JP2006526787A - 光源波長修正 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、35USC§119(e)の下、2003年6月3日に出願されたDIAGNOSTIC INSTRUMENTと題する、所有者が同じである同時係属中の米国仮特許出願第60/475,288号に基づく優先権を主張する。
本発明の概念は、反射率ベースのシステム及び方法に関する。特に、本発明は、そのようなシステム及び方法における波長修正のためのシステム及び方法に関する。
反射率ベースの機器が多様な用途で長い間使用されている。反射率ベースのシステムの1タイプが、特定の医療及び研究用途で試験を実施するために使用される「反射率計」と呼ばれるものである。典型的な形態では、反射率計は、所与の波長の一つ以上の光信号を発するように構成された1個以上の光源を含む。試験対象物がその信号を受け、その一部を反射させる(「反射率」と呼ばれる)。反射率は、実際に試料から出る光と、吸収が起こらない場合に試料から出るであろう量との比として定義されるため、通常は無次元の単位であると考えられている。近年、米国標準技術局(NIST)が、物理的な反射率基準を提供するのではなく、この種の数学モデルに特有の表現で反射率を定義した。完全な拡散面は、反射面上のある点から散乱する光の強さが、入射光の方向から独立して、散乱光の極角とで余弦関係に従うというランバートの法則にしたがって、光を散乱させる。1個以上の検出器又はセンサが反射信号を受けるように向けられている。プロセッサがその受けられた反射信号の特性を解析し、試験結果を出す。
本発明の態様にしたがって、対応する光源の光信号を発するために使用される1個以上の光源の中心波長がその1個以上の光源の指定された中心波長とは異なる場合に、一つ以上の反射率値を修正するためのシステム及び方法が提供される。本発明は、任意の反射率ベースのシステムの一部として、又は任意の反射率ベースのシステムとともに具現化することができる。また、光源は、LEDであってもよいし、他のタイプの光源であってもよい。
本発明の様々な態様にしたがって、波長修正関数は、反射率ベースの機器で修正された反射率値を提供する。修正は、実測反射率値の関数及び波長修正関数を具現化する反射率ベースの機器に関して立証された高分解能反射率値の既定のセットとして提供される。波長修正なしでは、反射率ベースの機器は、狭く特定された波長範囲を超える中心波長を有する光源、たとえば発光ダイオード(LED)を寛容することができない。比較的信頼性が低い中心波長を有する光源を有する反射率ベースの機器は比較的エラーを起こしやすい。
図1は、本発明の波長修正を具現化する機能を含むことができる、反射率ベースの機器の一例としての反射率計100の実施態様の斜視図を提供する。当業者によって理解されるように、本発明は、他の反射率計又は反射率ベースの機器に具現化することができ、本明細書で提供する実施態様に限定されない。反射率計100は、入出力装置をタッチスクリーン120の形態で提供する。出力ポート140が、反射率計100のオペレータ又はユーザに対して報告(たとえば試験又は診断報告)をプリントするための手段として設けられてもよい。同じく当業者によって理解されるように、他の形態の入出力機構を使用してもよい。たとえば、反射率計100は、有線又は無線手段によってパーソナルコンピュータ、ハンディタイプのコンピュータ、ネットワーク、モニタ、プリンタ、音声/視覚システムなどに結合されるように構成されてもよい。ハウジング110がタッチスクリーン120及び多様な内部機能要素を収容している。キャリッジを介して1個以上の試験ストリップ又は試薬カセット(まとめて「試験製品」という)を挿入しやすくするため、入力ポート130が設けられている。
1)LED1:中心波長が約470ナノメートル(nm)の青色の光、
2)LED2:中心波長が約525nmの緑色の光、
3)LED3:中心波長が約565nmの緑色の光、
4)LED4:中心波長が約625nmの赤色の光、
5)LED5:中心波長が約660nmの赤色の光、及び
6)LED6:中心波長が約845nmの赤外線(IR)
である。
