KR20230021004A

KR20230021004A - 분석물을 포함하는 재료 내로의 여기 복사의 결합이 개선된 분석물 측정을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230021004A
Application number: KR1020227044424A
Authority: KR
Inventors: 베르너 멘텔레; 토르스텐 루빈스키; 세르지오 자닉; 마이클 칼루자
Original assignee: 디아몬테크 아게
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2023-02-13
Also published as: WO2021239828A1; JP2023526846A; US20230190146A1; EP4158312A1; CA3183896A1; CN116157668A

Abstract

적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하기 위한 장치(10)로서, 상기 장치는 상기 재료(12)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16), 여기 복사(18)를 재료 내에 흡수되게끔 상기 재료(12) 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스(26), 및 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파에 대한 측정 본체의 물리적 응답을 검출하고 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스를 포함하고, 돌출부(80)가 제공되고, 상기 돌출부는 상기 재료(12)를 향하고 재료가 접촉 표면과 접촉하게 될 때 재료와 접촉하는 전방 표면(82)을 가지며, 상기 여기 복사(18)는 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)을 통해 상기 재료(12) 내로 조사되고, 상기 돌출부(80)는 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14) 상에 형성되거나, 상기 측정 본체(16)는 상기 돌출부 또는 상기 돌출부의 일부를 형성하고, 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)은 상기 돌출부의 상기 전방 표면의 적어도 일부를 형성하고 주변 구조물에 대해 상승된다.

Description

분석물을 포함하는 재료 내로의 여기 복사의 결합이 개선된 분석물 측정을 위한 장치 및 방법

본 발명은 일반적으로, 적어도 하나의 분석물을 포함하는, 예를 들어 유체로서의 재료를 분석하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인간 피부, 특히 인간 피부의 간질액 내의 글루코스 농도와 같은 체액 내의 분석물들의 비침습적 측정을 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.

본 발명은 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하는 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 장치는 상기 재료와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면을 갖는 측정 본체를 포함하고, 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사(excitation radiation)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파가 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허용한다.

장치는 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 여기 복사를 조사하도록 구성된 여기 복사 소스, 및 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고, 상기 검출된 물리적 응답 신호에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스를 더 포함한다. 여기서, 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타낸다.

본 발명은 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 임의의 특정한 물리적 응답으로 제한되지 않으며, 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호의 생성을 허용하는 방식으로 이러한 물리적 응답을 검출하는 임의의 특정한 방식으로도 제한되지 않는다. 이러한 유형들의 분석물 측정 절차들에 대해 다양한 물리적 응답들 및 대응하는 검출 방법들이 본 출원인에 의해 이전에 제안되었고, 이하에 간략히 요약되었으며, 이들 각각은 본 발명에서 적용될 수 있다.

예를 들어, 검출 디바이스는 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 광원을 포함할 수 있고, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화일 수 있다. 이 경우, 검출 디바이스는 측정 본체 또는 그에 포함된 컴포넌트의 재료의 상기 굴절률 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 광 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, WO 2015/193310 A1 및 WO 2017/097824 A1로 공개되고 둘 다가 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 본 출원인의 두 개의 선행 출원에 상세히 설명된 다양한 방법들 및 디바이스들에서, 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 검출 광 빔은 상기 재료와 열 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다. 이 경우, 검출 디바이스는 광검출기, 특히 편향 정도, 특히 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 상기 검출 광 빔의 편향 각도를 검출할 수 있는 위치 감지 광검출기를 포함할 수 있다. 따라서, 이 경우, 측정 본체에 의해 수신된 열 또는 압력파들에 대한 물리적 응답은 굴절률의 국소적 변화이며, 응답 신호는 실제로 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 것으로 밝혀진 검출된 편향의 정도이다.

본 출원인에 의해 제안된 대안적 변형들에서, 예를 들어 참조에 의해 본 명세서에 포함된 국제 출원 PCT/EP2019/064356에 개시된 바와 같이, 상기 검출 디바이스는 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체(또는 그 안에 포함된 컴포넌트)의 물리적 응답은 다시 굴절률의 국소적 변화인 반면, 응답 신호는 이 경우에서 굴절률의 국소적 변화로 인한 검출 빔의 위상 변화를 반영하는 간섭계 신호이다.

또 다른 대안적인 실시예들에서, 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트들은 온도의 국소적 변화 또는 이에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 가질 수 있고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 나타내는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다. 다양한 가능한 셋업들이 참조에 의해 본 명세서에 포함된 WO 2019/110597 A2에 개시된다. 예를 들어, 측정 본체는 압전 특성을 갖는 섹션을 포함할 수 있으며, 수용된 열과 연관된 압력 변화는 전극으로 기록될 수 있는 전기 신호로 이어진다. 이 경우, 압력의 변화는 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답과 유사하고, 이는 측정 본체 및 전극의 압전 속성들을 사용하여 검출되며, 이는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내는 앞에서 언급된 응답 신호를 나타내는 전기 신호들로 이어진다. 또 다른 변형들에서, 수신된 열로 인한 온도 변화는 매우 민감한 온도 센서들을 사용하여 직접 측정될 수 있다.

이하의 설명에서는 재료로부터 수신된 열에 대한 측정 본체의 물리적 응답이 상세히 설명된다는 점에 주목해야 한다. 그러나, 본 발명의 방법 및 장치의 다양한 실시예에서, 재료는 측정 본체와 압력 전달 접촉하고, 측정 본체의 물리적 응답은 재료로부터 수신된 압력파들에 대한 응답임을 이해해야 한다. 여기서, "압력 전달 접촉"이라는 표현은 재료로부터 측정 본체로의 압력파들의 전달을 허용하는 모든 관계, 특히 기체, 액체 또는 고체에 의한 결합이 확립될 수 있는 음향 결합된 관계(acoustically coupled relation)를 포함할 것이다. 재료로부터 측정 본체에 의해 수신된 열에 대한 물리적 응답 및 열 접촉과 관련하여 제공된 모든 상세한 설명은 명시적인 언급 없이도, 적용가능한 경우, 압력파들에 대한 물리적 응답 및 압력 전달 접촉을 포함하는 시나리오들과 함께 이해될 것이다.

장치는 분석 단계를 수행하도록 더 구성될 수 있으며, 여기서 상기 분석은 적어도 부분적으로 상기 응답 신호에 기초하여 수행된다. 이러한 목적을 위해, 장치는 분석을 수행하도록 프로그래밍된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 재료 내의 분석물의 농도를 결정하는 데 관심이 있는 경우, 여기 복사는 예를 들어 그 흡수 피크들에 연관된 분석물의 흡수 스펙트럼에 대해 특징적인 파장들을 갖도록 선택될 수 있다. 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타내므로, 이 경우 응답 신호는 재료 내 분석물의 농도에 직접적으로 관련된다. 따라서, 분석 단계는 재료 내 분석물의 농도 측정에 적어도 부분적으로 기초할 수 있으며, 일부 비제한적 응용들에서는 실제로 이 농도를 결정하는 것과 마찬가지일 수 있다.

예를 들어, 위에서 요약된 유형의 장치는 사용자의 글루코스 수준을 비침습적으로 측정하기 위해 출원인에 의해 사용되었다. 이러한 특정 응용에서 "분석물"은 글루코스에 의해 형성되며, "재료"는 사용자의 피부이다. 이러한 접근법은 환자 혈액의 글루코스 함량과 직접적으로 관련되어 이를 나타내는 것으로 밝혀진, 사람의 피부 내 간질액의 글루코스 농도를 매우 정밀하게 측정하는 것을 허용한다는 것이 이전에 입증되었다. 본 출원의 도 4에는 WO 2017/097824 A1으로부터 가져온 Clark의 오차 그리드 분석의 결과가 도시되어 있고, 이는 상기 장치 및 분석 방법이 사람의 실제 글루코스 농도를 매우 정밀하게 예측하는 것을 허용함을 입증한다.

그럼에도 불구하고, 분석 결과들의 정확도 및 신뢰도를 훨씬 더 개선시키는 것이 바람직할 것이다.

본 발명 기저의 목적은 분석 결과들의 정확도 또는 신뢰도를 개선시키는 것을 허용하는, 위에서 제시된 바와 같은 재료 분석을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 이 문제는 돌출부가 제공된다는 점에서 해결되며, 상기 돌출부는 상기 재료를 향하고 재료가 접촉 표면과 접촉하게 될 때 재료와 접촉하는 전방 표면을 가지며, 상기 여기 복사는 상기 돌출부의 상기 전방 표면을 통해 재료 내로 조사된다.

여기서, 돌출부는 측정 본체의 접촉 표면 상에 형성될 수 있다.

대안적인 실시예들에서, 측정 본체 자체는 돌출부를 형성할 수 있거나, 상기 돌출부의 일부를 형성할 수 있다. 이러한 경우에서, 측정 본체의 접촉 표면은 동시에 상기 돌출부의 상기 전방 표면, 또는 상기 돌출부의 상기 전방 표면의 적어도 일부를 형성하고, 주변 구조물에 대해 상승된다. 주변 구조물은 예를 들어 장치의 하우징의 벽 부분들 또는 그와 유사한 것일 수 있다.

본 발명자들은 장치에 의해 수행되는 측정 절차의 중요한 양태 중 하나가 여기 복사를 재료 내로 신뢰가능하고 일관되게 전달하는 것임에 주목했다. 위에서 인용된 선행 출원들에서 본 출원인에 의해 설명된 장치의 일부에서, 여기 복사는 예컨대 측정 본체의 접촉 표면과 재료 사이의 계면에서 재료에 들어가도록 측정 본체를 통해 안내되었고, 이 계면에서 실제로 여기 복사는 일반적으로 재료에 매우 잘 결합될 수 있음을 알 수 있었다. 이것은 재료가 사용자의 손가락 끝에 의해 형성되고 장치가 피부 내의 글루코스 함량을 측정하는 데 사용되는 응용들에서 특히 사실인 것으로 밝혀졌다. 이 경우, 손가락 끝은 측정 본체의 접촉 표면에 견고하게 배치되었고, 그에 의해 여기 복사가 측정 본체의 접촉 표면을 통해 재료에 들어가는 것을 허용하도록 충분한 광학 결합을 확립했다.

그러나, 광범위한 연구는, 불완전하고 특히 불안정한 광학 결합이 측정 부정확성의 원인일 수 있음을 보여주었다. 특히, 본 발명자들은 단일 측정의 과정 동안, 즉 손가락 끝을 의도적으로 접촉 표면 상에서 이동시키거나 접촉 표면 밖으로 이동시키지 않고도 광학 결합이 변할 수 있음에 주목했다. 측정 과정 동안 광학 결합이 변하는 경우, 이는 분석물에 의해 실제로 흡수된 여기 복사의 강도의 변동으로 이어지고, 따라서 응답 신호의 변화로 이어지며, 이 변화는 여기 복사 파장에서의 분석물의 흡수율 또는 분석물 농도에 관련이 없다. 즉, 측정의 일부 동안의 광학 결합의 손실은 주어진 여기 파장에서 감소된 흡수율로 잘못 해석될 수 있다. 분석물 스펙트럼을 평가하는 것은 전형적으로 복수의 특성 파장, 예를 들어 분석물 흡수 스펙트럼의 피크들 또는 국소적 흡수 최소들에 대응하는 파장들에서 흡수를 측정하는 것을 수반하고, 상이한 파장들에 연관된 응답 신호들의 수학적 결합들, 예를 들어 흡수 스펙트럼의 국소적 최소에서 획득된 응답 신호를 흡수 피크의 것으로부터 감산하는 것을 더 수반한다. 따라서, 광학 결합, 및 재료 내의 여기 복사의 유효 강도가 상이한 파장들에서의 측정들 사이에서 또는 심지어는 특정 파장에서의 측정 동안 변하는 경우, 측정 결과들 내의 아티팩트들 및 부정확성들이 발생할 수 있음을 이해할 수 있다.

불안정한 광학 결합이 오류의 중요한 원인이 될 것이라는 점은 본 발명자들에게 분명하지 않았으며, 손가락 끝이 측정의 지속기간 동안 의도적으로 이동되지는 않으므로, 정확하게 접촉 표면과 재료 사이의 광학 결합이 측정 동안 왜 크게 변해야 하는지는 훨씬 덜 명확하다. 한 가지 가능한 원인은 사용자가 실수로 손가락과 접촉 표면 사이의 접촉 압력을 일정하게 유지하지 못하는 것일 수 있다. 또 다른 가능한 원인은 사용자가 실수로 접촉 표면에서 손가락 끝을 약간 이동시키고 매우 작은 이동이 예기치 않게 큰 효과들을 가질 수 있다는 것이다는 것일 수 있다. 이것은 예를 들어 여기 복사가 손가락 끝의 표피 릿지(ridge)에서 피부에 들어가는 위치와, 여기 복사가 광학 결합이 감소될 수 있는 두 개의 표피 릿지 사이의 위치에서 피부에 들어가는 위치 사이에서 손가락 끝이 움직이는 경우일 수 있다.

정확한 근본적인 이유와 상관없이, 본 발명자들은 돌출부가 접촉 표면 상에 형성되고, 상기 돌출부가, 재료를 향하고 재료가 접촉 표면과 접촉하게 될 때 재료와 접촉하는 전방 표면을 가지며, 여기 복사는 상기 돌출부의 상기 전방 표면을 통해 재료 내로 조사된다면, 광학적 접촉 및 그 일관성이 개선될 수 있음을 알아차렸다. 즉, 접촉 표면에 대해 손가락에 의해 동일한 총 힘이 가해지는 경우, 돌출부의 전방 표면에서, 국소적 접촉 압력이 평평한 접촉 표면에서보다 상당히 더 높은 것으로 밝혀졌다. 이러한 접촉 압력의 국소적 증가는 더 나은 광학 결합, 특히 측정 과정 동안의 더 일관된 광학 결합을 허용한다.

돌출부가 개선된 광학 결합을 허용할 뿐만 아니라, 개선된 열 또는 압력 전달 결합도 허용한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 돌출부는 또한 많은 경우들에서 측정 본체에 전달될 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들의 개선된 전달을 촉진할 것이다. 현재 청구된 발명의 실시예는 아니지만, 여기서는 여기 복사가 그 전방 표면을 통해 재료 내로 조사되지 않더라도 그러한 돌출부를 사용하는 것으로 고려된다.

바람직한 실시예에서, 전방 표면은 평평하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 특히 아래에 설명되는 바와 같이, 검출이 반사된 검출 빔에 의존하는 경우들에서, 만곡된 전방 표면이 또한 유리할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 0.3㎝² 미만, 바람직하게는 0.2㎝² 미만, 더 바람직하게는 0.1㎝² 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.05㎝² 미만, 가장 바람직하게는 0.02㎝² 미만의 풋프린트 영역을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 하나 이상의 측벽이 상기 전방 표면을 향해 점점 가늘어지는 테이퍼링 형상을 갖는다. 이러한 테이퍼링 형상은 전방 표면이 풋프린트 영역보다 작을 수 있음을 암시하며, 따라서 훨씬 더 높은 국소적 접촉 압력으로 이어진다. 테이퍼링 측벽들은 또한 돌출부의 안정성을 추가한다. 더욱이, 검출이 반사된 검출 빔에 의존하는 일부 실시예들에서, 테이퍼링 측벽들은 아래의 상세한 실시예들의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 접촉 표면을 작게 유지하면서 검출 광 빔이 돌출부에 들어가는 것을 더 쉽게 한다.

일부 실시예들에서, 상기 돌출부는 원형, 타원형 또는 정사각형 형상인 풋프린트를 갖는다.

특히 바람직한 실시예에서, 돌출부는 제1 방향의 더 긴 연장부, 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 더 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상이고, 더 긴 연장부는 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 더 바람직하게는 적어도 2.5배, 가장 바람직하게는 적어도 3.0배만큼 초과한다. 여기서, "더 긴 연장부는 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배만큼 초과한다"는 표현은, 더 짧은 연장부가 2mm인 경우 더 긴 연장부가 적어도 3mm일 것임을 의미한다.

바람직한 실시예에서, 상기 돌출부 또는 상기 돌출부의 상기 일부를 형성하는 상기 측정 본체는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용되고, 상기 측정 본체의 상기 접촉 표면은 상기 프레임 또는 리셉터클로부터 돌출하거나, 상기 프레임 또는 리셉터클은 주변 구조물로부터 돌출된다.

바람직한 실시예에서, 재료와 측정 본체 사이의 접촉 압력을 측정하기 위해 압력 센서가 제공된다. 여기서, 장치는 바람직하게는 재료와 측정 본체 사이의 접촉 압력을 나타내는 신호들을 상기 압력 센서로부터 수신하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하도록 구성된다. 접촉 압력이 상기 임계값 미만인 것으로 발견된 경우, 제어 시스템은:

사용자에게 접촉 압력의 부족을 표시하는 것,

분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하는 것, 및

현재 분석물 측정 프로세스를 중단하는 것

중 하나 이상을 하도록 구성된다.

즉, 돌출부는 높은 접촉 압력이 필요한 곳, 즉 여기 복사가 재료 내로 결합되는 전방 표면에서 높은 접촉 압력을 정확하게 확립하는 데 도움이 되긴 하지만, 접촉 압력이 모니터링되고, 불충분한 접촉 압력이 사용자에게 표시되어 정정될 수 있다면, 신뢰성이 훨씬 더 개선될 수 있다. 또한, 분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하거나 이미 진행 중인 분석물 측정 프로세스를 중단함으로써, 불충분한 접촉 압력의 경우에 잘못된 측정 결과들이 획득되는 것이 방지될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 장치는 클램핑 디바이스를 더 포함하고, 상기 클램핑 디바이스는 클램핑 부재를 포함하고, 클램핑 부재는 클램핑 부재가 측정 본체의 접촉 표면으로부터 멀리 이동되는 개방 위치와 클램핑 부재가 상기 접촉 표면에 근접하게 되는 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 클램핑 부재는 폐쇄 위치를 향하여 바이어스된다. 재료는 클램핑 부재가 개방 위치에 있을 때 접촉 표면 상에 배치될 수 있고, 상기 클램핑 부재는 폐쇄 위치를 향한 바이어스 힘들로 인해 상기 재료를 접촉 표면에 대해 가압하기에 적합하다. 이러한 방식으로, 미리 정의된 접촉 압력이 보장될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 위에서 언급된 압력 센서는 상기 클램핑 디바이스 상에 배열된다. 바람직한 실시예에서, 클램핑 디바이스는 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성된 돌출부와 결합되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

추가 실시예에서, 장치는 측정 본체의 접촉 표면에 대해 재료를 고정하기 위한 스트랩을 더 포함한다.

