JP2007522459A - Method for measuring clinical and / or chemical parameters in a medium and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
本発明は、媒体(10)内の臨床的かつ/または化学的パラメータ(S1)を測定する方法であって、コヒーレント光波(6)を送信するための手段(2)、例えばレーザ装置と、光波(8)を受信するための手段(4)、例えばフォトトランジスタユニットを含む方法に関する。前記方法によれば、送信された光波(6)の少なくともいくらかが媒体(10)に伝達され、光波(8)を受信するための手段(4)は、媒体(10)で反射される光波(8)の少なくともいくらかを測定し、パラメータ(S1)は、送受信された光波(6;8)の特性に基づいて測定される。光波(6)がレーザ装置(2)によって媒体(10)に送信され、媒体(10)で反射される光波(8)がフォトトランジスタ(4)によって測定されることにより、レーザビームの目標領域のパラメータ(S1)が処理および制御装置で有利に測定される。 The invention relates to a method for measuring a clinical and / or chemical parameter (S1) in a medium (10) comprising means (2) for transmitting a coherent light wave (6), for example a laser device, and a light wave. Means (4) for receiving (8), for example a method comprising a phototransistor unit. According to said method, at least some of the transmitted light wave (6) is transmitted to the medium (10), and the means (4) for receiving the light wave (8) is a light wave (reflected by the medium (10) ( At least some of 8) is measured, and the parameter (S1) is measured based on the characteristics of the transmitted and received light waves (6; 8). The light wave (6) is transmitted to the medium (10) by the laser device (2), and the light wave (8) reflected by the medium (10) is measured by the phototransistor (4), so that the target region of the laser beam is The parameter (S1) is advantageously measured in the processing and control device.
Description
本発明は、請求項1の前文による方法およびその方法を実行するための装置に関する。
The invention relates to a method according to the preamble of
生体中で物質または物質の濃度を正確に特定し得るためには、体内からサンプルをとり、その後そのサンプルを適切な試薬を用いて特別な分析方法によって処理することが必要である。サンプリング、例えば採血したり試薬を消費したりすることは、これらの公知の方法においては不利であると捉えられている。特に、血液中のグルコース含有量を一日の間に何度もテストしなければならない糖尿病患者の場合、グルコース含有量を測定する非侵襲的方法は大きな利点となるであろう。 In order to be able to accurately identify a substance or substance concentration in a living body, it is necessary to take a sample from the body and then process the sample by a special analytical method using an appropriate reagent. Sampling, for example collecting blood or consuming reagents, is regarded as disadvantageous in these known methods. Especially for diabetics who have to test their glucose content in the blood many times during the day, a non-invasive method of measuring glucose content would be a great advantage.
この理由により、血中グルコース含有量を非侵襲的に測定する多くの方法および装置が既に提案されてきた。代表的なものとして次の出版物、WO 95/04 496およびWO 01/26 538が参照される。しかしながら、公知の方法は正確な測定結果を得るのに適しないことが知られている。特に糖尿病患者については、測定結果が極めて不正確なので血糖値のモニタリングおよび調節のために用いることができない。確かに公知の方法は、瞬間的な血糖含有量の基本表示に用いることはできるが、正確に血糖値を調節するのに必要な薬物の必要量を決定するためには、従来のモニタリング測定、すなわち再サンプリングを行わなければならない。 For this reason, many methods and devices for measuring blood glucose content non-invasively have already been proposed. Reference is made to the following publications, WO 95/04 496 and WO 01/26 538 as representative. However, it is known that known methods are not suitable for obtaining accurate measurement results. Especially for diabetics, the measurement results are very inaccurate and cannot be used for monitoring and adjusting blood glucose levels. Certainly, known methods can be used for the basic display of instantaneous blood glucose content, but in order to determine the amount of drug needed to accurately adjust blood glucose levels, conventional monitoring measurements, That is, resampling must be performed.
したがって本発明の目的は、媒体中の臨床的かつ/または化学的パラメータを測定するための高精度な方法および装置を特定することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to identify a highly accurate method and apparatus for measuring clinical and / or chemical parameters in a medium.
この目的は、請求項1の特徴的な部分で言及される方策によって達成される。この方法を実行するための発明および装置の有利な展開例は、さらなる請求項で言及される。
This object is achieved by the measures mentioned in the characterizing part of
本発明は次の利点を有する。レーザユニットを用いて媒体に光波を伝達すること、および媒体で反射された光波をフォトトランジスタユニットを用いて測定することによって、レーザビームの目標領域に広がるパラメータを、処理装置または監視ユニットで測定することができる。この目的のために、本発明のさらなる実施例において、レーザユニットによって生成された波の周波数または波長は、測定されるパラメータの特性に従って調整され、パラメータはフォトダイオード装置を用いて測定される信号に関連して決定される。本発明による方法によって、特にコレステロールなどのパラメータについて、極めて正確な結果を得ることができることがわかった。 The present invention has the following advantages. A parameter that spreads to the target area of the laser beam is measured by the processing device or the monitoring unit by transmitting the light wave to the medium using the laser unit and measuring the light wave reflected by the medium using the phototransistor unit. be able to. For this purpose, in a further embodiment of the invention, the frequency or wavelength of the wave generated by the laser unit is adjusted according to the characteristics of the parameter to be measured, the parameter being a signal that is measured using a photodiode device. To be determined in relation. It has been found that the method according to the invention makes it possible to obtain very accurate results, especially for parameters such as cholesterol.
さらに、グルコースなどのパラメータの場合には、請求項6の方法によっておよび、事実上請求項1から5の独立形式および従属形式の両方において、極めて正確な結果を得ることができる。 Furthermore, in the case of parameters such as glucose, very accurate results can be obtained by the method of claim 6 and in fact both in the independent and dependent forms of claims 1-5.
用語「臨床的かつ/または化学的パラメータ」は、特に下記を意味するよう理解されるべきである:
− 代謝による分解生成物または代謝産物;
− 代謝に関する物質;
− 白血球、特に炎症の程度を確認するための白血球;
− 尿酸;
− 酵素;
− イオンまたはイオン濃度;
− ビタミン;
− CRP(C反応性蛋白);
− 老化防止、ウェル・エージングおよびライフスタイルに関連する物質;
− 微生物;
− アルコール;
− 薬物;
− 乳酸塩;
− ドーピング物質;
− 色;
− 発癌性細胞および構造;
− 汚染物質、特に廃水汚染物質;
− 液体媒体、特に水の品質管理(臨床検査値は試薬の利用なしで得られる);
− ホルモン;
− バクテリア;
− 結晶およびそれらの構造;
− ウイルス。
The term “clinical and / or chemical parameters” should be understood to mean in particular:
-Metabolic degradation products or metabolites;
-Substances related to metabolism;
-White blood cells, especially white blood cells to check the degree of inflammation;
-Uric acid;
-Enzymes;
-Ions or ion concentrations;
-Vitamins;
-CRP (C-reactive protein);
-Substances related to anti-aging, well aging and lifestyle;
-Microorganisms;
-Alcohol;
-Drugs;
-Lactate salt;
-Doping substances;
-Color;
-Carcinogenic cells and structures;
-Pollutants, especially wastewater pollutants;
-Quality control of liquid media, especially water (clinical laboratory values are obtained without the use of reagents);
-Hormones;
-Bacteria;
-Crystals and their structures;
-Viruses.
