(57)【要約】      （修正有）【課題】外部刺激の存在を検知する方法を提供する。【解決手段】検知材料は、入力光と相互作用し、外部の刺激の存在に応じて、入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。検出器は、変更された入力光を検知し、その入力光のスペクトル分布の中心に対する、変更された入力光のスペクトル分布の中心の移動に関する情報を含む少なくとも１つの電気信号を生成するよう設定される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光と相互作用し、特定の分析対象の存在に応じて、前記入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される分析対象特定検知材料と、
前記変更された入力光を検知し、前記入力光の前記スペクトル分布の中心に対する、前記特定の分析対象の存在に応じた、前記変更された入力光のスペクトル分布の中心の移動に関する情報を含む少なくとも１つの電気信号を生成するよう設定される検出器と、を含むシステム。
【請求項２】
前記分析対象特定検知材料が、前記入力光を生成する光源の照明スペクトルに対して非中心である吸収スペクトルを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記分析対象特定検知材料が、前記入力光を生成する光源の照明スペクトルに対して非中心である蛍光発光スペクトルを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
分析器が前記変更された入力光の前記中心の前記移動の大きさを判定するよう設定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記分析対象特定検知材料が前記検出器側に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記入力光が発光装置により生成され、
前記分析対象特定検知材料が前記発光装置側に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記入力光が発光装置により生成され、
光導波路が前記発光装置と前記検出器との間に配置され、
前記分析対象特定検知材料が前記光導波路上に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記分析対象特定検知材料が、前記入力光と相互作用するよう構成される分析対象特定材料のアレイを含み、前記分析対象特定材料がそれぞれ、前記分析対象特定材料にそれぞれ関連する特定の分析対象の存在に応じて、前記入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成され、
前記検出器が、前記特定の分析対象の存在に応じた、前記入力光の前記スペクトル分布の中心に対する、前記変更された入力光の前記中心のそれぞれの移動を判定するよう設定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
発光装置のアレイをさらに含み、各発光装置が特定の分析対象特定材料に関連する光を発光する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
各発光装置により発光される前記光のスペクトルが移動して、特定の分析対象特定検知材料に関する前記入力光を生成する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、外部刺激の存在を検知する検出技術に関する。本出願はまた、そのような技術の構成部品、装置、システム、および方法に関する。
【０００２】
本出願の種々の実施形態は、検知材料を含むシステムに関し、この検知材料が入力光と相互作用し、外部の刺激の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。変更された入力光を検知し、入力光のスペクトル分布の中心に対する、変更された入力光のスペクトル分布の中心の移動に関する情報を含む、少なくとも１つの電気信号を生成するよう検出器が設定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実施形態に従うと、システムは分析対象特定検知材料を含み、この分析対象特定検知材料が入力光と相互作用し、特定の分析対象の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。変更された入力光を検知し、入力光のスペクトル分布の中心に対する、特定の分析対象の存在に応じた、変更された入力光のスペクトル分布の中心の移動に関する情報を含む、少なくとも１つの電気信号を生成するよう検出器が設定される。