바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 여기 복사에 대하여 투명하고, 상기 여기 복사 소스는 여기 빔으로서 상기 여기 복사를 제공하도록 구성된다. 또한, 여기 복사 소스는 상기 여기 빔이 상기 측정 본체의 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 상기 접촉 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열된다. 이전 장치에서, 본 출원인은 예컨대 입사 표면에서의 여기 복사 빔의 굴절 및 과도한 반사를 피하기 위해, 여기 복사 빔이 90°의 각도로 입사 표면에 충돌할 것을 보장했다. 그러나, 광범위한 연구는, 실제로 재료에 도달하는 여기 복사의 의도치 않은 변동의 또 다른 원인은 여기 복사 소스로부터 방출된 여기 복사와 측정 본체의 입사 표면으로부터 다시 반사되는 여기 복사의 가능한 간섭임을 드러냈다. 이러한 간섭은 실제로 재료 내의 여기 복사 강도의 요동들을 초래하고, 따라서 분석물 농도에 관련 없는 응답 신호들의 변동들을 즉시 초래하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명자들은 여기 빔의 입사각을 약간 기울임으로써 이 효과가 억제될 수 있고, 측정의 정확도 및 신뢰성이 개선될 수 있음을 발견했다. 따라서, 이 실시예에서, 여기 빔은 89.0° 이하, 바람직하게는 88.0° 이하, 가장 바람직하게는 87.5° 이하의 각도로 입사 표면에 충돌하도록 지향된다. 이러한 방식으로, 의도치 않은 간섭이 신뢰가능하게 방지될 수 있다. 이것의 또 다른 유리한 효과는 여기 복사가 가능하게는 그에 의해 손상될 수 있는 여기 복사 소스로 다시 반사되는 것을 방지할 수 있다는 것이다. 한편, 예컨대 과도한 반사로 인한 손실들을 피하기 위해, 입사각은 90°로부터 지나치게 많이 벗어나지 않아야 한다. 따라서, 본 실시예에서 입사각은 82.0° 이상, 바람직하게는 84.0° 이상, 가장 바람직하게는 85.0° 이상이어야 한다. 이 실시예는 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 돌출부와 함께 유리하게 사용되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 상기 여기 빔은 90°±1.5°의 각도로 측정 본체의 접촉 표면에 충돌하여 접촉 표면에서의 반사로 인한 손실들을 최소로 유지한다.

바람직한 실시예에서, 각각 여기 빔이 측정 본체에 진입하고 그로부터 나오는 각각의 부분들에서의 입사 표면 및 접촉 표면은 서로에 대해 1.0° 이상, 바람직하게는 2.0° 이상, 가장 바람직하게는 2.5° 이상, 및 8.0° 이하, 바람직하게는 6.0° 이하, 가장 바람직하게는 5.0° 이하의 각도로 경사진다. 도식적으로 말하자면, 이 실시예에 따른 측정 본체는 약간 "쐐기형" 형상을 가질 수 있으며, 이는 입사 표면에서의 여기 빔의 약간의 경사와 접촉 표면에서의 그것의 직교 배향 둘 다를 확립하는 것을 허용한다.

바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 광원을 포함한다. 여기서, 상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고, 상기 검출 디바이스는 상기 굴절률의 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성된다.

바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 측정 본체 내로 조사되도록 구성되고, 상기 검출 광 빔은 89° 이하, 바람직하게는 88° 이하, 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 80° 이상, 바람직하게는 82° 이상, 더 바람직하게는 84° 이상, 가장 바람직하게는 85° 이상의 상기 입사 표면에 대한 입사각으로 입사 표면에 충돌한다. 이러한 방식으로, 검출 광 빔이 그 자체에 다시 반사되어, 간섭 및 바람직하지 않은 간섭 현상을 야기하는 것이 방지될 수 있다. 이것의 또 다른 유리한 효과는 검출 광 빔이 검출 광원으로 다시 반사되어, 검출 광원이 가능하게는 그에 의해 손상될 수 있는 것이 방지될 수 있다는 것이다.

바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 측정 본체의 상기 입사 표면에 충돌할 때의 상기 검출 광 빔의 상기 입사각을 조절하기 위한 것과 같이 상기 측정 본체를 회전시키는 것을 허용하는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 검출 광원, 또는 검출 광 빔의 광 경로 내의 거울들과 같은 임의의 광학 요소들을 조절하는 것과 비교할 때, 측정 본체에 대한 검출 광 빔의 적절한 입사각을 조절하는 것이 매우 용이해진다. 바람직하게는, 상기 프레임 또는 리셉터클은 상기 측정 본체를 여기 광 빔과 평행하거나 평행으로부터 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 벗어나는 축 주위로 회전시키는 것을 허용한다. 가장 바람직한 실시예들에서, 상기 측정 본체의 상기 회전축은 상기 여기 광 빔과 일치한다.

관련된 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되며, 상기 검출 디바이스는 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한, 상기 검출 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 검출 광 빔의 편향의 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 검출기를 포함한다. 여기서, 상기 검출 디바이스는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기를 포함한다.

이 실시예에서, 상기 검출 광 빔은 바람직하게는 상기 재료와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 돌출부의 상기 전방 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다. 즉, 이 실시예에서, 검출 광 빔은 여기 복사가 측정 본체를 빠져나가 재료로 들어가는 동일한 표면에서 반사된다. 이는 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들로 인한 비교적 큰 국소적인 굴절률 변화가 예상될 수 있는 영역에서 검출 광 빔이 반사됨을 암시하며, 결국에는 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 검출 광 빔의 편향이 비교적 클 것으로 예상됨을 암시한다.

검출 광 빔이 "편향"된다는 개념은 각도의 전체 변화 또는 검출기에서의 충돌 위치의 변화, 또는 즉, 검출 광 빔의 검출된 위치가 재료에 의한 여기 및 흡수가 없을 때의 그 위치와 어떻게 다른지에 관한 것이라는 점에 주목해야 한다. 따라서, 이러한 "편향"은 굴절률의 국소적 변화가 광 경로를 따라 검출 광 빔에 미치는 누적 효과이다. 더 면밀한 검사를 통해, 많은 경우들에서, 굴절률의 국소적 변화로 인한 광 빔의 편향의 일부는, 검출 광 빔이 재료와 열 또는 압력 전달 접촉하는 측정 본체의 표면 -이 경우에서는 돌출부의 전방 표면에 의해 형성됨- 에서 반사되기 전에 발생한다는 것이 드러났다. 따라서, 굴절률의 국소적 변화는 전형적으로 정확하게 검출 광 빔이 반사될 표면 상의 위치의 시프트로 또한 이어진다.

이러한 이해를 고려하여, 바람직한 실시예에서, 돌출부의 전방 표면은 적어도 하나의 주요 방향으로 만곡된다. 이러한 만곡은 검출 광 빔이 반사되는 상기 위치의 변화가 또한 입사각의 변화를 수반하고, 따라서 반사각의 대응하는 변화를 또한 초래한다는 것을 암시한다. 따라서, 만곡된 반사 표면을 사용하면, 검출 디바이스에 의해 평가되는 전체 편향, 예컨대 위치 감지 검출기로 검출되는 위치 시프트가 증가될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 주요 방향에서의 상기 만곡은 5 내지 30mm, 바람직하게는 10 내지 20mm 범위의 곡률 반경에 대응한다.

바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 주요 방향의 상기 만곡은 오목 또는 볼록 중 하나이다.

바람직한 실시예에서, 상기 전방 표면에서의 반사 이전 및 이후의 검출 광 빔은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 적어도 하나의 주요 방향은 상기 검출 광 평면 내에 있거나 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성한다. 이러한 방식으로, 편향에 대한 만곡의 지배적인 효과가 검출 광 평면에 있을 것이 보장된다.

검출 광 빔이 돌출부의 전방 표면에서 반사되어야 하는 경우들에서, 돌출부의 기하구조는 일반적으로 접촉 표면에 대한 검출 광 빔의 가능한 경사 각도들을 제한한다는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 돌출부가 높이 h, 및 반경이 r인 원형 풋프린트를 갖는 경우, 접촉 표면에 대한 검출 광 빔의 경사 각도 α는 예컨대 돌출부에 "맞추기" 위해 tan(α)>h/r 조건을 따라야 한다. 다른 관점에서 볼 때, 돌출부의 원하는 높이 h 및 원하는 각도 α가 주어지면, 반경 r의 하한, 또는 즉 풋프린트 크기의 하한을 대면해야 한다. 위에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 테이퍼링 측벽을 사용함으로써, 돌출부의 전방 표면의 크기는 풋프린트의 크기보다 감소될 수 있고, 그에 의해 더 큰 풋프린트 영역들에 대해서도 더 작은 전방 표면들, 따라서 더 높은 접촉 압력을 허용한다.

돌출부는 제1 방향의 더 긴 연장부, 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 더 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상이고, 더 긴 연장부는 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 더 바람직하게는 적어도 2.5배, 가장 바람직하게는 적어도 3.0배만큼 초과하며, 상기 제1 방향은 상기 검출 광 평면과 평행하거나 상기 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성하는 바람직한 실시예에서 추가의 개선이 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 검출 광 평면은 릿지 형상 돌출부의 길이 방향에 적어도 대략적으로 대응하는데, 이는 돌출부의 주어진 높이에서, 돌출부의 전방 표면 상으로의 검출 광 빔의 경사 각도가 더 작을 수 있음을 의미한다. 동시에, 검출 광 평면의 이러한 배향으로, 릿지 형상 돌출부의 제2 방향의 짧은 연장부는 일반적으로 경사 각도에 독립적이고, 따라서 비교적 작게 선택될 수 있고, 그에 의해 전방 표면의 크기를 감소시키며, 전방 표면에서 더 높은 접촉 압력을 허용한다.

바람직한 실시예에서, 검출 광원은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 상기 측정 본체로부터 나오도록 배열되고, 검출 빔이 측정 본체의 출사 표면으로부터 나올 때 굴절되도록, 검출 빔은 - 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 임의의 편향의 부재 시에 - 출사 표면에 대한 법선에 대해 5° 이상, 바람직하게는 10° 이상, 가장 바람직하게는 15°이상의 각도로 출사 표면에 충돌하고, 검출 광 빔에 대한 출사 표면의 배향은 상기 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것에 응답한 검출 광 빔의 상기 편향이 출사 표면에의 법선에 대한 상기 검출 광 빔의 상기 각도를 증가시키게 하는 것이다.

출원인의 이전 설계들에서, 반사로 인한 손실들을 방지하고 굴절을 방지하기 위해, 측정 본체의 형상은 일반적으로 검출 빔이 입사 표면과 출사 표면에 수직이 되도록 선택되었고, 이는 일견 광학적 셋업을 더 복잡하게 할 뿐이다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 검출 광원은 검출 광 빔이 위에서 정의된 방식으로 적어도 출사 표면에서 의도적으로 굴절되도록 배열된다. 통상적으로, 측정 본체의 굴절률은 주변의 굴절률보다 높을 것이기 때문에, 출사 표면에의 법선에 대한 검출 광 빔의 각도 증가는 굴절된 광 빔의 각도의 훨씬 더 큰 증가로 이어질 것이고, 그에 의해 검출 디바이스에서 검출되는 광 빔의 편향이 더 증가됨으로써 더 큰 응답 신호를 초래한다. 이러한 방식으로, 신호 대 잡음비가 증가될 수 있다. 그 효과는 일반적으로 검출 빔의 입사각이 출사 표면에의 법선으로부터 더 많이 벗어날수록 더 커질 것이다. 그러나, 전반사의 "임계" 각도에 도달하는 것은 물론 회피되어야 한다. 또한, 이러한 임계 각도에 가까운 각도들에 대해, 상기 출사 표면에서 반사된 검출 광 빔의 광의 비율이 증가할 것이고, 그에 따라 실제로 광검출기와 같은 검출 디바이스에 도달하는 굴절된 검출 광 빔의 강도를 감쇠시킬 것이다. 따라서, 입사각에 대한 최선의 선택은 더 큰 굴절 정도와 굴절된 검출 광 빔의 충분한 강도 사이의 절충안일 수 있다. 어쨌든, 축 표면에의 법선으로부터의 입사각의 편차는 적어도 5°이어야 하며, 바람직하게는 적어도 10°, 가장 바람직하게는 적어도 15° 이다. 이 실시예는 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 돌출부와 함께 유리하게 사용되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 검출 광원은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열되고, 상기 측정 본체에 진입하는 상기 검출 광 빔을 적어도 하나의 차원으로 포커싱하기 위해 포커싱 렌즈가 입사 표면에 부착되거나 입사 표면과 일체로 형성되고/거나, 상기 검출 광 빔을 적어도 하나의 차원으로 시준하기 위해 시준 렌즈가 출사 표면에 부착되거나 출사 표면과 일체로 형성된다.

본 발명자들은 측정 본체에 형성된 열 렌즈와 상호작용할 영역이기도 한 접촉 표면 상에서 반사될 때 검출 광 빔이 포커싱된다면 측정 품질이 개선된다는 것에 주목했다. 명확한 특성 편향을 위해, 이 영역에서의 검출 빔의 직경이 비교적 작은 경우 유리하며, 이는 상기 포커싱 렌즈로 달성될 수 있다. 즉, 포커싱 렌즈의 목적은 반드시 검출 광 빔을 소정의 초점에 진정으로 포커싱하는 것이 아니라, 적어도 그것이 열 렌즈와 상호작용하는 영역에서 검출 광빔의 직경을 감소시키는 것이다. 그러나, 이러한 포커싱은 검출 광 빔이 검출 디바이스를 향해 가는 도중에 확산된다는 것을 암시한다. 이는 위치 감지 검출기와 같은 검출 디바이스가 검출 빔의 출사 표면에 직접 인접하거나 적어도 가깝게 배열되는 경우에는 일반적으로 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 발명자들은 출사 표면과 검출기 사이의 거리가 증가되면, 이는 예를 들어 검출 광 빔이 위치 감지 검출기에 충돌하는 위치의 더 큰 시프트에 의해 나타나는 더 큰 편향 정도로 이어질 것이기 때문에, 측정의 신호 대 잡음비가 더 증가될 수 있음을 발견했다. 여기서, "더 큰 편향 정도"는 "편향 정도"의 가능한 의미 중 하나인 더 큰 편향 각도에 관련되는 것이 아니라, 검출 디바이스에 의해 검출되는 편향의 더 큰 효과에 관련된다는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 측정 본체의 접촉 표면에서의 반사와 검출 디바이스에서의 검출 사이의 거리는 적어도 4㎝일 수 있고, 일부 실시예들에서는 심지어 9㎝ 이상일 수 있으며, 그에 따라 검출 디바이스에 의해 검출되는 편향에 일종의 레버리지를 도입한다. 그러나, 검출 디바이스가 출사 표면으로부터 상당한 거리에 위치될 때, 검출 광 빔이 측정 본체를 빠져나간 후에 시준된다면, 검출 빔의 직경을 일정하게 유지하는 것이 유리하다. 그럼에도 불구하고, 포커싱과 시준이 차원들 둘 다에서 수행되는 것이 항상 필요한 것은 아니며, 많은 실제 응용들에서는 아래에서 설명되는 바와 같이 방향들 중 하나에서의 특정 확산이 바람직할 수도 있다는 점이 강조된다. 따라서, 포커싱 렌즈 및/또는 다른 시준 렌즈는 적어도 하나의 차원에서만 유효해야 한다. 실제로, 바람직한 실시예들에서, 상기 포커싱 렌즈 및 상기 시준 렌즈 중 적어도 하나는 각각 검출 광 빔을 적어도 지배적으로 하나의 차원에서 포커싱하고 시준하는 실린더 렌즈이다.

또한, 포커싱 렌즈 및/또는 시준 렌즈를 측정 본체에 부착하거나, 훨씬 더 바람직하게는 포커싱 렌즈 및/또는 시준 렌즈를 측정 본체와 일체로 형성함으로써, 장치의 조립 동안에, 또는 심지어는 장치의 사용 동안에도 이러한 렌즈들의 별도의 조절이 필요하지 않다. 이 실시예는 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성된 돌출부와 함께 유리하게 사용되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 상기 검출기는 상기 검출 광 빔이 충돌하는 위치 감지 검출기를 포함하고, 상기 위치 감지 검출기는 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트들을 검출하는 데에 민감하다. 또한, 상기 위치 감지 검출기는 상기 검출 광 빔의 상기 편향이 상기 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트를 유도하도록 배열된다. 마지막으로, 상기 감지 방향에서 상기 위치 감지 검출기에 충돌하는 검출 광 빔의 직경이 상기 감지 방향에 직교하는 방향에서의 검출 광 빔의 직경의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배 크도록, 검출 광 빔의 프로파일을 성형하기 위해 검출 광 빔의 광 경로 내에 실린더 렌즈가 제공된다. 본 발명자들은 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트들을 검출하는 데에 민감한 위치 감지 검출기를 사용할 때, 빔 프로파일이 위치 감지 검출기 상에 형성되는 광 스폿이 위에서 정의된 방식으로 감지 방향으로 연장되도록 하는 것인 경우, 신호 대 잡음비, 및 일부 실시예들에서는 센서 출력의 선형성이 증가될 수 있음에 주목했다. 이것은 각각의 단부들에서 전류 차이들을 측정하는 위치 감지 검출기들에 대해 특히 그렇다. 본 발명의 이러한 양태에 따른 광 스폿의 세장 형상(elongate shape)은 이러한 실린더 렌즈를 사용하여 확립된다. 이 실시예는 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성된 돌출부와 함께 유리하게 사용되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 상기 실린더 렌즈는 상기 접촉 표면에서의 검출 광 빔의 반사와 상기 위치 감지 검출기 사이의 검출 광 빔의 상기 광 경로에 배열된 시준 렌즈이고, 상기 실린더 렌즈는 상기 검출 광 빔을 적어도 지배적으로(그러나, 가능하게는 배타적으로) 상기 위치 감지 검출기의 상기 감지 방향에 직교하는 차원에서 시준하도록 배열되고, 상기 실린더 시준 렌즈는 바람직하게는, 검출 광 빔이 측정 본체로부터 나오는 상기 측정 본체의 출사 표면과 일체로 형성된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 위치 감지 검출기는 검출 광 빔으로부터의 90°로부터 벗어난 각도로 배열될 수 있고, 따라서 이 각도로 인해, 세장형 광 스폿이 감지 방향에서 그 더 큰 연장부를 갖고서 위치 감지 검출기 상에 형성된다.