さらに、用語「媒体」は、固体、液体、もしくはガス媒体、または任意の構造を有する、これらの媒体の任意の混合形を意味するよう理解されるべきである。特に:
− 人体または動物の体;
− 血液;
− 色;
− 廃水;
− (高品質の水の意味における)飲料水;
− 溶接によって接合された金属加工品。
Further, the term “medium” should be understood to mean a solid, liquid, or gas medium, or any mixed form of these media having any structure. In particular:
-The human or animal body;
-Blood;
-Color;
-Wastewater;
-Drinking water (in the sense of high quality water);
-Metal workpieces joined by welding.
本発明は、下記の図面に示される実施例においてより詳細に記載される。これらは請求項で請求された主題を理解することを助ける、例示的な実施例である。 The invention is described in more detail in the examples shown in the following figures. These are exemplary embodiments that aid in understanding the claimed subject matter.
本発明による、身体10内の物質を非侵襲的に測定するための装置が、図1の上部半分に概略的に示される。本発明による装置は、監視ユニット1、レーザユニット2、マイクロ波ユニット3およびフォトトランジスタユニット4を含む。監視ユニット1は、プロセスを導き、信号を調整する実際のユニットで、この目的でレーザユニット2、マイクロ波ユニット3およびフォトトランジスタユニット4と動作的に接続している。マイクロ波ユニット3がマイクロ波7a,7bを送受信するのに適する一方で、レーザユニット2は光波6を放射することにのみ適する。身体10で反射された光波8を受取るためにフォトトランジスタユニット4が用いられ、フォトトランジスタユニットは結果的にレーザユニット2とともに測定ユニットを形成する。本発明によれば、本発明が実行に際して縮小されてもよいように、マイクロ波ユニット3と、レーザユニット2およびフォトトランジスタユニット4を含む測定ユニットとの両方の存在が必須ではないことが明示的に指摘される。その代り、本発明は、測定ユニットのうち1つだけ、すなわち、マイクロ波ユニット3、またはフォトトランジスタユニット4と組み合わせたレーザユニット2を用いて、十分に実現することができる。当然ながら、詳細に下記に説明される本発明による2つの装置の組み合せは、最大限に広い使用を生み出す。
A device for non-invasively measuring a substance in the
増幅器ユニット、信号処理ユニット、メモリユニットおよび他の機能的ユニットが監視ユニット1に含まれ、これらは当然別個のユニットに取り付けることができる。単に明瞭にするために、様々な機能的ユニットは図1の監視ユニット1に連結されている。
An amplifier unit, signal processing unit, memory unit and other functional units are included in the
図1の参照記号10は、媒体としての身体を特定する。これは例えば生きている人体のある領域であって、そこでパラメータとして物質S1からS3が、または複数の物質S1からS3が測定されることになる。血管壁20aおよび20bを有する動脈血管20が身体10に示される。物質S1からS3は、血管20および他方の組織にも両方で見つかるので、物質S1からS3は血管20内で血流によって搬送され、他方の組織に拡散し得る。
The
図1に示される装置を用いて実行される、物質S1からS3の測定またはそれらの血中濃度の測定に用いられる本発明による方法が、より詳細に下記に説明される。 The method according to the invention used for measuring substances S1 to S3 or measuring their blood concentration, carried out using the apparatus shown in FIG. 1, is described in more detail below.
当初第1段階では、レーザユニット2の助けによって測定経路100が確立され、後にこの測定経路において測定が実行される。ここでの目的は、動脈血管20の中央領域に測定経路100を位置決めすることである。この目的のためにレーザユニット2は、なお詳細に説明されることになるレーザユニットであるが、IR(赤外線)領域で動作する。酸素含有量は静脈血より動脈血においてより高いことが知られている。したがって、問題となる位置における酸素含有量に依存して、多かれ少なかれ強い反射信号が得られ、フォトトランジスタユニット4で測定される。したがって、反射信号が強い場合には、動脈血管または血液が大きく潅流された身体組織部分のいずれかがレーザビームの目標領域にあると考えることができる。反射信号には、レーザビームの目標領域に存在する粒子の速度に関する情報アイテムが追加的に含まれるので、実際に動脈血管が存在するのか(粒子がより速い場合)、または血液が大きく潅流された身体組織部分のみが存在するのか(粒子がほとんど動かない場合)を、さらに明らかにすることができる。測定経路100はこのように決定される。測定経路100が与えられた位置にあることを証明することができ、それは意味のあることである。要求される目標精度を示すのはレーザのみなので、ここではレーザユニット2の利用は必須である。
Initially, in the first stage, a
本発明による方法の他の実施例では、測定経路100で実行された測定についての時点が、第1段階で追加的に測定される。この方法の上述のステップに従って動脈血脈管20内で測定経路100の位置が確立されている場合、脈管20内の速度プロフィールは、心臓の鼓動周期(QRS群)に本質的に比例する。その後それは心臓の鼓動周期に関連して確立された時間窓を決定するために与えられ、そこで1つ以上の物質S1からS3の濃度測定が続いて行なわれる。本発明の異なる実施例では、QRS群を中心として、または末梢血管中の脈波に対して、例えば100nsの時間窓が確立される。
In another embodiment of the method according to the invention, the time points for the measurements performed in the
この方法の上述のステップによって、測定経路100の空間的およびさらには時間的な位置が決定されると(段階I)、関心がある物質S1からS3の実際の測定を始めることができる(段階II)。この目的のために2つの測定方法が用いられ、それらは同時に作用し得る。 Once the above steps of the method have determined the spatial and even temporal position of the measurement path 100 (stage I), the actual measurement of the substances of interest S1 to S3 can be started (stage II). ). Two measurement methods are used for this purpose, which can act simultaneously.
第1の測定方法は、測定経路100の光学的可視スペクトルの測定に基づく。ここで、レーザユニット2を用いて、(例えば25nm間隔で)400nmから最大1400nmの波長を有する光パルスが送信される。エコー信号は、スペクトルを生成するための光測定ユニットとしてのフォトトランジスタユニット4を用いて測定される。時間関係がきつく、またスペクトル全部に関心があるわけではないので、物質S1,S2,S3のいずれが測定されるかに依存して、ある波長領域だけがトラバースされる。いずれの場合も、最小の光パルス幅は波長の2倍に等しい。
The first measurement method is based on the measurement of the optical visible spectrum of the
光学エコー信号を測定する際に、フォトトランジスタユニット4は、指定された波長における選択的測定ができる態様で調整される。例えば、フォトトランジスタユニット4は400nmの波長に合わせることができ、それは周波数選択的または波長選択的な調整可能性として下記に述べられる。フォトトランジスタユニット4はさらに詳細に説明される。
When measuring the optical echo signal, the
この第1の測定方法は、例えばコレステロールのレベル、すなわち、血液中に比較的低濃度で存在するが、その構造上の理由により光学スペクトルに相当な影響を有する物質のレベル測定について、極めて好適である。 This first measurement method is very suitable for measuring, for example, the level of cholesterol, ie the level of substances that are present in blood at a relatively low concentration but have a considerable influence on the optical spectrum for structural reasons. is there.
