JP2003508745A - Analyte determination method using arrays of near infrared, adjacent visible spectrum and longer near infrared wavelengths - Google Patents

Analyte determination method using arrays of near infrared, adjacent visible spectrum and longer near infrared wavelengths

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JP2003508745A
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infrared
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カデル，セオドール，イー．
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シーエムイー テレメトリクス インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 光スペクトルの赤外および近赤外部分に隣接する可視スペクトルの離散波長の連続アレイに同時に集められたスペクトルデータを使用する方法が述べられる。スペクトルデータは様々の感度範囲を有する多数の検出器を使用して収集される。ある種の検出器は可視および場合によっては、放射の近赤外部分に対して感度がよくてもよい。赤外スペクトルからのスペクトルデータが赤外検出器により収集され、かつある実施形態では、可視光に対しては感度を有しない。 Abstract: A method is described that uses spectral data collected simultaneously in a continuous array of discrete wavelengths of the visible spectrum adjacent to the infrared and near-infrared portions of the light spectrum. Spectral data is collected using multiple detectors with different sensitivity ranges. Certain detectors may be sensitive to the visible and, in some cases, the near infrared portion of the radiation. Spectral data from the infrared spectrum is collected by an infrared detector, and in some embodiments, is insensitive to visible light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】 （発明の分野） 本発明は時間とともに変化する、複雑な多くの構成要素構造（例えば、血液中
の血液成分、または生物組織または身体の一部）、または特に人間や動物などの
生きている対象の血液及び生物組織成分内のひとつまたは多数の成分の濃度レベ
ルを検出しかつモニタする装置および方法に関するものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to many complex component structures that change over time (eg, blood constituents in blood, or biological tissues or body parts), or in particular living organisms such as humans and animals. Apparatus and methods for detecting and monitoring the concentration levels of one or more components in blood and biological tissue components of a subject.

【０００２】 （発明の背景） 化学分析のための分光学のアプリケーションが知られている。ただし、長年に
わたって分子（特に、生物の根源である分子）の振動状態に関する情報を突き止
める場合の赤外用の十分感度のよい検出器が存在しなかったため、それは主に自
動分析のため使用された。ＩＲ検出器技術の進歩がこのようなアプリケーション
のための現存する多くの検出器、計測器および方法を劇的に変化させてきた。こ
れは新しいアプリケーションのための道も開いてきたが、技術に新しい要件を課
してきた。最も重要なアプリケーションのひとつは生きている対象の化学組成の
無侵害分析である。BACKGROUND OF THE INVENTION The application of spectroscopy for chemical analysis is known. However, it has been used primarily for automated analysis because over the years there has not been a sufficiently sensitive detector for the infrared to locate information about the vibrational states of molecules, especially those that are the roots of life. Advances in IR detector technology have dramatically changed many existing detectors, instruments and methods for such applications. This has also paved the way for new applications, but has imposed new requirements on the technology. One of the most important applications is the non-intrusive analysis of the chemical composition of living subjects.

【０００３】 スペクトル範囲５００ｎｍから７７０ｎｍの光はスペクトルの可視部分に属す
るが、それは全可視範囲を網羅せず、かつスペクトルの赤外部に直接隣接するた
め本明細書において隣接可視（ＡＶ）と呼ばれることが一般に正当に評価される
。電磁スペクトルの赤外部分（ＩＲ）は２７００ｎｍまで可視を越えて拡がる近
赤外（ＮＩＲ）、ＮＩＲ範囲を越えて拡がりかつ遠赤範囲（ＦＩＲ）にさらに拡
がる中間赤外放射（ＭＩＲ）に分割されることは広く受け入れられている。その
感度がスペクトルの可視部分およびＮＩＲの始めの部分を覆うある種の光検出器
（主にシリコン）が存在する。これによって、ＮＩＲに隣接する可視範囲部分お
よび可視に隣接するＮＩＲ部分を本明細書においてＡＶ／ＮＩＲと呼ぶことにし
、一方ＮＩＲ範囲の残りの部分は「長波長ＮＩＲ領域」または「ＬＷＮＩＲ」と
呼ぶことにする。Light in the spectral range 500 nm to 770 nm belongs to the visible portion of the spectrum, but it does not cover the entire visible range and is directly adjacent to the infrared portion of the spectrum, and is therefore referred to herein as Adjacent Visible (AV). Is generally justified. The infrared portion (IR) of the electromagnetic spectrum is divided into near infrared (NIR), which extends beyond the visible to 2700 nm, and mid-infrared radiation (MIR), which extends beyond the NIR range and further into the far-red range (FIR). Is widely accepted. There are some photodetectors (mainly silicon) whose sensitivity covers the visible part of the spectrum and the beginning part of the NIR. As a result, the visible range portion adjacent to the NIR and the visible adjacent NIR portion will be referred to herein as AV / NIR, while the rest of the NIR range is referred to as the "long wavelength NIR region" or "LWNIR". I will decide.

【０００４】 無侵害技術 患者の血液成分の濃度を無侵害的にモニタする先に述べた装置が知られている。
通常、身体により放射されるガス中の成分濃度、または涙、サルビア、尿などの
身体の流体に含まれる成分濃度のいずれも外部的に測定するにはセンサが使用さ
れる。あるいはまた、血液成分は耳たぶ、手指などの患者の身体の一部を通過し
たある種の放射の減衰の測定により特定される。多くの場合、放射は個々の、狭
帯域光源から得られた１、２のまたは限られた数の比較的狭いスペクトル帯域で
測定される（米国特許第４，６５５，２２５号；米国特許第４，８８３，９５３
号；米国特許第４，８８２，４９２号を参照）。これらの装置のあるものは交換
可能な狭帯域スペクトルフィルタの組によりスペクトル的に広い光から連続的に
選択された限られた数の比較的狭いスペクトル帯域で測定を行う。ある条件下で
のこれらの帯域の光強度の絶対的かつ相対的変化の分析が身体成分に関する重要
な情報を提供する。精度よい測定値を得るためそれらの安定性に必要なフィルタ
の交換およびフィルタ交換時間により測定プロセスの持続時間が非常長くかつに
著しく頻繁になり、種々の帯域における測定に著しい時間遅延がともなう。生き
ている人の心理が肉体的状態で多様に変化するため、身体の肉体的状態が変化し
たもとで種々の波長の測定が行われることになり、身体の成分測定が不可能にな
る。限られた数の離散スペクトル帯域のシステムにおけるエラーの別の発生源は
、測定間および計測器間の選択帯域の波長偏移である。誤差のこれらの２つの発
生源により成分測定が不可能な場合は、いくつかの医学上のおよび他のアプリケ
ーションが存在する。このような場合では、ほとんど同時に全スペクトルにおけ
る測定を行い全スペクトルに関する情報を可能な限り保存することが重要になる
。これは、特定範囲の多数（例えば、１２８または２５６）の波長および限られ
た数の波長を測定するそれらを用いて、サンプルと相互作用する光の全スペクト
ルをいずれも測定する他の技術を適用して実現される。全スペクトルを測定する
他の技術は代表的には、ＡＶ／ＮＩＲ範囲の波長を使用する（米国特許第５，３
６１，７５８号および米国特許第４，９７５，５８１号を参照）。ここで、十分
に確立されたシリコン技術の適用により作成された光電導検出器のアレイが多数
の離散箇所のスペクトルの同時位置合わせに長時間使用可能であった。全スペク
トルの測定にはいくつかの利点がある。それらのひとつが、スペクトルが所望被
分析対象についての情報とともに障害を与える物質（例えば他の被分析対象）お
よび効果（例えば、光散乱）を提供する中にある。第２の利点は、たとえそれが
サンプルの温度変化により偏移するとしてもスペクトルに関する完全な情報を記
録する能力である。最後に第３の利点は、たとえ計測器の波長較正が失なわれる
としても、全情報がスペクトルになを保存されておりかつ一旦新しい波長較正デ
ータが使用可能になれば、容易に抽出されることである。ただし、上記範囲にお
ける入手可能な情報が不十分であり、入手可能な情報が身体成分の精度よい測定
に対して不十分であり、または先に述べたスペクトル範囲（通常、長波長での）
外の追加情報が必要とされる場合がある。１１００から１７００ｎｍ領域に存在
するより鋭い被分析対象スペクトルのため、１１００から１７００ｎｍ領域内だ
けの限られた数の波長で測定を行う方法で十分な場合もある。ただし、多くの場
合、それらが考察対象の被分析対象に関する情報を提供するが、その吸収スペク
トルが所望被分析対象のそれに障害を与える他の被分析対象に関する十分独立し
た情報がない。先述のスペクトル範囲５８０ｎｍから１１００ｎｍで得られた追
加情報は障害を与える被分析対象により侵入した曖昧さを排除するのに役に立つ
。サンプルが一時的な多様性を見せる場合、サンプルの変化により引き起こされ
る考えられるエラーを除去するため考察の対象である全スペクトル範囲の同時測
定が好ましいことは明らかである。Non-Intensive Technology The previously mentioned devices for non-intrusively monitoring the concentration of blood components in patients are known.
Sensors are typically used to externally measure either the concentration of a component in the gas emitted by the body or the concentration of a component contained in body fluids such as tears, salvia, urine. Alternatively, blood components are identified by measuring the attenuation of some radiation that has passed through parts of the patient's body, such as the ear lobes, fingers. In many cases, the radiation is measured in individual, narrow band spectral sources of 1, 2 or a limited number obtained from narrow band sources (US Pat. No. 4,655,225; US Pat. No. 4). , 883,953
No .; U.S. Pat. No. 4,882,492). Some of these devices make measurements in a limited number of relatively narrow spectral bands that are continuously selected from spectrally broad light by a set of interchangeable narrow band spectral filters. Analysis of the absolute and relative changes in light intensity in these bands under certain conditions provides important information about body composition. The filter exchanges and filter exchange times required for their stability in order to obtain accurate measurements make the measurement process very long and very frequent, with a significant time delay for measurements in different bands. Since the psychology of a living person changes variously depending on the physical state, various wavelengths are measured under the change of the physical state of the body, which makes it impossible to measure the components of the body. Another source of error in systems with a limited number of discrete spectral bands is the wavelength shift of the selected band between measurements and instruments. There are several medical and other applications where component measurements are not possible due to these two sources of error. In such cases, it is important to perform measurements on all spectra almost at the same time and store information about all spectra as much as possible. This applies other techniques that measure a large number (eg 128 or 256) of wavelengths in a specified range and a limited number of wavelengths, all of which are used to measure the entire spectrum of light that interacts with the sample. Will be realized. Other techniques for measuring the entire spectrum typically use wavelengths in the AV / NIR range (US Pat. No. 5,3,5).
61,758 and U.S. Pat. No. 4,975,581). Here, an array of photoconductive detectors made by the application of well-established silicon technology could be used for a long time for the simultaneous registration of spectra at multiple discrete points. There are several advantages to measuring the full spectrum. One of them is that the spectra provide disturbing substances (eg other analytes) and effects (eg light scattering) along with information about the desired analyte. A second advantage is the ability to record complete information about the spectrum, even if it shifts due to changes in sample temperature. Finally, a third advantage is that even if the wavelength calibration of the instrument is lost, it is easily extracted once all information is stored in the spectrum and new wavelength calibration data is available. That is. However, there is insufficient information available in the above range, the available information is insufficient for accurate measurement of body components, or the previously mentioned spectral range (usually at long wavelengths).
Outside additional information may be required. Because of the sharper analyte spectrum present in the 1100 to 1700 nm region, it may be sufficient to perform the measurement at a limited number of wavelengths only in the 1100 to 1700 nm region. However, although often they provide information about the analyte of interest, there is not enough independent information about other analytes whose absorption spectrum interferes with that of the desired analyte. The additional information obtained in the previously mentioned spectral range 580 nm to 1100 nm serves to eliminate ambiguities penetrated by disturbing analytes. If the samples show temporal variability, it is clear that simultaneous measurement of the entire spectral range under consideration is preferred in order to eliminate possible errors caused by sample variations.