바람직한 실시예에서, 장치는 소스 광 빔을 상기 검출 광 빔 및 기준 광 빔으로 분할하기 위한 빔 분할기를 더 포함하고, 상기 기준 광 빔은 마찬가지로 상기 재료와, 그러나 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 영향이 무시될 수 있는 영역에서 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다. 또한, 상기 장치는 기준 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 기준 광 빔의 편향 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 추가 검출 디바이스를 포함하고, 상기 검출 디바이스는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기를 포함한다.

이러한 기준 광 빔은 여기 복사의 흡수로 인한 열 또는 압력파들을 제외하고는 검출 광 빔과 동일한 유형의 외부 영향들에 노출된다. 따라서, 기준 광 빔의 가능한 편향들을 측정함으로써, 이러한 외부 영향들이 처리될 수 있고, 검출 광 빔으로 획득된 측정 결과들로부터 제거될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 추가 기준 빔은 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성된 돌출부와 결합되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 상기 검출 디바이스는 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 포함한다.

또 다른 대안적인 실시예에서, 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 그에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 표현하는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 장치는 상기 측정 본체에 내장된 섬유, 검출 광을 상기 섬유 내로 결합하기 위해 상기 섬유의 한 단부에 제공되는 검출 광원, 및 상기 섬유의 다른 단부에 제공되는 모드 검출기를 포함한다. 상기 모드 검출기는 상기 재료로부터 측정 본체에 의해 수신되는 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들을 검출하기에 적합하다. 예를 들어, 모드 검출기는 모드들, 전형적으로는 여러 모드들의 간섭 패턴을 시각화하기에 적합한 카메라는 물론, 카메라 이미지들의 이미지 분석에 기초하여 모드 변화들을 검출하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 모드 검출기에 연관된 전용 프로세서를 포함할 수 있거나, 위에서 설명된 장치의 제어 시스템에 의해 제공될 수 있다. 광학 모드들의 검출가능한 변화들은 모드 검출기에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함할 수 있다. 따라서, 시프트 거리 또는 회전 각도는 재료로부터 수신된 열의 양 또는 압력파의 강도에 연관된 정량적 파라미터이며, 따라서 궁극적으로 재료에 의해 흡수된 여기 광의 양을 나타낸다. 모드들의 간섭 패턴의 이러한 변화는 카메라 또는 이미지 센서를 사용하여 쉽게 검출될 수 있지만 다른 디바이스들, 예를 들어 반드시 전체 이미지를 제공할 필요는 없이, 소정 종류의 공간 해상된 강도 값들의 측정을 허용하는 센서들 또는 검출기들도 마찬가지로 가능하다는 점에 주목한다. 이 실시예에서, "물리적 응답"은 수신된 열 또는 압력파로 인한 섬유의 광학적 속성들의 일시적인 변화일 것이고, "응답 신호"는 여러 모드의 간섭 패턴의 변화와 같은, 광학 모드들의 검출가능한 변화일 것이다. 바람직한 실시예에서, 이러한 유형의 모드 검출은 접촉 표면 상의/상기 측정 본체에 의해 적어도 부분적으로 형성된 돌출부와 결합되지만, 이러한 돌출부가 없는 실시예들에서 그것을 이용하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예들에서, 상기 재료는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 피부, 특히 그의 간질액에 존재하는 글루코스이다.

바람직한 실시예들에서, 상기 여기 복사는 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 생성된다.

대안적인 바람직한 실시예들에서, 상기 여기 복사는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 생성된다.

바람직한 실시예에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 3㎛ 내지 5㎛의 범위 내에 있다. 이러한 파장 범위는 예를 들어 지방산에서 CH₂ 및 CH₃ 진동들의 흡수를 검출하는 데 유용하다.

본 발명의 추가 양태는 적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은:

접촉 표면을 갖는 측정 본체를 상기 재료와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉시키는 단계 - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,

여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하는 단계, 및

상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하는 단계 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -

를 포함하고, 돌출부가 제공되고, 상기 돌출부는 상기 재료를 향하고 재료가 접촉 표면과 접촉하게 될 때 재료와 접촉하는 전방 표면을 가지며, 상기 여기 복사는 상기 돌출부의 상기 전방 표면을 통해 재료 내로 조사되고, 상기 돌출부는 상기 측정 본체의 상기 접촉 표면 상에 형성되거나,

상기 측정 본체는 상기 돌출부 또는 상기 돌출부의 일부를 형성하고, 상기 측정 본체의 접촉 표면은 상기 돌출부의 상기 전방 표면을 형성하고 주변 구조물에 대해 상승되는 것을 특징으로 한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 전방 표면은 평평하다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 0.3㎝² 미만, 바람직하게는 0.2㎝² 미만, 더 바람직하게는 0.1㎝² 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.05㎝² 미만, 가장 바람직하게는 0.02㎝² 미만의 풋프린트 영역을 갖는다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 하나 이상의 측벽이 상기 전방 표면을 향해 점점 가늘어지는 테이퍼링 형상을 갖는다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 원형, 타원형 또는 정사각형 형상인 풋프린트를 갖는다.

방법의 바람직한 실시예에서, 돌출부는 제1 방향의 더 긴 연장부, 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 더 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상이고, 더 긴 연장부는 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 더 바람직하게는 적어도 2.5배, 가장 바람직하게는 적어도 3.0배만큼 초과한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 재료와 측정 본체 사이의 접촉 압력이 측정된다.

바람직하게는, 방법은 상기 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하고, 접촉 압력이 상기 임계값 미만인 것으로 발견되는 경우,

사용자에게 접촉 압력의 부족을 표시하는 단계,

분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하는 단계, 및

현재 분석물 측정 프로세스를 중단하는 단계

중 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 방법은 클램핑 디바이스를 사용하여 상기 재료를 접촉 표면에 고정하는 단계를 더 포함하고, 상기 클램핑 디바이스는 클램핑 부재를 포함하고, 클램핑 부재는 클램핑 부재가 측정 본체의 접촉 표면으로부터 멀리 이동되는 개방 위치와 클램핑 부재가 상기 접촉 표면에 근접하게 되는 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 클램핑 부재는 폐쇄 위치를 향하여 바이어스되고, 상기 재료는 클램핑 부재가 개방 위치에 있을 때 접촉 표면 상에 배치되고, 상기 클램핑 부재는 폐쇄 위치를 향한 바이어스 힘들로 인해 상기 재료를 접촉 표면에 대해 가압한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 압력 센서는 상기 클램핑 디바이스 상에 배열된다.

바람직한 실시예에서, 방법은 스트랩을 사용하여 상기 재료를 접촉 표면에 고정하는 단계를 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 여기 복사에 대해 투명하고,

상기 여기 복사 소스는 여기 빔으로서 상기 여기 복사를 제공하고,

여기 빔은 상기 측정 본체의 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 상기 접촉 표면에서 측정 본체로부터 나오며,

여기 빔은 89.0° 이하, 바람직하게는 88.0° 이하, 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 82.0° 이상, 바람직하게는 84.0° 이상, 가장 바람직하게는 85.0° 이상의 각도로 입사 표면에 충돌한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 빔은 90°±1.5°의 각도로 측정 본체의 접촉 표면에 충돌한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 각각 여기 빔이 측정 본체에 진입하고 그로부터 나오는 각각의 부분들에서의 입사 표면 및 접촉 표면은 서로에 대해 1.0° 이상, 바람직하게는 2.0° 이상, 가장 바람직하게는 2.5° 이상, 및 8.0° 이하, 바람직하게는 6.0° 이하, 가장 바람직하게는 5.0° 이하의 각도로 경사진다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출은 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하는 것을 포함하고,

상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,

상기 검출은 상기 굴절률의 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하는 것을 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출 광 빔은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에 89° 이하, 바람직하게는 88° 이하, 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 80° 이상, 바람직하게는 82° 이상, 더 바람직하게는 84° 이상, 가장 바람직하게는 85° 이상의 상기 입사 표면에 대한 입사각으로 충돌하도록 입사 표면에서 측정 본체 내로 조사된다.

상기 방법의 관련 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 측정 본체의 상기 입사 표면에 충돌할 때의 상기 검출 광 빔의 상기 입사각을 조절하기 위한 것과 같이 상기 측정 본체를 회전시키는 것을 허용하는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용되고, 특히 상기 프레임 또는 리셉터클은 상기 측정 본체를 여기 광 빔과 평행하거나 평행으로부터 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 벗어나는 축 주위로 회전시키는 것을 허용하고, 가장 바람직하게는 상기 측정 본체의 상기 축 회전축은 상기 여기 광 빔과 일치한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체는 상기 검출 광 빔에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔은 상기 재료와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출은 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한, 검출 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 검출 광 빔의 편향의 정도, 특히 편향 각도를 검출하는 것을 포함하고, 상기 검출은 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기를 사용하여 수행된다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출 광 빔은 상기 재료와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 돌출부의 상기 전방 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다.

방법의 바람직한 실시예에서, 돌출부의 전방 표면은 적어도 하나의 주요 방향으로 만곡된다. 여기서, 상기 적어도 하나의 주요 방향에서의 상기 만곡은 5 내지 30mm, 바람직하게는 10 내지 20mm 범위의 곡률 반경에 대응한다. 상기 적어도 하나의 주요 방향의 상기 만곡은 오목 또는 볼록 중 하나이다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 전방 표면에서의 반사 이전 및 이후의 검출 광 빔은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 적어도 하나의 주요 방향은 상기 검출 광 평면 내에 있거나 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 전방 표면에서의 반사 이전 및 이후의 검출 광 빔은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 제1 방향은 상기 검출 광 평면과 평행하거나 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 검출 광원은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열되고, 검출 빔이 측정 본체의 출사 표면으로부터 나올 때 굴절되도록, 검출 빔은 - 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 임의의 편향의 부재 시에 - 출사 표면에 대한 법선에 대해 5° 이상, 바람직하게는 10° 이상, 가장 바람직하게는 15°이상의 각도로 출사 표면에 충돌하고, 검출 광 빔에 대한 출사 표면의 배향은 상기 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것에 응답한 검출 광 빔의 상기 편향이 출사 표면에의 법선에 대한 상기 검출 광 빔의 상기 각도를 증가시키게 하는 것이다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출 광 빔은 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 측정 본체로부터 나오고, 상기 측정 본체에 진입하는 상기 검출 광 빔을 적어도 하나의 차원으로 포커싱하기 위해 포커싱 렌즈가 입사 표면과 일체로 형성되고/거나, 상기 검출 광 빔을 적어도 하나의 차원으로 시준하기 위해 시준 렌즈가 출사 표면과 일체로 형성된다. 여기서, 바람직하게는, 상기 포커싱 렌즈 및 상기 시준 렌즈 중 적어도 하나는 각각 검출 광 빔을 적어도 지배적으로 하나의 차원에서 포커싱하고 시준하는 실린더 렌즈이다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출기는 상기 검출 광 빔이 충돌하는 위치 감지 검출기를 포함하고, 상기 위치 감지 검출기는 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트들을 검출하고,

상기 위치 감지 검출기는 상기 검출 광 빔의 상기 편향이 상기 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트를 유도하도록 배열되고,

상기 감지 방향에서 상기 위치 감지 검출기에 충돌하는 검출 광 빔의 직경이 상기 감지 방향에 직교하는 방향에서의 검출 광 빔의 직경의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배 크도록, 검출 광 빔의 프로파일을 성형하기 위해 검출 광 빔의 광 경로 내에 실린더 렌즈가 제공되고/되거나, 위치 감지 검출기가 검출 광 빔으로부터의 90°로부터 벗어난 각도로 배열된다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 실린더 렌즈는 상기 접촉 표면에서의 검출 광 빔의 반사와 상기 위치 감지 검출기 사이의 검출 광 빔의 상기 광 경로에 배열된 시준 렌즈이고, 상기 실린더 렌즈는 상기 검출 광 빔을 적어도 지배적으로 상기 위치 감지 검출기의 상기 감지 방향에 직교하는 차원에서 시준하고, 상기 실린더 시준 렌즈는 바람직하게는, 검출 광 빔이 측정 본체로부터 나오는 상기 측정 본체의 출사 표면과 일체로 형성된다.

방법의 바람직한 실시예에서, 소스 광 빔은 상기 검출 광 빔 및 기준 광 빔으로 분할되고, 상기 기준 광 빔은 마찬가지로 상기 재료와, 그러나 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 영향이 무시될 수 있는 영역에서 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 기준 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 기준 광 빔의 편향 정도, 특히 편향 각도는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기를 사용하여 검출된다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 검출은 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스를 사용하는 것을 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 그에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 표현하는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들을 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 광섬유가 상기 측정 본체에 내장되고, 검출 광을 상기 광섬유 내로 결합하기 위해 상기 섬유의 한 단부에 검출 광원이 제공되고, 상기 섬유의 다른 단부에 모드 검출기가 제공되고, 상기 모드 검출기를 사용하여 상기 재료로부터 측정 본체에 의해 수신되는 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들이 검출되고, 상기 광학 모드들의 변화들은 바람직하게는 모드 검출기에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 재료는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 피부 내에, 특히 그의 간질액 내에 존재하는 글루코스이다.

바람직하게는, 방법은 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 상기 여기 복사를 생성하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 방법은 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 상기 여기 복사를 생성하는 단계를 더 포함한다.

방법의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들의 기초가 되는 측정 원리의 개략도이다.
도 2는 물 배경이 제거된, 수중 글루코스의 흡수 스펙트럼을 보여준다.
도 3은 검출 광 빔의 편향에 기초한 응답 신호들에 의존하는 재료 분석을 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 보여진 유형의 장치로 획득된 Clarke의 오류 그리드 분석의 결과들을 보여준다.
도 5는 분석에 종속되는 재료에 의해 수신된 열 또는 압력파들에 대한 압전 응답에 기초한 응답 신호들에 의존하는 재료 분석을 위한 장치의 개략도이다.
도 6은 검출 광 빔에서 간섭적으로 검출된 위상 변화들에 기초한 응답 신호들에 의존하는 재료 분석을 위한 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 측단면 뷰의 개략도이다.
도 8은 도 7의 장치의 정단면 뷰의 개략도이다.
도 9는 검출 광 빔의 편향을 도시하는 장치의 개략도이다.
도 10은 도 9의 것과 유사하지만, 측정 본체의 출사 표면에서 검출 광 빔의 추가적인 굴절을 갖는 장치의 개략도이다.
도 11은 검출 광 빔에 대한 만곡된 반사 표면을 사용하여 증가된 편향을 도시하는 개략도이다.
도 12는 도 7의 것과 유사한 장치의 개략도로서, 위치 감지 검출기는 검출 광 빔에 대해 비스듬히 배열된다.
도 13은 도 7의 것과 유사한 장치의 개략 평면도로서, 검출 광 빔에 부가하여 기준 광 빔이 사용된다.
도 14는 도 13의 장치의 사시도이다.
도 15는 응답 신호가 측정 본체 내에 포함된 섬유에서 형성된 광학 모드들의 변화에 대응하는 추가 장치의 개략도이다.
도 16은 도 15와 동일한 장치로서, 측정 본체에 온도 구배가 형성된 상황을 보여준다.
도 17은 클램핑 디바이스를 포함하는 장치를 보여준다.
도 18은 검출 광 빔의 두 부분의 간섭 신호에 기초하여 분석물을 측정하기 위한 추가 장치의 평면도이다.
도 19는 도 18의 장치의 사시도이다.
도 20은 돌출부가 측정 본체에 의해 형성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 측단면 뷰의 개략도이다.
도 21은 측정 본체가 일부인 돌출부를 포함하는 지지 구조물의 사시도이다.
도 22는 도 21의 지지 구조물의 평면도이다.
도 23은 도 21의 지지 구조물의 일부의 단면도이다.

전술한 일반적인 설명과 이하의 설명 둘 다는 예시적이고 설명을 위한 것일 뿐이며, 여기서 설명되는 방법들 및 디바이스들을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 출원에서, 단수의 사용은 구체적으로 달리 언급되지 않는 한 복수를 포함할 수 있다. 또한, "또는"의 사용은 적용가능한 경우 또는 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 이하의 설명이 단지 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하도록 의도되지 않음을 인식할 것이다. 다른 실시예들은 본 개시내용의 혜택을 받는 통상의 기술자들에게 쉽게 시사될 것이다. 이제, 첨부 도면들에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예들의 다양한 구현들이 상세하게 참조될 것이다. 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 항목들을 지칭하기 위해 도면들 및 이하의 설명 전체에 걸쳐 가능한 범위 내에서 사용될 것이다.

도 1은 위에서 요약되고 이하에 상세하게 설명되는 분석물 측정 절차의 기초가 되는 측정 원리의 개략도이다. 본 발명의 방법 및 장치는 적어도 하나의 분석물을 포함하는 다양한 재료들을 분석하는 데 적합하지만, 이하의 설명은 재료가 환자의 피부이고 분석물이 피부의 간질액 내의 글루코스인 특정 실시예들에 초점을 맞출 것이다. 글루코스 측정을 특정하게 참조하여 아래에 제공되는 모든 세부사항들 및 설명들은 이하에서의 명시적 언급 없이도, 적용가능한 경우, 다른 재료들 및 분석물들에 관련하여서도 고려된다는 것을 이해해야 한다.

도 1의 도시에서, 사용자의 손가락 끝(12)은 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)과 열 접촉하게 된다. 도시되지 않은 대안적인 구현예에서, 손가락 끝은 압력파들이 측정 본체에 전달되는 것을 허용하는 액체 또는 기체로 채워진 빈 공간을 포함할 수 있는 음향 셀을 통해 측정 본체에 음향학적으로 결합될 수 있다. 여기 빔(18)은 공기 또는 도파관(도시되지 않음)을 통해 측정 본체(16)에 조사된 후, 측정 본체(16)를 통해 손가락 끝(12)의 피부 내로 조사된다. 피부 내의, 특히 피부의 간질액 내의 글루코스 농도를 결정하기 위해, 여기 복사(18)의 다양한 파장이 흡수 측정을 위해 차례로 또는 적어도 부분적으로 동시에 선택되어, 측정된 흡수 값들로부터 글루코스의 농도가 결정될 수 있다. 도 2에서, 수중 글루코스의 상이한 농도들에 대한 흡수 스펙트럼들이 보여지고, 여기서 물에 의한 흡수의 기여는 감산된다. 여기서 알 수 있는 바와 같이, 글루코스 분자는 각각 10.07㎛ 내지 8.32㎛ 범위의 파장들에 대응하는 993㎝^-1 내지 1202㎝^-1 범위의 파수에서 중간 적외선 영역 내의 수 개의 특성적인 흡수 피크를 갖는다. 인접한 흡수 피크들 사이에는 국소적 흡수 최소들이 나타나며, 이는 도 2에서 파수 없이 수직 화살표들로 표시되다. 도 2로부터 분명한 바와 같이, 특히 흡수 피크들에서의 흡수 차이 및 국소적 흡수 최소들은 글루코스 농도에 특징적이다. 따라서, 글루코스 농도를 결정할 수 있기 위해서는, 흡수 피크들의 일부 또는 전부에서, 및 국소적 흡수 최소들의 일부 또는 전부에서, 그리고 잠재적으로는 최대들과 최소들 사이의 소정의 지점에서도 흡수를 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 파장들은 여기서 "분석물(글루코스)-특성-파장들"이라고 지칭된다. 정확히 흡수 피크들 또는 국소적 흡수 최소들에 있는 파장들이 글루코스-특성 파장들에 대해 바람직한 선택들이긴 하지만, 피크들/국소적 최소들에 가깝지만 이들로부터 개별적으로 정의된 거리에 있는 파장들도 사용될 수 있다. 따라서, 여기서 이해되는 바와 같이, "분석물-특성-파장들"은 또한 가장 가까운 흡수 피크 또는 가장 가까운 국소적 흡수 최소에 대한 흡수 차이가 가장 가까운 흡수 피크와 가장 가까운 국소적 흡수 최소 사이의 흡수 차이의 30% 미만, 바람직하게는 20% 미만인 파장이다.

