KR0151703B1 - 광학 계기의 교정 및 테스팅용 액정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광로를 따라서 광학적 특성을 측정하는 광학 계기(12)의 광학 교정장치 및 방법에 관한 것이다. 전기적으로 변경가능한 광학적 특성을 갖는 제어 가능한 셔터(18)는 계기(12)의 광로에 교차하여 위치한다.

셔터의 광학적 특성이 선택된 광학적 특성에 부합하도록 하는 제어 방식으로 전기적으로 변경가능한 셔터에 가변 전압을 선택적으로 제공하기 위하여 전기적 제어장치(36 및 38)는 셔터에 접속된다.

Description

광학계기의 교정 및 테스팅용 액정장치

본 발명은 샘플의 혼탁도와 같은 광학적 특성을 측정하는 광학계기의 광학 교정용 장치에 관한 것으로, 특히 광학 계기에 대한 의사 동작을 상황을 제공하는 광의 투과 및 또는 산란에 있어서의 변화를 시뮬레이션하는 장치에 관한 것이다.

재료의 광학적 특성에 대한 변화를 측정하는데 기초한 재료를 분석하는 계기는 초기 및 주기적인 교정과 테스팅이 필요하다. 표준 또는 기준 시약은 기준점을 나타내는 데이터의 판독을 제공하는 계기의 조정을 위해서 필수적으로 필요하다. 교정 방법에는 결과로서 생기는 광학적 특성의 평가를 통해서 분석되는 특성에 대한 기지값을 갖는 표준 시약의 사용을 포함한다.

예를 들면, 혈액 응고 계기의 테스팅에 대한 통상 사용되는 방법에는 표준 시약과 표준 혈액 샘플을 이용한다. 표준 혈액 샘플과 표준 시약 준비에는 여러가지의 불확실한 점들이 많고, 결과를 충분히 확신하기 위해서 수행되어야할 여러가지 작업을 요구하는 조작 방법들이 있다.

표준 혈액 샘플을 제공하기 위해서, 수많은 사람들로부터 구한 혈액은 통계적으로 믿을 수 있는 평균 응고 작업을 통한 샘플을 제공하기 위해서 혼합된다. 상기 방법은 광학적 변화로 구하고자 하는 기지 평균값을 나타내는 것을 확실하게 하기 위해서 얼마간의 시간동안 수행되고 분석되어져야만 한다.

상기 작업이 집중적이고 광범위한 테스팅이라 할지라도 표준 샘플의 통계적 평균값이기 때문에 한 특정인의 광학적 특성에 대한 분석 평가는 가능하다.

상기 테스트는 여러가지의 개별 혈액 응고 상황이 대해 수행되어져야만 하는데, 여기서 PT, APTT, TT, FiB 와 같은 서로 다른 테스트는 각기 다른 응고 시간을 갖을 뿐만 아니라 반응의 초기 및 최종 상태간의 광투과 레벨에 있어서의 각기 다른 변화를 제공하기도 한다.

여러가지의 광레벨을 분석하는 계기에 있어서, 표준 샘플 테스트는 통계적 샘플에 의해서 포함되지 않은 광영역에 불확실성의 여지가 있을 수 있다.

본 발명의 제1목적은 분석 샘플에 대한 일관성 있고 신뢰할 수 있는 광학적 특성의 시뮬레이션 장치를 제공하고 샘플 분석에 있어서 불확실성 및 반복성을 감소하는데 있다.

본 발명의 제2목적은 혼탁도를 측정하는 광학 계기의 테스팅에 있어서 분석용 실제 샘플을 준비하는 필요성을 제거하는데 있다.

본 발명의 제3목적은 광투과 및 산란의 광대한 범위상에 계기의 광학적 응답에 대해서 평가하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제4목적은 불규칙적인 계기 응답에 대한 테스팅의 정결한 광학적 시뮬레이션을 제공하기 위해서 투과 및 산란 상태간에 매끄럽게 제어된 변화를 발생시키는 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적들은 광로를 따라 광학적 특성을 특정하는 광학 계기의 광교정용 장치 및 방법을 제공하는 본 발명에 따라 수행된다.

본 발명에 따르면, 전기적으로 변경 가능한 광학적 특성을 갖는 제어가능한 셔터는 계기의 광로에 교차하여 위치하고, 제어방법에 있어서 셔터의 광학적 특성을 전기적으로 변경시키기 위해 가변 전압을 셔터에 선택적으로 제공하는 콘트롤 메카니즘은 제어가능한 셔터에 결합되는데 셔터의 광학적 특성은 선택된 광학적 특성에 부합한다.

