使用的血液-呼吸分配系数是2100（每毫克EtOH/dL空气中隐含的毫克EtOH/dL血液单位），并且其他国家在1900到2400之间变化。分配系数的可变性是由于它高度依赖于受试者的事实。换句话说，每个受试者将具有取决于他或她的生理状况在1900到2400范围中的分配系数。由于在现场应用中无法获得每个受试者的分配系数知识，因此每个国家假设在全球范围内适用于所有测量的单个分配系数值。在美国，在DUI案件中的被告经常使用在全球范围内适用的分配系数作为阻碍起诉的理由。
呼吸测量具有附加的限制。首先，“口腔酒精”的存在可错误地提升呼吸酒精测量。这必需在进行测量之前有15分钟的等待时段，以便确保没有口腔酒精。出于类似的原因，观察到打嗝或呕吐的个体需要延迟15分钟。呼吸测量之间通常需要10分钟或更多的延迟，以允许仪器返回到与环境空气和零酒精水平的平衡。
此外，呼吸酒精测量的准确度对许多生理和环境因素敏感。
多个政府机构和整个社会寻求对血液和呼吸酒精测量的非侵入性替代方案。
定量光谱学为完全非侵入性酒精测量提供了潜力，它对当前测量方法的限制不敏感。虽然通过定量光谱学对生物属性的非侵入性确定已经被发现是高度合期望的，但是实现起来非常困难。作为示例，感兴趣的属性包括分析物存在、分析物浓度（例如，酒精浓度）、分析物浓度的改变方向、分析物浓度的改变速率、疾病存在（例如，酒精中毒）、疾病状态及其组合和子集。经由定量光谱学的非侵入性测量是合期望的，因为它们是无痛的，不需要从身体抽取液体，几乎没有污染或感染的风险，不生成任何危险废物，并且可以具有短的测量时间。
已经提出了用于生物组织属性的非侵入性确定的几种系统。这些系统包括结合了偏振测量、中红外光谱、拉曼光谱、克罗莫斯克、荧光光谱、核磁共振光谱、射频光谱、超声波、透皮测量、光声光谱和近红外光谱的技术。然而，这些系统没有取代直接和侵入性的测量。
作为示例，Robinson等人在美国专利No. 4,975,581中公开了一种用于使用红外光谱结合多元模型来测量生物样本中未知值的特征的方法和装置，所述多元模型是根据经验从已知特征值的生物样本的光谱集合导出的。上述特征通常是诸如酒精的分析物的浓度，但也可以是样本的任何化学或物理特性。Robinson等人的方法涉及包括校准和预测步骤二者的两步骤过程。
在校准步骤中，红外光被耦合到已知特征值的校准样本，使得作为组成样本的各种成分和分析物的函数，红外辐射的至少几个波长的已知特征值存在衰减。红外光通过使光穿过样本或通过使光反射离开样本而耦合到样本。样本对红外光的吸收导致光的强度变化，该变化是光波长的函数。对于已知特征值的校准样本集，测量在几个波长的最小值处结果得到的强度变化。然后，使用多元算法将原始或变换的强度变化根据经验与校准样本的已知特征进行关联，以获得多元校准模型。该模型优选计及受试者可变性、仪器可变性和环境可变性。
在预测步骤中，红外光被耦合到未知特征值的样本，并且多元校准模型被应用于从该未知样本测量的适当光波长的原始或变换强度变化。预测步骤的结果是未知样本的特征的估计值。Robinson等人的公开内容通过引用并入本文。
授予Thomas等人的题为“Method and Apparatus for TailoringSpectrographic Calibration Models”的美国专利No. 6,157,041中公开了建立校准模型并使用这样的模型预测组织的分析物和/或属性的另外方法，该美国专利的公开内容通过引用并入本文。
在美国专利No. 5,830,112中，Robinson描述了一种用于非侵入性分析物测量的组织稳健采样的通用方法。该采样方法利用了组织采样附件，该组织采样附件通过光谱区域对用于测量诸如酒精的分析物的光程进行了优化。该专利公开了用于测量从400至2500nm的组织光谱的几种类型的光谱仪，包括声光可调谐滤光器、分立波长光谱仪、滤光器、光栅光谱仪和FTIR光谱仪。Robinson的公开内容通过引用并入本文。
尽管已经进行了大量的工作来尝试生产商业上可行的基于非侵入性近红外光谱的系统来确定生物属性，但是目前还没有这样的设备可用。据信，由于一个或多个原因，上面讨论的现有技术系统未能完全满足组织光谱特征带来的挑战，这使得非侵入性测量系统的设计成为艰巨的任务。因此，存在对于商业上可行的系统的大量需要，该商业上可行的系统并入具有足够准确度和精确度的子系统和方法以对人体组织中的生物属性进行临床相关的确定。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于非侵入性测量车辆驾驶员中的分析物并基于分析物的测量控制车辆的系统。该系统包括至少一个固态光源、样本设备、一个或多个光学检测器（有时在本文中也称为光电检测器）和控制器。该至少一个固态光源被配置为发射不同波长的光。样本设备被配置为将由该至少一个固态光源发射的光引入车辆驾驶员的组织中。该一个或多个光学检测器被配置为检测未被车辆驾驶员的组织吸收的一部分光。控制器被配置为基于由该一个或多个光学检测器检测到的光来计算车辆驾驶员组织中的分析物的测量，确定车辆驾驶员组织中的分析物的测量是否超过预定值，并且向被配置为控制车辆的设备提供信号。
在一个构造中，提供了一种新奇的组织界面设备，其中该新奇的组织界面设备将采样和数据采集的功能组合在邻近组织表面布置的单个单元中。
本发明的另一个实施例涉及一种非侵入性测量车辆驾驶员中的分析物并基于分析物的测量控制车辆的方法。样本设备将由该至少一个固态光源发射的不同波长的光引入车辆驾驶员的组织中。一个或多个光学检测器检测没有被车辆驾驶员的组织吸收的一部分光。控制器基于由该一个或多个光学检测器检测到的光来计算车辆驾驶员组织中分析物的测量。控制器确定车辆驾驶员组织中分析物的测量是否超过预定值，并基于车辆驾驶员组织中分析物的测量控制车辆。
在一个方法中，使用了一种新奇的组织界面设备，该组织界面设备将采样和数据采集的功能组合在邻近组织表面布置的单个单元中。通过考虑以下详细描述、附图和权利要求书，可以阐述本公开的附加特征、优点和实施例。此外，应当理解，本公开的前述概述和以下详细描述二者都是示例性的，并且旨在提供进一步的解释，而不进一步限制要求保护的本公开的范围。
在本发明的一个优选形式中，提供了一种供在标识样本中分析物存在中使用的样本界面设备，其中样本界面设备向样本传送多个单色光束并从样本接收反向散射光，样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由该同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于将多个单色光束传送到样本并检测从样本返回的散射光的方法，该方法包括：
提供样本界面设备，该样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由该同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号；
将多个单色光束引入样本界面设备的低吸收率注入区，使得多个单色光束被传送到样本；和
使用样本界面设备上的多个同心定位的环形光电传感器来检测从样本返回的散射光。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于样本中分析物的非侵入性测量的系统，其中该系统包括：
照明单元，用于生成多个单色光束，其中多个单色光束构成多个不同的波长；和
采样单元，用于接收来自照明单元的多个单色光束，将那些单色光束传送到样本，接收从样本返回的散射光，并将散射光转换成对应的电信号用于后续处理和分析物评估，其中采样单元包括：
样本界面设备，该样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由该同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号。
在本发明的另一优选形式中，提供了一种用于检测样本中分析物的方法，该方法包括：
提供一种系统，其中该系统包括：
照明单元，用于产生多个单色光束，其中多个单色光束构成多个不同的波长；和
采样单元，用于接收来自照明单元的多个单色光束，将那些单色光束传送到样本，接收从样本返回的散射光，并将散射光转换成对应的电信号用于后续处理和分析物评估，其中采样单元包括：
样本界面设备，该样本界面设备包括：
照明单元，用于生成多个单色光束，其中多个单色光束构成多个不同的波长；和
采样单元，用于接收来自照明单元的多个单色光束，将那些单色光束传送到样本，接收从样本返回的散射光，并将散射光转换成对应的电信号用于后续处理和分析物评估，其中采样单元包括：
样本界面设备，该样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由该同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号；
将多个单色光束引入样本界面设备的低吸收率注入区，使得多个单色光束被传送到样本；和
使用样本界面设备上的多个同心定位的环形光电传感器来检测从样本返回的散射光。
附图说明
结合在本说明书中并构成其一部分的附图图示了本发明的优选实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。除了可能对于基本理解本公开及其可以实践的各种方式所必要的之外，没有试图更详细地示出本公开的结构细节。
图1是并入公开的子系统的非侵入性光谱系统的示意描绘。
图2是三分量系统中净属性信号概念的图形描绘。
图3是设计成控制固态光源的驱动电流的电子电路的实施例，包括用于开启和关断光源的装置。
图4是设计成控制固态光源的驱动电流的电子电路的实施例，包括用于开启和关断光源以及变更所期望的驱动电流的装置。
图5是图1的照明/调制子系统的实施例，包括布置成阵列的多个单独的固态光源，其输出被引入六边形横截面的内反射光均匀化器。
图6是半导体芯片中单个激光发射器的实施例。
图7是照明/调制子系统的实施例，其中多个激光发射器安装到公共载体。
图8是照明/调制子系统的实施例，其描绘了由包含24个发射器（12个不同波长，每个波长2个发射器）的单个半导体芯片组成的激光棒。
图9是光纤耦合器的实施例的示意图，该光纤耦合器收集从图8中所示的激光棒实施例中的每对发射器发射的光，并将单个光纤组合成输出束或线缆。
图10是将4个不同的光纤耦合器的输出组合成单个输出孔径/束的实施例，其中每个耦合器耦合到不同的激光棒。
图11是适合用于使来自照明/调制子系统的输出孔径/束的光均匀化的光均匀化器的示例性实施例。
图12是图1的组织采样子系统的元件的透视图。
图13是保持样本（例如，用户的手指）的组织采样子系统的人体工程学装置的视图。
图14是组织采样子系统的采样表面的实施例，其示出了照明和收集光纤的布置。
图15是组织采样子系统的采样表面的替代实施例。
图16是组织采样子系统的采样表面的替代实施例，其针对一些基于固态光源的照明/调制子系统的小发射区进行了优化。
图17是当局部干扰物存在于组织上时，采样表面和组织之间的界面的示意图。
图18是图1的数据采集子系统的示意表示。
图19是混合校准形成过程的图解。
图20表明了用于检测局部干扰物存在的多元校准异常值度量的有效性。
图21示出了1300和3000 K黑体辐射器在100-33000 cm1（100-0.3
）范围内的归一化近红外（NIR）光谱。
图22示出了本发明示例性实施例的部件的示意图。
图23描绘了使用22个波长获取的非侵入性组织光谱。
图24将从图23中的光谱获得的非侵入性组织酒精浓度与同期毛细血管血液酒精浓度进行比较。
图25描绘了使用39个波长获取的非侵入性组织光谱。
图26将从图25中的光谱获得的非侵入性组织酒精浓度与同期毛细血管血液酒精浓度进行比较。
图27描绘了包括系统校准、测量和反测量时区的测量时间线的许多可能实施例之一。
图28描绘了并入车辆仪表板中的车辆启动器按钮中的非侵入性监视系统。
图29a描绘了非侵入性测量入口界面的侧视图，其中发射器是直接连接到波长光源的波长均匀化器。
图29b描绘了图29a的非侵入性测量入口界面的俯视图，其中发射器是直接连接到波长光源的波长均匀化器。
图30描绘了非侵入性监视系统的部件，该非侵入性监视系统利用可广泛调谐的激光发射器来提供用于使吸收测量光谱分离的装置。
图31描绘了用于改进平均所需测量时间的测量时间线的许多可能实施例之一，其中初始测量检测到分析物的存在，并且进行后续测量以确定分析物的实际浓度。
图32描绘了非侵入性监视系统，其中通过触摸系统进行主要分析物测量，并通过替代分析物检测系统进行次级测量。
图33描绘了非侵入性监视系统的部件，该非侵入性监视系统利用具有滤光元件的黑体光源来提供分立波长的选择，以组成发射的光源。
图34描绘了从关断状态转换到开启状态期间光源的强度，其中在强度稳定之前进行测量。
图35-40描绘了新奇的组织界面设备，其中该新奇的组织界面设备将采样和数据采集的功能组合在邻近组织表面布置的单个单元中。
具体实施方式
在转向详细图示示例性实施例的各图之前，应当理解，本公开不限于说明书中阐述或各图中图示的细节或方法。还应该理解，术语仅仅是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。已经努力贯穿附图使用相同或同样的附图标记来指代相同或同样的部分。
限定
为了本申请的目的，术语“分析物浓度”通常指代诸如酒精的分析物的浓度。术语“分析物特性”包括分析物浓度和其他特性，诸如分析物的存在或不存在，或者分析物浓度的改变方向或速率，或者可以与分析物浓度结合或代替分析物浓度来测量的生物测定。虽然本公开通常讨论酒精作为感兴趣的“分析物”，但是包括但不限于滥用物质、酒精生物标记和酒精副产物的其他分析物也旨在被本申请中公开的系统和方法覆盖。术语“酒精”用作感兴趣的示例分析物；该术语旨在包括乙醇、甲醇、乙二醇或通常称为酒精的任何其他化学物质。出于本申请的目的，术语“酒精副产物”包括酒精被身体代谢的加合物和副产物，包括但不限于丙酮、乙醛和乙酸。术语“酒精生物标记”包括但不限于γ谷氨酰转移酶（GGT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、平均红细胞体积（MCV）、碳水化合物缺乏的转铁蛋白（CDT）、乙基葡萄糖醛酸苷（EtG）、硫酸乙酯（EtS）和磷脂酰乙醇（PEth）。术语“滥用物质”包括但不限于THC（四氢大麻酚或大麻）、可卡因、M-AMP（甲基苯丙胺）、OPI（吗啡和海洛因）、氧可酮、羟考酮和PCP（苯环利定）。术语“生物测定”指代可以用于标识或验证特定人或受试者身份的分析物或生物特征。本申请公开了利用光谱学解决样本分析物测量需求的系统和方法，其中术语“样本”通常指代生物组织。术语“受试者”通常指代从其获取样本测量的人。
术语“固态光源”和/或“半导体光源”指代基于半导体的所有光源——无论是光谱窄的（例如激光器）还是宽的（例如LED），半导体包括但不限于发光二极管（LED）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、水平腔面发射激光器（HCSEL）、量子级联激光器、量子点激光器、二极管激光器或其他半导体二极管或激光器。术语“二极管激光器”指代有源介质基于半导体的任何激光器，并且包括但不限于双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、分离限制异质结构激光器、分布反馈（DFB）激光器、VCSEL、VECSEL、HCSEL、外腔发射二极管激光器和法布里-珀罗激光器。此外，等离子体光源和有机LED虽然不严格基于半导体，但也在本发明的实施例中设想，并且因此包括在出于本申请目的的“固态光源”和/或“半导体光源”限定之下。
为了本申请的目的，术语“色散光谱仪”指示基于任何设备、部件或部件组的光谱仪，其在空间上将一个或多个波长的光与其他波长的光分离。示例包括但不限于使用一个或多个衍射光栅、棱镜和/或全息光栅的光谱仪。出于本申请的目的，术语“干涉/调制光谱仪”指示一类光谱仪，其基于不同波长的光在时间上对不同频率的光学调制，或者基于光干涉的特性选择性地透射或反射特定波长的光。示例包括但不限于傅立叶变换干涉仪、萨尼亚克干涉仪、模拟干涉仪、迈克尔逊干涉仪、一个或多个标准具（etalons）和/或声光可调谐滤光器（AOTF）。本领域的技术人员将认识到，基于色散和干涉/调制特性的组合的光谱仪——诸如基于层状光栅的光谱仪——也被设想成与本申请中公开的系统和方法一起使用。
本申请公开了在一些示例中使用“信号”作为吸收率或其他光谱测量。信号可以包括在一个或多个波长下获得的关于样本的光谱测量或样本改变的任何测量，例如吸收率、反射率、返回光的强度、荧光、透射、拉曼光谱或测量的各种组合。一些实施例利用一个或多个“模型”，其中这样的模型可以是将信号与期望特性相关联的任何东西。模型的一些示例包括从多元分析方法导出的模型，所述多元分析方法诸如是偏最小二乘回归（PLS）、线性回归、多元线性回归（MLR）、经典最小二乘回归（CLS）、神经网络、判别分析、主成分分析（PCA）、主成分回归（PCR）、判别分析、神经网络、聚类分析和K近邻。基于比尔-朗伯定律的单波长或多波长模型是经典最小二乘法的特殊案例，并且因此包括在出于本申请目的的术语多元分析中。出于本申请的目的，术语“大约”适用于所有数值，无论是否明确指示。术语“大约”通常指代本领域技术人员将认为等同于所陈述的值（即，具有相同的功能或结果）的数字范围。在一些情况下，术语“大约”可以包括舍入到最接近的有效数字的数字。
新奇的系统和方法概论
光谱测量系统通常需要一些手段来分辨和测量不同波长的光，以便获得光谱。实现所期望光谱的一些常见方法包括色散（例如基于光栅和棱镜的）光谱仪和干涉（例如迈克尔逊、萨格纳克或其他干涉仪）光谱仪。并入此类方法的非侵入性测量系统通常受限于色散和干涉度量设备的昂贵性质以及它们固有的大小、易碎性和对环境影响的敏感性。本申请公开了系统和方法，其可以提供用于使用诸如发光二极管（LED）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、水平腔面发射激光器（HCSEL）、二极管激光器、量子级联激光器之类的固态光源或其他固态光源并且使用诸如光电二极管的光学检测器来生成、分辨和记录与样本相互作用的不同波长的光的强度的替代方法。
总体参考各图，所公开的系统通过并入在一些实施例中包括优化子系统的设计，克服了由组织的光谱特性带来的挑战。该设计应对组织光谱的复杂性、高信噪比（SNR）和光度准确度要求、组织采样误差、校准维护问题、校准转移问题以及许多其他问题。子系统可以包括照明/调制子系统、组织采样子系统、数据采集子系统、计算子系统和校准子系统。
本文公开了一种用于通过定量近红外光谱学非侵入性确定人体组织属性的装置和方法。该系统包括为应对组织光谱的复杂性、高信噪比和光度准确度要求、组织采样误差、校准维护问题和校准转移问题而优化的子系统。子系统包括照明/调制子系统、组织采样子系统、数据采集子系统和计算子系统。
本申请进一步公开了允许实现和集成这些子系统中的每一个以便最大化净属性信噪比的装置和方法。净属性信号是近红外光谱中特定于感兴趣属性的部分，因为它与所有其他光谱方差源正交。净属性信号的正交性质使其垂直于任何干扰物种限定的空间，并且因此，净属性信号与这些方差源不相关。净属性信噪比直接关系到定量近红外光谱学非侵入性确定属性的准确度和精确度。
本申请公开了近红外辐射对于分析的使用。在1.0至2.5微米的波长范围（或10000至4000 cm-1的波数范围）中的辐射可以适合用于进行一些非侵入性测量，因为这样的辐射对于包括酒精在内的多个分析物具有可接受的特异性，以及具有可接受的吸收特征的高达几毫米的组织光学穿透深度。在1.0到2.5微米的光谱范围内，组成组织的大量光学活性物质使任何给定物质的测量变得复杂，因为它们的吸收光谱的重叠性质。可以使用多元分析技术来分辨这些重叠的光谱，使得可以实现感兴趣物质的准确测量。然而，多元分析技术可能要求多元校准随着时间的推移保持稳健（“校准维护”），并适用于多种仪器（“校准转移”）。诸如可见光和红外的其他波长区域也可以适合用于所公开的系统和方法。
本申请公开了一种设计光谱仪器的多学科方法，该方法并入对仪器子系统、组织生理学、多元分析、近红外光谱和总体系统操作的理解。此外，已经分析了子系统之间的相互作用，使得很好地理解了整个非侵入性测量设备的行为和要求，并导致商业仪器的设计，该设计将以商业上可行的价格和大小进行具有足够准确度和精确度的非侵入性测量。
本申请还公开了用于与运输系统的独特感测要求一起使用的系统和方法，所述运输系统包括但不限于摩托车、汽车、卡车、船舶、火车和飞行器；其中系统必须在温度、大气压力、海拔、湿度、机械定向、环境照明和环境组成（例如盐、沙、灰尘、烟）环境的宽范围内操作。所公开的系统可以在通过体重、身高、年龄、种族、性别、健康、健康水平和其他人类区分因素的差异而可区分的全部潜在用户范围内操作。所公开的系统可以在完全车辆寿命内保持功能，并维持指示所需维护或可维修单元更换的诊断和指示器（telltale）。所公开的系统可以提供人机界面，该人机界面提供视觉、触觉和/或听觉反馈，以向系统用户告知正确和不正确的测量。该系统可以提供诊断和用户反馈，该诊断和用户反馈指示包括检测有意和无意的系统篡改或测量欺骗的合理和不合理的测量。该系统可以维持操作模式，所述操作模式可以基于管理控制（例如，密码）来使能/禁用。该系统可以使用一个或多个现有的或开发的通信协议向外部运输使能或人机接口系统提供一个或多个通信和/或电力接口，以接收系统操作所需的数据和/或电力，或者使能、禁用或修改外部系统的操作。该系统可以支持在制造、安装和/或通过假体参考设备服务期间允许测量准确度和精确度验证或校准的能力。
新奇的非侵入性系统的子系统被高度优化，以提供组织的可再现且优选均匀的辐射、低组织采样误差、包含感兴趣特性的组织层的深度目标、从组织高效收集漫反射光谱、高光学吞吐量、高光度准确度、大动态范围、卓越的热稳定性、有效的校准维护、有效的校准转移、内置质量控制和易用性。
现在参考图1，在示意图中示出了一种新奇的非侵入性系统5，其能够实现分析物特性测量的准确度和精确度的可接受水平。出于讨论的目的，总体系统5可以被视为包括五个子系统；本领域技术人员将领会所公开功能的其他细分。子系统包括照明/调制子系统100、组织采样子系统200、数据采集子系统300、计算子系统400和校准子系统500。将领会，新奇的非侵入性系统5可以体现在仪器中或被认为是仪器，并且因此在下文中，术语仪器可以被认为指代上下文如此准许的新奇的非侵入性系统5。还将领会，新奇的非侵入性系统5可以体现在设备中或被认为是设备，并且因此在下文中，术语设备可以被认为指代上下文如此准许的新奇的非侵入性系统5（然而，应当领会，术语设备也可以指代上下文如此提交的非侵入性系统5的子系统或元件）。