여기 빔(18)의 강도는 특정 주파수 f로 시간 변조되고, 그에 의해 여기 복사, 이 경우 여기 광은, 높은 강도와 낮거나 심지어 사라지는 강도의 교대 구간들을 갖는다. 변조를 임의의 특정 파형으로 제한할 것을 원하지 않고서, 높은 강도 구간들은 이하에서 "여기 광 펄스들"이라고 지칭된다. 여기 광 펄스들 동안, 글루코스-특성-파장을 갖는 여기 광이 흡수되어, 복사 에너지가 열로 변환될 것이다. 글루코스 분자들은 대략 10^-12초 내에 여기 상태로부터 해제되기 때문에, 대응하는 열 펄스 및/또는 압력파의 생성은 모든 실제적인 목적을 위해 순간적으로 발생하는 것으로 간주될 수 있다.

따라서, 여기 광 펄스들과 함께, 흡수 부위에서 국소적 열 펄스들이 생성되어, 공간 및 시간의 함수로서 변하고 열파라고 지칭될 수 있는 온도 필드로 이어진다. 위에서 설명된 바와 같이, 열"파"라는 용어는 다소 오해의 소지가 있는데, 왜냐하면 재료를 통한 열의 이동은 파동 방정식이 아니라 확산 방정식에 의해 대신 좌우되기 때문이다. 그러나, "열 파동"의 개념은 적어도, 열 펄스들이 피부 내에서부터 측정 본체(16)의 표면(14)으로 그리고 측정 본체(16) 내로 전파되는 정도에 있어서는 파동 전파에서 사용되는 것과 유사하게 정확하다. 그러한 열 펄스에 의해 야기되는 열 구배(20)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

손가락(12)의 피부로부터 측정 본체(16)에 의해 수신된 열은, 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하도록 만들어진 다양한 가능한 검출 디바이스들 중 하나로 검출될 수 있는 물리적 응답을 야기하며, 여기서 이러한 응답 신호는 여기 광의 흡수 정도를 나타낸다. 물리적 응답을 검출하고 적합한 응답 신호들을 생성하는 다양한 방식들은 아래에서 설명될 것이다.

그러나, 물리적 응답을 검출하는 정확한 방법에 관계없이, 측정 본체(16)로 이동하는 열 펄스들에 의해 흡수가 검출될 수 있는 피부 표면 아래의 최대 깊이는 다음과 같이 정의되는 피부의 열 확산 길이

에 의한 양호한 근사로 제한되는 것이 발견되었음에 주목할 가치가 있으며:

이는 재료의 밀도

, 비열용량

및 열전도율

뿐만 아니라, 여기 광의 변조 주파수 f에 의존한다. 즉, 변조 주파수 f를 선택함으로써, 여기 광의 임의의 흡수가 측정 본체(16)에서 수신된 열 펄스들에 반영되는 최대 깊이가 정의될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 도시된 실시예에서, 피부로부터 수신된 흡수 열에 대한 물리적 응답은 열 구배(20)가 일시적으로 형성되는 측정 본체(16)의 표면(14)에 가까운 영역에서의 굴절률의 변화이다. 굴절률의 이러한 국소적 변화는 검출 광 빔(22)에 의해 검출될 수 있는 열 렌즈로 간주될 수 있는 것을 형성한다. 검출 빔(22)은 열 렌즈 또는 열 구배 영역(20)을 통과한 다음, 측정 본체(16)와 손가락(12)의 피부의 계면에서 반사된다. 피부로부터 열 펄스가 수신될 때마다 굴절률의 국소적 변화가 발생하고, 이는 열 렌즈의 영역에서 측정 본체의 재료와의 상호작용에 의해 검출 빔(22)의 편향을 초래한다. 도 1에서, 참조 부호(22b)는 편향되지 않은 검출 빔(22)에 대응하는 반면, 참조 부호(22a)는 열 구배 영역(20)에 형성된 열 렌즈로 인해 편향될 때의 검출 빔에 대응한다. 이러한 편향은 측정될 수 있고, 앞에서 언급된 응답 신호의 예를 형성한다. 편향의 정도는 수신된 열의 양을 나타내며, 따라서 손가락(12)의 피부에서의 여기 광(18)의 흡수 정도를 나타낸다. 여기서, "편향의 정도"는 편향 각도를 지칭할 수 있지만, 더 일반적으로는 대응하는 검출 디바이스에 의해 검출가능한 검출 광 빔들 사이의 임의의 편차에 대응한다.

도 3은 도 1을 참조하여 설명된 측정 원리에 의존하는 장치(10)의 보다 상세한 단면도를 도시한다. 장치(10)는 손가락(12)이 놓이는 최상부 표면(접촉 표면)(14)을 갖는 측정 본체(16)를 포함하는 하우징(24)을 포함한다. 하우징(24) 내에는 여기 광 빔(18)을 생성하는 여기 광원(26)이 제공된다. 도시된 실시예에서, 여기 광원(26)은 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이는 도 2에 도시된 흡수 피크들 및 국소적 최소들에 대응하는 파장들(즉, 글루코스-특성-파장들)은 물론, 기준 측정들을 위해, 또는 글루코스 측정을 교란할 수 있는 다른 물질들, 예를 들어 젖산염 또는 알부민을 검출하기 위해 사용될 수 있는 다른 파장들을 갖는 개별 양자 캐스케이드 레이저 요소들을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 여기 빔을 직접 측정 본체(16) 내로, 그리고 그를 통해 조사할 수 있지만, 그것은 또한 레이저 어레이를 측정 본체와 결합하고 여기 빔을 만곡된 또는 비-만곡된 방식으로 측정 본체(16)에 유도하는 광 도파관(도시되지 않음) 내로 조사할 수 있다. 광 도파관은 단일의 튜닝가능한 레이저에 의해 여기 빔을 생성하는 경우에도 사용될 수 있다.

장치(10)는 검출 빔(22)을 방출하기 위한 광원(28), 예를 들어 레이저는 물론, 검출 광 빔(22)의 편향을 검출하는 것을 허용하는 위치 감지 검출기(30)를 더 포함한다. 여기서 이해되는 바와 같이, "광 빔"이라는 용어는 가시 범위의 광으로 제한되지 않지만, 바람직한 실시예들에서 검출 광 빔(22)은 실제로 광 스펙트럼의 가시 범위에 있을 것임에 주목해야 한다. 이 경우 측정 본체(16)는 여기 광 빔(18) 및 검출 광 빔(22) 둘 다에 대해 투명하다. 추가로, 측정 본체(16)의 내부로부터 손가락(12)의 방향으로 광학 매체(16)의 접촉 표면(14)의 이미지들을 촬영하는 것을 허용하는 카메라(32) 또는 다른 이미징 디바이스가 제공되어 접촉 표면(14) 상에 놓이는 손가락(12)의 지문을 기록한다. 이 지문은 예컨대 사용자의 지문을 통해 사용자를 식별하기 위해 제어 유닛(34)에 의해 프로세싱될 수 있다. 제어 유닛(34)은 또한 여기 광 및 검출 광 각각에 대한 광원들(26 및 28)은 물론, 센서(30)를 제어하는 역할을 한다. 제어 유닛(34)은 또한 데이터를 교환하기 위해 외부 데이터 프로세싱 디바이스(36)와 무선 통신한다. 예를 들어, 무선 연결을 통해, 지문을 통해 식별되는 사용자에 대해 제어 유닛(34)에 의해 사용자-특정 보정 데이터가 검색될 수 있다. 제어 유닛(34) 및 외부 데이터 프로세싱 디바이스(36)는 여기서 언급된 "제어 시스템"의 예를 함께 형성한다. 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서, 마이크로컨트롤러, 컴퓨터, ASIC, FPGA 또는 그와 유사한 것에 의해 구성될 수 있다. 제어 시스템은 도 3에 나타난 바와 같이 서로 데이터 통신하는 다양한 컴포넌트들로 분산될 수 있거나, 여기에 설명된 모든 제어 기능을 위해 만들어진 제어 유닛(34)과 같은 단일 제어 유닛에 의해 형성될 수 있다. 제어 시스템은 일반적으로 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다.

도 3에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 여기 및 검출 광원들(26 및 28)은 물론, 위치 감지 검출기(30)는 모두 공통 캐리어 구조물(38)에 부착된다. 이는 이러한 컴포넌트들이 장치(10)를 조립할 때 개별적으로 조절되거나 보정될 필요가 없도록 이 구조물(38) 상에 정밀하게 사전 조립될 수 있음을 의미한다. 여기 및/또는 검출 광원들(26 및 28) 중 하나 이상은 물론, 위치 감지 검출기(30)는 또한 추가 조절 또는 교정을 피하기 위해 측정 본체(16)에 직접적으로 장착될 수 있다.

추가로, 장치(10)는 피부의 수분 함량을 측정하는 것을 허용하는 수분량 측정 디바이스(40)를 포함한다. 피부 상층의 수분 함량을 측정하기 위한 수분량 측정 디바이스들은 그 자체로 본 기술분야에 공지되어 있으며 여기서 상세하게 설명될 필요가 없다. 예를 들어, 공지된 수분량 측정 디바이스들은 임피던스, 특히 AC 전압이 인가되는 두 개의 인터디지털 전극(interdigital electrode)을 사용하여 피부의 용량성 임피던스를 측정한다. 도 3의 수분량 측정 디바이스(40)는 손가락 끝(12)이 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에 놓일 때 손가락 끝(12)과 접촉한다.

장치는 또한 피부의 pH 값을 측정하기 위한 pH-센서(42)를 포함한다. 피부의 것을 포함하여 표면들 상의 pH 값을 측정하기 위한 pH 센서들은 그 자체로 종래 기술로부터 알려져 있으며, 여기에서 상세히 설명될 필요는 없다. 피부의 pH 값을 측정하기 위한 pH 센서들은 의료적 목적뿐만 아니라 미용 목적으로도 상업적으로 이용가능하다.

도 4는 도 3에 도시된 유형의 장치로 획득된 Clarke의 오차 그리드 분석의 결과들을 나타내며, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 측정 절차들을 통해, 실제로 매우 신뢰가능한 혈당 농도들이 순전히 비침습적 방식으로 측정될 수 있음을 보여준다. 도 4에 도시된 데이터는 W0 2017/09782 A1으로부터 가져온 것이며, 아직 본 발명의 개선점들을 반영하지 않은 것이다. 본 발명은 아래에 설명되는 바와 같이 방법의 신뢰성을 더욱 개선시키는 것을 허용한다.

도 5는 도 1 및 도 3의 것과 같지만 활용되는 물리적 응답 및 대응하는 응답 신호들이 생성되는 방식이 상이한, 재료(12)로부터 측정 본체(16)에 의해 수신된 열 펄스들의 흡수를 수반하는 동일한 일반 원리에 의존하는 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 이러한 장치(10) 및 그것의 다수의 변형은 본 명세서에 참조로 포함된 WO 2019/11059782에 상세히 설명되어 있으므로 여기서는 상세한 설명이 생략될 수 있다. 앞에서와 같이, 장치는 손가락(12)의 피부와 접촉하거나 결합되는 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16)를 포함한다. 또한, 피부(12)의 표면 아래의 영역(44) 내로 조사되어 거기에서 흡수되는 변조된 강도를 갖는 여기 광 빔(18)을 위한 소스(26)가 제공된다. 이 실시예에서, 여기 광 빔(18)은 측정 본체(16)를 통한 파선들로 표시된 측정 본체(16) 내의 보어(46)를 통과하고, 따라서 측정 본체(16)의 재료 자체가 이를 위해 투명할 필요는 없다.

제어 유닛(48)은 여기 광 빔(18)의 강도를 변조하기 위해 제공된다. 이것은 일반적으로 기계적 초퍼, 또는 전자적으로 제어될 수 있는 투과율 또는 반사율을 갖는 요소를 포함하는 다양한 방식들로 행해질 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 강도는 여기 광원(26)의 온/오프 시간들은 물론, 그 온-타임 동안의 동작 전류를 변조함으로써 변조된다.

화살표들(50)에 의해 상징적으로 표현된 피부(12)의 영역(44)에서 강도 변조된 여기 빔(18)의 시변 흡수에 의해 야기되는 열파는 측정 본체(16)로 들어가고, 여기서 그것은 압전 속성들을 갖는 검출 영역(52)에서 검출될 수 있다. 수신된 열(50) 또는 압력파들에 연관된 압력 변화들은 전극들(6a 내지 6d)로 기록될 수 있는 전압 변화들 형태의 전기 신호들로 이어지며, 그러한 전극들은 전도성 리드들(54)을 통해, 예를 들어 마이크로컨트롤러 또는 프로세서 또는 컴퓨터와 같은 디지털 프로세싱 디바이스일 수 있는 재료(손가락의 피부(12))를 분석하기 위한 평가 디바이스(56)와 연결된다. 이 경우, 압력의 변화는 여기 복사의 흡수 시에 재료(12)로부터 수신된 열에 대한 측정 본체(16) 또는 그 안에 포함된 다른 컴포넌트의 물리적 응답과 유사하고, 그것은 전극들(6a 내지 6d), 및 측정 본체(16) 또는 그것의 일부분들 또는 측정 본체에 내장된 압전 요소들의 압전 속성들을 사용하여 검출되고, 여기 복사(18)의 흡수 정도를 나타내는 응답 신호를 표현하는 전기 신호들로 이어진다.

본 출원인에 의해 제안된 대안적 변형에서, 예를 들어 여기에 참조로 포함된 국제 출원 PCT/EP2019/064356에 개시된 바와 같이, 검출 디바이스는 측정 본체에 내장될 수 있고 검출된 빔의 제2 부분에 대한 검출 빔의 제1 부분의 상기 위상 변화를 평가하는 것을 허용하는 간섭 디바이스를 포함할 수 있고, 여기서 측정 암을 통과하는 검출 빔의 부분들 중 하나만이 측정 본체의 열 또는 압력파의 효과들에 의해 영향을 받고, 간섭 디바이스의 출력 측에서 측정 암 내에서의 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성한다. 이 경우, 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열에 대한 측정 본체(16)(또는 그 안에 포함된 컴포넌트)의 물리적 응답은 다시 굴절률의 국소적 변화인 반면, 이 경우에서 응답 신호는 굴절률의 국소적 변화로 인한 검출 빔의 한 부분의 위상 변화를 반영하는 간섭계 신호이다. 이것은 도 6에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 재료(예를 들어, 도 6에 도시되지 않은 손가락)와 접촉하게 되는 측정 본체(16)가 도시되어 있다. 이 경우, 측정 본체(16)는 간섭 디바이스(60)를 형성하는 도광 구조물(58)이 제공되는 실리콘 기판일 수 있다. 간섭 디바이스(60)는 측정 암(60a) 및 기준 암(60b)을 갖는 마하젠더 간섭계를 형성한다. 검출 광원(28)에 의해 생성된 검출 광(22)은 도광 구조물(58)에 공급되고, 스플리터(60c)에 의해 측정 암(60a)을 따라 이동하는 검출 빔의 부분 또는 일부, 및 기준 암(60b)을 따라 이동하는 부분 또는 일부로 분할되며, 다음으로, 이러한 부분들은 결합기(60d)에 의해 결합된다. 측정 본체(16)는 기준 암(60a)이 여기 광의 흡수 시에 피부로부터 수신된 열에 노출되지만, 기준 암(60b)에는 노출되지 않거나 적어도 훨씬 적은 정도로 노출되도록 사용되거나 배열된다. 수신된 열로 인해, 측정 암(60a)의 굴절률이 변할 것이고, 이는 결국 측정 암(60a)을 따라 이동하는 검출 광(22)의 위상 시프트로 이어진다. 기준 암(60b)을 따라 이동하는 광은 수신된 열에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 결합기(60d)에 의해 결합된 광의 두 부분의 상대적 위상에 변화가 있을 것이며, 이는 검출기(62)를 사용하여 검출될 수 있는 간섭 패턴으로 이어진다. 지문을 검출하고 분석하기 위한 도 3에 도시된 바와 같은 카메라는 또한 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 장치들 및 측정 본체(16)와 결합될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 장치(10)의 개략도를 측단면도로 보여준다. 도 8은 동일한 장치(10)를 정단면도로 보여준다. 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서, 재료는 다시 사용자의 손가락(12)의 피부이고, 평가될 분석물은 피부 내의, 특히 그 안의 간질액 내의 글루코스 함량이다. 도 7 및 도 8의 실시예는 여기 복사(18)가 손가락(12)의 피부 내로 신뢰가능하고 일관되게 전달될 것을 보장하도록 허용한다. 도 7 및 도 8에 도시된 측정 본체(16)는 여기 복사(18)에 대해 투명하고, 접촉 표면(14)에 더하여, 여기 복사(18)를 위한 입사 표면(70)을 가지며, 이는 도 7 및 도 8의 도면에서 바닥 표면이다.

