RU2738314C1 - System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry - Google Patents
System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738314C1 RU2738314C1 RU2020107787A RU2020107787A RU2738314C1 RU 2738314 C1 RU2738314 C1 RU 2738314C1 RU 2020107787 A RU2020107787 A RU 2020107787A RU 2020107787 A RU2020107787 A RU 2020107787A RU 2738314 C1 RU2738314 C1 RU 2738314C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- array
- volume
- scattering medium
- receiving system
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 162
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 256
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- -1 skin) Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 235000019577 caloric intake Nutrition 0.000 description 1
- 235000013351 cheese Nutrition 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 208000020082 intraepithelial neoplasia Diseases 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013618 yogurt Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
- G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
- G01J1/0411—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using focussing or collimating elements, i.e. lenses or mirrors; Aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4446—Type of detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N2021/4776—Miscellaneous in diffuse reflection devices
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
[0001] Настоящее изобретение относится к способу определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды без проникновения и без разрушения объемно-рассеивающей среды. Более конкретно, в данной заявке раскрыты система, вычислительно устройство и способ, реализующие определение оптических свойств объемно-рассеивающей среды с использованием диффузной рефлектометрии.[0001] The present invention relates to a method for determining the optical properties of a volume scattering medium without penetration and without destroying the volume scattering medium. More specifically, this application discloses a system, computing device, and method for determining the optical properties of a volume-scattering medium using diffuse reflectometry.
Уровень техникиState of the art
[0002] Объемно-рассеивающие среды такие как, например, биоматериал (кровь, кожа), дерево, фармакологические и другие композиции, продукты и другие материалы, которые подпадают под определение мутной среды, обладают двумя главными параметрами, которые определяют их оптические свойства: коэффициентом рассеяния и коэффициентом поглощения. Для точного определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды крайне важно, чтобы измерение этих коэффициентов было точным.[0002] Volume-scattering media such as, for example, biomaterial (blood, skin), wood, pharmacological and other compositions, products and other materials that fall under the definition of a turbid medium, have two main parameters that determine their optical properties: the coefficient scattering and absorption coefficient. To accurately determine the optical properties of the volume scattering medium, it is extremely important that the measurement of these coefficients is accurate.
[0003] Большинство известных устройств неинвазивного определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды основаны на спектрометрии и измеряют эту среду лишь по одному отклику, определяемому комбинацией коэффициентов рассеяния и поглощения, за раз. Таким образом, точность этого отклика снижается из-за явления перекрестных помех, при котором излучение, прошедшее через измеряемую объемно-рассеивающую среду и характерное для определенной зоны на поверхности объемно-рассеивающей среды, одновременно принимается двумя или более расположенными рядом фотодетекторами (приемниками) из массива фотодетекторов в оптической приемной системе в силу присущих этой оптической приемной системе аберраций. Таким образом, отношение сигнал/шум (SNR) существенно снижается даже при перекрестных помехах в 1%.[0003] Most of the known devices for non-invasive determination of the optical properties of a volume-scattering medium are based on spectrometry and measure this medium only one response, determined by a combination of scattering and absorption coefficients, at a time. Thus, the accuracy of this response is reduced due to the phenomenon of crosstalk, in which radiation that has passed through the measured volume-scattering medium and is characteristic of a certain area on the surface of the volume-scattering medium is simultaneously received by two or more adjacent photodetectors (receivers) from the array photodetectors in the optical receiving system due to the aberrations inherent in this optical receiving system. Thus, the signal-to-noise ratio (SNR) is significantly reduced even with a crosstalk of 1%.
[0004] Патентный документ EP1119763 (A1) - 2001-08-01 раскрывает «METHOD FOR MEASURING LOCALLY AND SUPERFICIALLY THE SCATTERING AND ABSORPTION PROPERTIES OF TURBID MEDIA». Решение, раскрытое в патентном документе ‘763, является, по мнению Заявителя, ближайшим аналогом. В одном варианте осуществления упомянутого решения предоставляется блок источника коллимированного или сфокусированного излучения, оптический детекторный блок, который сформирован из одномерного или двухмерного массива оптических детекторов, и блок обработки сигналов. Таким образом, раскрытое в документе '763 решение проводит измерения лишь по одному отклику за раз, т.е. этому решению все еще присущи перекрестные помехи на стороне фотодетекторов, которые существенно снижают SNR.[0004] Patent Document EP1119763 (A1) - 2001-08-01 discloses "METHOD FOR MEASURING LOCALLY AND SUPERFICIALLY THE SCATTERING AND ABSORPTION PROPERTIES OF TURBID MEDIA" . The solution disclosed in the '763 patent is, in the opinion of the Applicant, the closest analogue. In one embodiment of said solution, a collimated or focused radiation source unit, an optical detector unit, which is formed from a one-dimensional or two-dimensional optical detector array, and a signal processing unit are provided. Thus, the '763 solution measures only one response at a time, i.e. this solution still has inherent cross-talk on the photodetector side, which significantly reduces SNR.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[0005] Для решения вышеописанной технической проблемы и достижения технического результата, заключающегося в повышении точности определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды за счет исключения перекрестных помех на стороне фотодетекторов, предложены следующие основные аспекты изобретения, раскрытого в данной заявке.[0005] To solve the above-described technical problem and achieve the technical result of improving the accuracy of determining the optical properties of the volume-scattering medium by eliminating cross-talk on the side of photodetectors, the following main aspects of the invention disclosed in this application are proposed.
[0006] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды с использованием диффузной рефлектометрии, содержащая: по меньшей мере один источник излучения, выполненный с возможностью обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде в области ввода излучения; оптическую приемную систему, выполненную с возможностью приема излучения, прошедшего через объемно-рассеивающую среду, в области приема излучения для получения распределения интенсивности излучения, при этом оптическая приемная система содержит массив ЖК(жидкокристаллических)-ячеек, массив микролинз и массив фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива микролинз и соответствующий фотодетектор из массива фотодетекторов; по меньшей мере один разделитель, отделяющий область ввода излучения от области приема излучения и выполненный с возможностью предотвращения попадания излучения, частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды в области ввода излучения, в область приема излучения оптической приемной системы; блок управления, выполненный с возможностью управления оптической приемной системой, во время обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде в области ввода излучения, для побуждения оптической приемной системы к последовательному открытию каждой ЖК-ячейки из массива ЖК-ячеек с одновременным приемом излучения, прошедшего через соответствующую открытую ЖК-ячейку и микролинзу, соответствующим фотодетектором из массива фотодетекторов, чтобы получить упомянутое распределение интенсивности излучения; и блок обработки данных, выполненный с возможностью определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды на основе распределения интенсивности излучения.[0006] According to a first aspect of the present invention, there is provided a system for determining optical properties of a volume scattering medium using diffuse reflectometry, comprising: at least one radiation source configured to provide radiation to the volume scattering medium in a radiation input region; an optical receiving system configured to receive radiation that has passed through a volume-scattering medium in the radiation receiving region to obtain a radiation intensity distribution, while the optical receiving system contains an array of LC (liquid crystal) cells, an array of microlenses and an array of photodetectors, which are combined as follows that each LCD cell from the array of LCD cells corresponds to a corresponding microlens from the array of microlenses and a corresponding photodetector from the array of photodetectors; at least one separator separating the radiation input area from the radiation receiving area and configured to prevent the ingress of radiation, partially reflected from the surface of the volume-scattering medium in the radiation input area, into the radiation receiving area of the optical receiving system; a control unit configured to control the optical receiving system, while providing radiation to the volume-scattering medium in the radiation input region, to induce the optical receiving system to sequentially open each LC cell from an array of LCD cells while simultaneously receiving radiation that has passed through the corresponding an open LCD cell and a microlens with a corresponding photodetector from a photodetector array to obtain said radiation intensity distribution; and a data processing unit configured to determine the optical properties of the volume scattering medium based on the radiation intensity distribution.