上述のように最初に述べた方法と同時に作用し得る第2の測定方法では、物質S1,S2,S3またはそれらの分子を数えることによって濃度を測定する。マイクロ波ユニット3はこの目的のために用いられる。マイクロ波ユニットは、極めて短期(例えば83ピコ秒または133.3ピコ秒)の個々のパルスを段階Iで決定された測定経路100に送信し、測定経路を走査し、各場合にマイクロ波ユニット3が受取ったエコー信号のフィールド強度により、ある物質S1,S2,S3もしくはその物質の原子の存在または不在に関する情報がもたらされる。
As described above, in the second measuring method that can operate simultaneously with the method described first, the concentration is measured by counting the substances S1, S2, S3 or their molecules. The microwave unit 3 is used for this purpose. The microwave unit sends very short (eg 83 picoseconds or 133.3 picoseconds) individual pulses to the
このように、関心がある物質を有するサンプルに関して予め決定されたマイクロ波周波数を送信することによって、様々な波長を有する目標領域の複数の像が生成される。監視ユニット1に付属するメモリユニットに予め記憶され、同じく監視ユニット1に含まれるパターン認識装置内で比較のために検索することができる、以前に測定されたパターンが、これらの像と比較される。1つの実施例では、メモリユニットのメモリに限界があるために、測定されるべき物質の公知のパターンしか記憶されていない。
In this way, by transmitting a predetermined microwave frequency for a sample having a material of interest, multiple images of the target region having various wavelengths are generated. Previously measured patterns, which are stored in advance in a memory unit attached to the
この第2の測定方法は、例えば血液中のグルコース、すなわち血液中に比較的低い様々な濃度でしか存在しない物質の測定に極めて好適である。さらにグルコース含有量は、光学スペクトルからは、正確に測定すること、すなわち十分な精度で測定することができない。 This second measuring method is very suitable for measuring, for example, glucose in blood, i.e. substances which are present only in relatively low concentrations in the blood. Furthermore, the glucose content cannot be measured accurately from the optical spectrum, i.e. with sufficient accuracy.
他の物質の濃度を測定するため、それらについて光学スペクトルの効果を確立することができ、かつマイクロ波ユニット3の助けによって十分な粒子を検知することも両方できるよう、2つの測定方法を組み合わせることが可能である。すなわち、両方の測定方法の結果が濃度の決定において考慮される。 Combining the two measuring methods to measure the concentration of other substances, so that the effect of the optical spectrum can be established on them, and sufficient particles can be detected with the aid of the microwave unit 3 Is possible. That is, the results of both measurement methods are taken into account in determining the concentration.
正確な波長を有するレーザビームを生成するために、可変波長を有するレーザユニット2が用いられる。同じレーザユニットを用いて様々なレーザビームを生成したいなら、本発明による方法を用いる場合、所望の波長を調整することが絶対的に必要である。
In order to generate a laser beam having an accurate wavelength, a
同じレーザユニットを用いて様々な波長を有するレーザビームを生成することはそれ自体公知である。したがって、このようにして所望の色成分を抽出するためにフィルタまたはプリズムの助けによって白色光レーザのレーザビームを分割することが、既に提案されてきた。適切な機械システムの助けによって、レーザユニットに存在する共振器の寸法を変更することがさらに知られており、その結果、生成されたレーザ光の波長も変更することができる。白色光または着色光レーザに関しては、2003年9月16日付けのドイツ、ボン大学(University of Bonn)のプレスリリースが参照される。そこには、白色光を単純な方法により低価格で生成することができる、新しいレーザが記載されている。白色光は適切なプリズムの助けによって色成分に分解され、次に必要な色を選択することができる。初めに挙げた手法に関しては、ジェフ ヘヒト(Jeff Hecht)による「レーザの理
解(Understanding Lasers)」(IEEEプレス、1992年、296頁−297頁)と題された刊行物が参照される。
It is known per se to produce laser beams with different wavelengths using the same laser unit. Thus, it has already been proposed to split the laser beam of a white light laser with the aid of a filter or prism in order to extract the desired color component in this way. It is further known to change the dimensions of the resonator present in the laser unit with the aid of a suitable mechanical system, so that the wavelength of the generated laser light can also be changed. For white light or colored light lasers, reference is made to a press release from the University of Bonn, Germany, dated 16 September 2003. It describes a new laser that can produce white light at a low cost by a simple method. The white light is decomposed into color components with the help of a suitable prism and then the required color can be selected. Reference is made to the publication entitled “Understanding Lasers” (IEEE Press, 1992, pp. 296-297) by Jeff Hecht for the first mentioned approach.
図2から図7に関して説明されるレーザユニット2(図1)は、図1に例示された装置に特に適する。これは例えばガリウム砒素に基づく半導体レーザユニットである。レーザユニット2は目標精度が高いことによって特徴付けられる。レーザユニット2を用いて、例えば400nmから700nmまでの波長を生成することが可能である。
The laser unit 2 (FIG. 1) described with respect to FIGS. 2 to 7 is particularly suitable for the apparatus illustrated in FIG. This is, for example, a semiconductor laser unit based on gallium arsenide. The
図2Aは、長手軸40と平行な断面を参照して、レーザユニット2の一部の概略的な構造を示す。レーザビームとして生成された光波が長手軸40に平行に伝播し、ミラーユニットおよび半透明窓として実現される出口窓は、図2Aに示されないが図3および図4を参照して説明される。半透明窓はさらに例えばいわゆるブルースター(Brewster)窓であり得る。
FIG. 2A shows a schematic structure of a part of the
例えば黄銅または白金などの固形の熱伝導材料でできており、ハウジング部分と見なすことができる支持ユニット30は、レーザユニット2の中核的特性、具体的にはレーザダイオードユニット34を囲み、レーザダイオードユニットにおいて、半導体レーザの場合に公知の態様で、p−層とn−層との間の接合領域でレーザビームが生成される。レーザダイオードユニット34として指定された層は、図2によれば、支持ユニット30上に直接位置する。次に、レーザダイオードユニット34に始まり、第1の絶縁層33、圧力生成要素としてのピエゾエレメント32および第2の絶縁層31と続き、絶縁層31は囲んでいる支持ユニット30と反対側で接触する。このように、ピエゾエレメント32は電気的に絶縁される。
The
レーザユニット2の前述の設計によると、このように波長を変更するためにピエゾエレメント32で生成される力を介してレーザダイオードユニット34に作用することが可能となる。なぜなら、価電子帯と伝導帯との間隔および、そのために波長も、レーザダイオードユニット34に作用する力に依存するからである。
According to the above-described design of the
ピエゾエレメント32は、好ましくはその表面に銀フィルムが与えられた電気石結晶からできており、そのフィルムは蒸着によって生成され、ピエゾエレメント32全体と連絡し、これを制御するよう使用される。銀フィルムの代わりにアルミニウムまたは別の金属フィルムを蒸着により与えることもできる。
The
既に説明されたように、レーザユニット2によるレーザビームの生成にはミラーユニットおよび出口窓の両方を要し、それらはレーザユニット2の長手軸40(図2Aまたは図2B)を実質的に横断して配置される。リヤミラーはレーザダイオードユニット34によって生成された光ビームを可能な限りすべて反射するが、出口窓は、予め定められた条件を満たす光ビームが半透明の窓を直接通ってレーザユニット2から出ることができるようにする働きをする。さらに詳しい情報は、ジェフ ヘヒトによる「レーザの理解」と題する刊行物(1992年発行、ニューヨーク、IEEEプレス第二版、110頁および111頁)で見ることができる。
As already explained, the generation of the laser beam by the
レーザユニット2の部分の他の実施例は、図2Aと同様、長手軸40と平行な断面に関して図2Bに示される。図2Aの実施例に既にあるように、図2Bによる実施例の支持ユニット30も、2つの絶縁層31および33、ピエゾエレメント32およびレーザダイオードユニット34が包含されるキャビティを形成する。図2Aによる異なる実施例とは対照的に、レーザダイオードユニット34は、当初は第1の絶縁層33によって、次に圧力生成要素としてのピエゾエレメント32によって、その後第2の絶縁層31によって、最後に支持ユニット30によって囲まれる。このようにして、レーザダイオードユニット3
4にすべての径方向、すなわち長手軸40に実質的に直交する方向から作用する力を、圧力生成要素32によって生成することができる。
Another embodiment of the portion of the
4 can be generated by the
図3に示されるのは、図2に示された支持要素30上に軸方向に配置される出口窓50である。出口窓50は本質的に、フレーム要素70および横方向に配置された絶縁層61、フレーム要素70および絶縁層61の両方を通って与えられる開口部60を含む。さらに切断面A−Aが図3に示され、それは図4に示される出口窓50を通る断面の基礎を形成する。
Shown in FIG. 3 is an
図4は、図3に示された出口窓50を切断面A−A(図3)に沿った断面で示す。長手軸40と平行な断面を通じ、フレーム要素70はU字型部分となって、そこへ半透明窓51が挿入され、半透明窓51は、伝搬方向すなわち長手軸40方向に実質的に直交して位置する。半透明窓51の変位、すなわち軸方向に平行移動のコレステロールおよび長手軸40に対する傾斜運動も、位置決め要素52から56(下記でより一般的に変位要素とも呼ばれる)の助けによって達成され、それらは次にピエゾエレメントとして構築される。半透明窓51の運動について自由度3となるようにするため、図3示される実施例の位置決め要素52から56は、四隅のある半透明窓51の隅に配置される。さらに、位置決め要素52から56が互いから独立して駆動することができるよう、位置決め要素52から56は個々に電気接続を介して連絡する。制御は例えば中央制御ユニットを介して起こるが、これ以上は図示されない。
FIG. 4 shows the
できる限り完全で損失のない態様でレーザダイオードユニット34(図2)において生成された光ビームを反射するためのミラーユニットは、従来技術に従って固定ミラー面として実現することができる。 The mirror unit for reflecting the light beam generated in the laser diode unit 34 (FIG. 2) in as complete and lossless manner as possible can be realized as a fixed mirror surface according to the prior art.
