JP2022506275A - 物質を分析するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2. Uemuraら:「Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip: application of a chalcogenide optical fiber System」、Front Med Biol Eng. 1999;9(2):137~153、
3. Farahiら:「Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers」、J. Phys. D. Appl. Phys. 45(2012)および
4. M. Fujinamiら:「Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam deflection based on photothermal spectroscopy」、Rev. Sci. Instrum.、Vol.74、Number 1(2003)。
5. von Lilienfeld-Toal, H. Weidenmuller, M. Xhelaj, A. Mantele, W. A Novel Approach to Non-Invasive Glucose Measurement by Mid-Infrared Spectroscopy: The Combination of Quantum Cascade Lasers (QCL) and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy、38:209~215、2005。
6. Pleitez, M. von Lilienfeld-Toal, H. Mantele W. Infrared spectroscopic analysis of human interstitial fluid in vitro and in vivo using FT-IR spectroscopy and pulsed quantum cascade lasers (QCL): Establishing a new approach to non-invasive glucose measurement。 Spectrochimica Acta. Part A、Molecular and biomolecular spectroscopy、85:61~65、2012
7. Pleitez, M.ら、In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy Analytical Chemistry、85:1013~1020、2013。
8. Pleitez, M. Lieblein, T. Bauer, A. Hertzberg, O. von Lilienfeld-Toal, H. Mantele, W. Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epidermis: Low interference by changes of air pressure, temperature, and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid。 Review of Scientific Instruments 84、2013
9. M. A. Pleitez Rafael、O. Hertzberg、A. Bauer、M. Seeger、T. Lieblein、H. von Lilienfeld-Toal、およびW. Mantele。 Photothermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non-invasive glucose monitoring in human epidermis。The Analyst、2014年11月。
- 測定面を有し、特に直接的にもしくは媒体、特に流体を用いて測定面の測定用エリアにおいて物質と少なくとも部分的に結合される、または直接的にもしくは媒体を用いて物質と接触させられる測定体と、