[0007] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложено вычислительное устройство пользователя с функцией определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды, содержащее установленные по меньшей мере частично в корпусе вычислительного устройства пользователя: по меньшей мере один источник излучения, выполненный с возможностью обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде в области ввода излучения; оптическую приемную систему, выполненную с возможностью приема излучения, прошедшего через объемно-рассеивающую среду, в области приема излучения для получения распределения интенсивности излучения, при этом оптическая приемная система содержит массив ЖК-ячеек, массив микролинз и массив фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива микролинз и соответствующий фотодетектор из массива фотодетекторов; по меньшей мере один разделитель, отделяющий область ввода излучения от области приема излучения и выполненный с возможностью предотвращения попадания излучения, частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды в области ввода излучения, в область приема излучения оптической приемной системы; процессор, выполненный с возможностью: управления оптической приемной системой, во время обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде в области ввода излучения, для побуждения оптической приемной системы к последовательному открытию каждой ЖК-ячейки из массива ЖК-ячеек с одновременной регистрацией излучения, прошедшего через соответствующую открытую ЖК-ячейку, соответствующим фотодетектором из массива фотодетекторов, чтобы получить упомянутое распределение интенсивности излучения; и определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды на основе полученного распределения интенсивности излучения.[0007] According to a second aspect of the present invention, there is provided a user computing device with a function for determining the optical properties of a volume-scattering medium, comprising at least partially installed in a housing of the user computing device: at least one radiation source configured to provide radiation to the volume-scattering medium. environment in the field of radiation input; an optical receiving system configured to receive radiation that has passed through a volume-scattering medium in the radiation receiving region to obtain a radiation intensity distribution, while the optical receiving system contains an array of LCD cells, an array of microlenses and an array of photodetectors, which are aligned so that each An LCD cell from an array of LCD cells corresponds to a corresponding microlens from an array of microlenses and a corresponding photodetector from an array of photodetectors; at least one separator separating the radiation input area from the radiation receiving area and configured to prevent the ingress of radiation, partially reflected from the surface of the volume-scattering medium in the radiation input area, into the radiation receiving area of the optical receiving system; a processor capable of: controlling the optical receiving system, while providing radiation to the volume-scattering medium in the region of radiation input, to induce the optical receiving system to sequentially open each LC cell from an array of LCD cells with simultaneous registration of radiation that has passed through the corresponding an open LCD cell with a corresponding photodetector from the photodetector array to obtain said radiation intensity distribution; and determining the optical properties of the volume scattering medium based on the obtained radiation intensity distribution.
[0008] Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды, содержащий этапы, на которых: вводят излучение в область подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды с одновременным предотвращением попадания излучения, частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды в области подсветки, в целевую область оптической приемной системы, содержащей массив ЖК-ячеек, массив микролинз и массив фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива микролинз и соответствующий фотодетектор из массива фотодетекторов; принимают посредством оптической приемной системы излучение, прошедшее через объемно-рассеивающую среду, в целевой области для получения распределения интенсивности излучения, при этом упомянутый прием излучения содержит подэтапы, на которых, одновременно с вводом излучения в область подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды: последовательно открывают каждую ЖК-ячейку из массива ЖК-ячеек и регистрируют излучение, прошедшее через открытую ЖК-ячейку, соответствующим фотодетектором из массива фотодетекторов, чтобы получить множество значений интенсивности излучения, которое представляет упомянутое распределение интенсивности излучения; и определяют оптические свойства объемно-рассеивающей среды на основе распределения интенсивности излучения.[0008] According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for determining the optical properties of a volume-scattering medium, comprising the steps of: introducing radiation into an illumination region on the surface of the volume-scattering medium while preventing the radiation partially reflected from the surface of the volume-scattering medium from entering the backlight area, into the target area of the optical receiving system containing an array of LCD cells, an array of microlenses and an array of photodetectors, which are aligned so that each LCD cell from the array of LCD cells corresponds to a corresponding microlens from the array of microlenses and a corresponding photodetector from the array of photodetectors; by means of an optical receiving system, radiation passed through the volume-scattering medium is received in the target area to obtain the distribution of the radiation intensity, while the said reception of radiation contains substages, in which, simultaneously with the introduction of radiation into the illumination region on the surface of the volume-scattering medium: sequentially open each LCD cell of the array of LCD cells and detecting radiation transmitted through the open LCD cell with a corresponding photodetector from the array of photodetectors to obtain a plurality of radiation intensity values that represent said radiation intensity distribution; and determining the optical properties of the volume scattering medium based on the radiation intensity distribution.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
[0009] Другие аспекты, особенности и преимущества настоящего изобретения станут понятны специалисту в данной области после ознакомления с нижеследующим подробным описанием вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:[0009] Other aspects, features and advantages of the present invention will become apparent to the person skilled in the art upon reading the following detailed description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, in which:
[ФИГ. 1] Фиг. 1 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии в начальный момент t1 времени работы.[FIG. 1] FIG. 1 illustrates a side view of an embodiment of a
[ФИГ. 2] Фиг. 2 иллюстрирует вид сверху варианта осуществления системы 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии в начальный момент t1 времени работы.[FIG. 2] FIG. 2 illustrates a top view of an embodiment of a
[ФИГ. 3] Фиг. 3 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии в последующий момент t2 времени работы.[FIG. 3] FIG. 3 illustrates a side view of an embodiment of a
[ФИГ. 4] Фиг. 4 иллюстрирует вариант осуществления вычислительного устройства 300 пользователя с функцией определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20.[FIG. 4] FIG. 4 illustrates an embodiment of a
[ФИГ. 5] Фиг. 5 иллюстрирует вариант осуществления способа определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20.[FIG. 5] FIG. 5 illustrates an embodiment of a method for determining the optical properties of a