【０００４】
その他の実施形態は、検知材料を入力光と相互作用させて、検知材料が外部の刺激の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するようにするステップを含む方法に関する。また、この方法は変更された入力光を検知し、入力光のスペクトル分布の中心に対する、変更された入力光のスペクトル分布の中心の移動に関する情報を含む、少なくとも１つの電気信号を生成するステップも含む。
【０００５】
上記の発明の概要は、本開示の中の開示された各実施形態、あるいは全ての実装形態を記載することを意図したものではない。下記の図面および詳細な説明により、例示的な実施形態の例をより具体的に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本明細書に記載される実施形態に従った、検出装置を示す全体ブロック図である。
【図２】図２は、いくつかの実施形態に従った、光学ベースの検出器を用いた、外部の刺激の存在を検出するシステムを示す図である。
【図３】図３は、別の実施形態に従った、光学ベースの検出器を用いた、外部の刺激の存在を検出するシステムを示す図である。
【図４】図４は、さらに別の実施形態に従った、光学ベースの検出器を用いた、外部の刺激の存在を検出するシステムを示す図である。
【図５】図５は、種々の実施形態に従った、代表的な照明光源のスペクトルを示す図である。
【図６】図６は、種々の実施形態に従った、入力光と相互作用するよう構成された検知層の吸収スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、種々の実施形態に従った、代表的な検知層の吸収スペクトルを伴った、代表的な光源のスペクトルを示す図である。
【図８】図８は、種々の実施形態に従った、位置感知装置およびフィルタを含み、これらが協同して入射光の波長情報を検出器上における空間強度分布に変換する検出器を示す図である。
【図９】図９は、種々の実施形態に従った、読出し装置、および、種々の実施形態に従った、光源の照明スペクトルの２分の１に完全に組み込まれた吸収スペクトル（縮尺せず）を示す図である。
【図１０】図１０は、種々の実施形態に従った、読出し装置、および、種々の実施形態に従った、光源の照明スペクトルの２分の１に完全に組み込まれた吸収スペクトル（縮尺せず）を有する読出し装置の検知層を示す図である。
【図１１】図１１は、種々の実施形態に従った、変更された光源のスペクトルの中心への変化を判定するために、光源のスペクトルの特定の部分だけを用いる波長中心検出器を含む検知機構を示す図である。
【図１２】図１２は、種々の実施形態に従った、例示的な検知層の検知特性、および波長中心検出器の代表的な差分出力信号を示す図である。
【図１３】図１３は、種々の実施形態に従った、一体化されたセンサ構造体の断面図である。
【図１４】図１４は、種々の実施形態に従った、光源のアレイ、検出器のアレイ、およびそれらの間に配置された検知層のアレイを含む検出装置を示す図である。
【図１５】図１５は、光源のアレイ、様々な種類の蛍光体のアレイ、検出器のアレイ、およびそれらの間に配置された様々な種類の検知層のアレイを含む検出装置を示す図である。
【図１６】図１６は、種々の実施形態に従った、分析対象により吸収ディップが発生し、かつ分析対象により蛍光強度の変化が発生した状態の光源のスペクトルを示す図である。
【図１７】図１７は、種々の実施形態に従った、検出器のアレイ、様々な種類の蛍光体のアレイ、およびこれらの検出器のアレイと蛍光体のアレイとの間に配置される様々な種類の検知層のアレイを含む検出装置を示す図である。
【図１８】図１８は、種々の実施形態に従った、検出装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
別段の指示がない限り、図面は同じ縮尺である必要はない。図面の中で用いられる同様の番号は同様の構成部品を示す。しかし、所与の図面の構成部品を示す番号を用いることにより、同じ番号で表示される別の図面の構成部品を限定することを意図するものではないことは理解されよう。
【０００８】
この後の説明では、本明細書の説明の一部を構成する一連の添付図面を参照する。これらの図面により、例としていくつかの特定の実施形態が示される。しかし、その他の実施形態も予期することができ、それらの実施形態を本開示の範囲を逸脱することなく実現可能であることは理解されよう。したがって、この後の詳細な説明は限定という意味で解釈されるものではない。