【０００５】 さらに、より短いスペクトル範囲に対する先に考察したように、場合によって
は１１００から１７００ｎｍのスペクトル領域内の限られた数の箇所におけるス
ペクトル測定では所望被分析対象の認識には十分ではない可能性がある。加えて
、通常、測定は両方、即ち、選択された箇所および幅のスペクトル位置の変動、
およびそれらの箇所で測定されたスペクトル帯域の形状に対して非常に敏感であ
る。それ故、スペクトルにおける種々の部分の測定が、異なる時間またはサンプ
ルの種々の部分からまたは限られた数の箇所内で行われる場合の方法はサンプル
の成分の精度よい被分析対象には十分ではない可能性があり、より進歩した計測
器が必要とされる。これらの制限を排除しかつこのような測定に対して適当な計
測器を提供する方法がこの発明により与えられる。全体的に、先に述べた無侵害
装置および技術は患者の血液成分濃度の測定における侵害技術の代りに使用する
には十分精度のよいものではなかった。それらのあるものはひとつの構成要素の
みを測定するように設計されてきており、かつ種々の構成要素の測定にそれらを
適合させるため計測器に対する物理的変更を行う必要がある。ある種の装置の場
合は、結果を得るのに非合理に長時間を要し、または他の場合は、容易に使用で
きる形態で提供されず、またはそれらは複数の成分濃度を同時に測定できない。
例えば、インシュリン管理のための投薬量を計算する装置を使用して装置が不正
確な読みを与える場合、患者に悲惨な結果が生ずることは明らかである。Moreover, as discussed above for shorter spectral ranges, in some cases spectral measurements at a limited number of points within the 1100 to 1700 nm spectral region may not be sufficient for recognition of the desired analyte. There is a nature. In addition, usually the measurements are both: fluctuations in the spectral position of the selected point and width,
And very sensitive to the shape of the spectral bands measured at those points. Therefore, the method in which the measurement of different parts of the spectrum is performed from different parts of the sample at different times or within a limited number of points is not sufficient for accurate analytes of the components of the sample. Potential and more advanced instruments are needed. A method is provided by the present invention that eliminates these limitations and provides a suitable instrument for such measurements. Overall, the non-intrusive devices and techniques described above have not been sufficiently accurate to be used in place of infringing techniques in measuring patient blood constituent concentrations. Some of them have been designed to measure only one component and require physical changes to the instrument to adapt them to the measurement of various components. For some devices, it takes an unreasonably long time to obtain a result, or for others it is not provided in a form that is easy to use, or they cannot measure the concentrations of multiple components simultaneously.
For example, using a device that calculates a dosage for insulin management and using a device that gives inaccurate readings, it is clear that the patient will have disastrous results.

【０００６】 同時スペクトル収集は多数の光電導検出器を適用してのみ可能であることが認
識されてきた。技術的には、これは分散装置（例えば、回折格子）による種々の
波長から構成される放射の空間的な分散および光電導検出器のアレイによるその
強度の記録によりもたらされる。このような場合には、各検出器のアレイにより
記録された信号はほとんど同時に読取られる。この技術は認められてきており、
かつ光電導検出器を有する多くの分光計が市場で入手可能である。不都合なこと
に、使用可能アレイ装置には種々の制限があり、従ってこのような分光計の能力
には限度がある。It has been recognized that simultaneous spectrum collection is only possible with the application of multiple photoconductive detectors. Technically, this is brought about by the spatial distribution of the radiation composed of different wavelengths by a dispersive device (eg a diffraction grating) and its intensity recorded by an array of photoconductive detectors. In such a case, the signals recorded by each detector array are read almost simultaneously. This technology has been recognized,
And many spectrometers with photoconductive detectors are available on the market. Unfortunately, the array devices that can be used have various limitations, and thus the capabilities of such spectrometers.

【０００７】 各アレイの最も重要な制限はその感度範囲であり、感度範囲はアレイを作成す
るため使用される材料により決まる。感度範囲は、組み込んだ計測器がどのよう
なスペクトル範囲で特定アレイのアプリケーションを作動できるかを判定する。
光電導検出器のアレイのアプリケーションとともに設計された格子分光計は本来
の制限をさらに有し、それはより強い制約までも計測器の性能に与える。ひとつ
のこのような制約は、格子により回折された光における付加的回折次数の存在で
ある。その２次の存在より、スペクトルフィルタをアレイの前方に置かない限り
アレイを基本とする計測器のスペクトル範囲は１オクターブより広くなることは
はないという条件が課される。このようなフィルタの生産は容易ではなく、それ
故計測器は１オクターブ以下を網羅するように構成され通常、より短波長を有す
る放射を除去するカットオフフィルタがその程度の衝激を除去するのに使用され
る。その結果、既存のアレイを基本とする計測器のスペクトル範囲は、分析光の
最も長い測定波長が分光計によって分析された最も短い波長の２倍の長さよりつ
ねに小さくなるようになる。The most important limitation of each array is its sensitivity range, which depends on the materials used to make the array. The sensitivity range determines in what spectral range the incorporated instrument can operate a particular array application.
Designed with the application of photoconductive detector arrays, grating spectrometers have additional inherent limitations, which impose even tighter constraints on instrument performance. One such constraint is the presence of additional diffraction orders in the light diffracted by the grating. Its secondary presence imposes the condition that the spectral range of an array-based instrument cannot be wider than one octave unless the spectral filter is placed in front of the array. The production of such a filter is not easy, and therefore the instrument is constructed to cover one octave or less, and a cutoff filter that removes radiation with shorter wavelengths usually removes that degree of impulse. Used for. As a result, the spectral range of existing array-based instruments is such that the longest measurement wavelength of the analysis light is always less than twice the shortest wavelength analyzed by the spectrometer.

【０００８】 最後に、アレイの素子数およびアレイの長さが制限されるため、その限られた
スペクトル範囲でさえも高い分解能を達成できないことが非常に頻繁にある。そ
の結果、アレイを基本とする計測器の性能はこのような要因間の妥協であり、そ
れ故、分光計が特定アプリケーションに必要とされる情報を提供することができ
ないことが非常に頻繁にある。さらに、これらのアプリケーションにより広いス
ペクトル（例えば、無侵害生体内診断）の同時記録が必要とされる場合測定の問
題は未解決のままになる。Finally, due to the limited number of elements in the array and the length of the array, it is very often impossible to achieve high resolution even in its limited spectral range. As a result, the performance of array-based instruments is a compromise between these factors, and therefore it is very often that the spectrometer cannot provide the information needed for a particular application. . Furthermore, the measurement problem remains unsolved when these applications require simultaneous recording of a broad spectrum (eg, non-invasive in-vivo diagnostics).

【０００９】 （発明の概要） 比較的簡単な計測器のいくつかのアプリケーションに対しては、ひとつまたは
少数の波長での赤外放射の測定で十分であるが、例えば、人体中の血液における
グルコース濃度などのより要求の厳しいアプリケーションに対して、著しくより
進歩した計測器が必要とされる。 特に、このようなアプリケーションに対して
は、少なくともスペクトルの近赤外およびその可視部分に隣接する部分を網羅す
る広いスペクトル範囲のデータを集めることが重要であることが見出されてきた
。生きている対象に対しては、情報が考察の対象である全スペクトル範囲で同時
に収集されることが重要であり、さもなければ測定中に微生物の物理的変化が測
定誤差に著しく影響することも発見されてきた。最後に、温度に関する分子振動
スペクトルの依存性のため、スペクトルに関するできるだけ完全な情報をもつこ
とが重要であることが見出されてきた。従って、できるだけ広いスペクトルにお
ける情報を同時に収集できる能力をもつ分光学的装置を構築する必要性が高まっ
てきた。この取り組みには、回転格子またはフーリエ変換分光計を有するそれら
と同様のいずれかの走査型計測器の応用で光のスペクトルを集める場合の技術が
含まれる。SUMMARY OF THE INVENTION For some applications of relatively simple instruments, measurement of infrared radiation at one or a few wavelengths is sufficient, for example glucose in blood in the human body. For more demanding applications such as concentration, significantly more advanced instruments are needed. In particular, it has been found to be important for such applications to collect data in a wide spectral range covering at least the near infrared and the portion of the spectrum adjacent to its visible portion. For living subjects, it is important that the information be collected simultaneously over the entire spectral range of interest, or else the physical changes of the microorganisms during the measurement can significantly influence the measurement error. Has been discovered. Finally, due to the dependence of the molecular vibrational spectrum on temperature, it has been found important to have as complete information as possible about the spectrum. Therefore, there is a growing need to build spectroscopic devices with the ability to simultaneously collect information in as wide a spectrum as possible. This effort includes techniques for collecting the spectrum of light in the application of a rotating grating or any similar scanning instrument with a Fourier transform spectrometer.