本発明の他の実施例では、ミラーユニットは固定ではなく、図3および図4を参照して説明された半透明窓51と同様に実現することが提案される。この異なる実施例では、当然、半透明窓は必要ではない。この理由により、図4に示された半透明窓51の代わりに必要となるのは、例えば支持部上で金属フィルムを蒸着させることによって得られる反射面である。残りの要素、すなわち位置決め要素または変位要素は、その反射面を制御するのに使用される。このように、下記の説明に照らして特に明らかとなるように、固定ミラー面(ミラー要素)を有する実施例に対して拡大された適用範囲を有するレーザユニット2が生成される。
In another embodiment of the invention, it is proposed that the mirror unit is not fixed, but is realized in the same way as the
レーザユニットで共振を得るために、ミラー面(ミラー要素)と半透明窓との間隔が、対象となる波長の半分(λ/2)の倍数であるかまたはこれと正確に等しいことが測定的に重要であることが知られている。ここで波長がピエゾエレメント32(図2)を用いた変更によって変更される場合、ミラー面と半透明窓51との間隔が対象となる波長の半分(λ/2)の倍数またはこれと正確に等しく設定されるとき、とりわけ効率的なレーザユニット(すなわち最大コヒーレント光)を得ることができる。
In order to obtain resonance in the laser unit, it is measurable that the distance between the mirror surface (mirror element) and the translucent window is a multiple of half the wavelength of interest (λ / 2) or exactly equal to this. Is known to be important. Here, when the wavelength is changed by a change using the piezo element 32 (FIG. 2), the distance between the mirror surface and the
レーザダイオードユニット34にすべての側面から及ぼされる力(図2B)と同時に実行されるミラー面と半透明窓51との間隔の正確な設定の組み合わせを通じて、極めて多様な設定を有するレーザユニット2(図2)が利用可能となり、それは特に、プリズムもしくは色フィルタの必要なく、または周波数の倍加を行なう必要もなく、例えば400nmから700nmの間で波長が電気的に設定できることで特徴付けられる。
Through a combination of precise settings of the spacing between the mirror surface and the
図5は、図2A、図2B、図3および図4を参照して説明された個々の部分を含むレーザユニット2を示す。したがって、図2による支持要素30は、半透明窓を有するフレーム要素50とミラーユニット80との間に配置され、絶縁層61は個々の部分80、30
および56の間の電気的および熱的絶縁のために存在する。
FIG. 5 shows the
And 56 for electrical and thermal isolation.
図6Aおよび図6Bは、エピタキシ法または他の方法によっても製造されるレーザダイオードユニットを示し、このレーザユニットは正方形の断面の4つの側面すべてに圧力生成要素73,74を示し、圧力生成要素73,74の4つの部分は各隅において間隔を置いている。圧力生成要素73,74の4つの部分すべてを同時に始動させるために、これらは(図6Aおよび図6Bに示されるように)接合ワイヤの助けによるか、またはこの目的のために与えられる電圧源もしくは制御ユニット77に直接に結合されて互いに電気的に接続される。
6A and 6B show a laser diode unit that is also manufactured by epitaxy or other methods, this laser unit showing
さらに明らかにするために、レーザダイオードユニットについて図6Aにp−n接合が、図6Bにn−p接合が示される。図6Aおよび図6Bから、圧力生成要素73,74がレーザダイオードユニットに対して対極を有することは明らかであり、そのため、圧力生成要素とレーザダイオードユニットと間の互いに不利な影響を防ぐことができる。
For further clarity, the pn junction is shown in FIG. 6A and the np junction is shown in FIG. 6B for the laser diode unit. From FIG. 6A and FIG. 6B, it is clear that the
図6Aおよび図6Bに使用された参照記号は以下のように特定することができる:
71 レーザダイオードユニットのn(カソード)、
72 レーザダイオードユニットのp(アノード)、
73 圧力生成要素のn端子、
74 圧力生成要素のp端子、
75 支持要素、
76 レーザダイオードユニットのソース、
77 レーザダイオードユニットに作用する力を設定するための制御回路、
78 圧力生成要素の個々の部分間のエアギャップ、
79 圧力生成要素。
The reference symbols used in FIGS. 6A and 6B can be identified as follows:
71 n (cathode) of the laser diode unit,
72 p (anode) of the laser diode unit,
73 n terminal of the pressure generating element,
74 p-terminal of the pressure generating element,
75 support elements,
76 Source of laser diode unit,
77 A control circuit for setting the force acting on the laser diode unit,
78 Air gaps between the individual parts of the pressure generating element,
79 Pressure generating element.
図7は、ミラーユニット80と出口窓50との間の中央に配置されたレーザユニット2の中央部を有する、本発明による装置を概略図として示し、そのレーザユニットは、例えば図6Aおよび図6Bに関連して記載された方法によって実現される。この実施例は、ミラーユニット80および出口窓50の両方が、圧力生成要素(図7に示されない)によって生成されてレーザダイオードユニットに作用する力に依存して、かつ具体的にはレーザダイオードユニットが常にミラーユニット80と出口窓50との間の中央に位置する態様で変位され、またはダイオードレーザ面が、波長の半分もしくは波長の半分の倍数だけミラーユニットから遠ざかっているという点で特徴付けられるが、これはダイオードレーザ面に反射防止コートがなされているか否かに依存する。具体的には、ダイオードレーザ面に反射防止コートがなされている場合、ダイオードレーザ面とミラーユニットとの間に付加的な共振は構築されない。他方、ダイオードレーザ面に反射防止コートがなされていない場合、ダイオードレーザ面とミラーユニットとの間に付加的な共振が作られ、距離が正しくない場合、付加的な波と、そのために損失とを生じる。これは、ダイオードレーザ面に対するミラーユニットの距離に依存する偏差によって起り、レーザダイオードユニットの両方の出口端にあてはまる。これは、例えば図7に示される、D点で回転可能に取付けられた同期回転装置100の助けによって達成される。ここでミラーユニット80が変位要素52によってW1の方向に変位される場合、同期回転装置100を介して出口窓50への1:1送信が起こり、そのため出口窓に同一の大きさのW2の方向への変位が生じる。
FIG. 7 shows schematically the device according to the invention with the central part of the
さらなる利点として、レーザダイオードユニットまたはその面の中央における位置合わせは、最適化された電力利用を生み出す。 As a further advantage, alignment in the center of the laser diode unit or its surface produces an optimized power utilization.