【０００９】
別段の指示がない限り、明細書および請求項で用いられる、加工寸法、量、および物理的特性を表す全ての数字は、全ての例において用語「約」により緩和されるものとして理解されるものとする。したがって、それとは反対の指示がない限り、前述の明細書および添付された請求項で記載される数値パラメータは、本明細書に開示された教示を利用する当業者が得ようとする所望の特性により変化し得る近似値となる。端点で数値範囲を使用する場合、その範囲内の全ての数字（例えば、１から５の場合、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）、およびその範囲内の全ての範囲が含まれる。
【００１０】
図１は、種々の実施形態に従った、光学ベースの検出器を用いた、外部の刺激の存在を検出するシステムのブロック図である。図１に示されるシステムは、検知材料１０４を含み、この検知材料１０４は、例えば、光源１０２または太陽により生成される入力光などの入力光と相互作用するよう構成される。この検知材料１０４は、外部の刺激１０６の存在に応じて、入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう設計されている。図１に示されるシステムは、検出器１０８をさらに含み、この検出器１０８が変更された入力光を検知し、変更された入力光のスペクトル分布の中心の位置に関する情報を含む、少なくとも１つの電気信号を生成するよう設定される。この検出器１０８は、スペクトル分布自体を判定するよりはむしろ、入力光のスペクトル分布の中心に対する、変更された入力光の中心の移動を直接計測するよう設定される。この検出器１０８を、検知材料１０４により検知される外部の刺激の大きさ、または濃度を判定するようさらに設定することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態に従うと、検知材料１０４は分析対象特定検知材料を含む。特定の分析対象の存在下では、分析対象特定検知材料１０４の光学特性が、入力光のスペクトルの特定のスペクトル範囲で変化する。特定の分析対象の存在下で変化し得る、分析対象特定検知材料１０４の代表的な光学特性には、特定のスペクトル範囲における吸収、透過、散乱、発光または反射が含まれる。特定の分析対象の存在による分析対象特定検知材料の光学特性の変化により、入力光のスペクトル分布が非対称に変更される。検知材料１０４により検知される、特定の分析対象の存在に応じた、入力光のスペクトル分布の中心に対する、変更された入力光の中心の移動を判定するよう検出器１０８は設定される。この検出器１０８は、検知材料１０４により検知される分析対象の大きさ、または濃度を判定することも可能である。例えば、入力光のスペクトル分布の中心の移動は、分析対象の濃度、あるいは外部の刺激のその他の形態の大きさの変化に関連する。検知層のない検出器などを較正かつ／または参照した後、この検出器１０８は、分析対象の濃度または刺激の振幅（ｓｔｉｍｕｌｕｓ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を直接計測することが可能である。検出器１０８、または検出器１０８に連結する分析器は、分析対象（複数可）またはその他の外部の刺激（または複数の刺激）が存在するときに、その存在を表示するディスプレイを含むことができ、このディスプレイにより、分析対象の濃度または刺激の振幅を文字の形態、および／または、グラフの形態でさらに表示することができる。
【００１２】
その他の実施形態に従うと、この検知材料１０４は、入力光と相互作用し、特定の電磁場の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。このような実施形態では、この検知材料１０４は強磁性流体（例えば、オクタンに含まれるＦｅ２Ｏ３）を含むことができ、１１０Ｇから２８０Ｇ（１１ｍＴ〜２８ｍＴ）の間の磁場に対するフィルタ特性の計測を行うことができる。その他の実施形態では、この検知材料１０４は、入力光と相互作用し、特定の温度または温度の範囲（サーモクロミズム）の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。このような実施形態では、検知材料１０４は、テトラクロロ銅酸ビス（ジエチルアンモニウム）を含むことができ、特定の相転移点は５２℃〜５３℃であり、この説明例では、色が緑から黄色に変化することにより確認可能である。さらに別の実施形態に従うと、この検知材料１０４は、入力光と相互作用し、特定のガス濃度またはガス濃度の範囲の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成される。このような実施形態では、検知材料１０４は、ＣＯ検出用の二核ロジウム錯体またはＮＨ３検出用のブロモクレゾールパープルを含むことができ、特定のガス濃度は、例えば、ＣＯに関しては１００ｐｐｍの範囲、およびＮＨ３に関しては５ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲に規定され得る。上記のセクションでは、特定の例について説明しているが、より一般的に言うと、検知層１０４は、中でも圧力、音波、静磁場または静電場、および核放射を含む、より多様な外部刺激と相互作用し、かつ反応し得る。