可以设计和集成子系统，以便实现合期望的净属性信噪比。净属性信号是近红外光谱中特定于感兴趣属性的部分，因为它与其他光谱方差源正交。图2是三维系统中净属性信号的图形表示。净属性信噪比直接关系到定量近红外光谱学非侵入性属性确定的准确度和精确度。
子系统提供组织的可再现且优选空间均匀的辐射率、低组织采样误差、组织的适当层的深度目标、从组织高效收集漫反射光谱、高光学吞吐量、高光度准确度、大动态范围、卓越的热稳定性、有效的校准维护、有效的校准转移、内置质量控制和易用性。下面更详细地讨论每个子系统。
照明/调制子系统100
照明/调制子系统100生成用于询问样本（例如，人类的皮肤组织）的光。
在使用色散或干涉度量光谱仪的经典光谱学中，多色光源（或从感兴趣的样本发射的光）的光谱要么通过空间色散不同波长的光（例如，使用棱镜或衍射光栅）要么通过将不同波长的光调制到不同频率（例如，使用迈克尔逊干涉仪）来测量。在这些情况下，需要光谱仪（不同于光源的子系统）来执行在空间上或时间上“编码”不同波长的功能，使得每个波长可以基本上独立于其他波长进行测量。虽然色散和干涉度量光谱仪在本领域中是已知的，并且可以在一些环境和应用中充分发挥其功能，但是它们可能受到其成本、大小、易碎性、信噪比（SNR）以及在其他应用和环境中的复杂性限制。
并入在所公开的系统中的固态光源的优点是光源可以独立地进行强度调制。因此，可以使用发射不同波长光的多个固态光源，其中每个固态光源以不同的频率调制，或者根据预限定的方案（诸如由哈达玛或类似方法限定的方案）共同调制。独立调制的固态光源可以光学组合成单个光束并引入样本。一部分光可以从样本收集并由单个光电检测器（有时也在本文中称为光学检测器）测量。结果是在照明/调制子系统中提供了固态光源，由于从测量系统中消除了光谱仪，因此可以在大小、成本、能耗和总体系统稳定性方面提供显著的益处。此外，由于所有波长都是独立调制的，并且可以组合成单个光束，因此单个元件光电检测器（而不是光电检测器阵列）适合用于检测所有分析物光。相对于具有多个光电检测器元件的系统和实施例，这可以表示系统复杂性和成本方面的显著降低。
必须考虑并入固态光源的用于测量分析物特性的系统的几个参数，几个参数包括但不限于执行所期望测量所需的固态光源的数量、固态光源的发射轮廓（例如，光谱宽度、强度）、固态光源的稳定性和控制以及它们的光学组合。由于每个固态光源都是分立元件，因此将多个固态光源的输出组合成单个光束可以是有利的，使得它们被一致地引入并从样本收集。
此外，固态光源的调制方案也必须考虑，因为一些类型的源可以服从强度的正弦调制，而其他类型的源可以服从被开启或关断或者方波调制。在正弦调制的情况下，基于系统的电子设计，可以在不同的频率下调制多个固态光源。由多个源发射的光可以被光学组合，例如使用光导管或其他均匀化器，从感兴趣的样本引入和收集，并且然后由单个光学检测器测量。结果得到的信号可以经由傅立叶变换或类似变换转换成强度对波长的光谱。
替代地，一些固态光源在开和关状态之间切换，或者服从哈达玛变换方法的方波调制。然而，在一些实施例中，不是在测量期间的不同时间阻挡或通过不同波长的传统哈达玛掩模，而是哈达玛方案可以在电子器件中实现，因为固态光源可以在高频下循环。哈达玛变换或类似变换可以用于确定强度对波长的光谱。本领域的技术人员将认识到，存在同样适合用于本发明的哈达玛编码方法的替代方案。
在一个实施例中，使用47个波长哈达玛编码方案，并将其描绘为二进制数矩阵。每行对应于哈达玛方案的一个状态，并且每列对应于测量系统中的波长。对于每个状态，值“1”指示波长（例如激光二极管）在该状态下是开启的，而值“0”指示波长在该状态下是关断的。每个状态的每个测量对应于一次扫描。由照明/调制子系统100发射的光由组织采样子系统200传送到样本。数据采集子系统300中的光电检测器收集、检测、数字化并记录一部分光。然后测量并记录哈达玛方案中的下一个状态（例如，对于该状态，不同的波长集是开启的）。该过程一直持续到所有的哈达玛状态都被测量（本文称为“哈达玛循环”）。一旦哈达玛循环完成，通过计算记录的强度对状态数据的点积和哈达玛方案的矩阵逆来确定强度对波长的光谱。虽然上述哈达玛编码的示例包括47个波长，但是本领域技术人员将认识到，具有其他数量波长的哈达玛方案同样适合用于本发明。
固态光源的另一个优点是，许多类型（例如激光二极管和VCSEL）发射窄范围的波长（这在一定程度上确定了测量的有效分辨率）。因此，不需要利用光学滤光器或其他方法来成形或缩小固态光源的发射轮廓，因为它们已经足够窄了。由于降低了系统复杂性和成本，这可能是有利的。此外，一些固态光源（诸如二极管激光器和VCSEL）的发射波长经由供应的驱动电流、驱动电压或通过改变固态光源的温度在一定波长范围内可调谐。该方法的优点是，如果给定的测量需要特定数量的波长，则系统可以通过在其可行范围内调谐更少的分立固态光源来实现更少的分立固态光源的要求。例如，如果非侵入性特性的测量需要二十个波长，则可以使用十个分立的二极管激光器或VCSEL，在测量过程期间，十个中的每一个被调谐到两个不同的波长。在这种类型的方案中，通过改变固态光源的每个调谐点的调制频率或者通过将调制方案与扫描方案相组合，傅立叶或哈达玛方法仍然是适当的。
此外，如果给定激光器的发射波长随时间漂移或改变，则二极管激光器的调谐特性允许其通过改变其驱动电流、驱动电压、温度或其组合而返回到其目标发射波长。
可以在跨越电磁光谱的紫外和红外区域的多种波长下测量分析物特性。对于皮肤中的体内测量，诸如酒精或滥用物质，1000 nm至2500 nm区域的近红外（NIR）区域可能是重要的，这是由于光谱信号对于感兴趣的分析物以及人类皮肤中存在的其他化学物质（例如水）的敏感性和特异性。
此外，分析物的吸收率足够低，以至于近红外光可以穿透几毫米进入感兴趣分析物所驻留的皮肤。2000 nm到2500 nm的波长范围可能特别有用，因为它包含组合波段，而不是在NIR区域的1000到2000 nm部分中遇到的较弱、不太明显的泛音。
除了光谱可见区域中的通常可用的LED、VCSEL和二极管激光器外，还存在发射波长遍及NIR区域（1000至2500 nm）的情况下可用的固态光源。
这些固态光源适合用于所公开的分析物和生物测定特性测量系统。可用的NIR固态光源的一些示例是由
生产的VCSEL、从
可用的VCSEL、量子级联激光器和激光二极管，以及从Roithner Laser、SacherLasertechnik、NanoPlus、Mitsubishi、Epitex、Dora Texas Corporation、MicrosensorTech、SciTech Instruments、Laser 2000、Redwave Labs和Deep Red Tech可用的激光器和二极管。包括这些示例是为了说明的目的，并且不旨在限制适合与本发明一起使用的固态光源的类型。
在照明/调制子系统100的实施例中，微控制器可以用于控制每个固态光源。微控制器可以被编程为包括哈达玛或其他编码方案中限定的状态（例如，根据该方案限定的状态集来关断和开启单独的固态光源）。然后，微控制器可以在每个状态下以预定的测量时间循环通过每个状态。不存在每个状态的测量时间必须相等的限制。除了对每个固态光源的“关”和“开”控制之外，微控制器还可以为固态光源温度以及驱动电流和驱动电压提供全局（跨所有固态光源）和单独的设定点。此类实施例使能控制波长调谐和/或改进照明/调制子系统100的稳定性。本领域的技术人员将认识到，对微控制器的替代方案是可用的，其提供与所描述的微控制器实施例基本相同的功能。
测量分辨率和分辨率增强
在色散光谱仪中，光谱测量的有效分辨率通常由系统中孔径的宽度确定。分辨率限制孔径通常是入口狭缝的宽度。在检测光谱仪内的光的焦平面上，形成狭缝的多个图像，其中不同的波长位于焦平面上不同的空间位置。因此，独立于一个波长的相邻波长检测该一个波长的能力取决于狭缝的宽度。较窄的宽度允许以可以通过光谱仪的光量为代价在波长之间的更好分辨率。因此，分辨率和信噪比通常是彼此权衡的。
干涉度量光谱仪在分辨率和信噪比之间具有类似的权衡。在迈克尔逊干涉仪的情况下，光谱的分辨率部分地通过移动反射镜平移的距离来确定，越长的距离导致越大的分辨率。结果是距离越大，完成扫描所需的时间就越多。
在本发明的测量系统的情况下，光谱的分辨率由每个分立固态光源的光谱宽度确定（无论是不同的固态光源、调谐到多个波长的光源还是其组合）。对于需要高分辨率的分析物特性的测量，可以使用二极管激光器或其他合适的固态激光器。激光器发射的宽度可以非常窄，这转化为高分辨率。在需要中到低分辨率的测量应用中，LED可能是合适的，因为它们通常比固态激光器替代方案具有更宽的发射轮廓（输出强度分布在更宽的波长范围内）。
固态光源的有效分辨率可以通过使用或组合不同类型的光学滤光器来增强。固态光源的光谱宽度可以使用一个或多个光学滤光器来变窄或衰减，以便实现更高的分辨率（例如，更紧的发射波长范围）。在本发明的实施例中设想的光学滤光器的示例包括但不限于：线性可变滤光器（LVF）、电介质堆叠、分布式布拉格光栅、光子晶体晶格滤光器、聚合物膜、吸收滤光器、反射滤光器、标准具、诸如棱镜和光栅的色散元件以及量子点滤光器。
用于改进从本发明实施例获得的测量分辨率的另一手段是去卷积。去卷积和其他类似的方法可以用来隔离在两个或更多个宽的重叠固态光源之间存在的信号差异。例如，具有部分重叠发射轮廓的两个固态光源可以并入测量系统中。可以从样本和生成的光谱获取测量（经由哈达玛方案、傅立叶变换或其他合适的变换）。在了解固态光源的发射轮廓的情况下，可以从光谱去卷积轮廓，以便增强光谱的分辨率。
固态光源波长和强度的稳定和控制
固态光源、特别是激光器的峰值发射波长可以通过改变固态光源的热状态或电特性（例如，驱动电流或驱动电压）而被影响。在半导体激光器的情况下，改变热状态和/或电特性变更半导体晶格结构的光学特性或物理尺寸。结果是器件内的腔间距的改变，这变更了发射的峰值波长。由于固态光源展现出这些效应，因此当它们用在光谱测量系统中时，发射峰值波长及其相关联强度的稳定性可能是重要的参数。因此，在测量期间，控制每个固态光源的热状态和电特性二者在总体系统稳健性和性能方面可以是有利的。
此外，可以利用由热状态和电条件引起的光学特性的改变来允许单个固态光源被调谐到多个峰值波长位置。这可以导致可以测量比分立固态光源数量更多的波长位置的分析物特性测量系统，这可以降低系统成本和复杂性。
使用多种方法可以实现温度稳定。在一些实施例中，在没有附加的控制温度的情况下，可以通过将温度升高到高于（或冷却到低于）环境条件来稳定一个或多个固态光源。在其他实施例中，可以使用控制回路将一个或多个固态光源主动控制到设定温度（冷却或加热）。例如，适合用于本发明实施例的温度回路电路可以包括热电冷却（TEC）的VCSEL封装，该VCSEL封装包括热电冷却器和精密热敏电阻。精密热敏电阻可以连接到惠斯通电桥，该惠斯通电桥可以连接到被配置为驱动热电冷却器的电流驱动电路。
固态光源的电特性也影响固态光源的发射轮廓（例如，发射的波长位置）。使被供应给一个或多个固态光源的电流和/或电压稳定可能是有利的。例如，VCSEL和许多二极管激光器的峰值发射取决于驱动电流。对于峰值波长的稳定性很重要的实施例，驱动电流的稳定性成为重要的品质因数。在这种情况下，电子电路可以被设计为向VCSEL或二极管激光器供应稳定的驱动电流。电路的复杂性和成本可能取决于所需的驱动电流稳定性。图3示出了适合与本发明实施例一起使用的电流驱动电路。图4示出了适合与本发明实施例一起使用的另一电流驱动电路。本领域技术人员将认识到，电流控制电路的替代实施例在本领域中是已知的，并且也可以适合与本发明一起使用。此外，一些固态光源需要控制驱动电压，而不是驱动电流；本领域技术人员将认识到，设计成控制电压而不是电流的电子电路是容易获得的。
在一些实施例中，诸如VCSEL或二极管激光器的单个固态光源在测量过程期间被调谐到多个波长。为了实现固态光源的调谐，可以修改图3中所示的电路，以分别包括温度设定点和电流的控制。在一些实施例中，调谐温度或驱动电流和驱动电压足以实现峰值发射波长的期望调谐。在其他实施例中，可能需要控制温度以及驱动电流和驱动电压二者，以实现期望的调谐范围。
此外，用于测量和稳定峰值发射波长的光学装置也可以并入结合本发明实施例描述的系统中。法布里-珀罗标准具可以用于提供相对波长标准。可以指定标准具的自由光谱范围和精细度，以提供允许主动测量和VCSEL或二极管激光器峰值波长控制的光学通带。
该标准具的示例性实施例使用具有部分镜面的热稳定的扁平熔融石英板。对于要求每个VCSEL或二极管激光器提供多个波长的系统，可以选择标准具的自由光谱范围，使得其透射峰值与调谐所期望的波长间距一致。本领域技术人员将认识到，存在对于本申请可行的许多光学配置和电子控制电路。替代的波长编码方案使用色散光栅和次级阵列检测器将VCSEL或二极管激光器波长编码到阵列上的空间位置。对于基于色散的方案或基于标准具的方案，可以使用具有与主光学检测器相比不太严格的性能要求的次级光学检测器。通过允许对于任何漂移进行实时校正，主动控制可以降低VCSEL温度和电流控制电路的稳定性要求。
用于多波长照明/调制子系统的实施例和方法
图5示出了照明/调制子系统100的示例性实施例，其中10个单独的固态光源101被布置成平面阵列。在一些实施例中，固态光源101单独容纳在诸如TO-9、TO-56或其他标准封装之类的它们自己的封装中。这些封装可以用透射窗密封或者不密封。在其他实施例中，固态光源101可以放置在公共载体上，并且结果得到的组装件放置在外壳中。外壳可以密封或不密封。每个固态光源101的温度可以独立控制，其中每个固态光源101具有其自己的用于控制温度的装置，或者共同使用用于控制温度的单个装置。
由固态光源101发射的光被均匀化器102（图5）收集和均匀化，并被传送到组织采样子系统200的输入。在本发明的一些实施例中，封装密度（单独的固态光源101可以彼此放置得多近）是不利的，并且限制了可以使用的固态光源101的数量。在这样的实施例中，用于将固态光源101发射的光聚集到较小区域的装置可能是有利的。在随后的段落中讨论用于高效聚集光并耦合到组织采样子系统200的装置。
在一些实施例中，采用了单独固态光源的平面阵列的替代方案。单独固态光源101（激光二极管）的示例在图6中示出并且包括半导体芯片103和激光发射孔径104。
在另一个实施例中，累积数量的单独固态光源101被划分成一个或多个组。如图7中所见，一个或多个组内的每个固态光源101安装在公共载体105上（每组一个载体），在其他固态光源101之间具有预定义的间距。该方法被称为光源“载体”。载体105可以由例如陶瓷形成。在该实施例中，不同的波长可以来自不同的源，例如，切割成激光芯片的不同晶片。多个激光芯片可以形成固态光源101。这允许通过组合来自几个源（晶片、不同供应商等）的激光来适应多个波长。该方法的优点是固态光源组装件的更少数量以及固态光源位置相对于彼此的已知关系。这进而允许相对于控制单独的固态光源而言温度受控封装的减少数量的潜力。此外，由于封装内的固态光源相对于彼此位于固定且已知的位置，因此使能实现更高效的光耦合方法。
在其他实施例中，多个固态光源位于相同的物理半导体结构内，以便进一步减少照明/调制子系统100中的部件数量。在这样的实施例中，单个半导体结构内的固态光源101可以是相同波长、不同波长或其组合。当固态光源101是激光二极管或其他固态激光器时，这些实施例被称为“激光棒”106（图8）。类似于载体实施例，激光棒106的优点是每个固态光源101的非常好的特征和特定位置。总体而言，激光棒106导致单独半导体的数量、系统部件的总数以及因此子系统复杂性和成本的显著减少。
可以使用相同波长的多个固态光源101来增加该波长的光功率。在一些实施例中，相同波长的固态光源101彼此相邻并且非常接近，以便允许高效的光耦合。图8示出了由12组2个激光二极管（总共24个激光发射器）组成的激光棒106。形成对107的两个激光器具有共同的波长，并且每个对107具有与其他对不同的波长（在该实施例中，棒106上有12个有区别的波长）。每对107与相邻对107间隔480微米，并且一对107的两个发射器101之间的间距为5微米。在采用DFB二极管激光器的实施例中，通过将具有不同节距的光栅应用于每对107，使用单个半导体芯片实现不同的波长。DFB激光器的发射通常是单模的，这在一些实施例中是有利的。本领域技术人员将认识到载体105和棒106实施例所包含的总固态光源101及其发射波长的大量排列。本文公开的实施例不旨在限制本发明的范围。
在一些实施例中，用于每个发射器的专用热电冷却器的成本和大小可能令人望而却步，并且单个全局冷却器或温度控制可能不提供足够的局部温度控制。在这样的情况下，可以使用固态光源附近的局部加热供应件来实现半导体结构内的局部温度控制。加热供应件的实施例是固态光源附近的局部电阻器，其允许所施加的电流被转换成局部热量。该方法允许单个温度控制供应件应用大部分加热/冷却负载，而局部温度控制供应件允许对于每个固态光源进行微调。这允许更高程度的稳定性以及通过改变局部温度来调谐每个激光器的发射波长的能力。
固态光源与组织采样子系统200高效耦合的策略
无论实施例的固态光源驻留在单独的封装中还是被分组到更小数量的载体或棒上，固态光源发射孔径的密度都不是理想的，因为相邻的固态光源之间总是存在有限的距离。例如，该间距可以由单独的固态光源封装的大小以及允许有限间距散热的需要来驱动。在本发明的一些实施例中，发射孔径的密度不是问题，并且可以使用光均匀化器来收集、组合和均匀化单独固态光源的输出，该光均匀化器的横截面足够大以包含照明/调制子系统100中的所有固态光源发射孔径。然而，在这种情况下，在光均匀化器输出的光子通量低于理想值，因为来自固态光源的光已经基本均匀地分布在整个横截面区域上。这对应于系统集光率的降低，这在一些实施例中可能是不利的。在集光率的降低应该被最小化的实施例中，存在将单独固态光源发射孔径的输出更高效地组合的多种策略。本发明的几个实施例并入光纤108（图8），光纤108是用于收集来自固态光源101或一对固态光源107的光并将其与从系统中的其他固态光源101或一对固态光源107收集的光组合的装置。多个单独的光纤108可以捆扎成线缆109。在一个实施例中，在图9中图示，光纤108收集来自十二个固态光源101或固态光源对107中的每一个的光。十二个光纤108可以捆扎成线缆109。许多固态光源的发射孔径的直径可以是几微米的数量级。本发明的一些实施例可以使用大芯多模光纤（与电信中经常使用的小芯单模光纤相反）。相对于发射孔径的小直径，大的光纤直径允许光纤以在所有维度上数十微米的对准公差从发射孔径收集光。取决于发射孔径的间距和光纤108的大小，来自多于一个孔径的光可以被给定的光纤收集（见图9）。
这样的方法的优点在于，它允许通过使用等效或更小数量的光纤来组合任何数量的固态光源的输出。然后，光纤的相对端可以组合成一束。在一些实施例中，该束是圆形六角包。对于给定数量的给定直径的光纤，该配置表示最小的横截面积，并且因此维持最大的光子通量和集光率。此外，光纤允许制造固态光源（例如诸如激光棒）的线性或其他几何布置，而同时维持将它们的输出组合成小面积孔径的能力，这允许将收集的光高效地耦合到组织采样子系统200。激光棒组装件可以包括激光棒106、具有电触点的陶瓷载体105、光纤耦合器（未图示）、铜微工作台（未图示）和热电冷却器（未图示）。该组装件可以容纳在诸如工业标准蝶形封装的气密封装中。在一些实施例中，光均匀化器可以放置在光纤束的输出，以便在空间上和/或角度上使单独光纤的输出均匀化。在这样的实施例中，横截面积可以与光纤束的面积匹配，以便最小化光子通量和集光率的任何降低。在一些实施例中，输出束处的光纤布置可以与光均匀化器的横截面（例如，正方形、六边形等）相匹配。
光纤耦合方法还允许具有固态光源孔径的多个组装件组合成单个输出孔径。例如，图10示出了4个激光棒106，每个激光棒具有12对激光发射器107（见图8）。多模光纤110（图10）用于收集来自每个发射器对107（总共48个光纤108）的光。然后，48个光纤108的相对端组合成圆形六角包输出套圈111。
照明/调制子系统输出的均匀化的方法和装置
诸如光学漫射器、光导管和其他扰频器的光均匀化器112（图11）可以并入照明/调制子系统100的一些实施例中，以便在组织采样子系统200的输入处提供可再现的并且优选地均匀的辐射。图11示出了示例光均匀化器112，其包括磨砂玻璃漫射器和具有两个相对弯曲部的六边形横截面光导管。均匀的辐射可以确保良好的光度测定准确度以及组织的匀称照明。均匀的辐射还可以减少与固态光源之间制造差异相关联的误差。在本发明的各种实施例中，可以利用均匀的辐射来实现准确且精确的测量。参见例如通过引用并入本文的美国专利No. 6,684,099。
磨砂玻璃板是光学漫射器的示例。该板的磨砂表面有效地扰动了从固态光源及其转移光学器件发出的辐射的角度。光导管可以用于使辐射强度均匀化，使得其在光导管的输出处是空间上均匀的。此外，具有双弯曲部的光导管将扰动辐射的角度。为了创建均匀的空间强度和角度分布，光导管的横截面不应是圆形的。正方形、六边形和八边形横截面是有效的加扰几何形状。光导管的输出可以直接耦合到组织采样子系统200的输入，或者可以在光被发送到组织采样子系统200之前与附加的转移光学器件结合使用。参见例如序列号为09/832,586的美国专利申请“Illumination Device and Method for SpectroscopicAnalysis”，该美国专利申请通过引用并入本文。
组织采样子系统200
图1示出了组织采样子系统200的布置在照明/调制子系统100和数据采集子系统300之间。参考图1，组织采样子系统200将照明/调制子系统100生成的辐射引入样本（例如，受试者的组织），收集未被样本吸收的辐射部分，并将该辐射发送到数据采集子系统300中的光学检测器用于测量。
图12至图17描绘了示例性组织采样子系统200的元件。
参考图12，组织采样子系统200具有光学输入202、形成询问组织的组织界面206（图17）的采样表面204以及光学输出207（图12）。子系统进一步包括在图13中描绘的人体工程学装置210，其保持采样表面204并将组织定位在界面206处。输出211向处理电路发送信号，该处理电路可以是例如微处理器。在示例性子系统中，包括对组织界面206进行恒温的设备。在其他实施例中，指数匹配流体可以用于改进组织和采样表面之间的光学界面。
改进的接口可以减少错误，并且提高效率，从而改进网络属性信号。参见例如美国专利No. 6,622,032、6,152,876、5,823,951和5,655,530，所述美国专利中的每一个都通过引用并入本文。
组织采样子系统200的光学输入202接收来自照明/调制子系统100的辐射（例如，从光导管出射的光），并将该辐射转移到组织界面206。作为示例，光学输入可以包括以几何图案布置的一束光纤，其从照明/调制子系统收集适量的光。图14描绘了一个示例性布置。该平面图描绘了在采样表面的几何形状中的输入和输出光纤的末端，包括以圆形图案布置的六个簇208。每个簇包括四个中心输出光纤212，它们收集来自组织的漫反射光。在每组四个中心输出光纤212的周围是圆柱形材料215，它确保在中心输出光纤212的边缘和输入光纤214的内环之间有大约100 
