JP2024050753A - ルミネッセンスにより測定対象物の特性を測定するための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長スペクトルを有する光を放射すると光検出器とを有する能動ユニットを提供する。【解決手段】測定対象物107bを監視するための装置で、光リンク104a、104bは、放射された光を少なくとも1つの受動ユニット117に通す。各受動ユニットは、センサ106と、放射された光をセンサに方向転換するためのセレクタ105とを備える。センサは、セレクタ105によって方向転換された放射光によって直接的または間接的に影響される発光材を備える。センサ106は変調信号を生成するための測定対象物107bによる外部影響107a、107a’に敏感であり、光リンク104aを介して前記検出器109に渡される。発光材料は、光源からの放射光によって直接照射される発光材料であってもよい。【選択図】図1
Description
本発明は、測定装置の少なくとも一部に光学装置を利用する測定技術に関する。
測定対象物の特性の測定は、多くの技術分野において必要とされている。このような特性は、電気的測定方法によって測定することができる。
多くの技術分野では、電気測定法の使用が例えば、大きな電気的又は磁気的擾乱を有する領域、又は高い水分又は高温を有する領域では困難であり得る。
光学測定技術は、このような困難な領域で使用され得る。下記は光学的測定方法が有益である測定領域の例である
1) 電気的相互作用が望ましくない医療器具;
2) 温度、湿度、負荷、火災警報、煙などの建物およびインフラストラクチャの監視;
3) 船舶、石油化学工業、火災の危険性が高い原子力発電所等の危険区域;
4) 小型部品が有益な携帯電話;
5) 衣類・ボディウェア;
6) 高温高湿度測定;
1) 電気的相互作用が望ましくない医療器具;
2) 温度、湿度、負荷、火災警報、煙などの建物およびインフラストラクチャの監視;
3) 船舶、石油化学工業、火災の危険性が高い原子力発電所等の危険区域;
4) 小型部品が有益な携帯電話;
5) 衣類・ボディウェア;
6) 高温高湿度測定;
従来の光学的測定装置は、例えば電池または線間電圧によって供給される電力によって駆動される光源を含んでもよい。光は光ファイバを介して光センサに伝送される。光センサは測定対象物、例えば反射によって影響を受け、その結果、光信号が得られ、これは上述したのと同じ光ファイバであってもよい光ファイバを介して検出器に伝送される。検出器は光信号を電気信号に変換し、これをコンピュータで処理する。光ファイバは長くてもよく、したがって、任意の電気装置は測定対象物から離れた位置に配置される。例えば、特許公開WO2013/147670A1を参照されたい。
いくつかの光学センサによって、いくつかの測定対象物の特性を同時に測定することが望まれる場合がある。測定環境が遠くてアクセスしにくい場合は、光センサは受動的である必要がある。光学センサに別々に、同時に、または順番にアクセスするために、選択方法が必要とされる。
したがって、本発明の目的は、単独で、または任意の組合せで、上記で特定され、以下で言及される欠点および欠陥のうちの1つまたは複数を軽減、軽減、または排除することである。
一態様では、測定対象物を監視するための装置が提供される。装置は、波長スペクトルを有する光を発する光源と光検出器とを有する能動ユニットを含む。装置は、少なくとも1つの受動ユニットと、光源からの放射光を受動ユニットに渡すための光リンク(又は、光学リンク)とをさらに備える。各受動ユニットは、センサと、放射された光の少なくとも一部をセンサに方向転換させるためのセレクタ(又は、選択器)とを備える。センサは、セレクタによって方向転換される発光によって直接的または間接的に影響される発光材料(又は、蛍光材料/luminescent material)を含む。光源は前記発光材料に直接または間接的に影響を及ぼすUV光などの波長放出スペクトルの光を放出し、前記発光材料は、前記放出光によって直接または間接的に影響を受ける場合、可視光などの放射波長スペクトルの光を放出する。このセンサは、外部影響の間に変調信号を生成するための測定対象物による外部影響に敏感であるように配置され、この変調信号は検出器に渡される。
光源は例えばNIR光を含み、受動ユニット内の荷電粒子発生器を刺激して荷電粒子を生成する光を任意に放出する。そのような荷電粒子は、電流および電場を生成し得る。このような荷電粒子は、電子、イオンまたはプラズマであってもよい。
センサは、少なくとも1つの発光材料、例えば発光材料を含む。代替的または追加的に、発光材料は、荷電粒子発生器によって生成された荷電粒子に暴露することによって光を生成することができる。
一実施形態では、セレクタが光リンクから受け取った光の一部を受動ユニットに方向転換するための光学装置と、前記放出された光の少なくとも一部を前記センサに通すための固定フィルタとを備える。
別の実施形態では、能動ユニットが200nm~250nm、250nm~300nm、300nm~350nm、および350nm~400nm、またはそれらの任意の組合せをなどの複数の異なる波長スペクトルでUV光を透過するように構成された調整可能なUV通過帯域フィルタを有する光透過フィルタを備えることができる。
さらなる実施形態では能動ユニットが光受信器フィルタを含んでもよく、光受信器フィルタは光検出器の前に配置される。更に他の実施形態では、装置が光源、光検出器、随意の光伝送フィルタ及び随意の光受信器フィルタ及び随意の光マルチプレクサのうちの少なくとも1つを制御するための制御プロセッサを更に含むことができる。
装置は、光検出器から情報を受信するリアルタイムプロセッサをさらに備えてもよい。
リアルタイムプロセッサは検出された信号のフィルタリングなどの高速フィルタリングを実行することができ、それによって、周囲環境からの相互作用を低減する。フィルタリングの1つの方法は相関フィルタを使用することであり、例えば、検出された信号が、制御プロセッサによって光源に送信された制御信号と相関される場合である。
この装置はさらに、リアルタイムプロセッサから情報を受信する情報結果プロセッサを備えてもよく、オプションとして、ログに記録された情報を受信し、オプションとして、情報をユーザに提示するために使用される結果出力に情報を渡すための、リアルタイムプロセッサでの処理に関する何らかのアルゴリズムを定義する結果定義を受信する。
装置はさらに、結果定義を含み、ユーザによって入力され、結果プロセッサに渡されてもよい。
受動ユニットは、光が測定対象物に到達するのを防止するためのストップフィルタをさらに備えることができる。
受動ユニットは、外部影響が変調信号に影響を及ぼすボリュームに光が到達するのを防止するためのストップフィルタを更に備えることができる。
装置は、センサの校正のための手段をさらに含んでもよい。
本発明のさらなる目的、特徴、および利点は、図面を参照した本発明の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるのであろう。
図1は、本発明の第1の実施形態のブロック図である。
図2.1は、図1に係る実施形態の光源のブロック図である。
図2.2は、図1に係る実施形態のセレクタのブロック図である
図2.3は、図1に係る実施形態の検出器のブロック図である
図3.1は、図1に係る実施形態のセンサのブロック図である。
図3.2は、図1による実施形態の別のセンサのブロック図である。
図4.1、4.2、4.3は、光マルチプレクサに渡したときに光源から放射される光のスペクトルである。
図5.1、図5.2および図5.3は、図2.2に従った実施形態のセレクタによって受光され、通過される光のスペクトルである。
図6.1および6.2は、図1による実施形態の検出器によって受け取られるスペクトルまたは可視光である。
図7.1、図7.2および図7.3は、図3.1に従った実施形態のセンサによって受光および放射される光である。
図8.1は、図1に係る実施形態のルミネッセンス(又は、蛍光/発光)材料の励起光および放射光の時間ダイアグラムである。
図9は、図3.1に係る実施形態のセンサの一実施形態のブロック図である。
図10は、図3.1による実施形態のセンサの別の実施形態のブロック図である。
図11は、セレクタおよびセンサの別の実施形態のブロック図である。
図12.1および12.2は、本発明の別の実施形態の概略図である。
図13.1は、蛍光を説明するJablonsky図である。
図13.2および図13.3は、波長にわたるUV光強度のスペクトルを示す図である。
図14.1および図14.2は、外部からの影響を示す概略ブロック図である。
図15.1~15.4は、セレクタ構成を示す概略ブロック図である。
図16は、受動ユニットの一実施形態の概略ブロック図である。
図17は、能動ユニットの実施形態のブロック図である。
図18.1~18.5は、受動ユニットのグループの異なる実施形態のブロック図である。
図19は、受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図20.1~20.5は、光リンクの実施形態のブロック図である。
図21は、受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図22は、受動ユニットの別の実施形態のブロック図である。
図23は、受動ユニットのさらなる実施形態のブロック図である。
図24は、受動ユニットのさらに別の実施形態のブロック図である。
図25は、受動ユニットのさらに別の実施形態のブロック図である。
図26.1~26.4は、2つの外部影響を有する受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図27.1~図27.4は、ドレッシング(又は、包帯/手当/dressing)内に配置されるセンサ層の平面図および側面図である。
図28は、センサ層を備えたドレッシングの側面図である。
図1は、本発明の第1の実施形態のブロック図である。
図2.1は、図1に係る実施形態の光源のブロック図である。
図2.2は、図1に係る実施形態のセレクタのブロック図である
図2.3は、図1に係る実施形態の検出器のブロック図である
図3.1は、図1に係る実施形態のセンサのブロック図である。
図3.2は、図1による実施形態の別のセンサのブロック図である。
図4.1、4.2、4.3は、光マルチプレクサに渡したときに光源から放射される光のスペクトルである。
図5.1、図5.2および図5.3は、図2.2に従った実施形態のセレクタによって受光され、通過される光のスペクトルである。
図6.1および6.2は、図1による実施形態の検出器によって受け取られるスペクトルまたは可視光である。
図7.1、図7.2および図7.3は、図3.1に従った実施形態のセンサによって受光および放射される光である。
図8.1は、図1に係る実施形態のルミネッセンス(又は、蛍光/発光)材料の励起光および放射光の時間ダイアグラムである。
図9は、図3.1に係る実施形態のセンサの一実施形態のブロック図である。
図10は、図3.1による実施形態のセンサの別の実施形態のブロック図である。
図11は、セレクタおよびセンサの別の実施形態のブロック図である。
図12.1および12.2は、本発明の別の実施形態の概略図である。
図13.1は、蛍光を説明するJablonsky図である。
図13.2および図13.3は、波長にわたるUV光強度のスペクトルを示す図である。
図14.1および図14.2は、外部からの影響を示す概略ブロック図である。
図15.1~15.4は、セレクタ構成を示す概略ブロック図である。
図16は、受動ユニットの一実施形態の概略ブロック図である。
図17は、能動ユニットの実施形態のブロック図である。
図18.1~18.5は、受動ユニットのグループの異なる実施形態のブロック図である。
図19は、受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図20.1~20.5は、光リンクの実施形態のブロック図である。
図21は、受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図22は、受動ユニットの別の実施形態のブロック図である。
図23は、受動ユニットのさらなる実施形態のブロック図である。
図24は、受動ユニットのさらに別の実施形態のブロック図である。
図25は、受動ユニットのさらに別の実施形態のブロック図である。
図26.1~26.4は、2つの外部影響を有する受動ユニットの実施形態のブロック図である。
図27.1~図27.4は、ドレッシング(又は、包帯/手当/dressing)内に配置されるセンサ層の平面図および側面図である。
図28は、センサ層を備えたドレッシングの側面図である。
以下、本発明のいくつかの実施形態を説明する。これらの実施形態は当業者が本発明を実施し、最良の形態を開示することを可能にするために、例示の目的で記載される。しかしながら、そのような実施形態は、本発明の範囲を限定するものではない。さらに、特徴の特定の組み合わせが示され、議論される。しかしながら、異なる特徴の他の組み合わせも本発明の範囲内で可能である。
図1は、能動ユニット115と、受動ユニット116のグループに配置されたいくつかの受動ユニット117と、制御ユニット118と、結果定義112と、結果出力114と、オプションの無線送信119a、119b、119cとを備える実施形態を示す。
能動ユニット115は、ライン電圧などの電力、またはバッテリなどの電気エネルギーに変換可能な蓄積化学エネルギーに接続される。能動ユニット115は制御ユニット118と共に、複数回使用され、いくつかの実施形態では、複雑で高価であり得る。
いくつかの実施形態では、受動ユニット117がより安価であり、血液検出装置、皮膚包帯装置、および体外の医療装置など、1回使用され、次いで廃棄される。