【００１３】
図２には、種々の実施形態に従った、光学ベースの検出器を用いて外部の刺激の存在を検出するシステムが示されている。図２に示される実施形態では、このシステムは、光源２０２、およびこの光源２０２から離れて配置される検出器２０４を含む。光源２０２には、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、または半導体レーザなどの発光装置が含まれ得る。これらの光源２０２と検出器２０４との間には、光導波路（例えば、光ファイバ）２０６が配置される。この光導波路２０６内には、検知材料２０８が配置されて導波光と相互作用する。光ファイバの場合、被覆材料全体または一部を分析対象／刺激特定検知材料と入れ替えることができる。
【００１４】
一般に、検知層２０８がそのスペクトルを非対称に変更できるよう、この光源２０２は広帯域の光源でなくてはならない。複数のレーザモードで発光を行うレーザ源も使用可能である。非弾性散乱（ラマン散乱）の場合、検知層２０８により影響を受けるスペクトル範囲は、かなり狭い可能性があり、したがって、その光源（例えば、レーザ）のスペクトル分布もかなり狭い可能性がある。感知システムでは原則として、入力光のスペクトル分布の広さは、影響を受ける検知層２０８のスペクトル範囲の約２倍でなくはならない。この場合に、検知層２０８が、最も効果的にかつ非対称に、入力光のスペクトル分布を変更することが可能である。
【００１５】
図３に示される実施形態では、このシステムは検出器３０４から離れて配置される光源３０２を含む。図３の実施形態では、検知材料３０８は光源３０２側に配置され、感度を向上させるために検知材料３０８が光源３０２を完全に覆うことができる。例えば、この検知材料３０８は光源３０２上に付着する、すなわち接触することができる。図４に示す代表的な実施形態では、このシステムは光源４０２、およびこの光源４０２から離れて配置される検出器４０４を含む。この実施形態に従うと、検知材料４０８は検出器４０４側に配置され、感度を向上させるために検出器４０４を完全に覆うことができる。例えば、この検知材料４０８は検出器４０４上に付着する、すなわち接触することができる。図４に示される（または、図３に示される）システム内の、例えば、光源４０２と検知材料４０８との間に、光学系４１０を随意的に配置可能である。図２〜図４に示される実施形態では、これらの検知材料２０８、３０８、４０８は、外部の刺激の存在に応じて、光源２０２、３０２、４０２により生成される入力光とそれぞれ相互作用し、入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成され、この変更されたスペクトル分布は、検出領域すなわち容積２０６、３０５、４０５内で検知され得る。
【００１６】
再度、図２に示される実施形態に戻ると、このシステムは、光導波路２０６と連結する光源２０２としてＬＥＤを含むことができ、この光導波路２０６は分析対象特定被膜２０８で被覆されている（検知材料または検知層の代表例）。この検知層２０８は、１つ以上の光学特性を有し、特定の分析対象の存在下でこれらの光学特性が変化する。ＬＥＤにより生成される入力光は、特定の中心波長およびＦＷＨＭ（半値全幅）を有する広帯域の光であることが好ましい。分析対象が存在することにより、光導波路２０６内の分析対象特定被膜２０８の透過特性が特定のスペクトル範囲内で変化する。いくつかの実施形態に従うと、検知層２０８の性質に応じて、分析対象が存在することにより、このスペクトル範囲内では吸収が増加、または減少する。分析対象の存在によるＬＥＤスペクトルのスペクトル分布の変化（例えば、スペクトル分布の中心）が生じるよう、検知層のスペクトルおよびＬＥＤのスペクトルは選択される。いくつかの実施形態では、波長中心検出器２０４は、変更された入力光のスペクトル分布の中心の波長の移動量（分析対象により引き起こされるＬＥＤスペクトルの変化）と、分析対象の濃度とを計測するよう設定される。
【００１７】