- 異なる波長の光または励起ビームを生成することが可能な励起放射源であって、特にレーザデバイスであり、特に量子カスケード・レーザ(QCL)、チューナブル(tuneable)QCLを有し、および/またはレーザ・アレイ、好ましくはQCLのアレイを有し、測定体が測定面の領域において物質と結合される、および/または接触している場合に物質に向けられる、好ましくは赤外スペクトル域における異なる波長を有する1つまたは複数の励起ビームを生成する励起放射源と、
- 測定体に少なくとも部分的に一体化または測定体に接続された検出デバイスであって、以下、すなわち
- 好ましくはコヒーレント検出光のための光源、および
- 検出光源に接続されることが可能でありまたは接続され、検出光を導光し、屈折率が少なくとも一部の部分において温度および/または圧力に依存する第1の光導波路構造であって、光強度が、温度または圧力の変化に起因する光導波路構造の少なくとも一部における検出光の位相シフトに依存する、少なくとも1つの部分を有する、第1の光導波路構造を含む、検出デバイスと
を有するデバイスによる、特許請求項1に係る発明の特徴によって実現される。
- A. M. Stoll、Heat Transfer in Biotechnology、Advances in Heat TransferのVol 4、J. P. HartnettおよびT. Irvin編(New York、Academic、1967)、p 117。
- コヒーレント検出光のための光源と、
- 検出光のための光源に接続されることが可能でありまたは接続され、検出光を導光し、その屈折率が少なくとも部分的に温度および/または圧力に依存する第1の光導波路構造と、
- 光強度が、温度または圧力の変化に起因する第1の光導波路構造の少なくとも一部における検出光の位相シフトに依存する、少なくとも1つの部分であって、第1の光導波路構造は、干渉計デバイス、特に干渉計および/または光導波路共振リングもしくは他の光導波路共振素子を含む、少なくとも1つの部分と、
- 干渉計デバイス内または干渉計デバイスにおける光強度を検出するための測定デバイスと
を含む、測定体に少なくとも部分的に一体化されまたはそれに接続された検出デバイスを有する、例えば上述の種類のデバイスに用いられることが可能なセンサに関する。
- 励起伝導デバイスにより、少なくとも1つの励起波長を有する少なくとも1つの強度変調された電磁励起ビームが生成され、励起伝導デバイスが、物質の表面の下方に配置される物質の体積に少なくとも1つの電磁励起ビームを照射し、
- 第1の光導波路構造における光強度の形態の応答信号が検出デバイスにより検出され、
- 物質が、検出された応答信号に基づいて分析され、応答信号、特に励起ビームの異なる波長についての時間的な応答信号波形が決定され、励起ビームが高い強度を有する各変調フェーズの終了後の応答信号の減衰挙動から、励起ビームが吸収され熱波および/または圧力波が生成される、分析対象の物質の表面の下の深さプロファイルに関する情報が得られる。
- 励起伝導デバイスの異なる変調周波数を用いて、複数の応答信号波形が決定され、
- 異なる変調周波数における複数の応答信号波形が互いに組み合わされ、
- 物質の表面の下の深さ範囲に特有の情報がこれらから得られる
ことが規定されてもよい。
- 測定面に隣接しておよび/または直接隣り合って配設される少なくとも1つの他の検出デバイスであって、圧電信号を検出するための少なくとも2つの電極を有する接触デバイスを有し、前記電極は検出領域の異なる側に互いに対向して配置される、他の検出デバイスと組み合わされてもよい。検出領域において、特に圧電効果に起因して、温度および/または圧力の変化に応じてその電気的抵抗を変化させるまたは電気的信号を生成する材料が配設される。
1)
物体中の物質を分析するための方法であって、
- 物体の表面の第1の領域を通して1つまたは複数の特定の励起波長を有する励起光ビーム(励起ビーム)を発することと、
- 特に励起光源の電子的作動、励起光源として動作する励起レーザの共振器のための調整デバイスまたは可動ミラー・デバイス、制御可能回折デバイス、ステッパ・モータなどのモータにまたはMEMSに結合されたシャッタまたはミラー・デバイス、または伝導または反射に関して制御されることが可能なビーム経路における層による、機械的、電気的または光学的チョッパを用いた、特に逐次的な、1つまたは複数の周波数での励起光ビームの強度変調、および応答信号の時間分解検出と、
- 物体の外部に配設された検出デバイスを用いた、物体への励起光ビームの波長依存吸収の効果および検出デバイスへの温度波もしくは/または熱波の放出に起因する応答信号と