他の実施形態では、能動ユニットと受動ユニットの両方が携帯電話装置や自動車装置のように、より安価であってもよい。
他の実施形態では、能動的ユニットと受動的ユニットの両方が体内の医療装置、電気装置、電力ケーブル装置、電子装置、危険区域装置および航空機搭載装置のような高価であってもよい。
能動ユニット115は、光源101、光透過フィルタ102、および光マルチプレクサ103を備える。さらに、能動ユニットは、光検出器109および光受信器フィルタ108を備える。
光源101は、UV波長スペクトルの光を放射する。光源は、図1の実線太線で示す光路を介して光透過フィルタ102に接続される。
別の実施形態では、光源101がNIR波長スペクトルの光をさらに放出する。
別の実施形態では、光源101が調節可能であり、制御プロセッサ100の制御下で、少なくとも2つの異なる所定のUVおよび/またはNIR光波長スペクトルを有するUVおよび/またはNIR光を放射するように調節することができる。
光源は、光を連続的に送達するように配置されてもよい。代替的に、光源はオン時間期間中、例えば数秒の短い時間期間中に、制御コンピュータの要求で光を送出する。期間は、例えばオン期間と等しい長さのオフ期間によって分離されてもよい。光は、例えばQスイッチによって生成される、1ns~100μsの持続時間を有する短いパルスで送達されてもよい。
光透過フィルタ102は、所定のUV波長スペクトルで光を通過させるように配置されている。光透過フィルタ102は制御プロセッサ100の制御下で、少なくとも2つの異なる所定のUV波長スペクトルを有するUV光を通過させるように調整可能であり、調整されてもよい。代替的に又は追加的に、光透過フィルタ102は、調節可能であってもよく、制御プロセッサ100の制御下で、少なくとも2つの異なる所定のNIR波長スペクトルを有するNIR光を通過させるように調節されてもよい。
光透過フィルタ102によって通過されたUV光及び/又はNIR光は光学的経路を介して光マルチプレクサ103に渡され、光学的経路はUV光及び/又はNIR光を更にオンにして、能動ユニット115の外の光リンク104aに通過させる。光リンク104aにおける光は、異なるスペクトルの組み合わせであってもよい。あるいは光リンク104aにおける光が各時刻における単一のスペクトルであり、それによって、異なるスペクトルは異なる時刻に光リンク104aに伝送される。
光リンク104aは、能動ユニット115を少なくとも1つの受動ユニット117と接続する。受動ユニット117は受動ユニット116のグループに配置することができ、受動ユニットの各グループは、光リンク104bによって相互接続された少なくとも1つ、多くの場合いくつかの受動ユニット117を含む。
他の実施形態では、複数の「受動ユニットのグループ」116が使用されてもよく、ここで、各グループに対して、別個の光リンク104aが能動ユニット115内の光マルチプレクサ103に前記グループを接続している。
図1において、光マルチプレクサ103に接続された制御プロセッサ100からの制御信号経路は、非アクティブであってもよい。しかし、別の実施形態では制御プロセッサ100が制御信号を光マルチプレクサ103に渡し、いくつかの光リンク104aのうちの1つを通過する光を選択することができ、各光リンク104aはいくつかの「受動ユニットのグループ」116に接続される。
各受動ユニット117は、光透過フィルタ102によって通過された少なくとも1つのUV及び/又はNIR波長スペクトルを選択するセレクタ105を含む。各スペクトルは、対応する受動ユニットセレクタ105によって選択されるように調整される。同じ所定のUVおよび/またはNIRスペクトルを、2つ以上の受動ユニットセレクタ105によって選択することができる。各受動ユニットセレクタは、所定のUV及び/又はNIRスペクトルの単一又は複数を選択することができる。各受動ユニットには、2つまたはいくつかのセレクタがあってもよい。
セレクタ105によって選択されたUVスペクトルは、光路を介してセンサ106に渡される。センサは、蛍光可視光を全方向に放射するためにUV光によって活性化される発光材料106を含む。フィルタ203(図2.2参照)はUV光がセンサに伝送されたのと同様に、可視光がセレクタに逆に伝送されるのを防止するために配置される。
別の実施形態では、能動ユニット115がセレクタ105と、発光材料332、342、905、1002、1107を含むセンサ106とを有する受動ユニット117にUV光を通過させるとき、能動ユニット115から、前記セレクタ105にさらに送られるUV光スペクトルを受信し、前記セレクタ105において、UV光フィルタ203が前記センサ106上にさらに受信光の一部を通過させ、発光材料332、342、905、1002、1107におけるUV光波長感度、時間遅延811~812、別の時間遅延813~814のうちの少なくとも1つの構成要素との組合せとして実行することができる。
別の実施形態では、能動ユニット115がセレクタ105を有する受動ユニット117と、荷電粒子発生器1108を含むセンサ106とに光を通すとき、能動ユニット115から、前記セレクタ105にさらに送られる受光スペクトルから、前記セレクタ105において、入射光の一部を前記荷電粒子発生器1108にさらに通す光フィルタ203と、前記荷電粒子発生器1108における光波長感度とのうちの少なくとも1つの構成要素との組合せとして実行することができる。
放射光は、測定対象物107bによって生成される外部影響107aに影響される。外部影響107aは発光材料によって放射された蛍光を変調するために、センサ106内の発光材料に照射されてもよい(又は、直接的であってもよい)。
代替的に又は追加的に、放射光を直接変調するために、蛍光に影響を及ぼすことができ、例えば、光を吸収又は反射することができる。
代替的に又は追加的に、セレクタから受け取ったUV光に影響を及ぼすことができる。UV光は発光材料の励起の前に、吸収され、反射され、または散乱されてもよい。
放射された光は、振幅および/または波長が変調され、および/または時間または偏光にわたって変化されてもよい。変調された光は、例えば別個のリターン光路を介してセレクタ105に戻される。セレクタ105は、光リンク104aを介して変調された光を能動ユニット及び光マルチプレクサ103に戻す。光マルチプレクサ103は変調された光を光受信器フィルタ108に、さらに電気信号を生成する光検出器109に通す。
検出器は、μPMT、マイクロ光電子増倍管、MPPC、マルチピクセル光電計数器、CCD、電荷結合素子、PD、光検出器のうちの少なくとも1つであってもよい。
2つの異なるセレクタ105から送られる変調された光信号は、波長の部分又は時間隔の部分において互いに多くの方法で重複することができる。検出器信号は、制御ユニット118内のリアルタイムプロセッサ110に送信される。リアルタイムプロセッサ110は検出器信号を処理し、情報結果プロセッサ113に情報を送信し、結果定義112の制御下で結果出力信号を生成する。結果出力信号は、ユーザ114にデジタル的に送信されてもよい。また、リアルタイムプロセッサは、情報結果プロセッサ113による記憶および後の検索のために情報ロガー111に情報を提供する。
制御プロセッサ100は、制御信号を光源101、光伝送フィルタ102、光検出器109、光マルチプレクサ103、および能動ユニット115の制御のための光受信器フィルタ108に供給するように配置される。さらに、制御プロセッサ100は、リアルタイムプロセッサ110および情報ロガー111に制御信号を提供する。制御プロセッサ100は、情報結果プロセッサ113から情報を受信する。制御ユニット118の構成要素の一部又は全部は、能動ユニットと同じエンクロージャ又は場所に配置することができる。
制御プロセッサ100は光検出器109を介して能動ユニット115が光信号の検出をどのように選択するかを制御し、「量」情報をさらにリアルタイムプロセッサ110に送る。結果定義112は、ユーザによって要求された情報と、結果プロセッサ113が情報フローを処理するために必要とする他の必要な情報とを定義する。
プロセッサは時間依存アプローチ、時間フィルタ、周波数領域アプローチ、例えば、高速フーリエ変換、幾何学的アプローチ、微分方程式アプローチ、任意の種類の幾何学におけるモデルに関連する最良適合、AIアプローチ、機械学習アプローチ、オペレータ制御アプローチ、フッシー論理アプローチ、ランダムアプローチなどのいくつかの方法で検出器からの情報を評価することができる。評価は、光学系、および/または電子機器、マイクロチップ、および/またはソフトウェアなどの任意の構成要素を使用することができる。評価は、1つまたはいくつかの測定対象からの情報に関連し得る。
測定対象は、静脈針挿入領域、創傷、皮膚の上下、携帯電話、衣服、身体着用物、公共環境、運動用具、車両、人体内、運動用具、車両、体内、電力生産設備、電気機器、生産プラント、電力伝送路、ケーブル、管、バッテリ、建物、コンクリート、構造物、生物構造物、水中構造物、情報システム機器、トラック、ベアリング付きシステム、ベアリング、システム、ベアリング、ベアリング付きシステム、自動車、自動車、自転車、自転車、飛行機、列車、電車、鉄道、ロケット、軍用飛行物体、弾丸、可動機器、スマートフォン、ラップトップ、ハザードボリューム、火災の危険箇所、爆発の危険箇所、人間の生命器官、脳、心臓、肺、肝のうちの少なくとも1つ又はこれらの一部とすることができる。
測定対象物の特性は、吸収性、透過率、屈折率、温度、ガス濃度などのうちの少なくとも1つとすることができ、さらに以下を参照のこと。
外部影響は、放射光、放射エネルギー、温度、重力場、加速度、圧力、荷電粒子、原子、イオン、分子、タンパク質、細胞、小体積の物質、電流、電場、磁場、磁束密度などのうちの少なくとも1つであってもよい。
測定出力は、ルミネッセンス材料、UV光および/または可視光、振幅、位相、偏光、外部影響の測度を形成する波長に作用する外部影響によって生成される光信号であってもよい。代替的または付加的に、測定出力は、そのような光信号の結果として生成される電気信号であってもよい。測定出力は、任意のプログラムの下で1つまたは複数のコンピュータで処理した後のコンピュータ出力とすることができる。
結果定義112は、
1 単位摂氏内の温度及び/又はパーセントで表した充填率に対応するような、量を各センサの定量化可能な値に接続する較正情報;
2 ロギング情報の計算方法;
3 信号アラートとアラームが充填率にどのように依存するか;
4 ユーザが入力した情報から他の変数を定義する方法;
5 処理された情報を結果出力にさらに渡すために、入力情報の処理をどのように行うべきか。
1 単位摂氏内の温度及び/又はパーセントで表した充填率に対応するような、量を各センサの定量化可能な値に接続する較正情報;
2 ロギング情報の計算方法;
3 信号アラートとアラームが充填率にどのように依存するか;
4 ユーザが入力した情報から他の変数を定義する方法;
5 処理された情報を結果出力にさらに渡すために、入力情報の処理をどのように行うべきか。
結果出力114に送られる情報は例えば、以下を含むことができる。
1. 各測定点の温度情報の記録;
2. 各測定点の充填率のロギング情報;
3. 他の定義済み変数のロギング情報;
3. 信号アラームおよび警告。
1. 各測定点の温度情報の記録;
2. 各測定点の充填率のロギング情報;
3. 他の定義済み変数のロギング情報;
3. 信号アラームおよび警告。
結果定義112は外部キーボードによって入力されることもあれば、事前に提供されることもあるし、コンピュータ・インターフェースを介して送られることもあるし、無線リンク119cによって送られることもある。
制御ユニット118は、能動ユニット115と同じエンクロージャ内に配置されてもよい。あるいは、制御ユニット118が無線リンク119aを介して能動ユニット115に接続される。代替的に又は追加的に、無線リンク119bは、制御ユニット118と、移動電話及び/又はユーザコンピュータシステムであってもよい結果出力114との間に配置されてもよい。
以下、上記各項目についてさらに詳細に説明する。
図2.1は、複数の内部光源101a、101b、101c、101dおよびマルチプレクサ221を有する光源101を示す。制御プロセッサは、内部光源のうちの1つまたはいくつかを毎回選択する。
図2.2は、セレクタ105を更に詳細に示す。光リンク104aは、光路外部光源インターフェース201に接続されている。受光されたUV光は、UV光をパスフィルタ203に通過させるインターフェース202にリンク209cされ、このインターフェースは以下にさらに詳細に説明するように、光透過フィルタ102によって通過されたUV光に対応する所定のUVスペクトルを有するUV光のみを通過させるように構成される。また、パスフィルタ203は、蛍光体から放射される可視光の通過を防止するために設けられている。パスフィルタ203を通過したUV光は、発光材料への通過のために界面204に通過する。
発光材料によって放射され、外部影響によって変調された可視光はインターフェース205によって受光され、対応する発光材料によって放射された波長スペクトルの光のみ、または任意選択として、前記スペクトルの一部のみを通過させるように構成された任意選択のパスフィルタ206を通過する。従って、パスフィルタ206は、他の光波長、例えば迷光(stray light)を低減する。変調された光は、インターフェース207に伝送され、光路209bを介してインターフェース201に戻る。迷光は、光ファイバ自体からの蛍光としても発生し得る。使用されるすべての光学構成要素は蛍光、反射または散乱を生成しないように、あるいは迷光を生成または受け入れないように配置されるべきである。