同期回転装置100の代わりに、レーザダイオードユニットが常にミラーユニット80
と出口窓50との間の中央に位置する態様で一致し、配置される、2つまたは複数の変位要素52があっても当然よい。
Instead of the synchronous
There may of course be two or
図1に関して例示される本発明による装置については、図8から図13に関して説明されるフォトトランジスタユニット4(図1)が特に好適である。 For the device according to the invention illustrated with respect to FIG. 1, the phototransistor unit 4 (FIG. 1) described with respect to FIGS. 8 to 13 is particularly suitable.
図8に例示されるフォトトランジスタユニット4は、本質的に、例えば1つまたは複数のフォトトランジスタで実現される感光層102と、感光層102の前部に配置されるフィルタユニット110とを含む。フィルタユニット110は、可動スリットマスク103と、マイクロプリズムユニット107と、固定スリットマスク108とを有する。可動スリットマスク103は、特に、可動スリットマスク103に対して横方向に配置された変位ユニット104および106の助けによって、矢印105で示される方向に、スリットマスク108に対して本質的に横方向に動くことができる。
The
1つの特定の実施例では、一方の変位ユニット104はピエゾユニットの助けによって実現され、他方の変位ユニット106は粘性ばね要素として実現される。ここで、粘性ばね要素は、例えばシリコーンのインサート、天然ゴムでできたインサート、または鋼ばねを含む。シリコーンのインサートが使用される場合、材料の移動を防ぐために緩衝層が必要である。
In one particular embodiment, one displacement unit 104 is realized with the aid of a piezo unit and the
変位要素104および106のさらなる具体的実施例ではマイクロステッパまたはマイクロリニアモータを用い、それにより可動マスク103の変位を、同じく極めて高精度に行うことが可能になる。
Further specific embodiments of the
プリズムユニット107は、固定スリットマスク108と可動スリットマスク103との間に配置され、マスク103,108は、開口部の対を形成する、対応する第1の開口部および第2の開口部を有する。プリズムユニット7は、少なくとも1つの開口部対について1つのプリズムを示す。
The
図8では示されないが、構成のさらなる実施例において、可動スリットマスク103の代わりにプリズムユニット107の位置が変位ユニットの助けによって変更され、装置はここでも例えばピエゾユニットおよび粘性ばね要素の形で実現される。このようにして、図8による実施例とは対照的にここでは位置的に固定されたスリットマスク103を通して、これらの光波Lを選択的に感光層102上に伝えることも可能である。マイクロプリズムユニット107は、スリットマスク103またはスリットマスク108に本質的に横方向に動く。
Although not shown in FIG. 8, in a further embodiment of the arrangement, instead of the
フィルタユニット110のさらに他の実施例では、両方のスリットマスクが可動である。スリットマスクの各々が、カバーされるべき移動距離の半分ずつを動くので、個々のスリットマスクの可動域(Auslenkungen)はこのように減じられる。ここでスリットマスクは横方向に反対向きに動く。 In yet another embodiment of the filter unit 110, both slit masks are movable. Since each of the slit masks moves half of the travel distance to be covered, the range of movement of the individual slit masks (Auslenkungen) is thus reduced. Here, the slit mask moves in the opposite direction in the lateral direction.
説明されたフィルタユニット110は、このように、フィルタされた波長が電子的に調整できるような色フィルタを代表する。さらに、フィルタユニット110は、例えば1400nmから430nmまでの波長に調整することができる、温度依存しない色フィルタである。フィルタユニット110およびそのためにフォトトランジスタユニット1全体としては、1つ以上の下記の利点によって特徴付けられる:
− フィルタユニット110の構造形状またはフォトトランジスタユニット1それぞれの構造形状は、極めて小さく選択することができる;
− 感光層102に衝突する光ビームの所望の波長を、電子的に正確に調整可能である;
− 機械的力が最小で済む;
− 反応時間が極めて短い;
− すべての開口部対が、測定が行われるある波長または同じ波長領域に調整される場合、フォトトランジスタユニット1の感度が増加する。その後特に、感光層上で測定された信号を加えることができ、それはより大きな信号含有量に結びつく。
The described filter unit 110 thus represents a color filter whose filtered wavelength can be adjusted electronically. Furthermore, the filter unit 110 is a temperature-independent color filter that can be adjusted to a wavelength of, for example, 1400 nm to 430 nm. The filter unit 110 and therefore the
The structure of the filter unit 110 or the structure of each of the
The desired wavelength of the light beam impinging on the
-Minimal mechanical force;
-Extremely short reaction times;
The sensitivity of the
フォトトランジスタユニット1を用いて正確な測定結果を得るために、予めキャリブレーションが実行されなければならない。このようなキャリブレーションは例えば以下のように行なわれることができる。
In order to obtain an accurate measurement result using the
フォトトランジスタユニット1は、公知の波長を有する光源に晒される。その後、可動スリットマスク103もしくは108が、または必要に応じてマイクロプリズムユニット107が、これが可動である限り、感光層102上で信号最大値が得られるまで、変位ユニット104,106の助けによって変位される。用いられる変位機構に従って対応する変位の程度は、キャリブレーションのために一定に保つことができる。有効な変位ユニットとしてピエゾエレメントが使用される場合、ピエゾエレメントに与えられる電気信号は光源の波長に関連し得るので、この波長についてのキャリブレーションが完成する。非線形性がある場合にはこれを把握するために、光源の他の波長のさらなるキャリブレーションが実行されると有利である。
The
マイクロプリズムユニット107は、結晶性形状で化学式NaClを有する物質で製造することができることが知られている。
It is known that the
図9は、フィルタユニットのさらなる実施例を表す斜視図である。図8による実施例とは対照的に、この実施例は、スリットマスク103および108にスリットを1つしか示さない。マイクロプリズムユニット107は対応して単一のプリズムを示す。入射光ビームはスリットマスク108によって平行にされる。その後、平行にされた光ビームは、マイクロプリズムユニット107によって様々な波長の光成分に分割される。関心がある光成分が、可動スリットマスク103の位置を適切に決めることにより、可動スリットマスク103の助けによって選択される。このように、所望の波長を有する光だけが感光層102に当たり、測定されるようになる。
FIG. 9 is a perspective view showing a further embodiment of the filter unit. In contrast to the embodiment according to FIG. 8, this embodiment shows only one slit in the slit masks 103 and 108. The
さらなる実施例は、スリットマスクの代わりに孔マスクを用いる。この場合、感光層上の対応する像は帯形状ではなく、点形状となる。 A further embodiment uses a hole mask instead of a slit mask. In this case, the corresponding image on the photosensitive layer is not a band shape but a point shape.