[ФИГ. 6] Фиг. 6 иллюстрирует подэтапы этапа приема S405 излучения, прошедшего через объемно-рассеивающую среду 20, в целевой области для получения распределения интенсивности излучения согласно варианту осуществления способа определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20, показанного на фигуре 5.[FIG. 6] FIG. 6 illustrates the sub-steps of the step of receiving S405 radiation that has passed through the
Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed description of embodiments of the invention
[0010] Фиг. 1 иллюстрирует вид сбоку варианта осуществления системы 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии в начальный момент (t0) времени работы. Вид сверху этого варианта осуществления системы 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии в начальный момент времени работы проиллюстрирован на фиг. 2. Объемно-рассеивающая среда 20 показана на фиг. 1-2 в качестве примера среды, оптические свойства которой желают определить с помощью системы 100. Должно быть понятно, что среда 20 в состав самой системы 100 не входит. Кроме того, должно быть понятно, что ориентация среды 20 относительно компонентов системы 100 не обязательно является такой, как показана на фиг. 1-2. Объемно-рассеивающей средой 20, может быть, но без ограничения далее упомянутыми средами, биоматериал (например, кровь, кожа), дерево, фармакологические и другие композиции, продукты, газ, в каком-либо прозрачном сосуде, а также другие материалы, которые подпадают под определение мутной среды. Если предполагается использование системы 100 для определения оптических свойств или анализа газовой объемно-рассеивающей среды 20, система 100 может дополнительно включать в себя камеру (не показана на фигурах) из прозрачного материала (например, стекла), в которую предварительно накачивается или которая иным образом наполняется газовой объемно-рассеивающей средой 20, оптические свойства или анализ которой необходимо определить/провести.[0010] FIG. 1 illustrates a side view of an embodiment of a
[0011] Система 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, проиллюстрированная на фиг. 1-2, содержит по меньшей мере один источник 105 излучения, выполненный с возможностью обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде 20 в области 10 ввода излучения. В предпочтительном варианте осуществления источником 105 излучения является, но без ограничения упомянутым, источник когерентного излучения (например, лазер), светодиод(ы) (LED), суперлюминесцентный диод(ы) (SLD), лампа (например, ксеноновая) с фильтром. Примеры лазеров, которые могут быть использованы: DFB лазер, VCSEL и др. Должно быть понятно, что область 10 ввода излучения показана на фиг. 1-2 схематично. Фактический размер и форма области 10 ввода излучения (т.е. пятна подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды 20) зависит от типа, формы и количества источников излучения 105, а также от расстояния от источников 105 излучения до поверхности объемно-рассеивающей среды 20. При использовании источника 105 излучения без передающей оптической системы, источник 105 располагают как можно ближе к поверхности объемно-рассеивающей среды 20, в противном случае пятно подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды 20 становится большим, а точность восстановления оптических свойств уменьшается. Конкретное расстояние от источника 105 излучения до поверхности объемно-рассеивающей среды 20 может быть подобрано эмпирически с учетом конструктивных особенностей корпуса (не показан) системы 100 и взаимного расположения компонентов системы 100 в этом корпусе.[0011] The
[0012] Система 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, проиллюстрированная на фиг. 1-2, содержит оптическую приемную систему 110. Оптическая приемная система 110 выполнена с возможностью приема излучения, прошедшего через объемно-рассеивающую среду 20, в области 15 приема излучения для получения распределения интенсивности излучения. Должно быть понятно, что область 15 приема излучения показана на фиг. 1-2 схематично. Фактический размер и форма области 15 приема излучения (т.е. целевой области на поверхности объемно-рассеивающей среды 20) зависит от типа, формы и количества элементов в оптической приемной системе 110. Конкретное расстояние от поверхности объемно-рассеивающей среды 20 до оптической приемной системы может быть подобрано эмпирически с учетом конструктивных особенностей корпуса (не показан) системы 100 и взаимного расположения компонентов системы 100 в этом корпусе. При этом оптическая приемная система 110 содержит массив 110.1 ЖК-ячеек, массив 110.2 микролинз и массив 110.3 фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива микролинз и соответствующий фотодетектор из массива фотодетекторов (см. фиг. 1). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения массив 110.1 ЖК-ячеек, массив 110.2 микролинз и массив 110.3 фотодетекторов совмещены друг с другом в указанном порядке по мере удаления от объемно-рассеивающей среды 20 и, опционально, могут быть смонтированы в корпусе оптической приемной системы 110, как показано на фиг. 1-2.[0012] The
[0013] Согласно настоящему изобретению массив 110.1 ЖК-ячеек может состоять из двух или более ЖК-ячеек, размещенных в по меньшей мере один ряд, массив 110.2 микролинз может состоять из двух или более микролинз, размещенных в по меньшей мере один ряд, и массив 110.3 фотодетекторов может состоять из двух или более фотодетекторов, размещенных в по меньшей мере один ряд. В конкретном (иллюстративном) варианте осуществления, показанном на фиг. 1-2, размерностью каждого из массива 110.1 ЖК-ячеек, массива 110.2 микролинз и массива 110.3 фотодетекторов является 1×6 (шесть элементов в каждом массиве, выстроенные в один ряд). Специалисту будет понятно, что могут иметь место другие размерности упомянутых массивов, например, 1×2, 2×6, 6×6, а также то, что увеличение числа элементов может повысить разрешающую способность оптической приемной системы 110. В предпочтительном варианте осуществления массив 110.1 ЖК-ячеек, массив 110.2 микролинз, массив 110.3 фотодетекторов содержат одинаковое число соответствующих элементов. Тем не менее, может иметь место такой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором массив 110.1 ЖК-ячеек, массив 110.2 микролинз, массив 110.3 фотодетекторов содержат разное число соответствующих элементов, например, массив 110.1 ЖК-ячеек содержит одну ЖК-ячейку, массив 110.2 микролинз содержит один приемник.[0013] According to the present invention, an LCD cell array 110.1 may be comprised of two or more LCD cells arranged in at least one row, a microlens array 110.2 may be composed of two or more microlenses arranged in at least one row, and an array 110.3 photodetectors may consist of two or more photodetectors arranged in at least one row. In the specific (illustrative) embodiment shown in FIG. 1-2, the dimension of each of the array of 110.1 LCD cells, the array of 110.2 microlenses and the array of 110.3 photodetectors is 1 × 6 (six elements in each array, lined up in one row). One skilled in the art will appreciate that other dimensions of these arrays may exist, for example 1 × 2, 2 × 6, 6 × 6, and that increasing the number of elements can increase the resolution of the
[0014] Система 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, проиллюстрированная на фиг. 1-2, содержит по меньшей мере один разделитель 115, отделяющий область 10 ввода излучения от области 15 приема излучения и выполненный с возможностью предотвращения попадания излучения, частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды 20 в области 10 ввода излучения, в область 15 приема излучения оптической приемной системы 110. В предпочтительном варианте осуществления оптическая приемная система 110 размещена относительно по меньшей мере одного источника 105 излучения и по меньшей мере одного разделителя 115 так, что расстояние источник-детектор (SDS) увеличивается между по меньшей мере одним источником излучения и каждым следующим фотодетектором в по меньшей мере одном ряду фотодетекторов, что проиллюстрировано на фиг. 1. Благодаря этому можно анализировать различные области объемно-рассеивающей среды 20. В конструкции системы 100 по меньшей мере один источник 105 излучения и оптическая приемная система 110 расположены друг относительно друга так, чтобы область 10 ввода излучения и область 15 приема излучения друг с другом не перекрывались, как показано, например, на фиг. 1.[0014] The
