KR20110127288A - 광센서에 대한 주변광의 영향을 약화시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

광센서에 대한 주변광의 영향을 약화시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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아더 얼 주니어 콜빈
폴 사뮤엘 제웩
제프리 씨. 레쇼
로버트 윌리암 린
캐리 알. 로렌즈
캐세이 제이. 오코너
스티븐 제이. 월터스
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센서즈 포 메드슨 앤드 사이언스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 광센서에 대한 주변광의 영향을 약화시키며 주변광에 대해 정량적으로 측정하고 보상하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다.

Description

광센서에 대한 주변광의 영향을 약화시키기 위한 시스템 및 방법{System and method for attenuating the effect of ambient light on an optical sensor}
본 발명은 광센서들에 관한 것으로, 더 상세하게는 광센서에 대한 주변광의 영향을 약화시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광센서는 분석대상물(analyte)(예컨대, 산소, 글루코스 또는 다른 분석대상물)의 농도를 검출하는데 이용될 수 있는 기기이다. 그 개시내용이 참조로써 여기에 통합되는 미국등록특허 제6,330,464호는 광센서를 기재하고 있다.
상당한 량의 주변광이 존재하는 환경(예컨대, 밝고 화창한 낮의 실외)에서 광센서를 이용하는 것이 요망되는 상황들이 있을 수 있다. 일부 상황들에서는, 상당한 량의 주변광이 광센서의 정확도에 부정적인 영향을 줄 것이다. 따라서, 광센서의 기능에 대한 주변광의 부정적 영향을 약화시키고 및/또는 주변광에 대해 정량적으로 측정하고 보상하는 시스템들 및 방법들이 요구된다.
본 발명의 목적은 광센서들에 대한 주변광의 영향을 약화시키고 주변광에 대해 정량적으로 측정하고 보상하기 위한 기법들을 제공하는 것이다.
본 발명은 광센서들에 대한 주변광의 영향을 약화시키고 주변광에 대해 정량적으로 측정하고 보상하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다.
일 양태에서, 본 발명은 광센서의 광검출기들에 도달하는 주변광의 량을 감소시키는 특징들을 갖는 광센서를 제공한다. 이 특징들은 함께 또는 개별적으로 이용될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 본 발명은 센서의 전기부품들을 전기적으로 연결하는데 이용되는 회로기판이 불투명한 재료(예컨대, 불투명 페라이트)로 만들어지는 광센서를 제공하는데, 이는 기존의 산화알루미늄 세라믹 회로기판과는 대조적이다. 일부 실시예들에서, 광센서의 광검출기들은 회로기판의 바닥측에 탑재되고 구멍들이 회로기판에 만들어져 지시분자들(indicator molecules)로부터 광검출기들에 도달하는 광의 통로를 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 광센서를 이용하고 이식(implant)하기 위한 방법들을 제공하는데, 이 방법들은 함께 또는 개별적으로 이용되는 것으로, 광센서에 대한 주변광의 영향을 감소시킨다.
예를 들면, 본 발명의 일 양태에서 제공되는 방법은, 지시분자들을 조명하여, 지시분자들이 발광하게 하는 단계; 지시분자들이 조명을 받는 시각에 광검출기에 도달하는 광의 량을 판단하여, 주변광과 지시분자들로부터 방출되어 광검출기에 도달하는 광의 광량합인 제1광량을 결정하는 단계; 지시분자들을 조명하는 것을 중단하는 단계; 지시분자들을 조명하는 것을 중단하는 단계 후에, 광검출기에 도달하는 광의 량을 판단하여, 광검출기에 도달하는 주변광의 제2광량을 결정하는 단계; 및 결정된 제1광량으로부터 결정된 제2광량을 감산함으로써 지시분자들로부터 방출되어 광검출기에 도달된 광의 량을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 개량된 센서판독기 및 센서판독기를 동작하는 방법을 제공한다. 예를 들면, 일 양태에서, 본 발명은 센서판독기에 의해 수행되는 방법을 제공하며, 이 방법은 주변광의 세기를 결정하는 단계; 주변광의 세기가 소정 문턱세기보다 큰 지를 판단하는 단계; 및 주변광의 세기가 소정 문턱세기보다 크다고 판정되면 사용자에게 경보를 발하는 단계를 포함한다.
본 발명은 광센서들에 대한 주변광의 영향을 약화시키고 주변광에 대해 정량적으로 측정하고 보상할 수 있게 해 준다.
본 발명의 바람직한 실시예의 구조 및 동작뿐 아니라 본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.
여기에 통합되며 출원서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은, 본 발명의 각종 실시예들을 설명하는 것을 돕고, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 것을 추가로 돕고 관련 기술분야의 당업자가 본 발명을 제작하고 이용하는 것을 가능케 하는 것도 돕는다. 도면들 중, 유사한 참조번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 그에 더하여, 참조번호의 제일 왼쪽 숫자(들)는 참조번호가 처음 나타나는 도면을 확인시켜 준다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광센서를 보인다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광센서를 보인다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로기판의 상면을 보인다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광검출기의 시야(시계)를 보인다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 환자에 이식된 센서를 보인다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아우트리거(outrigger)들 갖는 센서를 보인다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서판독기의 기능블록도를 보인다.