측정 본체(16)는 도 7의 도면에서 좌측 측벽에 대응하는 검출 광 빔(22)을 위한 입사 표면(72), 및 우측 측벽에 대응하는 출사 표면(74)을 더 갖는다. 입사 표면(72) 및 출사 표면(74)과 일체로, 대응하는 포커싱 렌즈(76) 및 시준 렌즈(78)가 각각 형성된다. 도시된 실시예에서, 포커싱 및 시준 렌즈들(76 및 78)은 측정 본체(16)의 나머지 부분과 모놀리식 형성된다. 다른 실시예들에서, 포커싱 및 시준 렌즈들(76 및 78)은 측정 본체(16)와 별도로 형성될 수 있지만, 입사 및 출사 표면들(70, 74)에 각각 부착되어 그 개별 조절이 필요하지 않을 수 있다.

또한, 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에는 돌출부(80)가 형성된다. 돌출부(80)는 손가락(12)의 피부와 접촉하는 전방 표면(82)을 갖고, 이를 통해, 본 실시예에서 중적외선 범위의 여기 광 빔(18)에 의해 형성되는 여기 복사(18)가 피부 내로 조사된다. 돌출부(80)는 4개의 측벽(84)을 가지며, 이들은 각각 전방 표면(82)을 향해 점점 가늘어진다. 이러한 방식으로, 전방 표면(82)의 영역은 상기 접촉 표면(14) 상의 돌출부(80)의 풋프린트 영역보다 작다. 도 7 및 도 8의 비교로부터, 돌출부(80)는 도 7의 지면에 놓인 x 방향인 제1 방향으로 더 긴 연장부를 갖고, 제1 방향에 직교하며 도 8의 지면에 놓인 y 방향인 제2 방향으로 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상임을 알 수 있다.

마지막으로, 접촉 표면(14) 상에는 손가락(12)과 접촉 표면(14) 사이의 접촉 압력을 측정하는 압력 센서들(86)이 배치된다. 압력 센서들(86)은 도 3의 제어 유닛(34)(도시되지 않음)과 같은 제어 시스템과 연결된다.

다음으로, 도 7 및 도 8에 도시된 다양한 특징부들의 기능이 설명될 것이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 여기 복사(18)의 입사 표면(70)은 돌출부(80)의 전방 표면(82) 또는 접촉 표면(14)과 평행하지 않다. 대신, 측정 본체는 약간 쐐기 형상이다. 또한, 여기 광원(26)은 여기 빔(18)이 90°로부터 벗어난 각도로 입사 표면에 충돌하도록 배열된다.

이것은 예를 들어, 예컨대 입사 표면에서의 여기 복사 빔의 굴절 및 과도한 반사를 피하기 위해 여기 빔이 의도적으로 90°의 각도로 입사 표면에 충돌하게 되는 도 3에 도시된 배열과 상이하다. 그러나, 위에서 설명된 바와 같이, 그러한 배열로, 여기 복사(18)의 일부는 입사 표면(70)으로부터 반사될 것이고, 여기 복사 소스(26)로부터 방출된 여기 복사(18)와 간섭할 수 있다. 발명자들은 이러한 간섭이 손가락(12)의 피부에서의 여기 복사(18)의 강도의 요동으로 이어질 수 있고, 그에 의해 분석물 농도와 완전히 무관한 응답 신호들의 인공적인 변동들로 이어진다는 것을 발견했다. 그러나, 입사 표면(70)에 대한 여기 빔(18)의 수직 입사를 회피하면, 도 7에 도시된 입사 복사(18)와 반사된 복사(18') 사이의 간섭이 억제될 수 있고, 전체적으로 측정의 정확도 및 신뢰성이 개선될 수 있다.

바람직한 실시예들에서, 입사각은 90°로부터 벗어나더라도 몇 도만 벗어나야 한다. 바람직한 입사각들은 89.0° 이하, 바람직하게는 88.0° 이하, 더 바람직하게는 87.5° 이하일 수 있다. 각도에 대한 최적의 선택은 또한 여기 복사 소스(26)와 입사 표면(70) 사이의 거리에 의존할 것이다. 90°로부터의 편차는 바람직하지 않은 간섭 효과들을 신뢰가능하게 회피하기 위해 필요한 것보다 크게 선택되어서는 안 된다. 따라서, 바람직한 실시예들에서, 입사각은 82.0° 이상, 바람직하게는 84.0° 이상, 가장 바람직하게는 85.0° 이상이다.

돌출부(80)는 손가락(12)과 측정 본체(16) 사이의 국소적인 접촉 압력이 증가되는 특별한 기술적 효과를 갖는다. 보다 정확하게는, 증가된 접촉 압력은 여기 광 빔(18)이 측정 본체(16)로부터 손가락(12)의 피부 내로 결합되는 돌출부(80)의 전방 표면(82)에서 발생한다. 이러한 증가된 접촉 압력은 측정 본체(14)와 피부 사이의 양호하고 신뢰가능한 광학 결합을 보장하는 것을 허용한다.

이러한 돌출부(80)로 획득가능한 현저한 개선은 발명자들에게 놀라운 일이었는데, 왜냐하면 일반적으로 완전히 평평한 접촉 표면(14)을 갖는 본 출원인의 이전 장치들에서 충분한 광학 결합이 획득되었고, 따라서 돌출부(80)를 제공하는 것에 수반되는 증가된 복잡성 및 추가 제조 비용이 노력할 가치가 있을 것인지가 명백하지 않았기 때문이다.

그러나, 발명자들은 완전히 평평한 접촉 표면(14)과의 광학 결합이 일반적으로 만족스러워 보이지만, 특히 일관되지 않거나 불안정한 광학 결합은 측정의 부정확성의 원인이 될 수 있음을 발견했다. 상기 요약에서 설명된 바와 같이, 발명자들은 단일 측정의 과정 동안, 즉 손가락 끝을 의도적으로 접촉 표면 상에서 이동시키거나 접촉 표면 밖으로 이동시키지 않고도 광학 결합이 변할 수 있음에 주목했다. 이는 일부 경우들에서 분석물에 의해 실제로 흡수된 여기 복사의 강도의 변동을 야기하고, 따라서 여기 복사 파장에서의 분석물의 흡수율 또는 분석물 농도에 관련이 없는 응답 신호의 변화를 야기하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 측정의 일부 동안의 광학 결합의 손실은 주어진 여기 파장에서 감소된 흡수율로 잘못 해석될 수 있다. 또한, 위에서 설명된 바와 같이, 분석물 스펙트럼을 평가하는 것은 전형적으로 복수의 특성 파장, 예를 들어 분석물 흡수 스펙트럼의 피크들 또는 국소적 흡수 최소들에 대응하는 파장들에서 흡수를 측정하는 것을 수반하고, 상이한 파장들에 연관된 응답 신호들의 수학적 결합들을 더 수반한다. 예를 들어, 흡수 스펙트럼의 국소적 최소에서 획득된 응답 신호가 흡수 피크의 것으로부터 감산되어, 피부 내의 글루코스의 농도를 표현하는 값을 제공할 수 있다. 명백하게, 상이한 파장들에서의 측정들 사이에서의, 또는 심지어는 특정 파장에서의 측정 동안의 광학 결합의 임의의 변동, 및 그에 따른 재료 내의 여기 복사의 유효 강도의 임의의 변동은 측정 결과들 내의 아티팩트들 및 부정확성들로 이어질 수 있다.

본 발명의 요약에서 설명된 바와 같이, 정확히 접촉 표면과 재료 사이의 광학 결합이 측정 동안 왜 변해야 하는지, 예를 들어 사용자가 손가락과 접촉 표면 사이의 접촉 압력을 일정하게 유지하지 못하기 때문인지, 또는 사용자가 실수로 접촉 표면에서 손가락 끝을 이동시키기 때문인지는 완전히 명확하지 않다. 정확한 근본적인 이유와 상관없이, 발명자들은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 국소적으로 증가된 접촉 압력으로 손가락(12)의 피부와 접촉하는 전방 표면(82)을 가진 돌출부(80)와 같은 돌출부를 사용하여 광학 접촉이 상당히 안정화될 수 있다는 것을 알아차렸다. 전방 표면은 5mm² 미만, 특히 3mm² 미만의 크기를 가질 수 있으며, 평평하거나, 오목 또는 볼록한 방식으로 만곡될 수 있다.

측정 동안 일정한 접촉 압력을 추가로 보장하기 위해 압력 센서들(86)이 제공된다. 압력 센서들(86)은 손가락(12)과 측정 본체(16)의 접촉 표면(14) 사이의 접촉 압력을 나타내는 신호들을 생성한다. 신호들은 감지된 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하도록 구성된 제어 시스템(도시되지 않음)에 전달된다. 이것이 사실인 것으로 밝혀지면, 이는 디스플레이, 광 신호, 음향 신호 또는 그와 유사한 것과 같은 적합한 출력 디바이스를 통해 사용자에게 표시되고, 그에 의해, 사용자는 접촉 압력을 증가시키도록 프롬프트될 수 있다. 또한, 제어 시스템은 접촉 압력이 임계값 미만인 동안 분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하도록 구성되고, 그에 의해 의심스러운 품질을 갖고 가능하게는 반복되어야 할 수 있어서 사용자의 성급함 또는 불만을 야기할 수 있는 측정들이 수행되는 것을 방지한다. 또한, 측정 동안 접촉 압력이 임계값 아래로 떨어지는 것으로 발견되는 경우, 분석물 측정 프로세스가 중단되고, 사용자에게 원래 접촉 압력을 재개할 수 있는 기회를 다시 제공하여, 측정이 완료될 수 있다. 압력 센서는 또한 측정 본체(16)의 돌출부(80) 아래에 위치될 수 있고, 여기 빔에 대해 투명할 수 있는 압전 요소(도시되지 않음)로서 구현될 수 있다.

도 7을 참조하여 지금까지 설명된 특징부들 및 기능들 각각은 일관된 양의 여기 복사를 손가락(12)의 피부 내에 신뢰가능하게 결합하는 것에 관련되며, 따라서 손가락(12)의 피부로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 측정 본체(또는 그 안에 포함된 컴포넌트)의 물리적 응답, 또는 대응하는 응답 신호들을 생성하는 검출 디바이스의 구체적인 유형에 독립적이라는 점에 주목해야 한다. 따라서, 이러한 특징부들은 도 1, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 변형들 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.

도 7의 실시예에서, 측정 본체(16)에 의해 수신된 열 또는 압력파들에 대한 물리적 응답은 굴절률의 국소적 변화이고, 이러한 물리적 응답은 돌출부(84)의 전방 표면(82)에서 반사되는 검출 광 빔(22)의 편향을 통해 검출된다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 검출 광 빔(22)은 검출 광원(28)에 의해 생성되고, 검출 광 빔(22)의 편향은 위치 감지 디바이스라고도 지칭될 수 있는 위치 감지 검출기(position sensitive detector)(PSD)(30)를 이용하여 검출된다. 본 명세서에서 이해되는 바와 같이, "검출 광 빔(22)의 편향"은 대응하는 검출 디바이스에서의 검출 광 빔의 총 편차를 나타내고, 특히 도 7의 실시예를 구체적으로 참조하면, 그것은 PSD(30) 상에서의 검출 광 빔(22)의 위치의 시프트를 나타낸다. 이러한 편차는 굴절률의 국소적 변화에 의해 야기되는 광 경로를 따른 검출 광 빔(22)의 전파에 대한 모든 변화의 결합된 효과이다.

도 7 및 도 8에 도시된 돌출부(80)의 특정한 릿지 형상의 기하구조는 이러한 검출 셋업에 맞게 적응되어 있다. 돌출부(80)의 전방 표면(82)에서의 반사 이전 및 반사 이후의 검출 광 빔(22)은 검출 광 평면을 정의하고, 이는 도 7 및 도 8의 실시예에서 x-z 평면, 즉 도 7의 지면에 대응하고, 이러한 검출 광 평면은 릿지 형상 돌출부(80)의 제1의 긴 방향과 일치한다. 실제로, 도 7에서 명백한 바와 같이, 검출 광 평면에서의 돌출부(80)의 이러한 더 큰 연장부는 입사하는 반사된 검출 광 빔(22)이 돌출부(80)에 맞게 하도록 필요한 것이다. 반대로, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 이 검출 광 평면에 수직인 방향, 즉 릿지-형상 돌출부(80)의 "제2 방향"에서, 연장부는 훨씬 더 작게 만들어질 수 있고, 그에 의해 전방 표면(82)의 표면 영역을 전체적으로 작게 유지하여 국소적인 접촉 압력을 증가시킨다.

더욱이, 검출 광 빔(22)의 입사 표면(72)에 있는 포커싱 렌즈(76)는 검출 광 빔 직경(22)이 그것이 돌출부(80)의 전방 표면(82) 상에서 반사되는 영역에서 좁게 유지되는 것을 허용하며, 그 영역은 또한 열 렌즈(도 7에 도시되지 않음)가 형성될 영역이기도 하다. 좁은 빔 직경은 그 자체가 단지 비교적 작은 크기인 열 렌즈에서 검출 광 빔(22)의 명확하고 특징적인 편향을 촉진한다.

검출 빔(22)의 출사 표면(74)에 있는 시준 렌즈(78)는 출사 표면(74)과 PSD(30) 사이에서의 그 이동 중에 검출 빔(22)의 직경을 적어도 거의 일정하게 유지하는 것을 허용한다. 이것은 PSD(30)와 출사 표면(74) 사이의 거리를 증가시키는 것을 허용하며, 이는 검출 빔(20)에 의해 취득된 임의의 편향 각도가 검출 빔(22)이 PSD(30)에 충돌하는 위치의 더 큰 시프트를 야기하여, 응답 신호의 신호 대 잡음비를 증가시킬 것임을 의미한다. 예를 들어, 돌출부(80)의 전방 표면(82)에서의 반사 부위와 PSD(30) 사이의 거리는 4㎝ 이상, 일부 실시예에서는 심지어 9㎝ 이상일 수 있다.

도 7에 도시된 실시예에서, 포커싱 렌즈(76) 및 시준 렌즈(78) 둘 다는 주요 방향들 둘 다에서 포커싱 및 시준 효과를 갖는 구면 렌즈들로서 도시된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 특히 시준 렌즈(78)는 도 7의 y-방향으로만 그 시준 효과를 갖는 실린더 렌즈일 수 있지만, 도 7에 도시된 것과는 달리, 검출 광 빔(20)은 x-z-평면, 즉 도 7의 지면에서 확산될 수 있다. 이것은 PSD(30) 상의 검출 광 빔(22)의 광 스폿이 직사각형일 것이고, 더 긴 직경은 검출 광 빔(20)의 편향 시 광 스폿이 이동할 방향이기도 한 PSD(30)의 감지 방향에 평행하다는 것을 의미한다. 광 스폿의 이러한 세장 형상은 마찬가지로 응답 신호의 더 양호한 신호 대 잡음 비 및 더 양호한 선형성을 야기하는 것으로 밝혀졌다.

본 명세서에서 이해되는 바와 같이, 검출 광 빔(20)의 "편향"은 그것의 "교란되지 않은" 광 경로, 즉 PSD(30)와 같은 검출 디바이스에 의해 측정될 때 측정 본체(16)에 의해 수신되는 열 또는 압력파들로 인한 굴절률의 국소적 변화가 없는 것으로부터의 검출 광 빔(20)의 총 편차에 관한 것이다. 따라서, 이러한 "편향"은 굴절률의 국소적 변화가 검출 광 빔의 광 경로를 따라 검출 광 빔(20)에 미치는 누적 효과이다. 실제로, 편향들은 항상 작은 경향이 있을 것이며, 보다 정확하고 신뢰가능한 측정 결과들을 획득하기 위해서는, 응답 신호의 신호 대 잡음비를 높이는 것이 중요하다. 하나의 가능한 접근법은 도 7을 참조하여 위에서 설명되었는데, 즉 출사 표면(74)과 PSD(30) 사이의 거리를 증가시키는 것에 의한 것이다. 신호 대 잡음비를 개선시키기 위한 추가 방식들은 아래에서 도 9 내지 도 11을 참조하여 논의될 것이다.

이론에 얽매이길 원하지 않으면서, 도 9는 실제 측정들과 완전히 일치하는 본 발명자들에 의해 현재 이해되고 있는 편향의 메커니즘을 도시한다. 도 9에서, 교란되지 않은 검출 광 빔은 입사 부분(22) 및 출사 부분(22b)과 함께 실선으로 도시되어 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 여기 복사 펄스(18)가 도 12의 피부에 흡수될 때, 피부를 통해 측정 본체(16) 내로 이동하는 열 펄스가 생성되고, 거기에서 그것은 본 명세서에서 "열 렌즈"로 지칭되며 도 9에서 참조 부호(20)로 개략적으로 도시된 굴절률의 국소적 변화를 야기한다. 열 렌즈(20)는 이 실시예에서 증가된 굴절률의 영역인 것으로 밝혀지고, 이는 점선으로 표시된 굴절 및 반사된 검출 광 빔(20a)에 의해 나타난 바와 같이 굴절을 초래한다. 교란되지 않은 반사된 검출 광 빔(22b)으로부터의 반사된 검출 광 빔(22a)의 편차는 여기에서 "편향"으로 지칭된다.

도 9에서, 측정 본체(16)의 입사 및 출사 표면(72 및 74)은 예컨대 입사 및 출사 검출 광 빔(22)과 직각을 형성하도록 각을 이룬다는 점에 주목해야 한다. 광학 경계의 이러한 직교 배열은 현장에서 자연스러운 선택인데, 왜냐하면 그것은 반사를 감소시키고, 광학적 셋업을 더 복잡하게 만들 수 있는 회절을 또한 방지하기 때문이다. 그러나, 도 10의 실시예에서, 적어도 출사 표면(74)은 예컨대 반사된 검출 광 빔(22b)에 수직하지 않도록 배열된다. 대신에, 검출 광 빔(22b)은 출사 표면(74)에 대한 법선에 대해 각도 α₁을 형성하고, 그에 의해, 교란되지 않은 검출 광 빔(22b)은 α₁보다 큰 각도 β₁로 측정 본체(16)를 빠져나갈 때 굴절되는데, 왜냐하면 측정 본체(16)의 굴절률이 본 실시예에서 공기인 주변의 굴절률보다 높기 때문이다.

편향된 광 빔(22a)은 마찬가지로 출사 표면(74)에서 굴절된다. 그러나, 열 렌즈(20)와의 상호작용으로 인해, 입사각 α₂는 교란되지 않은 검출 빔(22b)에서보다 크고, 스넬의 법칙에 따르면 굴절 각도 β₂는 β₁보다 상당히 크다. 즉, 굴절 각도들 사이의 차이 β₂ - β₁은 입사각들 사이의 차이 α₂ - α₁보다 크고, 즉 β₂ - β₁ > α₂ - α₁이므로, PSD(30)(도 10에 도시되지 않음)에 의해 측정된 반사 검출 광 빔(22a)의 편향이 증가된다. 이는 신호 대 잡음비를 더 증가시키는 것을 허용한다.