바람직하게도, 셔터는 광학계기의 샘플 수용기에 적합되도록 고안되어 있다.

본 발명의 또다른 장점 및 설명은 다음 도면에 따른 설명으로 명확해질 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 광학 계기 및 제어 가능한 셔터를 개략적으로 나타낸 투시도이다.

제2도는 본 발명에 따른 액정 셔터의 단면도이다.

제3도는 본 발명에 따른 테스트 동작을 설명하는 논리 흐름도이다.

제4도는 본 발명에 따른 액정 셔터의 광학적 반응을 나타내는 그래프이다.

제5도는 인가 전압의 기증을 통해서 셔터 전송 특성을 나타내는 그래프이다.

제6도는 셔터 드라이버와 측정 계기의 동작 상호 작용을 도시한 블록회로도이다.

본 발명의 실시예는 혈액 샘플의 응고 실험을 참고로 설명되며 추가된 청구 범위내에서 본 발명에 따른 또다른 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

제1도는 참조하면, 광감지센서부(14)를 갖는 응고 분석 장치(12)가 도시되어 있는데, 상기 광감지센서부(14)는 도면상에는 도시되어 있지는 않지만 한 개이상의 광에미터 및 리시버를 포함한다. 정규 실험에 있어서 유리병 속에 혈액플라즈마 샘플을 넣고 액체 응고 시약을 투여한다. 그다음에 센서(14)내에 있는 슬롯(16)에 유리병을 넣고 혈액을 응고하도록 한다. 플라즈마 샘플이 응고함에 따라, 플라즈마 샘플에 의한 산란광은 증가하고 샘플의 투과율은 줄어들게 된다. 광학적 변화는 적절하게 작동하는 센서에 의해서 감지되는데 센서에 대한 설명은 이미 공지되어 있기 때문에 본 발명의 일부는 아니다.

센서를 적절히 작동하게 하기 위해서 센서 메카니즘을 테스트하고 필요하다면 센서메카니즘을 교정하는 것이 필요하다. 샘플의 광투과에 있어서의 변화를 감지하는 것을 통해 샘플이 응고한계점을 넘는 정확한 순간까지 감지해야만 한다. 그러므로 샘플의 광학적 변화에 해당하는 광학적 자극을 수용하는 센서를 제공하는 것이 필요하다. 이는 응고 시약이 담긴 실제 혈액 플라즈마 샘플을 제공함에 의해서 행해질 수 있다. 샘플이 average person's플라즈마를 적절하게 대표하고 있다면, 측정된 응고시간은 전체 인구에 대한 통계학적 평균 응고 시간에 근사해야 한다.

본 발명은 광학 계기의 센서 메카니즘을 교정하는 보다 효과적인 기술을 제공한다. 본 발명에 따르면 응고 작용을 시뮬레이션하는 광학적 자극은 광엘리먼트나 셔터(18)에 의해서 제공되는데, 상기 광학적 자극은 표준 샘플의 광투과에 있어서의 변화를 시뮬레이션하는 광학적 특성을 나타내도록 전기적으로 제어될 수 있다. 셔터(18)는 액정을 포함하는데 상기 액정은 하기에 보다 상세하게 설명되겠지만 선택적으로 변경할 수 있는 인가 전압을 통해 변경될 수 있는 광투과 특성을 갖는다.

컴퓨터나 유사한 오퍼레이터 인터레이스 메카니즘이나 하드웨어의 자동화부가 될 수 있는 콘트롤러(36)는 디지털 신호를 D/A 컨버터 및 셔터 드라이버(38)에 전달하고 셔터(18)에 상응 전압을 공급한다. 콘트롤러(36)는 구하고자 하는 광학적 특성을 시뮬레이션 하기 위한 신호를 발생하거나 전달하도록 만들어질 수 있다. 대개 여러가지의 시뮬레이션은 콘트롤러(36)를 통해 오퍼레이터에 의해서 선택될 수 있다.

시뮬레이션이 실행됨에 따라, 콘트롤러(36)는 시뮬레이션에 대한 광학적 특성을 표준 분석하는 계기(12)로 부터 데이터를 수신한다. 상기 데이터는 콘트롤러(36)나 분리된 계기(12)에 의해서 바람직하게 선택된다.