2つ以上の受動ユニットがある場合、インターフェース201からのUV光はさらに光路209aを通ってインターフェース208に入り、各々が受動ユニット117の少なくとも1つに接続された少なくとも1つの光リンク104bを通過する。光リンク104aについて示されたすべての特徴は、光リンク104bにも適用可能である。
インターフェースの他の組み合わせからの光も、経路210a、210b、および210c内の光を通過させることが望ましくない場合がある。この効果は、セレクタ105の設計を最適化することによって低減することができる。最適化の1つの方法は、大量生産されたポリマー成形部品を使用することである。
図2.3は、複数の内部検出器109a、109b、109c、109dおよびマルチプレクサ231を有する検出器109を示す。
図3.1は、センサ106及び測定対象物107bを示す。センサ106は、インターフェース204に接続するためのインターフェース331と、インターフェース205に接続するためのインターフェース338とを備える。インターフェース331はUV光を発光材料332に通し、この発光材料は、可視光をインターフェース333に放射する。UVフィルタ334はUV光が発光材料332を通過し、さらにフィルタ334を越えるのを防止するように配置される。
放射された光はフィルタ334を通過して伝送ユニット336に入り、さらにインターフェース338に入り、セレクタのインターフェース205に戻る。
UVフィルタ334は発光材料を通過したUV光が透過ユニット336に到達することを防止するために配置され、UV光は透過ユニット336において意図しない変調を引き起こし得る。
測定対象107bは情報経路107aによって示されるように、発光材料332に直接外部影響を及ぼす少なくとも1つの特性325を備える。外部影響は酸素分子であってもよく、これは発光材料に供給されるか、または発光材料を取り囲み、発光材料の放射線を消光し、これは増加した酸素濃度での蛍光可視光線の放射線を変調し、減少させる。外部影響は温度であり得る。さらなる代替は、圧力などであってもよい。
代替的に、または追加的に、測定対象107bは、情報経路107a’を介して発光材料332によって放射された光に直接外部影響を及ぼす少なくとも1つの特性339を備える。伝送ユニット336は、電界を測定するように配置されたプローブであってもよい。プローブの光透過はプローブにおける電場に関連しており、例えばNature Electronics ISSN 2520-1131(オンライン)によって2018年1月8日に発行されたVittorio Ferrariによる論文「電場の歪みのないプローブ」を参照されたい。伝送ユニット336は、外部影響107a’を介して吸収性を測定することができる。さらなる代替は、散乱などであってもよい。
発光材料332の直接変調が矢印107aに従って使用される場合、透過ユニット336は省略されてもよい。他方、放射光の変調が透過ユニット336によって使用される場合、矢印107aによる発光材料332への影響は、最小化されるか、または事前に知られるべきである。
センサ106は、外部からの影響107a、107a’が発光材料332及び透過ユニット336に存在しない場合などに較正することができる。
較正は、いくつかのプロセッサ100、110および113によって記憶されてもよく、後に検出された信号の補正のために使用される。
図3.2は、可視光を変調するために反射を使用するさらなるセンサ配置を示す。インターフェース204からのUV光はインターフェース341に進み、さらに発光材料342に進み、可視光を放射する。任意選択のフィルタ348は、UV光が発光材料を越えて通過するのを阻止するように配置される。放射された可視光は、プリズムが空気によって取り囲まれている場合、インターフェース343を介してプリズム344に渡され、このプリズムはインターフェース346を介して光を反射し、全内部反射によってセレクタ・インターフェース205に戻る。プリズムが水などのより高い屈折率を有する、流体源347からの矢印107a’’によって示されるような流体345によって囲まれる場合、全内部反射は停止し、放射された可視光は、流体の存在によって変調される。プリズムは、光ファイバの端部にある円錐形(又は、円錐体/コーン)であってもよい。
上記の装置および特徴のさらなる変更は、以下で明らかになるのであろう。
光源101は、いくつかのまたは少なくとも1つの所定の波長スペクトルでUV光を生成するように構成される。光源は、紫外線波長から赤外線波長までの幅広いスペクトルの光を放射するように配置されてもよい。広いスペクトルの光を放射するこのような光源は、大きなスペクトルを放射する水銀ランプである。
光透過フィルタは、UV光が通過するポリエステルカラーフィルタであってもよい。ポリエステルカラーフィルタは、1つの所定のUV光スペクトルのみのUV光を通過させるように調整することができる。このようなフィルタの一例は、GamColorの濃染ポリエステル色によって製造されたフィルタのタイプである。別のこのようなフィルタは、Edmond opticsによって市販されている「蛍光イメージング用のDicronicフィルタ」である。
ポリエステルおよび/またはダイクロニックカラーフィルタは、制御プロセッサ100によって制御されるマルチプレクサおよび/または遮断ゲートなどの機械的または電気的手段によってUV光の経路に導入される。
対応するセレクタ105では、UV光フィルタ203と同じポリエステルカラーフィルタおよび/またはダイクロニックフィルタが使用される。
UV光フィルタ334と同じポリエステルカラーおよび/またはダイクロニックフィルタが、対応するセンサ106において使用される。
また、各光透過フィルタは光パススルー材料、反射光、プリズムのような光学系、偏光子、回折およびナノスケール光学系、薄い金属被覆、透明材料、透明塗料、反射塗料のような複数の組み合わせ効果を使用してもよく、各組み合わせは入射波長スペクトルの一部をさらに通過する。
さらなる代替光源は、異なる波長の光を放射するいくつかのLEDまたはレーザダイオードである。
能動ユニット101から引き渡される波長光スペクトルを変更するさらなる代替は、内部温度を変更するために光源101に渡される制御信号を使用することによる。多くの発光成分は温度変化、特にレーザダイオードがこの挙動を持つとき、発光波長スペクトルを変化させる。この副作用は、波長スペクトルを変化させるために使用することができる。
検出器109内で波長感度を選択するためのさらなる代替案は温度依存性が使用されるように、前記検出器109内の温度を制御することによる。
光源によって放出された光は、発光材料を励起する。図13.1に蛍光を説明するJablonsky図を示す。発光材料は、基底状態S0からより高い状態S1へ電子を移動させる高エネルギー光子を吸収する。この系は振動的に緩和し、最終的にはより長い波長で蛍光を発する。蛍光寿命は、光子を放出する前に分子がその励起状態に留まる平均時間を指す。寿命は、0.5ナノ秒~20ナノ秒の範囲であってもよい。
本文脈で使用することができる多くの発光材料がある。フルオロフォアは、光励起時に光を再放出することができる蛍光化合物である。ほとんどのフルオロフォアは20~100原子の有機小分子であるが、タンパク質であるはるかに大きな天然フルオロフォアも存在する。
フルオロフォアは、その蛍光が環境特性によって影響される場合、プローブまたは指示薬として使用される。蛍光体は発光材料を形成するために、バインダー材料中に埋め込まれてもよい。いくつかの異なるタイプのフルオロフォア、例えば、赤色光を放射する1つのタイプおよび緑色光を放射する1つのタイプのフルオロフォアを、同じバインダー材料中に配置することができる。
フルオロフォアは、励起および発光スペクトルのピークに対応する最大励起および発光波長を有する。最大励起スペクトルは約325nmから600nmの範囲であり、少数の材料は依然としてより大きいまたはより小さい励起波長を有する。最大発光波長は400nmから700nmの範囲にあり、励起光の波長への依存性は非常に少ない。しかしながら、励起光のエネルギーは、通常、放射光よりも大きくすべきである。
本明細書では、光源が発光材料を励起することができる光を放射すべきである。さらに、異なる所定の放射UV波長スペクトルを生成することができる。
これは、240nmから光を生成する利用可能なLEDによって行われてもよい。LEDは、狭い波長帯域幅を有する紫外線を生成することができる。
代替の光源は、126nmの波長まで光を発生し得る紫外線レーザである。
より連続的なスペクトルを持つUV光源は、キセノンアークランプと水銀蒸気ランプである。
本文脈において、光は50nm~15.000nmの波長を有する任意の電磁波エネルギーを手段し、「紫外線」は50nm~400nmの波長を有する光を手段し、「可視光」は400nm~700nmの波長を有する光を手段し、「近赤外線」(近赤外線)は700nm~1400nmの波長を有する光を手段し、「赤外線」は、1400nm~15.000nmの波長を手段する。
多くの発光材料は発光光として紫外線を必要とするため、本明細書では「紫外線」という条件を、対応する発光材料を励起することができる任意の光について使用し、多くの発光材料は可視光を放射するので、「可視光」という条件は発光材料によって放射される任意の光について使用し、「近赤外線」という条件は本明細書では荷電粒子発生器の励起のために使用されるが、そのような励起のために任意の光を使用することができる。可視光はルミネセンス材料または発光材料の励起のために、UV光の代わりに使用され得る。また、発光材料または発光材料からの発光光として、可視光の代わりに赤外線または紫外線を用いてもよい。荷電粒子発生器の励起には、UV光、可視光、NIR光またはIR光などの任意の光を使用することができる。
より長い波長(350nm~400nm)のUVスペクトルは、より長い波長(赤色)の可視光を放射する発光材料を励起するために使用されることができ、逆もまた同様である。
「スペクトル」は、波長の関数としての光強度のプロットである。
光源101は、波長:200nm~250nm;250nm~300nm;300nm~350nm;および/または350nm~400nmを有するUV光であり得る、複数または少なくとも1つの異なる所定のUV光スペクトルを放出する。
代替的に又は追加的に、光源は、複数の又は少なくとも1つの異なる所定のNIR波長光スペクトルを放射する。
代替的または追加的に、光源は例えば、ユーザまたは他の測定タスクに渡された、試験に使用される、複数の異なる所定の可視光スペクトルを放出する。
このような波長スペクトルは、図4.1に示すような広帯域UV光源によって生成することができる。UV光源が発する光は、上記の波長帯域でUV光源を分割するプリズムを透過することができる。1つの所定の波長スペクトルが図4.2に示されている。別の所定の波長スペクトルを図4.3に示す。プリズムを備えたこの実施形態では、光透過フィルタ102は過剰であり、省略してもよい。
別の光源101は図2.1に示すように、同じくマルチプレクサ103に接続されたインターフェース221にそれぞれ接続された幾つかのレーザ、LED、蛍光ランプ101a、101b、101c、101dなどであってもよい。制御プロセッサ100は、所望の所定の波長スペクトルに対応するレーザ又はLEDを、一度に1つ又は一度にいくつか起動するように構成される。
別の検出器109は図2.3に示すように、それぞれインターフェース231に接続された別個の可視波長スペクトルを検出するいくつかの検出器109a、109b、109c、109dを内部的に使用することができる。制御プロセッサ100は、検出器のうちの1つまたはいくつかを、所望の所定の検出波長スペクトルに独立して作動させるように構成されてもよい。各検出器からの電気信号は、一度に1つずつ、または同時にリアルタイムプロセッサ110に渡すことができる。
図5.1および図5.3は光源101によって放射され、光リンク104aによって受動ユニット117に伝送される、2つの異なる所定の波長スペクトルを示しており、それによって、受動ユニットのセレクタ105は、対応する所定の波長スペクトルを選択する。光は、図5.2に示すように可視光を放射する、対応するルミネッセンス物質に影響を及ぼす。
図6.1は、光受信器フィルタ108によって受光される可視光を示す。制御プロセッサの制御の下で、受信器フィルタ108は図6.2に示すように波長スペクトルの一部をフィルタ除去し、これを検出器に渡す。レシーバフィルタ108は入射スペクトルの一部をさらに検出器109に渡し、通過した波長ごとの強度が入射強度よりも低くなるようにする。
図7.1は発光材料が受光したUV光を示しており、これは図7.2に従った第1のスペクトルの可視光を放射する。吸収材料336または反射体積(344および345)の通過後、放射光は図7.3に示されるように、減少した振幅を有する。
図8.1は多くのUV刺激波長のうちの1つについて、UV光によって照射されたときに、時間の関数として発光材料によって放射された多くの可視波長のうちのどれだけが遅延されるかを示す。この図は効果の原理を示しており、実際の強度及び時間スケールは、単に概略的なものである。UV光刺激が増加する(811)と、可視光が生じる(812)前の時間遅延は非常に短く、典型的なスケールは1 nsである。UV光刺激が減少すると(813)、可視光強度が1/10に減少するまでの遅延は、典型的には20 nsである(814)。検出器がこの情報をリアル・プロセッサ110に渡すとき、UV波長のうちの少なくとも1つについて、および可視波長のうちの少なくとも1つについて、時間遅延811~812、および/または時間遅延813~814は、この情報を、リアル・タイム・プロセッサ110における処理のために使用して、結果をさらに渡すことができる。2つの前記遅延のいずれか1つは、例えば燐光及び/又は放射性発光塗料を添加することによって、時間枠内で増加させることができる。光信号として検出器109に渡されたときに記載された効果はリアルタイムプロセッサ110で情報が処理された後に、異なる受動ユニットからの光信号を選択するために使用され得る。この効果を使用する場合、813から814までの時間遅延は、この時間遅延がより長く、したがって、より容易に検出されるので、好ましい。