種々の実施形態に従うと、分析対象が存在することにより、検知層２０８の透過強度、散乱強度、発光強度（蛍光）または反射強度が特定のスペクトル範囲内で変化する。この検知層２０８の強度の変化により、入射（広帯域）光源２０２のスペクトル分布に影響を及ぼす。変更された入力光のスペクトル分布の中心の変化（例えば、色の変化）から、分析対象の濃度が推定可能である。入力光（例えば、フィルタ処理された白光、ＬＥＤまたはＲＣ−ＬＥＤ、広帯域レーザすなわち多波長発光レーザ）の中心波長と、分析対象により引き起こされる強度変化後の中心波長とは、同じ中心ではないものとする。いくつかの実施形態では、分析対象が入射光のスペクトルの２分の１だけに影響を及ぼす場合、入力光の中心の変化がより大きくなり得る。このような実施形態に従うと検知層２０８は特定の分析対象の存在に応じて、入力光のスペクトル分布を非対称に変更するよう構成されて、入力光のスペクトルの２分の１だけが分析対象の存在により影響されるようにする。
【００１８】
本明細書では、被覆されたＬＥＤまたは被覆されたＬＥＤのアレイを用いたシステムなど、いくつかのファイバベースのシステムの代表的な実装形態を提供する。本明細書で開示される原理は、その他の数多くの類似の実施形態または同様の実装形態で用いることが可能であることは言うまでもない。本明細書で提供される代表的な例のうちの多くでは、検知層が用いられ、この検知層により透過スペクトルまたは反射スペクトル内に吸収ディップをつくることで、入射光のスペクトルの中心を変更する。分析対象により引き起こされる、その他の光学特性（弾性光散乱または非弾性光散乱、反射、蛍光発光など）における変化をもたらす検知層を用いて、入射光のスペクトル分布を変更することも可能であることは理解されよう。本開示の実施形態では、特定の波長（帯域）における強度を判定することよりもむしろ、変更された入力光の波長分布の移動を計測する。こちらの方が波長の参照を行う必要が全くないため、明解かつ比較的簡単であり、したがって、非常にコストの低いシステムの実装形態が実現可能である。
【００１９】
強度符号化センサの読取りは、ファイバベースのセンサおよび非ファイバベースのセンサの両方共、一般的に特定の波長における光学スペクトルを分析することによる強度計測、あるいは、特定のスペクトル範囲の光源（その範囲のスペクトルが検知層の吸収スペクトルと重なり合った状態で）を用いて照らすことによる強度計測のどちらかで行われ、検知層との相互作用後の光の強度の計測結果が記録される。感度を向上させるために、通常は、そのスペクトルが吸収スペクトルと重なり合っていない第２の波長を参照用として計測する。吸収ベースのファイバセンサの例として、エバネッセント波を吸収するファイバセンサが挙げられる。ファイバ内の導波光のエバネッセント場は、検知エージェントと直接に、または変換材料（例えば、被覆材、被膜添加染料など、この後の議論では全体として「検知材料」と呼ぶ）と重なり合う。エバネッセント光波がこの領域を通過して伝播するときに、ファイバの芯を通過するときよりも大きな損失が生じる。さらに、エバネッセント場により検知される損失は、検知されるエージェントの濃度に応じて変化する。したがって、ファイバを通過する透過光の強度はこのエージェントの濃度に依存する。
【００２０】
光学吸収ベースのセンサは非フィバベースのソリューションの形態で用いることもできる。例えば、赤外線領域での励起および検出は、現在では、従来の煙探知器で用いられている。この場合、照明のダイオードをオフにした場合に、例えば、大雑把な閾値計測を可能にするために、その独自の暗スペクトルに対して強度計測が参照される。光源の変動やその他の信号の強度の歪みとは関係なく計測を行うために、センサの吸収帯域（例えば、５７０〜５８０ｎｍ）における計測強度を、スペクトルが検知材料の吸収により変更されない、センサの吸収範囲の外側の帯域（例えば、９１０〜９２０ｎｍ）の強度に対して設定しなければならない。したがって、強度計測は、それぞれの波長帯域の２つの異なる波長での相対強度の計算（すなわち、それらの強度比率）に基づいている。このような読取り機構では、コストのかさむ読取りユニット（例えば、光学スペクトル分析器）、または複数の光源および検出器（例えば、ＬＥＤおよびフォトダイオード）のどちらかが必要となり、そのため読取りシステムが複雑になりコストもかかる。
【００２１】
本開示の実施形態で提供される読取り機構は、上記の異なる強度（例えば、強度比率）の評価に依存せず、その代わり、特定の分析対象などの特定の外部の刺激の存在に対する検知層の光学反応による入力光のスペクトル分布の変化を検出する。したがって、別の波長帯域に対する計測値を参照する必要がなく、これにより第２の検出器と第２の光源は必要なくなる。種々の実施形態に従うと、本明細書で開示される検出方法では、検知層の吸収スペクトルの中心は、入力光源の中心と比較すると異なっているという事実を利用する。すなわち、検知層の吸収スペクトルと、光源の照明スペクトルとは中心がずれており、したがって単一の基準線を参照する。