【００１０】 従って、この発明は、個々のアレイを基本とする分光計を使用するいくつかの
種々のスペクトル範囲における光信号の同時測定により、より精度のよい無侵襲
装置を使用してかつ短時間の間にサンプルの特定成分の濃度レベルを測定する、
あるいはまた、ひとつまたは多数の種々の成分の濃度レベルを測定する方法を提
供する。Accordingly, the present invention uses a more accurate non-invasive device and for a short time by simultaneous measurement of optical signals in several different spectral ranges using individual array-based spectrometers. Measuring the concentration level of a particular component of the sample during,
Alternatively, a method of measuring the concentration level of one or a number of different components is provided.

【００１１】 この発明は、ＡＶ／ＮＩＲ領域での全スペクトル吸収率／反射率を測定するス
ペクトル装置による被分析対象測定精度がこのような測定に赤外領域における波
長のひとつまたは多数のアレイからの測定値を加えることにより向上される。The present invention provides that the measurement accuracy of the analyte to be measured by a spectrum instrument for measuring total spectral absorption / reflectance in the AV / NIR region is such that one or multiple arrays of wavelengths in the infrared region It is improved by adding measurement values.

【００１２】 その広い見地では、この発明はサンプルを放射を射出できる無侵襲装置に入れ
るステップと、放射をサンプル上に向けて送り出すステップと、サンプルから集
められた放射を測定するステップと、測定された放射に基づいて濃度レベルを計
算するステップと含み、生物組織上に向けて送り出されかつ生物組織から集めら
れた放射が５００ｎｍで始まりかつＡＶ／ＮＩＲ範囲に広がる波長および１１０
０ｎｍから１７００ｎｍの起こりうるＬＩＲ範囲の波長のものであることを特徴
とする方法を提供する。In its broader aspect, the invention comprises the steps of placing a sample in a non-invasive device capable of emitting radiation, directing the radiation onto the sample, and measuring the radiation collected from the sample. Calculating a concentration level based on the emitted radiation, wherein the radiation emitted onto and collected from the biological tissue begins at 500 nm and extends to the AV / NIR range and 110
A method is provided which is at a wavelength in the possible LIR range of 0 nm to 1700 nm.

【００１３】 ひとつの実施形態によれば、人間および動物などの生きている対象内の血液成
分濃度レベルを測定する方法であって、多色性光源または他の単一または所要範
囲におけるはば広いスペクトルの光を射出する他の放射ソースが使用されること
を特徴とする方法を提供する。種々のスペクトル範囲において考えられる感度の
よい光電導検出器アレイを含む多数のスペクトル分析装置が、考察の対象である
範囲部分、好ましくは５００から１１００ｎｍの範囲および９００から１７００
ｎｍおよびさらなるスペクトル範囲部分全体にわたって感度および分解能を提供
する。この方法は −連続波長（ひとつのソースからまたは多数のソースからどちらであろうと）の
光をサンプルまたは対象部分に向けて送り出すステップと、 −光がサンプルまたはその部分に向けて送り出されかつ相互作用し終わった後に
連続光を集めるステップと、 −集められた光を対応する数のスペクトル分析装置に向けて別々に送り出された
少なくとも２つの部分、即ちＡＶ／ＮＩＲのため少なくともひとつおよびＷＮＩ
Ｒのための少なくとも別のひとつ、に分割するステップと、 −光の各部分を、好ましくは分散素子、好ましくは回折格子によって各部分の対
応するスペクトル内容の同時分析に適当な光ビームに形成するステップと、 −個々のスペクトル分析装置での分析のため予定された光の連続部分を 各選択された部分における成分波長の分散スペクトルに 空間的に分散するステップと、 −光電導検出器の適当なアレイにより各部分における分散光を検出に適当な光ビ
ームに形成するステップとを含み、かつ −光電導検出器のアレイが選択された部分または全ＡＶ／ＮＩＲスペクトル範囲
における分散光の測定を行い、かつ少なくともひとつまたは多数のアレイが少な
くとも選択された部分または全ＬＷＮＩＲスペクトル範囲の測定のため加られる
ことを特徴とする。According to one embodiment, a method for measuring blood constituent concentration levels in living subjects such as humans and animals, which is broad in a polychromatic light source or other single or required range. A method is provided, characterized in that other radiation sources emitting light in the spectrum are used. A number of spectral analysis devices, including sensitive photoconductive detector arrays, which are possible in different spectral ranges, are under consideration, preferably in the range 500 to 1100 nm and 900 to 1700 nm.
It provides sensitivity and resolution over the nm and further parts of the spectral range. This method comprises the steps of: -delivering light of a continuous wavelength (whether from one source or from multiple sources) towards a sample or a portion of interest; -light being emitted towards a sample or portion thereof and interaction. Collecting the continuous light after it has finished, and-at least two parts for separately delivering the collected light to a corresponding number of spectral analyzers, namely at least one for AV / NIR and WNI.
Splitting into at least another one for R, and-forming each part of the light into a light beam suitable for simultaneous analysis of the corresponding spectral content of each part, preferably by a dispersive element, preferably a diffraction grating. Spatially dispersing a contiguous portion of the light intended for analysis on an individual spectral analyzer into a dispersion spectrum of the component wavelengths at each selected portion; and a suitable photoconductive detector. Forming the dispersed light in each portion by the array into a light beam suitable for detection, and wherein the array of photoconductive detectors makes a measurement of the dispersed light in the selected portion or the entire AV / NIR spectral range, And at least one or multiple arrays are added for measuring at least selected partial or full LWNIR spectral range And it features.

【００１４】 これらの測定は同時に、順々にまたはそのいずれかの組合せで行われることが
好ましい。測定結果はマイクロプロセッサへ転送され、かつサンプル、特に前記
血液または生物組織の前記少なくともひとつの成分の濃度レベルが計算され、か
つ各濃度レベルの結果が作成される。Preferably, these measurements are made simultaneously, sequentially or in any combination thereof. The measurement results are transferred to a microprocessor, and the concentration level of the sample, in particular of said at least one component of said blood or biological tissue, is calculated and a result for each concentration level is produced.

【００１５】 この発明の別の実施形態によれば、人間および動物などの対象のサンプル、特
に血液および生物組織で生ずる成分の濃度レベルを測定する無侵襲装置が提供さ
れる。特に、放射または光源によりもたらされた隣接可視スペクトルおよび近赤
外範囲における広いスペクトルの光が一台または所要数の安定化電源によりに強
化される。装置（または複数の装置）にはサンプルまたは対象に一部がレセプタ
に接触して置かれるよう形づくられる。レセプタには外光を除去する手段があり
、かつ光源（複数の光源）に対して位置合わせされ、サンプルまたは身体部分（
または生物組織）がレセプタに接触して載置されると、光源（複数の光源）が起
動され連続する波長を有する光がその部分に向けて送り出される。装置には光が
サンプルまたはその部分に向けて送り出された後ＡＶ／ＮＩＲおよびＬＷＮＩＲ
スペクトル領域の光を集める手段が装着される。前記広いスペクトル全体にわた
って集められた光を成分波長の分散スペクトルに分散する手段およびＡＶ／ＮＩ
ＲおよびＬＷＮＩＲ領域の多くの種々の波長の光信号の測定を同時にまたは順々
に行う手段も設けられる。分散スペクトル全体にわたるこれらの測定の結果を少
なくともひとつの成分のための計算式を使用して少なくともひとつの成分の濃度
に変換する手段が設けられる。前記血液または生物組織の少なくともひとつの成
分の濃度レベルを判定し、かつ次に、判定された各濃度レベルの結果を作成する
手段も設けられる。According to another embodiment of the present invention, there is provided a non-invasive device for measuring concentration levels of components occurring in samples of subjects such as humans and animals, especially blood and biological tissues. In particular, the adjacent visible spectrum and the broad spectrum light in the near infrared range brought about by the radiation or the light source are enhanced by one or the required number of stabilizing power supplies. The device (or devices) is shaped so that a portion of the sample or object is placed in contact with the receptor. The receptor has a means for removing ambient light and is aligned with the light source (s) to allow the sample or body part (
Alternatively, when biological tissue) is placed in contact with the receptor, the light source (plurality of light sources) is activated, and light having continuous wavelengths is sent toward the portion. The device is AV / NIR and LWNIR after the light is directed towards the sample or part of it
Means are provided for collecting light in the spectral region. Means for dispersing light collected over the broad spectrum into a dispersion spectrum of component wavelengths and AV / NI
Means are also provided for simultaneously or sequentially measuring optical signals of many different wavelengths in the R and LWNIR regions. Means are provided for converting the results of these measurements over the dispersion spectrum into concentrations of at least one component using the formula for at least one component. Means are also provided for determining the concentration level of at least one component of the blood or biological tissue and then producing a result for each determined concentration level.

【００１６】 この発明のひとつの実施形態によれば、 隣接可視および近赤外（ＡＶ／ＮＩＲ）領域からの連続する波長をサンプルに
照射するステップと、 放射がその部分に向けて送り出された後放射を集めるステップと、 連続する集められた放射を検出器への成分波長の分散スペクトルに分散するス
テップであって、検出器が集められた放射から透過または反射された放射の少な
くともひとつの測定を行うステップ、および測定値をプロセッサへ転送するステ
ップと、 より長波長の近赤外（ＬＷＮＩＲ）領域における連続する波長をサンプルに照
射するステップと、放射がサンプルまたはその部分に向けて送り出された後、ひ
とつまたは多数の帯域の放射を検出器により検出するステップであって、検出器
が透過または反射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップ、および 測定値をプロセッサへ転送するステップとを含み、 測定値およびひとつまたは多数の較正アルゴリズムに基づいて、プロセッサが前
記サンプルにおける前記成分濃度を計算し、好ましくはひとつまたは多数の個々
のエネルギーソースが放射をもたらすため使用されることを特徴とするサンプル
の成分濃度を判定する方法が提供される。According to one embodiment of the invention, illuminating the sample with successive wavelengths from adjacent visible and near infrared (AV / NIR) regions, and after the radiation has been directed towards the part. Collecting the radiation and dispersing the continuous collected radiation into a dispersive spectrum of component wavelengths to the detector, the detector measuring at least one of the transmitted or reflected radiation from the collected radiation. Doing and transferring the measurements to the processor, irradiating the sample with successive wavelengths in the longer wavelength near infrared (LWNIR) region, and after the radiation has been directed towards the sample or part thereof A step of detecting radiation in one or multiple bands by a detector, wherein the detector detects the radiation transmitted or reflected. At least one measurement, and transferring the measurement to a processor, wherein the processor calculates the concentration of the constituent in the sample based on the measurement and one or a number of calibration algorithms, preferably one Alternatively, a method for determining a constituent concentration of a sample is provided, characterized in that a number of individual energy sources are used to provide the radiation.