도 8은 센서판독기에 의해 수행될 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 광검출기에 의해 제공된 시도들(readings)에 대한 주변광의 영향을 감쇠하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서에 의해 수행되는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광센서("센서"; 110)를 보이며, 이 광센서는 형광지시분자(116)의 형광에 기초하여 동작한다. 센서(110)는 센서하우징(112)(센서하우징(112)은 적당한 광투과성 폴리머재료로 형성될 수 있다), 센서하우징(112)의 외부표면에 피복된 매트릭스층(114), 매트릭스층(114)(매트릭스층(114)은 하우징(112) 표면의 전부 또는 부분을 덮을 수 있음) 전체에 걸쳐 분포된 형광지시분자들(116), 지시분자들(116)과 상호작용하는 파장 범위, 즉, 형광계 센서의 경우, 지시분자들(116)이 형광하게 하는 파장의 복사선을 포함한 복사에너지를 방출하는 예컨대 LED의 방사원(광원; 118), 및 형광계 센서의 경우 지시분자들(116)에 의해 방출된 형광광에 민감하여 지시분자들의 형광 레벨의 표시에 응답하여 광검출기(120)에 의해 신호가 생성되게 하는 광검출기(120)(예컨대, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 포토저항기 또는 다른 광검출기)를 구비한다. 센서(110)가 둘 이상의 광센서들을 가질 것임을 설명하기 위해 두 개의 광검출기들(120a 및 120b)이 보이고 있다.
지시분자들(116)은 센서 몸체의 표면에 피복될 수 있거나 매트릭스층(114) 내에 들어 있을 수 있고(도 1에 보인 것처럼), 매트릭스층(114)은 이 기술분야에서 알려진 방법들에 따라 제조되어 센서하우징(112)의 표면에 피복된 생체적합성(biocompatible) 폴리머 매트릭스를 포함한다. 분석대상물에 대해 침투성이어야만 하는 적당한 생체적합성 매트릭스재료들은, 약간의 메타아크릴레이트들(예컨대, HEMA)과 하이드로젤들을 포함하며, 이것들은 유익하게는 선택적으로 침투성으로 될 수 있으며, 특히 분석대상물에 대해 선택적으로 침투성으로 될 수 있고, 그것들은 분자량 분획(molecular weight cut-off) 기능을 수행한다.
센서(110)는 완전히 자기독립형(self-contained)일 수 있다. 달리 말하면, 센서는 센서에 전력을 공급(예컨대, 방사원(118)의 구동용)하거나 또는 센서로부터 신호를 송신하기 위해 센서하우징(112)의 안으로 또는 바깥으로 연장하는 전기리드들이 없게끔 구성될 수 있다. 그보다는, 센서는 센서하우징(140) 내에 완전히 삽입되거나 수용되는 전원(140)과 센서하우징(112) 내의 완전히 삽입되거나 수용되는 송신기(142)를 구비할 수 있다.
전원(140)은 송신기(142)용 안테나가 미국등록특허 제6,400,974호에 기재된 바와 같을 수 있는 인덕터일 수 있다. 송신기(142)는 데이터를 외부판독기에 무선으로 송신하도록 구성되어도 좋다(도 7 참조).
이용될 수 있는 다른 자기독립형 전원들로는 마이크로전지들; 압전소자들(초음파와 같은 기계에너지에 노출될 때 전압을 발생함); 마이크로발전기; 음향(예컨대, 초음파)구동형 발전기들; 및 광(적외선)에 의해 전력을 생성하는 광기전성 전지들을 들 수 있다.
도 1에 보인 것처럼, 어느 것들보다도 제어용 전기회로소자를 구비할 것인 프로세서(166), 방사원(118) 및 송신기(142)를 포함한, 센서(112)의 많은 전기-광학적 부품들은, 회로기판(170)에 안전하게 고정된다. 회로기판(170)은 부품들 사이에 통신경로들을 제공한다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 광필터(130), 이를테면 고역통과 또는 대역통과 필터는, 바람직하게는 광검출기(120)의 광감면에 제공된다. 필터(134)는 방사원(118)에 의해 발생된 방사가 광검출기(120)의 광감면에 충돌하는 것을 방지하거나 방사원(118)에 의해 발생되어 광검출기(120)의 광감면에 충돌하는 방사의 량을 실질적으로 줄인다. 동시에, 필터(134)는 형광지시분자들(116)에 의해 방출된 형광 광이 이 필터를 통과하여 검출기(120)의 감광면을 타격할 수 있게 한다. 이것은 방사원(118)으로부터 입사하는 방사에 기인한 광검출기 신호의 "노이즈"를 상당히 줄인다.