図10は、例えば図8による実施例で使用されるマイクロプリズムユニット107を表す。マイクロプリズムユニット107は例えばガラスから製造され、そこで個々のプリズムが削り込まれる。マイクロプリズムユニットの製造において、個々のプリズムはスリットマスクまたは孔マスクの対応する寸法と一致することが注意されるべきである。すなわち、スリットまたは孔の配置が対応するプリズムと一致し、その結果、所望の波長または波長領域を測定することができる。対応するスリットまたは孔は一般に開口部の対として指定され、対応して第1の開口部および第2の開口部を含む。
FIG. 10 shows a
さらなる実施例では、マイクロプリズムユニット107は、ガラスの代わりにポリマでできている。このようにして製造が単純化され、ガラスが使用される場合より費用が安い。マイクロプリズム層を形成するために個々のプリズムを組み合わせることも考えられる。個々のプリズムはその後接着剤で接合される。
In a further embodiment, the
前述の説明から明らかなように、フィルタユニットの適用例は、特に図8から図10による異なる実施例に関連して、感光層102とフィルタユニットとを組み合わせることに
ある。このように、ある波長領域において極めて正確な測定を行うことができるフォトトランジスタユニットが得られ、測定される波長の電子的調整が可能である。
As is apparent from the foregoing description, an example application of the filter unit is to combine the
フィルタユニットのさらなる実施例では、スリットマスクまたは孔マスクを通過した波長が調整可能である。この目的のために、一方が他方の上に重なる2つのマスクがマスクとして与えられ、それらは図8で参照符号103および108として特定されて、そのマスクは一方が他方に対して横方向に変位することができる。このような実施例は図11に示され、2つのマスク108aおよび108bは一方が他方の上に直接に置かれ、そのマスクは、例えば粘性ばね要素と組合わせたピエゾエレメントを再び用いて横方向に変位することができる。このようにしてスリットサイズまたは孔サイズが変更され、結果として、開口部が調整可能なスリットマスクまたは孔マスクが得られる。調整可能な開口部を有するスリットマスクまたは孔マスクは、適用例に依存して、マイクロプリズムユニットの上すなわち光源Lの側、またはマイクロプリズムユニットの下にあり得る。さらに、スリットマスクまたは孔マスクの開口部は、先の説明の意味においてマイクロプリズムユニットの上および下の両方において調整可能であることも考えられる。
In a further embodiment of the filter unit, the wavelength passed through the slit mask or hole mask can be adjusted. For this purpose, two masks, one overlying the other, are given as masks, identified in FIG. 8 as
図12は、可動スリットマスク108、プリズムユニット107、固定スリットマスク103、および図9に示された実施例に対応する感光層102を有する、フィルタユニット1のさらなる実施例を示す。図9と対照的に図12の実施例は一方で可動スリットマスク108を示し、そのスリットを形成する側壁は円錐形状を有し、実際スリットは、光入口側より光出口側でより狭い。他方、固定スリットマスク103も同様に円錐形に形成された側壁を示すが、逆方向なので、スリット幅は光出口側よりも光入口側でさらに小さい。換言すると、スリット幅は感光層102側よりもプリズムユニット107側でより小さい。
FIG. 12 shows a further embodiment of the
異なる実施例では、可動スリットマスク108のスリットが収束光学系13を備え、かつ/または固定スリットマスク103のスリットが拡散器14を備える。収束光学系13によって、より大きな光量またはやや多くの光子が得られ、プリズムユニット107に当たる一方、プリズムユニット107を通って単色的に出ていく光は、拡散器14によって、本質的に均一な態様で感光層102のより大きな領域一帯に分散される。最終結果はフォトトランジスタユニットの感度が上がることである。
In a different embodiment, the slit of the
図12では、可動スリットマスク108とプリズムユニット107との間の距離はaで示され、プリズムユニット107と固定スリットマスクとの間の距離はbで示され、固定スリットマスク103と感光層102との間の距離はcで示される。距離aおよびcは可能な限り小さく選択されるのが好ましいことがわかっている。距離bは可変であるのが好ましく、したがって、固定スリットマスク103のスリットを通り抜ける光ビームの帯域幅または波長領域を制限したり調節したりするよう機能する。
In FIG. 12, the distance between the
固定スリットマスク103の円錐形状、すなわちスリットを境界付ける側壁の急勾配は、感光層上の関連する測定領域が全体的に照らされるような態様で選択されることが指摘される。このようにして測定結果に誤差がないであろうことが保証される。なぜなら、フォトトランジスタの全体的でない照明が、概して測定誤差に結びつくからである。
It is pointed out that the conical shape of the fixed
図13は、図8による実施例に類似する、スリットマスクまたは孔マスク108に複数のスリットまたは孔を有する、感光層102を有する、本発明によるフィルタユニットのさらなる実施例を示す。参照符号12は混合光を示し、15は単色光を示し、後者のみが感光層102上に入射する。
FIG. 13 shows a further embodiment of a filter unit according to the invention with a
可動スリットマスク108を有する実施例では、スリットを形成する側壁が円錐形状を
有し、スリット開口部は光入口側で最大に選択され、その結果、可能な限りの光が各スリットに入射することができる。これに対して、スリットを形成する側壁はある点で一緒になり、各場合に可動スリットマスク108の頂部側と一致する。他方、固定スリットマスク103は、広い開口部が感光層102の側に来るという意味において反対方向に配置される。スリットに含まれる拡散器14により、感光層が最大限かつ均一に照らされることが確実になるので、一層の高感度およびより正確な測定結果が得られる。
In the embodiment with the
発明のさらなる実施例では、スリットの円錐形に形成された側壁には、照明効率(Lichtausbeutung)をさらに高めるために鏡面化(verspiegelt)が施される。 In a further embodiment of the invention, the conical side walls of the slit are verspiegelted to further increase the illumination efficiency (Lichtausbeutung).
さらなる実施例において、図13による断面の表示も同様に有効であり、マスク108および103はスリットの代わりに孔を有する。したがってマスク108および103の孔は円錐台形の形状を有し、可動孔マスク108の場合には収束レンズ13として、または固定孔マスク103の場合には拡散器14として、マスク108および103に嵌め込まれる挿入物(Einsaetze)も、円錐台形の形状を有する。
In a further embodiment, the cross-sectional representation according to FIG. 13 is equally effective, and the
図8および図9による実施例に関連して既に説明されたように、図12および図13による実施例においても、可動マスク108を固定するよう作ることができ、固定マスク108も可動であるよう作ることができることが明示的に指摘される。さらに、図11による位置は、図12および図13による実施例においても同様に考えることができる。
As already explained in connection with the embodiment according to FIGS. 8 and 9, in the embodiment according to FIGS. 12 and 13, the
マイクロプリズムユニットがNaCl結晶、ガラスまたはポリマでできていることは既に指摘された。結晶、例えば色純度が高いダイヤモンドなどの宝石、クオーツまたはネオジムがさらに考えられる。 It has already been pointed out that the microprism unit is made of NaCl crystal, glass or polymer. Further conceivable are crystals, for example gemstones such as diamond with high color purity, quartz or neodymium.
先に記載したすべての実施例において、いわゆるマルチプリズム(Mehrfachprismen)をマイクロプリズムユニットまたはプリズムユニットに用い得ることがさらに指摘される。より一般には直視プリズム(Geradsichtprismen)と呼ばれるこのようなマルチプリズムは、様々な材料、例えば様々なグレードのガラスを有する複数のプリズムから組み立てられ、その結果、スペクトルの偏差にもかかわらず、中心の光線は本質的に偏向せずに通過する。マルチプリズムについてのさらに詳しい情報は、例えばDE−3737775A1で見ることができる。 It is further pointed out that in all the embodiments described above, so-called multiprisms can be used for the microprism unit or the prism unit. Such multi-prisms, more commonly referred to as direct-view prisms (Geradsichtprismen), are assembled from a plurality of prisms with different materials, for example different grades of glass, so that the central ray is in spite of spectral deviations. Passes essentially without deflection. More detailed information about the multiprism can be found, for example, in DE-3737775A1.