を含む、方法。
励起光ビーム/励起ビームが、同時にまたは逐次的にまたはパルス状に、さらには交互に、異なる波長の光を発する、特にレーザ・アレイの形態の複数のエミッタまたはマルチ・エミッタにより生成されることを特徴とする、態様1に係る方法。
- 測定体の表面の少なくとも1つの領域(例えば測定面)が物体の表面の第1の領域と接触するように、光媒体/測定体と物体の物質表面との間の接触を生じさせる段階と、
- 励起波長を有する励起光ビームを、特に物質表面の第1の領域と接触する光媒体の表面の領域を通して、表面の第1の領域の下方の物質内に配置される体積へと発する段階と、
- 光学的方法を用いて測定体の表面の第1の領域における温度または温度変化および/または圧力変化を測定する段階と、
- 励起光ビームの波長に応じた検出された温度増大を用いて物質を分析する段階と
を含む、態様1または2のいずれかに係る方法。このプロセスは、異なる変調周波数について1つの測定の間に行われてよく、異なる変調周波数についての結果が組み合わされてよい。
検出光ビームが、励起光ビームを生じさせるのと同じ光源によって生成されることを特徴とする、態様1~3のいずれかに係る方法。
励起光ビームは、特に赤外スペクトル域における、強度変調された、特にパルス状の励起光ビームであることを特徴とし、変調速度は、特に1Hzから10kHzの間、好ましくは10Hzから3000Hzの間である、態様1または前出もしくは後出のその他のいずれかに係る方法。
励起光ビームの光は、複数の個々のレーザを有する一体化された構成、特にレーザ・アレイを用いて、同時にまたは逐次的にまたは部分的に同時にかつ部分的に逐次的に生成されることを特徴とする、態様1または前出もしくは後出のその他のいずれかに係る方法。
励起光ビームの異なる変調周波数において得られる応答信号から、応答信号の強度分布が、応答信号が生成される表面の下方の深さに応じて決定されることを特徴とする、態様1または前出もしくは後出のその他のいずれかに係る方法。
励起光ビームの1つのまたは異なる変調周波数における変調された励起光ビームの位相に関する検出光の強度特性によって測定される、応答信号、すなわち分析対象の物質における温度および/または圧力特性の位相位置から、応答信号の強度分布が、応答信号が生成される表面の下方の深さに応じて決定されることを特徴とする、態様1または前出もしくは後出のその他のいずれかに係る方法。
表面の下方の深さに応じて応答信号の強度分布を決定するべく、異なる変調周波数における測定結果が重み付けされ互いに組み合わされることを特徴とする、態様7または8に係る方法。
特定の深さまたは深さ範囲における特定の波長域の励起光ビームを吸収する物質の物質密度が、物体の表面の下方の深さにわたる強度分布から決定されることを特徴とする、態様7、8、または9に係る方法。
応答信号/複数の応答信号の検出の直前または直後またはその間に、少なくとも1つの生体測定、特に指紋の測定が、物質分析が行われる表面の第1の領域においてまたはそれに直接隣接して物体に対して実行され、物体、特に人が識別され、特に、関連付けられる基準値(較正値)が人の識別によって応答信号の検出に割り当てられることを特徴とする、態様1または前出もしくは後出のその他のいずれかに係る方法。
放射源の変調デバイス、特にその制御、干渉デバイス、位相または偏光変調デバイスおよび/またはビーム経路に配設された少なくとも1つの制御されるミラー、および/またはその透過性に関して制御されることが可能でありビーム経路に配設される層によって形成される、励起光ビームを変調するためのデバイスを有する、各々が励起波長を有する1つまたは複数の励起光ビームを物質におけるその表面の第1の領域の下方に配置された体積へと伝導するためのデバイスを有し、励起光の波長および励起光の強度変調に応じた時間依存の応答信号を検出するための検出デバイスを有し、検出された応答信号を用いて物質を分析するためのデバイスを有する、物質を分析するための装置。
異なる強度変調周波数に従って応答信号を別個に決定するためのデバイスを有し、および/または、励起光ビームの変調の位相に対するそれぞれの応答信号の位相オフセットに応じて、特に励起光ビームの変調周波数に応じて応答信号を決定するためのデバイスを有する、態様16に係る装置。