그러나, 필터(134)가 방사원(118)으로부터의 방사에 의해 만들어진 "노이즈"를 상당히 줄일 수 있지만, 필터(134)는 주변광원(198)으로부터의 "노이즈"를 상당히 감쇠시킬 수는 없을 것인데, 그 특별한 이유는 피부(skin)를 통과하는 광이 필터에 의해 필터링되지 않을 파장을 가지기 때문이다. 즉, 필터(134)는 주변광(199)이 광검출기(120)의 감광면을 두들기는 것을 상당히 방지할 수 있다. 따라서, 센서(110)는 주변광을 다루기 위한 다른 특징들을 가진다.
예를 들면, 센서(110)의 기판(170)은 미광(stray light)을 전파하지 않는 재료로 만들어지거나 또는 미광의 전파를 방지하는 마감재로 피복된다. 따라서, 이러한 기판(170)을 이용함으로써, 광검출기들(120)에 도달하는 주변광의 량을 줄일 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(170)은 페라이트 회로기판(170)인 반면 다른 실시예들에서 기판(170)은 기판이 광의 전파를 방지하는 마감재를 갖는 기존의 회로기판일 수도 있다.
더구나, 센서(110)에서 광검출기들(120)은 회로기판(170)의 아래쪽에 탑재되어도 좋다. 이것은 예를 들면 "플립칩"실장이라 알려진 기법에 의해 행해질 수 있다. 광검출기들(120)을 기판(170)의 아래쪽에 탑재하는 이 기법은 광검출기들(120)의 상면을 제외한 모든 감광면들이 차광물질들(104)(예컨대, 검은색 차광 에폭시)로 더 쉽사리 덮일 수 있게 한다. 그러나 도 2에 보인 것처럼 광검출기들(120)을 회로기판(170)의 상측에 탑재할 수 있다는 것이 생각될 수 있다. 도 1에 보인 실시예에서와 유사하게, 도 2에 보인 실시예에서는, 광검출기의 상면을 제외한 모든 표면들이 차광물질(104)로 덮인다.
광검출기들(120)이 기판(170)의 바닥면에 탑재되는 실시예들에서, 각 광검출기(120)를 위한 구멍이 바람직하게는 기판(170)을 통과하게 만들어진다. 이것은 기판(170)의 평면도인 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 보인 것처럼, 광원(118)은 기판(170)의 상면(371)에 바람직하게 탑재된다. 도 3에 더 보인 바와 같이, 두 구멍들(301a 및 301b)은 기판(170)을 관통하게끔 만들어져 있어, 지시분자들로부터 광검출기들(120)에 도달하는 광의 통로를 제공한다. 회로기판(170)의 구멍들은 예를 들면 드릴링 등에 의해 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 도 1에 보인 것처럼, 각 광검출기(120)는 그것의 앞면이 구멍 바로 아래에서 당해 구멍을 가리도록 위치된다.
이 기법은 광검출기들(120)에 들어가는 광을 페라이트를 관통하는 구멍을 통해 광을 광검출기들의 앞면에 들어가는 광으로만 제한한다. 도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 페라이트의 각 구멍은 광학적 통과필터(134)로 채워질 수 있고 그래서 광은 필터(134)를 통과하는 것에 의해서만 광검출기(120)에 도달할 수 있다.
위에서 언급되고 도 1에서 도시된 바와 같이, 광검출기들(120)의 바닥면과 모든 측면들은 검은색 차광 에폭시(104)로 덮일 수 있다. 더구나, 회로기판(170)의 상면(371)의 부분들로부터 일어날 것인 원치 않는 반사들을 최소화하기 위해, 검은색 에폭시가 광학계의 원시야상(far-field pattern) 내에 있지 않은 모든 구성요소들을 위한 포팅(potting)물로서 이용되어도 좋다. 게다가, 검은색 에폭시는 각 광검출기(120)에 대해 필터들(130)을 둘러싸는데 이용될 수 있어, 필터들(134) 및 회로기판 구멍들(301) 사이의 기계적 허용오차에 의해 만들어진 접착점을 통해 광누설이 전파되는 것을 방지한다.
도 1에 더 보인 것처럼, NIR필터들(106a 및 106b)은 필터들(134a 및 134b)의 상단에 각각 위치될 수 있다. 이러한 구성은 광검출기(120)에 도달하는 모든 광이 필터(134)뿐만 아니라 NIR필터(106)도 통과하는 것을 요구한다.