【００１７】 この発明の方法の別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検
出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮ
ＩＲの検出器が各帯域の放射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを
有するひとつまたは多数のスペクトル計測器である。According to another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or a number of spectrum instruments having an array of silicon detectors and the LWN
The IR detector is one or more spectroscopic instruments with an individual array of infrared sensitive detectors for each band of radiation.

【００１８】 この発明の方法のなお別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコ
ン検出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、ＬＷＮ
ＩＲの検出器が赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多
数のスペクトル計測器であり、かつ各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出
器のアレイの適切な部材から行われ、好ましくは赤外に感度のよい検出器がＩｎ
ＧａＡｓ検出器である。According to yet another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or multiple spectrum instruments having an array of silicon detectors, the LWN
The IR detector is one or many spectral instruments with an individual array of infrared sensitive detectors, and the measurement of the radiation in each band is suitable for an array of infrared sensitive detectors. A detector made of a material, preferably infrared sensitive,
It is a GaAs detector.

【００１９】 別の実施形態によれば、シリコン検出器アレイを有する分光計が 可視、可視／赤外および検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接
する範囲のすべての光を記録し、かつ好ましくは赤外に感度のよい検出器がそれ
らのスペクトル感度範囲内の個々の赤外範囲の光を記録する。According to another embodiment, a spectrometer having an array of silicon detectors records all light in the visible, visible / infrared and adjacent regions of the visible and infrared ranges within the spectral sensitivity range of the detector. And preferably an infrared sensitive detector records light in the individual infrared ranges within their spectral sensitivity range.

【００２０】 方法の別の実施形態によれば、すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の
光をほとんど同時に記録する。According to another embodiment of the method, all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously.

【００２１】 この発明の別の見地によれば、 ＡＶ／ＮＩＲ領域からの波長の成分をサンプルに照射するステップと、 放射がその部分に向けて送り出された後放射を集めるステップと、 連続する集められた放射を検出器への成分波長の分散スペクトルに分散するス
テップであって、検出器が集められた放射から透過または反射された放射の少な
くともひとつの測定を行うステップ、および測定値をプロセッサへ転送するステ
ップと、 ＬＷＮＩＲ領域におけるひとつまたは多数の帯域の波長をサンプルに照射する
ステップと、放射がサンプルに向けて送り出された後、ひとつまたは多数の帯域
の放射を検出器により検出するステップであって、検出器が透過または反射され
た放射の少なくともひとつの測定を行うステップと、測定値をプロセッサへ転送
するステップとを含み、測定値およびひとつまたは多数の較正アルゴリズムに基
づいて、プロセッサが前記サンプルにおける前記成分濃度を計算し、好ましくは
ひとつまたは多数の個々のエネルギーソースが放射をもたらすため使用されるこ
とを特徴とするサンプルの成分濃度を判定する方法が提供される。According to another aspect of the invention, illuminating the sample with a component of wavelengths from the AV / NIR region, collecting radiation after the radiation has been directed towards the portion, and collecting successively. Dispersing the collected radiation into a dispersion spectrum of the component wavelengths to the detector, the detector making at least one measurement of the transmitted or reflected radiation from the collected radiation, and the measured value to the processor. Transferring, illuminating the sample with wavelengths in one or multiple bands in the LWNIR region, and detecting radiation in one or multiple bands with a detector after the radiation is directed toward the sample. The detector makes at least one measurement of the transmitted or reflected radiation and the measured value is processed. A processor for calculating the concentration of the constituent in the sample based on the measured value and one or more calibration algorithms, preferably for use by one or more individual energy sources to provide radiation. A method of determining a component concentration of a sample is provided.

【００２２】 この発明の方法の別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検
出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮ
ＩＲの検出器が各帯域の放射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを
有するひとつまたは多数のスペクトル計測器である。According to another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or a number of spectrum instruments having an array of silicon detectors and the LWN
The IR detector is one or more spectroscopic instruments with an individual array of infrared sensitive detectors for each band of radiation.

【００２３】 この発明の方法のなお別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコ
ン検出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、ＬＷＮ
ＩＲの検出器が赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多
数のスペクトル計測器であり、かつ各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出
器のアレイの適切な部材から行われ、好ましくは赤外に感度のよい検出器がＩｎ
ＧａＡｓ検出器である。According to yet another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or multiple spectral instruments having an array of silicon detectors, the LWN
The IR detector is one or many spectral instruments with an individual array of infrared sensitive detectors, and the measurement of the radiation in each band is suitable for an array of infrared sensitive detectors. A detector made of a material, preferably infrared sensitive,
It is a GaAs detector.

【００２４】 別の実施形態によれば、シリコン検出器アレイを有する分光計が可視、可視／
赤外および検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接する範囲のす
べての光を記録し、かつ好ましくは赤外に感度のよい検出器がそれらのスペクト
ル感度範囲内の個々の赤外範囲の光を記録する。According to another embodiment, a spectrometer with a silicon detector array is visible, visible /
The infrared and detectors record all light in the visible, the range adjacent to the infrared range within the spectral sensitivity range, and preferably the infrared sensitive detectors are individual reds within those spectral sensitivity ranges. Record light in the outer range.

【００２５】 方法の別の実施形態によれば、すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の
光をほとんど同時に記録する。According to another embodiment of the method, all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously.

【００２６】 この発明のなお別の見地によれば、 ＡＶ／ＮＩＲ領域からの波長の成分をサンプルに照射するステップと、放射が
その部分に向けて送り出された後放射を集めるステップと、連続する集められた
放射を検出器への成分波長の分散スペクトルに分散するステップであって、検出
器が集められた放射から透過または反射された放射の少なくともひとつの測定を
行うステップ、および測定値をプロセッサへ転送するステップと、ＬＷＮＩＲ領
域からの連続する波長の成分をサンプルに照射するステップと、放射がその部分
に向けて送り出された後放射を集めるステップと、ＬＷＮＩＲ領域におけるひと
つまたは多数の帯域の波長をサンプルに照射するステップと、連続する集められ
た放射を検出器への放射帯域の分散スペクトルに分散するステップであって、検
出器が透過または反射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップ、お
よび測定値をプロセッサへ転送するステップとを含み、測定値およびひとつまた
は多数の較正アルゴリズムに基づいて、プロセッサが前記サンプルにおける前記
成分濃度を計算し、好ましくはひとつまたは多数の個々のエネルギーソースが放
射をもたらすため使用されることを特徴とするサンプルの成分濃度を判定する方
法が提供される。According to yet another aspect of the invention, the steps of irradiating the sample with a component of wavelength from the AV / NIR region and collecting radiation after the radiation has been directed towards that portion are contiguous. Dispersing the collected radiation into a dispersive spectrum of component wavelengths to a detector, the detector making at least one measurement of the transmitted or reflected radiation from the collected radiation, and a processor for processing the measurements. To the sample, irradiating the sample with components of consecutive wavelengths from the LWNIR region, collecting radiation after the radiation has been directed to that portion, and wavelengths of one or multiple bands in the LWNIR region. The sample onto the sample and split the continuous collected radiation into a distributed spectrum in the emission band to the detector. The detector making at least one measurement of the transmitted or reflected radiation, and the step of transferring the measurement to a processor, based on the measurement and one or more calibration algorithms, A method is provided for determining the constituent concentration of a sample, characterized in that a processor calculates the constituent concentration in the sample and preferably one or more individual energy sources are used to provide the radiation.

【００２７】 この発明の方法の別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検
出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮ
ＩＲの検出器が各帯域の放射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを
有するひとつまたは多数のスペクトル計測器である。According to another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or a number of spectrum instruments having an array of silicon detectors and the LWN
The IR detector is one or more spectroscopic instruments with an individual array of infrared sensitive detectors for each band of radiation.

【００２８】 この発明の方法のなお別の実施形態によれば、ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコ
ン検出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、ＬＷＮ
ＩＲの検出器が赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多
数のスペクトル計測器であり、かつ各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出
器のアレイの適切な部材から行われ、好ましくは赤外に感度のよい検出器がＩｎ
ＧａＡｓ検出器である。According to yet another embodiment of the method of the present invention, the detector of the AV / NIR is one or a number of spectral instruments having an array of silicon detectors, the LWN
The IR detector is one or many spectral instruments with an individual array of infrared sensitive detectors, and the measurement of the radiation in each band is suitable for an array of infrared sensitive detectors. A detector made of a material, preferably infrared sensitive,
It is a GaAs detector.

【００２９】 別の実施形態によれば、シリコン検出器アレイを有する分光計が可視、可視／
赤外および検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接する範囲のす
べての光を記録し、かつ好ましくは赤外に感度のよい検出器がそれらのスペクト
ル感度範囲内の個々の赤外範囲の光を記録する。According to another embodiment, a spectrometer with a silicon detector array is visible, visible /
The infrared and detectors record all light in the visible, the range adjacent to the infrared range within the spectral sensitivity range, and preferably the infrared sensitive detectors are individual reds within those spectral sensitivity ranges. Record light in the outer range.

【００３０】 方法の別の実施形態によれば、すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の
光をほとんど同時に記録する。According to another embodiment of the method, all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously.

【００３１】 前述の方法のいずれかの好ましい実施形態によれば、サンプルは対象の手指で
ある。According to a preferred embodiment of any of the above methods, the sample is the finger of the subject.