光媒体の表面(例えばいわゆる測定面)と物質表面の第1の領域とを接触させるための光媒体/測定体を有し、1つまたは複数の励起波長を有する励起光ビームを、特に物質表面と接触する光媒体の表面(測定面)の領域を通して、表面の第1の領域の下方の物質中の体積へと発するためのデバイスを有し、検出光ビームを利用する光学的方法を用いて、物質表面の第1の領域と接触する、(検出デバイスを用いて)測定面のすぐ近傍における測定体内の領域における温度および/または圧力の変化の形態の応答信号を測定するためのデバイスを有し、励起光ビームの波長および励起光ビームの強度変調、特に励起光ビームの変調周波数に応じた温度変化/圧力変化の形態の検出された応答信号を用いて物質を分析するためのデバイスを有する、12または13に定義される物質を分析するための装置。
励起光源および/または検出光源が、測定体に直接機械的に強固に接続されることを特徴とする、態様18に係る装置。
測定体が、ビーム整形レンズを直接保持すること、および/または、ビーム整形レンズが測定体に一体化されることを特徴とする、態様18、19または20に係る装置。
装置が、人体に取り付けられることが可能な装着可能なハウジングを含むことを特徴とし、1つまたは複数の励起光ビームを発するためのデバイスおよび時間依存の応答信号を検出するための検出デバイスは、動作中、デバイスが体に装着されたときに、分析対象の物質が、ハウジングの、体とは反対を向く側で測定され、特に測定体の測定面が、体とは反対を向く側に配置されるように配設および構成される、態様12~16のいずれかに係る装置。
装置が、人の体に取り付けられることが可能な装着可能なハウジングを有し、デバイスのハウジングが、意図された装着位置において体とは反対を向く側において励起ビームを透過するウィンドウを有することを特徴とする、態様12~16のいずれかに係る装置。
少なくとも1つの励起波長を有する少なくとも1つの電磁励起ビーム、特に励起光ビームを生成するための励起伝導デバイスと、応答信号を検出するための検出デバイスと、検出された応答信号を用いて物質を分析するためのデバイスとを有する、物質を分析するための装置。
励起伝導デバイスがプローブ・レーザまたはLED、例えばNIR(近赤外)LEDを含むことを特徴とする、前出の態様12~19のいずれかに係る装置。
励起伝導デバイスが、励起ビームを生成するためのレーザを形成する追加的なポンプ・レーザよりも小さいビーム径を有するプローブ・レーザを有することを特徴とする、前出の態様12~20のいずれかに係る装置。
装置が、一実施形態においては、ベルト、ストラップまたはチェーンまたは留め金などの、ハウジングに接続された保持デバイスを用いて、人が体に常時装着可能であるように設計され、および/または、検出デバイスが、測定結果、時刻および/またはテキスト情報などの情報のための表示面としても機能する検出面を有することを特徴とする、前出の態様12~21のいずれかに係る装置。
装置が、物質の表面の前処理および清浄な表面の確実化、および/または、グルコース測定の場合の一実施形態において具体的には皮膚洗浄のための、検出面/測定面の領域に、好ましくは検出面/測定面の隣に剥離フィルムを有することを特徴とする、前出の態様22に係る装置。
検出デバイスは、人の特定の値/較正を取得するために指紋を読み取り、認識するように構成され、および/または、好ましくは測定の間の望まれない動きを検出および決定するために、指の位置を検出するためのデバイスを有することを特徴とする、前出の態様12~23に係る装置。
検出デバイスが、音響的に、および/または、デバイスの測定精度が許容するよりも大きな段階での測定値の結果表示と共に(例えば多色交通信号表示を用いて)、一実施形態においてはエラー指示(例えば「100mg/dlプラス/マイナス5mg/dl」)を含む、アナログ表示としての、好ましくは色分けにより実装される結果表示を有することを特徴とする、前出の態様12~24のいずれかに係る装置。これは、ユーザには、例えば彼らを不安にさせ得る小さな変動が知らされないことを意味する。
装置が、測定データを交換し、他のデバイスまたはクラウド・システムから較正もしくは識別データまたは他のデータを取得するためのデータ・インタフェース、例えば有線または無線インタフェース(赤外線、光または無線通信インタフェース)を含むことを特徴とし、装置は、好ましくは、データ伝送が暗号化される、特にユーザの指紋または他の生体データにより暗号化されることが可能であることを確実にするよう構成される、前出の態様12~25のいずれかに係る装置。