도 1 및 도 2가 분명하게 하는 바와 같이, 광검출기(120)에 도달하는 임의의 주변광은 먼저 지시분자들을 담고 있는 매트릭스층(114)과 필터들을 통과한 후 광검출기(120)의 상면을 두들기고 광센서와 간섭할 수 있다. 매트릭스층(114)이 특성적으로 분명하지만, 중합화반응의 수분함량을 증가시킴으로써, 상(phase)분리가 발생하여 매트릭스층(114)이 고도의 다공성(highly porous)이 된다. 매트릭스층(114)의 차분 굴절계수(주변매질에 대한)와 함께 큰 크기의 세공들은 매트릭스층(114) 내에 실질적인 광산란을 야기한다. 이 산란은 외부광원으로부터 도달하는 주변광을 감쇠시킨 후에 센서하우징에 들어가게 할 수 있도록 돕는다는 이점이 있다. 따라서, 발명의 일부 실시에들에서, 매트릭스층(114)을 만드는 프로세스는 매트릭스층(114)의 다공성이 높아지도록 변경된다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, 매트릭스층(114)은 (a) 400mLs의 HEMA와 600mLs의 증류수를 화합하며(40:60의 비율), (b) 와류형으로 혼합하며, (c) 50㎕ 10%의 과황산암모늄(APS) (수용액)과 10㎕ 50%의 TEMED(수용액)을 첨가하고, (d) 실온에서 30분 내지 한 시간 동안 중합함으로써 생성된다. 이 프로세스는 고 세공성 매트릭스(또는 "백색 겔" 매트릭스)를 생성할 것이다. 더 높거나 더 낮은 온도들에서의 중합화는 백색 겔 매트릭스를 형성하는데 이용될 수도 있다. 일 예는 175㎕ 증류수 + 75㎕ HEMA + 8.44㎕ VA-044(2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디히드로클로라이드)(AIBN(2,2'-아조비스이소부티로니트릴)과 같은 다른 유리기 개시제들이 사용되어도 좋다)를 이용하여 30:70 겔을 형성하는 것이다.
센서(110)의 다른 특징은 하우징(112)의 적어도 부분을 하우징(112)의 도핑된 부분이 광필터로서 기능하게 할 것인 유기 또는 무기 도핑제들로 도핑한다는 것이다. 예를 들면, 하우징(112)의 일부를 유기 차광재료인 사비닐(savinyl) 블랙으로 도핑하는 것을 생각해 볼 수 있다. 필요하면, 주변광의 어느 일정한 전파벡터들 하에서, 광검출기(120)의 광을 전파하는 시야 내의 영역만을 허용하도록 하는 식으로 하우징(112)을 선택적으로 도핑하는 것이 가능하다. 이 메커니즘은 선행기계가공 포장절차에 의해 제작되는 "안장"접목 아키텍처를 이용할 것이다.
불투명 재료(104) 및 비 광전파(non-light propagating) 회로기판(170)을 이용하는 것에 의해, 광검출기들(120)의 광학적 시야는 센서하우징(112)의 표면상의 지시매트릭스 설치 영역에 대해 제어되거나 제약된다. 도 1에 보인 실시예의 하나의 광검출기(120a)에 대한 광학적 시야는 도 4에 도시되어 있다.
광이 회로소자를 뒤쪽부터 통과할 수 없기 때문에, 센서(110)는 광검출기들(120)의 광학적 시야가 피부를 통과하는 광을 최소화하는 가장 유리한 위치로 향하도록 생체 내에 외과적으로 설치될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서는, 센서의 광학 시야를 몸속 조직 쪽으로 안쪽을 향하게 하는 것이 가장 유리할 수 있다. 이것은 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 보인 것처럼, 불투명 재료(104)에 의해 덮이지 않은 광검출기의 하나의 표면(즉, 표면 590)은 몸속 조직(501) 쪽으로 그리고 피부(520)로부터 멀어지게끔 안쪽을 향하도록 한다. 이 방위는 생체 내의 다음 설치 시에 유지되지 않을 수 있기 때문에(예컨대, 정상적인 수족 운동 동안에 센서는 구를 것이다), 일부 실시예들에서는 센서하우징(212)에 구름방지 "아우트리거들"을 통합하는 것이 유익할 것이라고 생각해 볼 수 있다. 도 6은 구름(rolling)을 방지하기 위해 센서하우징(212)에 부착된 아우트리거들(610 및 611)을 갖는 센서(110)의 정면도이다.
광센서(110)의 적절한 기능에 대한 주변광의 영향을 현저히 감쇠시키는 개량된 광센서 설계를 제공하는 것 외에도, 본 발명은 광센서(110)로부터 송신된 출력데이터를 수신하는 외부신호판독기에 대한 개량물들을 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 이 출력데이터는 당해 분석대상물의 농도에 관련한 정보를 운반하는 것으로, 센서(110)로부터 무선으로 송신될 수 있다.
도 7은 외부판독기(701)의 예를 도시한다. 도 7에 보인 실시예에서, 광센서(110)는 환자의 손목 근처에 이식되고 판독기(701)는 환자의 손목에 손목시계처럼 감긴다. 즉, 판독기(701)는 손목띠(790)에 부착된다. 일부 실시예들에서, 판독기(701)는 기존의 손목시계와 결합되어도 좋다. 바람직하게는, 손목띠(790)는 불투명한 손목띠이다. 불투명한 손목띠(790)를 착용함으로써, 환자는 광센서에 도달하는 주변광의 량을 줄일 것이다.
도 7에 보인 것처럼, 판독기(701)는 수신기(716), 프로세서(710), 및 사용자인터페이스(711)를 구비한다. 사용자인터페이스(711)는 예를 들면 액정디스플레이(LCD) 또는 다른 유형의 디스플레이와 같은 디스플레이를 구비할 것이다. 수신기(716)는 센서로부터 송신된 데이터를 수신한다. 프로세서(710)는 수신된 데이터를 처리하여 센서에 의해 감시되는 분석대상물의 농도를 나타내는 출력데이터(예컨대, 숫자값)를 생성한다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, 센서(110)는 두 집합들의 데이터를 판독기(701)에 송신할 수 있다. 제1데이터집합은 광원(118)이 온일 때 광검출기들(120)의 출력들에 대응할 것이고 제2데이터집합은 광원(118)이 오프일 때 광검출기들(120)의 출력들에 대응할 것이다.