마지막으로, 도 11을 참조하면, 검출 광 빔(22)이 반사되는 영역에서 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)이 만곡된 실시예가 도시되어 있다. 즉, 이 영역 내의 측정 본체는 오목하게 만곡된 리세스를 갖는다. 도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이, 굴절률의 국소적 변화로 인한 광 빔(22)의 편향의 일부는 검출 광 빔(22)이 손가락(12)과 열 또는 압력 전달 접촉하는 측정 본체의 표면에서 반사되기 전에 발생한다. 이는 굴절률의 국소적 변화가 또한 검출 광 빔(22)이 반사될 표면 상의 정확한 위치의 시프트를 초래한다는 것을 의미한다.

이러한 이해를 고려하여, 도 11에 도시된 실시예에서, 접촉 표면(14)은 만곡된 부분(88)을 갖는다. 이러한 만곡으로 인해, 검출 광 빔(22)이 만곡된 부분(88)에서 반사되는 정확한 위치의 변화는 입사각의 변화를 수반하고, 따라서 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 반사각의 대응하는 변화를 또한 초래한다. 따라서, 만곡된 반사 표면을 사용하면, 위치 감지 검출기(30)로 검출된 충돌하는 검출 광 빔(22)의 위치 시프트와 같이 검출 디바이스에 의해 평가되는 전체 편향이 증가될 수 있고, 그에 의해 신호 대 잡음비를 증가시키는 것을 더 허용한다. 도 11에서, 만곡된 부분(88)은 그 외에는 평평한 접촉 표면(14)에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 도 7 및 도 8에 도시된 돌출부(80)의 전방 표면(82)에도 마찬가지로 만곡된 부분이 형성될 수 있다는 점에 주목한다. 또한, 도 11에 도시된 실시예에서는 만곡된 부분(88)이 오목했지만, 볼록하게 만곡된 부분들(도시되지 않음)에서도 유사한 효과들이 획득될 수 있는데, 왜냐하면 이 경우에도 국소적인 굴절률 변화는 검출 광 빔이 만곡된 부분에 충돌하는 위치의 변화를 수반하고, 그에 따른 입사각의 변화를 수반할 것이기 때문이다.

또한, 도 11에서, 만곡된 부분(88)은 구형 형상을 갖는 것으로, 즉 2개의 주요 방향에서 동일하거나 유사한 만곡을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 만곡된 부분(88)은 한 방향에서만 지배적으로 또는 심지어 배타적으로 만곡될 수 있는데, 예를 들면 실린더의 단면 형상을 갖는다(실린더 축에 평행한 단면 평면을 가짐). 이는 오목한 만곡된 부분들(88)의 경우에 특히 유리하며, 이 경우 손가락(12)은 오목한 만곡된 부분의 길이방향 축에 평행하게 배치될 수 있고, 이는 만곡된 부분의 만곡된 표면 상에서 특히 양호한 접촉을 허용한다. 위에서 언급한 바와 같이, 바람직한 실시예들에서, 적어도 하나의 주요 방향에서의 만곡된 부분(88)의 곡률 반경은 5 내지 30mm, 더 바람직하게는 10 내지 20mm 범위 내에 있다. 바람직한 실시예들에서, 주요 방향에서의 만곡된 영역(88)의 폭은 적어도 300㎛이고, 곡률 반경의 최대 2배이다.

위에서 언급된 바와 같이, 많은 실시예들에서, PSD(30) 상의 검출 광 빔(22)의 광 스폿은 세장형 형상, 예를 들어 그 장축이 검출 방향에 평행한 타원형 형상을 갖는 것이 유리하다. 이러한 세장형 형상은 예를 들어 상기 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 검출 방향에 직교하는 방향으로만 검출 광 빔(22)을 시준함으로써 획득될 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 광 스폿의 세장형 형상은 도 12에 도시된 바와 같이 검출 광 빔(22)에 대해 검출 광 평면에서 PSD(30)를 기울여서, 그것이 90°로부터 벗어난 각도로 PSD(30)에 충돌하게 함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, PSD(30)의 검출 표면에 대한 입사각은 80° 미만, 바람직하게는 70° 미만, 가장 바람직하게는 50° 미만일 수 있다.

도 13 및 도 14는 도 7과 유사한 또 다른 장치(10)를 각각 평면도 및 사시도로 도시한다. 도 7의 장치와 마찬가지로, 도 13 및 도 14의 장치는 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에서 반사되는 검출 광 빔(22), 및 참조 부호(20)에서 표시된 열 렌즈와의 상호작용으로 인한 검출 광 빔(22)의 편향을 검출하는 것을 허용하는 PSD(30)와 같은 검출 디바이스를 포함한다. 도 13 및 도 14의 실시예에서, 검출 광 빔(22)은 분할기(90)에 의해 소스 광 빔(88)으로부터 도출된다. 분할기(90)는 검출 광 빔(22)을 형성하는 소스 광 빔(88)의 부분을 투과시키고, 기준 광 빔(92)을 형성하는 또 다른 부분을 반사시킨다. 거울(94)을 사용하여, 기준 광 빔(92)은 마찬가지로 검출 광 빔(22)의 반사 위치에 가까운 위치에서, 특히 또한 동작 시에 손가락(12)(도시되지 않음)이 접촉 표면(14)에 접촉하는 영역 내에서, 측정 본체(16)의 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향된다. 그러나, 접촉 표면(또는 보다 정확하게는, 접촉 표면(14)과 재료, 즉 손가락(12) 사이의 계면)에서의 기준 광 빔(92)의 반사 지점은 여기 빔(18)이 흡수되는 영역으로부터 충분히 멀리 떨어져 있고, 따라서 여기 복사(18)의 흡수 시에 손가락(12)으로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 효과는 무시가능하다. 이는 도 13 및 도 14에 도시되어 있으며, 여기서 열 렌즈(20)는 기준 광 빔(92)이 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에서 반사되는 영역까지 연장되지 않는다는 것을 알 수 있다.

도 14에서, 참조 부호(93)는 검출 광 빔(22) 및 기준 광 빔(92)이 측정 본체(16)에 들어가고 그로부터 나오는 지점들을 나타내고, 주로 3차원 구조를 상상하는 것을 돕기 위해 도시된다. 도 14의 개략도에서, 단순함을 위해 입사 및 출사 표면에서의 검출 및 기준 광 빔들(22, 92)의 굴절이 도시되지 않았음에 주목해야 한다. 추가 검출 디바이스(96)는 기준 광 빔(92)의 편향 정도를 검출하기 위해 제공되며, 도시된 실시예에서, PSD(30)와 동일한 유형의 PSD에 의해 형성된다.

기준 광 빔(92)은 열 렌즈(20), 또는 달리 말하면 여기 광 빔(18)의 흡수로 인해 수신되는 열 또는 압력파의 효과를 제외하고는 검출 광 빔(22)과 동일한 유형의 잡음, 진동, 섭동 또는 외부 영향의 전부 또는 거의 전부에 노출될 것임을 알 수 있다. 따라서, 재료 내에서의 흡수에 기인하는 것들 외의 검출 광 빔(22)의 편향을 야기할 수 있는 모든 또는 적어도 대부분의 유형의 외부 효과들은 또한 기준 광 빔(92)에 영향을 미칠 것이고 추가 검출기(96)에 의해 측정될 수 있다. 그러면, 기준 광 빔(92)에 대한 추가 검출기(92)의 측정 결과는 검출 광 빔(22)에 대해 PSD(30)의 측정 결과에서의 이러한 효과들을 보정하여, 측정 신호 품질을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

도 15 및 16을 참조하면, 측정 본체(16)에 내장된 광섬유(98)를 포함하는 장치의 추가 실시예가 도시되어 있다. 검출 광원(28)은 검출 광을 상기 섬유(98) 내로 결합하기 위해 상기 섬유(98)의 한 단부에 제공된다. 섬유(98)의 다른 단부에는 모드 검출기(100)가 제공된다. 모드 검출기(100)는 상기 재료로부터 측정 본체(16)에 의해 수신된 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들을 검출하기에 적합하다. 예를 들어, 모드 검출기(100)는 모드들을 시각화하기에 적합한 카메라, 보다 정확하게는 광학 모드들의 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 도 15의 우측에는 이러한 모드 카메라에 의해 생성된 이미지가 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 광학 모드들(104), 보다 정확하게는 광학 모드의 간섭 패턴들을 특정 회전 배향에서 볼 수 있다.

도 16은 도 15와 동일한 장치를 도시하지만, 여기서 손가락(12)(도 15 및 도 16에는 도시되지 않음)과 같은 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들로 인해 온도 구배(20)가 형성된다. 이는 도 16의 확대된 부분에 도시된 광섬유(98)의 일시적인 변형을 야기할 것이며, 여기서 변형은 예시 목적을 위해 매우 과장되어 있다. 광섬유(98)의 이러한 일시적인 변형은 모드 카메라(100)에 의해 검출되는 바와 같은 광학 모드의 변화를 야기할 것이다. 도 16에 도시된 예시적인 실시예에서, 모드들의 변화는 도 15 및 도 16의 개략적으로 도시된 모드 이미지들의 비교에 의해 보이는 바와 같은 모드들의 간섭 패턴의 회전에 해당한다. 다른 실시예들에서, 모드들의 변화는 예를 들어 모드들의 간섭 패턴의 시프트에 대응할 수 있다.

도시된 실시예에서, 모드 검출기(100)는 카메라 이미지들의 이미지 분석에 기초하여 모드 변화들을 검출하도록 구성된 프로세서(개별적으로 도시되지 않음)를 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 광학 모드의 검출가능한 변화들은 섬유 내에서의, 그리고 또한 모드 카메라(100) 상에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함할 수 있다. 따라서, 시프트 거리 또는 회전 각도는 재료로부터 수신되는 열의 양 또는 압력파의 강도에 연관되어 궁극적으로는 재료에 의해 흡수된 여기 광의 양을 나타내는 정량적 파라미터이다. 도 15 및 도 16의 장치는 매우 간단하고 견고하며 광학 컴포넌트들의 임의의 조절이 거의 필요하지 않다는 점에서 유리하다. 이것은 휴대용 장치에 특히 유용하다.

도 17은 추가 실시예에 따른 장치(10)의 측면도 및 사시도를 도시한다. 장치(10)는 소형 스마트폰과 유사한 크기를 갖는 휴대용 글루코스 측정 디바이스이다. 도 17의 상부 도면에서, 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16)가 도시되며, 이 경우에 이는 도 11의 것과 유사한 만곡된 부분을 갖는다. 접촉 표면(14) 상에서, 손가락(12)은 손가락(12)이 원통형 구조물에 의해 개략적으로만 표현되는 도 17에 도시된 방식으로 배치될 수 있다. 장치의 추가 상세들은 도 16 및 도 17에 도시되지 않았지만, 디바이스의 측정 원리는 만곡된 표면에서 반사되는 검출 광 빔(도시되지 않음)을 사용하는 도 11과 유사하다. 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이, 이것은 측정 빔의 특히 큰 편향을 초래하고, 따라서 특히 높은 신호 대 잡음비를 초래한다.

클램핑 부재(108)를 포함하는 클램핑 디바이스(106)가 도 17에 추가로 도시되어 있다. 클램핑 부재(108)는 제1 단부(도면에서 좌측 단부)에 피벗가능하게 장착되고, 토션 스프링(114)에 의해 도 17의 상부 도면에 도시된 폐쇄 위치로 바이어스되며, 그러한 폐쇄 위치에서 클램핑 부재는 접촉 표면(14)에 가깝다. 클램핑 부재(108)의 제2 단부에서, 핸들 부재(110)가 제공되어, 클램핑 부재(108)를 잡고 그것을 토션 스프링(114)의 바이어스 힘에 대항하여 개방 위치로 회전시키는 것을 허용하며, 그러한 개방 위치에서 클램핑 부재(108)는 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)으로부터 멀리 이동된다. 손가락(12)은 클램핑 부재(108)가 개방 위치에 있을 때 접촉 표면(14) 상에 배치될 수 있고, 상기 클램핑 부재(108)는 폐쇄 위치를 향한 바이어스 힘으로 인해 접촉 표면(14)에 대해 상기 손가락(12)을 누르기에 적합하다. 이러한 방식으로, 미리 정의된 접촉 압력이 보장될 수 있다. 클램핑 부재(108)의 제2 단부 가까이에 쿠션(112)이 형성되고, 이는 도 17에 도시된 방식으로 손가락(12)이 클램핑 부재(108)에 의해 유지될 때 손가락 상에 놓인다. 도시된 실시예에서, 도 7에 도시된 압력 센서들(86)과 유사한 방식으로 접촉 압력을 모니터링하는 압력 센서(도시되지 않음)가 쿠션(112) 내에 제공된다. 클램핑 메커니즘은 핸드핼드형 디바이스에서의 사용에 제한되지 않고, 예를 들어 탁상용 디바이스 또는 임의의 다른 변형에서도 제공될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 더욱이, 클램핑 부재(108)의 바이어스 힘은 반드시 토션 스프링(114)과 같은 토션 스프링에 의해 생성되어야 하는 것이 아니라, 판 스프링으로서 작용하는 클램핑 부재(108)에 의해서도 제공될 수 있다. 토션 스프링(114)을 대신하여, 클램핑 부재(108)(판 스프링)의 휴지 위치를 조절하고 그 결과 그에 의해 생성되는 바이어스 힘을 조절하도록 허용하는 조절가능한 마운트가 있을 수 있다.

도 18 및 도 19는 일부 면에서 구조적으로 도 13 및 도 14와 유사한 또 다른 장치(10)를 도시한다. 도 13 및 도 14의 실시예에서와 같이, 인체 조직과 같은 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 대한 물리적 응답(조직 및 여기 복사(18) 둘 다는 도 18 및 도 19에 도시되지 않음)은 굴절률의 국소적 변화이며, 여기서 굴절률의 국소적 변화의 영역은 다시 참조 부호(20)로 지정된다. 그러나, 이 경우에서의 응답 신호는 도 13 및 도 14의 실시예의 경우에서와 같은 측정 빔의 편향이 아니라 도 6의 실시예와 유사한 간섭 신호이다.

도 18 및 도 19의 장치는 분할기(90)에 의해 투과 부분(100) 및 반사 부분(102)으로 분할되는 검출 광 빔(98)을 포함한다. 반사 부분(102)은 예컨대 투과 부분(100)에 평행하게 안내되도록 거울(104)에 의해 재지향되고, 두 부분 모두 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에 평행한 평면 내에 위치된다. 따라서, 도 13 및 도 14의 실시예와 달리, 투과 및 반사 부분(100, 102)은 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)에서 반사되지 않는다.

검출 광 빔(98)의 투과 부분(100)은 굴절률의 국소적 변화가 발생하는 영역(20)을 통과하는 반면, 반사 부분(102)은 이 영역을 회피한다. 추가 거울(104) 및 결합기(106)를 사용하여, 검출 광 빔(98)의 두 부분(100, 102)이 재결합되고, 재결합된 부분들(100, 102)의 간섭 신호가 광학 검출기(108)로 기록된다. 영역(20) 내에서의 굴절률의 임의의 변화는 투과 부분(100)의 위상 시프트를 초래하고, 따라서 검출기(108)에서의 간섭 신호의 변화를 초래한다. 굴절률의 국소적 변화가 클수록 위상 변화는 더 커서, 이러한 위상 변화는 여기 복사 빔(18)의 흡수 정도를 나타낸다.

도 18 및 도 19의 실시예는 단지 예시일 뿐이며, 두 개의 광 빔이 간섭하게 되고, 그 중 하나만이 여기 복사의 흡수 시에 접촉 표면(14) 상에 배치된 재료로부터 수신되는 열 또는 압력파들에 노출되는 측정 본체(16) 내의 영역(20)을 통과하는 임의의 변형이 여기서 고려된다는 점에 주목해야 한다.

도 7의 실시예에서, 돌출부(80)는 측정 본체(16)의 접촉 표면(14) 상에 형성되었지만, 이것이 돌출부를 제공하는 유일한 방법은 아니다. 대신, 측정 본체 자체가 돌출부를 형성하거나 돌출부의 일부를 형성하는 것도 가능하다. 이에 대한 예가 도 20에 도시되어 있는데, 이는 측정 본체(16)가 이 경우에 훨씬 더 작고 그 자체로 돌출부(80)를 형성한다는 점을 제외하면 도 7과 매우 유사하다. 또한, 도 7의 실시예에서는 포커싱 렌즈(76) 및 시준 렌즈(78)가 측정 본체(16)에 일체화되었지만, 도 20의 실시예에서는 이들이 각각 별도의 포커싱 렌즈(112) 및 시준 렌즈(114)로 대체된다.

도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 측정 본체(16)의 접촉 표면은 돌출부(80)의 전방 표면(82)을 형성한다. 또한, 돌출부(80)의 전방 표면(82)은 이 경우, 하우징 벽부(110)에 의해 형성되는 주변 구조물에 대해 상승된다.

도시된 실시예에서, 측정 본체(16)에 의해 형성된 돌출부(80)는 도 7의 실시예에서의 접촉 표면(14) 상의 돌출부(84)와 동일하거나 유사한 크기이다. 측정 본체의 접촉 표면에 형성된 "돌출부들"에 대해 위에서 제공된 모든 서술들 및 설명들은 측정 본체(16)에 의해 형성되거나 적어도 부분적으로 측정 본체(16)에 의해 형성된 돌출부에 마찬가지로 적용된다는 점에 주목해야 한다.

도 21 내지 도 23은 측정 본체(16)가 돌출부(80)의 일부를 형성하는 추가 실시예를 도시한다. 보다 정확하게는, 도 21은 측정 본체(16)가 장착되는 장착 블록(112)을 도시한다. 장착 블록(112)은 다시 돌출부(80)가 형성되는 상부 표면(114)을 갖는다. 이 경우, 돌출부(80)는 리세스(118)가 형성된 리셉터클(116)에 의해 부분적으로 형성된다. 측정 본체(16)는 상기 리셉터클(116)의 리세스(118)에 수용되는 프레임(120)에 장착된다. 이 경우, 리셉터클(116), 프레임(120) 및 측정 본체(16)는 결합하여, 장착 구조물(112)의 최상부 표면(114) 위로 돌출하는 돌출부(80)를 형성한다. 여기서, 상기 측정 본체(16)의 접촉 표면(도 21의 상부 표면)은 돌출부(80)의 전방 표면의 일부를 형성하며, 이는 이 경우 앞서 언급된 "주변 구조물"을 형성하는 최상부 표면(114)에 대해 상승된다.