光リンク104aは、能動ユニット115から受動ユニット116の1つまたはいくつかのグループに両方向に光を伝送することができる伝送リンクである。
光リンク104bは、1つの受動ユニット117から別の受動ユニット117に両方向の光を伝送できる伝送リンクである。これは、光リンク104aと同様であってもよい。
光リンク104a、104bの一例は、光ファイバまたは光ファイバの束である。他の例は、延伸可能なポリマーをベースとするライトチューブである。このようなチューブは、生体適合性であり得、そして移植可能であり得る。光ファイバはまた、高温を取り扱うように設計されてもよく、および/または酸などに対する耐薬品性を有する可能性がある。周囲光のためのような、異なる種類の保護を使用することができる。
光リンク長は、非常に短くても、非常に長くてもよい。一例は、3ミリメートル~100メートル(および100kmまで)である。長い光リンクはその公称長の10%から2000%まで調節可能であるために、ばねとしてコイル状に巻かれた光ファイバとすることができる。スプリングは、フラットにすることができる。
光リンクの他の例は、流体または気体で満たされた容積である。典型的な容積は、チューブであり得る。ガス圧は典型的には1バールであり、10~12バール~500バールの範囲に制限される。
光リンク104a、104bの別の例は、光が通過するときに偏光を維持する設計、および/または光が通過するときに偏光をもたらす設計、および/または光が通過するときに異なる光学モードをもたらす設計、および/または異なる波長に対して屈折率が異なる設計である。
光リンク104a、104bの別の例は、上述した方法の少なくとも1つが使用されるなど、上述した複数の例が組み合わされる場合である。
また、光リンクは、何らの境界もなく空気中を通過する光線であってもよい。
光路は、光リンクよりも短い長さを有することができる。光路は、高圧、振動、電磁放射および/または高エネルギー粒子に耐えるように構成されてもよい。光路は、複数の透明および/または反射材料で充填され得る管またはキャビティであり得る。光路は、光ファイバであってもよい。光路を配置し、2箇所または数箇所の間で光を透過させる。
図9は、発光材料905が配置されるセンサボリューム(又は、センサ容積/センサ体積)906を備えるセンサを示す。発光材料は、発光材料905内に懸濁または分割された複数のフルオロフォア904を含む。外部影響107aは発光材料905を通過し、それによって発光材料からの可視光の放射に直接影響を及ぼす気体または流体の流れであってもよい。外部からの影響は、ボリューム(又は、容積/体積)906内に存在するか、またはそこに伝導される温度とすることができる。容積906は、非常に小さくても、非常に大きくてもよい。UV光は、インターフェース204(図2.2参照)からインターフェース902へ、さらに容積906へ通過する。発光材料によって放射された可視光は、インターフェース903を介してインターフェース205に送られる。
図10は、放射光の吸収または反射または散乱のための対応する配置を示す。センサは、外部影響107aに影響される光学材料1006を含むセンサ容積1007を含む。光学材料1006は、ガスまたはセンサ容積1007を通過する流体であってもよい。光学材料は、センサ容積1007に配置されたまたはこれを通過する試薬と反応する化学化合物であってもよい。光学材料は上述したように、電界を測定するためのプローブであり得る。外部影響は、通過するまたは反射器に配置される異なる屈折率を有する流体であってもよい。
UV光は、インターフェース1001によってインターフェース204から受け取られ、可視光を放射する発光材料1002に渡される。光学フィルタ1003aは、光学材料へのUV光の通過を妨げることができる。発光材料によって放射された可視光は、ボリューム1007内の光学材料1006を通過するように配置され、インターフェース205に接続されたインターフェース1005にさらに通過する。反射された可視光は、インターフェース1004を介してインターフェース205に送られる。
図11は、UV光をインターフェース1101からインターフェース1104に向け、NIR光をインターフェース1102からインターフェース1105に向け、可視光をインターフェース1106からインターフェース1103に集めるセレクタ105を示す。光源101はNIR光を放射し、UV光を放射することもできる。NIR光は、荷電粒子発生器1108を活性化して、例えばエレクトロルミネッセンスによって可視光を放射するルミネッセンス材料1109に渡される電子のような荷電粒子を生成する。UV光1104は、任意の発光材料1107に通される。任意選択の光学フィルタ1111は、UV光が発光材料1109に伝わるのを防止することができる。測定対象物107bは、外部影響107a、107a’、107a’’および107a’’’のうちの少なくとも1つによって特性を通過させることによって、複数の特性1110を通過させることができる。可視波長スペクトルにおける変調された光信号は、セレクタ105内のインターフェース1103を介してインターフェース1106を経由してさらに検出器109に渡される。
外部影響107aは、図3.1に従う実施形態に類似する放射可視波長スペクトルを急冷することによって、発光材料1107を変調する(又は、改変する)。外部影響107a’は、図3.1による実施形態と同様の放射可視波長スペクトルを消光することによって、ルミネッセンス材料1109を変調する。外部影響107a’’は通過した可視波長スペクトルを例えば、吸収、偏光または反射を介して図3.2に従う実施形態に類似した通過した情報107a’’として変調する。外部影響107a’’’は、荷電粒子発生器1108が荷電粒子をどのように生成するかを変調する。その結果、発光材料1109からの放射光を変調することができる。
代替として、外部からの影響(107a、107a’、107a’’、107a’’’)によって測定対象物107bからセンサ106に情報が渡されるときに、物質を含む体積のわずかな部分を情報としてセンサに渡すことができる。体積の大きさは原子の大きさからヒトの細胞の大きさであってもよいが、より大きくてもよい。
代替として、例えば、図3.1、図3.2、図9、図10及び図11に示すように、外部影響(107a、107a’、107a’’)によって測定対象物107bからセンサ106に情報が渡されるとき、代替として又は付加的に、情報経路(107a、107a’、107a’’、107a’’’)によって通過された前記外部影響は対流熱伝達によって、波長光スペクトルによって、光偏光によって、絡み合いによって、発光材料に伝導される、又は発光材料を取り囲む温度として渡されてもよい。発光材料への直接の影響により測定され、可視光の放射を変調する特性は、分子、蛋白質、細胞、磁場、振動、圧力、圧力による振動、電子のような粒子の放射、電磁波の放射、周囲の液体を用いることによる、拡散を用いることによる、小型容器を用いることによる、拡散による、小型容器を用いることによる、ブラウン運動による、力学による、電気力による、磁気力による、光による、振動による、振動による、圧力による、電子のような粒子の放射による、特性である。
代替として、外部影響(107a、107a’、107a’、107a’’’)によって測定対象107bからセンサ106に情報が渡されるとき、前記外部影響は、上述の方法の少なくとも1つを使用して外部影響を渡すことができる複数の方法によって渡すことができる。
さらなる実施形態を図12.1および12.2に示す。図12.1は、UV光を放射する1つまたは複数のLED1401を含む能動ユニット1415を示す。LEDは、制御プロセッサ1411によって制御される。LEDからのUV光は、コリメータレンズ1403によって少なくとも1つの光路1402に集光される。さらなるコリメータレンズ1404はスペクトル1406によって示されるように、所定の波長スペクトル、例えば300nm~350nmのUV光のみを通過させる鋭い(又は、シャープな)UVフィルタ1405上にUV光を集束させる。制御プロセッサ1411によって制御される機械的スライダによって選択可能な、少なくとも2つの異なる鋭いUVフィルタがある。さらなるコリメータレンズ1407は通過したUV光を別の光路1408で集束させ、さらに更なるコリメータレンズ1410はUV光を光学フィルタ1412(UV反射/可視光透過フィルタ)で集束させる。フィルタは、光路1408に対して45度で配置される。光学フィルタ1412は図1に示されるように光リンク104aに接続される光路1414に、図中右側に、さらにコリメータレンズ1413を介して、UV光を反射するように配置される。
さらに、光学フィルタ1412は、光リンク104aから図の右から到達することができる可視光を通過させるように配置される。光学フィルタ1412のスペクトル分布はスペクトル1419において概略的に示され、低透過は光の反射をもたらし、高透過は光の通過をもたらす。これにより、光路1414を介して光リンク104aから到達した可視光は、コリメータレンズ1413によって集束され、光フィルタ1412を図中左側に通過する。可視光は、コリメータレンズ1416によって、さらなる光路1417に集束される。さらにコリメータレンズ1418を介して、可視光は少なくとも1つの検出器1409に集束され、この検出器は可視光を、リアルタイムプロセッサ1410に送られる電気信号に変換する。
光リンク104aの他端は、図12.2に示す受動ユニットに接続されている。受動ユニットは、フィルタ1412と同じタイプでスペクトル1434を有するUV反射/可視光パスフィルタ1433で受光されたUV光を集束させる光路1431およびコリメータレンズ1432を備える。左から通過するUV光は、下方に90°リンクされ、コリメータレンズ1435によって光路1436に合焦される。さらなるコリメータレンズ1437は、フィルタ1405と同じタイプで、スペクトル1439を有する鋭いUV透過フィルタ1438でUV光を集束させる。フィルタバンド内のUV光はフィルタ1438を右に通過し、残りのUV光は図中右に反射される。
フィルタ1438を通過したUV光はコリメータレンズ1440によって光路1441に集束され、さらにコリメータレンズ1443を介して、スペクトル1446を有し、光路に対して45°で配置されたUV反射/可視光透過フィルタ1444に集束される。フィルタ1444における入射UV光は、図中左側に反射され、コリメータレンズ1447によって光路1448に合焦され、発光材料1442に渡される。
発光材料は、UV光によって励起されると、可視光をあらゆる方向に放射する。可視光線は光路1448内を右に通過し、コリメータレンズ1447によって光学フィルタ1444で集束される。光学フィルタは、コリメータレンズ1449によって集束された可視光線を光路1450で通過させる。可視光線はコリメータレンズ1451によって反射プリズム1452で集束され、図中下方に通過し、コリメータレンズ1454によって光路1455に集束される。可視光線は反射プリズム1457においてコリメータレンズ1456によってさらに集束され、それは可視光線を右に反射し、コリメータレンズ1458を介して別の反射プリズム1459に反射し、それは可視光線を図において上方に通過させる。
反射プリズム1457、1459は、ボリューム1445に含まれる被測定媒体に接触している。測定される媒体は、繊維、例えば綿、および繊維間の空気を含む創傷における包帯であってもよい。巻きつけられた噴出物を与えるとき、流体はプリズム1457および1459とのインターフェースにおける光学特性の外部影響を実行し、その結果、検出され得る変調が生じる。例えば、プリズム1457および1459の全内部反射はプリズムの外表面に流体が存在する場合に部分的または完全に除去され、それによって、プリズムは可視光を反射しなくなる。
プリズム1459から図中上方を通過する可視変調光は、コリメータレンズ1460によって光路1461に集束される。さらなるコリメータレンズ1462は可視変調光を反射プリズム1463で焦点合わせし、コリメータレンズ1464は、光を2対1のコンバイナ(又は、結合器)1465で焦点合わせする。変調された光はコンバイナ1465に沿って通過し、コリメータレンズ1478は、可視光に対して透過性である前記フィルタ1433で光の焦点を結ぶ。可視変調光は上述のように、コリメータレンズ1432および光路1431を介して光リンク104aに図中左側に通過する。
鋭いUVフィルタ1438を通過しないUV光は、フィルタ1438によって図中右に反射され、コリメータレンズ1466によって光路1467で、さらにコリメータレンズ1468を介して反射プリズム1469に合焦される。UV光は図中上方を通過し、光路1471においてコリメータレンズ1470によって集束され、さらに、スペクトル1479を有し、フィルタ1433と同じタイプであるUV反射/可視光透過フィルタ1473においてコリメータレンズ1472によって集束される。UV光は、図中右に反射され、コリメータレンズ1474によって、光リンク104bを介して別の受動ユニットに結合され得る光路1475に合焦される。このようにして、受動ユニットによって受光され、発光材料のために選択されないUV光は、存在する場合には次の受動ユニットにさらに進む。