装置が、人になされるべきインスリン投与または消費されるべき量を含む物質/食料品の提案が装置により決定され得る(例えばインスリン補正係数)、および/または体重、体脂肪が測定され、および/または手入力されもしくは他デバイスから装置に同時に転送され得るように構成されることを特徴とする、前出の態様12~26に係る装置。
測定精度を高めるべく、装置が、一実施形態においては皮膚の皮膚温度、拡散率/伝導性/水分レベルを決定するためのセンサを用いて、さらなるパラメータを決定するように、または光の偏光(指表面の水/汗を除いて)を測定するように構成されることを特徴とする、前出の態様12~27のいずれかに係る装置。グルコース測定に影響し得る人の皮膚の表面の水および汗は、1640cm-1(6.1μm)および690cm-1(15μm)の水に特有の帯域での励起伝導デバイスを用いた励起放射によるテスト励起によって検出され、測定に対する後続の分析において考慮されてよい。あるいは、物質の電気伝導性が、水分レベルを決定するための複数の電極を用いて測定部位の近傍でまたは測定部位において直接測定されてよい。このとき、エラー・メッセージおよび乾燥の指示が発出されてもよく、または水分の存在が測定の後続の評価において考慮されてもよい。
装置が、ポンピングされたおよび/または測定するビームレーザのビーム経路に被覆または遮断デバイスを有することを特徴とする、前出の態様12~28のいずれかに係る装置。これは、人間の義務付けられている眼の安全性を確実にすることができる。
装置が、交換可能な検出面/測定面を有することを特徴とする、前出の態様12~29のいずれかに係る装置。
装置が、測定体として局所的に波形の結晶または平行な溝もしくは分散された窪みもしくは***を備えた結晶を有する、または測定体として粗くされていることを特徴とし、これが試料(例えば指)のより良好な調節を可能とする、前出の態様12~30のいずれかに係る装置。分析対象の物質の表面が置かれる測定点は、好ましくは、溝なしで滑らかに設計される。
装置が一点のみでなくグリッド状に測定することを特徴とする、前出の態様12~31のいずれかに係る装置。これは、ポンプまたはプローブ・レーザまたは検出ユニットを対象の皮膚表面に対して変位させること、または2つの測定の間での励起ビームの可変偏向のいずれかにより、実行されてよい。
少なくとも1つの励起波長を有する少なくとも1つの電磁励起ビーム、特に励起光ビームを生成するための励起伝導デバイス/レーザ・デバイスと、
応答信号を検出するための検出デバイスと、
検出された応答信号を用いて物質を分析するためのデバイスと
を有する、態様12~32のいずれかにも係る、物質を分析するための装置。
物質を分析するための方法であって、方法において、
励起伝導デバイス/レーザ・デバイスを用いて、レーザ光源の複数のレーザ・エミッタの少なくとも部分的に同時のまたは連続的な動作により、1つまたは複数の励起波長を有する少なくとも1つの電磁励起ビームが生成され、物質へと伝導され、
応答信号が検出デバイスにより検出され、
物質が検出された応答信号に基づいて分析される、方法。
励起伝導デバイスの異なる変調周波数を用いて、応答信号、特に時間的な応答信号波形が連続的に決定され、異なる変調周波数における複数の応答信号波形が互いに組み合わされ、これから物質の表面の下方の深さ範囲に特有の情報が得られることを特徴とする、態様34に係る方法。
異なる変調周波数における応答信号波形が、励起ビームの異なる波長について決定され、特に、これから物質の表面の下方の深さ範囲に特有の情報が得られることを特徴とする、態様35に係る方法。
同時に励起ビームの複数の変調周波数を用いた場合に、検出された応答信号が、分析方法、好ましくはフーリエ変換を用いて、その周波数に従って分離され、処理されるべき周波数に対応する1つのみの部分的信号が一度にフィルタリングされ、測定され、分析されることを特徴とする、態様36に係る方法。
物質において決定された物質の濃度に応じて、投与デバイスが別の物質を物質中へと、特に患者の体内へと放出するよう作動され、および/または音響的および/または光学的信号が発せられ、および/または信号が無線リンクを介して処理デバイスに発出され、および/または、1つまたは複数の食料品または食料品の組み合わせが、データベースを用いて測定された物質濃度に割り当てられ、栄養情報として、特に栄養的推奨として出力される、前出の態様34~37のいずれか1つに係る方法。