프로세서(710)는 이러한 두 데이터집합들을 처리하여 센서에 의해 감시되는 분석대상물의 농도를 결정하는데 이용될 수 있는 출력데이터를 생성한다. 예를 들어, 제1데이터집합은 (1) 광검출기들(120)에 도달된 지시분자들로부터의 광의 총량과 (2) 광검출기들(120)에 도달된 주변광의 총량의 합에 상응하는 제1결과를 생성하도록 처리될 수 있다. 제2데이터집합은 광검출기들(120)에 도달된 주변광의 총량에 상응하는 제2결과를 생성하도록 처리될 수 있다. 그 후 프로세서(710)는 제1결과로부터 제2결과를 감산하여, 광검출기들(120)에 도달한 지시분자들로부터의 광의 총량에 상응하는 최종결과를 얻는다. 그 후 프로세서(710)는 최종결과를 이용하여 분석대상물의 농도를 계산하고 사용자인터페이스(711)가 그 농도를 나타내는 값을 표시하도록 하여 환자는 그것을 읽을 수 있게 된다.
유익하게는, 판독기(701)는 소형 광검출기(714)를 구비할 수 있다. 광검출기(714)를 판독기(701)에 구비함으로써, 판독기는 주변광의 량을 감시할 수 있다. 게다가, 프로세서는 광검출기(714)에 의해 검출된 주변광의 량이 소정 문턱을 넘는다면 환자에게 경보를 출력하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(710)에의 입력일 것인 광검출기(714)의 출력이 비교적 많은 량의 주변광이 존재함을 나타낸다면, 프로세서(710)는 사용자인터페이스(711)에 경보메시지를 표시하여 센서가 많은 량의 주변광 때문에 기능하지 않을 것이라고 경보를 발한다. 그러면 환자는 적당한 조처를 취할 수 있다. 예를 들면, 환자는 주변광이 적은 영역으로 움직이거나 센서를 가려서 적은 주변광이 센서에 도달하게 할 것이다.
도 8은 프로세서(710)에 의해 수행될 수 있는 프로세스(800)를 도시하는 흐름도이다. 프로세스(800)는 단계 802에서 시작하며, 단계 802에서 프로세서(710)는 판독기(701)의 사용자가 센서로부터 시도를 얻을 것을 요구하였음을 나타내는 입력을 수신하거나 또는 프로세서(710)는 센서로부터 데이터를 얻어야 할 시간임을 자동으로 결정한다.
단계 804에서, 프로세서(710)는 광검출기(714)로부터 주변광의 세기에 관련한 정보를 얻는다. 단계 806에서, 프로세서(710)는, 단계 804에서 얻어진 정보에 기초하여, 주변광의 세기가 센서가 제대로 기능할 수 없게 할 듯한 세기인지를 판단한다. 예를 들면, 프로세서(710)는 주변광의 세기가 약간의 소정 문턱보다 큰지를 판단할 것이다. 주변광의 세기가 센서가 제대로 기능할 수 없게 할 듯한 세기라면 프로세서(710)는 단계 890으로 진행하고, 그렇지 않다면 프로세서(710)는 단계 808로 진행한다.
단계 890에서, 프로세서(710)는 사용자에게 경보를 발한다. 예를 들면, 프로세서(710)는 사용자인터페이스(711)에 메시지를 표시하거나 사용자에게 주변광이 너무 많다고 사용자에게 통보한다.
단계 808에서, 프로세서(710)는 센서가 동작을 시작하게 한다. 예를 들면, 프로세서(710)는 센서에 전력을 무선으로 제공하거나, 기동(activation)신호를 센서에 보내거나, 또는 센서를 다르게 기동시킨다.
단계 810에서, 프로세서(710)는 센서로부터 데이터를 얻는다. 예를 들면, 위에서 논의된 것처럼, 센서로부터 수신된 데이터는 광원(118)이 온일 때 광검출기들(120)의 출력에 상응하는 데이터를 그리고 광원(118)이 오프일 때 광검출기들(120)의 출력에 상응하는 데이터를 포함할 것이다. 센서(110)는 데이터를 수신기(716)에 무선으로 송신할 것이고, 그러면 수신기(716)는 그 데이터를 프로세서(710)에 제공한다.
단계 812에서, 프로세서(710)는 수신된 데이터를 처리하여, 센서가 제대로 동작한다면(예컨대, 주변광이 너무 많이 있지는 않다면) 센서에 의해 감시되는 분석대상물의 농도를 계산하는데 이용될 수 있는 결과를 생성한다. 예를 들어, 위에서 논의된 것처럼, 프로세서(710)는, 광원(118)이 온일 때 광검출기들(120)의 출력에 상응하는 데이터로부터, 광원(118)이 오프일 때 광검출기들(120)의 출력에 상응하는 데이터를 감산하여, 센서에 의해 감시되는 분석대상물의 농도를 결정하는데 이용될 수 있는 결과를 생성한다.