【００３２】 この発明の他の特徴および利点が次の詳細な説明から明らかになろう。ただし
、この発明の好ましい実施形態を表示しながら、詳細説明および特定例が説明の
みを目的として与えられるため、この発明の精神および範囲内の各種変化および
変形がこの詳細説明から当業者にとって明らかになるであろうことが理解される
べきである。Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description. However, while displaying the preferred embodiments of the present invention, the detailed description and specific examples are given for the purpose of description only, and therefore various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will be apparent to those skilled in the art from this detailed description. It should be understood that it will be.

【００３３】 発明の詳細な説明 本明細書において使用されているように、「濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏ
ｎ）」または「濃度レベル（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ）」は試
験管内であっても生体内であっても、溶液の成分の総量または分量を意味する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As used herein, “concentratio”
"n)" or "concentration level" means the total or partial amount of the components of the solution, whether in vitro or in vivo.

【００３４】 本明細書において使用されているように、「成分（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）
」は生物組織に見出される物質、または被分析対象を意味し、かつ例えば、グル
コース、ビリルビン、タンパク質、例えば、アルブミンまたはヘモグロビンなど
の炭水化物を含む。As used herein, “constituent”
"Means a substance found in biological tissue, or an analyte, and includes, for example, glucose, bilirubin, proteins, such as carbohydrates such as albumin or hemoglobin.

【００３５】 本明細書において使用されているように、「溶液中（ｉｎ ａ ｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ）」は例えば、間隙流体または他の身体流体などの液体環境におけることを
意味する。As used herein, “in a solution
on) ”means in a liquid environment, such as a pore fluid or other body fluid.

【００３６】 本明細書において使用されているように、「生物組織（ｔｉｓｓｕｅ）」は例
えば、血液、細胞外の空間を含む対象物のいずれかの組織を意味し、手指または
耳たぶなどの身体部分の全構成組成を意味することがある。As used herein, “issue” means any tissue of an object, including, for example, blood, extracellular spaces, and body parts such as fingers or ear lobes. May mean the entire composition of

【００３７】 本明細書において使用されているように、「対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）」は好ま
しくは人間を含む動物界のいずれかの器官を意味する。As used herein, “subject” means any organ of the animal kingdom, including preferably humans.

【００３８】 先に注記したように、スペクトル範囲５００ｎｍから７７０ｎｍの光は本明細
書において隣接可視（ＡＶ）と呼ばれる。本明細書において使用されているよう
に、電磁スペクトルの赤外部分（ＩＲ）は約２７００ｎｍまで可視を越えて拡が
る近赤外（ＮＩＲ）、ＮＩＲ範囲を越えて拡がりかつ遠赤外範囲（ＦＩＲ）にさ
らに拡がる中間赤外放射に分割される。さらに、ＮＩＲに隣接する可視部分およ
び可視に隣接するＮＩＲの部分はＡＶ／ＮＩＲと呼ばれ、ＮＩＲ範囲の残りの部
分は「長波長ＮＩＲ領域」または「ＬＷＮＩＲ」と呼ばれる。As noted above, light in the spectral range 500 nm to 770 nm is referred to herein as adjacent visible (AV). As used herein, the infrared portion (IR) of the electromagnetic spectrum is the near infrared (NIR), which extends beyond the visible to about 2700 nm, the NIR range, and the far infrared range (FIR). Is split into mid-infrared radiation that further spreads over. Further, the visible portion adjacent to the NIR and the portion of the NIR adjacent to the visible are referred to as AV / NIR, and the remaining portion of the NIR range is referred to as the "long wavelength NIR region" or "LWNIR".

【００３９】 好ましい実施形態によれば、各々の場合、所定中心波長を有するいずれかの所
定スペクトル帯域の光強度の測定は望ましい結果を得るため十分高い信号対騒音
比で行われるということを前提にしている。According to a preferred embodiment, it is assumed that in each case the measurement of the light intensity in any given spectral band with a given center wavelength is carried out at a signal-to-noise ratio high enough to obtain the desired result. ing.

【００４０】 上記に考察したように、この発明は無侵害スペクトル装置を使用して各種サン
プル（特に、生物組織における）の被分析対象を測定する能力の著しい向上が付
加すること、―即ち、ＬＷＮＩＲまたはＩＲ領域の波長測定の１個または多数の
アレイを５００から１１００ｎｍ領域の全スペクトル吸収測定に適用して被分析
対象測定精度における著しい向上を実現しさえすればよい−によって実現される
ことが判明している。特に、先に述べた方法によって実現された被分析対象測定
精度は、１１００から１３００ｎｍ（「第１領域」）における全スペクトル吸収
測定、及び１５９０から１７００ｎｍ（「第２領域」）における全スペクトル吸
収測定またはそのいずれかを５００から１１００ｎｍにおける全スペクトル吸収
測定に加えることにより向上され、好ましくはＡＶ／ＮＩＲ領域において、より
好ましくは第１領域の第２領域への付加が行われる。その結果、被分析対象測定
精度における著しい向上がもたらされる。方法に他の領域またはＬＷＮＩＲまた
はＩＲの全範囲からの全スペクトル吸収の測定値の付加が含まれることが容易に
正当に評価されよう。As discussed above, the present invention adds a significant improvement in the ability to measure analytes of various samples (especially in biological tissue) using a non-intrusive spectrum instrument—ie, LWNIR. Or one or multiple arrays of wavelength measurements in the IR region need only be applied to full spectrum absorption measurements in the 500 to 1100 nm region to achieve significant improvements in analyte measurement accuracy. is doing. In particular, the measurement accuracy of the object to be analyzed realized by the method described above is the total spectral absorption measurement at 1100 to 1300 nm (“first region”) and the total spectral absorption measurement at 1590 to 1700 nm (“second region”). Or either of them is added to the total spectral absorption measurement at 500 to 1100 nm, preferably in the AV / NIR region, more preferably the addition of the first region to the second region. As a result, a significant improvement in the measurement accuracy of the analyte is brought about. It will be readily justified that the method involves the addition of measurements of total spectral absorption from other regions or the entire range of LWNIR or IR.

【００４１】 他の理由の中でもシリコン検出器がその範囲で感度がよいため、ＡＶ／ＮＩＲ
範囲が使用されてきた。シリコン検出器、特に、シリコンを基本とする検出器ア
レイはより優れた騒音性能およびダイナミックレンジ性能を提供し、容易に入手
可能でありかつ比較的安価である。ただし、９００から１７００ｎｍおよびさら
にＩＲ波長範囲は図１に示すように考察の対象である被分析対象の多くに対して
より鋭いスペクトルを生ずる。インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）検出器
をこの領域のスペクトルを測定するのに使用してもよく、他の検出器アレイがさ
らにＩＲ範囲を網羅する。不都合なことに、これらの検出器はシリコンと比較し
てより劣った騒音およびダイナミックレンジ性能をもたらし、その結果、より低
い信号対騒音比がより鋭いスペクトルの利点を差し引いてしまう。Among other reasons, AV / NIR because the silicon detector is sensitive in that range
Ranges have been used. Silicon detectors, and in particular silicon-based detector arrays, provide better noise and dynamic range performance, are readily available and are relatively inexpensive. However, the 900 to 1700 nm and even IR wavelength range yields sharper spectra for many of the analytes of interest, as shown in FIG. Indium gallium arsenide (InGaAs) detectors may be used to measure spectra in this region, and other detector arrays cover the IR range further. Unfortunately, these detectors result in poorer noise and dynamic range performance compared to silicon, with the result that a lower signal-to-noise ratio subtracts the benefit of a sharper spectrum.

【００４２】 ＩＲにおけるスペクトル測定の利点を得るため、スペクトルの１個または多数
のアレイがＡＶ／ＮＩＲ領域における測定に加えられる。結果はいずれかの範囲
でのスペクトル測定により得られるそれらよりそれぞれ極めて良好である。光フ
ァイバ束などの適当なコンジットによりサンプルまたは手指などの生物組織へ光
が送り出される。手指から出現する光は集束されかつ別の光ファイバ束などの別
のコンジットによって個々の組の検出器へ送り出される。前に述べたように、シ
リコンダイオードアレイはＡＶ／ＮＩＲ領域における光を検出するのに使用され
、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイはＬＷＮＩＲ領域における光をまた他の
検出器アレイはさらにＩＲ範囲における光を検出するのに使用することができる
。本明細書において使用されているように、「光（ｌｉｇｈｔ）」、「照明（ｉ
ｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）」、「放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」はすべて所望波
長の十分な放射を送り出すことができるソースによりもたらされた光エネルギー
を指す。To obtain the advantages of spectral measurements in IR, one or multiple arrays of spectra are added to the measurements in the AV / NIR region. The results are each significantly better than those obtained by spectral measurements in either range. A suitable conduit, such as a fiber optic bundle, delivers light to a sample or biological tissue, such as a finger. The light emanating from the fingers is focused and delivered by a separate conduit, such as a separate fiber optic bundle, to an individual set of detectors. As mentioned previously, silicon diode arrays are used to detect light in the AV / NIR region, InGaAs photodiode arrays detect light in the LWNIR region, and other detector arrays further detect light in the IR range. Can be used for As used herein, "light", "illumination (i
“Lumination”, “radiation” all refer to the light energy provided by a source capable of delivering sufficient radiation of a desired wavelength.

【００４３】 この発明の範囲における放射を送り出すことができるどのような装置も使用可
能であり、かつこの発明の範囲内のものである。Any device capable of delivering radiation within the scope of this invention can be used and are within the scope of this invention.