皮膚の一点(この場合は物質の表面の第1の領域)が、ミラーまたは凹面ミラーで反射されてもよい量子カスケード・レーザの合焦されたビームで照射され、これは、放射がグルコース特異的に吸収される特定の赤外域にわたって漸増的または連続的に調整される。量子カスケード・レーザに代えて、単一の波長を放射する複数のレーザを有するレーザ・アレイが用いられてもよい。スペクトル域(または個々の波長、通常5以上の波長)は、グルコースが吸収痕跡(absorption fingerprint)、すなわち典型的かつ代表的な吸収線を有する約900から約1300cm-1の間に配置されてよい。
励起ビームが、連続モード(CWレーザ)で用いられ、または高いパルス繰り返し速度でパルス出力または変調される。加えて、励起ビームは、低い周波数、特に10から1000Hzの間の周波数範囲で変調される。低周波数変調は、異なる周期関数により、異なる実施形態においてはシヌソイド、方形波またはのこぎり波またはそれに類するものにより行われてよい。QCLの放出特性によれば、矩形が最も有利である。
皮膚の照射により、IR放射は皮膚中に約50~100μmの深さまで入り込み、波長に依存して、グルコース分子の固有振動を励起する。振動レベルv0からv1までのこれらの励起は、非常に短時間で基底状態に戻り、このステップの間に熱が放出される。
(3)による熱展開の結果として、吸収部位から等方的に伝搬する熱波が発達する。(2)で説明されている低周波数変調により決定される熱拡散長さに依存して、熱波は、変調周波数で周期的に皮膚の表面に到達する。
表面上への熱波の周期的な出現は、皮膚(試料物質の表面)の熱放射特性の周期的変調に対応する。皮膚は、ここでは近似的に、シュテファン-ボルツマンの法則による総放出量が表面温度の4乗に比例する黒体放射体として説明されてよい。本書類で説明されている測定技法によれば、測定の焦点が熱伝導の測定に置かれる。
本出願の特許請求項に係る検出デバイスが、光導波路デバイス、特に干渉計デバイスの屈折率に対する検出デバイスに到達する熱波および/または圧力波の効果を検出するのに用いられる。
応答信号の処理において、変調周波数が詳細に考慮され、その目的で、応答信号は、ロックイン・アンプにおいて処理されてよい。制御および処理デバイスを用いて励起信号と熱放射信号(応答信号)との間の位相オフセットを分析することにより、応答信号が主として受け取られた物質の表面の下方の深さを介して深さ情報が得られてよい。
深さ情報は、(2)で説明されているような励起ビームの異なる低周波数変調周波数を選択および分析し、異なる変調周波数についての結果を組み合わせる(異なる変調周波数についての結果に異なる重みが付けられてもよい)ことによって得られてもよい。微分法、各場合における少なくとも2つの応答信号からの商形成(例えば単一の波長について、次いで測定されたスペクトルを波長で通過する)または他の決定方法が、皮膚上層の吸収を補償するために用いられてよい。
励起波長に依存する、(6~8)に従って測定された熱信号から、グルコースが検出対象とされる一実施形態においては、最初に励起ビームのグルコースに非好適な(またはグルコースに好適なものを除いた)波長でバックグラウンドが決定され、次いでグルコースに好適な波長において(またはこれを含めて)バックグラウンド信号に対する差が決定される。これは結果として、(7)による選択された位相オフセットまたは(8)による異なる変調周波数またはその組み合わせによって決定される、皮膚層または複数の皮膚層におけるグルコース濃度をもたらす。
Claims (17)
- 物質を分析するためのデバイスであって、
測定面(2)を有し、特に直接的にもしくは媒体、特に流体を用いて前記測定面の測定用エリアにおいて前記物質(3)と少なくとも部分的に結合される、または直接的にもしくは媒体を用いて前記物質と接触させられる測定体(1、1a)と、
異なる波長の光または励起ビームを生成することが可能な励起放射源であって、特にレーザ・デバイス(4)であり、特に量子カスケード・レーザ(QCL)、チューナブルQCLを有し、および/またはレーザ・アレイ、好ましくはQCLのアレイを有し、前記測定体(1、1a)が前記測定面(2)の領域において前記物質(3)と結合される、および/または接触している場合に前記物質(3)に向けられる、好ましくは赤外または中赤外スペクトル域における異なる波長の1つまたは複数の励起ビーム(10)を生成する励起放射源と、
前記測定体(1、1a)に少なくとも部分的に一体化または接続された検出デバイス(5、6、7)であって、
検出光、好ましくはコヒーレント検出光(11)のための光源(5)、および