的间隙。100 
的间隙对于测量真皮中的乙醇可以很重要。如图14中所示，输入光纤214的两个同心环围绕圆柱形材料215布置。如一个示例性实施例中所示，32个输入光纤围绕四个输出光纤。
图15表明了对组织采样子系统200的簇几何形状的替代方案。在该实施例中，照明和收集光纤以线性几何形状布置。每行可以用于照明或光收集，并且可以是适合于实现足够信噪比（SNR）的任何长度。此外，为了变更采样子系统覆盖的物理区域，行数可以是2或更多。潜在照明光纤的总数取决于固态光源子系统的发射面积的物理大小（例如，取决于实施例的光纤束或光均匀化器的横截面面积）和每个光纤的面积。在一些实施例中，可以使用多个固态光源子系统来增加照明光纤的数量。如果收集光纤的数量导致面积大于数据采集子系统300的光电检测器，则随后是孔径的光导管或其他均匀化器可以用于减小组织采样子系统200的输出面积的大小。光导管或其他均匀化器的目的是确保每个收集光纤对通过孔径的光有基本相等的贡献。在一些实施例中，光均匀化器可以被省略，并且孔径可以自己使用。在其他实施例中，光电检测器的活跃区域用作孔径（例如，不存在明显的孔径）。在这种情况下，没有入射到活跃区域的光被有效地渐晕。
在本发明的组织采样子系统200的一些实施例中，光学探针与样本相互作用的部分可以由两个或更多个线性光纤带的堆叠组成。这些布置允许针对感兴趣的样本和测量位置（例如，手、手指）适当地设计光学探针接口的大小和形状。图16示出了基于带状线性堆叠的组织采样子系统200的示例性实施例。关于供在本发明中使用的合适实施例的附加细节可以在序列号为12/185,217和12/185,224的共同未决的美国专利申请中找到，所述共同未决的美国专利申请中的每一个都通过引用并入本文。
在组织分析物测量设备的许多实施例中，光电检测器是系统的限制孔径。在这样的系统中，可以通过并入光学探针设计来优化系统的吞吐量（以及对应的信噪比SNR），该光学探针设计照明样本（组织）的更大区域，同时从与光电检测器的接收立体角一致的更小孔径收集光。
参考图16中的光学探针设计，每个收集光纤（黑色圆圈）被8个照明光纤（白色圆圈）包围。对于每个收集光纤，该面积上的几何差异允许8个照明光纤中的每一个对收集的光有贡献。该方法的净效果是，它允许从黑体光源收集更多的光，并将其传递给样本，而不被限制孔径渐晕。这对于固有地具有大发射面积的光源（诸如许多黑体发射器）可以是有利的。
然而，诸如二极管激光器的半导体光源的光子通量可以比黑体光源的光子通量高得多。因此，有限数量的半导体光源可以以相对于其黑体对应光源更小的立体角传递同等或更好的光子通量。
这可能导致光子发射的立体角（所有半导体光源的组合立体角）小于光电检测器的接收立体角。换句话说，光源、而不是光电检测器是系统的有效限制孔径。在这种情况下，诸如图16中所示的光学探针设计之类的光学探针设计不优化系统的吞吐量和SNR。虽然这样的光学探针适合用于本发明的一些实施例中，但是替代设计可以是优选的。在其他实施例中，照明光纤的数量可以小于或等于收集光纤的数量。这些光学探针设计具有采样表面，该采样表面允许与固态光源发射的较小面积一致的小照明面积，以及与光电检测器的较大面积一致的较大收集面积。因此，改进了系统的总体效率。
组织采样子系统200还可以使用一个或多个通道，其中通道指代照明和收集光纤的特定取向。取向由一个或多个照明光纤的角度、一个或多个收集光纤的角度、一个或多个照明光纤的数值孔径、一个或多个收集光纤的数值孔径以及一个或多个照明光纤和一个或多个收集光纤之间的分离距离组成。多个通道可以同时或连续结合使用，以改进非侵入性测量的准确度。
在一个实施例中，使用了双通道组织采样子系统200。在该示例中，两个通道在测量相同的组织结构。因此，每个通道从不同的视角提供对相同组织的测量。第二视角帮助提供附加的光谱信息，其帮助解耦由于散射和吸收所致的信号。参考图17，光纤组（在该示例中为一个源、一个接收器#1和一个接收器#2）可以被复制1到N次，以便增加采样面积并改进光学效率。每个光纤可以具有不同的数值孔径和角度（
）。光纤X和Y之间的距离确定了源-接收器的分离。此外，可以添加附加的源通道，其创建4通道组织采样子系统200。本领域技术人员将认识到通道数量和通道之间关系的大量可能的变化。
在使用多通道采样器进行非侵入性葡萄糖测量的实验中，结果指示，当与任一单独通道相比时，两个通道的组合提供了更好的测量准确度。虽然该示例使用两个通道，但附加通道可以提供附加信息，从而可以进一步改进测量。
多通道组织采样子系统200的另一个方面是改进检测和减轻样本上存在的诸如汗液或洗液的局部干扰物的能力。图17是存在局部干扰物的多通道组织采样子系统200的图解。图17示出了组织界面处的采样子系统、局部干扰物层和组织。在该示例中，局部干扰对每个通道测量的贡献是相同的。这提供了将两个通道中存在的共同局部干扰信号从对于两个通道将不同的组织信号解耦的潜力。
返回参考图12，成簇的输入和输出光纤安装到成簇的套圈中，套圈安装到采样头216中。采样头216包括采样表面204，该采样表面204被抛光成平坦的，以允许形成良好的组织界面。同样，输入光纤被聚集到连接在输入端的套圈218中，以便与照明/调制子系统100对接。输出光纤的输出端聚集成套圈220，以便与数据采集子系统300对接。
替代地，光学输入可以使用光导管、折射光学器件和/或反射光学器件的组合来将输入光转移到组织界面。重要的是，组织采样子系统200的输入光学器件从照明/调制子系统100收集足够的光，以便实现可接受的净属性信号。
采样头216以瞄准与感兴趣的属性相关的组织区域的方式照射组织，并且可以判别没有行进通过组织的那些区域显著距离的光。作为示例，照明光纤和收集光纤之间的100
间隙可以判别包含很少属性信息的光。此外，采样头216可以对组织的某个区域取平均，以减少由于组织的异质性所致的误差。采样头216可以拒绝镜面的和短光程的射线，并且它可以高效地收集以期望光程行进通过组织的那部分光，以便最大化系统的净属性信号。采样头216可以采用光纤以如上讨论的预定几何形状将光从输入引导到组织。光纤可以以一种图案布置，该图案以包含良好属性信息的组织的某些层为目标。
输入和输出光纤的间距、角度、数值孔径和位置可以以实现有效深度目标的方式布置。除了使用光纤之外，采样头216可以使用非基于光纤的布置，该非基于光纤的布置在组织表面上放置输入和输出区域的图案。非基于光纤的采样头216的适当掩蔽确保了输入光在组织中行进最小距离，并且包含有效的属性信息。最后，采样头216可以被恒温，以预定的方式控制组织的温度。可以设置采样头216的温度，使得由于温度变化所致的预测误差减小。此外，通过设置采样头216的温度，当构建校准模型时参考误差减小。这些方法公开在题为“Method and Apparatus for Non-Invasive Blood Analyte Measurement With FluidCompartment Equilibration”的序列号为09/343,800的美国专利申请中，该美国专利申请通过引用并入本文。
组织采样子系统200可以采用人体工程学装置或导向件210，其以可再现的方式将组织定位在采样表面204上。图13中描绘了将手指可再现地导向至采样表面204的示例人体工程学装置210。人体工程学装置210包括基座217，基座217具有穿过其中的开口219。开口219的大小适于在其中容纳采样头216（图12），以将采样表面204定位成与人体工程学装置210的基座的上表面大致共面。必须仔细注意组织界面206的人体工程学，否则可导致显著的采样误差。例如指尖或前臂的顶部或手掌侧之类的替代部位也可以使用本文描述的系统的变化来适应。
组织采样子系统200的输出将未被组织吸收的光的部分转移到数据采集子系统300中的光学检测器，该部分光已经通过组织行进了可接受的路径。组织采样子系统200的输出可以使用折射和/或反射光学器件的任何组合来将输出光聚焦到光学检测器上。在一些实施例中，收集的光被均匀化（参见通过引用并入本文的美国专利No. 6,684,099，“Apparatus and Methods for Reducing Spectral Complexity in OpticalSampling”），以便减轻可能与样本相关的空间和角度效应。
数据采集子系统300
数据采集子系统300将来自组织采样子系统200的光信号转换成数字表示。图18是数据采集子系统300的示意表示。数据采集子系统300包括光学检测器（光电检测器）302，其接收从组织界面206返回的光，并将该光转换成代表接收到的光的电信号。本发明的至少一个实施例的优点在于，类似于干涉度量光谱仪，仅需要单个元件光学检测器（有时在本文中也称为光电检测器）来测量所有期望的波长。这降低了系统的成本。相比之下，阵列检测器及其支持的电子器件由于其价格昂贵的性质而成为显著的缺点。
数据采集子系统300的光学检测器（光电检测器）302将入射光转换成作为时间函数的电信号。
在1.0 m至2.5 m光谱范围内敏感的光学检测器（光电检测器）的示例包括InGaAs、InAs、InSb、Ge、PbS和PbSe。本发明的示例性实施例利用了1 mm、热电冷却（TEC）、扩展范围的InGaAs光学检测器（光电检测器），该InGaAs光学检测器（光电检测器）对1.0至2.5 
范围内的光敏感。2.5 
、扩展范围的InGaAs光学检测器具有低约翰逊噪声，并且因此，对于从组织采样子系统200发出的光子通量，允许散粒噪声受限的性能。扩展范围的InGaAs光学检测器在2.0至2.5 
光谱区域中具有峰值灵敏度，在2.0至2.5 
光谱区域中，定位有三个非常重要的酒精吸收特征。与液氮冷却的InSb光学检测器相比，热电冷却（TEC）、扩展范围的InGaAs光电检测器对于商业产品可以更实用。
此外，扩展范围的InGaAs光学检测器在1.0至2.5 
光谱范围内展现出超过120dbc的线性度。如果酒精测量系统使用替代波长区域，则替代光学检测器可能是合适的。例如，如果感兴趣的波长范围在300-1100 nm范围内，则硅光电检测器可能是合适的。只要给定的光电检测器满足基本的灵敏度、噪声和速度要求，任何光电检测器都可以使用。
数据采集子系统300的其余部分将来自光学检测器的电信号放大和滤波，并且然后用模数转换器（ADC）将结果得到的模拟电信号转换成其数字表示、进行数字滤波并将数字信号从等时间间距重新采样到等位置间距。模拟电子器件和ADC必须支持信号中固有的高SNR和线性度。为了保持信号的SNR和线性度，数据采集子系统300可以支持至少100 dbc的SNR加失真。数据采集子系统300可以产生信号的数字化表示。在一些实施例中，24位delta- sigma ADC可以在96或192 kHz下操作。在仅有一个信号通道要数字化的系统中（而不是delta- sigma ADC中更常见的两个信号通道），信号可以传递到ADC的两个输入，并在数字化后取平均。该操作可以帮助降低ADC引入的任何不相关噪声。如果系统性能要求准许，则可以使用替代模数转换器，其中样本采集与固态光源调制同步，而不是以等时间间隔捕获。数字化信号可以被传递到计算子系统400用于进一步处理，如下面讨论的。
数据采集子系统300的恒定时间采样技术与其他数字化信号的方法相比具有几个明显的优点。这些优点包括更大的动态范围、更低的噪声、减少的光谱伪像、光电检测器的噪声受限操作以及更简单和更便宜的模拟电子器件。此外，恒定时间采样技术允许对ADC之前模拟电子器件引入的频率响应失真进行数字补偿。这包括放大和滤波电路中的非线性相位误差以及光学检测器的非理想频率响应。均匀采样的数字信号允许应用一个或多个数字滤波器，其累积频率响应是模拟电子器件转移函数的逆（参见例如通过应用并入本文的美国专利No. 7,446,878）。
计算子系统400
计算子系统400执行多种功能，所述多种功能诸如是将从数据采集子系统300获得的数字化数据转换成强度对波长光谱、对光谱执行光谱异常值检查、为确定感兴趣的属性做准备的光谱预处理、感兴趣的属性的确定、系统状态检查、与用户界面相关联的显示和处理要求以及数据转移和存储。在一些实施例中，计算子系统400包含在连接到本发明的其他子系统的专用个人计算机或膝上型计算机中。在其他实施例中，计算子系统400是专用的嵌入式计算机。
在将来自光学检测器（光电检测器）的数字化数据转换成强度对波长光谱之后，计算子系统400可以检查光谱中的异常值或不良扫描。异常样本或不良扫描是违反了测量信号和感兴趣特性之间的假设关系的异常样本或不良扫描。异常状况的示例包括校准仪器在环境温度、环境湿度、振动容限、部件容限、功率水平等的指定操作范围之外操作的状况。此外，如果样本的成分或浓度不同于用于构建校准模型的样本的成分或浓度范围，则可出现异常值。校准模型将在本公开的后面讨论。可以删除任何异常值或不良扫描，并且可以将剩余的良好光谱一起取平均，以产生用于测量的平均单束光谱。强度光谱可以通过取得光谱的以10为底的负对数（-log 10）而被转换为吸收率。吸收光谱可以被缩放以使噪声重新归一化。
结合从校准子系统500获得的校准模型，可以使用缩放的吸收光谱来确定感兴趣的属性。在确定感兴趣的属性之后，计算子系统400可以将结果报告给例如受试者、操作者或管理员、记录系统或远程监视器。计算子系统400还可以报告结果“良好”的置信水平。如果置信水平低，则计算子系统400可以保留结果并要求受试者重新测试。如果需要，则可以传达指导用户执行纠正动作的附加信息。参见例如通过引用并入本文的美国专利申请公开No. 20040204868。结果可以在显示器上视觉地报告，和/或通过音频和/或通过印刷方式报告。附加地，可以存储结果以形成属性的历史记录。在其他实施例中，结果可以被存储并经由互联网、电话线或移动电话服务转移到远程监视或存储设施。
计算子系统400包括中央处理单元（CPU）、存储器、存储装置、显示器，并且优选地包括通信链路。CPU的示例是英特尔奔腾微处理器。存储器可以是静态随机存取存储器（RAM）和/或动态随机存取存储器。存储装置可以用非易失性RAM或磁盘驱动器来完成。液晶、LED或其他显示器可以是合适的。作为示例，通信链路可以是高速串行链路、以太网链路或无线通信链路。计算机子系统400可以例如从接收和处理的干涉图中产生属性测量、执行校准维护、执行校准转移、运行仪器诊断、存储测量的酒精浓度的历史和其他相关信息，并且在一些实施例中，与远程主机通信以发送和接收数据和新的软件更新。
计算系统400还可以包含允许将受试者的酒精测量记录和对应光谱转移到外部数据库的通信链路。此外，通信链路可以用于将新软件下载到计算机并更新多元校准模型。计算机系统可以被视为信息器具。
信息器具的示例包括个人数字助理、使能网络的蜂窝电话和手持计算机。
校准子系统500
结合光谱信息使用校准模型，以便获得酒精测量。在一些实施例中，校准模型通过在多种多样的环境条件下获取多个受试者的血液参考测量和同期光谱数据来形成。在这些实施例中，可以在血液酒精浓度范围内从每个受试者获取光谱数据。在其他实施例中，混合校准模型可以用于测量受试者光谱的酒精浓度。在这种情况下，术语混合模型标示使用体外和体内光谱数据的组合开发了偏最小二乘（PLS）校准模型。数据的体外部分是使用了配置用于透射测量的非侵入性测量系统进行测量的500 mg/dL酒精在水中的0.1 mm光程透射光谱。透射光谱与水的0.1 mm光程透射光谱成比例、转换为吸收率并且归一化为单位光程和浓度。
通过组织的光传播是漫反射光学组织采样器设计、生理变量和波数的复杂函数。因此，通过组织的光的光程具有波数依赖性，这在无散射透射测量中没有遇到。为了计及波数依赖性，使用商业光学射线跟踪软件包（TracePro）经由蒙特卡罗模拟来建模光学组织采样器与人体组织散射特性的相互作用。使用光子-组织相互作用的结果得到的模型，生成了作为波数的函数的穿过真皮和皮下组织层的光的有效光程的估计。有效光程（
）定义为
其中v是波数，
是蒙特卡罗模拟中第i个射线经过的光程[mm]，N是模拟中射线的总数，并且a是（与波数有关的）吸收系数[mm-1]。由于其在体内的大吸收，因此水是唯一对有效光程有显著影响的分析物。因此，为了有效光程计算的目的，使用的吸收系数是生理浓度下的水的吸收系数。然后通过计算的路径函数对（如在透射中测量的）酒精吸收光谱进行缩放，以形成代表由漫反射光学采样器测量的与波数有关的光程的校正酒精光谱。该校正光谱形成了将酒精数学添加到校准光谱的基础光谱。
体内数据包括从没有消耗酒精的人收集的非侵入性组织光谱。通过将酒精纯成分光谱（由各种酒精“浓度”（范围从0到160 mg/dL）加权）添加到非侵入性组织光谱数据，形成混合模型。通过对混合光谱数据的合成酒精浓度进行回归，构建了PLS校正模型。图19是混合校准形成过程的示意表示。该工作中的混合校准使用了在三个月内从133名受试者收集的近似1500个非侵入性组织光谱。
使用混合校准模型、而不是使用从消耗酒精受试者获取的光谱构建的校准模型可以提供显著的优点。混合建模过程使得生成校准光谱成为可能，该校准光谱包含比人类受试者研究中将认为的安全消耗浓度（120 mg/dL被认为是安全上限）高的酒精浓度（例如，高达160 mg/dL）。这可以导致更强的校准，其具有能够更准确地预测更高的酒精浓度的更宽的分析物浓度范围。这可能很重要，因为在现场中观察到的酒精浓度可能是临床研究环境中最大安全剂量的两倍以上。混合校准过程还允许防止酒精和组织中光谱干扰物之间的相关性。例如，将酒精信号随机添加到校准光谱防止了酒精浓度与水浓度相关联。因此，混合方法防止了测量可能虚假地跟踪组织含水量而不是酒精浓度的改变。
合期望的是校准一旦被形成就保持稳定，并在延长的时间段内产生准确的属性预测。该过程被称为校准维护，并且可以由多种方法组成，所述多种方法可以单独使用或结合使用。第一种方法是以固有使其稳健的方式创建校准。几种不同类型的仪器和环境变化可影响校准模型的预测能力。可能的且合期望的是，通过将仪器和环境变化并入校准模型来降低仪器和环境变化的影响量值。
然而，在校准时段期间，难以跨越整个可能的仪器状态范围。系统扰动可能导致仪器在校准模型的空间之外操作。
当仪器处于未充分建模的状态时进行的测量可能展现出预测误差。在对医学上显著的属性进行体内光学测量的情况下，这些类型的误差可导致使系统效用降级的错误测量。因此，在仪器寿命期间使用附加的校准维护技术通常是有利的，以便持续验证和校正仪器的状态。
有问题的仪器和环境变化的示例包括但不限于：诸如水蒸气或CO2气体的环境干扰物水平的改变、仪器光学部件对准的改变、仪器照明/调制子系统100输出功率的波动以及仪器照明/调制子系统100输出的光的空间和角度分布的改变。
如下美国专利中讨论了校准维护技术：美国专利No. 6,983,176，“OpticallySimilar Reference Samples and Related Methods for Multivariate CalibrationModels Used in Optical Spectroscopy”；美国专利No. 7,092,832，“AdaptiveCompensation for Measurement Distortions in Spectroscopy”；美国专利No. 7,098,037，“Accommodating Subject and Instrument Variations in SpectroscopicDeterminations”；和美国专利No. 7,202,091，“Optically Similar ReferenceSamples”，所述美国专利中的每一个都通过引用并入本文。在一些公开的方法中，使用环境惰性的非组织样本，诸如可能包含或可能不包含感兴趣属性的积分球，以便随着时间监视仪器。样本可以以类似于组织测量的方式并入仪器的光程中或与组织采样子系统200对接。样本可以用于透射或反射，并可以包含稳定的光谱特征或不贡献其自身的光谱特征。该材料可以是固体、液体或凝胶材料，只要其光谱稳定或可随时间预测。从样本获取的光谱随时间的任何无法解释的改变都指示仪器由于环境影响而经历了扰动或漂移。然后，光谱改变可以用于校正人类中随后的组织测量，以便确保准确的属性测量。
实现成功校准维护的另一种手段是使用仪器上随时间获取的测量来更新校准。通常，为了执行这样的更新，需要了解感兴趣的分析物特性的参考值。然而，在一些应用中，已知参考值通常但不总是特定值。在这种情况下，即使每次测量都不知道分析物特性的具体值，该知识也可以用于更新校准。例如，在住宅治疗中心的酒精筛查中，绝大多数测量是对遵守个体酒精消耗限制并因此具有为零的酒精浓度的个体执行的。在这种情况下，从根据本发明的各种实施例公开的设备获得的酒精浓度测量或相关联光谱可以与作为参考值的假定零结合使用。因此，校准可以被更新以包括如在现场中获取的新信息。该方法也可以用于执行校准转移，因为在系统制造或安装时可以使用假定为零的测量，以便移除感兴趣的分析物特性测量中的任何系统特定偏差。校准维护更新或校准转移实现可以通过多种手段来实现，所述多种手段诸如但不限于正交信号校正（OSV）、正交建模技术、神经网络、逆回归方法（PLS、PCR、MLR）、直接回归方法（CLS）、分类方案、简单中值或移动窗口、主成分分析或其组合。
一旦形成校准，通常合期望的是将校准转移到所有现有和未来的单元。该过程通常被称为校准转移。虽然不是必需的，但校准转移防止了在每个制造的系统上确定校准的需要。这表示显著的时间和成本节省，其可以影响商业产品的成功或失败之间的差异。校准转移源于光学和电子部件因单位而异的事实，总的而言，这可导致从多个仪器获得的光谱的显著差异。例如，两个固态光源可以具有不同的色温，从而导致两个源的不同光分布。两个光学检测器的响应度也可能显著不同，这可能导致附加的光谱差异。
与校准维护类似，为了有效实现校准转移，可以使用多种方法。第一种方法是用多个仪器构建校准。多个仪器的存在允许在校准形成过程期间确定与仪器差异相关联的光谱变化，并使其与属性信号正交。虽然该方法减少了净属性信号，但它可能是校准转移的有效手段。
附加的校准传递方法涉及明确确定系统光谱特征相对于用于构建校准的光谱特征的差异。在这种情况下，光谱差异然后可以用于在系统上的属性预测之前校正光谱测量，或者它可以用于直接校正预测的属性值。特定于仪器的光谱特征可以根据从感兴趣的系统获取的稳定样本的光谱与用于构建校准的光谱之间的相对差异来确定。校准维护部分中描述的样本也适用于校准转移，参见例如通过引用并入本文的美国专利No. 6,441,388，“Method and Apparatus for Spectroscopic Calibration Transfer”。
酒精测量模态
取决于感兴趣的应用，分析物特性的测量可以考虑两种模态。
第一模态是“向上走”或“通用的”，并且表示分析物特性确定，其中样本（例如，受试者）的先前测量不用于根据当前感兴趣的测量确定分析物特性。在测量体内酒精的情况下，强制影响下的驾驶将落入该模态，因为在大多数情况下，被测试的人先前将不在酒精测量设备上被测量。