反射率計で使用される各LEDは、上記LED302に関して記したように、中心波長を含む既定のスペクトル分布を有するものとみなされ又は識別される。通常、中心波長から所定範囲内の波長が有効である、すなわち、エラーを起こしにくいと考えられる。したがって、各LEDのスペクトル分布の有効部分を、中心波長±所定範囲の値と定義することができる。
1)LED1:471+6/−7nm
2)LED2:525+6/−7nm
3)LED3:572+2/−3nm
4)LED4:621+3/−3nm
5)LED5:652+6/−7nm
6)LED6:843+5/−5nm
従来のシステムでは、指定された±3nm範囲の外の中心波長を有するLEDは使用されないであろう。しかし、本発明の中心波長修正態様を用いると、実測反射率値に調節(又は「修正」)を加えて、中心波長を少なくとも約±8nmの範囲内で受け入れることができる。
c(R)を決定するためには少なくとも二つのオプションがある。第一のオプションは、機器(たとえば反射率計100)で使用されるLEDの実際の分布{L}を計測し、式5によって求められる計算を実施することである。すべての他の変数が既知であるか、利用可能な情報から決定可能であるならば、c(R)を決定するために必要なすべてが、{L}を満足させることである。
1)実測反射率をもっとも近い表の値まで丸め、対応する修正値を使用する。
2)実測反射率値が表内の隣接する点と点との間に位置する場合、補間を実施し、数値が表の外に位置する場合は、表の最も端の修正係数を使用する。
3)表内では補間を実施し、表の外では外挿を実施する。
Claims (22)
- 対応する光信号を発するために使用される1個以上の光源の中心波長がその1個以上の光源の指定された中心波長と異なる場合に一つ以上の反射率値を修正する方法であって、
A.1個以上の光源それぞれに関して、1個以上の光源に特徴的であり、参照波長のセットの参照光強度値で構成された参照スペクトル分布{L*}を画定するステップと、
B.1個以上の光源それぞれに関して、波長のセットの実際の光の強度値を含むスペクトル分布{L}を画定するステップと、
C.反射信号のセットの実際の反射率Rを決定するステップと、
D.反射信号のセットを受ける検出器のセットに対応する検出器感度データ{D}のセットを画定するステップと、
E.高分解能反射率値{r}を決定するステップと、
F.{L}、{L*}、{r}及び{D}の関数として修正係数を決定するステップと、
G.修正係数をRに適用してR*を決定するステップと、
を含む方法。 - ステップFにおける修正係数の決定が、指定された中心波長の少なくとも±約8ナノメートルの範囲まで有効である、請求項1記載の方法。
- 1個以上の光源がLEDを含む、請求項1記載の方法。
- 1個以上の光源の少なくとも1個が赤外線光源であり、ステップEにおける{r}の決定が、赤外線範囲の反射率値RIRを計測し、RIRの平均を表す定数としてrIRを決定することを含み、{r}中の各値が、対応する波長における(R/RIR)・rIRの値に等しい、請求項1記載の方法。
- {r}の値を不連続的な波長間隔で決定する、請求項4記載の方法。
- 1個以上の光源及び検出器のセットが反射率計の一部を構成する、請求項1記載の方法。
- 対応する光信号を発するために使用される1個以上の光源の中心波長がその1個以上の光源の指定された中心波長と異なる場合に一つ以上の反射率値を修正するように構成された中心波長修正システムであって、
A.1個以上の光源それぞれに関して、波長のセットの実際の光の強度値を含むスペクトル分布{L}を決定するように構成されたスペクトル分布モジュールと、
B.反射信号のセットから実際の反射率Rを決定するように構成された反射率モジュールと、
C.1)1個以上の光源それぞれに関する、1個以上の光源に特徴的であり、参照波長のセットの参照光強度値で構成された参照スペクトル分布{L*}、
2)高分解能反射率値{r}、及び
3)反射信号のセットを受ける検出器のセットに対応する検出器感度データ{D}
を含む少なくとも1個の記憶装置と、
D.{L}、{L*}、{r}及び{D}の関数として所与の波長における修正係数を決定し、修正係数をRに適用してR*を決定するように構成された修正関数モジュールと、