[0015] Система 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, проиллюстрированная на фиг. 1-2, содержит блок 120 управления, выполненный с возможностью управления оптической приемной системой 110, во время обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде 20 в области 10 ввода излучения, для побуждения оптической приемной системы 110 к последовательному открытию каждой ЖК-ячейки из массива 110.1 ЖК-ячеек с одновременным приемом излучения, прошедшего через соответствующую открытую ЖК-ячейку и микролинзу, соответствующим фотодетектором из массива 110.3 фотодетекторов, чтобы получить распределение интенсивности излучения. При последовательном открытии каждой ЖК-ячейки из массива 110.1 ЖК-ячеек блок 120 управления в частности выполнен с возможностью управления оптической приемной системой 110 для побуждения оптической приемной системы 110 к последовательному открытию каждой ЖК-ячейки из массива 110.1 ЖК-ячеек, начиная с той ЖК-ячейки, которой соответствует фотодетектор с наименьшим SDS-расстоянием (SDS1 на фиг.1), и продолжая до тех пор, пока не будет открыта та ЖК-ячейка, которой соответствует фотодетектор с наибольшим SDS-расстоянием (SDSN на фиг. 1). В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения направление открытия ЖК-ячеек может начинаться c самой дальней ЖК-ячейки с наибольшим SDS-расстоянием (SDSN на фиг. 1) и продолжаться по направлению к ЖК-ячейке с наименьшем SDS-расстоянием (SDS1 на фиг. 1). В альтернативном варианте осуществления последовательное открытие может включать в себя открытие всех четных ЖК-ячеек, а затем всех нечетных ЖК-ячеек. Специалистам будут понятны другие варианты осуществления последовательного открытия, при которых соблюдается условие, что соседние ЖК-ячейки к открываемой ЖК-ячейке закрыты. Последовательное открытие каждой ЖК-ячейки и прием лишь излучения, прошедшего через нее и соответствующую фокусирующую линзу, позволяет исключить перекрестные помехи между фотодетекторами. Другими словами, при такой последовательности действий избегается ситуация, при которой излучение из одной зоны на поверхности объемно-рассеивающей среды 20 в области 15 приема излучения одновременно регистрируется двумя или более смежными фотодетекторами.[0015] The
[0016] Для открытия соответствующей ЖК-ячейки блок 120 управления выполнен с возможностью приложения управляющего напряжения к соответствующей ЖК-ячейке. Должно быть понятно, что согласно настоящему изобретению в определенный момент времени открывается лишь одна ЖК-ячейка, а в следующий момент времени открытая ЖК-ячейка закрывается и следующая ЖК-ячейка из массива ЖК-ячеек открывается и т.д. При необходимости можно провести несколько измерений каждой ЖК-ячейкой, т.е. циклов измерения от первой ЖК-ячейки в массиве до последней ЖК-ячейки в массиве может быть несколько. Под открытием ЖК-ячейки понимается такое ее состояние, при котором излучение может через нее проходить. Изначально ЖК-ячейка закрыта, т.е. не пропускает излучение. Для приема излучения фотодетектором блок 120 управления выполнен с возможностью выдачи управляющего сигнала на массив 110.3 фотодетекторов для побуждения соответствующего фотодетектора или всего массива 110.3 фотодетекторов к приему излучения. Для последовательного открытия каждой ЖК-ячейки из массива 110.1 ЖК-ячеек с одновременным приемом излучения блок 120 управления синхронизирует момент приложения управляющего напряжения к соответствующей ЖК-ячейке с моментом выдачи управляющего сигнала на соответствующий фотодетектор или массив 110.3 фотодетекторов. Таким образом, в начальный момент (t1) времени работы, который проиллюстрирован на фиг. 1-2, оптическая приемная система 110 получает значение интенсивности излучения в подобласти области 15 приема излучения, которой соответствует расстояние SDS1 (посредством первых элементов оптической приемной системы 110, которые соответствуют расстоянию SDS1). В последующий момент (t2) времени работы, который проиллюстрирован на фиг. 3, оптическая приемная система 110 получает значение интенсивности излучения в подобласти области 15 приема излучения, которой соответствует расстояние SDS2 (посредством вторых элементов оптической приемной системы 110, которые соответствуют расстоянию SDS2) и т.д.[0016] To open the corresponding LCD cell, the
[0017] Система 100 определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, проиллюстрированная на фиг. 1-3, содержит блок 125 обработки данных, выполненный с возможностью определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 на основе распределения интенсивности излучения. В предпочтительном варианте осуществления для определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 блок 125 обработки данных в частности выполнен с возможностью сравнения измеренных значений интенсивности излучения из распределения интенсивности излучения, полученного для объемно-рассеивающей среды 20, c соответствующим набором возможных значений интенсивности излучения для данного типа объемно-рассеивающей среды 20 из множества наборов возможных значений интенсивности излучения, предварительно смоделированных методом Монте-Карло для различных оптических свойств объемно-рассеивающих сред разных типов, чтобы найти поднабор значений интенсивности излучения, который минимизирует ошибку E:[0017] The
где S - количество фотодетекторов,where S is the number of photodetectors,
i=1…S - номер фотодетектора, i = 1 ... S - photodetector number,
- измеренное значение интенсивности излучения для фотодетектора i; и - the measured value of the radiation intensity for the photodetector i; and
- моделированное значение интенсивности излучения для фотодетектора i; - the simulated value of the radiation intensity for the photodetector i;
[0018] Найденный поднабор значений, который минимизирует ошибку E, указывает определенные оптические свойства (коэффициент поглощения и коэффициент рассеяния) объемно-рассеивающей среды 20. Определенный тип (например, кожа, воздух и т.д.) объемно-рассеивающей среды 20, по которому будут проводится измерения, может указываться предопределенным значением (например, значение “1” соответствует коже, значение “2” соответствует выдыхаемому воздуху) параметра типа объемно-рассеивающей среды 20, которое может приниматься блоком ввода (не показан), который для этих целей может быть включен в состав системы 100. В другом варианте осуществления, в котором система 100 всегда используется лишь для определенного типа измеряемой объемно-рассеивающей среды 20, например, кожи, системе 100 нет необходимости принимать ввод типа измеряемой объемно-рассеивающей среды 20 каждый раз, поскольку такой тип от измерения к измерению меняться не будет. В этом другом варианте осуществления блок 125 обработки данных может быть предварительно сконфигурирован производителем системы 100 или пользователем системы 100 необходимым набором возможных значений интенсивности излучения для определенного типа объемно-рассеивающей среды 20, который система 100 всегда использует при определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20. Для этих целей блок 125 обработки данных может обладать функцией хранения данных для хранения соответствующего набора возможных значений интенсивности излучения для определенного типа объемно-рассеивающей среды 20; или система 100 или иное устройство (пример такого устройства будет описан далее более подробно), в состав которого такая система 100 может быть включена, может дополнительно включать в себя память (не показана), выполненную с возможностью хранения соответствующего набора возможных значений интенсивности излучения для определенного типа объемно-рассеивающей среды 20, а также любых других данных, например, считываемых-компьютером инструкций для исполнения системой 100 процедуры определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 с использованием диффузной рефлектометрии, которые необходимы для функционирования системы 100.[0018] The found subset of values that minimizes the error E indicates specific optical properties (absorption coefficient and scattering coefficient) of the