因此，该人的先前知识不可用在分析物特性的当前确定中。
第二种模态被称为“注册的”或“定制的”，并且表示来自样本或受试者的先前测量可用在确定当前测量的分析物特性的情形。可以应用该模态的环境的示例是车辆互锁，其中准许有限数量的人驾驶或操作车辆或机器。关于注册和定制应用的实施例的附加信息可以在题为“Method and Apparatus for Tailoring Spectroscopic Calibration Models”的美国专利No. 6,157,041和No. 6,528,809中找到，所述美国专利中的每一个都通过引用并入本文。在注册的应用中，分析物特性测量与生物测定测量的组合可能特别有利，因为相同的光谱测量可以评估预期操作者是否被授权经由生物测定使用设备或车辆，同时分析物特性可以访问他们的健康水平（例如，清醒度）。
用于从光谱信号确定生物测定验证或标识的方法
生物测定标识描述了使用一个或多个物理或行为特征来标识人或其他生物实体的过程。存在两个常见的生物测定模式：标识和验证。
生物测定标识试图回答“我认识你吗
”的问题。生物测定测量设备从目标个体收集生物测定数据集。仅根据该信息，它就评估此人先前是否在生物测定系统中注册。诸如FBI的自动指纹标识系统（AFIS）之类的执行生物测定标识任务的系统通常非常昂贵（几百万美元或更多），并且需要很多分钟来检测未知样本和包含数十万或数百万条目的大型数据库之间的匹配。
在生物测定验证中，相关问题是：“你是你说的那个人吗
”。该模式用于如下情况：个体使用代码、磁卡或其他手段声明身份，并且设备使用生物测定数据通过将目标生物测定数据与对应于声称身份的注册数据进行比较来确认人的身份。用于监视受控环境中酒精或滥用物质的存在或浓度的本装置和方法可以使用生物测定模式。
在这两个模式之间还存在至少一个变体，其也适合用于本发明的各种实施例。该变体出现在注册的数据库中包含少量个体并且生物测定应用需要仅确定目标个体是否在注册的集合中的情况下。在这种情况下，不需要个体的确切身份，并且因此该任务与上述标识任务有些不同（并且通常更容易）。在生物测定系统用于被测个体必须是授权组的部分并且清醒但不需要其特定身份的方法的应用中，该变体可能是有用的。术语“身份特征”包括所有上述模式、变体及其组合或变体。
存在与生物测定测量相关联的三个主要数据元素：校准、注册和目标光谱数据。
校准数据用于建立对于生物测定确定很重要的光谱特征。该数据集由从已知身份的一个或多个个体收集的一系列光谱组织测量组成。优选地，这些数据是在一时间段和条件集之下收集的，使得在每个个体上收集多个光谱，同时它们几乎跨越一个人期望经历的生理状态的完全范围。此外，用于光谱收集的一个或多个仪器通常还应跨越其或姐妹仪器在实际使用中可能看到的仪器和环境影响的完全范围。然后以这样的方式分析这些校准数据，以建立对人与人之间的光谱差异敏感的光谱波长或“因子”（即波长或光谱形状的线性组合），同时最小化对人内部、仪器（仪器内部和仪器之间）和环境影响的敏感性。这些波长或因子然后被用于执行生物测定确定任务。
用于生物测定确定的光谱数据的第二主要集合是注册光谱数据。给定受试者或个体的注册光谱的目的是生成该受试者独特光谱特征的“表示”。从被授权或否则要求被生物测定系统识别的个体来收集注册光谱。每个注册光谱可以在几秒或几分钟的时段内收集。可以从个体收集两个或更多个注册测量，以确保测量之间的相似性，并且如果检测到伪影，则排除一个或多个测量。如果一个或多个测量被丢弃，则可以收集附加的注册光谱。给定受试者的注册测量可以一起取平均，否则可以被组合或者分离存储。在任何情况下，数据都存储在注册数据库中。在一些情况下，注册数据的每个集合与测量光谱的人的标识符（例如密码或键码）相关联。在标识任务的情况下，标识符可以用于记录谁在什么时间访问了生物测定系统的持续目的。对于验证任务，标识符用于提取注册数据的合理集合，并对其执行验证。
用于生物测定系统的数据的第三主要集合是当一个人试图使用生物测定系统进行标识或验证时收集的光谱数据。这些数据被称为目标光谱。使用从校准集获得的分类波长或因子，将它们与注册数据库（或身份验证情况下的数据库子集）中存储的测量进行比较。在生物测定标识的情况下，系统将目标光谱与所有注册光谱进行比较，并且如果一个或多个注册个体的数据与目标光谱足够相似，则报告匹配。如果多于一个注册的个体与目标匹配，则可以报告所有匹配的个体，或者可以报告最佳匹配作为标识的人。在生物测定验证的情况下，目标频谱伴随着使用磁卡、键入的用户名或标识符、应答器、来自另一生物测定系统的信号或其他手段收集的声明身份。然后，声明身份被用于从注册数据库中检索光谱数据的对应集合，对照该光谱数据的对应集合进行生物测定相似性确定，并且身份被验证或拒绝。如果相似性不充足，则生物测定确定被取消，并且可以尝试新的目标测量。
在一个验证方法中，将主成分分析应用于校准数据，以生成光谱因子。然后将这些因子应用于目标光谱和注册光谱之间的光谱差，以生成马氏距离和光谱剩余量值作为相似性度量。仅当前述距离和量值小于为每个距离和量值设置的预定阈值时，才验证标识。类似地，在用于生物测定标识的示例性方法中，针对目标光谱相对于每个数据库光谱计算马氏距离和光谱剩余量值。提供测试光谱的人的身份被确立为与数据库测量相关联的一个人或多个人，该数据库测量给出了小于为每个距离和量值设置的预定阈值的最小的马氏距离和光谱剩余量值。
在示例性方法中，当人试图执行有限数量的人被授权的操作（例如，执行光谱测量、进入受控设施、通过移民检查点等）时，实现标识或验证任务。该人的光谱数据用于标识或验证该人的身份。在该方法中，人通过收集一个或多个代表性组织光谱而初始在系统中注册。如果在注册期间收集了两个或更多个光谱，则仅当它们足够相似时，才可以检查这些光谱的一致性并进行记录，从而限制样本伪像破坏注册数据的可能性。对于验证实现，诸如PIN码、磁卡号码、用户名、徽章、语音模式、其他生物测定之类的标识符或一些其他标识符也可以被收集并与确认的一个或多个注册光谱相关联。
在随后的使用中，可以通过从试图获得授权的人收集光谱来进行生物测定标识。然后可以将该光谱与注册的授权数据库中的光谱进行比较，并且如果与授权数据库条目的匹配好于预定阈值，则进行标识。验证任务是相似的，但是除了收集的光谱之外，可能还需要人呈递标识符。然后，该标识符可以用于选择特定的注册数据库频谱，并且如果当前频谱与选择的注册频谱足够相似，则可以授予授权。如果生物测定任务与仅单个人被授权的操作相关联，则验证任务和标识任务是相同的，并且二者都简化为保证唯一被授权的个体正在尝试该操作，而不需要单独的标识符。
无论模式如何，都可以以多种方式执行生物测定测量，包括但不限于线性判别分析、二次判别分析、K近邻、神经网络和其他多元分析技术或分类技术。这些方法中的一些依赖于确立在人体内校准数据库中的底层光谱形状（例如，因子、载荷向量、特征向量、潜在变量等），并且然后使用标准异常值方法（例如，光谱F比、马氏距离、欧氏距离等）来确定传入测量与注册数据库的一致性。底层的光谱形状可以通过如本文公开的多种手段生成。
首先，可以基于校准数据的简单光谱分解（例如，特征分析、傅立叶分析等）来生成底层光谱形状。
生成底层光谱形状的第二种方法涉及如在题为“Methods and Apparatus forTailoring Spectroscopic Calibration Models”的美国专利No. 6,157,041中描述的通用模型的开发，该美国专利通过引用并入本文。在本申请中，底层光谱形状是通过对人体内光谱特征执行的校准程序来生成的。底层光谱形状可以通过开发基于模拟成分变化的校准来生成。模拟的成分变化可以对由真实的生理或环境或仪器变化引入的变化建模，或者可以简单地是人工光谱变化。
应当认识到，确定底层形状的其他手段将适用于本发明公开的实施例的标识和验证方法。这些方法可以与上述技术结合使用，或者代替上述技术使用。
校准检查样本
除了确保受试者安全的一次性用品外，一次性校准检查样本可以用于验证仪器是否处于正常工作状况。在酒精测量的许多商业应用中，必须验证仪器的状态，以确保后续测量将提供准确的酒精浓度或属性估计。通常在对象测量之前立即检查仪器状态。在一些实施例中，校准检查样本可以包括酒精。在其他实施例中，检查样本可以是环境稳定且光谱惰性的样本，诸如积分球。检查样本可以是注入或流经光谱采样室的气体或液体。检查样本也可以是可以包含酒精的诸如凝胶的固体。检查样本可以被构造成与组织采样子系统200对接，或者它可以被并入系统光程的另一个区域中。意指这些示例是说明性的，并且不限于各种可能的校准检查样本。
改变方向（DOC）和改变速率（ROC）
使用光谱学测量诸如酒精的组织成分的浓度改变的方向和量值的方法被认为在本发明的范围内。从本发明获得的非侵入性测量固有地是半时间分辨的。这允许诸如酒精浓度的属性被确定为时间的函数。时间分辨的酒精浓度然后可以用于确定酒精浓度的改变速率和改变方向。此外，改变方向信息可以用于部分补偿由生理动力学引起的血液和非侵入性酒精浓度的任何差异。参见美国专利No. 7,016,713，“Determination of Directionand Rate of Change of an Analyte”，以及美国申请20060167349，“Apparatus forNoninvasive Determination of Rate of Change of an Analyte”，其中的每一个都通过引用并入本文。已经开发了用于增强速率和方向信号的多种技术。这些技术中的一些技术包括加热元件、红色反应物和指数匹配介质。本发明不限于特定形式的增强或平衡。这些和其他增强是本发明的可选方面。
受试者安全性
非侵入性酒精测量的另一个方面是测量期间受试者的安全性。为了防止测量污染或病原体在受试者之间的转移，使用一次性清洁剂和/或保护表面以便保护每个受试者并防止流体或病原体在受试者之间转移是合期望的，但不是必须的。例如，在一些实施例中，异丙基擦拭物可以用于在测量之前清洁每个受试者的采样部位和/或组织采样子系统的采样表面。在其他实施例中，在每次测量之前，一次性材料薄膜（诸如ACLAR）可以放置在组织采样子系统200和受试者之间，以防止受试者和仪器之间的物理接触。在其他实施例中，清洁和薄膜二者可以同时使用。如在本公开的组织采样子系统部分中所提到的，薄膜也可以附接到定位设备，并且然后应用到受试者的采样部位。在该实施例中，定位设备可以与组织采样子系统200对接，并防止受试者在测量期间移动，同时薄膜起到其保护作用。
局部干扰物
在受试者测量中，采样部位上局部干扰物的存在是重大问题。许多局部干扰物在近红外区域中具有光谱特征，并且因此当存在时可造成显著的测量误差。本发明的某些实施例以三种方式处理局部干扰物的潜在性，这三种方式可以单独使用或彼此结合使用。首先，可以使用类似于主题安全性部分中描述的一次性清洁剂。清洁剂的使用可以由系统操作者决定，或者是测量过程中的强制步骤。也可以使用单独针对不同类型的局部干扰物的多种清洁剂。例如，一种清洁剂可以用于去除油脂和油，而另一种清洁剂可以用于去除诸如古龙水或香水的消费品。清洁剂的目的是在属性测量之前去除局部干扰物，以防止它们影响系统的准确度。
减轻局部干扰物存在的第二种方法是确定采样部位上是否存在一个或多个干扰物。校准子系统500中使用的多元校准模型提供了固有的异常值度量，其产生关于未建模干扰物（局部或其他）的存在的重要信息。因此，它们提供了对属性测量可信度的洞察。图20示出了在临床研究期间从非侵入性测量获取的示例异常值度量值。所有大的度量值（明显与大多数点分离）都对应于意图在受试者的采样部位涂抹油脂的测量。这些度量没有明确标识异常值的原因，但它们确实指示相关联的属性测量值得怀疑。膨胀的异常值度量值（例如，超过固定阈值的值）可以用于触发固定响应，诸如重复测量、应用替代校准模型或采样部位清洁程序。
第三种局部干扰物减轻方法涉及调整校准模型以包括局部干扰物的光谱特征。调整的校准模型可以按需求创建，或从现有的校准模型库选择。库中的每个校准都将以减轻不同的干扰物或者诸如油的干扰物类为目标。在一些实施例中，可以基于原始校准模型无法解释的获取光谱部分来选择适当的校准模型。该部分光谱被称为校准模型残差。因为每个局部干扰物或干扰物类具有唯一的近红外光谱，所以校准模型残差可以用于标识局部干扰物。
然后可以将干扰物的模型残差或纯光谱（从存储的库获得）并入用于形成校准的光谱中。然后用新的光谱对多元校准进行重新形成，使得可以确定与干扰物正交的属性信号部分。然后使用新的校准模型来测量感兴趣的属性，并且从而减少局部干扰对属性测量准确度的影响。当不存在干扰物时，结果得到的模型将以测量精确度为代价来降低干扰物对酒精测量的影响。该过程被称为校准免疫。免疫过程类似于图19中所示的混合校准形成过程，但是包括干扰物的光谱变化的数学加法的附加步骤。应该注意的是，由于免疫过程对测量精确度的影响，可以合期望的是为每个测量标识可能的干扰物并且特别地针对它们进行免疫，而不是试图开发针对所有可能的干扰物进行免疫的校准。附加的细节可以在美国专利申请公开号20070142720“Apparatus and methods for mitigating the effects offoreign interferents on analyte measurements in spectroscopy”中找到，该美国专利申请公开通过引用并入本文。
半导体光源的优点
NIR和IR光谱中使用的大多数光源都是黑体辐射器。黑体辐射器发射的光受普朗克定律支配，普朗克定律指示发射的光的强度是黑体波长和温度的函数。图21示出了100-33000cm-1（100-0.3
）范围内1300和3000 K黑体辐射器的归一化NIR光谱，其中酒精测量设备使用的4000-8000cm-1（2.5-1.25 
）范围被遮蔽。1300 K是陶瓷基黑体光源的合理温度，并且3000 K是经常在光谱应用中使用的石英钨卤素（QTH）灯的合理温度。图21指示，两个黑体光源的光学效率都不理想，因为在用于测量酒精的感兴趣区域之外的波长发射大量光，其中陶瓷光源的光学效率为58%，并且QTH灯仅为18%。
除了光学效率之外，黑体光源还可能具有不良的电效率。实用的黑体光源需要大量的电能，并非所有的电能都转换为发射的光。
对数百个陶瓷黑体光源的电功率和光功率测量示出，在平均24 W电功率（4.4%电效率）下，平均光功率为1.1 W。当与58%的光学效率组合时，陶瓷黑体的总体效率近似为2.5%。换句话说，在24 W的电功率下，在感兴趣的4000到8000 cm1区域中发射近似0.6 W的光功率。由于不是光源发射的所有光都被光学系统的其余部分收集，因此招致另外的损失。
如低电效率所指示，大部分施加的电能转换为热量，其具有超过了高于期望的功率要求的危害。黑体光源生成的热量可具有对光谱测量设备的热状态和稳定性的影响。因此，在一些情形下，设备必须通电，并允许在执行测量之前达到热平衡。与黑体光源相关联的平衡时间可以范围从几分钟到几小时，这在一些情形下可能是不利的。
随着材料电阻改变，黑体光源展现出老化效应。从光学视角来看，存在与光源老化相关联的两个显著影响。
首先，随着电阻增加，发射的光功率量减少。在一个实验中，对于示范性陶瓷黑体光源观察到的随时间推移的测量强度在3500小时内展现出50%的功率降低。强度随时间推移的降级本质上倾向于是指数级的，并且可能需要在规则间隔处更换光源，这在一些部署环境中可能是不利的。
其次，光源的温度改变，这变更作为波长函数的光的分布。取决于色温改变的严重性，光谱设备随时间推移的稳定性可能受到影响。
固态光源不以任何类似于白炽灯的方式严重失效，并且具有范围从50000到100000小时的典型寿命。因此，相对于黑体光源，固态光源提供光源寿命的10 X改进以及日常维护需求的对应减少的潜力。
半导体光源（诸如二极管激光器）当与其黑体光源相比时，可以具有小发射面积。半导体光源的小发射面积由半导体管芯本身的大小驱动。光子发射不能发生在管芯区域之外，因为它是在半导体结构内生成的。小的大小（公共发射面积为0.3 mm×0.3 mm平方，或0.09 mm2）可能是有利的，因为该面积内的任何异质性相对于照明系统的输出大小（其取决于应用可以是几mm2或更大）都将是不显著的。因此，只要管芯（或者，如果采用多个半导体，则为多个管芯）不物理移动，空间输出就将非常稳定。随后的空间均匀化器的目标然后是将管芯发射的光均匀地分布在照明系统输出的整个区域上。
诸如二极管激光器、VCSEL和LED之类的半导体光源的另一个优点是将多于一个管芯并入相同的物理封装中的能力。例如，可以包括相同类型的附加固态光源，以便增加在对应波长的光功率。这样的方法允许对照明系统发射的特定波长和相对强度二者进行前所未有水平的控制。这可以用于强调对给定的感兴趣分析物（诸如酒精）重要的波长，同时减少在不太重要波长的输出。无论固态光源集都是相同类型还是混合，多达数百个光源都可以并入相同的封装，同时保留与诸如酒精的非侵入性分析物测量使用一致的集成光学区域。
半导体光源的另一个优点是选择在给定时间开启哪些光源以及经由电压或电流和温度调谐它们的输出的能力。因此，单个照明系统可以针对多个分析物的测量进行优化。例如，当测量组织中的酒精时，可以激活固态光源的给定集合。同样，当测量诸如胆固醇或葡萄糖的不同分析物时，可以激活固态光源的不同集合。
用于空间和角度均匀化的方法
诸如光学漫射器、光导管和其他扰频器之类的光均匀化器可以并入照明/调制子系统100的一些实施例中，以便在组织采样子系统200的输入处提供可再现的并且优选地均匀的辐射。均匀的辐射可以确保良好的光度测定准确度以及组织的匀称照明。均匀的辐射还可以减少与固态光源之间制造差异相关联的误差。可以利用均匀的辐射来实现准确且精确的测量。参见例如通过引用并入本文的美国专利No. 6,684,099。
磨砂玻璃板是光学漫射器的示例。该板的磨砂表面有效地扰动了从固态光源及其转移光学器件发出的辐射的角度。光导管可以用于使辐射强度均匀化，使得其在光导管的输出处是空间上均匀的。此外，具有双弯曲部的光导管将扰动辐射的角度。为了创建均匀的空间强度和角度分布，光导管的横截面不应是圆形的。正方形、六边形和八边形横截面是有效的加扰几何形状。光导管的输出可以直接耦合到组织采样子系统200的输入，或者可以在光被发送到组织采样子系统200之前与附加的转移光学器件结合使用。参见例如序列号为09/832,586的美国专利申请“Illumination Device and Method for SpectroscopicAnalysis”，该美国专利申请通过引用并入本文。
在示例性实施例中，辐射均匀化器是光导管。光导管通常由金属、玻璃（无定形）、晶体、聚合物或其他类似材料或其任何组合制成。物理上，光导管包括近端、远端和其间的长度。对于该应用，光导管的长度是通过从光导管的近端到远端画一条直线来测量的。因此，光导管的相同区段可以取决于该区段形成的形状而具有不同的长度。该区段的长度随光导管的意图应用而变化。
在示例性实施例中，该区段形成S形光导管。光导管中的S形弯曲在光穿过光导管时提供了光的角度均匀化。然而，认识到，角度均匀化可以通过其他方式实现。可以使用多个弯曲，或者非S形弯曲。此外，假定光导管的内表面在至少一部分长度上包括漫反射涂层，则可以使用直的光导管。当光穿过导管时，涂层提供角度均匀化。替代地，光导管的内表面可以被修改为包括诸如微光学漫射器或透镜之类的凹坑或“微结构”，以实现角度均匀化。最后，磨砂玻璃漫射器可以用来提供一些角度均匀化。
光导管的横截面也可以包括各种形状。特别地，光导管的横截面优选为多边形，以提供空间均匀化。多边形横截面包括具有三至多条边的所有多边形形状。某些多边形横截面被证明改进通道辐射的空间均匀化。例如，当与具有相同长度的圆柱形横截面的光导管相比时，具有六边形横截面的光导管的整个长度提供了改进的空间均匀化。
附加地，贯穿光导管长度的横截面可以变化。照此，沿着光导管长度的一点处的任何横截面的形状和直径可以随着沿着相同区段的第二点处的第二横截面而变化。在某些实施例中，光导管在两端之间是中空结构。在这些实施例中，至少一个内腔或导管可以贯穿光导管的长度。中空光导管的内腔通常具有反射特征。该反射特征有助于将辐射引导通过光导管的长度，使得辐射可以在导管的远端发射。内腔的内径可以进一步具有光滑的、漫射的或有纹理的表面。当辐射穿过光导管的长度时，反射内腔或导管的表面特征有助于在空间和角度上的均匀化辐射。
在附加的实施例中，光导管是实心结构。实芯可以被覆镀、涂覆或包覆。同样，实心结构光导管通常提供内部反射。该内部反射允许进入固体光导管近端的辐射被引导通过导管的长度。然后，被引导的辐射可以被发射出导管的远端，而没有辐射强度的显著损失。
多面椭圆反射器是本发明实施例的示例，其在输出辐射中仅产生部分期望的特征。在多面反射器的情况下，实现了空间均匀化，但没有实现角度均匀化。在其他情况下，诸如将标准系统的输出通过磨砂玻璃，实现角度均匀化，但不实现空间均匀化。在诸如这些的实施例中，其中仅产生角度或空间均匀化（但不是两者都产生），可以预期光谱系统的性能的一些改进。然而，改进的程度将预期不像同时实现辐射的空间和角度均匀化的系统那样大。
用于创建角度和空间均匀化二者的另一方法是在照明系统中使用积分球。尽管通常使用积分球来检测光，尤其是来自散射光样本的光，但是当试图非侵入性地测量分析物时，积分球还没有被用作照明系统的部分。实际上，来自发射器的辐射输出可以耦合到积分球中，其中随后照射通过出口的组织。发射器也可以位于积分球中。积分球将导致异常的角度和空间均匀化，但是该系统的效率显著低于先前指定的其他实施例。
还认识到，可以对本公开的系统进行其他修改，以实现期望的光均匀化。例如，固态光源可以用密封布置的方式放置在光导管内部，这将消除对反射器的需要。此外，光导管可以由积分器代替，其中源放置在积分器内。此外，本系统可以用于非红外应用中，以取决于将进行的分析类型而在不同的波长区域中实现类似的结果。
示例性实施例的描述
在本发明的示例性实施例中（在图22中示意性描绘），非侵入性酒精测量系统由用于测量22个分立波长的13个二极管激光器组成。下面的表1示出了每个二极管激光器和相关联的目标峰值波长的列表，它们将在测量过程期间被询问。
表1
光源# 测量的波长（cm-1）
在该实施例中，每个二极管激光器稳定在恒定温度。基于图5中所示的电路控制每个二极管激光器的峰值波长（每个二极管激光器具有其自己的电路），这也使得二极管激光器能够开启和关断。在测量期间，每个二极管激光器在给定时间的特定状态（开启/关断）由预定的哈达玛或类似的编码矩阵确定。在并入固态光源的示例性实施例中，哈达玛矩阵是每个二极管激光器的开启/关断状态相对于时间的模式，其存储在软件中并在电子器件中实现，而不是将机械调制固态光源的物理掩模或斩波器。这允许存储在软件中的开启/关断状态在测量期间被传送到每个二极管激光器的电子控制电路。