제2도를 참조하면, 셔터는 인듐 주석 산화물(In₂O₃및 SnO₂를 포함하는 세라믹 반도체)로 구성된 투명전극층(27 및 30)간에 샌드위치된 액정층(32)을 포함하는데, 상기 셔터는 투명한 마일라-브랜드 폴리에스테르(에틸렌테르프탈레잇)층(24 및 26)에 의해 차례차례 덮여진다. 단자(20 및 22)는 전극층(28 및 30)과의 전기적 접촉을 형성한다. 단자(20 및 22)는 실버에폭시(34)에 의해서 전극(28 및 30)에 접속되는데 상시 실버에폭시(34)는 열 및 메카니컬 스트레스에 의한 세라믹 전극의 손상을 막아준다. 제2도에 도시된 셔터 어셈블리는 액정 필름 및 층상에 과도한 스트레스없이 광학 슬롯(16)안으로 재삽입할 수 있도록 투명 아크릴이나 또다른 적합한 재료로 밀봉될 수 있다. 상기 밀봉함은 필름의 동작 특성을 변화시킬 수 있는 습기에 노출되는 것으로부터 필름을 보호한다. 재사용시에 셔터가 메카니컬 스트레스 및 습기에 영향을 받는 것이 확실하기 때문에 필름 밑 전극층을 메카니컬 스트레스 및 습기로 부터 격리시키는 것이 중요하다.

액정층(32)은, 예를들면, 미합중국 특허 제4,435,047호에 게재되어 있는 바와 같이 네마틱 액정을 포함한다. 네마틱 액정으로 만들어진 광셔터는 미합중국 특허 제4,556,289호에 게재되어 있다. 로우 헤이즈 포뮬라(LHF)로 구성된 광셔터를 만드는 네마틱 액정 필름은 미합중국, 캘리포니아, 써니베일에 소재한 태리크 주식회사로 부터 베리리트 브랜드 필름으로 이미 상업적으로 시판되고 있다. 제2도에 도시된 액정 디바이스의 구조체는, 그 자체로서는 본 발명의 부분을 형성하지 않는다.

액정필름이 각각 10볼트 및 0볼트로서 주파수 1kz의 구형파 신호에 의해서 동력 공급될때, 액정 필름은 표 1 및 2에 나열된 스펙트럼 투과 특성을 나타낸다.

가변 투과율의 동적 범위는 상당한 정도로 광시뮬레이션의 제어를 가능케 한다. 셔터(18)가 적절하게 구동되면 얻을 수 있는 선형 응답으로 구성된 상기 범위는 셔터(18)가 본 발명의 원리에 따른 광투과율의 변화를 감지하는 여러가지의 광학 계기를 측정하는데 이용되는 것을 가능케 한다.

사용된 액정 필름은 광학적 응답을 나타내는데, 상기 광학적 응답은, 그 자체로서는, 전압 진폭의 기능과 같은 선형이 아니다. 그러므로 시뮬레이션된 테스트 샘플의 광투과 특성에 대한 합리적인 시뮬레이션을 형성하기 위해서, 비례 전압 시뮬레이션 특성을 생성하는 것이 필요하다. 제5도는 액정에 인가된 전압과 광응답 특성간 비선형 관계를 나타내 보이고 있다.

셔터(18)에 인가되는 전기적 구동 신호에 대한 고유한 특성은 의사 광신호에 의해서 나타나는 특성 검사를 통해 도출된다. 상기 검사는 제4도에 도시된 신호 A와 같은 의사 요구된 광신호의 특성을 취하는 것을 포함하고, 요구된 의사 광특성 B를 발생시키기 위해 액정을 구동하기 위해 전기적 신호 특성에 도달한 수학적 연산을 사용한다.

의사 광 특성 B를 생성하는 공급 신호에 대한 적절한 전압 특성을 도출하기 위해서 계기가 표준 시험 상태하에서 동작하는 동안 원래 파형 A는 광 혼탁도 계기(12)로부터 선택된다. 그다음에 조절된 파형에 근거한 전기적 신호가 특성 B를 생성하는 셔터(18)를 구동하기 위하여 파형 A는 조절되어져야만 한다.

제5도는 셔터 재료에 대한 전압과 투과율의 관계를 도시한 도면이다. 상기 도면의 곡선은 분석장치(12)에 있는 센서부(14)의 광로에 셔터(18)을 위치시키고 그다음에 기지 전압을 셔터(18)에 공급하고 감지된 투과율을 연관시킴으로써 결정된다. 기지 전압은 전압 및 투과율 범위 전역에 걸친 관계를 결정하기 위해 변화된다. 전압과 결과로서 생기는 투과율간 관계는 광특성 A를 복제하는 가변 전압 구동신호를 계산하는데에 이용되어 진다.

가장 적합하게 계산하기 위해서, 다음 예에서 설명되는데, 6개의 덧셈 파워항에 의해서 조절되는 탄젠트 함수가 이용된다.