次の受動ユニットは変調された光信号を生成することができ、光路1475によって右から受信され、可視光を透過する光フィルタ1473においてコリメータレンズ1474によって合焦される。したがって、次の受動ユニットからの可視変調光はフィルタ1473を通って左側に通過し、光路1477でコリメータレンズ1476によって集束される。光路1477は、2対1の結合器1465の上側分岐に接続され、第1の受動ユニットからの任意の変調光と結合される。可視変調光は上述したように、最終的に検出器によって受光される。
プリズム1457および1459は、プリズム間の光が前記外部影響を形成する吸収性材料を通過するように配置されてもよい。吸収性材料が空気のような気体である場合、より少ない吸収性があり、吸収性材料が創傷滲出液のような流体を含む場合、より多くの吸収性がある。
図13.2は、2つの波長スペクトル1301および1302によって生成される波長スペクトル1303を示す。2つの波長スペクトル1301、1302は、2つのLEDによって、または2つの異なるフィルタによってフィルタリングされた単一の光源によって生成することができる。合成された波長スペクトル1303は、光リンク104aに送信される。受動ユニットは、それらが分離可能であるので、一方または他方の波長スペクトルを選択してもよい。
図13.3は、2つの波長スペクトル1304および1305によって生成される別の波長スペクトル1306を示す。2つの波長スペクトル1304、1305は、2つのLEDによって、または2つの異なるフィルタによってフィルタリングされた単一の光源によって生成することができる。合成された波長スペクトル1306は、光リンク104aに送信される。結合された波長スペクトル1306は、頂部が近すぎるため、受動ユニットによって容易に分離できない。したがって、結合された波長スペクトル1306は、単一の波長スペクトルとして使用され得る。
図14.1は、外部影響1403を介してセンサ1402に影響を及ぼす、少なくとも1つの測定特性1405を有するセレクタ/センサ1402と測定対象物1404とを備える単一の受動ユニット1401を示す。
図14.2は、セレクタ/センサ1412、1422と、少なくとも1つの測定対象物特性1415、1425を含む測定対象物1414および1424とをそれぞれ備える2つの受動ユニット1411および1421を示す。測定特性は、外部影響1413および1423を介してセンサに影響を及ぼす。
図15.1~15.4は、異なるセレクタ構成を示す。図15.1は図1に対応する単純な構成を示し、コネクタ1502はインターフェース1503への送信のためのUV-光を受け取り、インターフェース1504から可視光を受け取り、場合によってはインターフェース1505からも受け取る。更に、コネクタ1505を介して更なる少なくとも1つの受動ユニットへのUV光の透過がある。図15.2はチェーン内にさらなる受動ユニットが存在しない場合の構成を示し、コネクタ1512はインターフェース1513への伝送のためのUV光を受け取り、インターフェース1514から可視光を受け取るためのものである。図15.3はインターフェース1534にUV光を通過させるための第1の別個のコネクタ1533と、更に、インターフェース1536を次の少なくとも1つの受動ユニットにインターフェースさせるための構成、及び、場合によっては、インターフェース1535を介してセンサによって生成され、場合によってはインターフェース1537からも受信される可視光を戻すための第2の別個のコネクタ1532とを示す。最後に、図15.4は、すべての送信オプションが同じ構成要素1558に含まれる代替構成を示す。コネクタ1553はUV光をインターフェース1554に、また、コネクタ1556を介してさらに少なくとも1つの受動ユニットに送信するために配置される。コネクタ1552は、インターフェース1555からの可視光、および任意選択の更なる少なくとも1つの受動ユニットからのコネクタ1557からの可視光を受光するために配置される。
図16は、能動ユニット115に対応する能動ユニット1601が光リンク1602に接続された構成を示す。スプリッタ1603は、3つの光リンク分岐(又は、ブランチ/分岐部)1604、1605、1606でUV光を分割する。分岐部1606はUV光を第1の発光材料1612を含む受動ユニット1610に送信し、このUV光は、外部影響1614を介して測定対象物1615によって影響を受ける。さらに、第2の発光材料1613を含む第2の分岐があり、これは、いかなる外部影響によっても影響されない。第1の発光材料は赤色光のような第1の波長スペクトルの光を放出することができ、第2の発光材料は、緑色光のような異なる波長スペクトルの光を放出することができる。第2の発光材料は、較正のために使用される。いかなるエラー源も、第1および第2の発光材料の両方、ならびにエラー源を補償するために使用することができる伝送経路に同様に作用する。第2のブランチ1605は、同様の方法で第2の受動ユニット1609を動作させる。第3の分岐1604は、光リンク1617によって相互接続された2つの直列接続受動ユニット1607および1608を動作させる。
図17は図1で説明したように、光源101、オプションの光伝送フィルタ102、オプションの光マルチプレクサ103、光検出器109、及びオプションの光受信器フィルタ108を備えた能動ユニット115を示す。すべての構成要素および接続光路は、一般漏洩物体1701を介して互いに光学的に影響を及ぼし得る。構成要素はこれらの漏れが測定の妨げにならないように、例えば、光学構成要素間に光吸収材料を配置することによって、高光学密度(OD)を有するフィルタを使用するなどして、配置されてもよい。
図18.1乃至図18.5は、1つまたは複数の受動ユニット117または受動ユニット116のグループへの光リンクを介した能動ユニット115間の異なる接続可能性を示す。図18.1は、単一の光リンクを介して能動ユニット115に接続された単一の受動ユニット117を示す。図18.2は、少なくとも2つの受動ユニット117を備え、単一の光リンクを介して能動ユニット115に接続される受動ユニット116の単一のグループを示す。図18.3は少なくとも2つの受動ユニット117を備え、二重光リンクを介して能動ユニット115に接続される受動ユニット116の単一グループを示し、UV光は1つの光リンクを通過してもよく、可視戻り光は他の光リンクを通過してもよい。図18.4は、各光リンクが少なくとも1つの受動ユニット117に接続されている、3つの光リンクなどの少なくとも2つに接続するためのスプリッタを備える能動ユニット115を示す。図18.5は3つの光リンクなどのいくつかの光リンクに接続するためのスプリッタを備える能動ユニット115を示しており、各光リンクは、それぞれ少なくとも2つの受動ユニット117を備える受動ユニット116のグループに接続されている。他の組み合わせを使用してもよい。
図19は、センサ1901を備える受動ユニットを示す。UV光はインターフェース1906を介して受光され、可視光はインターフェース1907を介して戻される。UV光は発光材料1902に光を放出させ、この光は外部影響1905を介して測定対象物1904の特性によって変調される。UV光の一部は、光路1908を介して、外部からの影響を受けず、較正のために使用される第2の発光材料1903に渡される。
図20.1~図20.5は、能動ユニット115と受動ユニット116のグループとの間の光リンクの実施形態を示す。図20.1は、能動ユニット115と受動ユニット116のグループとを相互接続する単一の光ファイバを示す。図20.2は二重光ファイバを示しており、第1のファイバは受動ユニットのグループにUV光を伝送することができ、第2のファイバは、受動ユニットのグループから可視光を伝送することができる。図20.3は、UV光および可視光が空気または気体などの媒体中で光線として透過され得ることを示す。図20.4は、光リンクが光ファイバなどの3つ(またはそれ以上)の伝送経路を備えることができることを示す。
図20.5は、1つまたは複数の光源および1つまたは複数の検出器を有する少なくとも1つの能動ユニット115を示す。受動ユニット116の少なくとも1つのグループがあり、各受動ユニットは少なくとも1つのセンサを含む。いくつかの光路2051があり、各光路は、光源101、送信機フィルタ102、マルチプレクサ103、受信器フィルタ108、および検出器109のうちの少なくとも1つに一方向または両方向に光を伝送する。光路2051が多くの経路を含む場合、能動ユニット内の他の経路も1つまたは複数の光路を有する。各光路2051は、能動ユニットの近くに配置された表面2052の排他的部分で終わる。いくつかの光路2057があり、各光路は、受動ユニット117、セレクタ105インターフェース201、1502、1212、1532、1533、1552、1553、2707、またはセンサ106のうちの少なくとも1つに一方向または両方向に光を伝送する。各光路2057は、受動ユニットの近くに配置された表面2056の排他的部分で終わる。レンズなどの光学構成要素2054はインターフェース2053および2055を介して、表面2052の大部分を表面2056の大部分に投影し、その逆もまた同様である。投影は、同時に又は異なる時点で行うことができる。インターフェースは光を透過することができ、ガラス、ガス、空気、液体、水、または真空とすることができる。光学部品は、レンズまたはレンズ系、少なくとも1つの可動ミラーとして配置されたスキャナ、マルチプレクサ、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。UV光などの光源115からの光は、1つまたは複数の光路2051に伝送され、1つまたは複数の光路2057に投影されて、前記受動ユニット群の少なくとも1つのセンサに伝送される。前記受動ユニット内の各センサからの光、例えば可視光は1つまたは複数の光路2057に伝送され、1つまたは複数の光路2051に投影されて能動ユニット内の少なくとも1つの検出器に伝送され、検出器は各ピクセルが検出器であるCCDとすることができる。
図21は、2つの別々の光路が使用される受動ユニットのより詳細な実施形態2101を示す。セレクタ2102はインターフェース2104(フィルタ2105を含み得る)を介してUV光を発光材料2106に通過させ、それはインターフェース2108を介して吸収材料2109に透過される可視光を発する。インターフェース2108は、任意選択で、UV光が吸収性材料を通過するのを防止するフィルタ2107を含むことができる。測定対象物2113は外部影響2114を介して吸収性材料に作用し、可視光を変調する。変調された可視光は、インターフェース2111を介して第2の光路2112に伝送され、それは可視光をセレクタ2102を介して能動ユニットに伝え戻す。任意選択のフィルタ2110をインターフェース2111内に配置することができる。
図22は、UV光および可視光が受動ユニット内部の同じ光路を通過する実施形態2201を示す。セレクタ2202は、インターフェース2204(任意選択でフィルタ2205を含む)を介してUV光を吸収性材料2206に透過させる。UV光は吸収性材料を通過し、インターフェース2208(任意選択でフィルタ2207を含む)を介して発光材料2209に至る。蛍光体2209は、全ての方向に可視光を発する。また、蛍光体2209の端部にミラーを配置してもよい。可視光は、インターフェース2208を介して吸収性材料に戻るように透過される。測定対象物2211は外部影響2210を介して吸収性材料に作用し、インターフェース2204およびセレクタ2202を介して能動ユニットに送られる可視光を変調する。
図23は一実施形態2301を示し、そこでは、セレクタ2302が光路を介してインターフェース2304にUV光を送信する。UV光はインターフェース2306(任意選択で、フィルタ2307を含む)を介して、プリズムの外側に空気が存在する場合、光を反射するが、プリズムの外側に流体(水)が存在する場合、光を反射しないプリズムであってもよい変調材料2308に通過する。同様の動作は、鋭い曲がりを有する光ファイバによって得ることができる。測定対象物2316は、流体の存在または非存在であり得る外部影響2317を介して変調材料2308に作用する。変調材料を通過するUV光はインターフェース2310(任意選択でフィルタ2309を含む)を介して発光材料2311に通過し、この発光材料は、変調材料2308を通過するUV光に依存して発光する。可視光は、インターフェース2313(任意選択でフィルタ2312を含む)および光路2314を介してインターフェース2315およびインターフェース2304に通過する。あるいは、変調材料が外部影響、例えば温度によって変調されるフィルタであってもよい。したがって、UV光は発光材料を刺激する前に、前記外部影響によって変調される。
図24は、セレクタ2403がUV光をスプリッタ2404に伝達する実施形態2401を示す。第1の経路2405はインターフェース2406(任意選択でフィルタ2407を備える)を介してUV光を透過し、さらに、外部影響を受けず、較正に使用される発光材料2408へとUV光を透過する。第2の経路2409は、インターフェース2410(任意選択でフィルタ2411を備える)を介してUV光を吸収性材料2412に透過させ、測定対象物2423から外部影響2425を受け取る。UV光は、インターフェース2414(任意選択でフィルタ2413を含む)を介して、可視光を全方向に放出する発光材料2415にさらに通される。可視光は、インターフェース2414を介して吸収性材料2412に戻され、インターフェース2410および第2の経路2409を介してセレクタに戻され、さらに能動ユニットに戻される。第3の経路2416は、インターフェース2417(任意選択でフィルタ2418を備える)を介してUV光を吸収性材料2419に透過させ、測定対象物2423から外部影響2424を受け取る。UV光はさらに、インターフェース2421(任意選択でフィルタ2420を含む)を介して発光材料2422に通され、発光材料は、あらゆる方向に可視光を放射する。可視光はインターフェース2421を介して吸収性材料2419に戻され、インターフェース2417および第3の経路2416を介してセレクタ2403に、さらに能動ユニットに送られる。2つの外部影響2424および2425の両方は同じ測定対象物2423から発し、例えば屈折率および吸収性であってもよい。別の例は、2つの異なる可視光スペクトル、緑色および赤色における吸収性であり得る。