단계 814에서, 프로세서(710)는 센서에 의해 감지된 분석대상물에 관한 정보 또는 메시지로서 단계 812에서 생성된 결과들에 기초한 정보 또는 메시지가 사용자에게 표시되게 한다.
개량된 광센서 설계와 개량된 판독기를 제공하는 것 외에도, 본 발명은 광센서를 동작하기 위한 개량된 방법으로서 주변광의 부정적 영향을 줄이기도 하는 방법을 제공한다. 이 방법은 기존의 광센서와 함께 또는 본 발명에 따른 광센서들과 함께 사용되어도 좋다. 도 9는 광센서에 의해 제공되는 시도들에 대한 주변광의 영향을 줄이기 위한 프로세스(900)를 도시하는 흐름도이다.
프로세스(900)는 단계 901에서 시작하고, 단계 901에서 광검출기에 도달하는 주변광의 량의 결정이 행해진다. 예를 들면, 단계 901에서, 지시분자들이 형광상태에 있지 않은 기간 동안에 하나 이상의 광검출기에 의해 생성되는 신호가 얻어진다. 단계 902에서, 광검출기에 도달하는 주변광의 량이 정확한 시도를 센서가 제공할 수 없게 할 것 같은 량인지에 관한 판단이 행해진다. 광검출기에 도달하는 주변광의 량이 정확한 시도를 센서가 제공할 수 없게 할 것 같은 량이라면, 프로세스는 단계 990으로 진행하고, 그렇지 않다면, 프로세스는 단계 903으로 진행한다.
단계 990에서, 주변광이 너무 많이 있음을 나타내는 정보는 센서판독기에 송신된다. 단계 990 후, 프로세스는 종료되거나 단계 902로 되돌아 갈 수 있다.
단계 903에서, 지시분자들은 약 x분량의 시간(예컨대, 50 또는 10밀리초) 동안 조명된다. 예를 들면, 단계 903에서, 광원(118)은 100밀리초 동안 동작하여 지시분자들을 조명한다. 일 실시예에서, 광원은 약 2밀리암페어의 구동전류를 이용하여 동작된다. 다음으로, 지시분자들이 조명되는 동안, 광검출기(120)에 의해 생성된 신호는 판독된다(단계 904).
다음(단계 908)에, 단계 904에서 얻어진 신호로부터 단계 901에서 얻어진 신호를 감산하여 새로운 신호를 생성하고, 이 새로운 신호는 단계 904에서 판독한 신호보다는 분석대상물의 농도에 더 잘 상응할 것인데, 그것은 단계 904에서 판독된 신호가 지시분자들에 의해 방출된 광뿐만 아니라 광검출기에 도달했던 주변광 또한 포함하기 때문이다. 다음(단계 910)에, 새로운 신호는 외부판독기에 송신된다. 단계 910 후, 프로세스는 단계 901로 되돌아 갈 것이다.
프로세스(900)는 프로세서(266)에 의해 수행될 것이다. 즉, 일부 실시예들에서, 프로세서(266)는 프로세스(900)의 하나 이상의 단계를 수행하기 위한 소프트웨어, 하드웨어 또는 이것 둘의 조합을 가질 수 있다. 예를 들면, 프로세서(266)는 프로세스(900)의 하나 이상의 단계를 수행하도록 설계된 특용집적회로(ASIC)를 구비할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다른 프로세스(1000)를 도시하는 흐름도이다. 프로세스(1000)는 단계 1002에서 시작하고 단계 1002에서 광원(118)은 약 x분량의 시간(예컨대, 50 또는 100밀리초) 동안 켜진다. 예를 들면, 단계 1002에서, 광원(118)은 100밀리초 동안 동작하여 지시분자들을 조명할 것이다.
단계 1004에서, 광원(118)이 켜진 동안(온인 동안) 광검출기들(120a 및 120b)에 의해 생성된 출력들에 상응하는 데이터는 판독기(701)에 송신된다. 단계 1006에서, 판독기(701)는 이 데이터를 수신한다. 이 데이터는 광검출기(120a)로부터의 시도와 기준광검출기가 되는 광검출기(120b)로부터의 시도를 포함할 수 있다. 단계 1008에서, 판독기(701)는 수신된 데이터를 처리하여 제1값을 생성한다. 예를 들면, 제1값은 광검출기(120a)로부터의 시도를 광검출기(120b)로부터의 시도에 의해 나눔으로써 생성될 수 있다.
다음에, 광원(118)은 턴 오프된다(단계 1010). 단계 1012에서, 광원(118)이 오프인 동안 광검출기들(120a 및 120b)에 의해 생성된 출력들에 상응하는 데이터는 판독기(701)에 송신된다. 단계 1014에서, 판독기(701)는 이 데이터를 수신한다. 이 데이터는 광검출기(120a)로부터의 시도와 광검출기(120b)로부터의 시도를 포함할 수 있다.