V = 25600{A tan (BX-C)+D+EX+FX²+GX³+HX⁴+IX⁵)}

여기서 V = 구동신호 전압

X = 투과율 측정치

A = 1.99351*10-2

B = 2.26815

C = 5.90141

D = 1.73714*10²

E = -3.39729*10²

F = 2.65441*10²

G = -1.03074*10²

H = 1.98986*10

I = -1.52744

신호 전압과 투과율간 관계는 광혼탁 계기(12)에 대한 상태를 시뮬레이션 하는 투과 파형 B를 생성하기 위해 이용된다.

특성 A와 같은 명확한 곡선은 여러가지의 광투과 상태에 대해서 선택될 수 있다. 상기 도출된 투과율에 대한 전압을 참작해서 전압 신호가 인가된 셔터(18)를 구동하므로써 곡선이 시뮬레이션 될 수 있도록 상기 곡선은 조절될 수 있다.

주어진 사건의 광투과율을 알아내고 복제하는 기법은 다음 설명으로 요약될 수 있다. 최초의 사건은 수행되고 측정되며 여러번 반복된다. 각각의 측정된 투과 특성은 기록되고, 함께 수집되어서 표준 투과율 곡선을 결정하기 위해 평가된다. 일단 표준 투과율 곡선이 도출되면, 전기적 신호는 전기적으로 제어가능한 셔터를 전기적으로 구동함에 의해서 상기 투과율 곡선의 복제를 생성하는 곳에 도달된다. 표준 투과율 곡선을 지나는 점들의 값은 조절되거나 상기에서 설명된 바와같이, 투과율 곡선을 지나는 투과율 점들의 값을 복제하는 셔터를 구동하기 위해 적절한 전압값으로 변환된다. 어떻게 요구되는 파형(예를 들면 구형파)도 상기 방법으로 조절될 수 있고 본 발명의 원리에 따른 교정에 이용될 수 있다는 것이 상기 기법에 의해서 평가될 것이다. 그다음에 셔터는 표준화된 곡선을 복제하는 전압 신호로 구동된다.

또한, 액정은 부분적으로 액정의 히스테리시스를 갖는 불완전한 진폭 응답을 나타낸다. 그러므로, 제4도에 도시된 특성에 의한 결과를 얻기 위해서, 시뮬레이션 정확도를 개선하는 보상 알고리즘에 관련한 과구동 알고리즘을 이용하는 것이 바람직하다. 과구동 알고리즘은 데이터 포인트를 조작하기 전의 실행 평균값을 계산하고 데이터 포인트와 실행 평균값과의 소량의 차에 따라 데이터 포인트를 변경시킨다.

상기 내용을 요약하면, 필름의 광학적 응답이 전압의 변화에 대해 비선형이기 때문에, 비선형 전압 곡선은 교정 과정을 시뮬레이션 하기 위해서 주어진 광투과특성을 복제하는 셔터를 구동하는데에 이용되어져야만 한다. 역탄젠트 함수에 기초한 알고리즘에 적합한 곡선은 요구된 곡선에 근사하도록 셔터에 공급되는 전압을 조절하는데 이용되고, 액정 응답의 지연 효과 및 히스테리시스를 보상하도록 광구동 셔터를 결합시키는데 이용된다. 상기 과정의 결과는 제4도에 도시되어 있는데, 여기서 특성A는 실제 파형을 나타내고 특성B는 셔터 복제를 나타낸다.

제3도는 시뮬레이션의 작동단계 및 제1도에 도시된 시스템의 상황을 테스트 평가하는 논리 흐름도이다. 시스템은 처음에 초기화 되고 그다음에 광계기(12)상에 적절한 셋팅을 세우고 실행될 시뮬레이션을 선택하기 위해서 오퍼레이터에게 선택 메뉴가 제공된다. 적절한 파일들은 로드되고 오퍼레이터는 분석들 시작하도록 명령을 받는다. 그다음에 콘트롤러(36)는 적절한 데이터를 선택된 시뮬레이션에 대한 셔터(18)에 보내고, 의사 투과율에 대한 적절한 평가를 수행한다. 행투과 데이터나 최종 결과로서 생기는 응고 시간은 오퍼레이터에 의해서 선택되는 콘트롤러에 의해서 회복된다.