図25は図24に類似するが、1つの測定対象物特性のみを測定する実施形態2501を示す。セレクタ2502は、第1のインターフェース2503を介して、およびインターフェース2504(任意選択で、フィルタ2505を含む)を介して、外部からの影響を受けず、較正のために使用される発光材料2506にUV光を透過する。第2のインターフェース2507はインターフェース2508(任意選択で、フィルタ2509を含む)を介して、吸収性材料2510にUV光を透過し、測定対象物2514から外部影響2515を受け取る。UV光は、インターフェース2512(任意選択でフィルタ2511を含む)を介して、可視光を全方向に放出する発光材料2513にさらに通される。可視光はインターフェース2512を介して吸収性材料2510に戻され、インターフェース2508および第2の経路2507を介してセレクタ2502に、さらに能動ユニットに送られる。
図26.1は実施形態2601を示し、同一測定対象物2607は2つの(またはいくつかの)測定対象物特性2608、2609を有し、外部影響2610および2611をセンサ2604に作用させる。UV光は、光リンクおよびセレクタ2603を介して、活性ユニット2602からセンサ2604に受け取られる。
図26.2は、2つ(またはいくつか)の受動ユニットを備える実施形態2621を示す。UV光は、能動ユニット2622および光リンクによって、2つのセレクタ2625および2630に伝送される。各セレクタは、UV光を各センサ2626および2631に送信する。測定対象物2628の1つまたは複数の測定対象物特性2629は外部影響2627を介してセンサ2626に作用し、測定対象物2633の1つまたは複数の測定対象物特性2634は、外部影響2632を介してセンサ2631に作用する。
図26.3は、セレクタ2652がインターフェース2653(任意選択でフィルタ2654を含む)を介して第1の吸収性材料2655にUV光を透過させる実施形態2667を示す。測定対象物2662の測定対象物特性2664からの第1の外部影響2663は、第1の吸収性材料2655に作用する。UV光は、インターフェース2657(任意選択でフィルタ2656を含む)を介して第2の吸収性材料2658にさらに伝達される。測定対象物2662の測定対象物特性2666からの第2の外部影響2665は、第2の吸収性材料2658に作用する。UV光は、インターフェース2660(任意選択でフィルタ2659を含む)を介して発光材料2661にさらに伝達され、その結果、可視光は反対方向に伝達される。2つの測定対象物特性2664および2666は、同じ測定対象物2662に関連する。
図26.4は能動ユニット2672が第1の受動ユニットのセレクタ2673にUV光を送信し、第2の受動ユニットのセレクタ2674に送信し、さらに、存在する場合、さらなる受動ユニットにオンする、実施形態2671を示す。セレクタ2673はUV光をセンサ2675に通し、センサは、測定対象物2679の測定対象物特性2680から外部影響2677を受ける。セレクタ2674はUV光をセンサ2676に通し、センサは、同じ測定対象物特性2680から外部影響2678を受ける。外部影響2677および2678は、同じタイプ、例えば屈折率、または異なるタイプ、例えば吸収性および屈折率であってもよい。外部影響2677および2678は、同じ測定対象2679から発する。
図27.1はセンサ層2702の概略図であり、これは、監視される創傷に適用されることを意図したドレッシングに配置され得る。センサ層の幾何学的形状は薄い厚さを有するシート形態であってもよいし、又は1つ若しくは幾つかの円筒又は正方形、三角形等の任意の他の幾何学的形状であってもよい。センサ層2702は、光リンク2708によって相互接続されるいくつかの受動ユニット2707を含む。光リンクは、さらなる光リンク2701を介して能動ユニットに接続される。光リンクは、いくつかのスプリッタ2709によって、いくつかの受動ユニットのグループに分岐される。受動ユニットは、ドレッシングの表面上の滲出液の存在、またはドレッシングの表面上の血液の存在など、測定対象物のいくつかの特性を測定するように構成されてもよい。拡大部2703では、受動ユニットがコーンを端に持つ光ファイバとして示されており、コーンと接触する媒質の屈折率を測定することができる。拡大部2704では、受動ユニットはスプリッタを含む。拡大部2705において、受動ユニットは、受動ユニットの光路に配置された媒体の吸光度を測定してもよい。拡大部2706では、受動ユニットがさらなる受動ユニットに接続されずに示されている。受動ユニットは、薄くてもよい可撓性支持材料に配置される。
図27.2は、図27.1によるセンサ層と同様のセンサ層の断面図である。光リンクは、別の光リンク2711を介して能動ユニットに接続される。ドレッシングに配置される場合、図27.2によるセンサ層は、場合によっては別の層を介して底面で創傷に面するように配置され、受動ユニット2714および2715はドレッシングの滲出液による飽和度を決定するために、創傷から異なる距離に配置される。
図27.3は図27.1に類似するセンサ層2722の平面図であり、スプリッタ2721に接続される4つの受動ユニット群を示す。上側のグループは、直列に接続された2つの受動ユニットを含む。第2のグループは、ループ状に接続された単一の受動ユニットを含む。第3のグループは、直列にループ状に接続された2つの受動ユニットを含む。第4のグループは3つの経路へのスプリッタが続く単一の受動ユニットを含み、そのうちの2つの経路は直列に接続された2つの受動ユニットを含み、第3の経路は、単一の受動ユニットを含む。さらなる構成が使用されてもよい。
図27.4は、UV光が光リンク2732を介して、インターフェース2733を介して4つのスプリッタに伝送されるセンサ層を示す。各スプリッタは別個の受動ユニットとなるように、UV光を方向転換する。コンバイナ2734は、4つの受動ユニットのそれぞれから受け取った変調信号を組み合わせ、光リンク2735を介して信号を能動ユニットに送信する。
図28は表面2804aの上方に配置されたドレッシングの実施形態を示し、ここで、前記表面は、創傷の近く、または体液の近く、または滲出液(又は、エクスカウデート/尾のない/excaudate)の近くに位置する。ドレッシングは、表面2804aと接触して配置されるように意図された上部層2801(任意選択)および下部層2803を含むことができる。各層は、副層を有する内部構造を有することができる。センサ層2802は、下層2803の上方に配置され、上層2801は任意選択的に、センサ層の上方に配置される。最上層は、センサ層を迷光から保護してもよく、不透明であってもよい。滲出液、血液、または他の液体もしくは気体、または測定特性は線2804、2805、2806、2807、2808、および2809によって示されるように、層の間を通過することができ、また、センサ層2802を通過することもできる。
センサ層は大量に製造することができ、包帯に配置されるようにコイル状に配置することができる。
ドレッシング層は、プラスターまたはバンドエイドなどに関する。プラスターは、治療される創傷に合わせて調整することができる。ドレッシング層は、剥離紙、接着材料、液体移動材料、水分移動材料、スペーサ材料、機械構造材料、化粧材料などを含むことができる。センサ層は、任意選択で接触層を介して、1つまたは複数のドレッシング層と接触して配置することができる。これに加えて、またはこれに代えて、センサ層は、創傷または皮膚に部分的にまたは完全に接触してもよい。
発光材料は、蛍光よりも高いエネルギーを有する光によって活性化される、上述のような発光材料であってもよい。さらに、エレクトロルミネセンス材料、化学ルミネセンス材料、生物発光材料、電気化学ルミネセンス材料、溶解発光材料、カンドルミネセンス材料、カソードルミネセンス材料、圧電ルミネセンス材料、燐光材料、ラマン発光材料、放射ルミネセンス材料、熱ルミネセンス材料など、他のタイプのルミネセンスを有する材料を使用することができる。
上記の実施形態による装置および光学センサによって測定することができる測定対象物の特性は多数ある。いくつかの特性を以下に述べる。特性を測定する方法が明らかでない場合には、そのような方法も記載されている。
例えば、機械的、流体的、気体的、真空的、電磁気的、音響的、化学的、および物理的状態を記述する他の量など、任意の種類の相互作用によって引き起こされる、異なる方向に取られる2つの別個の容積間の絶対値または相対値としての圧力
任意の種類の相互作用によって生じる物体に作用する、2つの別々の体積間の絶対値または相対値としての力機械的構造において光学的吸収または遮蔽を使用することによって測定される力
任意の種類の相互作用によって物体に作用する、2つの分離された体積間の絶対値または相対値としてのトルク
基準質量および力の測定値を用いて測定される物体の加速度
測定した加速度を積分して測定した物体の速度
物体の圧力
機械的構造における光吸収又は遮蔽を使用することにより、又は測定された速度を積分することにより測定された物体の変位
機械的構造体において光吸収又は遮蔽を用いて測定され、異なる方向に配向された小さな構造体における力測定を用いて測定される物体の内部応力
体積またはインターフェースで測定した屈折率
光伝送
吸光度
光反射
光エネルギー輸送における主エネルギー方向を評価する方向波ベクトルであって、小さな光透過空洞を異なる方向に配置して測定し、それぞれの光透過を測定する方向波ベクトル
体積に近い電荷が測定される
体積を閉じる、または通過する電界が測定される
体積に近い電流または体積を通過する電流が測定され、オームの法則を使用して測定され、電界が測定される
測定された体積を閉じる、または通過する磁場
測定された体積を閉じるか、または通過する磁束密度
荷電粒子発生器1108を変調する情報経路107a’’’において、測定された材料自体を移動させることによって測定された、測定された体積に近い、または、測定された抵抗率
放射された蛍光波長スペクトルを反応消光することによって測定される、近くのまたは体積中の(ここで、反応性は種に結合する)であって、1つまたは純度の波長スペクトルにおける光吸収によっても測定される種の濃度
化合物の反応速度。
例えば、機械的、流体的、気体的、真空的、電磁気的、音響的、化学的、および物理的状態を記述する他の量など、任意の種類の相互作用によって引き起こされる、異なる方向に取られる2つの別個の容積間の絶対値または相対値としての圧力
任意の種類の相互作用によって生じる物体に作用する、2つの別々の体積間の絶対値または相対値としての力機械的構造において光学的吸収または遮蔽を使用することによって測定される力
任意の種類の相互作用によって物体に作用する、2つの分離された体積間の絶対値または相対値としてのトルク
基準質量および力の測定値を用いて測定される物体の加速度
測定した加速度を積分して測定した物体の速度
物体の圧力
機械的構造における光吸収又は遮蔽を使用することにより、又は測定された速度を積分することにより測定された物体の変位
機械的構造体において光吸収又は遮蔽を用いて測定され、異なる方向に配向された小さな構造体における力測定を用いて測定される物体の内部応力
体積またはインターフェースで測定した屈折率
光伝送
吸光度
光反射
光エネルギー輸送における主エネルギー方向を評価する方向波ベクトルであって、小さな光透過空洞を異なる方向に配置して測定し、それぞれの光透過を測定する方向波ベクトル
体積に近い電荷が測定される
体積を閉じる、または通過する電界が測定される
体積に近い電流または体積を通過する電流が測定され、オームの法則を使用して測定され、電界が測定される
測定された体積を閉じる、または通過する磁場
測定された体積を閉じるか、または通過する磁束密度
荷電粒子発生器1108を変調する情報経路107a’’’において、測定された材料自体を移動させることによって測定された、測定された体積に近い、または、測定された抵抗率
放射された蛍光波長スペクトルを反応消光することによって測定される、近くのまたは体積中の(ここで、反応性は種に結合する)であって、1つまたは純度の波長スペクトルにおける光吸収によっても測定される種の濃度
化合物の反応速度。
第1の実施形態において、液体充填レベル検出および任意に血液検出は、人体の外部の創傷上に置かれたドレッシングにおいて行われる。創傷被覆材がいくつかの関連する体積において相対的な最大吸収をどのくらい吸収したかを測定すること、および、警告または警報レベルを超える血液の一部が関連する体積に存在するかどうかを検出する選択肢として、液体情報が警告情報としてユーザに渡され、血液検出が警告として、または警報情報としてユーザに送られることが望ましい。
第2の実施形態では、透析システムの静脈針からの血液漏出を監視することが望ましい。動脈/静脈瘻に動脈と静脈の針を挿入する。静脈針を誤って抜去した場合、発見されなければ大量の失血が起こる可能性がある。
また、第1の実施形態の拡張に基づく第3の実施形態では、包帯中で測定するときに他の指標が興味深く、したがって、温度、グルコース、ケトン、タンパク質、細菌、炎症などの他の特性を測定することができる。
ヒトおよび動物の両方の健康状態を測定する第4の実施形態では、特許健康状態の草案表示(又は、ドラフト表示)を有するための健康特性を測定することが望ましく、受動ユニットは創傷包帯、携帯電話、衣服、公共環境、運動器具、車両のような様々な場所に配置することができる。温度、グルコース、ケトン、タンパク質、細菌、炎症などの特性も測定することができる。