단계 1016에서, 판독기(701)는 수신된 데이터를 처리하여 제2값을 생성한다. 예를 들면, 제2값은 광검출기(120a)로부터의 시도를 광검출기(120b)로부터의 시도에 의해 나눔으로써 생성될 수 있다. 단계 1018에서, 판독기(701)는 제1값으로부터 제2값을 감산하여 센서에 의해 감시되는 분석대상물의 농도를 결정하는데 이용될 수 있는 결과를 얻는다. 단계 1020에서, 판독기(701)는 분석대상물의 농도에 관한 정보를 표시한다(예컨대, 결정된 농도를 나타내는 값을 표시한다).
위에서 설명된 프로세스들이 일련의 단계들로서 예시되었지만, 이 기술분야의 당업자에게는 그 단계들의 적어도 일부는 보인 순서로 수행되지는 것이 필요하지 않고, 게다가 얼마간의 단계들은 생략되고 추가적인 단계들이 부가될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들/변형들이 위에서 설명되었지만, 그것들은 예로써만 나타내어진 것이고 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 넓이와 범위는 전술한 예시적인 실시예들의 어느 것에 의해서도 한정되지 않고 다음의 청구항들 및 그것들의 동등물들에 따라서만 정해질 수 있다.

Claims (51)

  1. 하우징;
    하우징 내에 수용된 회로기판으로서, 회로기판을 관통하게 만들어지며 회로기판의 상부면에서부터 회로기판의 하부면에 이르기까지의 통로를 형성하는 구멍을 가지는, 회로기판;
    회로기판의 하부면에 탑재되어 있으며 감광면을 가지는 적어도 하나의 광검출기로서, 상기 감광면은 상기 통로를 통과하는 광이 상기 감광면을 타격하도록 위치된, 적어도 하나의 광검출기;를 포함하는, 센서로서,
    상기 회로 기판은 미광(stray light)을 전파하지 않는 재료로 구성된, 센서.
  2. 제1항에 있어서, 회로기판은 페라이트(ferrite)를 포함하는, 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    광필터;를 더 포함하며, 상기 광필터의 적어도 일부는 상기 통로 내에 위치된, 센서.
  4. 제3항에 있어서, 광필터는 고역통과필터인, 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광필터를 제1광필터라 할 때 제1광필터와 직렬로 배치된 제2광필터;를 더 포함하는, 센서.
  6. 제5항에 있어서, 제2광필터는 NIR필터인, 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    회로기판의 상부면에 탑재된 광원;을 더 포함하는, 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광검출기의 하나 이상의 측면을 광이 타격하는 것을 방지하도록 배치된 차광재료;를 더 포함하는, 센서.
  9. 제8항에 있어서, 차광재료는 검은색 에폭시(black epoxy)를 포함하는, 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    하우징의 외부표면에 탑재된 복수 개의 지시분자들;을 더 포함하는, 센서.
  11. 제10항에 있어서, 지시분자들은 하우징의 외부표면에 배치된 폴리머 매트릭스층 내에 들어 있는, 센서.
  12. 제11항에 있어서, 폴리머 매트릭스층은 고도의 다공성인, 센서.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하우징 내에 수용되는, 지시분자들을 조명하기 위한 광원;을 더 포함하는, 센서.
  14. 제13항에 있어서, 광원은 회로기판의 상부면에 탑재되는, 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    지시분자들이 형광상태에 있는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제1신호를 포획하는 수단으로서, 상기 제1신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단; 및
    지시분자들이 조명되지 않는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제2신호를 포획하는 수단으로서, 상기 제2신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단;을 더 포함하는, 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    제3신호를 발생시키기 위한 수단;을 더 포함하며, 제3신호는 제1 및 제2 신호들의 함수인, 센서.
  17. 제16항에 있어서, 제3신호를 발생시키기 위한 수단에는 제1신호로부터 제2신호를 감산하기 위한 수단이 포함되는, 센서.
  18. 제15항에 있어서,
    제1 및 제2 신호들을 센서 판독기에 전송하기 위한 송신기;를 더 포함하는, 센서.
  19. 제15항에 있어서,
    광원을 약 2밀리암페어의 전류로 구동하게 함으로써 광원을 동작하게 하는 수단;을 더 포함하는, 센서.
  20. 하우징;
    하우징 내에 수용된 페라이트 회로기판;
    회로기판상에 탑재된 적어도 하나의 광검출기;
    하우징 내에 수용된 광원;
    하우징 내에 수용된 송신기; 및
    하우징의 외부표면에 배치된 복수 개의 지시분자들;을 포함하는, 센서.
  21. 제20항에 있어서, 회로기판은 회로기판의 상부면에서부터 회로기판의 하부면에 이르기까지의 통로를 형성하는 구멍을 가지는, 센서.
  22. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 광검출기는 회로기판의 하부면에 탑재되며, 적어도 하나의 광검출기는 감광면을 가지고, 상기 감광면은 상기 통로를 통과하는 광이 상기 감광면을 타격할 수 있도록 위치된, 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    광필터;를 더 포함하며, 상기 광필터의 적어도 일부는 상기 통로 내에 위치된, 센서.