前記検出光源に接続されることが可能でありまたは接続され、前記検出光を導光し、屈折率が少なくとも一部の部分において温度および/または圧力に依存する第1の光導波路構造(6)であって、温度または圧力の変化に起因する前記光導波路構造(6)の少なくとも一部における検出光の位相シフトに光強度が依存する、少なくとも1つの部分(9)を有する、第1の光導波路構造(6)
を含む、検出デバイス(5、6、7)と
を有する、デバイス。 - 前記測定面(2)の面法線の方向における前記第1の光導波路構造(6)の投影の少なくとも1つの部分が、前記測定面(2)と重なることを特徴とする、請求項1に記載のデバイス。
- 前記励起ビーム(10)の強度を変調するために変調デバイス(8)が設けられることを特徴とする、請求項1または2に記載のデバイス。
- 前記第1の光導波路構造(6)、特に温度または圧力の変化に起因する前記第1の光導波路構造の少なくとも一部における前記検出光の位相シフトに光強度が依存する部分(9)における、光強度の直接的または間接的な検出のための測定デバイス(7)を特徴とする、請求項1、2または3に記載のデバイス。
- 前記検出デバイスが、干渉計デバイス、特に干渉計(12)および/または光導波路共振素子、特に共振リング(13)もしくは共振プレートを含むことを特徴とする、請求項1、2、3または4に記載のデバイス。
- 前記第1の光導波路構造(6)、特に前記第1の光導波路構造の干渉計デバイスが、少なくとも一部の部分において前記測定体(1)に接続された、少なくとも1つの光ファイバ光導波路(14)を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記第1の光導波路構造(6)の、特に前記第1の光導波路構造の干渉計デバイスの光導波路(15、16)が、前記測定体の基板(1a)に一体化される、または基板に接続されることを特徴とし、前記第1の光導波路構造(6)は、絶縁基板に接続されまたは絶縁基板に一体化された少なくとも1つのシリコン光導波路を有し、特に前記シリコン光導波路はまた、絶縁体、特にSiO2によって少なくとも部分的に覆われる、請求項1から6のいずれか一項に記載のデバイス。
- 特に前記測定体の前記測定面の領域または前記測定面(2)に隣接する領域において、前記励起ビーム(10)が、前記測定体(1、1a)の材料または前記測定面に隣接する領域を通過することを特徴とし、前記測定体または前記励起ビーム(10)によって貫通される領域は、前記励起ビームを透過する、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記励起ビーム(10)が、第2の光導波路構造(17)を用いて、前記測定体(1、1a)の内部でまたは前記測定体に沿って導光されることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記レーザ・デバイス(4)と分析対象の前記物質(3)との間の前記励起ビーム(10)が、前記測定体(1、1a)の連続的な開口部(18)を通過することを特徴とし、前記開口部は、特に前記測定面の前方に距離を空けて終端する、または前記測定面(2)を貫通する、または前記測定面に直接隣接するおよび/もしくは隣り合う領域に配設される、請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記測定体(1、1a)が、平坦な物体として、特にプレートの形態の平行平面体として形成されることを特徴とし、特に前記測定面(2)に垂直な方向における前記測定体の厚さは、前記測定面内に延びる方向における前記測定体の最小の延長部の50%未満、特に25%未満、より特定的には10%未満である、請求項1から10のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記測定体(1,1a)が、前記レーザ・デバイス(4)により前記測定面(2)に照射される前記励起ビーム(10)を反射するためのミラー・デバイス(19)を含むまたは保持することを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記励起ビーム(10)が、前記測定面(2)に平行に、または前記測定面に対して30度未満、特に20度未満、より特定的には10度未満または5度未満の角度を付けて、前記測定体(1、1a)へと向けられ、前記励起ビームが前記測定面に向かって進路変更または偏向されることを特徴とし、前記励起ビームは特に、前記測定面または前記測定体の連続的な開口部(18)の領域における前記測定面の仮想的な延長部を通過する、請求項1から12のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記測定体(1、1a)において、前記測定面(2)から見て前記検出デバイス(5、6、7)の後方および/または隣に、特に前記第1の光導波路構造(6)の後方または隣に、特に後者に隣接しかつ熱的に接触するよう、少なくとも1つのヒートシンク(20)が、固体状態の物体または材料の形態で配設されることを特徴とし、特に、前記ヒートシンクの前記物体または前記材料の比熱容量および/または熱伝導率は、前記検出デバイス(5、6、7)の材料、および/または前記第1の光導波路構造および/もしくは前記第1の光導波路構造(6)の基板(1a)の材料、ならびに/または前記測定体(1、1a)を含む他の材料の、比熱容量および/または熱伝導率よりも大きく、および/または、
前記検出デバイスの一部、特に前記第1の光導波路構造(6)の一部、より特定的には干渉計の基準アームを、熱波および/または圧力波の効果から少なくとも部分的に遮蔽する障壁(30、40、41)が、前記測定体(1、1a)に設けられることを特徴とし、および/または、
前記検出デバイスの前記第1の光導波路構造(6)が、特に干渉計の異なるアーム上に配設された少なくとも2つの測定部分(15a、16a)を含んでおり、少なくとも2つの測定部分(15a、16a)は、前記測定部分を通過する前記検出光に位相シフトが生じ、続いて圧力および/または温度の変化に応じてさらなる部分において前記検出光に結果としての強度変化が生じるように、屈折率が特に圧力波および/または熱波の圧力および/または温度の変化に応じて変化することを特徴とし、前記2つの測定部分は、前記測定面(2)から、特に前記励起ビームが貫通する前記測定面の領域から次々に、特に互いに対して時間的にずれたまたは時間遅延のある時間間隔で、前記測定体を通して伝搬する圧力波および/または熱波により通過されるように前記測定体に配設される、請求項1から13のいずれか一項に記載のデバイス。 - 特に請求項1から14のいずれか一項に記載のデバイスのためのセンサであって、
測定面(2)を有し、温度波および/または圧力波を測定するための前記測定面の領域において物質(3)と少なくとも部分的に結合され、特に接触させられる測定体(1、1a)を有し、
前記測定体(1、1a)に少なくとも部分的に一体化されまたは接続された検出デバイス(5、6、7)であって、
コヒーレント検出光(11)のための光源(5)と、
前記検出光のための前記光源に接続されることが可能でありまたは接続され、前記検出光を導光し、屈折率が少なくとも部分的に温度および/または圧力に依存する第1の光導波路構造(6)と、
温度または圧力の変化に起因する前記第1の光導波路構造(6)の少なくとも一部における前記検出光の位相シフトに光強度が依存する少なくとも1つの部分(9)であって、前記第1の光導波路構造は、干渉計デバイス、特に干渉計(12)および/または光導波路共振リング(13)もしくは別の光導波路共振素子を有する、少なくとも1つの部分(9)と、
前記干渉計デバイス内または前記干渉計デバイスの光強度を検出するための測定デバイス(7)とを含む、検出デバイス(5、6、7)を有する、センサ。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載のデバイスを動作させるための方法であって、変調励起ビーム(10)が、分析対象の前記物質(3)上へと、特に前記測定体を通るように向けられ、時間的な光強度プロファイルもしくは波形または周期的な光強度変化が、前記検出デバイスにより検出されることを特徴とし、これらは、前記第1の光導波路構造における前記光強度変化を測定することにより、または前記第1の光導波路構造から発せられた光の前記光強度を測定することにより、前記励起ビームの複数の波長について検出され、取得されたデータから分析対象の前記物質の吸収スペクトルを得る、方法。
- 前記測定が、前記励起ビーム(10)の異なる変調周波数について実行され、補正された吸収スペクトルが、得られた吸収スペクトルの組み合わせから決定されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
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