【００４４】 前に述べたように、光源は赤外、可視および近赤外スペクトルに隣接する光を
含む非常に広い帯域幅全体にわたって光を放射することができる。好ましい実施
形態によれば、光源（またはソース）からの光はいずれかの光学手段により適切
なレセプタに入れられたサンプルへ送り出される。特に、光はまず、コリメータ
（光をレセプタに向けて送り出された狭い平行ビームに集中させるレンズによる
収集）を通過する。別の実施形態では、サンプルで散乱した光を試験する場合、
広い発散光ビームの形態の光が光ファイバ手段によりサンプルにまたはサンプを
含むレセプタに直接送り出される。適切なレセプタは測定サンプルを収容するよ
うに形づくられる。例えば、このようなサンプルは、例えば人間の手指または腕
が測定される対象の一部であってもよい。適切なレセプタはいずれかの透明容器
の形状の、またはある種のアプリケーションでは平行壁を有する較正済みのキュ
ヴェットの形状のサンプル保持器であってもよい。あるいはまた、光が送り出さ
れるべき人間または動物の一部がレセプタ内ではなくてレセプタの近くに置かれ
るように構成されてもよい。さらに、一体化キャビテイが直接または光ファイバ
を含むなんらかの光学手段いずれかによりキャビテイに結合された光によりのサ
ンプルレセプタの機能を果たす。サンプルと光の相互作用の後、光がなんらかの
光学手段により集められる。サンプルからの光はサンプル（例えば、身体の一部
または生物組織）を通過し終わった、またはそれに反射し終わった、またはその
組合せの光であってもよい。集められた光はサンプルを通過し終わった光である
ことが好ましい。As previously mentioned, the light source can emit light over a very wide bandwidth, including light adjacent to the infrared, visible and near infrared spectra. According to a preferred embodiment, the light from the light source (or source) is delivered by any optical means to a sample contained in a suitable receptor. In particular, the light first passes through a collimator (a collection by a lens that focuses the light into a narrow, collimated beam directed towards a receptor). In another embodiment, when examining light scattered by a sample,
Light in the form of a broad divergent light beam is delivered by fiber optic means directly to the sample or to the receptor containing the sump. A suitable receptor is shaped to contain the measurement sample. For example, such a sample may be part of an object, for example the human finger or arm, to be measured. A suitable receptor may be a sample holder in the form of any transparent container, or in some applications in the form of a calibrated cuvette with parallel walls. Alternatively, the part of the human or animal to which the light is to be delivered may be arranged in the vicinity of the receptor rather than in the receptor. In addition, the integrated cavity acts as a sample receptor with light coupled to the cavity either directly or by some optical means including optical fibers. After interaction of the light with the sample, the light is collected by some optical means. The light from the sample may be light that has either passed through the sample (eg, a part of the body or biological tissue), or has reflected it, or a combination thereof. The light collected is preferably the light that has passed through the sample.

【００４５】 集められた光は必要な数の光ビームに分割されかつそれらの各々が個々のスペ
クトル分析装置、アレイを基本とするスペクトロフォトメータが好ましい、へ向
けて送り出される。分光計に入る前に、各光ビームは適当に分配されたファイバ
、または光学的素子およびスリットの組によって光学的に狭められた光源に形づ
くられる。狭められた光源からの光は回折手段へ集められるかまたは直接送り出
されるかいずれでもよい。The collected light is split into the required number of light beams and each of them is directed towards an individual spectral analyzer, preferably an array-based spectrophotometer. Prior to entering the spectrometer, each beam of light is shaped into an appropriately narrowed fiber or optical source that is optically narrowed by a set of optical elements and slits. The light from the narrowed light source may either be collected or sent directly to the diffractive means.

【００４６】 サンプルからの放射が格子などの分散手段と相互作用し、格子が放射をその成
分波長に分散させ、その結果、ＬＷＮＩＲおよびＩＲ領域からの光が検出器、好
ましくはＩｎＧａＡｓ検出器のアレイに当たるようにＡＶ／ＮＩＲ領域の光が検
出器、好ましくは検出器の線形シリコンアレイの長さに沿って当たる。当業者に
とって容易に理解されるように、これらのアレイは個別の検出器から構成され、
かつＡＶおよびＩＲ領域に対応する波長範囲に感度がよい。必ずしも必要ではな
いが、すべての検出器は電気的に同時に走査され各個別ユニットによって位置合
わせされた信号を測定することが好ましい。検出器からの結果が検出器からの測
定値の分析のためマイクロプロセッサへ向けて送り出され、ＰＬＳまたはＰＣＲ
の形状サンプルなどの化学測定方法として知られている多くののうちのひとつを
適用することにより各成分に対する濃度結果を最終的に生成する。結果は表示装
置に表示されるかまたはプリンタにプリントされる。キーボードによって使用者
が装置を制御することができ、例えば、測定すべき特定成分を特定できる。タイ
ミングおよび制御はマイクロプロセッサにより装置を起動して制御してもよい。
例えば、測定の回数およびタイミングを決めるよう制御してもよい。光源または
ソースはレーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）（またはＡＶおよびＩＲの必要
領域の放射を放射することができる他の光源）などの他の光源に支援された石英
−ハロゲンまたはタングステン−ハロゲン電球であってよい。いずれかのこのよ
うなソースは安定化電源、例えば、ＤＣ電源によりまたはバッテリにより電力供
給される。各線形アレイ検出器は十分な数の所要スペクトル範囲を有するもので
あって適正スペクトル分解能を提供するものであることが好ましい。The radiation from the sample interacts with dispersive means such as a grating, which disperses the radiation into its component wavelengths so that light from the LWNIR and IR regions is an array of detectors, preferably InGaAs detectors. In the AV / NIR region, the light strikes the detector, preferably along the length of the linear silicon array of detectors. As will be readily appreciated by those skilled in the art, these arrays consist of individual detectors,
In addition, it has good sensitivity in the wavelength range corresponding to the AV and IR regions. Although not necessary, it is preferred that all detectors be electronically scanned simultaneously to measure the signals registered by each individual unit. The results from the detector are sent to a microprocessor for analysis of the measured values from the detector, PLS or PCR
Finally, a concentration result for each component is generated by applying one of many known chemical measurement methods such as a shape sample. The results are displayed on a display device or printed on a printer. The keyboard allows the user to control the device, for example to identify the particular component to be measured. Timing and control may be controlled by activating the device with a microprocessor.
For example, control may be performed so as to determine the number of times and timing of measurement. The light source or source is a quartz-halogen or tungsten-halogen bulb assisted by another light source such as a laser or a light emitting diode (LED) (or other light source capable of emitting radiation in the required areas of AV and IR). You may Any such source is powered by a regulated power source, such as a DC power source or by a battery. Each linear array detector preferably has a sufficient number of spectral ranges required to provide adequate spectral resolution.

【００４７】 標準測定手順は入射光（対象の一部がレセプタに接触していない場合装置に発
生した光である）の参照測定値を取り込みかつサンプルがレセプタに存在する間
に測定値を取り込むステップを含む。 次に、参照測定値に対するサンプル測定
値の比の負の対数が計算されかつ参照測定値と比較される。The standard measurement procedure is to take a reference measurement of the incident light (which is the light generated by the device if part of the object is not in contact with the receptor) and take the measurement while the sample is present at the receptor. including. Next, the negative logarithm of the ratio of the sample measurement to the reference measurement is calculated and compared to the reference measurement.

【００４８】 それはこの発明の方法を制限するものではないけれども、光に対する経路長の
変化により引き起こされる結果の変動を低減するため測定値の２次導関数が取り
込まれる。Although it is not a limitation of the method of the present invention, the second derivative of the measurement is taken to reduce the variability of the results caused by the change in path length for light.

【００４９】 装置内の騒音レベルが多くの要素からなる走査技術により低減されることによ
り、検出器により多数の測定値を取り込み、次に結果を平均化してもよい。線形
アレイ検出器およびＩＲ検出器を数回の繰返しの間多数回走査し、次に結果を平
均化することが好ましい。The noise level in the device may be reduced by a multi-element scanning technique so that a large number of measurements are taken by the detector and then the results are averaged. It is preferable to scan the linear array detector and IR detector multiple times during a few iterations and then average the results.

【００５０】 グルコース濃度の測定がこの発明の実施形態であるが、一方で、人間および動
物の血液内に見出される各種成分、例えば２，３の名を挙げれば、アミノ酸、窒
素、血液酸素化、二酸化炭素、コルチゾル、クレアチン、クレアチニン、グルコ
ース、ケトン、脂質、脂肪、尿素、アミノ酸、脂肪酸、グレコシル化ヘモグロビ
ン、コレステロール、アルコール、乳酸塩、Ｃａ＋＋、Ｋ＋、Ｃｌ−ＭＨＣＯ３ −およびＨＰＯ４−、の濃度レベルを測定するのにこの装置および方法を使用す
ることができる。実際、当業者にとって明らかになるように、方法および装置は
同時にいくつかの成分を測定するように変形することができ、最終的には、それ
はその特性が時間とともに変化して、ＡＶおよびＩＲ領域での特定スペクトル特
徴を実証するいずれかの他の材料またはサンプルの化学組成を測定するようにも
変形される。Glucose concentration measurement is an embodiment of this invention, while various components found in human and animal blood, such as amino acids, nitrogen, blood oxygenation, to name a few. Concentrations of carbon dioxide, cortisol, creatine, creatinine, glucose, ketones, lipids, fats, ureas, amino acids, fatty acids, glycosylated hemoglobin, cholesterol, alcohols, lactates, Ca ++, K +, Cl-MHCO 3 − and HPO 4 −. This device and method can be used to measure levels. In fact, as will be apparent to those skilled in the art, the method and apparatus can be modified to measure several components at the same time, which in the end will change its properties over time, resulting in AV and IR regions. It is also modified to measure the chemical composition of any other material or sample demonstrating specific spectral characteristics in

【００５１】 次の記載事項はこの発明の模範的な実施形態を制限するものではない。[0051]   The following description does not limit the exemplary embodiments of the invention.

【００５２】 （本発明の最良の実施形態） 図２において、ある番号（ｎ１）の光源２１がすべての所要スペクトル範囲を
網羅する広いスペクトルの光を発生する。光源は電源、光源、これらのソースか
らの光を集める手段および予定された光学素子に光を集中させこれらのソースか
らの光を混合してそれをサンプルへ導く手段とを含んでいる。 光源からの光が光収集手段により、好ましくは多数のファイバ束２２により集め
られ、随意に光混合装置２３（例えば、ガラスロッド）を通してかつ随意に光形
成装置２４（例えば、光コリメータ、または焦点を合わせレンズ）を通してサン
プル２６（例えば、人間の手指）を含むサンプルレセプタ２５（サンプル保持器
、手指保持器、一体化キャビテイまたはサンプルを保持する他の装置）へ送り出
される。サンプルとの相互作用後、光が光収集装置２７（例えば、別の光の束、
またはいずれかの光収集光学装置、レンズ）によって集められ、かつ必要に応じ
てすべての考えられるスペクトル帯域を網羅する多くの部品に分割される。分割
は、光ファイバの行程を増倍させるファイバの簡便な分割によるか、または広帯
域または２色性ビームスプリッタを使用するかずれかで行われる。(Best Mode for Carrying Out the Invention) In FIG. 2, a light source 21 having a certain number (n1) emits light having a wide spectrum covering the entire required spectrum range. The light source includes a power source, a light source, means for collecting light from these sources, and means for concentrating the light on the intended optics and mixing the light from these sources to direct it to the sample. The light from the light source is collected by the light collecting means, preferably by a number of fiber bundles 22, optionally through a light mixing device 23 (eg a glass rod) and optionally a light forming device 24 (eg a light collimator, or a focus). It is delivered through a matching lens) to a sample receptor 25 (sample holder, finger holder, integral cavity or other device for holding the sample) containing the sample 26 (eg human fingers). After interaction with the sample, the light is collected by a light collecting device 27 (eg, another light bundle,
Or any light collecting optics, lens) and optionally split into a number of parts covering all possible spectral bands. The splitting is done by convenient splitting of the fiber which multiplies the stroke of the optical fiber, or by using a broadband or dichroic beam splitter or offset.