最後に、図14は、図1に関連して参照されたマイクロ波ユニット3の実施例を示す。これは、マイクロ波の伝播方向205と平行な断面に関するマイクロ波ユニット3の一部のあり得る概略的構造である。図2に関して説明されたレーザユニット2のように、マイクロ波ユニット3(図1)は、負荷に耐え得る材料、例えば黄銅または白金でできた支持ユニット200を含む。したがって、必要に応じて大きな力に対応することができる。下記の層が小型の構造で支持ユニット200の内部に含まれる。上部の支持壁から始まって、第1の絶縁体層201、ガンダイオード(Gunn-Diode)202、第2の絶縁体層203およびピエゾエレメント204である。監視ユニット1(図1)から個々の層を制御するために対応する接点を有する様々な制御線は、図14では示されない。
Finally, FIG. 14 shows an embodiment of the microwave unit 3 referred to in connection with FIG. This is a possible schematic structure of a part of the microwave unit 3 with respect to a cross section parallel to the
ガンダイオード202は、ガン効果(ジョン ガン(John Gunn)、1963年)に基づくダイオードであって、マイクロ波を生成するために公知の態様で用いられる。ガン効果について、またはガンダイオードについてのさらに詳しい情報に関しては、代表的には、「電子工学技師ハンドブック(Electronics Engineer's Handbook)」(マグロウヒル(McGraw-Hill)第4版、1997年、12.71,12.79および12.80ページ)と題する、ドナルド クリスチャンセン(Donald Christiansen)による標準的研究書が参照される。この刊行物はこの主題に関するさらなる標準的研究に言及する。
The
先の説明によれば、ガンダイオード202は、第1の絶縁体層201と第2の絶縁体層203との間にクランプ締めされる。ガンダイオード202によって生成されるマイクロ波の周波数は、ここでピエゾエレメント204の助けによって、例えば8.7GHzから12GHzに調整することができる。ここで周波数偏移が達成されるのは、一方ではガンダイオード202に対する圧力(すなわちいわゆる「ダイ」)それ自体によるものであり、その圧力によって分子振動変化の結果としてガンダイオード202の内部で材料変質が生じるのは、温度が大きく変化する場合と同様である。他方ではガンダイオード202から支持ユニット200までの距離の変化に起因するキャパシタンスの変化によるものであり、蓄電板が互いに対して変位するキャパシタ内のキャパシタンスの変化と同様である。このように、ガンダイオード202によって生成された周波数を、ピエゾエレメント204を介して正確に調整することが可能である。このように、記載されたマイクロ波ユニット3は、生成されたマイクロ波の周波数を機械的調整装置なしに電子的態様で正確に調整することができるという点で、特に公知の装置と区別される。
According to the above description, the
送信されるマイクロ波205の周波数が一旦調整されると一定に保たれるように、マイクロ波ユニット3のさらなる実施例におけるピエゾエレメント204には、公知のいわゆるPLL(フェーズロックループ)またはFLL(周波数ロックループ)回路が与えられる。これらの回路のうち1つが、マイクロ波205の所望の周波数が一定に保たれる態様で、ピエゾエレメント204に加えられる電圧を規制する。
The
参照符号206は、マイクロ波205のガンダイオード202側の出口窓を示す。窓206は、外来原子を用いた適切なドーピングによって得られるのが好ましい。このようにして、マイクロ波のガンダイオード202からの制御された射出が可能になる。ドーピングに特に適するのはGaAs(ガリウム砒素)である。窓206の直径は例えば約10μmであり、ドーピングの深さは例えば320A(オングストローム)である。さらに、+/−ターミナルが図14に示され、前者の電気的接触は窓206内で生じ、後者の電気的接触は窓206の外部で生じる。
マイクロ波ユニット3(図1)の実施例が図15に概略的に示される。参照符号250は空洞共振器を示し、図14に関して説明されたマイクロ波ユニット3の一部も含まれ得る。図15は、図14の代替的実施例を示し、それは図16を参照して詳細に説明される。
An embodiment of the microwave unit 3 (FIG. 1) is schematically shown in FIG.
空洞共振器250は金属でできており、マイクロ波が空洞共振器250から伝播方向205に出る、出口孔251を有する。空洞共振器250に含まれるのは、一方ではセラミック体234であって上から空洞共振器250の内部へ延在し、他方では本体235が下から空洞共振器250の内部へ延在し、上部セラミック体234および本体235は互いの方へ方向付けられ、すなわち、共通の軸を示すが接触していない。本体235の他には付加的なセラミック体236がさらに配置され、それは図16の詳細図に関して説明される。本体235は例えば黄銅または銅などの金属でできており、カソードとして機能する。同時に、本体235を介して余分な熱を取除くことができる。
The
図15によるAの詳細図である図16からは、下記の装置または層のためのそれぞれの支持要素として下部セラミック体235があることが明らかである。(セラミック体235から始まる順に):
− ピエゾエレメント204;
− 例えば銀または銅などの金属でできている接触層203;
− ガンダイオード202。
From FIG. 16, which is a detailed view of A according to FIG. 15, it is clear that there is a lower
A
A
A
ピエゾエレメント204を制御するために制御線231があり、付加本体236上の接点232に接続される。接点232は、付加本体236に包含される導電体を介して空洞共振器250から導き出され、その結果、空洞共振器250の外部からピエゾエレメント204を駆動することが可能である。接触層203の上部に配置されるガンダイオード202は接触ループ230を介してさらにセラミック体234に接続し、それは同時に貫通コンデンサ(Durchfuehrungskondensator)として機能して、空洞共振器250の外部からガンダイオード202に接触することを可能にする。
A
先の説明によれば、ガンダイオード202は接触層203およびピエゾエレメント204に取り付けられる。ガンダイオード202によって生成されたマイクロ波の周波数は、ここでピエゾエレメント204の助けによって、例えば8.7GHzから12GHzに調整することができる。ここで周波数偏移が達成されるのは、一方では、ガンダイオード202とカソードとして作用する本体235との間の間隔の変化に起因するキャパシタンス変化によるものであり、他方では、貫通コンデンサとして作用するセラミック体234に対する位置変化によるものである。したがって、ピエゾエレメント234を介して、ガンダイオード202で生成されたマイクロ波の周波数を正確な態様で調整することが可能である。この実施例もまた、生成されたマイクロ波の周波数を電子的に調整することができるという点で、公知のマイクロ波ユニットとは区別される。
According to the above description, the
この異なる実施例のさらなる利点は、例えば空洞共振器250の外側の寸法が2×1×1mm部の極めて小さな構造の形状であり、僅かに3つのターミナル、すなわち、VGnd,VGunn,およびVPiezoを有し、VGndは共通の接地または結合ポテンシャル(Erd-bzw.Massenpotential)に等しく、VGunnは供給電圧またはガンダイオードの信号ピックオフに等しく、かつVPiezoはピエゾエレメントの供給電圧およびそれと接続する発振器回路(Schwingkreis)の調整に等しい。内蔵型空洞共振器は、高周波を示す成分がすべて空洞共振器に含まれているので、外的な影響にほとんど感度を示さない。この状況により、マイクロセンサ技術への応用がほぼ理想的になる。
A further advantage of this different embodiment is the shape of a very small structure, for example the outer dimension of the
図14による異なる実施例の説明に関連して既に述べられたように、送信されるマイクロ波の調整された周波数は、いわゆるPLL(フェーズロックループ)またはFLL(周波数ロックループ)回路の助けによって一定に保つことができ、それはこの実施例の場合にも当然考えられる。 As already mentioned in connection with the description of the different embodiments according to FIG. 14, the tuned frequency of the transmitted microwave is constant with the help of a so-called PLL (phase-locked loop) or FLL (frequency-locked loop) circuit. This is naturally conceivable in the case of this embodiment.