도 22는 장착 구조물(112)의 최상부 표면(114) 및 돌출부(80)에 대한 평면도를 도시한다. 도 23은 도 23의 라인 A-A를 따른 단면도를 도시한다. 특히 도 22에서 볼 수 있는 바와 같이, 프레임(120)은 수직축 주위로 몇 도 회전될 수 있고, 나사들(122)에 의해 원하는 위치에 고정될 수 있다. 원하는 회전 위치의 조절을 용이하게 하기 위해, 프레임(120), 및 리셉터클(116)의 최상부 표면 둘 다에 저울들(124)이 제공된다.

도 23에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서, 여기 광 빔(18)은 수직 상향으로 지향된다. 프레임(120)이 그 주위로 회전될 수 있는 회전축은 여기 광 빔(18)의 광 빔 전파 축과 일치한다. 여기 광 빔(18)은 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)을 통해 최상부 표면(114) 및 돌출부(80) 상에 배치될 때의 재료 내로 조사되는 것을 알 수 있고, 여기서 접촉 표면(14)은 동시에 돌출부의 전방 표면의 일부, 특히 여기 광 빔(18)이 그를 통해 재료 내로 조사되는 부분을 형성한다. 더욱이, 도 23에서 더 알 수 있는 바와 같이, 이 전방 표면은 주변 구조물, 즉 장착 구조물(112)의 최상부 표면(114)에 대해 상승된다.

도 21 내지 도 23에 도시된 실시예에서, 돌출부(80)는 도 7 또는 도 20에 도시된 돌출부보다 상당히 크다. 도 21 내지 도 23의 실시예에서, 돌출부(80)는 사람의 손목 아래에서의 측정을 위해 만들어진다. 이 돌출부(80)는 접촉을 개선하고, 특히 암을 놓기 위한 평평한 표면과 비교할 때 조직 내로의 여기 광(18)의 결합을 개선하는 것으로 밝혀졌다.

도 1 내지 도 23에 도시된 실시예에서, 측정 본체(16)의 접촉 표면(14)은 돌출부(80)의 최상부 표면의 일부만을 형성하지만, 그를 통해 여기 복사(18)가 재료 내로 조사되는 부분을 형성한다는 점에 주목해야 한다.

리셉터클(116)의 리세스(118) 내에서 프레임(120)을 회전시킴으로써, 측정 본체의 입사 표면(72)에 대한 검출 광 빔(22)의 입사각이 조절될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 검출 광 빔(22)은 89° 이하, 88° 이하 및 예를 들어 87.5° 이하와 같이 90°가 상이한 입사 표면에 대한 입사각으로 입사 표면에 충돌해야 한다. 이는 검출 광 빔(22)이 그 자신에 대해 후방 반사되는 것을 방지하는데, 그러한 후방 반사는 역방향 간섭 효과들을 야기할 수 있고, 또한 가능하게는 검출 광원의 손상을 야기할 수 있다. 동시에, 90°로부터의 편차는 이 목적을 위해 필요한 것보다 크지 않아야 한다. 따라서, 이 각도는 바람직하게는 80° 이상, 더 바람직하게는 84° 또는 85° 이상과 같이 80% 이상이다.

이하의 예들이 본 명세서에 추가로 개시된다:

예 1:

적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:

상기 재료와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면을 갖는 측정 본체 - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,

여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스, 및

상기 여기 복사의 흡수 시에 상기 재료로부터 수신된 열 또는 압력파에 대한 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -

를 포함하고, 재료와 측정 본체 사이의 접촉 압력을 측정하기 위해 압력 센서가 제공된다.

예 1의 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 재료와 측정 본체 사이의 접촉 압력을 나타내는 신호들을 상기 압력 센서로부터 수신하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하고, 접촉 압력이 상기 임계값 미만인 것으로 발견된 경우,

사용자에게 접촉 압력의 부족을 표시하는 것,

분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하는 것, 및

현재 분석물 측정 프로세스를 중단하는 것

중 하나 또는 둘 다를 하도록 구성된다.

예 2:

를 포함하고,

상기 측정 본체는 상기 여기 복사에 대해 투명하고,

상기 여기 복사 소스는 여기 빔으로서 상기 여기 복사를 제공하도록 구성되고,

여기 복사 소스는 상기 여기 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 상기 접촉 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열되며,

예 2의 바람직한 실시예에서, 상기 여기 빔은 90°±1.5°의 각도로 측정 본체의 표면에 충돌한다.

예 2의 바람직한 실시예에서, 각각 여기 빔이 측정 본체에 진입하고 그로부터 나오는 각각의 부분들에서의 입사 표면 및 접촉 표면은 서로에 대해 1.0° 이상, 바람직하게는 2.0° 이상, 가장 바람직하게는 2.5° 이상, 및 8.0° 이하, 바람직하게는 6.0° 이하, 가장 바람직하게는 5.0° 이하의 각도로 경사진다.

예 3:

여기 복사를 재료 내에 흡수되게끔 재료 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스,

상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 검출 광원 - 상기 검출 광 빔은 상기 접촉 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 광 빔은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성되는 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달될 때 편향됨 -, 및

검출 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 검출 광 빔의 편향의 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 검출기

를 포함하고, 측정 본체의 상기 접촉 표면은 검출 광 빔이 반사되는 영역에서 적어도 하나의 주요 방향으로 만곡된다.

예 3의 바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 주요 방향에서의 상기 만곡은 5 내지 30mm, 바람직하게는 10 내지 20mm 범위의 곡률 반경에 대응한다.

예 3의 바람직한 실시예에서, 상기 주요 방향의 상기 만곡은 오목 또는 볼록 중 하나이다.

예 3의 바람직한 실시예에서, 상기 전방 표면에서의 반사 이전 및 이후의 검출 광 빔은 검출 광 평면을 형성하고, 상기 주요 방향은 상기 검출 광 평면 내에 있거나 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성한다.

예 4:

상기 측정 본체 또는 상기 측정 본체 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔을 생성하기 위한 검출 광원 - 상기 검출 광 빔은 상기 접촉 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 광 빔은 재료 내에서의 여기 복사의 흡수에 의해 생성되는 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것에 응답하여 편향됨 -, 및

를 포함하고,

검출 광원은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열되고,

검출 빔이 측정 본체의 출사 표면으로부터 나올 때 굴절되도록, 검출 빔은 출사 표면에 대한 법선에 대해 5° 이상, 바람직하게는 10° 이상, 가장 바람직하게는 15°이상의 각도로 출사 표면에 충돌하고, 검출 광 빔에 대한 출사 표면의 배향은 상기 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것에 응답한 검출 광 빔의 상기 편향이 출사 표면에의 법선에 대한 상기 검출 광 빔의 상기 각도를 증가시키게 하는 것이다.

예 5:

를 포함하고,

검출 광원은 상기 검출 광 빔이 입사 표면에서 상기 측정 본체 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면에서 측정 본체로부터 나오도록 배열되고, 상기 검출 빔을 포커싱하기 위해 포커싱 렌즈가 입사 표면에 부착되거나 입사 표면과 일체로 형성되고/거나, 시준 렌즈가 출사 표면에 부착되거나 출사 표면과 일체로 형성된다.

예 6:

를 포함하고,

상기 검출기는 상기 검출 광 빔이 충돌하는 위치 감지 검출기를 포함하고, 상기 위치 감지 검출기는 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트들을 검출하는 데에 민감하고,

상기 위치 감지 검출기는 상기 검출 광 빔의 상기 편향이 상기 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 검출 광 빔의 위치 시프트를 유도하도록 배열되고, 상기 감지 방향에서 상기 위치 감지 검출기에 충돌하는 검출 광 빔의 직경이 상기 감지 방향에 직교하는 방향에서의 검출 광 빔의 직경의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배 크도록, 검출 광 빔의 프로파일을 성형하기 위해 검출 광 빔의 광 경로 내에 실린더 렌즈가 제공되고/되거나, 위치 감지 검출기가 검출 광 빔에 대해 90°로부터 벗어난 각도로 배열된다.

예 6의 바람직한 실시예에서, 실린더 렌즈는 상기 접촉 표면에서의 검출 광 빔의 반사와 상기 위치 감지 검출기 사이의 검출 광 빔의 상기 광 경로에 배열된 시준 렌즈이고, 상기 실린더 렌즈는 상기 검출 광 빔을 지배적으로 상기 위치 감지 검출기의 상기 감지 방향에 직교하는 차원에서 시준하도록 배열되고, 상기 실린더 시준 렌즈는 바람직하게는, 검출 광 빔이 측정 본체로부터 나오는 상기 측정 본체의 출사 표면과 일체로 형성된다.

예 7:

를 포함하고, 소스 광 빔을 상기 검출 광 빔 및 기준 광 빔으로 분할하기 위한 빔 분할기를 더 포함하고, 상기 기준 광 빔은 마찬가지로 상기 재료와, 그러나 여기 복사의 흡수 시에 재료로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 영향이 무시될 수 있는 영역에서 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체의 표면에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 기준 광 빔이 상기 접촉 표면에서 반사된 후의 기준 광 빔의 편향 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 추가 검출 디바이스를 포함하고, 상기 추가 검출 디바이스는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기를 포함한다.

예 8:

를 포함하고, 상기 장치는 상기 측정 본체에 내장된 섬유, 검출 광을 상기 섬유 내로 결합하기 위해 상기 섬유의 한 단부에 제공되는 검출 광원, 및 상기 섬유의 다른 단부에 제공되는 모드 검출기를 포함하고, 상기 모드 검출기는 상기 재료로부터 측정 본체에 의해 수신되는 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들을 검출하기에 적합하고, 광학 모드들의 상기 변화들은 바람직하게는 섬유 내에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함한다.

본 발명은 특정 실시예들의 관점에서 설명되었지만, 변형들 및 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 떠오를 것이며, 이들 모두는 본 발명의 양태들로 의도된다는 것이 이해된다. 따라서, 청구항들에 나타나는 그러한 제한들만이 본 발명에 적용되어야 한다.