  24. 제23항에 있어서, 광필터는 고역통과필터인, 센서.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 광필터를 제1광필터라 하면, 제1광필터와 직렬로 배치된 제2광필터;를 더 포함하는, 센서.
  26. 제25항에 있어서, 제2광필터는 NIR필터인, 센서.
  27. 제22항에 있어서, 광원은 회로기판의 상부면에 탑재된, 센서.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광검출기의 하나 이상의 측면을 광이 타격하는 것을 방지하도록 배치된 차광재료;를 더 포함하는, 센서.
  29. 제28항에 있어서, 차광재료는 검은색 에폭시(black epoxy)를 포함하는, 센서.
  30. 제20항에 있어서, 지시분자들은 하우징의 외부표면에 배치된 폴리머 매트릭스층 내에 들어 있는, 센서.
  31. 제30항에 있어서, 폴리머 매트릭스층은 고도의 다공성인, 센서.
  32. 제20항에 있어서,
    지시분자들이 형광상태에 있는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제1신호를 포획하는 수단으로서, 상기 제1신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단; 및
    지시분자들이 조명되지 않는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제2신호를 포획하는 수단으로서, 상기 제2신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단;을 더 포함하는, 센서.
  33. 제32항에 있어서,
    제3신호를 발생시키기 위한 수단;을 더 포함하며, 제3신호는 제1 및 제2 신호들의 함수인, 센서.
  34. 제33항에 있어서, 제3신호를 발생시키기 위한 수단에는 제1신호로부터 제2신호를 감산하기 위한 수단이 포함되는, 센서.
  35. 제32항에 있어서,
    제1 및 제2 신호들을 센서 판독기에 전송하기 위한 송신기;를 더 포함하는, 센서.
  36. 제32항에 있어서,
    광원을 약 2밀리암페어의 전류로 구동하게 함으로써 광원을 동작하게 하는 수단;을 더 포함하는, 센서.
  37. 하우징;
    하우징 내에 수용된 회로기판;
    하우징 내에 수용되고 회로기판에 탑재된 적어도 하나의 광검출기;
    하우징 내에 수용된 광원;
    하우징 내에 수용된 송신기; 및
    하우징의 외부표면에 배치된 고도의 다공성인 폴리머 매트릭스층 내에 들어 있는 복수 개의 지시분자들;을 포함하는, 센서로서,
    상기 회로 기판은 미광(stray light)을 전파하지 않는 재료로 구성된, 센서.
  38. 제37항에 있어서, 회로기판은 페라이트 회로기판인, 센서.
  39. 제37항에 있어서, 회로기판은 회로기판의 상부면에서부터 회로기판의 하부면에 이르기까지의 통로를 형성하는 구멍을 가지고, 광검출기는 상기 통로를 통과하는 광이 감광면을 타격할 수 있도록 위치된 적어도 하나의 감광면을 가지는, 센서.
  40. 제39항에 있어서,
    광필터;를 더 포함하며, 상기 광필터의 적어도 일부는 상기 통로 내에 위치된, 센서.
  41. 제40항에 있어서, 광필터는 고역통과필터인, 센서.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 광필터를 제1광필터라 하면, 제1광필터와 직렬로 배치된 제2광필터;를 더 포함하는, 센서.
  43. 제42항에 있어서, 제2광필터는 NIR필터인, 센서.
  44. 제39항에 있어서, 광원은 회로기판의 상부면에 탑재되며 적어도 하나의 광검출기는 회로기판의 하부면에 탑재된, 센서.
  45. 제37항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광검출기의 하나 이상의 측면을 광이 타격하는 것을 방지하도록 배치된 차광재료;를 더 포함하는, 센서.
  46. 제45항에 있어서, 차광재료는 검은색 에폭시(black epoxy)인, 센서.
  47. 제37항에 있어서,
    지시분자들이 형광상태에 있는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제1신호를 포획하기 위한 수단으로서, 상기 제1신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단; 및
    지시분자들이 조명되지 않는 동안 적어도 하나의 광검출기로부터 출력된 제2신호를 포획하기 위한 수단으로서, 상기 제2신호는 적어도 하나의 광검출기의 감광면 또는 감광면들을 타격하는 광의 세기의 함수인, 수단;을 더 포함하는, 센서.
  48. 제47항에 있어서,
    제3신호를 발생시키기 위한 수단;을 더 포함하며, 제3신호는 제1 및 제2 신호들의 함수인, 센서.
  49. 제47항에 있어서, 제3신호를 발생시키기 위한 수단에는 제1신호로부터 제2신호를 감산하기 위한 수단이 포함되는, 센서.
  50. 제47항에 있어서,
    제1 및 제2 신호들을 센서 판독기에 전송하기 위한 송신기;를 더 포함하는, 센서.
  51. 제47항에 있어서,
    광원을 약 2밀리암페어의 전류로 구동하게 함으로써 광원을 동작하게 하는 수단;을 더 포함하는, 센서.
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