【００５３】 光の各「部分」は個々のスペクトル分析装置２８、好ましくはアレイを基本と
する分光計に向けて送り出される。分光計（概して、光源の番号とは異なる）の
番号（ｎ２）が要求分解能を有する試験サンプルに対する考察の対象である全ス
ペクトル範囲を網羅するように選択される。Each “portion” of light is directed towards an individual spectral analyzer 28, preferably an array-based spectrometer. The number (n2) of the spectrometer (generally different from the number of the light source) is chosen to cover the entire spectral range under consideration for the test sample with the required resolution.

【００５４】 スペクトル分析装置とともに光送出手段には光ビーム形成光学装置、所定スペ
クトル分析装置に特定のもの、スペクトル特定分散素子または光フィルタリング
素子、分散光のための光ビーム形成装置、および光検出器の波長特定アレイが随
意に含まれる。A light beam forming optical device for the light emission means together with the spectrum analyzer, a specific one for a predetermined spectrum analyzer, a spectrum specific dispersion element or an optical filtering element, a light beam formation device for dispersed light, and a photodetector Optionally included.

【００５５】 各アレイからの信号が１個または多数の特殊化電子回路ボード（２９）、通常
、 各種に特定のアレイまたは検出器によって読取られ、信号の収集の他に適切な電
気信号を提供することによりアレイの制御を実行する。電気ケーブル２１０によ
って、ボードがボードの動作を「管理する （ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｓ） 」コン
ピュータ２１１へ接続され、ボードからの情報を取り込み、それを格納し、かつ
多くの使用可能な化学測定方法（サンプルＰＬＳまたはＰＣＲのため）のひとつ
を使用してアレイから集められた情報を試験サンプルの化学成分に関する情報に
変換するように処理して必要な形式（グラフまたはいずれかの他の信号）で使用
者にそれを提供する。番号ｎ１の類の光源がＡＶおよびＩＲ両範囲における考察
対象のすべてのスペクトル帯域を照明するように選択され、かつ一般に要求分解
能を有するこれらのスペクトル帯域での検出を確実にするように選択されたスペ
クトル分析装置（例えば、分光計）の番号ｎ２とは異なることがあることを正当
に評価することは重要である。The signals from each array are read by one or many specialized electronics boards (29), typically various specific arrays or detectors, to provide the appropriate electrical signals in addition to collecting the signals. By doing so, control of the array is executed. An electrical cable 210 connects the board to a computer 211 that "supervises" the operation of the board, captures information from the board, stores it, and uses many available chemical measurement methods (sample PLS or PCR). For processing the information gathered from the array into information about the chemical composition of the test sample using one of the following) and presenting it to the user in the required format (graph or any other signal). provide. A light source of the kind n1 was chosen to illuminate all spectral bands of interest in both the AV and IR ranges and was generally chosen to ensure detection in these spectral bands with the required resolution. It is important to justify that it may differ from the number n2 of the spectrum analyzer (eg spectrometer).

【００５６】 この発明を好ましい例であると現在考えられるものを参照して説明してきたが
、この発明が開示例に制限されないことが理解されるべきである。反対に、この
発明は添付特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれた各種変形および同等品
を網羅しようとするものである。While this invention has been described with reference to what is presently considered to be the preferred examples, it should be understood that this invention is not limited to the disclosed examples. On the contrary, the invention is intended to cover various modifications and equivalents included within the spirit and scope of the appended claims.

【００５７】 各々の刊行物、特許および特許申請書が全体的に参照として取り入れるよう具
体的にかつ個別に表示されているように、本明細書において参照されたすべての
刊行物、特許および特許申請書がそれらの全体的に参照として同じ程度に取り入
られている。All publications, patents and patent applications referenced herein are specifically and individually indicated to be incorporated by reference in their entirety for each publication, patent, and patent application. The books are incorporated to the same extent as their overall reference.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】グロブリン、グルコース、尿素、クレアチン、コレステロールおよ
び水置換補償を備えた人間の血清アルブミンに対する５００〜１３８０ｎｍから
の吸収スペクトルを示し、1 shows absorption spectra from 500-1380 nm for human serum albumin with globulin, glucose, urea, creatine, cholesterol and water displacement compensation,

【図２】アレイを基本とする計測器により広いスペクトル範囲のスペクトル
の同時収集の一般概念を示す、その各々が個々のスペクトル範囲を網羅している
図であり、これらの図面に関連してこの発明を次に説明する。FIG. 2 is a diagram illustrating the general concept of simultaneous collection of spectra over a broad spectral range by an array-based instrument, each of which covers an individual spectral range, and in connection with these figures, FIG. The invention will be described below.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セシナ，トーマス アメリカ合衆国 02052 マサチューセッ ツ州 メドフィールド オリオール ロー ド 23 (72)発明者 カデル，セオドール，イー． カナダ国 エヌ０ビー １エヌ０ オンタ リオ コネストーゴー エルジン ストリ ート イースト 13 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB12 BB13 CC16 CC18 EE01 EE02 EE10 EE12 GG01 GG02 GG03 GG10 HH01 HH02 JJ05 JJ11 JJ17 JJ22 KK01 KK04 MM03 MM14 4C038 KK10 KL05 KL07 KM01 KX02─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Cecina, Thomas             United States 02052 Massachusetts             Medfield Oriole Law, Tutu             Do 23 (72) Inventor Caddell, Theodore, E.             Canada N 0 B 1 N 0 Onta             Rio Conestogo Elgin Sutori             East East 13 F-term (reference) 2G059 AA01 BB12 BB13 CC16 CC18                       EE01 EE02 EE10 EE12 GG01                       GG02 GG03 GG10 HH01 HH02                       JJ05 JJ11 JJ17 JJ22 KK01                       KK04 MM03 MM14                 4C038 KK10 KL05 KL07 KM01 KX02