그다음에 콘트롤러(36)는 각각의 형태로 수신된 데이터를 분석하고 데이터가 투과된 신호에 대한 예상된 결과와 일치하는 지를 결정하다. 콘트롤러는 정밀도를 결정하기 위해서, 주어진 범위내에서 농도를 결정하도록 프로그래밍 될 수 있다. 또한 콘트롤러(36)는 계기의 동작 특성을 결정하기 위해서 수신된 데이터의 잡음 레벨을 평가하는데 이용될 수 있다. 셔터(18)로부터의 광신호가 매끄럽기 때문에 데이터는 매끄러운 응답을 나타내야 한다. 잡음 섞인 응답은 광센서(14) 또는 계기(12)의 관련 회로에 결함이 있다는 것을 일러준다. 재생 가능한 매끄러운 광 입력이 확실할 수 없기 때문에 상기 분석으로는 반응물 샘플교정을 확실하게 수행할 수 없다.

제6도는 셔터를 구동하고 광학 계기로 부터 데이터를 수신하는 보다 상세한 제어회로의 블록도이다. 상기 회로는 콘트롤러 즉 컴퓨터(36)와 데이터 포착 회로(40)와 커스텀 드라이버 회로(42)의 세부분으로 구성된다. 데이터 포착회로(40)와 커스텀 드라이버 회로(42)는 제1도의 D/A컨버터 즉 드라이버로서 언급된 개괄적인 블록(38)을 포함한다.

데이터 포착회로(40)는 시뮬레이션율을 제어하기 위한 적절한 타이밍을 제공한다. 회로(40)는 콘트롤러(36)로부터의 디지털 신호를 드라이버 회로(42)의 아나로그 신호로 변환시키기도 한다. 드라이버 회로(42)는 전원(44), 로우 파워 컨버터(46), 가변 전압 레귤레이터(48), 구형파 오실레이터(50)과 출력드라이버(52)를 포함하고 있다. 회로는 상기에서 설명된 셔터(18)를 구동하기 위해서 필수적으로 제어된 전압을 제공한다.

광학적 테스팅을 위해 필름은 1㎑의 구형파에 의해서 최적하게 구동된다는 것이 정해져 있다. 구동 저주파수에서 광투과 특성은 변조되고, 1㎑이상에서 필름은 손상될 수 있다. 필름에 손상을 입히는 전위의 언밸런스를 피하기 위해 네트 제로 DC파형으로 필름을 구동하는 것이 역시 필요하다. 이로써 본 발명은 충분히 설명되었으며 본 발명의 주요지와 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 이 분야 통상의 기술자에 의해 다양한 변경 및 수정이 가능하다.

Claims (9)

1. 광로를 따라서 광학적 특성을 측정하는 광학 계기의 광학 교정용 장치에 있어서, 상기 광로에 교차시킴으로써 전기적으로 변경 가능한 광학적 특성을 갖는 제어 가능한 셔터 수단과; 상기 셔터 수단의 광학적 특성이 선택된 광학적 특성에 부합하도록 하는 제어된 방법으로 상기 셔터 수단의 광학적 특성을 전기적으로 변경시키기 위하여 상기 셔터 수단에 가변 전압을 선택적으로 공급하도록 상기 제어가능한 셔터 수단에 결합되는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계기의 광학 교정용 장치.
2. 제1항에 있어서, 광학 계기는 시간에 대한 혼탁도를 측정하고 상기 제어 수단은 미리 결정된 표준 샘플의 시간에 대한 혼탁도의 변화를 나타내는 광학적 특성을 시뮬레이션 하기 위하여 상기 셔터 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해서 변경된 광학적 특성이 산란 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단에 의해서 변경된 광학적 특성이 투광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단이 혈액 플라즈마를 응고시키는 광학적 특성을 시뮬레이션하기 위하여 상기 셔터 수단의 광학적 특성을 전기적으로 변경시키도록 상기 셔터 수단에 가변 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
6. 1항에 있어서, 상기 셔터 수단의 광학적 특성은 상기 전압의 변화에 대해 비선형적으로 변화하고, 상기 제어수단은 소망하는 광학적 응답을 얻기 위하여 상기 셔터 수단의 광학적 특성의 비선형 변화에 선택적으로 불균형을 이루는 시간에 대해서 미리 결정된 특성에 따른 가변 전압을 제공하는 것을 특징을 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 셔터 수단은 상기 광학 계기의 샘플 수용기에 적합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정용 장치.
8. 광로를 따라서 광학적 특성의 변화를 측정하는 광학 계기의 광학 교정 방법에 있어서, 상기 광로에 교차시킴으로써 전기적으로 변경 가능한 광학적 특성을 갖는 광 셔터를 배치하는 단계와; 셔터의 광 특성을 선택된 광 특성에 부합하도록 하는 제어된 방법으로 셔터의 광학적 특성을 변경시키기 위해 셔터 양단에 가변 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정방법.
9. 제8항에 있어서, 광학 계기의 샘플 수용기에 적합되도록 셔터를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 계기의 광학 교정방법.