由于表1中的几个二极管激光器负责两个波长的测量，因此可能难以实现并入所有波长的哈达玛方案。在这种情况下，扫描和哈达玛编码的组合可以允许测量所有目标波长。在本实施例中，所有二极管激光器都被调谐到它们的第一目标波长（对于那些具有多于一个目标波长的激光器），并且哈达玛编码方案被用来实现相关联的复用益处。二极管激光器然后可以被调谐到它们的第二目标波长，并且使用第二哈达玛编码方案。仅有一个目标波长的二极管激光器可以在一个或两个组中测量，或者在组之间划分。
此外，各组可以在时间上交错。例如，对于两秒钟的测量，第一组可以测量第一秒钟，并且第二组可以测量第二秒钟。替代地，测量可以以0.5秒的间隔交替进行两秒钟。测量时间不需要在各组之间对称。例如，可以合期望的是通过对一组或另一组的测量时间进行加权来优化信噪比。本领域技术人员将认识到，在本发明的实施例中，测量时间的许多排列、平衡组的数量、平衡扫描与哈达玛的比以及交错是可能的并且是设想的。
在示例性实施例中，每个二极管激光器的输出使用六边形横截面光导管进行组合和均匀化。在一些实施例中，光导管可以包含一个或多个弯曲部，以便除了空间均匀化之外还提供角度均匀化。
无论如何，在光导管的输出，所有二极管激光器的发射优选地在空间和角度上均匀化，使得所有波长在被引入组织采样子系统200的输入时具有基本相等的空间和角度含量。
均匀化的光被引入采样头216的输入。在示例性实施例中，输入由225个0.37 NA二氧化硅-二氧化硅光纤（称为照明光纤）组成，以与光均匀化器的横截面一致的几何形状布置所述225个0.37 NA二氧化硅-二氧化硅光纤（称为照明光纤）。然后，光被转移到采样接口204。光离开采样接口204并进入样本，该光的一部分与样本相互作用并被64个收集光纤收集。在示例性实施例中，收集光纤是0.37 NA二氧化硅-二氧化硅光纤。
采样头216的输出将收集光纤布置成与引入均匀化器一致的几何形状。对于示例性实施例，均匀化器是六边形光导管。均匀化器确保每个收集光纤的含量对测量的光信号有基本相等的贡献。这对于本质上可能是异质的样本（诸如人体组织）可能很重要。均匀化器的输出然后被聚焦到光学检测器（光电检测器）302上。在示例性实施例中，光学检测器（光电检测器）302是扩展范围的InGaAs光电二极管，其输出电流基于入射光的量而变化。
然后，系统5对电流进行滤波和处理，并且然后使用2通道delta-sigma ADC将其转换为数字信号。在示例性实施例中，经处理的模拟光电检测器信号被划分并被引入两个ADC通道。由于示例性实施例涉及具有2个测量组（例如，2个目标波长）的VCSEL，因此哈达玛变换被应用于从每个组获得的光谱信号，并且随后的变换被组合以形成强度光谱。然后，在随后的酒精浓度确定之前，对强度光谱进行以10为底的对数变换。
该示例性实施例适合用于“注册”或“向上走/通用”模态以及将酒精与诸如滥用物质的其他分析物特性相组合的应用。此外，任何所讨论的模态或组合都可以独立或者与生物测定特性的测量相组合地考虑。
在一个示例性使用中，在5个非侵入性酒精系统上从89人获得了3245个酒精测量，该5个非侵入性酒精系统测量了在“向上走”模态中并入22个波长的光谱。测量跨越了宽范围的人口和环境因素。图23示出了从研究中获得的近红外光谱测量。图24将从图23中所示的光谱测量获得的非侵入性酒精浓度与同时期毛细血管血液酒精浓度（BAC）酒精进行比较。
图25中示出了另一个示例性实施例，并且使用了使用39个二极管激光器测量的39个波长。表2示出了二极管激光器及其目标波长。
表2
激光二极管的目标波长
包括组织采样子系统200、光均匀化器、光学检测器（光电检测器）和处理的系统参数的其余部分与较早前述实施例相同。图25示出了在6个非侵入性测量设备上从134人获得的8999个光谱测量。图26示出了相对于静脉血酒精的结果得到的非侵入性酒精测量。
在一些示例性实施例中，可以使用对具有已知分析物特性的样本的少量测量来执行校准转移。在非侵入性酒精测量的情况下，每个仪器可以对不存在酒精的个体执行少量测量。仪器上的任何非零酒精结果都转化为测量误差，其可以用于校正该仪器上的后续测量。用于估计校正的测量数量可以变化，并且通常取决于校正所需的准确度。总的而言，该过程类似于被单独校准的与诸如呼气测试仪的酒精设备一致的特定于仪器校准。
类似的方法可以应用于校准维护。在酒精测试的许多应用中，大多数测量都是在酒精不太可能存在的个体上执行的。例如，在员工定期接受酒精测试的工作场所安全中，员工将不喝酒的可能性比喝醉的可能性大得多（例如，大多数人进入工作场所都不喝酒）。在这种情况下，可以假设真实酒精浓度为零，并且可以使用中值或其他手段来排除不频繁的真实酒精事件，以估计仪器的校正。这可以实现为运行中值滤波器、移动窗口或用于在给定时间确定适当校正的更复杂的多元算法。
本领域技术人员将认识到，本发明可以以不同于本文描述和设想的具体实施例的多种形式表现出来。因此，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行偏离。
正在进行的系统校准
为了在操作条件和时间上维持最大的准确度和精确度，合期望的是刚好在组织测量之前具有关于酒精测量设备状态的信息（例如，有助于测量的光学和电子部件）。这被称为“校准测量”。虽然与电流和温度相关的控制被用于系统的某些敏感部件，但是存在大量的机械和光学误差贡献因素，其可能随着时间和温度而改变。此外，即使控制到位，也可能存在与电气部件的操作相关联的误差，以及与表面处理相关的因素，以及采样头216的可能的光污染，这些也需要考虑。因此，合期望的是刚好在测量感兴趣的组织样本之前，对照已知的标准样本测量设备的完整光学和电学状态。然后，已知标准样本的测量允许随后（或之前）的组织测量针对酒精测量设备的当前状态进行校正。
为了获得校准测量，来自光源/调制子系统100的光由组织采样子系统200传送到已知标准样本，在那里它与已知标准样本相互作用。一部分光被组织采样子系统200收集并耦合到数据采集子系统300中的光电检测器302。实现此的一种方式是使用不同于采样表面（例如，测量皮肤组织的表面）的光纤。在这种情况下，传送到已知标准样本的光将行进与询问皮肤的光不同的光程。在一些实施例中，光程的该差异可以是可接受的。此外，在其他实施例中，光纤本身可以用作已知的标准样本（例如，光纤收集来自照明/调制子系统100的光，并将其直接传送到数据采集子系统300中的光电检测器302。在这些方法的一些实施例中，可以应用选通机制，该选通机制选择在给定时间光电检测器正在测量哪个光程（去往皮肤采样表面的路径或去往校准样本的路径）。虽然这些方法在一些实施例中是可接受的，但是在测量与实际采样头216的光程不同的光程的意义上，它们不是最佳的。
因此，为了对于询问皮肤组织的光和校准标准维持基本相同的光程，需要一种方法来在组织采样子系统200的组织界面206处放置具有已知特征的可移动校准标准。校准样本可以在组织测量前不久进行测量，并且然后取出进行实际测量。虽然校准样本可以手动插入到路径中，但是在一些实施例中，用于插入和取出的自动方法是优选的。
应当注意，本领域技术人员可以设计任何数量的机电或机械机构来实现该目的。
在第一实施例中，可移动盖在近端侧涂覆有合适的反射校准标准材料，并相对于采样头216滑动，从而允许采样头216询问（i）可移动盖近端侧的校准标准材料，或（ii）手指表面。
在第二实施例中，滑动按钮用作半柔性带子的导向件，该半柔性带子涂覆有合适的反射校准标准表面。
滑动按钮的移动允许带子插入采样头216和样本之间，或者从采样头216和样本之间缩回。结果，采样头216可以询问（i）带子近端侧的校准标准材料，或者（ii）手指表面。
应当进一步注意，实施例可以用造型特征和手指导向件来增强，以帮助促进在不改变基本概念的情况下的放置，并且无论呈现手指的背侧、手指的帕尔默侧还是其他皮肤表面，该机构和附加造型特征都将同样良好地工作。
参考图28，图1中描绘的系统可以并入任何运输车辆的启动系统中（包括所有形式的地面、水上和空中行驶）。例如，该系统可以作为点火系统的机电部件并入，所述点火系统的机电部件包括启动按钮、钥匙转动或驾驶员启动动力的其他典型使用形式，以准备运输车辆行驶。
这样的系统可以用于测量试图启动运输车辆的人体内分析物或生物测定标识物的存在或浓度，其中测量的信息用于变更车辆随后的机电响应。例如，生物测定标识可以用于标识特定驾驶员（从可能的驾驶员池中）并修改驾驶员座椅的位置或取向（并因此修改驾驶员的位置或取向）和/或控制诸如信息娱乐设置或车辆致动器设置之类的设置。在另一个示例中，如图27中图示的，该系统可以用于测量分析物的浓度，以使能或禁用启动运输车辆和/或发起替代动作的能力。例如，车辆驾驶员中的酒精测量高于法定阈值可能限制启动运输车辆的能力，而且还触发远程信息处理系统向包括指定驾驶员和/或出租车在内的替代行驶形式提供自动化呼叫。
在另一个实施例中，该系统可以集成在运输车辆控制系统中，该运输车辆控制系统连续地或几乎连续地与操作者接触，诸如方向盘、手柄杆或轭。照此，该系统可以连续地或周期性地或由其他控制逻辑触发进行分析物和/或生物测定测量，其用于影响随后的运输车辆操作或触发替代动作。
在另一个实施例中，该系统可以集成到运输车辆或设施进入系统（例如，门进入、后备箱进入等）中，并因此进行分析物和/或生物测定测量，其用于影响进入和/或进入后的后续控制水平。
在另一个实施例中，该系统可以并入其他运输车辆子系统，其中操作者皮肤和组织采样子系统200之间的直接接触被暂时地、周期性地或持续地维持。维持半被动接触的稍微修改的实施例以及通过操作者发起的动作进行接触的实施例也是可能的。在这样的情况下，可以进行连续或周期性的分析物和/或生物测定测量，这影响随后的运输车辆操作或触发替代动作。
在图28中描述的系统的情况下，操作者和组织采样子系统200之间的人机交互可以被配置为向意图操作者通知系统的存在和意图身体部位和/或位置，其必须与组织采样子系统200耦合以触发测量。例如，可听声音和/或语音和/或照明和/或触觉反馈的使用可以用于教育操作者，提供关于正确测量过程的正/负反馈和/或提供测量结果。
在本发明的示例性实施例中（在图29a和图29b中示意性地描绘），示出了不同于图22中描绘的系统的另一新奇系统，该系统通过将不同波长的分立固态光源直接耦合到均匀化器中，该均匀化器由使所有支持波长上的损失最小化的材料组成，因此减少了对固态光源和均匀化器以及组织感测子系统200之间的耦合机制的需求。在该实施例中，可以控制均匀化器材料、大小、形状和涂层，以优化光透射并最小化损失，同时直接提供组织采样子系统200的发射器。
图7描绘了使用多个不同发射器的系统。在替代实施例中（在图30中描绘），单个发射器可以用具有不同电流路径的几个光栅区创建，当电流组合驱动时，所述不同电流路径产生不同的波长。通过时变驱动哪些光栅组合，可以在时域信号中实现不同的波长。以这样的方式，可以以预定模式及时采样多个波长。光学检测器和处理器中采样序列的知识可以用于获得后续实施例中描述的光谱测量。
在另一个实施例中，该系统进一步包括一个或多个大气、温度和相对湿度传感器，其中从这些传感器导出的测量可用于计算子系统400，以校正和/或改进分析物和/或生物测定测量，以校正由于这些环境影响所致的人体变化，和/或由于扩展系统所致的单独子系统变化（例如，其中组织测量子系统200在空间上或热上不同于照明/调制子系统100；或者其中系统发射器和检测器被温度补偿到固定值（与环境条件无关），但是光纤、均匀化器和耦合器需要基于环境条件的温度补偿。
在进行一些分析物测量的情况下，其中分析物在潜在操作者池中存在的概率较低，可能有利的是进行更快和更简单的测量，以首先确定任何分析物是否明显，并且仅当被检测到时，然后进行分析物浓度的后续测量。这在图31中描绘。例如，在酒精作为分析物的情况下，大多数预期的车辆操作者当试图启动车辆时，其系统中将不具有酒精存在。存在测量可以用于减少平均测量时间。
在许多安全性应用中，至少两个全异的技术传感器必须检测到信号，才做出致动对策的决定。这大大降低了由于未检测到单传感器故障或错误所致的假阳性倾向。在类似的情境下，图32中描述的系统可以被耦合以包括一个或多个独立的传感器，以指示分析物的存在或浓度和/或确认生物测定测量。
图22中的系统描述了利用分立波长固态光源的系统；另一个实施例（在图33中描绘）包括一个系统，该系统利用单个的宽光谱黑体源，该单个的宽光谱黑体源耦合到仅通过意图波长的分立波长滤波器。随后的处理步骤与先前指示的处理步骤保持相同；然而，在检测和判别过程中可以避免不合期望的系统噪声。
对于先前描述的利用二极管激光器的系统实施例，那些器件的上升和下降特征可以基于驱动器和补偿电路以及还基于器件本身的环境温度和机电特性（例如，激光光栅结构、材料、大小、形状和加热/冷却部件）以确定性的方式变化。如图34中图示的，等待直到固态光源强度已经沉降到合期望的水平（T2）可以减少调制时间。为了改进可用于不同波长的多路复用光的调制速率，可以在检测器逻辑中补偿先验上升/下降特性，从而缩短沉降（settling）时间（Tl）。
应该理解的是，前面的一般描述和详细描述二者仅仅是示例性和解释性的，并且不是对本发明的限制。
为了本公开的目的，术语“耦合”指代两个电气或机械部件直接或间接彼此联接。这样的联接可以是本质上静止的，或本质上活动的。这样的联接可以利用两个部件（电气的或机械的）和任何附加的中间构件来实现，这两个部件（电气的或机械的）彼此一体形成为单个统一体，或者利用这两个部件或者这两个部件和任何附加的构件彼此附接。这样的联接本质上可以是永久性的，或者替代地，本质上可以是可移除的或可释放的。
如在优选和其他示例性实施例中示出的漫射器的结构和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本系统的几个实施例，但是审阅本公开的本领域技术人员将容易领会，在实质上不脱离本公开中所述主题的新奇教导和优点的情况下，许多修改是可能的（例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、取向等的变化）。因此，在本发明的范围和精神内，本领域技术人员从本公开中可获得的所有此类修改都将被包括作为本发明的另外实施例。根据替代实施例，任何过程或方法步骤的次序或序列可以改变或重新排序。在不脱离本申请的精神的情况下，可以在优选和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
新组织界面设备
在前面的描述中，公开了一种用于车辆驾驶员中分析物的非侵入性测量的新奇系统5，其中该系统包括：
（i）照明/调制子系统100，用于生成多个单色光束，其中该多个单色光束构成多个不同的波长；
（ii）组织采样子系统200，用于（从照明/调制子系统100）接收多个单色光束，并将那些单色光束传送到车辆驾驶员的组织，并用于（从车辆驾驶员的组织）将返回光束（有时在本文中被称为“散射光”）接收返回，其中返回光束是传送到车辆驾驶员组织的单色光束的修改；和
（iii）数据采集子系统300，用于（从组织采样子系统200）接收返回光束，并将那些返回光束转换成对应的电信号，用于后续处理和分析物评估。
并且在前面的描述中，组织采样子系统200包括：包含多个光纤的光学输入202、包含多个光纤的光学输出207以及包含光学输入光纤的输出端和光学输出光纤的输入端的采样表面204（由采样头216承载）。调谐到不同波长的多个激光器将单色光束传送到光学输入202的光纤，并且光学输出207的光纤将返回光束（即“散射光”）传送到提供在数据采集子系统300中的光学检测器（光电检测器）302（例如一个或多个光电二极管），在那里产生前述对应的电信号。这些电信号然后被处理用于分析物评估。
如下文将讨论的，在本发明的另一种形式中，本发明包括一种新组织界面设备，该新组织界面设备将组织采样子系统200和数据采集子系统300的功能组合在邻近组织表面布置的单个单元中。
显著地，新组织界面设备不限于供在车辆驾驶员中分析物的非侵入性测量中使用，而还可以用于其他分析物检测系统中，鉴于本公开，这对本领域技术人员而言将是清楚的。
新组织界面设备的目标
新组织界面设备被设计成促进对放置在新组织界面设备的检测器表面上的组织、液体、凝胶和复合材料，或者被导向到新组织界面设备的检测器表面的致密气体进行光谱分析的快速和可靠的界面。
新组织界面设备的使用特别包括但不限于通过在人类指尖上的测量来检测血液酒精。
新组织界面设备的具体使用将确定连接到新组织界面设备的光源（例如，它们的波长）和光谱装置的详情。被分析的目标分析物还确定连接到组织界面设备的光源（例如，它们的波长）和光谱装置的详情。换句话说，并且如本领域技术人员将领会的，连接到新组织界面设备的特定光源和连接到新组织界面设备的光谱装置的特定配置将根据待评估的目标分析物而变化。
上述组织采样子系统200中使用的方法的缺点
上述组织采样子系统200利用两个光纤系统的组合，第一个光纤系统将单色光（由激光源阵列生成）导向到组织，并且第二个光纤系统从组织收集散射光并将其导向到光学检测器（光电检测器）、例如一个或多个光电二极管，在那里收集的散射光被转换成对应的电信号，并且然后被处理用于分析物评估。该方法遭受几个缺点。
首先，组织采样子系统200的采样表面204是相对大且庞大的对象，并且不清楚该方法是否可以变换成具有一定尺寸以及具有材料成本和生产成本的设备，这些对于某些应用而言是商业上可接受的。
在上述组织采样子系统200中使用的方法的另一个缺点源于高光学损失，这是由于（1）测量参考强度（即参考信号）的方式和（2）使用光纤收集散射光（从组织发出）的低效方式。使用光纤不仅对于光收集低效，它还生成重要的成本因素，并且是附加噪声的源。
在上述组织采样子系统200中使用的方法的另外缺点是生成和利用参考信号的非常低效的方式。
新组织界面设备的描述
新组织界面设备是高度集成的设备，导致比上述组织采样子系统200小得多的设计，并且限制了昂贵的光纤的使用。此外，新组织界面设备以直接和高效的方式生成数据信号和参考信号。整个设计导致仅几立方厘米的尺寸。
更特别地，根据本发明，并且现在看图35-40，提供了一种新组织界面设备600。组织界面设备600包括单片的、基于半导体的传感器，该传感器包括四个同心定位的环形光电传感器605、610、615和620，它们安装在低吸收率注入区630周围的透明基板625上，它们一起用作在人类指尖或替代对象上进行测量的界面。如下文将讨论的，四个同心定位的环形光电传感器605、610、615和620优选地包括光电二极管，其生成对应于由那些光电二极管接收的光的电信号。与漫射板640（见下文）相组合的保护盖（例如蓝宝石玻璃元件）632优选地覆盖透明基板625的前部（并因此覆盖四个同心定位的环形光电传感器605、610、615和620）。四个同心定位的环形光电传感器605、610、615和620的几何形状可以适应目标的特定几何形状（如下所述）。
在不同频率的单色光耦合到波导642中（图40），该单色光可以由多个固定波长的激光器或由一个或多个可调谐激光器或不同的光源生成。波导642被设计成将单色激光无损失地导向到组织界面设备600的低吸收率注入区630。漫射板640布置在低吸收率注入区630的前部，使得部分入射光（通过波导642被引导到低吸收率注入区630中）被引导到车辆驾驶员的手指中，并且部分入射光（被引导到低吸收率注入区630中）被直接散射到最里面的光电传感器环605，从而生成用作参考信号的对应电信号。通过在漫射板640上提供涂层645（图38），该最里面的光电传感器环605优选地被屏蔽以防止从指尖返回的散射光。优选地，漫射板640的外周也涂覆有涂层650，以防止光从漫射板640径向出现。在本发明的一个优选形式中，漫射板640安装在形成于保护盖632中的中心开口655（图37）中。从指尖返回的散射光由三个外部光电传感器环610、615和620收集，并转换成对应的电信号，该对应的电信号然后从组织界面设备600卸载，用于分析物评估的后续处理。由三个外部光电传感器610、615和620中的每一个收集的散射光采取不同的路径穿过组织，因此由三个外部光电传感器环610、615和620采取的测量为在穿过组织的不同路径处测量的光谱提供数据点。由于这在样本中的不同有效深度处生成数据，因此它提供了附加的相对强度信息。该相对强度信息可以致使由中央光电传感器环605提供的参考信号在特定应用中可有可无。在这样的情况下，可以使用下面描述的优化设计。
组织界面设备600优选地具有大约六毫米的直径，并且整个组织界面设备可以小型化到仅占据几立方厘米，包括激光器（未示出）、波导642和上述组织界面部件，例如透明基板625、同心定位的环形光电传感器（例如光电二极管）605、610、615和620、低吸收率注入区630、漫射板640等。
在本发明的一个优选形式中，组织界面设备600被配置为安装到人体工程学装置210，例如，使得保护盖632容纳在人体工程学装置210的开口219中，使得当用户的手指坐在人体工程学装置210的基座217中时，组织界面设备600可以向用户的手指传送多个单色光束，并接收来自用户手指的反向散射光。
将领会，为四个同心定位的环形光电传感器（例如光电二极管）605、610、615和620提供适当的电触点，使得这些光电传感器的电输出可以传递到计算子系统400。因此，在本发明的一个优选形式中，组织界面设备600包括透明基板625，该透明基板625包括由四个同心光电传感器环605、610、615和620包围的低吸收率注入区630。这四个同心光电传感器环605、610、615和620将接收到的光转换成对应的电信号。在本发明的一个优选形式中，光电传感器环506、610、615和620包括光电二极管。漫射板640布置在保护盖632中形成的开口655中，其中保护盖632覆盖半导体结构的前部，使得漫射板640覆盖低吸收率注入区630和最里面的同心光电传感器环605，并且保护盖632覆盖三个外部同心光电传感器环610、615和620（以及半导体器件的其余部分）。涂层645布置在漫射板640的前部，使得从组织返回的散射光不能到达最里面的同心光电传感器环605（其提供参考信号），并且涂层650布置在漫射板640的外围周围，以防止光从漫射板640的外围出现。将领会，为四个同心定位的环形光电传感器（例如光电二极管）605、610、615和620提供适当的电接触，使得这些光电传感器的电输出可以传递到计算子系统400。
在使用中，在不同频率的单色激光被注入波导642，穿过低吸收率注入区630，穿过漫射板640，并进入车辆驾驶员的组织。单色光也从漫射板640传递进入最里面的同心光电传感器环605，以提供参考信号。从车辆驾驶员的组织返回的散射光被三个外部同心光电传感器（例如，光电二极管）环610、615和620接收，以提供数据信号。注意，由三个外部同心光电检测器（例如，光电二极管）环610、615、620接收的散射光穿过通过组织的不同路径，在不同的有效深度处生成数据以提供附加的相对强度信息。然后，由四个环形光电传感器（例如光电二极管）605、610、615和620提供的电信号被处理用于分析物评估，其中最里面的光电传感器环605提供参考，并且三个外部光电传感器环610、615和620提供数据信号。