[0019] Далее приводятся дополнительные пояснения по моделированию методом Монте-Карло наборов возможных значений интенсивности излучения для определенного типа объемно-рассеивающей среды 20. Общий алгоритм моделирования методом Монте-Карло известен из уровня техники. Моделирование методом Монте-Карло в настоящей заявке используется для решения задачи прямого численного моделирования распространения излучения в определенной объемно-рассеивающей среде. Моделирование методом Монте-Карло согласно настоящему изобретению включает в себя операцию, на которой осуществляют трассировку лучей. Трассировка лучей может быть осуществлена с помощью специального программного обеспечения (например, LightTools), либо с помощью кода, осуществляющего моделирование Монте-Карло с трассировкой лучей и написанного на любом подходящем языке программирования, например, на языке программирования C. В качестве примера для проведения Монте-Карло моделирования может быть использована двухслойная модель объемно-рассеивающей среды 20 с 4 свободными параметрами: толщина верхнего слоя z0, коэффициент поглощения верхнего слоя μa, t, коэффициент поглощения нижнего слоя μa, b, коэффициент рассеяния μs, который считается равным для верхнего и нижнего слоев.[0019] The following is a further explanation of Monte Carlo simulations of sets of possible radiation intensity values for a particular type of
Дополнительные особенности и альтернативные варианты осуществления системы 100Additional Features and Alternative Embodiments of
[0020] Необязательно, массивом 110.2 микролинз является массив ЖК-микролинз (не показан), выполненных с возможностью изменения фокусного расстояния под управлением блока 120 управления в зависимости от величины прикладываемого к ним управляющего напряжения. Благодаря этому возможно изменять увеличение системы в процессе измерений. Кроме того, система 100 может дополнительно содержать зеркально-линзовую систему (не показана) на стороне по меньшей мере одного источника 105 излучения, выполненную с возможностью формирования параллельного или сходящегося пучка излучения, падающего на поверхность объемно-рассеивающей среды 20 по нормали или наклонно, с помощью одной или более линз (не показана) и/или одного или более зеркал (не показано). Зеркально-линзовая система может быть рассчитана и спроектирована таким образом, чтобы на поверхности объемно-рассеивающей среды 20 формировалось область (пятно) подсветки требуемого размера. При уменьшении размера области подсветки точность определения оптических свойств (т.е. измерения) возрастает. Конкретный размер области подсветки может быть подобран эмпирически с учетом конструктивных особенностей системы 100 согласно общему правилу, чем меньше область подсветки, тем больше будет точность определения оптических свойств. Управляя углом падения излучения на объемно-рассеивающую поверхность 20 (на этапе проектировки зеркально-линзовой системы) можно: (i) получить минимальное SDS, то есть навести область подсветки как можно ближе к разделителю за счет наклона пучка (и этим повысить мощность излучения, регистрируемого на фотодетекторах), (ii) изменить длину пути излучения в среде 20.[0020] Optionally, the microlens array 110.2 is an LCD microlens array (not shown) configured to change the focal length under the control of the
[0021] В другом варианте осуществления оптическая приемная система 110 установлена в оправе (не показана) с возможностью перемещения по существу вдоль поверхности объемно-рассеивающей среды 20 для обеспечения возможности приема излучения оптической приемной системой 110 с различными SDS-расстояниями. Благодаря такой подвижной установке оптическая приемная система 110, содержащая, в альтернативном варианте осуществления, группу из установленных друг над другом (по аналогии с совмещением таких элементов на фиг. 1) единственной ЖК-ячейки, единственной микролинзы и единственного фотодетектора, все еще будет выполнена с возможностью получения распределения интенсивности излучения в области 15 приема излучения посредством последовательной регистрации интенсивностей излучения при перемещении оптической приемной системы 110 на различные SDS-расстояния (SDS1-SDSN). Само перемещение может осуществляться за счет любого известного из уровня техники средства (не показано), например, шагового электропривода, пьезоэлектического микродвигателя.[0021] In another embodiment, the
[0022] В дополнительном варианте осуществления оптическая приемная система 110 в системе 100 дополнительно содержит дополнительный массив микролинз (не показан), совмещенный с массивом ЖК-ячеек, массивом микролинз и массивом фотодетекторов, при этом один из дополнительного массива микролинз и массива микролинз установлен в оправе (не показана) с возможностью перемещения по существу перпендикулярно поверхности объемно-рассеивающей среды 20 относительно неподвижного другого из дополнительного массива микролинз и массива микролинз. Само перемещение может осуществляться за счет любого известного из уровня техники средства (не показано), например, шагового электропривода, пьезоэлектического микродвигателя. Благодаря данной особенности увеличение оптической приемной системы 110 может быть изменяемым, т.е. в зависимости от требуемой задачи можно исследовать больший или меньший объем среды 20.[0022] In a further embodiment, the
[0023] Система 100 может содержать оптоволокно (не показано), связанное с по меньшей мере одним источником 105 излучения и выполненное с возможностью передачи излучения от по меньшей мере одного 105 источника излучения к объемно-рассеивающей среде 20 в области 10 ввода излучения. Использование оптоволокна на стороне источника 105 излучения обеспечивает возможность гибкой установки и свободной ориентации по меньшей мере одного источника 105 излучения и любых других компонентов зеркально-линзовой системы для миниатюризации размера конечной системы 100 или устройства, в которое такая система 100 может быть установлена. При использовании оптоволокна на стороне по меньшей мере одного источника 105 излучения система 100 может дополнительно содержать референсный канал, выполненный с возможностью отведения части излучения, передаваемого от по меньшей мере одного источника излучения, на референсный приемник, который выполнен с возможностью измерения изменения мощности (например, из-за нагрева) по меньшей мере одного источника 105 излучения на основании интенсивности отводимого излучения и сообщения измеряемого изменения мощности на блок 125 обработки данных для учета этого изменения при определении оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 на основе распределения интенсивности излучения. Отведение части излучения из оптоволокна в референсный канал может быть обеспечено посредством светоделителя (не показан). Благодаря такому учету изменения со временем мощности источника 105 излучения, точность определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 не имеет тенденции к постепенному ухудшению.[0023]
[0024] Оптическая приемная система 110 имеет корпус, при этом, опционально, по меньшей мере одним разделителем 115 является по меньшей мере часть корпуса оптической приемной системы 110. Кроме того, по меньшей мере часть корпуса оптической приемной системы 110 может быть обеспечена зеркальной поверхностью и таким наклоном и/или формой, которая/которые выполнены с возможностью перенаправления падающего или выводимого на нее излучения, например, из оптоволокна, в область 10 ввода излучения на поверхности объемно-рассеивающей среды 20. Использование вышеуказанных особенностей при практической реализации настоящего изобретения обеспечивает возможность миниатюризации размера конечной системы 100 или устройства, в которое такая система 100 может быть установлена.[0024] The