第5の実施形態では、大部分の測定が皮膚の上面の上下、典型的には+/-15mmで行われる皮膚の周りで測定を行う健康状態装置は、オプションとして、情報は皮膚の下の体積から皮膚の上のセンサに渡される。ここで、針を使用することができ、具体的には、極微針を使用することができる。温度、グルコース、ケトン、タンパク質、細菌、炎症などの特性も測定することができる。
第6の実施形態では、健康状態装置が身体内で測定を行い、そこではまた、いくつかの測定値を身体のすぐ外側に配置することができる。典型的な測定特性は、運動、温度、脈拍、血圧、物質、神経、血液種、タンパク質、細胞、細菌、ウイルス、振動である。
第7の実施形態では、システムの状態が多くの種類の電力システム、例えば、電力生産設備、電気装置、点火システム、電子装置、生産プラント、ギアボックス、任意の種類のベアリング、ベアリングが存在する任意の種類のシステム、また、多くの動力伝達経路、例えば、電気、原子力、蒸気、化学薬品、バッテリでエネルギーが存在するケーブルやチューブで測定される。一例として、温度、機械的応力、湿度、電場、磁場、速度、温度の特性は測定するのに興味深く、ここで、測定は危険および高温体積における電気的干渉なしに実施することができる。
第8の実施形態では、システム状態が建物、インフラストラクチャ、生物システム、水中システム、情報システムなどの環境で測定される。一例として、実施形態7で言及したのと同じ特性も、ここでは測定することに関心がある。
第9の実施形態では、システム状態がトラック、乗用車、オートバイ、自転車、飛行機、列車、路面電車、ロケット、軍用飛行ロボット、弾丸のような、質量が10グラムより大きい任意の種類の移動装置で測定される。一例として、実施形態6で言及したのと同じ特性も、ここで測定するのに重要である。
第10の実施形態では、システム状態が携帯電話、スマートフォン、ラップトップなどの、無線通信システムと環境と相互作用する任意の種類の可動装置において測定される。一例として、実施形態6で言及したのと同じ特性も、ここで測定するのに重要である。
第11の実施形態では、システム状態が例えば、火災及び爆発の危険性が存在する任意の種類の潜在的危険量で測定される。一例として、実施形態6で言及したのと同じ特性も、ここで測定するのに重要である。
第12の実施形態では、脳、心臓、肺、肝臓などのヒトの生命維持に必要な器官における測定を行う。一例として、実施形態4で言及したのと同じ特性も、ここで測定するのに重要である。
しかしながら、第13の実施形態では、実施形態7として、ベアリングまたはベアリングが存在するシステムのみに限定される。
しかしながら、第14の実施形態では、実施形態7として、ギアボックスでの使用のみに限定される。
しかしながら、第15の実施形態では、実施形態7として、点火システムでの使用のみに限定される。
特許請求の範囲において、「有する/有する」という用語は他の要素又はステップの存在を排除するものではなく、更に、個々に列挙された複数の手段、要素又は方法ステップは例えば単一のユニットによって実施されてもよい。加えて、個々の特徴は異なる請求項又は実施形態に含まれてもよいが、これらは場合によっては有利に組み合わされてもよく、異なる請求項に含まれることは特徴の組み合わせが実現可能及び/又は有利ではないことを意味するものではない。加えて、単数の参照は複数を排除するものではない。用語「a」、「an」、「first」、「second」等は複数を排除するものではない。クレーム中の参照符号は、単に明確な例として提供されるにすぎず、いかなる方法によってもクレームの範囲を限定するものと解釈してはならない。
本発明は特定の実施形態を参照して上述されたが、本明細書に記載された特定の形態に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上記で特定されたもの以外の他の実施形態はこれらの添付の特許請求の範囲内で等しく可能である。
本発明は特定の実施形態を参照して上述されたが、本明細書に記載された特定の形態に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上記で特定されたもの以外の他の実施形態はこれらの添付の特許請求の範囲内で等しく可能である。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
<請求項1>
測定対象物(107b)を監視するための装置であって、
波長スペクトルを有する放射光を放射する光源(101)と光検出器(109)とを有する能動ユニット(115)と、
1つまたは複数の受動ユニット(117)と、
前記光源からの前記放射光を前記1つまたは複数の受動ユニット(117)に通すための少なくとも1つの光リンク(104a、104b)を有し、
各受動ユニット(117)は、
センサ(106)と、
前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に向けるためのセレクタ(105)を有し、
前記センサ(106)は、前記セレクタ(105)によって方向転換された前記放射光によって直接的または間接的に影響を受ける発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)を含み、
前記光源(101)は前記発光材料に直接的または間接的に影響を及ぼすUV光などの波長放出スペクトルの光を放射し、前記発光材料は、前記放射光によって直接的または間接的に影響を受けたときに可視光などの放射波長スペクトルの光を放射し、
前記センサ(106)は外部影響(107a、107a’、107a’、107a’’、107a’’’)の間に変調信号を生成するように前記測定対象物(107b)によって前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’)に感応するように配置され、
前記変調された信号は、前記光検出器(109)に送られる、装置。
<請求項2>
前記発光材料が前記放射波長スペクトルの光を放射するために前記光源から前記放射光によって直接照射される発光材料(332、342、905、1002、1107)である、請求項1に記載の装置。
<請求項3>
前記発光材料が前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成された荷電粒子によって影響を受けたときに前記放射波長スペクトルの光を放射し、前記光源からの前記放射光によって影響を受けたときに荷電粒子を生成する材料である、請求項1に記載の装置。
<請求項4>
前記セレクタ(105)は、
前記光リンク(104a)から受け取った光の少なくとも一部を前記受動ユニット(117)に向けるための光学装置と、
前記光源からの前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に通すための固定フィルタ(203)を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の装置:。
<請求項5>
前記能動ユニット(115)が、200nm~250nm、250nm~300nm、300nm~350nm、および350nm~400nm、またはそれらの任意の組合せの異なる波長スペクトルのUV光を透過するように構成された調整可能なUV通過帯域フィルタを有する光透過フィルタ(102)を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の装置。
<請求項6>
前記光検出器(109)の前に、光受信器フィルタ(108)が配置されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の装置。
<請求項7>
前記光源(101)と、前記光検出器(109)と、任意選択で前記光伝送フィルタ(102)と、任意選択で前記光受信フィルタ(108)と、任意選択で前記光マルチプレクサ(103)のうちの少なくとも1つを制御するための制御プロセッサ(100)をさらに有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の装置。
<請求項8>
前記光検出器(109)から情報を受信するリアルタイムプロセッサ(110)をさらに含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。
<請求項9>
前記リアルタイムプロセッサ(110)から情報を受信する情報結果プロセッサ(113)と、前記情報結果プロセッサ(113)のための情報を含む結果定義(112)と、前記情報結果プロセッサ(113)からユーザに情報を提供するための結果出力(114)をさらに含む、請求項8に記載の装置。
<請求項10>
前記外部影響(107a、107a’)は前記発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)によって、可視光などの前記放射波長スペクトルの前記放射光に直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記外部影響(107a、107a’)は発光光の放射をクエンチするように配置され、それにより、前記変調信号は前記発光材料によって放射される前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~9のいずれか1項に記載の装置。
<請求項11>
前記外部影響(107a、107a’、107a’’)は前記発光材料によって放射された前記放射光の前記放射波長スペクトルに直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記発光材料によって放射された前記放射光を吸収または反射または散乱し、それにより、前記変調信号は、前記外部影響(107a、107a’、107a’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~10のいずれか1項に記載の装置。
<請求項12>
前記外部影響(107a’’’)は前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成される荷電粒子によって、前記発光物質によって放射される放射光の前記放射波長スペクトルに間接的に影響を及ぼすように構成され、それにより、前記変調信号は前記外部影響(107a’’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~11のいずれか1項に記載の装置。
<請求項13>
前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’、107a’’)は前記セレクタによって逸らされる前記放射光の少なくとも一部に影響を及ぼすように配置され、例えば、前記発光材料に影響を及ぼす前に、前記放射光の前記少なくとも一部を吸収、反射、または散乱させる、請求項1~12のいずれか1項に記載の装置。
<請求項14>
前記受動ユニットは、光が前記測定対象物に到達することを防止するためのストップフィルタをさらに備える、請求項1~13のいずれか1項に記載の装置。
<請求項15>
前記センサの校正のための手段、すなわち、光が前記光リンク(104a、104b)を通過するときの吸光度の変動、前記光源(101)の変動、前記発光物質(332、342、905、1002、1107)の変動、前記荷電粒子発生器(1108)の変動、前記検出器(109)の変動、温度によって引き起こされる変動、および周囲光放射によって引き起こされる変動の校正のための手段をさらに含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の装置。
<請求項16>
さらに、前記装置の部品間の情報伝達用の無線伝送線(119a、119b、119c)を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の装置。
<請求項17>
前記装置および/または能動ユニット(115)、制御ユニット(118)、結果定義(112)および結果出力(114)のうちの少なくとも1つの要素が、携帯電話内に配置される、請求項1~16のいずれか一項に記載の装置。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
<請求項1>
測定対象物(107b)を監視するための装置であって、
波長スペクトルを有する放射光を放射する光源(101)と光検出器(109)とを有する能動ユニット(115)と、
1つまたは複数の受動ユニット(117)と、
前記光源からの前記放射光を前記1つまたは複数の受動ユニット(117)に通すための少なくとも1つの光リンク(104a、104b)を有し、
各受動ユニット(117)は、
センサ(106)と、
前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に向けるためのセレクタ(105)を有し、
前記センサ(106)は、前記セレクタ(105)によって方向転換された前記放射光によって直接的または間接的に影響を受ける発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)を含み、
前記光源(101)は前記発光材料に直接的または間接的に影響を及ぼすUV光などの波長放出スペクトルの光を放射し、前記発光材料は、前記放射光によって直接的または間接的に影響を受けたときに可視光などの放射波長スペクトルの光を放射し、
前記センサ(106)は外部影響(107a、107a’、107a’、107a’’、107a’’’)の間に変調信号を生成するように前記測定対象物(107b)によって前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’)に感応するように配置され、