重要的是，通过将信号获取光电传感器（例如，光电二极管）形成为三个外部光电传感器环610、615和620，信号获取光电传感器（例如，光电二极管）随着它们与低吸收率注入区630的距离增加而包括相继更大的表面积。因此，例如，最外面的光电传感器环620具有最大的表面积，以便收集附加的散射光，该最外面的光电传感器环620由于穿过组织的延伸路径而获取具有最大光损失的反射光。
并且重要的是，由于波导642（在多个光纤上承载多个单色光束）通常在低吸收率注入区630中的不同位置注入不同的单色光束（即，由于多个光纤的空间分布），形成环形的每个信号获取光电传感器（例如，光电二极管）平衡掉了特定单色光束注入点的变化，例如，如果注入点离给定光电传感器环的一侧更远，则它自动更靠近同一光电传感器环的另一侧。
新组织界面设备的替代构造
如上面指出的，在一些情况下，由三个外部光电传感器环610、615和620获得的相对强度信息可能已经包含给定光谱应用的足够信息，例如，检测人类手指中的血液酒精水平，因为这在组织中的不同有效深度处生成数据。如果是这种情况，则可以优化设计，并且还可以省去漫射板640，并且重新使用最里面的同心光电传感器环605来提供附加的数据点，导致甚至更高的收集效率和可能更小的设计。
优化的第二种可能性是使光电检测器环605、610、615和620的几何形状适应特定目标的几何形状。理想地，光电传感器（例如，光电二极管）环605、610、615和620被设计为同心圆，这是由于对称性而优选的（这帮助提供上面讨论的优点）。该对称性确保了环的所有部分接收来自相同深度的散射光。然而，该对称性优点可以通过使用椭圆环几何形状来补偿，该椭圆环几何形状可以更好地适应特定目标的几何形状，例如，当放置在组织界面设备上时，人类指尖的印记的形状。椭圆环光电传感器（例如，光电二极管）然后可以被拆分成几个（四个或更多）部分，使得每个部分从明确限定的深度接收散射光。
此外，如果期望，则参考光电检测器环不必是最里面的光电检测器环605。更具体地，使用最里面的光电检测器环605作为参考光电检测器环可能是方便的，因为将光从低吸收率注入区630传递到最里面的光电检测器环605（即，通过使用漫射板640）以便向参考光电检测器环提供已知的光信号是相对直接的。然而，如果期望，则另一个光电检测器环（例如，光电检测器环610、或光电检测器环615、或光电检测器环620）可以用作参考光电检测器环，只要在漫射板640和光电检测器环（例如，光电检测器环610、或光电检测器环615、或光电检测器环620）之间提供光程，该光程将用作参考光电检测器环，从而将已知的光信号提供给参考光电检测器环。在这种情况下，涂层645（图38）将被不同地定位在组织界面设备600上，即涂层645将不被定位在漫射板640上从而覆盖最里面的光电检测器环605（其不再用作参考光电检测器环），并且将取而代之被定位在用作参考光电检测器环的光电检测器环（例如，光电检测器环610、或光电检测器环615、或光电检测器环620）上，从而防止从组织返回的光到达参考光电检测器环。并且在这种情况下，漫射板640将具有较小的直径，使得它不覆盖最里面的光电检测器环605。
并且，如果期望，则在光电检测器环605、610、615和620包括光电二极管的情况下，光电二极管上的环金属化也可以用作电容传感器来检测车辆驾驶员手指的存在（或者另一个样本的存在）。如果以使得光电二极管不导电的方式施加负偏压，则这些金属化环是绝缘的。然后可以测量这些金属化环的RF阻抗。如果手指被带到靠近金属化环，则阻抗可测量地改变，并且可以开始使用组织界面设备600的光谱测量。通过提供非光学的原位“启动触发器”，降低了系统的待机功耗，这可能是实质性的优点。此外，通过提供非光学的原位“启动触发器”，可以避免光学的“启动触发器”，这在一些应用中可能是合期望的（例如，出于眼睛安全的原因等）。
通过使用新组织界面设备获得的优点
与现有技术相比，新组织界面设备具有几个优点：（1）系统生成固有的参考信号，这意味着高强度，因为新设备避免了与低效率（即强度的高损）失相关联的散射光的收集；
（2）参考信号的固有生成也增加了系统的稳定性，因为参考信号是在设备本身内生成的——这意味着参考信号的高强度和避免了当间接生成参考信号时将由中间光学器件引入的附加噪声；
（3）该设备非常紧凑（与几升的体积相比仅几立方厘米），并且因此非常轻便；和
（4）该设备减少了高成本光纤系统的使用，并且因此可以以显著更低的成本生产。
优选实施例的修改
应该理解的是，本领域技术人员可以在细节、材料、步骤和部件布置方面做出许多附加的改变同时仍然在本发明的原理和范围内，所述改变已经在本文中进行了描述和说明，以便解释本发明的本质。
Claims (52)
1.一种供在标识样本中分析物的存在中使用的样本界面设备，其中所述样本界面设备向样本传送多个单色光束并从样本接收反向散射光，所述样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将所述多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中所述多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由所述同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号。
2.根据权利要求1所述的样本界面设备，其中，所述基板包括透明基板。
3.根据权利要求1所述的样本界面设备，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的每一个与所述多个同心定位的环形光电传感器中的其它光电传感器光学隔离。
4.根据权利要求3所述的样本界面设备，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的一个包括用于测量传递到样本的光的参考光电传感器，并且所述多个同心定位的环形光电传感器中的其余部分包括用于测量从样本返回的散射光的信号光电传感器。
5.根据权利要求4所述的样本界面设备，其中，所述参考光电传感器仅接收来自低吸收率注入区的光，并且所述信号光电传感器仅接收来自样本的光。
6.根据权利要求5所述的样本界面设备，进一步包括：
漫射器，其布置在低吸收率注入区的远端，其中所述漫射器接收多个单色光束并将那些单色光束引导到参考光电传感器；
第一掩模，其布置在漫射器的周界周围，以防止单色光束传递到信号光电传感器；和
第二掩模，其布置在参考光电传感器和样本之间，其中第二掩模防止散射光从样本传递到参考光电传感器。
7.根据权利要求6所述的样本界面设备，进一步包括安装到基板的透明保护盖。
8.根据权利要求7所述的样本界面设备，其中，所述透明保护盖包括蓝宝石玻璃元件。
9.根据权利要求7所述的样本界面设备，其中，所述透明保护盖包括开口，并且进一步地，其中所述漫射体布置在开口中。
10.根据权利要求4所述的样本界面设备，其中，最里面的同心定位的环形光电传感器包括参考光电传感器。
11.根据权利要求1所述的样本界面设备，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器包括光电二极管。
12.根据权利要求1所述的样本界面设备，其中，所述样本界面设备并入被配置为接收用户手指的人体工程学装置中。
13.根据权利要求1所述的样本界面设备，其中，所述样本界面设备被配置为检测酒精。
14.一种用于将多个单色光束传送到样本并检测从样本返回的散射光的方法，所述方法包括：
提供样本界面设备，所述样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收多个单色光束并将所述多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中所述多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由所述同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号；
将多个单色光束引入样本界面设备的低吸收率注入区，使得所述多个单色光束被传送到样本；和
使用样本界面设备上的所述多个同心定位的环形光电传感器来检测从样本返回的散射光。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述基板包括透明基板。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的每一个与所述多个同心定位的环形光电传感器中的其它光电传感器光学隔离。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的一个包括用于测量传递到样本的光的参考光电传感器，并且所述多个同心定位的环形光电传感器中的其余部分包括用于测量从样本返回的散射光的信号光电传感器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述参考光电传感器仅接收来自低吸收率注入区的光，并且所述信号光电传感器仅接收来自样本的光。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述样本界面设备进一步包括：
漫射器，其布置在低吸收率注入区的远端，其中所述漫射器接收多个单色光束并将那些单色光束引导到参考光电传感器；
第一掩模，其布置在漫射器的周界周围，以防止单色光束传递到信号光电传感器；和
第二掩模，其布置在参考光电传感器和样本之间，其中第二掩模防止散射光从样本传递到参考光电传感器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述样本界面设备进一步包括安装到基板的透明保护盖。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述透明保护盖包括蓝宝石玻璃元件。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述透明保护盖包括开口，并且进一步地，其中所述漫射体布置在开口中。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，最里面的同心定位的环形光电传感器包括参考光电传感器。
24.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器包括光电二极管。
25.根据权利要求14所述的方法，其中，所述样本界面设备并入被配置为接收用户手指的人体工程学装置中。
26.根据权利要求14所述的方法，其中，所述样本界面设备被配置为检测酒精。
27.一种用于样本中分析物的非侵入性测量的系统，其中所述系统包括：
照明单元，用于生成多个单色光束，其中所述多个单色光束构成多个不同的波长；和
采样单元，用于接收来自照明单元的多个单色光束，将那些单色光束传送到样本，接收从样本返回的散射光，并将散射光转换成对应的电信号用于后续处理和分析物评估，其中采样单元包括：
样本界面设备，所述样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收所述多个单色光束并将所述多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中所述多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由所述同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述基板包括透明基板。
29.根据权利要求27所述的系统，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的每一个与所述多个同心定位的环形光电传感器中的其它光电传感器光学隔离。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的一个包括用于测量传递到样本的光的参考光电传感器，并且所述多个同心定位的环形光电传感器中的其余部分包括用于测量从样本返回的散射光的信号光电传感器。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述参考光电传感器仅接收来自低吸收率注入区的光，并且所述信号光电传感器仅接收来自样本的光。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述样本界面设备进一步包括：
漫射器，其布置在低吸收率注入区的远端，其中所述漫射器接收多个单色光束并将那些单色光束引导到参考光电传感器；
第一掩模，其布置在漫射器的周界周围，以防止单色光束传递到信号光电传感器；和
第二掩模，其布置在参考光电传感器和样本之间，其中第二掩模防止散射光从样本传递到参考光电传感器。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述样本界面设备进一步包括安装到基板的透明保护盖。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述透明保护盖包括蓝宝石玻璃元件。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述透明保护盖包括开口，并且进一步地，其中所述漫射体布置在开口中。
36.根据权利要求30所述的系统，其中，最里面的同心定位的环形光电传感器包括参考光电传感器。
37.根据权利要求27所述的系统，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器包括光电二极管。
38.根据权利要求27所述的系统，其中，所述样本界面设备并入被配置为接收用户手指的人体工程学装置中。
39.根据权利要求27所述的系统，其中，所述样本界面设备被配置为检测酒精。
40.一种用于检测样本中分析物的方法，所述方法包括：
提供一种系统，其中所述系统包括：
照明单元，用于产生多个单色光束，其中所述多个单色光束构成多个不同的波长；和
采样单元，用于接收来自照明单元的多个单色光束，将那些单色光束传送到样本，接收从样本返回的散射光，并将散射光转换成对应的电信号用于后续处理和分析物评估，其中采样单元包括：
样本界面设备，所述样本界面设备包括：
基板；
由基板承载的低吸收率注入区，用于接收所述多个单色光束并将所述多个单色光束传送到样本；和
由基板承载的多个同心定位的环形光电传感器，其中所述多个同心定位的环形光电传感器被逐渐地径向布置在低吸收率注入区的外侧，并且进一步地，其中每个同心定位的环形光电传感器产生对应于由所述同心定位的环形光电传感器接收的光量的电信号；
将多个单色光束引入样本界面设备的低吸收率注入区，使得所述多个单色光束被传送到样本；以及
使用样本界面设备上的所述多个同心定位的环形光电传感器来检测从样本返回的散射光。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述基板包括透明基板。
42.根据权利要求40所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的每一个与所述多个同心定位的环形光电传感器中的其它光电传感器光学隔离。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器中的一个包括用于测量传递到样本的光的参考光电传感器，并且所述多个同心定位的环形光电传感器中的其余部分包括用于测量从样本返回的散射光的信号光电传感器。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述参考光电传感器仅接收来自低吸收率注入区的光，并且所述信号光电传感器仅接收来自样本的光。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述样本界面设备进一步包括：
漫射器，其布置在低吸收率注入区的远端，其中所述漫射器接收多个单色光束并将那些单色光束引导到参考光电传感器；
第一掩模，其布置在漫射器的周界周围，以防止单色光束传递到信号光电传感器；和
第二掩模，其布置在参考光电传感器和样本之间，其中第二掩模防止散射光从样本传递到参考光电传感器。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述样本界面设备进一步包括安装到基板的透明保护盖。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述透明保护盖包括蓝宝石玻璃元件。
48.根据权利要求46所述的方法，其中，所述透明保护盖包括开口，并且进一步地，其中所述漫射体布置在开口中。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，最里面的同心定位的环形光电传感器包括参考光电传感器。
50.根据权利要求40所述的方法，其中，所述多个同心定位的环形光电传感器包括光电二极管。
51.根据权利要求40所述的方法，其中，所述样本界面设备并入被配置为接收用户手指的人体工程学装置中。
52.根据权利要求40所述的方法，其中，所述样本界面设备被配置为检测酒精。
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Family Cites Families (172)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3283563A (en) | 1963-07-17 | 1966-11-08 | Beckman Instruments Inc | Gas chromatographic system having barometric pressure compensation |
| US3301482A (en) | 1964-06-16 | 1967-01-31 | Barber Colman Co | Ramp program control system |
| US3792351A (en) | 1972-03-10 | 1974-02-12 | F Ireland | Absorption frequency meter having shielded inductor |
| US3897659A (en) | 1974-08-30 | 1975-08-05 | Us Energy | Ultrasonic-acoustic grinding wheel setting station for automatic numerically-controlled machines |
| DE2610578B2 (de) | 1976-03-13 | 1978-05-11 | Draegerwerk Ag, 2400 Luebeck | Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Atemalkoholgehaltes |
| US4290052A (en) | 1979-10-26 | 1981-09-15 | General Electric Company | Capacitive touch entry apparatus having high degree of personal safety |
| US4535620A (en) | 1983-08-12 | 1985-08-20 | Internorth, Inc. | Method for automatically measuring the amount of water in a natural gas pipeline with the aid of a computer controlled gas chromatograph |
| JPS61181440A (ja) | 1985-02-06 | 1986-08-14 | 三菱電機株式会社 | 指紋照合装置 |
| US4678057A (en) | 1986-01-16 | 1987-07-07 | Autosense Corporation | Breath alcohol analyzer |
| GB8614515D0 (en) | 1986-06-14 | 1986-07-23 | Lion Lab Ltd | Alcohol detecting devices |
| US4749553A (en) | 1987-04-08 | 1988-06-07 | Life Loc, Inc. | Breath alcohol detector with improved compensation for environmental variables |
| US4843377A (en) | 1987-04-21 | 1989-06-27 | Guardian Technologies, Inc. | Remote confinement system |
| US5006315A (en) | 1988-02-25 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Automated preparative gas chromatograph |
| US4916435A (en) | 1988-05-10 | 1990-04-10 | Guardian Technologies, Inc. | Remote confinement monitoring station and system incorporating same |
| US4975581A (en) | 1989-06-21 | 1990-12-04 | University Of New Mexico | Method of and apparatus for determining the similarity of a biological analyte from a model constructed from known biological fluids |
| GB2244164A (en) | 1990-05-18 | 1991-11-20 | Philips Electronic Associated | Fingerprint sensing |
| DE69129260T2 (de) * | 1990-11-03 | 1998-11-19 | Horiba Ltd | Gerät zur Messung der Teilchengrössenverteilung |
| EP0593386A3 (en) | 1992-10-16 | 1996-07-31 | Ibm | Method and apparatus for accessing touch screen desktop objects via fingerprint recognition |