[0025] В дополнительном варианте осуществления по меньшей мере один разделитель 115 представляет собой стенку, герметично охватывающую периферию оптической приемной системы 110 и выступающую открытой для приема излучения стороной по направлению к области 15 приема излучения на поверхности объемно-рассеивающей среды 20. Выступающая часть стенки может быть закрыта прозрачным элементом, например, стеклом, для формирования герметичной камеры (не показана), которая может быть заполнена иммерсионной жидкостью. Формирование герметичной камеры с иммерсионной жидкостью на пути излучения, регистрируемого в области 15 приема излучения оптической приемной системой 110, позволяет увеличить числовую апертуру приемной оптической системы, т.е. в этом случае приемная оптическая система соберет на фотодетекторы больше света, другими словами, мощность излучения на фотодетекторах будет выше. [0025] In a further embodiment, at least one
[0026] Специалисту будет понятно, что система 100 дополнительно содержит блок питания (не показан), выполненный с возможностью подачи питания на по меньшей мере один источник 105 излучения, оптическую приемную систему 110, блок 120 управления и блок 125 обработки данных. Кроме того, должно быть понятно, что блок питания, по меньшей мере один источник 105 излучения, оптическая приемная система 110, по меньшей мере один разделитель 115, блок 120 управления и блок 125 обработки данных по меньшей мере частично размещены в корпусе, которым может быть корпус носимого устройства. На фиг. 1-3 корпус системы 100 не проиллюстрирован для упрощения иллюстраций. [0026] One skilled in the art will understand that the
Другие аспекты настоящего изобретения:Other aspects of the present invention:
- Вычислительное устройство 300 пользователя --
[0027] Во втором аспекте настоящего изобретения обеспечено вычислительное устройство 300 пользователя с функцией определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20. Вычислительное устройство 300 схематично показано на фигуре 4. Вычислительное устройство 300 пользователя содержит установленные по меньшей мере частично в корпусе вычислительного устройства 300 пользователя: по меньшей мере один источник 305 излучения, выполненный с возможностью обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде 20 в области 10 ввода излучения; оптическую приемную систему 310, выполненную с возможностью приема излучения, прошедшего через объемно-рассеивающую среду 20, в области 15 приема излучения для получения распределения интенсивности излучения, по меньшей мере один разделитель 315, отделяющий область 10 ввода излучения от области 15 приема излучения и выполненный с возможностью предотвращения попадания излучения, частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды 20 в области 10 ввода излучения, в область 15 приема излучения оптической приемной системы 310; и процессор 320.[0027] In a second aspect of the present invention, a
[0028] Оптическая приемная система 310 содержит массив 310.1 ЖК-ячеек, массив 310.2 микролинз и массив 310.3 фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива 310.1 ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива 310.2 микролинз и соответствующий фотодетектор из массива 310.3 фотодетекторов. Оптическая приемная система 310 может быть аналогична оптической приемной системе 110, проиллюстрированной и описанной со ссылками на фиг. 1-3. Тем не менее должно быть понятно, что конкретная конфигурация и ориентация (относительно источников 105, 305 излучения) как оптической приемной системы 110, так и оптической приемной системы 310 могут быть любыми, но не выходящими за пределы приведенного выше описания. В качестве примера, число элементов в каждом из массивов, содержащихся в оптических приемных системах 110, 310, может быть любым адекватным числом, начиная от 1 (в варианте осуществления оптической приемной системой, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль границы раздела воздух/объемно-рассеивающая среда 20) и выше (6 в каждом из массивов на фиг. 1-3). Кроме того, должно быть понятно, что как в первом аспекте (система 100) настоящего изобретения, так и во втором аспекте (устройство 300) настоящего изобретения периферия оптической приемной системы 110, 310 может быть окружена разделителем и несколько источников излучения могут быть установлены с противоположных сторон для увеличения мощности сигнала на фотодетекторах. Любые другие особенности, описанные выше со ссылкой на систему 100 согласно первому аспекту настоящего изобретения, также применимы к вычислительному устройству 300 пользователя согласно второму аспекту настоящего изобретения.[0028] The
[0029] Процессор 320 вычислительного устройства 300 пользователя выполнен с возможностью управления оптической приемной системой 310, во время обеспечения излучения к объемно-рассеивающей среде 20 в области 10 ввода излучения, для побуждения оптической приемной системы 310 к последовательному открытию каждой ЖК-ячейки из массива 310.1 ЖК-ячеек с одновременной регистрацией излучения, прошедшего через соответствующую открытую ЖК-ячейку, соответствующим фотодетектором из массива 310.3 фотодетекторов, чтобы получить упомянутое распределение интенсивности излучения и определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 на основе полученного распределения интенсивности излучения. Процессор 320 вычислительного устройства 300 пользователя согласно второму аспекту настоящего изобретения может реализовывать функциональные возможности блока 120 управления и блока 125 обработки данных из первого аспекта настоящего изобретения. Любое из процессора 320, блока 120 управления и блока 125 обработки может быть реализовано как система на кристалле (СнК), система в корпусе (СвК), программируемая логическая интегральная схема (FPGA), интегральная схема специального назначения (ASIC) и т.д. Вычислительным устройством 300 пользователя может быть, но без ограничения, любое из смартфона, планшета, умных часов, умного браслета и т.д.[0029] The
- Способ определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 -- Method for determining the optical properties of a volume-scattering medium 20 -
[0030] В третьем аспекте настоящего изобретения обеспечен способ определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20, проиллюстрированный на фиг. 5. Упомянутый способ содержит этапы, на которых: вводят S400 излучение в область подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды 20 с одновременным предотвращением попадания излучения (посредством использования разделителя области подсветки и целевой области), частично отраженного от поверхности объемно-рассеивающей среды 20 в области подсветки, в целевую область оптической приемной системы, содержащей массив ЖК-ячеек, массив микролинз и массив фотодетекторов, которые совмещены так, что каждой ЖК-ячейке из массива ЖК-ячеек соответствует соответствующая микролинза из массива микролинз и соответствующий фотодетектор из массива фотодетекторов; принимают S405 посредством оптической приемной системы излучение, прошедшее через объемно-рассеивающую среду 20, в целевой области для получения распределения интенсивности излучения; и определяют S410 оптические свойства объемно-рассеивающей среды 20 на основе распределения интенсивности излучения.[0030] In a third aspect of the present invention, there is provided a method for determining the optical properties of a
[0031] Упомянутый прием S405 излучения содержит проиллюстрированные на фиг. 6 подэтапы, на которых, одновременно с вводом S400 излучения в область подсветки на поверхности объемно-рассеивающей среды 20: последовательно (друг за другом, по одной или несколько) открывают S405.1 каждую ЖК-ячейку из массива ЖК-ячеек и регистрируют S405.2 излучение, прошедшее через открытую ЖК-ячейку, соответствующим фотодетектором из массива фотодетекторов, чтобы получить множество значений интенсивности излучения, которое представляет упомянутое распределение интенсивности излучения.[0031] Said radiation reception S405 comprises the illustrated in FIG. 6 sub-stages, in which, simultaneously with the introduction of S400 radiation into the backlight region on the surface of the volume-scattering medium 20: sequentially (one after the other, one or more), each LCD cell from the array of LCD cells is opened S405.1 and S405 is recorded. 2, radiation passed through an open LCD cell by a corresponding photodetector from a photodetector array to obtain a plurality of radiation intensity values that represent said radiation intensity distribution.