を含むシステム。 - 修正関数モジュールが、指定された中心波長の少なくとも±約8ナノメートルの範囲で修正係数を決定するように構成されている、請求項7記載のシステム。
- 1個以上の光源がLEDを含む、請求項7記載のシステム。
- 1個以上の光源の少なくとも1個が赤外線光源であり、修正関数が、赤外線範囲の実測反射率値RIRの関数としての{r}及びRIRの平均を表す定数rIRを決定するように構成されており、{r}中の各値が、対応する波長における(R/RIR)・rIRの値に等しい、請求項7記載のシステム。
- {r}の値が不連続的な波長間隔で決定される、請求項10記載のシステム。
- 1個以上の光源及び検出器のセットが反射率計の一部を構成する、請求項7記載のシステム。
- 対応する光信号を発するために使用される1個以上の光源の中心波長がその1個以上の光源の指定された中心波長と異なる場合に一つ以上の反射率値を修正するための波長修正手段であって、
A.1個以上の光源それぞれに関して、波長のセットの実際の光の強度値を含むスペクトル分布{L}を決定するためのスペクトル分布手段と、
B.反射信号のセットから実際の反射率Rを決定するための反射率手段と、
C.1)1個以上の光源それぞれに関する、1個以上の光源に特徴的であり、参照波長のセットの参照光強度値で構成された参照スペクトル分布{L*}、
2)高分解能反射率値{r}、及び
3)反射信号のセットを受ける検出器のセットに対応する検出器感度データ{D}
を記憶するための少なくとも1個の記憶手段と、
D.{L}、{L*}、{r}及び{D}の関数として所与の波長における修正係数を決定し、修正係数をRに適用してR*を決定するための修正関数手段と、
を含むシステム。 - 修正関数手段が、指定された中心波長の少なくとも±約8ナノメートルの範囲内で修正係数を決定するための手段を含む、請求項13記載の手段。
- 1個以上の光源がLEDを含む、請求項13記載の手段。
- 1個以上の光源の少なくとも1個が赤外線光源であり、修正関数手段が、赤外線範囲の実測反射率値RIRの関数としての{r}及びRIRの平均を表す定数rIRを決定するための手段を含み、{r}中の各値が、対応する波長における(R/RIR)・rIRの値に等しい、請求項13記載のシステム。
- 修正関数手段が、{r}の値を不連続的な波長間隔で決定するための手段を含む、請求項16記載のシステム。
- 波長修正手段が反射率計手段の一部を構成する、請求項13記載のシステム。
- A.光源のセットと、
B.検出器のセットと、
C.光源のセットからの光信号を試験製品に導き、試験製品から反射した光信号を検出器のセットに導くように構成された反射率アセンブリと、
D.参照スペクトル分布{L*}、高分解能反射率値{r}のセット、検出器のセットに対応する検出器感度データ{D}のセット、光源のセットに対応する計測されたスペクトル分布{L}及び実測反射率値Rのセットを記憶するように構成された少なくとも1個の記憶装置と、
E.{L}、{L*}、{r}及び{D}の関数として所与の波長における修正係数を決定し、修正係数をRに適用してR*を決定するための修正関数モジュールと、
を含む反射率計。 - 光源のセットがLEDのセットを含む、請求項19記載の反射率計。
- 光源のセット、検出器のセット及び光源のセットからの光信号を試験製品に導き、試験製品から反射した光信号を検出器のセットに導くように構成された反射率アセンブリを含む反射率ベースのシステムにおける波長修正モジュールであって、
A.参照スペクトル分布{L*}、高分解能反射率値{r}のセット、検出器のセットに対応する検出器感度データ{D}のセット、光源のセットに対応する計測されたスペクトル分布{L}及び実測反射率値Rのセットを記憶するように構成された少なくとも1個の記憶装置と、
B.{L}、{L*}、{r}及び{D}の関数として所与の波長における修正係数を決定し、修正係数をRに適用してR*を決定するための修正関数モジュールと、
を含む波長修正モジュール。 - 光源のセットがLEDのセットを含む、請求項21記載の波長修正モジュール。
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