| US5303575A (en) | 1993-06-01 | 1994-04-19 | Alcotech Research Inc. | Apparatus and method for conducting an unsupervised blood alcohol content level test |
| US5426415A (en) | 1993-06-21 | 1995-06-20 | Consumer Safety Technology | Breath analyzer for use in automobile ignition locking systems |
| US5544276A (en) | 1993-11-30 | 1996-08-06 | Microsensors Technology, Inc. | Miniature gas chromatograph with heated gas inlet fitting, heated tubing, and heated microvalve assembly |
| JPH08222795A (ja) | 1995-02-16 | 1996-08-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子エレメントアレイモジュール |
| WO1996027792A1 (en) | 1995-03-03 | 1996-09-12 | Microsensor Technology, Inc. | Fixed-volumed injector with backflush capability |
| CA2221968C (en) | 1995-06-09 | 2007-08-21 | Cybro Medical Ltd. | Sensor, method and device for optical blood oximetry |
| GB9512396D0 (en) | 1995-06-17 | 1995-08-16 | Lion Lab Plc | Breath testing apparatus |
| US6129680A (en) | 1995-06-19 | 2000-10-10 | Btg International Limited | Animal exhalation monitoring |
| US5655530A (en) | 1995-08-09 | 1997-08-12 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Method for non-invasive blood analyte measurement with improved optical interface |
| US7016713B2 (en) | 1995-08-09 | 2006-03-21 | Inlight Solutions, Inc. | Non-invasive determination of direction and rate of change of an analyte |
| US6152876A (en) | 1997-04-18 | 2000-11-28 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Method for non-invasive blood analyte measurement with improved optical interface |
| US6240306B1 (en) | 1995-08-09 | 2001-05-29 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Method and apparatus for non-invasive blood analyte measurement with fluid compartment equilibration |
| US5963679A (en) | 1996-01-26 | 1999-10-05 | Harris Corporation | Electric field fingerprint sensor apparatus and related methods |
| US6229908B1 (en) | 1996-04-26 | 2001-05-08 | Edmonds, Iii Dean Stockett | Driver alcohol ignition interlock |
| US5746973A (en) | 1996-07-10 | 1998-05-05 | Naraghi; Ali | Method for reducing odorant depletion |
| US5843377A (en) | 1996-08-26 | 1998-12-01 | Uop Llc | Contained separation system for FCC reaction downcomer |
| US5877345A (en) | 1997-02-07 | 1999-03-02 | Rohm And Haas Company | Process for producing butyl acrylate |
| JP3796004B2 (ja) | 1997-05-12 | 2006-07-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 凹凸画像入力装置 |
| US7890158B2 (en) | 2001-06-05 | 2011-02-15 | Lumidigm, Inc. | Apparatus and method of biometric determination using specialized optical spectroscopy systems |
| US5955886A (en) | 1997-07-10 | 1999-09-21 | Pcp, Inc. | Microliter-sized ionization device and method |
| US5830112A (en) | 1997-10-16 | 1998-11-03 | Greenmaster Industrial Corp. | Foldable jogging simulator |
| JP4180140B2 (ja) | 1998-02-12 | 2008-11-12 | 富士通株式会社 | 多波長光源 |
| DE19811872C1 (de) | 1998-03-18 | 1999-08-19 | Siemens Ag | Zündanlaßschalter für ein Kraftfahrzeug |
| JP4080608B2 (ja) | 1998-09-25 | 2008-04-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ光源装置 |
| US7098037B2 (en) | 1998-10-13 | 2006-08-29 | Inlight Solutions, Inc. | Accommodating subject and instrument variations in spectroscopic determinations |
| US6441388B1 (en) | 1998-10-13 | 2002-08-27 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Methods and apparatus for spectroscopic calibration model transfer |
| US6157041A (en) | 1998-10-13 | 2000-12-05 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Methods and apparatus for tailoring spectroscopic calibration models |
| DE19851950A1 (de) | 1998-11-11 | 2000-05-25 | Bosch Gmbh Robert | Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug |
| DE19938064B4 (de) | 1999-01-29 | 2004-09-23 | Siemens Ag | Identifikationsvorrichtung, insbesondere für die Zugangskontrolle zu einem Objekt |
| US6266353B1 (en) | 1999-07-30 | 2001-07-24 | The Regents Of The University Of California | Monolithic laser diode array with one metalized sidewall |
| US7239227B1 (en) | 1999-12-30 | 2007-07-03 | Upek, Inc. | Command interface using fingerprint sensor input system |
| JP2001057440A (ja) | 2000-01-01 | 2001-02-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 波長選択受光素子 |
| US7137555B2 (en) | 2000-02-28 | 2006-11-21 | Psc Scanning, Inc. | Multi-format bar code reader |
| CA2401976A1 (en) | 2000-03-06 | 2001-09-13 | Digital Optics Corporation | Integrated optical transceiver and related methods |
| JP2001266133A (ja) | 2000-03-16 | 2001-09-28 | Yamatake Corp | 指紋照合装置 |
| JP2002116141A (ja) | 2000-08-01 | 2002-04-19 | Society For Techno-Innovation Of Agriculture Forestry & Fisheries | ハンディ型果実成分非破壊測定器 |
| US7099496B2 (en) | 2000-12-05 | 2006-08-29 | Validity Sensors, Inc. | Swiped aperture capacitive fingerprint sensing systems and methods |
| US6862091B2 (en) | 2001-04-11 | 2005-03-01 | Inlight Solutions, Inc. | Illumination device and method for spectroscopic analysis |
| US6983176B2 (en) | 2001-04-11 | 2006-01-03 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Optically similar reference samples and related methods for multivariate calibration models used in optical spectroscopy |
| US7616123B2 (en) | 2001-04-11 | 2009-11-10 | Trutouch Technologies, Inc. | Apparatus and method for noninvasively monitoring for the presence of alcohol or substances of abuse in controlled environments |
| US8174394B2 (en) | 2001-04-11 | 2012-05-08 | Trutouch Technologies, Inc. | System for noninvasive determination of analytes in tissue |
| US7202091B2 (en) | 2001-04-11 | 2007-04-10 | Inlight Solutions, Inc. | Optically similar reference samples |
| US8095193B2 (en) | 2001-04-11 | 2012-01-10 | Trutouch Technologies, Inc. | Apparatus and method for controlling operation of vehicles or machinery by intoxicated or impaired individuals |
| US7756558B2 (en) | 2004-05-24 | 2010-07-13 | Trutouch Technologies, Inc. | Apparatus and methods for mitigating the effects of foreign interferents on analyte measurements in spectroscopy |
| WO2003008928A2 (en) | 2001-07-16 | 2003-01-30 | Sensor Tech, Inc. | Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances |
| US6633090B2 (en) | 2001-09-07 | 2003-10-14 | Delphi Technologies, Inc. | Starting system for an automotive vehicle using fingerprint recognition |
| DE10157907B4 (de) | 2001-11-26 | 2006-06-08 | Siemens Gebäudesicherheit GmbH & Co. oHG | Vorrichtung zur Erfassung von Fingerabdrücken |
| JP2003272463A (ja) | 2002-03-19 | 2003-09-26 | Clarion Co Ltd | スイッチ装置 |
| US6684099B2 (en) | 2002-04-04 | 2004-01-27 | Inlight Solutions, Inc. | Apparatus and method for reducing spectral complexity in optical sampling |
| US6810309B2 (en) | 2002-04-25 | 2004-10-26 | Visteon Global Technologies, Inc. | Vehicle personalization via biometric identification |
| JP2004086866A (ja) | 2002-06-25 | 2004-03-18 | Chuo Spring Co Ltd | 指紋照合方法及び指紋画像の登録方法 |
| JP3937982B2 (ja) | 2002-08-29 | 2007-06-27 | ソニー株式会社 | 入出力装置および入出力装置を有する電子機器 |
| JP3866642B2 (ja) | 2002-09-25 | 2007-01-10 | 日本電信電話株式会社 | 表面形状認識センサ装置 |
| US6876300B2 (en) | 2002-11-25 | 2005-04-05 | Richard L. Ponziani | Electronic intelligent turn signal control system |
| US20040155752A1 (en) | 2002-11-27 | 2004-08-12 | Jory Radke | Reading fingerprints |
| JP2004287181A (ja) | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Toyoda Mach Works Ltd | 光導波路、光導波路アレイ及びレーザ集光装置 |
| AU2004227886A1 (en) | 2003-04-04 | 2004-10-21 | Lumidigm, Inc. | Multispectral biometric sensor |
| US20040204868A1 (en) | 2003-04-09 | 2004-10-14 | Maynard John D. | Reduction of errors in non-invasive tissue sampling |
| DE10316333B3 (de) | 2003-04-10 | 2004-01-22 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Atemalkohol-Messgerät mit verbessertem Mundstück |
| US7749169B2 (en) | 2003-04-10 | 2010-07-06 | Intoximeters, Inc. | Handheld breath tester housing and mouthpiece |
| CA2539073C (en) | 2003-10-31 | 2009-01-06 | Sheram Enterprises, Inc. | Vehicle sobriety interlock device |
| US7451852B2 (en) | 2003-10-31 | 2008-11-18 | Sherman Enterprises, Inc. | Vehicle sobriety interlock system with personal identification element |
| US7092832B2 (en) | 2003-12-11 | 2006-08-15 | Inlight Solutions, Inc. | Adaptive compensation for measurement distortions in spectroscopy |
| JP2005227553A (ja) | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nhk Spring Co Ltd | 光導波路と光素子を接続する装置および接続方法ならびに光モジュール |
| JP4352989B2 (ja) | 2004-05-17 | 2009-10-28 | 株式会社日立製作所 | 個人認証装置 |
| US20080319286A1 (en) | 2004-05-24 | 2008-12-25 | Trent Ridder | Optical Probes for Non-Invasive Analyte Measurements |
| US20110178420A1 (en) | 2010-01-18 | 2011-07-21 | Trent Ridder | Methods and apparatuses for improving breath alcohol testing |
| US20120078473A1 (en) | 2004-05-24 | 2012-03-29 | Trent Ridder | Apparatus and Method for Controlling Operation of Vehicles or Machinery by Intoxicated or Impaired Individuals |
| US7848605B2 (en) | 2004-05-24 | 2010-12-07 | Trutouch Technologies, Inc. | Method of making optical probes for non-invasive analyte measurements |
| JP2006027198A (ja) | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Seiko Epson Corp | ラインヘッド及び画像形成装置 |
| CN1586944A (zh) | 2004-09-09 | 2005-03-02 | 刘保权 | 车载酒精传感器自动控制汽车开启的方法及其控制装置 |
| ZA200703480B (en) | 2004-11-03 | 2008-09-25 | Pen One Inc | Finger guide device for use with stylus or pen |
| US7929736B2 (en) | 2004-11-03 | 2011-04-19 | Pen-One, Inc. | Finger guide device for use with stylus or pen |
| US7279132B2 (en) | 2005-01-12 | 2007-10-09 | Delphi Technologies, Inc. | Chemical vapor sensor having an active and a passive measurement mode |
| WO2006094171A1 (en) | 2005-03-01 | 2006-09-08 | Masimo Laboratories, Inc. | Multiple wavelength sensor drivers |
| DK1863387T3 (da) | 2005-03-16 | 2013-09-16 | Or Nim Medical Ltd | Ikke-invasive målinger i en menneskekrop |