- Другие возможные аспекты и другие пояснения -- Other possible aspects and other explanations -
[0032] Согласно другому аспекту может быть обеспечен считываемый компьютером носитель, содержащий исполняемые компьютером инструкции для реализации этапов и подэтапов способа определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды 20 посредством по меньшей мере источника излучения, процессора и оптической приемной системы.[0032] In another aspect, a computer-readable medium may be provided comprising computer-executable instructions for implementing the steps and sub-steps of a method for determining the optical properties of a
[0033] Упоминание какого-либо элемента данного описания в единственном числе не исключает его возможной множественности в фактической реализации. Использование терминов “первый”, “второй” и т.д. не следует интерпретировать как указывающие какой-либо приоритет или предпочтительную очередность каких-либо элементов, описанных в этом описании с использованием таких терминов. Вместо этого эти термины используются лишь для проведения различия между одним или несколькими однотипными элементами и, следовательно, упрощения их описания. Использование терминов “содержит” и “включает в себя” везде в этом описании означает открытый список. Используемый термин “массив” используется в данном описании для указания на множество однотипных элементов, при этом сам термин не предполагает, что такие элементы изначально собраны как единый компонент-массив, вместо этого термин “массив” может означать множество однотипных элементов (ЖК-ячеек, микролинз, фотодетекторов), производимых как отдельные элементы, которые равномерно распределяются по определенной площади и фиксируются друг относительно друга любым средством, например, крепежным элементом, клеем, общей подложкой и т.п.[0033] The singular mention of any element of this specification does not exclude its possible plurality in the actual implementation. Use of the terms “first”, “second”, etc. should not be interpreted as indicating any priority or preferred order of any of the elements described in this description using such terms. Instead, these terms are used only to distinguish between one or more elements of the same type and, therefore, to simplify their description. The use of the terms "contains" and "includes" throughout this description means an open list. The term "array" used in this description is used to indicate a set of elements of the same type, while the term itself does not imply that such elements are initially assembled as a single component-array, instead, the term "array" can mean a set of similar elements (LCD cells, microlenses, photodetectors), produced as separate elements, which are evenly distributed over a certain area and fixed relative to each other by any means, for example, a fastening element, glue, a common substrate, etc.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
[0034] Раскрытое в настоящей заявке изобретение может быть применено как часть датчика для неинвазивного медицинского контроля различных показателей жизнедеятельности, например, уровня глюкозы в крови, оксигенации, изменений в микроструктуре ткани (связанных, например, с интраэпителиальной неоплазией). Такое применение может иметь место в медицинском учреждении или в домашних условиях. Кроме того, датчик для неинвазивного медицинского контроля, использующий раскрытое в настоящей заявке изобретение, может применяться как носимое устройство.[0034] The invention disclosed in this application can be used as part of a sensor for non-invasive medical monitoring of various vital signs, for example, blood glucose levels, oxygenation, changes in tissue microstructure (associated, for example, with intraepithelial neoplasia). Such use can take place in a medical facility or at home. In addition, a sensor for non-invasive medical monitoring using the invention disclosed in this application can be used as a wearable device.
[0035] Раскрытое в настоящей заявке изобретение может быть применено как часть медицинского газоанализатора для определения концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе. Поскольку имеется корреляция между потреблением кислорода в легких и скоростью метаболизма возможно определять: показатель VO2 max для спортивной медицины, расход калорий, отклик организма на лечение, гипоксию и т.д. Раскрытое в настоящей заявке изобретение также может быть применено для контроля качества воздуха для определения наличия вредных веществ, частиц и т.д. в воздухе. Кроме того, раскрытое в настоящей заявке изобретение также может быть применено для контроля качества продуктов для определения свежести фруктов, овощей, молочных продуктов; определения концентрации вредных добавок в продуктах; контроля за процессом брожения молока при переработке молока в такие различные продукты, как сыр, сливки, йогурт и т.д.[0035] The invention disclosed in this application can be applied as part of a medical gas analyzer for determining the oxygen concentration in exhaled air. Since there is a correlation between oxygen consumption in the lungs and metabolic rate, it is possible to determine: VO2 max for sports medicine, calorie consumption, body response to treatment, hypoxia, etc. The invention disclosed in this application can also be applied to air quality monitoring to determine the presence of harmful substances, particles, etc. in the air. In addition, the invention disclosed in this application can also be applied to quality control of products to determine the freshness of fruits, vegetables, dairy products; determination of the concentration of harmful additives in products; control over the fermentation process of milk when processing milk into various products such as cheese, cream, yoghurt, etc.