前記変調された信号は、前記光検出器(109)に送られる、装置。
<請求項2>
前記発光材料が前記放射波長スペクトルの光を放射するために前記光源から前記放射光によって直接照射される発光材料(332、342、905、1002、1107)である、請求項1に記載の装置。
<請求項3>
前記発光材料が前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成された荷電粒子によって影響を受けたときに前記放射波長スペクトルの光を放射し、前記光源からの前記放射光によって影響を受けたときに荷電粒子を生成する材料である、請求項1に記載の装置。
<請求項4>
前記セレクタ(105)は、
前記光リンク(104a)から受け取った光の少なくとも一部を前記受動ユニット(117)に向けるための光学装置と、
前記光源からの前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に通すための固定フィルタ(203)を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の装置:。
<請求項5>
前記能動ユニット(115)が、200nm~250nm、250nm~300nm、300nm~350nm、および350nm~400nm、またはそれらの任意の組合せの異なる波長スペクトルのUV光を透過するように構成された調整可能なUV通過帯域フィルタを有する光透過フィルタ(102)を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の装置。
<請求項6>
前記光検出器(109)の前に、光受信器フィルタ(108)が配置されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の装置。
<請求項7>
前記光源(101)と、前記光検出器(109)と、任意選択で前記光伝送フィルタ(102)と、任意選択で前記光受信フィルタ(108)と、任意選択で前記光マルチプレクサ(103)のうちの少なくとも1つを制御するための制御プロセッサ(100)をさらに有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の装置。
<請求項8>
前記光検出器(109)から情報を受信するリアルタイムプロセッサ(110)をさらに含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。
<請求項9>
前記リアルタイムプロセッサ(110)から情報を受信する情報結果プロセッサ(113)と、前記情報結果プロセッサ(113)のための情報を含む結果定義(112)と、前記情報結果プロセッサ(113)からユーザに情報を提供するための結果出力(114)をさらに含む、請求項8に記載の装置。
<請求項10>
前記外部影響(107a、107a’)は前記発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)によって、可視光などの前記放射波長スペクトルの前記放射光に直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記外部影響(107a、107a’)は発光光の放射をクエンチするように配置され、それにより、前記変調信号は前記発光材料によって放射される前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~9のいずれか1項に記載の装置。
<請求項11>
前記外部影響(107a、107a’、107a’’)は前記発光材料によって放射された前記放射光の前記放射波長スペクトルに直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記発光材料によって放射された前記放射光を吸収または反射または散乱し、それにより、前記変調信号は、前記外部影響(107a、107a’、107a’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~10のいずれか1項に記載の装置。
<請求項12>
前記外部影響(107a’’’)は前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成される荷電粒子によって、前記発光物質によって放射される放射光の前記放射波長スペクトルに間接的に影響を及ぼすように構成され、それにより、前記変調信号は前記外部影響(107a’’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~11のいずれか1項に記載の装置。
<請求項13>
前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’、107a’’)は前記セレクタによって逸らされる前記放射光の少なくとも一部に影響を及ぼすように配置され、例えば、前記発光材料に影響を及ぼす前に、前記放射光の前記少なくとも一部を吸収、反射、または散乱させる、請求項1~12のいずれか1項に記載の装置。
<請求項14>
前記受動ユニットは、光が前記測定対象物に到達することを防止するためのストップフィルタをさらに備える、請求項1~13のいずれか1項に記載の装置。
<請求項15>
前記センサの校正のための手段、すなわち、光が前記光リンク(104a、104b)を通過するときの吸光度の変動、前記光源(101)の変動、前記発光物質(332、342、905、1002、1107)の変動、前記荷電粒子発生器(1108)の変動、前記検出器(109)の変動、温度によって引き起こされる変動、および周囲光放射によって引き起こされる変動の校正のための手段をさらに含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の装置。
<請求項16>
さらに、前記装置の部品間の情報伝達用の無線伝送線(119a、119b、119c)を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の装置。
<請求項17>
前記装置および/または能動ユニット(115)、制御ユニット(118)、結果定義(112)および結果出力(114)のうちの少なくとも1つの要素が、携帯電話内に配置される、請求項1~16のいずれか一項に記載の装置。
Claims (17)
- 測定対象物(107b)を監視するための装置であって、
波長スペクトルを有する放射光を放射する光源(101)と光検出器(109)とを有する能動ユニット(115)と、
1つまたは複数の受動ユニット(117)と、
前記光源からの前記放射光を前記1つまたは複数の受動ユニット(117)に通すための少なくとも1つの光リンク(104a、104b)を有し、
各受動ユニット(117)は、
センサ(106)と、
前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に向けるためのセレクタ(105)を有し、
前記センサ(106)は、前記セレクタ(105)によって方向転換された前記放射光によって直接的または間接的に影響を受ける発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)を含み、
前記光源(101)は前記発光材料に直接的または間接的に影響を及ぼすUV光などの波長放出スペクトルの光を放射し、前記発光材料は、前記放射光によって直接的または間接的に影響を受けたときに可視光などの放射波長スペクトルの光を放射し、
前記センサ(106)は外部影響(107a、107a’、107a’、107a’’、107a’’’)の間に変調信号を生成するように前記測定対象物(107b)によって前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’)に感応するように配置され、
前記変調された信号は、前記光検出器(109)に送られる、装置。 - 前記発光材料が前記放射波長スペクトルの光を放射するために前記光源から前記放射光によって直接照射される発光材料(332、342、905、1002、1107)である、請求項1に記載の装置。
- 前記発光材料が前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成された荷電粒子によって影響を受けたときに前記放射波長スペクトルの光を放射し、前記光源からの前記放射光によって影響を受けたときに荷電粒子を生成する材料である、請求項1に記載の装置。
- 前記セレクタ(105)は、
前記光リンク(104a)から受け取った光の少なくとも一部を前記受動ユニット(117)に向けるための光学装置と、
前記光源からの前記放射光の少なくとも一部を前記センサ(106)に通すための固定フィルタ(203)を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の装置:。 - 前記能動ユニット(115)が、200nm~250nm、250nm~300nm、300nm~350nm、および350nm~400nm、またはそれらの任意の組合せの異なる波長スペクトルのUV光を透過するように構成された調整可能なUV通過帯域フィルタを有する光透過フィルタ(102)を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光検出器(109)の前に、光受信器フィルタ(108)が配置されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光源(101)と、前記光検出器(109)と、任意選択で前記光伝送フィルタ(102)と、任意選択で前記光受信フィルタ(108)と、任意選択で前記光マルチプレクサ(103)のうちの少なくとも1つを制御するための制御プロセッサ(100)をさらに有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光検出器(109)から情報を受信するリアルタイムプロセッサ(110)をさらに含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記リアルタイムプロセッサ(110)から情報を受信する情報結果プロセッサ(113)と、前記情報結果プロセッサ(113)のための情報を含む結果定義(112)と、前記情報結果プロセッサ(113)からユーザに情報を提供するための結果出力(114)をさらに含む、請求項8に記載の装置。
- 前記外部影響(107a、107a’)は前記発光材料(332、342、905、1002、1107、1109)によって、可視光などの前記放射波長スペクトルの前記放射光に直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記外部影響(107a、107a’)は発光光の放射をクエンチするように配置され、それにより、前記変調信号は前記発光材料によって放射される前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記外部影響(107a、107a’、107a’’)は前記発光材料によって放射された前記放射光の前記放射波長スペクトルに直接影響を及ぼすように配置され、例えば前記発光材料によって放射された前記放射光を吸収または反射または散乱し、それにより、前記変調信号は、前記外部影響(107a、107a’、107a’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記外部影響(107a’’’)は前記受動ユニットに含まれる荷電粒子発生器によって生成される荷電粒子によって、前記発光物質によって放射される放射光の前記放射波長スペクトルに間接的に影響を及ぼすように構成され、それにより、前記変調信号は前記外部影響(107a’’’)の後で放射光の前記放射波長スペクトルとなる、請求項1~11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記外部影響(107a、107a’、107a’’、107a’’、107a’’)は前記セレクタによって逸らされる前記放射光の少なくとも一部に影響を及ぼすように配置され、例えば、前記発光材料に影響を及ぼす前に、前記放射光の前記少なくとも一部を吸収、反射、または散乱させる、請求項1~12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記受動ユニットは、光が前記測定対象物に到達することを防止するためのストップフィルタをさらに備える、請求項1~13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記センサの校正のための手段、すなわち、光が前記光リンク(104a、104b)を通過するときの吸光度の変動、前記光源(101)の変動、前記発光物質(332、342、905、1002、1107)の変動、前記荷電粒子発生器(1108)の変動、前記検出器(109)の変動、温度によって引き起こされる変動、および周囲光放射によって引き起こされる変動の校正のための手段をさらに含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の装置。
- さらに、前記装置の部品間の情報伝達用の無線伝送線(119a、119b、119c)を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置および/または能動ユニット(115)、制御ユニット(118)、結果定義(112)および結果出力(114)のうちの少なくとも1つの要素が、携帯電話内に配置される、請求項1~16のいずれか一項に記載の装置。
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