| CN100487429C (zh) * | 2005-04-01 | 2009-05-13 | 中国农业大学 | 一种畜禽肉类新鲜度无损快速检测的方法及装置 |
| US20060253711A1 (en) | 2005-05-09 | 2006-11-09 | Charles Kallmann | Biometric safety and security system |
| JP4285447B2 (ja) | 2005-06-20 | 2009-06-24 | セイコーエプソン株式会社 | レーザ光源装置、表示装置およびプロジェクタ |
| WO2007008159A2 (en) | 2005-07-11 | 2007-01-18 | Volvo Technology Corporation | Method for performing driver identity verification |
| GB2431470A (en) | 2005-10-21 | 2007-04-25 | Autoliv Dev | Assessing blood concentration of a volatile constituent |
| US20080006077A1 (en) | 2005-10-31 | 2008-01-10 | Crabtree James H | Near real-time air monitor having external injector and pressure based flow control |
| KR20080106244A (ko) | 2006-02-13 | 2008-12-04 | 올 프로텍트 엘엘씨 | 제 3 자에게 주어진 차량을 제어하는 시스템 |
| DE102006018970B3 (de) | 2006-04-25 | 2007-05-03 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Atemalkoholmessgerät mit Piezoantrieb |
| JP4850591B2 (ja) | 2006-06-13 | 2012-01-11 | 三菱電機株式会社 | 光結合装置および固体レーザ装置およびファイバレーザ装置 |
| DE102006038438A1 (de) | 2006-08-16 | 2008-02-21 | Keppler, Bernhard, Westport | Vorrichtung, multifunktionales System und Verfahren zur Ermittlung medizinischer und/oder biometrischer Daten eines Lebewesens |
| GB2441781B (en) | 2006-09-13 | 2010-05-19 | Autoliv Dev | Breath analyser |
| GB2442980B (en) | 2006-10-18 | 2011-11-23 | Autoliv Dev | Improvements in or relating to detection of substances in a subject |
| US20080107309A1 (en) | 2006-11-03 | 2008-05-08 | Cerni Consulting, Llc | Method and apparatus for biometric identification |
| CN101548496A (zh) | 2006-11-03 | 2009-09-30 | 切尔尼咨询公司 | 用于生物识别的方法及设备 |
| US7446878B2 (en) | 2006-11-16 | 2008-11-04 | Trutouch Technologies, Inc. | Method and apparatus for improvement of spectrometer stability, and multivariate calibration transfer |
| JP2008158909A (ja) | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Pro Tech Design Corp | 触覚フィードバックコントローラ |
| DE102007002505B3 (de) | 2007-01-17 | 2008-03-27 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Atemalkohol-Messgerät mit einem beleuchteten Mundstück |
| WO2008088868A2 (en) | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Bioptigen, Inc. | Methods, systems and computer program products for processing images generated using fourier domain optical coherence tomography (fdoct) |
| JP2008177473A (ja) | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Seiko Epson Corp | レーザ光源装置およびそれを用いたモニタ装置ならびに画像表示装置 |
| JP5092432B2 (ja) | 2007-02-02 | 2012-12-05 | 富士ゼロックス株式会社 | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザの製造方法、光学装置、光照射装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置および光伝送システム |
| JP2008203598A (ja) | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Toyota Central R&D Labs Inc | レーザー集光装置 |
| JP2008203774A (ja) | 2007-02-22 | 2008-09-04 | Toyota Central R&D Labs Inc | レーザー集光装置 |
| EP2120713A2 (en) | 2007-03-21 | 2009-11-25 | Lumidigm, Inc. | Biometrics based on locally consistent features |
| JP5303851B2 (ja) | 2007-04-03 | 2013-10-02 | 株式会社島津製作所 | 飲酒検知装置 |
| US9110506B2 (en) | 2007-04-05 | 2015-08-18 | Synaptics Incorporated | Tactile feedback for capacitive sensors |
| JP2008302915A (ja) | 2007-05-07 | 2008-12-18 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 飲酒運転防止装置 |
| JP2008291710A (ja) | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 始動装置 |
| JP2008308037A (ja) | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 飲酒運転防止装置 |
| EP2171475A4 (en) | 2007-07-05 | 2013-11-27 | Alcotek Inc | MOUTH ALCOHOL TESTER |
| JP4367537B2 (ja) | 2007-07-10 | 2009-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 飲酒検査装置 |
| FR2922304B1 (fr) | 2007-10-12 | 2009-11-20 | Sp3H | Dispositif de spectrometrie pour l'analyse d'un fluide |
| US8452498B2 (en) | 2008-03-31 | 2013-05-28 | GM Global Technology Operations LLC | Shifting system with tactile feedback |
| US8957771B2 (en) | 2008-07-17 | 2015-02-17 | Consumer Safety Technology, Inc. | Apparatus, system, and method for implementing and monitoring breath alcohol testing programs, usually from a fixed point location, such as a home |
| FR2934066B1 (fr) | 2008-07-21 | 2013-01-25 | Dav | Dispositif de commande a retour haptique |
| JP4706733B2 (ja) | 2008-08-07 | 2011-06-22 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | エンジン始動制御装置 |
| US8210008B2 (en) | 2008-08-08 | 2012-07-03 | Lear Corporation | Ignition module with multi-beam spring |
| JP4626704B2 (ja) | 2008-11-17 | 2011-02-09 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 血中成分濃度測定装置および移動体用始動制御装置 |
| US8605959B2 (en) | 2008-12-22 | 2013-12-10 | International Business Machines Corporation | Apparatus, system, and method for sequenced biometric authentication |
| US8377705B2 (en) | 2009-01-29 | 2013-02-19 | Delphi Technologies, Inc. | Breath analyzer system and method of operating the same |
| EP2395915B1 (en) | 2009-02-10 | 2019-01-16 | Hok Instrument AB | Breath analysis |
| US20100207895A1 (en) | 2009-02-16 | 2010-08-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Tactile interface device and method for controlling the same |
| US8773390B1 (en) | 2009-04-24 | 2014-07-08 | Cypress Semiconductor Corporation | Biometric identification devices, methods and systems having touch surfaces |
| DE102009027139A1 (de) | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Robert Bosch Gmbh | Spektroskopischer Gassensor und Verfahren zur Ermittlung einer Alkoholkonzentration in einem zugeführten Luftvolumen, insbesondere Ausatemvolumen |
| JP5567317B2 (ja) | 2009-11-17 | 2014-08-06 | グローリー株式会社 | 景品管理システム |
| US9239637B2 (en) | 2010-08-30 | 2016-01-19 | Perceptive Pixel, Inc. | Systems for an electrostatic stylus within a capacitive touch sensor |
| SE535674C2 (sv) | 2010-11-09 | 2012-11-06 | Hoek Instr Ab | Multifunktionell utandninganalysator |
| EP2683569B1 (en) | 2011-03-09 | 2018-05-02 | TK Holdings Inc. | System and method for disabling a vehicle |
| JP5716471B2 (ja) | 2011-03-18 | 2015-05-13 | セイコーエプソン株式会社 | アルコール検出装置、および駆動システム |
| US9536197B1 (en) | 2011-04-22 | 2017-01-03 | Angel A. Penilla | Methods and systems for processing data streams from data producing objects of vehicle and home entities and generating recommendations and settings |
| US8977002B2 (en) | 2011-07-11 | 2015-03-10 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Method of point source target detection for multispectral imaging |
| US9671954B1 (en) | 2011-07-11 | 2017-06-06 | The Boeing Company | Tactile feedback devices for configurable touchscreen interfaces |
| CN104039577B (zh) | 2011-08-29 | 2018-05-15 | 汽车交通安全联合公司 | 用于车辆驾驶员中的分析物的非侵入式测量的系统 |
| US9182869B2 (en) | 2011-12-16 | 2015-11-10 | Panasonic Intellectual Property Corporation Of America | Touch panel and electronic device |
| US9569057B2 (en) | 2012-01-05 | 2017-02-14 | Sony Corporation | Information processing apparatus and method for outputting a guiding operation to a user |
| WO2013188827A1 (en) | 2012-06-14 | 2013-12-19 | Fist Enterprises, Llc | Apparatus and method for vehicle operation using biometric fingerprint identification |
| US20160249836A1 (en) * | 2012-07-16 | 2016-09-01 | Sandeep Gulati | Sample optical pathlength control using a noninvasive analyzer apparatus and method of use thereof |
| SE536782C2 (sv) | 2012-08-24 | 2014-08-05 | Automotive Coalition For Traffic Safety Inc | System för utandningsprov med hög noggrannhet |
| SE536784C2 (sv) | 2012-08-24 | 2014-08-05 | Automotive Coalition For Traffic Safety Inc | System för utandningsprov |
| WO2014038212A1 (ja) | 2012-09-10 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | 電子機器、情報処理装置、情報処理方法およびプログラム |
| KR102101887B1 (ko) | 2012-10-05 | 2020-04-21 | 삼성디스플레이 주식회사 | 터치 스크린 패널 |
| US9002586B2 (en) | 2012-12-03 | 2015-04-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Integrated biometric switch |
| US10646143B2 (en) * | 2013-03-08 | 2020-05-12 | Alethus, Inc. | Optically discriminative detection of matters in tissues and turbid media and applications for non-invasive assay |
| US20140260537A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Automotive Coalition For Traffic Safety, Inc. | Molecular detection system and methods of use |
| US9163718B2 (en) | 2013-04-24 | 2015-10-20 | Ford Global Technologies, Llc | Haptic feedback shift knob |
| EP3038865B1 (en) | 2013-08-27 | 2017-09-06 | Automotive Coalition for Traffic Safety, Inc. | Systems and methods for controlling vehicle ignition using biometric data |
| JP2015114948A (ja) | 2013-12-13 | 2015-06-22 | 株式会社東海理化電機製作所 | 操作装置 |
| US9836165B2 (en) | 2014-05-16 | 2017-12-05 | Apple Inc. | Integrated silicon-OLED display and touch sensor panel |
| US9791971B2 (en) | 2015-01-29 | 2017-10-17 | Konica Minolta Laboratory U.S.A., Inc. | Registration of electronic displays |
| JP6385868B2 (ja) | 2015-03-19 | 2018-09-05 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| US9636457B2 (en) | 2015-07-19 | 2017-05-02 | Sanmina Corporation | System and method for a drug delivery and biosensor patch |
| US9642578B2 (en) | 2015-07-19 | 2017-05-09 | Sanmina Corporation | System and method for health monitoring using a non-invasive, multi-band biosensor |
| US9642538B2 (en) | 2015-07-19 | 2017-05-09 | Sanmina Corporation | System and method for a biosensor monitoring and tracking band |
| KR20170074740A (ko) | 2015-12-22 | 2017-06-30 | 엘지전자 주식회사 | 차량용 사용자 인터페이스 장치 및 차량 |
| US10604011B2 (en) | 2015-10-13 | 2020-03-31 | Consumer Safety Technology, Llc | Networked intoxication vehicle immobilization |
| US20170336903A1 (en) | 2016-05-19 | 2017-11-23 | Ciena Corporation | Touch and pressure sensitive surface with haptic methods for blind probe alignment |
| WO2018013557A1 (en) | 2016-07-11 | 2018-01-18 | Shanghai Yanfeng Jinqiao Automotive Trim Systems Co. Ltd | Vehicle interior component |
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