[0036] Раскрытое в настоящей заявке изобретение также может применяться в фармацевтике, в том числе для определения характеристик исходного материала, контроля за процессом получения порошка, контроля за процессом гранулирования, контроля за процессом производства таблеток и для определения характеристик конечных продуктов. Наконец, раскрытое в настоящей заявке изобретение может применяться для определения характеристик (степени разрушения и вкраплений) изготовленных из дерева археологических ценностей без их разрушения.[0036] The invention disclosed in this application may also be used in pharmaceuticals, including to characterize the starting material, control the powder production process, control the granulation process, control the tablet production process, and to characterize the final products. Finally, the invention disclosed in this application can be used to determine the characteristics (degree of destruction and inclusions) of archaeological values made of wood without destroying them.
[0037] После ознакомления с данным описанием специалисту будут понятны другие варианты осуществления настоящего изобретения, модификации, эквивалентные признаки и особенности. Предполагается, что все такие другие варианты осуществления настоящего изобретения, модификации, эквивалентные признаки и особенности охватываются нижеприведенной формулой изобретения.[0037] Upon reading this description, the skilled person will understand other embodiments of the present invention, modifications, equivalent features and features. All such other embodiments of the present invention, modifications, equivalent features and features are intended to be embraced by the following claims.
Список ссылочных позицийList of reference positions
10 - Область ввода излучения10 - Radiation input area
15 - Область приема излучения15 - Radiation receiving area
20 - Объемно-рассеивающая среда20 - Volume scattering medium
100 - Система определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды с использованием диффузной рефлектометрии100 - System for determining the optical properties of a volume-scattering medium using diffuse reflectometry
105 - Источник излучения105 - Radiation source
110 - Оптическая приемная система110 - Optical receiving system
110.1 - Массив ЖК-ячеек110.1 - Array of LCD cells
110.2 - Массив микролинз110.2 - Array of microlenses
110.3 - Массив фотодетекторов110.3 - Array of photodetectors
115 - Разделитель115 - Separator
120 - Блок управления120 - Control unit
125 - Блок обработки данных125 - Data processing unit
300 - Вычислительное устройство пользователя с функцией определения оптических свойств объемно-рассеивающей среды300 - Computing device of the user with the function of determining the optical properties of the volume-scattering medium
305 - Источник излучения305 - Radiation source
310 - Оптическая приемная система 310310 -
310.1 - Массив ЖК-ячеек310.1 - Array of LCD cells
310.2 - Массив микролинз310.2 - Array of microlenses
310.3 - Массив фотодетекторов310.3 - Array of photodetectors
315 - Разделитель315 - Separator
320 - Процессор.320 - Processor.
Claims (46)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107787A RU2738314C1 (en) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry |
KR1020200134631A KR20210106321A (en) | 2020-02-20 | 2020-10-16 | Apparatus and method of extraction of optical properties of turbid medium by using of diffuse reflectometry |
US17/123,336 US11353398B2 (en) | 2020-02-20 | 2020-12-16 | System, computing device, and method for extraction of optical properties of turbid medium by using diffuse reflectometry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107787A RU2738314C1 (en) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2738314C1 true RU2738314C1 (en) | 2020-12-11 |
Family
ID=73834802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020107787A RU2738314C1 (en) | 2020-02-20 | 2020-02-20 | System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20210106321A (en) |
RU (1) | RU2738314C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5452723A (en) * | 1992-07-24 | 1995-09-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Calibrated spectrographic imaging |
EP1119763B1 (en) * | 1998-10-07 | 2005-12-28 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Method for measuring locally and superficially the scattering and absorption properties of turbid media |
RU2371703C1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Photometre |
US20120140208A1 (en) * | 1999-11-05 | 2012-06-07 | Robert Magnusson | Guided-mode resonance sensors employing angular, spectral, modal, and polarization diversity for high-precision sensing in compact formats |
RU2569752C2 (en) * | 2013-06-24 | 2015-11-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material |
RU2649048C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-03-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Compact spectrometer system intended for non-invasive measurement of spectra of absorption and transmission of specimens of biological material |
-
2020
- 2020-02-20 RU RU2020107787A patent/RU2738314C1/en active
- 2020-10-16 KR KR1020200134631A patent/KR20210106321A/en active Search and Examination
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5452723A (en) * | 1992-07-24 | 1995-09-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Calibrated spectrographic imaging |
EP1119763B1 (en) * | 1998-10-07 | 2005-12-28 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Method for measuring locally and superficially the scattering and absorption properties of turbid media |
US20120140208A1 (en) * | 1999-11-05 | 2012-06-07 | Robert Magnusson | Guided-mode resonance sensors employing angular, spectral, modal, and polarization diversity for high-precision sensing in compact formats |
RU2371703C1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Photometre |
RU2569752C2 (en) * | 2013-06-24 | 2015-11-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Multifunctional analytic system for determining characteristics of circular dichroism optic signal from biologically active material |
RU2649048C1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-03-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Compact spectrometer system intended for non-invasive measurement of spectra of absorption and transmission of specimens of biological material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210106321A (en) | 2021-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7126682B2 (en) | Encoded variable filter spectrometer | |
US7812312B2 (en) | Infrared measuring device, especially for the spectrometry of aqueous systems, preferably multiple component systems | |
US9057689B2 (en) | Methods and systems for analyte measurement | |
KR102477340B1 (en) | Analytical Systems and Methods for Determining Hemoglobin Parameters in Whole Blood | |
US20040133086A1 (en) | Apparatus and method for non-invasive measurement of blood constituents | |
CN102812346B (en) | Analytical equipment | |
KR20080026159A (en) | Method and apparatus for the non-invasive sensing of glucose in a human subject | |
JP2008191149A (en) | Optical cavity structure for implantation | |
JP2004252214A (en) | Arbitrary wavelength selection filter, multichannel monitor and biopsy apparatus | |
CN103917161A (en) | Measurement device, measurement method, program, and recording medium | |
JP2013523362A (en) | Apparatus and method for determining biological, chemical and / or physiological parameters in biological tissue | |
CN101156057A (en) | Device for determining of properties in a fluid and/or constituents thereof | |
US5830134A (en) | Method and equipment for detecting physico-chemical parameters | |
JPH11183377A (en) | Optical content meter | |
JP2010227558A (en) | Component measuring apparatus | |
RU2738314C1 (en) | System, computing device and method of determining optical properties of volume scattering medium using diffuse reflectometry | |
CN106092968A (en) | Optical detection apparatus and method | |
RU2730438C2 (en) | Whole blood so2 sensor | |
JP3903147B2 (en) | Non-destructive sugar content measuring device for fruits and vegetables | |
US11353398B2 (en) | System, computing device, and method for extraction of optical properties of turbid medium by using diffuse reflectometry | |
KR20210092969A (en) | Noninvasive-type monitoring sensor system for measuring blood glucose using two wavelength raman scattering | |
US20210259586A1 (en) | Measurement apparatus and biological information measurement apparatus | |
JP5403430B2 (en) | Component measuring device | |
JP7363368B2 (en) | Absorbance measuring device and biological information measuring device | |
JPH05332835A (en) | Device for spectrophotometric analysis and its method |