Claims

적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하기 위한 장치(10)로서,
- 상기 재료(12)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉을 하기에 적합한 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16) - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,
- 여기 복사(18)를 상기 재료 내에 흡수되게끔 상기 재료(12) 내로 조사하도록 구성된 여기 복사 소스(26), 및
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파에 대한 상기 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하기 위한 검출 디바이스 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -
를 포함하고, 돌출부(80)가 제공되고, 상기 돌출부는 상기 재료(12)를 향하고 상기 재료가 상기 접촉 표면과 접촉하게 될 때 상기 재료와 접촉하는 전방 표면(82)을 가지며, 상기 여기 복사(18)는 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)을 통해 상기 재료(12) 내로 조사되고,
상기 돌출부(80)는 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14) 상에 형성되거나,
상기 측정 본체(16)는 상기 돌출부 또는 상기 돌출부의 일부를 형성하고, 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)은 상기 돌출부의 상기 전방 표면의 적어도 일부를 형성하고 주변 구조물에 대해 상승되는, 장치(10).
제1항에 있어서, 상기 전방 표면(82)은 평평한, 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 0.3㎝²미만, 바람직하게는 0.2㎝² 미만, 더 바람직하게는 0.1㎝² 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.05㎝² 미만 및 가장 바람직하게는 0.02㎝² 미만의 풋프린트 영역을 갖는, 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 하나 이상의 측벽(84)이 상기 전방 표면(82)을 향해 점점 가늘어지는 테이퍼링 형상을 갖는, 장치(10).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 원형, 타원형 또는 정사각형 형상인 풋프린트를 갖는, 장치(10).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 제1 방향의 더 긴 연장부, 및 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 더 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상이고, 상기 더 긴 연장부는 상기 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 더 바람직하게는 적어도 2.5배, 및 가장 바람직하게는 적어도 3.0배만큼 초과하는, 장치(10).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80) 또는 상기 돌출부(80)의 상기 일부를 형성하는 상기 측정 본체(16)는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용되고, 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)은 상기 프레임 또는 리셉터클로부터 돌출하거나, 상기 프레임 또는 리셉터클은 주변 구조물로부터 돌출되는, 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체 사이의 접촉 압력을 측정하기 위해 압력 센서(86)가 제공되는, 장치(10).
제8항에 있어서, 상기 장치(10)는 상기 재료(12)와 상기 측정 본체(16) 사이의 접촉 압력을 나타내는 신호들을 상기 압력 센서(86)로부터 수신하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하고, 상기 접촉 압력이 상기 임계값 미만인 것으로 발견된 경우,
사용자에게 접촉 압력의 부족을 표시하는 것,
분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하는 것, 및
현재 분석물 측정 프로세스를 중단하는 것
중 하나 이상을 하도록 구성되는, 장치(10).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 클램핑 디바이스(106)를 더 포함하고, 상기 클램핑 디바이스(106)는 클램핑 부재(108)를 포함하고, 상기 클램핑 부재는 상기 클램핑 부재(108)가 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)으로부터 멀리 이동되는 개방 위치와 상기 클램핑 부재가 상기 접촉 표면(14)에 근접하게 되는 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 클램핑 부재(108)는 상기 폐쇄 위치를 향하여 바이어스되고, 상기 재료(12)는 상기 클램핑 부재가 상기 개방 위치에 있을 때 상기 접촉 표면(14) 상에 배치될 수 있고, 상기 클램핑 부재(108)는 상기 폐쇄 위치를 향한 바이어스 힘들로 인해 상기 재료(12)를 상기 접촉 표면(14)에 대해 가압하기에 적합한, 장치(10).
제10항, 및 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 압력 센서(86)는 상기 클램핑 디바이스(106) 상에 배열되는, 장치(10).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)에 대해 상기 재료(12)를 고정하기 위한 스트랩을 더 포함하는, 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 여기 복사(18)에 대해 투명하고,
상기 여기 복사 소스(26)는 여기 빔으로서 상기 여기 복사(18)를 제공하도록 구성되고,
상기 여기 복사 소스(26)는 상기 여기 빔이 상기 측정 본체의 입사 표면(70)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체(16)의 일부를 통해 전파되어 상기 접촉 표면(14)에서 상기 측정 본체(16)로부터 나오도록 배열되며,
상기 여기 빔(18)은 89.0° 이하, 바람직하게는 88.0° 이하, 및 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 82.0° 이상, 바람직하게는 84.0° 이상 및 가장 바람직하게는 85.0° 이상의 각도로 입사 표면(70)에 충돌하는, 장치(10).
제13항에 있어서, 상기 여기 빔(18)은 90°±1.5°의 각도로 상기 측정 본체의 상기 접촉 표면(14)에 충돌하는, 장치(10).
제13항 또는 제14항에 있어서, 각각 상기 여기 빔이 상기 측정 본체에 진입하고 그로부터 나오는 각각의 부분들에서의 상기 입사 표면(70) 및 상기 접촉 표면(14)은 서로에 대해 1.0° 이상, 바람직하게는 2.0° 이상, 및 가장 바람직하게는 2.5° 이상, 및 8.0° 이하, 바람직하게는 6.0° 이하 및 가장 바람직하게는 5.0° 이하의 각도로 경사진, 장치(10).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체(16) 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔(22)을 생성하기 위한 광원(28)을 포함하고,
상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16)의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체(16) 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출 디바이스는 상기 굴절률의 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하도록 구성되는, 장치(10).
제16항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 검출 광 빔(22)이 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되도록 구성되고, 상기 검출 광 빔(22)은 89° 이하, 바람직하게는 88° 이하, 및 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 80° 이상, 바람직하게는 82° 이상, 더 바람직하게는 84° 이상 및 가장 바람직하게는 85° 이상의 상기 입사 표면에 대한 입사각으로 상기 입사 표면(72)에 충돌하는, 장치.
제17항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 측정 본체(16)의 상기 입사 표면(72)에 충돌할 때의 상기 검출 광 빔의 상기 입사각을 조절하기 위한 것과 같이 상기 측정 본체(16)를 회전시키는 것을 허용하는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용되고, 특히 상기 프레임 또는 리셉터클은 상기 측정 본체(16)를 여기 광 빔과 평행하거나 평행으로부터 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 벗어나는 축 주위로 회전시키는 것을 허용하고, 가장 바람직하게는 상기 측정 본체(16)의 상기 회전축은 상기 여기 광 빔(18)과 일치하는, 장치.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 본체(16)는 상기 검출 광 빔(22)에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체(16)의 상기 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한, 상기 검출 광 빔이 상기 접촉 표면(14)에서 반사된 후의 상기 검출 광 빔(22)의 편향의 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 검출기(30)를 포함하고, 상기 검출 디바이스는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기(30)를 포함하는, 장치(10).
제19항에 있어서, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되는, 장치(10).
제20항에 있어서, 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)은 적어도 하나의 주요 방향(principal direction)으로 만곡되는, 장치(10).
제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주요 방향에서의 상기 만곡은 5 내지 30mm, 바람직하게는 10 내지 20mm 범위의 곡률 반경에 대응하는, 장치(10).
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주요 방향의 상기 만곡은 오목 또는 볼록 중 하나인, 장치(10).
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 표면(82)에서의 반사 이전 및 이후의 상기 검출 광 빔(22)은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 적어도 하나의 주요 방향은 상기 검출 광 평면 내에 있거나 상기 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성하는, 장치(10).
제6항, 및 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 표면(82)에서의 반사 이전 및 이후의 상기 검출 광 빔(22)은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 제1 방향은 상기 검출 광 평면과 평행하거나 상기 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성하는, 장치(10).
제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 광원(28)은 상기 검출 광 빔(22)이 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면(74)에서 상기 측정 본체로부터 나오도록 배열되고,
상기 검출 빔(22)이 상기 측정 본체(16)의 상기 출사 표면(74)으로부터 나올 때 굴절되도록, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 임의의 편향의 부재 시에, 상기 출사 표면(74)에 대한 법선에 대해 5° 이상, 바람직하게는 10° 이상 및 가장 바람직하게는 15°이상의 각도로 상기 출사 표면(74)에 충돌하고, 상기 검출 광 빔(22)에 대한 상기 출사 표면(74)의 배향은 상기 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체(16)에 전달되는 것에 응답한 상기 검출 광 빔(22)의 상기 편향이 상기 검출 광 빔과 상기 출사 표면에 대한 법선 사이의 상기 각도를 증가시키게 하는 것인, 장치(10).
제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 광원(28)은 상기 검출 광 빔(22)이 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체(16)의 일부를 통해 전파되어 출사 표면(74)에서 상기 측정 본체(16)로부터 나오도록 배열되고, 상기 측정 본체(16)에 진입하는 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 하나의 차원으로 포커싱하기 위해 포커싱 렌즈(76)가 상기 입사 표면(72)과 일체로 형성되고/거나, 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 하나의 차원으로 시준하기 위해 시준 렌즈(78)가 상기 출사 표면(74)과 일체로 형성되는, 장치(10).
제27항에 있어서, 상기 포커싱 렌즈(76) 및 상기 시준 렌즈(78) 중 적어도 하나는 각각 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 지배적으로 하나의 차원에서 포커싱하고 시준하는 실린더 렌즈인, 장치(10).
제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기(30)는 상기 검출 광 빔(22)이 충돌하는 위치 감지 검출기를 포함하고, 상기 위치 감지 검출기(30)는 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 상기 검출 광 빔(22)의 위치 시프트들을 검출하는 데에 민감하고,
상기 위치 감지 검출기(30)는 상기 검출 광 빔(22)의 상기 편향이 상기 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 상기 검출 광 빔의 위치 시프트를 유도하도록 배열되고,
상기 감지 방향에서 상기 위치 감지 검출기(30)에 충돌하는 상기 검출 광 빔(22)의 직경이 상기 감지 방향에 직교하는 방향에서의 상기 검출 광 빔(22)의 직경의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배 크도록, 상기 검출 광 빔(22)의 프로파일을 성형하기 위해 상기 검출 광 빔(22)의 광 경로 내에 실린더 렌즈가 제공되고/되거나, 상기 위치 감지 검출기(30)가 상기 검출 광 빔(22)에 대해 90°로부터 벗어난 각도로 배열되는, 장치(10).
제29항에 있어서, 상기 실린더 렌즈는 상기 접촉 표면(14)에서의 상기 검출 광 빔의 반사와 상기 위치 감지 검출기(30, 62) 사이의 상기 검출 광 빔(22)의 상기 광 경로에 배열된 시준 렌즈(78)이고, 상기 실린더 렌즈는 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 지배적으로 상기 위치 감지 검출기(30)의 상기 감지 방향에 직교하는 차원에서 시준하도록 배열되고, 상기 실린더 시준 렌즈는 바람직하게는, 상기 검출 광(22) 빔이 상기 측정 본체(16)로부터 나오는 상기 측정 본체(16)의 출사 표면(74)과 일체로 형성되는, 장치(10).
제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 소스 광 빔(80)을 상기 검출 광 빔(22) 및 기준 광 빔(92)으로 분할하기 위한 빔 분할기(90)를 더 포함하고, 상기 기준 광 빔(92)은 마찬가지로 상기 재료(12)와, 그러나 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 영향이 무시될 수 있는 영역에서 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체(16)의 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출 디바이스는 상기 기준 광 빔이 상기 접촉 표면(14)에서 반사된 후의 상기 기준 광 빔(92)의 편향 정도, 특히 편향 각도를 검출하기 위한 추가 검출 디바이스(96)를 포함하고, 상기 추가 검출 디바이스는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기(96)를 포함하는, 장치(10).
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스(60)를 포함하는, 장치(10).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체(16) 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 그에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 표현하는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들(6a-6d)을 포함하는, 장치(10).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(10)는 상기 측정 본체에 내장된 광섬유, 검출 광을 상기 광섬유(98) 내로 결합하기 위해 상기 섬유(98)의 한 단부에 제공되는 검출 광원, 및 상기 섬유(98)의 다른 단부에 제공되는 모드 검출기(100)를 포함하고, 상기 모드 검출기(100)는 상기 재료(12)로부터 상기 측정 본체(16)에 의해 수신되는 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들을 검출하기에 적합하고, 상기 광학 모드들의 변화들은 바람직하게는 상기 모드 검출기(100)에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함하는, 장치(10).
제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 피부 내에, 특히 그의 간질액 내에 존재하는 글루코스인, 장치(10).
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)는 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 생성되는, 장치(10).
제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 복사(18)는 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 생성되는, 장치(10).
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있는, 장치(10).
적어도 하나의 분석물을 포함하는 재료(12)를 분석하는 방법으로서,
- 접촉 표면(14)을 갖는 측정 본체(16)를 상기 재료(12)와 열 접촉 또는 압력 전달 접촉시키는 단계 - 상기 열 또는 압력 전달 접촉은 상기 재료 내에서의 여기 복사(18)의 흡수에 의해 생성된 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체에 전달되는 것을 허가함 -,
- 여기 복사(18)를 상기 재료 내에 흡수되게끔 상기 재료(12) 내로 조사하는 단계, 및
- 상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파에 대한 상기 측정 본체 또는 그 안에 포함된 컴포넌트의 물리적 응답을 검출하고 상기 검출된 물리적 응답에 기초하여 응답 신호를 생성하는 단계 - 상기 응답 신호는 여기 복사의 흡수 정도를 나타냄 -
를 포함하고, 돌출부(80)가 제공되고, 상기 돌출부는 상기 재료(12)를 향하고 상기 재료가 상기 접촉 표면과 접촉하게 될 때 상기 재료와 접촉하는 전방 표면(82)을 가지며, 상기 여기 복사(18)는 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)을 통해 상기 재료(12) 내로 조사되고,
상기 돌출부(80)는 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14) 상에 형성되거나,
상기 측정 본체(16)는 상기 돌출부 또는 상기 돌출부의 일부를 형성하고, 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)은 상기 돌출부의 상기 전방 표면의 적어도 일부를 형성하고 주변 구조물에 대해 상승되는, 방법.
제39항에 있어서, 상기 전방 표면(82)은 평평한, 방법.
제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 0.3㎝² 미만, 바람직하게는 0.2㎝² 미만, 더 바람직하게는 0.1㎝² 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.05㎝² 미만 및 가장 바람직하게는 0.02㎝² 미만의 풋프린트 영역을 갖는, 방법.
제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 하나 이상의 측벽(84)이 상기 전방 표면(82)을 향해 점점 가늘어지는 테이퍼링 형상을 갖는, 방법.
제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 원형, 타원형 또는 정사각형 형상인 풋프린트를 갖는, 방법.
제39항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(80)는 제1 방향의 더 긴 연장부, 및 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 더 짧은 연장부를 갖는 릿지 형상이고, 상기 더 긴 연장부는 상기 더 짧은 연장부를 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배, 더 바람직하게는 적어도 2.5배, 가장 바람직하게는 적어도 3.0배만큼 초과하는, 방법.
제39항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)와 상기 측정 본체 사이의 접촉 압력이 측정되는, 방법.
제45항에 있어서,
상기 접촉 압력이 미리 결정된 임계값 미만인지를 확인하고, 상기 접촉 압력이 상기 임계값 미만인 것으로 발견되는 경우,
사용자에게 접촉 압력의 부족을 표시하는 단계,
분석물 측정 프로세스가 시작되는 것을 방지하는 단계, 및
현재 분석물 측정 프로세스를 중단하는 단계
중 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제39항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 디바이스(106)를 사용하여 상기 재료(12)를 상기 접촉 표면(14)에 고정하는 단계를 더 포함하고, 상기 클램핑 디바이스(106)는 클램핑 부재(108)를 포함하고, 상기 클램핑 부재는 상기 클램핑 부재(108)가 상기 측정 본체(16)의 상기 접촉 표면(14)으로부터 멀리 이동되는 개방 위치와 상기 클램핑 부재가 상기 접촉 표면(14)에 근접하게 되는 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 클램핑 부재(108)는 상기 폐쇄 위치를 향하여 바이어스되고, 상기 재료(12)는 상기 클램핑 부재가 상기 개방 위치에 있을 때 상기 접촉 표면(14) 상에 배치되고, 상기 클램핑 부재(108)는 상기 폐쇄 위치를 향한 바이어스 힘들로 인해 상기 재료(12)를 상기 접촉 표면(14)에 대해 가압하는, 방법.
제47항, 및 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 압력 센서(86)는 상기 클램핑 디바이스(106) 상에 배열되는, 방법.
제39항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 스트랩을 사용하여 상기 재료(12)를 상기 접촉 표면(14)에 고정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제39항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 여기 복사(18)에 대해 투명하고,
상기 여기 복사 소스(26)는 여기 빔으로서 상기 여기 복사(18)를 제공하고,
상기 여기 빔은 상기 측정 본체의 입사 표면(70)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체(16)의 일부를 통해 전파되어 상기 접촉 표면(14)에서 상기 측정 본체(16)로부터 나오며,
상기 여기 빔(18)은 89.0° 이하, 바람직하게는 88.0° 이하, 및 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 82.0° 이상, 바람직하게는 84.0° 이상 및 가장 바람직하게는 85.0° 이상의 각도로 입사 표면(70)에 충돌하는, 방법.
제50항에 있어서, 상기 여기 빔(18)은 90°±1.5°의 각도로 상기 측정 본체의 상기 접촉 표면(14)에 충돌하는, 방법.
제50항 또는 제51항에 있어서, 각각 상기 여기 빔이 상기 측정 본체에 진입하고 그로부터 나오는 각각의 부분들에서의 상기 입사 표면(70) 및 상기 접촉 표면(14)은 서로에 대해 1.0° 이상, 바람직하게는 2.0° 이상, 및 가장 바람직하게는 2.5° 이상, 및 8.0° 이하, 바람직하게는 6.0° 이하 및 가장 바람직하게는 5.0° 이하의 각도로 경사진, 방법.
제39항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출은 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체(16) 내에 포함된 컴포넌트의 적어도 일부를 통해 이동하는 검출 광 빔(22)을 생성하는 것을 포함하고,
상기 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들에 대한 상기 측정 본체(16)의 상기 물리적 응답은 상기 측정 본체(16) 또는 상기 컴포넌트의 굴절률의 국소적 변화이고,
상기 검출은 상기 굴절률의 변화로 인한 광 경로의 변화 또는 검출 빔의 위상 변화 중 하나를 검출하는 것을 포함하는, 방법.
제53항에 있어서, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 검출 광 빔(22)이 입사 표면(72)에 89° 이하, 바람직하게는 88° 이하, 및 가장 바람직하게는 87.5° 이하, 및 80° 이상, 바람직하게는 82° 이상, 더 바람직하게는 84° 이상 및 가장 바람직하게는 85° 이상의 상기 입사 표면에 대한 입사각으로 충돌하도록 상기 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되는, 방법.
제54항에 있어서, 상기 측정 본체(16)는 상기 측정 본체(16)의 상기 입사 표면(72)에 충돌할 때의 상기 검출 광 빔의 상기 입사각을 조절하기 위한 것과 같이 상기 측정 본체(16)를 회전시키는 것을 허용하는 프레임 또는 리셉터클 내에 수용되고, 특히 상기 프레임 또는 리셉터클은 상기 측정 본체(16)를 여기 광 빔과 평행하거나 평행으로부터 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 벗어나는 축 주위로 회전시키는 것을 허용하고, 가장 바람직하게는 상기 측정 본체(16)의 상기 축 회전축은 상기 여기 광 빔(18)과 일치하는, 장치.
제53항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 본체(16)는 상기 검출 광 빔(22)에 대해 투명하고, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체(16)의 상기 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 검출은 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한, 상기 검출 광 빔이 상기 접촉 표면(14)에서 반사된 후의 상기 검출 광 빔(22)의 편향의 정도, 특히 편향 각도를 검출하는 것을 포함하고, 상기 검출은 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기(30)를 사용하여 수행되는, 방법.
제56항에 있어서, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 재료(12)와 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되는, 방법.
제57항에 있어서, 상기 돌출부(80)의 상기 전방 표면(82)은 적어도 하나의 주요 방향으로 만곡되는, 방법.
제58항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주요 방향에서의 상기 만곡은 5 내지 30mm, 바람직하게는 10 내지 20mm 범위의 곡률 반경에 대응하는, 방법.
제58항 또는 제59항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주요 방향의 상기 만곡은 오목 또는 볼록 중 하나인, 방법.
제58항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 표면(82)에서의 반사 이전 및 이후의 상기 검출 광 빔(22)은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 적어도 하나의 주요 방향은 상기 검출 광 평면 내에 있거나 상기 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성하는, 방법.
제44항, 및 제46항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 표면(82)에서의 반사 이전 및 이후의 상기 검출 광 빔(22)은 검출 광 평면을 정의하고, 상기 제1 방향은 상기 검출 광 평면과 평행하거나 상기 검출 광 평면과 30° 미만, 바람직하게는 20° 미만의 각도를 형성하는, 방법.
제43항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 광원(28)은 상기 검출 광 빔(22)이 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체의 일부를 통해 전파되어 출사 표면(74)에서 상기 측정 본체로부터 나오도록 배열되고,
상기 검출 빔(22)이 상기 측정 본체(16)의 상기 출사 표면(74)으로부터 나올 때 굴절되도록, 상기 검출 광 빔(22)은 상기 굴절률의 국소적 변화로 인한 임의의 편향의 부재 시에, 상기 출사 표면(74)에 대한 법선에 대해 5° 이상, 바람직하게는 10° 이상 및 가장 바람직하게는 15°이상의 각도로 상기 출사 표면(74)에 충돌하고, 상기 검출 광 빔(22)에 대한 상기 출사 표면(74)의 배향은 상기 열 또는 압력파들이 상기 측정 본체(16)에 전달되는 것에 응답한 상기 검출 광 빔(22)의 상기 편향이 상기 검출 광 빔과 상기 출사 표면에 대한 법선 사이의 상기 각도를 증가시키게 하는 것인, 방법.
제43항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 광 빔(22)은 입사 표면(72)에서 상기 측정 본체(16) 내로 조사되고 상기 측정 본체(16)의 일부를 통해 전파되어 출사 표면(74)에서 상기 측정 본체(16)로부터 나오고, 상기 측정 본체(16)에 진입하는 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 하나의 차원으로 포커싱하기 위해 포커싱 렌즈(76)가 상기 입사 표면(72)과 일체로 형성되고/거나, 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 하나의 차원으로 시준하기 위해 시준 렌즈(78)가 상기 출사 표면(74)과 일체로 형성되는, 방법.
제64항에 있어서, 상기 포커싱 렌즈(76) 및 상기 시준 렌즈(78) 중 적어도 하나는 각각 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 지배적으로 하나의 차원에서 포커싱하고 시준하는 실린더 렌즈인, 방법.
제43항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기(30)는 상기 검출 광 빔(22)이 충돌하는 위치 감지 검출기를 포함하고, 상기 위치 감지 검출기(30)는 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 상기 검출 광 빔(22)의 위치 시프트들을 검출하고,
상기 위치 감지 검출기(30)는 상기 검출 광 빔(22)의 상기 편향이 상기 적어도 하나의 감지 방향에서 그에 충돌하는 상기 검출 광 빔의 위치 시프트를 유도하도록 배열되고,
상기 감지 방향에서 상기 위치 감지 검출기(30)에 충돌하는 상기 검출 광 빔(22)의 직경이 상기 감지 방향에 직교하는 방향에서의 상기 검출 광 빔(22)의 직경의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 2.0배 크도록, 상기 검출 광 빔(22)의 프로파일을 성형하기 위해 상기 검출 광 빔(22)의 광 경로 내에 실린더 렌즈가 제공되고/되거나, 상기 위치 감지 검출기(30)가 상기 검출 광 빔(22)으로부터의 90°로부터 벗어난 각도로 배열되는, 방법.
제66항에 있어서, 상기 실린더 렌즈는 상기 접촉 표면(14)에서의 상기 검출 광 빔의 반사와 상기 위치 감지 검출기(30, 62) 사이의 상기 검출 광 빔(22)의 상기 광 경로에 배열된 시준 렌즈(78)이고, 상기 실린더 렌즈는 상기 검출 광 빔(22)을 적어도 지배적으로 상기 위치 감지 검출기(30)의 상기 감지 방향에 직교하는 차원에서 시준하고, 상기 실린더 시준 렌즈는 바람직하게는, 상기 검출 광(22) 빔이 상기 측정 본체(16)로부터 나오는 상기 측정 본체의 출사 표면(74)과 일체로 형성되는, 방법.
제43항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 소스 광 빔(80)은 상기 검출 광 빔(22) 및 기준 광 빔(92)으로 분할되고, 상기 기준 광 빔(92)은 마찬가지로 상기 재료(12)와, 그러나 여기 복사(18)의 흡수 시에 상기 재료(12)로부터 수신된 열 또는 압력파들의 임의의 영향이 무시될 수 있는 영역에서 열 또는 압력 전달 접촉하는 상기 측정 본체(16)의 표면(14)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 지향되고, 상기 기준 광 빔이 상기 접촉 표면(14)에서 반사된 후의 상기 기준 광 빔(92)의 편향 정도, 특히 편향 각도는 바람직하게는 광검출기, 특히 위치 감지 광검출기(96)를 사용하여 검출되는, 방법.
제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출은 상기 검출 빔의 상기 위상 변화를 평가하고 상기 위상 변화를 나타내는 응답 신호를 생성하는 것을 허용하는 간섭계 디바이스(60)를 사용하는 것을 포함하는, 방법.
제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 본체(16) 또는 상기 측정 본체 내의 컴포넌트는 온도의 국소적 변화 또는 그에 연관된 압력의 변화에 응답하여 변화하는 전기적 속성들을 갖고, 상기 검출 디바이스는 상기 전기적 속성들을 표현하는 전기 신호들을 캡처하기 위한 전극들(6a-6d)을 포함하는, 방법.
제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유가 상기 측정 본체에 내장되고, 검출 광을 상기 광섬유(98) 내로 결합하기 위해 상기 섬유(98)의 한 단부에 검출 광원이 제공되고, 상기 섬유(98)의 다른 단부에 모드 검출기(100)가 제공되고, 상기 모드 검출기(100)를 사용하여 상기 재료(12)로부터 상기 측정 본체(16)에 의해 수신되는 열 또는 압력파들에 응답하여 상기 검출 광의 광학 모드들의 변화들이 검출되고, 상기 광학 모드들의 변화들은 바람직하게는 상기 모드 검출기(100)에서의 광학 모드들의 간섭 패턴의 시프트 또는 회전을 포함하는, 방법.
제39항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(12)는 인체 조직, 특히 인간 피부이고, 상기 분석물은 피부 내에, 특히 그의 간질액 내에 존재하는 글루코스인, 방법.
제39항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저들, 특히 각각 전용 파장을 갖는 양자 캐스케이드 레이저들의 어레이를 사용하여 상기 여기 복사(18)를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제39항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 튜닝가능한 레이저, 특히 적어도 하나의 튜닝가능한 양자 캐스케이드 레이저를 사용하여 상기 여기 복사(18)를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제39항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 파장들의 일부 또는 전부는 5㎛ 내지 13㎛, 바람직하게는 8㎛ 내지 11㎛의 범위 내에 있는, 방법.