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】サンプルの成分濃度の判定方法であって； 隣接可視および近赤外（ＡＶ／ＮＩＲ）領域からの広いスペクトルの放射をサン
プルに照射するステップと、 放射がサンプルに向けて送り出された後放射を集めるステップと、 集められた放射をＡＶ／ＮＩＲの検出器への成分波長の分散スペクトルに分散す
るステップであって、ＡＶ／ＮＩＲの検出器が集められた放射から透過または反
射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップ、および測定値をプロセ
ッサへ転送するステップと、 より長波長の近赤外（ＬＷＮＩＲ）領域における広いスペクトルの放射をサンプ
ルに照射するステップと、 放射がサンプルに向けて送り出された後ひとつまたは多数の帯域の放射をＬＷＮ
ＩＲの検出器により検出するステップであって、ＬＷＮＩＲの検出器が透過また
は反射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップと、 測定値をプロセッサへ転送するステップとを含み、 測定値およびひとつまたは多数の較正アルゴリズムに基づいて、プロセッサが前
記サンプルにおける前記成分の濃度を計算することを特徴とする方法。1. A method of determining a constituent concentration of a sample, comprising: irradiating the sample with broad spectrum radiation from adjacent visible and near infrared (AV / NIR) regions, the radiation being directed toward the sample. And then collecting the radiation, and dispersing the collected radiation into a dispersion spectrum of the component wavelengths to the AV / NIR detector, where the AV / NIR detector transmits or reflects from the collected radiation. Measuring at least one of the emitted radiation, transferring the measurement to a processor, exposing the sample to a broad spectrum of radiation in the longer wavelength near infrared (LWNIR) region, and emitting the radiation to the sample. LWN emission of one or multiple bands after being directed towards
Detecting with an IR detector, the LWNIR detector making at least one measurement of the transmitted or reflected radiation; and transferring the measured value to a processor, the measured value and one or A method wherein the processor calculates the concentration of the component in the sample based on a number of calibration algorithms. 【請求項２】ひとつまたは多数の個々のエネルギーソースが放射をもたらす
ため使用されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。2. A method according to claim 1, characterized in that one or more individual energy sources are used for producing the radiation. 【請求項３】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひと
つまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮＩＲの検出器が各帯域の放
射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多数の
スペクトル計測器であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項のいず
れかに記載の方法。3. The AV / NIR detector is one or multiple spectral instruments having an array of silicon detectors, and the LWNIR detector is an infrared sensitive detector for radiation in each band. 3. A method as claimed in any one of claims 1 or 2, characterized in that it is one or a multiplicity of spectroscopic instruments having an individual array of. 【請求項４】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひと
つまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮＩＲの検出器が赤外に感度
のよい検出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、か
つ各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出器のアレイの適切な部材から行わ
れることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記載の方法。4. The AV / NIR detector is one or more spectral instruments having an array of silicon detectors and the LWNIR detector is one or more having an array of infrared sensitive detectors. Spectral instrument according to claim 1, wherein the radiation of each band is measured from a suitable member of an array of detectors sensitive to infrared radiation. The method described in. 【請求項５】赤外に感度のよい検出器がＩｎＧａＡｓ検出器であることを特
徴とする請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the infrared sensitive detector is an InGaAs detector. 【請求項６】シリコン検出器アレイを有する分光計が可視、可視／赤外およ
び検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接する範囲のすべての光
を記録することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の方
法。6. A spectrometer having an array of silicon detectors records all light in the visible, visible / infrared and adjacent regions of the visible and infrared ranges within the spectral sensitivity range of the detector. The method according to any one of claims 1 to 5. 【請求項７】赤外に感度のよい検出器を有する分光計がそれらのスペクトル
感度範囲内の個々の赤外範囲の光を記録することを特徴とする請求の範囲第１項
から第６項のいずれかに記載の方法。7. A spectrometer having infrared sensitive detectors records light in the individual infrared ranges within their spectral sensitivity range. The method described in any one of. 【請求項８】すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の光をほとんど同
時に記録することを特徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載の
方法。8. A method as claimed in any one of claims 1 to 7, characterized in that all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously. 【請求項９】サンプルの成分濃度の判定方法であって； ＡＶ／ＮＩＲ領域からの広いスペクトルの放射をサンプルに照射するステップと
、 放射がサンプルに向けて送り出された後放射を集めるステップと、 集められた放射をＡＶ／ＮＩＲの検出器への成分波長の分散スペクトルに分散す
るステップであって、ＡＶ／ＮＩＲの検出器が集められた放射から透過または反
射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップ、および測定値をプロセ
ッサへ転送するステップと、 ＬＷＮＩＲ領域におけるひとつまたは多数の帯域の放射をサンプルに照射するス
テップと、放射がサンプルに向けて送り出された後ひとつまたは多数の帯域の放
射をＬＷＮＩＲの検出器により検出するステップであって、ＬＷＮＩＲの検出器
が透過または反射された放射の少なくともひとつの測定を行うステップと、測定
値をプロセッサへ転送するステップとを含み、 測定値およびひとつまたは多数の較正アルゴリズムに基づいて、プロセッサが前
記サンプルにおける前記成分の濃度を計算することを特徴とする方法。9. A method of determining a constituent concentration of a sample, comprising: irradiating the sample with broad spectrum radiation from the AV / NIR region; collecting radiation after the radiation is directed toward the sample. Dispersing the collected radiation into a dispersive spectrum of component wavelengths to an AV / NIR detector, the AV / NIR detector measuring at least one of the transmitted or reflected radiation from the collected radiation. The steps of performing and transferring the measured values to the processor; exposing the sample to radiation in one or multiple bands in the LWNIR region; and emitting the radiation in one or multiple bands after the radiation is delivered to the sample. The step of detecting by the LWNIR detector, wherein the LWNIR detector is transmitted or reflected. Performing at least one measurement of the radiation and transferring the measurement to a processor, the processor calculating a concentration of the component in the sample based on the measurement and one or more calibration algorithms. How to characterize. 【請求項１０】ひとつまたは多数の個々のエネルギーソースが所要スペクト
ル内容の放射をもたらすため使用されることを特徴とする請求の範囲第９項に記
載の方法。10. A method according to claim 9, characterized in that one or more individual energy sources are used to bring about the emission of the required spectral content. 【請求項１１】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひ
とつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮＩＲの検出器が各帯域の
放射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多数
のスペクトル計測器であることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項の
いずれかに記載の方法。11. The AV / NIR detector is one or more spectral instruments having an array of silicon detectors, and the LWNIR detector is an infrared sensitive detector for radiation in each band. 11. A method according to any of claims 9 or 10, characterized in that it is one or a multiplicity of spectroscopic instruments having an individual array of. 【請求項１２】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひ
とつまたは多数のスペクトル計測器であり、ＬＷＮＩＲの検出器が赤外に感度の
よい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり
、かつ各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出器のアレイの適切な部材で行
われることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項のいずれかに記載の方
法。12. The AV / NIR detector is one or multiple spectral instruments having an array of silicon detectors and the LWNIR detector is one or more having an individual array of infrared sensitive detectors. Aspects of multiple spectral instruments, and wherein the measurement of the radiation in each band is made by a suitable member of an array of infrared sensitive detectors. The method described in crab. 【請求項１３】赤外に感度のよい検出器がＩｎＧａＡｓ検出器であることを
特徴とする請求の範囲第９項から第１２項のいずれか１項に記載の方法。13. The method according to claim 9, wherein the detector sensitive to infrared rays is an InGaAs detector. 【請求項１４】シリコン検出器アレイを有する分光計が可視、可視／赤外お
よび検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接する範囲のすべての
光を記録することを特徴とする請求の範囲第９項から第１３項のいずれかに記載
の方法。14. A spectrometer having a silicon detector array records all light in the visible, visible / infrared and regions adjacent to the visible and infrared ranges within the spectral sensitivity range of the detector. The method according to any one of claims 9 to 13. 【請求項１５】赤外に感度のよい検出器がそれらのスペクトル感度範囲内の
個々の赤外範囲の光を記録することを特徴とする請求の範囲第９項から第１４項
のいずれかに記載の方法。15. An infrared sensitive detector records light in the individual infrared ranges within their spectral sensitivity range. The method described. 【請求項１６】すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の光をほとんど
同時に記録することを特徴とする請求の範囲第９項から第１５項のいずれかに記
載の方法。16. A method according to any one of claims 9 to 15, characterized in that all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously. 【請求項１７】サンプルの成分濃度の判定方法であって； ＡＶ／ＮＩＲ領域からの広いスペクトルの放射をサンプルに照射するステップと
、放射がサンプルに向けて送り出された後放射を集めるステップと、 集められた放射をＡＶ／ＮＩＲの検出器への成分波長の分散スペクトルに分散す
るステップであって、ＡＶ／ＮＩＲの検出器が集められた放射から透過及び反射
された放射の少なくともひとつの測定を行うステップ、および測定値をプロセッ
サへ転送するステップと、 ＬＷＮＩＲ領域からの広いスペクトルの放射をサンプルに照射するステップと、
放射がサンプルに向けて送り出された後放射を集めるステップと、 集められた放射をＬＷＮＩＲの検出器への放射帯域の分散スペクトルに分散する
ステップであって、ＬＷＮＩＲの検出器が透過及び反射された放射の少なくとも
ひとつの測定を行うステップと、測定値をプロセッサへ転送するステップとを含
み、測定値およびひとつまたは多数の較正アルゴリズムに基づいて、プロセッサ
が前記サンプルにおける前記成分の濃度を計算することを特徴とする方法。17. A method of determining a constituent concentration of a sample, comprising: irradiating the sample with broad spectrum radiation from the AV / NIR region; collecting radiation after the radiation is directed toward the sample. Dispersing the collected radiation into a dispersive spectrum of component wavelengths to an AV / NIR detector, the AV / NIR detector performing at least one measurement of transmitted and reflected radiation from the collected radiation. Performing and transferring the measurements to the processor; exposing the sample to broad spectrum emission from the LWNIR region;
Collecting the radiation after it has been directed toward the sample, and dispersing the collected radiation into the dispersion spectrum of the emission band to the detector of the LWNIR, where the detector of the LWNIR is transmitted and reflected. Comprising making at least one measurement of the radiation and transferring the measurement to a processor, the processor calculating a concentration of the component in the sample based on the measurement and one or more calibration algorithms. How to characterize. 【請求項１８】ひとつまたは多数の個々のエネルギーソースが所要スペクト
ル内容の放射をもたらすため使用されることを特徴とする請求の範囲第１７項に
記載の方法18. Method according to claim 17, characterized in that one or more individual energy sources are used to bring about the emission of the required spectral content. 【請求項１９】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひ
とつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつＬＷＮＩＲの検出器が各帯域の
放射のための赤外に感度のよい検出器の個々のアレイを有するひとつまたは多数
のスペクトル計測器であることを特徴とする請求の範囲第１７項または第１８項
のいずれかに記載の方法。19. The AV / NIR detector is one or more spectral instruments having an array of silicon detectors, and the LWNIR detector is an infrared sensitive detector for radiation in each band. 19. A method according to any of claims 17 or 18, characterized in that it is one or a multiplicity of spectroscopic instruments having an individual array of. 【請求項２０】ＡＶ／ＮＩＲの検出器がシリコン検出器のアレイを有するひ
とつまたは多数のスペクトル計測器であり、ＬＷＮＩＲの検出器が赤外に感度の
よい検出器のアレイを有するひとつまたは多数のスペクトル計測器であり、かつ
各帯域の放射の測定が赤外に感度のよい検出器のアレイの適切な部材で行われる
ことを特徴とする請求の範囲第１７項または第１８項のいずれかに記載の方法。20. The AV / NIR detector is one or more spectral instruments having an array of silicon detectors and the LWNIR detector is one or more spectral detectors having an array of infrared sensitive detectors. 19. A spectral instrument, and the measurement of the radiation in each band is carried out by a suitable member of an array of infrared sensitive detectors. The method described. 【請求項２１】赤外に感度のよい検出器がＩｎＧａＡｓ検出器であることを
特徴とする請求の範囲第１７項から第２０項のいずれか１項に記載の方法。21. The method according to claim 17, wherein the infrared-sensitive detector is an InGaAs detector. 【請求項２２】シリコン検出器アレイを有する分光計が可視、可視／赤外お
よび検出器のスペクトル感度範囲内の可視、赤外範囲に隣接する範囲のすべての
光を記録することを特徴とする請求の範囲第１７項から第２１項のいずれかに記
載の方法。22. A spectrometer having an array of silicon detectors records all light in the visible, visible / infrared and ranges adjacent to the visible and infrared ranges within the spectral sensitivity range of the detector. A method according to any of claims 17 to 21. 【請求項２３】赤外に感度のよい検出器を有する分光計がそれらのスペクト
ル感度範囲内の個々の赤外範囲の光を記録することを特徴とする請求の範囲第１
７項から第２２項のいずれかに記載の方法。23. A spectrometer having infrared sensitive detectors records light in the individual infrared ranges within their spectral sensitivity range.
The method according to any one of items 7 to 22. 【請求項２４】すべての検出器がそれらのかなりの感度範囲の光をほとんど
同時に記録することを特徴とする請求の範囲第１７項から第２３項のいずれかに
記載の方法。24. A method according to any one of claims 17 to 23, characterized in that all detectors record light in their considerable sensitivity range almost simultaneously. 【請求項２５】サンプルが対象の手指であることを特徴とする請求の範囲第
１項から第２４項のいずれかに記載の方法。25. The method according to any one of claims 1 to 24, wherein the sample is a target finger.
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