図17は、追加インダクタンスおよび追加キャパシタンスを有する、図16による実施例に対して拡大された変形例を示す。このようにして、高周波信号成分またはマイクロ波が望ましくない場所において空洞共振器から逃れることを防ぐ。 FIG. 17 shows an enlarged variant on the embodiment according to FIG. 16 with additional inductance and additional capacitance. In this way, high frequency signal components or microwaves are prevented from escaping from the cavity resonator in undesirable locations.
図18は、支持ユニット200を側面図で示し、参照符号205はここでもガンダイオード202(図14)で生成されるマイクロ波ビームを特定する。その各々がピエゾエレメントから形成される変位要素207から209を用いて支持ユニット200を埋め込むことによって、支持ユニット200全体が変位されたり傾けられたりでき、換言すれば、マイクロ波ビーム205の方向を設定することができる。最大限大きな領域がマイクロ波ビームで覆われ得るように、変位要素207およびその対をなすもの(変位要素207によって覆われるので図8では見えない)がマイクロ波ビームの出口開口部領域に取り付けられる。これらの変位要素208によって、支持ユニット200は、図面に直交する符号210の矢印に対応して、図面に直交して動くことができる。
FIG. 18 shows the
さらに2つの変位要素208および209が、実際、支持ユニット200が符号211の矢印に対応して図18の図面上で動けるような態様で、支持ユニット200の対抗する端部に配置される。したがって、変位要素208および209は支持ユニット200の平
行な表面のうち2つの上で作用する一方、変位要素207およびそのはめ合い部は、平行六面体形状の支持ユニット200の平行する表面のうち他の2つの上で作用する。
Two
変位要素207から209が問題なく接触するために、その外側に銀層が与えられることが好ましい。これにより制御線220から222との公知の接合技術を通じた単純な接触が可能となる。基準電位(Referenzpotential)を確立するため、基準接続(Referenzanschluss)223がそこに関連付けられる。この目的のため、基準接続223は、ここでも接合技術によって支持ユニット200に接続されるのが好ましい。
In order for the
マイクロ波ビームは、記載した位置決め装置を用いて2つの軸に対して傾けられることができ、その結果、約2.5°の円錐が横切られることができる。支持ユニット200の第3の対になる表面に作用するさらなる変位要素が使用される場合、第3の軸における平行移動運動を生じることができる。
The microwave beam can be tilted with respect to the two axes using the described positioning device, so that a cone of about 2.5 ° can be traversed. If a further displacement element acting on the third pair of surfaces of the
ガンダイオードは送信装置としても受信装置としても用い得ることが知られている。これに対応して、マイクロ波ユニット3はマイクロ波送信のためのみならず、同様の態様で受信のためにも用いられる。 It is known that a Gunn diode can be used as both a transmitter and a receiver. Correspondingly, the microwave unit 3 is used not only for microwave transmission but also for reception in a similar manner.
本発明は広範な視点から可能な適用例を示すことが再び明示的に指摘される。体内の物質、すなわちグルコースおよびコレステロールの非侵襲的な測定が例示的な実施例として引用されたが、本発明は、最初に決定的ではなく列挙されたように、いかなる臨床的かつ/または化学的パラメータの非接触測定にも優れて好適である。本発明による方法または対応する装置を用いて測定できる、あり得る臨床的かつ/または化学的パラメータとして列挙したものに基づいて、下記の適用例が直接に結果として生じる。
− DNA決定までの臨床的パラメータを決定するための自動アナライザ;
− スポーツ行事のためのドーピングテスト。本発明による方法により迅速な非侵襲的テストができる;
− アルコールテスト車。ここでも非侵襲的測定が特に有利であることが証明される;
− 着色剤産業においては、問題となる着色顔料の正確な調合が特に重要である;
− 廃水中の汚染物質の非接触測定。本発明による方法を用いて、サンプルをとる必要なしに物質の組成を測定することができる。このようにして、猛毒物質を危険なく調査することができる。
− 本発明は、ウイルスまたはバクテリアの検知に関するあらゆる微生物学的適用例に優れて好適である。測定されるウイルスまたはバクテリアが、固体、液体、またはガス媒体に含まれるか否かは関係がない。
− 溶接検査。本発明による方法によって高い信頼度で微小割れを検知することができる。
It is explicitly pointed out again that the present invention shows possible applications from a broad perspective. Although non-invasive measurements of substances in the body, i.e. glucose and cholesterol, have been cited as exemplary examples, the present invention is not limited to any clinical and / or chemical as initially enumerated but enumerated. It is also suitable for non-contact measurement of parameters. Based on the list of possible clinical and / or chemical parameters that can be measured using the method according to the invention or the corresponding device, the following application results directly.
-An automated analyzer for determining clinical parameters up to DNA determination;
− Doping tests for sporting events. Rapid non-invasive testing is possible with the method according to the invention;
− Alcohol test car. Again, non-invasive measurements prove to be particularly advantageous;
-In the colorant industry, the exact formulation of the colored pigments in question is particularly important;
-Non-contact measurement of pollutants in wastewater. The method according to the invention can be used to determine the composition of a substance without having to take a sample. In this way, highly toxic substances can be investigated without danger.
The invention is excellently suitable for all microbiological applications relating to the detection of viruses or bacteria. It does not matter whether the virus or bacteria to be measured is contained in a solid, liquid or gas medium.
-Weld inspection. The method according to the present invention can detect microcracks with high reliability.
Claims (18)
− コヒーレント光波(6)を送信するための手段(2)および光波(8)を受信するための手段(4)があり、
− 送信された前記光波(6)の少なくとも一部が前記媒体(10)に伝達され、
− 光波(8)を受信するための前記手段(4)は、前記媒体(10)で反射される光波(8)の少なくとも一部を測定することを特徴とし、
前記パラメータ(S1)は送受信された光波(6;8)の特性に基づいて測定される、方法。 A method for measuring clinical and / or chemical parameters (S1) in a medium (10) comprising:
There are means (2) for transmitting coherent light waves (6) and means (4) for receiving light waves (8);
-At least part of the transmitted light wave (6) is transmitted to the medium (10);
The means (4) for receiving a light wave (8) measures at least part of the light wave (8) reflected by the medium (10),
The method wherein the parameter (S1) is measured based on the characteristics of the transmitted and received light waves (6; 8).
− マイクロ波(7a)を送信するための手段(3)およびマイクロ波(7b)を受信するための手段(3)があり、
− 送信されたマイクロ波(7a)の少なくとも一部が前記媒体(10)に伝達され、
− マイクロ波(7b)を受信するための前記手段(3)は、前記媒体(10)で反射された前記マイクロ波(7b)の少なくとも一部を測定することを特徴とし、
前記パラメータ(S2)は送受信されたマイクロ波に基づいて測定される、特に請求項1から5のいずれかに記載の方法。 A method for measuring clinical and / or chemical parameters (S2) in a medium (10) comprising:
-Means (3) for transmitting the microwave (7a) and means (3) for receiving the microwave (7b);
-At least part of the transmitted microwave (7a) is transmitted to the medium (10);
The means (3) for receiving the microwave (7b) measure at least part of the microwave (7b) reflected by the medium (10),
6. The method according to claim 1, wherein the parameter (S2) is measured on the basis of transmitted and received microwaves.
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