【００２２】
例として、図５には、図１〜図４で示された光源などの代表的な照明光源のスペクトルが示されている。図５の照明光源は、例えば、（分光フィルタで処理された）タングステンハロゲン電球、ＬＥＤ、ＲＣ−ＬＥＤ、または多波長で発光するレーザで良い。図５に示されるスペクトルは説明のためもので、実際には、光源ごとにかなり違うことは理解されよう。図５に示される代表的な光源のスペクトルは、「λｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ」で示される中心波長を有する。図６には、図１〜図４に示される検知材料などの検知層の吸収スペクトルが示されている。図６に示される代表的な吸収スペクトルは、「λｃｅｎｔｅｒ，Ａｂｓ」で示される中心波長を有する。図７には、代表的な検知層の吸収スペクトルを含む代表的な光源のスペクトルが示されている。これらの２つのスペクトルの中心波長は、「λｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ」と「λｃｅｎｔｅｒ，Ａｂｓ」でそれぞれ表示される。性能をよくするためには、図７に示される通り、吸収スペクトルが照明スペクトル内の非中心に配置され得るよう、光源の照明スペクトルは吸収スペクトルよりも広く選択されなければならない。したがって、入力光のスペクトルの中心は、検知層との作用後の照明スペクトルの中心とは異なる。図７では、検知層の３つの異なる吸収レベルが、それぞれ破線１、２、および３として示されている。
【００２３】
種々の実施形態に従うと、検知層の吸収スペクトルが入力光源の照明スペクトル内で非中心に配置されることが検出方法の機能にとって重要である。いくつかの実施形態では、この吸収スペクトルは、照明スペクトルの「２分の１」（例えば、中心波長に対して左側または右側）に主として組み込むことができる。図７の例示的な実施形態では、検知層の吸収スペクトルは、光源の照明スペクトルの左側半分に主として組み込まれていることを確認することができる。
【００２４】
尚、吸収スペクトルの幅に対して照明スペクトルの勾配が急であるほど、この検出機構は吸収特性の変化に対して感度が良い。しかし、一般に、検知層は異なる分析対象の濃度により照明光源の中心を変えるだけで良い。したがって、照明光源の中心が検知層により変化している限り、この吸収スペクトルは、照明スペクトの片側に組み込まれるよりもむしろ、照明スペクトルの両側に影響を及ぼすよう実装され得る。さらに付け加えれば、吸収帯域のＦＷＨＭは、照明光のＦＷＨＭと同くらい、あるいはそれよりも広くても良い。この場合、吸収スペクトルが照明スペクトルの２分の１を効果的に浸食するよう、これらの２つの帯域の中心は十分にずれている必要がある。しかし、この構成では検知システムの感度が低下するため、あまり好ましくない。この場合、検知層の吸収帯域の一部だけが、入射光と重なりそのスペクトル分布を変化させる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、広帯域の照明光源を用いるよりもむしろ、複数の発光波長で発光するレーザ（例えば、特定多波長（または広帯域レーザ）ダイオード）、または複数のレーザダイオードの組み合わせが使用され得る。このような実施形態では、発光波長の一部が検知層の吸収帯域により影響を受け、その他の部分は影響を受けない。この発光波長の強度の相対的な変化は、輝線の中心のスペクトル移動を計測する、１つの波長中心検出器を用いて計測される。
【００２６】
上記に議論した通り、光源と検知層の相互作用は、スペクトル入力光の分布の中心を計測する波長中心検出器を用いて判定されなければならない。この目的のために使用可能な測定検査法が数多く存在する。具体的には、波長移動検出法がこの目的に適しており、この方法では、入射光の波長を計測する作業を位置感知検出器上の光点の位置を正確に計測する作業に効率的に変換する。波長情報は、水平方向に変化する被覆を含む検出器を介して位置情報にコード化される。１つの有用な検出器の例として、サブｐｍの波長の変化を解像可能な小型で高速の波長モニタが挙げられる。
【００２７】
いくつかの実施形態に従い、図８を参照すると、位置検知装置８０６およびフィルタ８０４（例えば、線形可変フィルタ）を含む検出器８０２が示され、これらの位置検知装置８０６およびフィルタ８０４が協同で入射光の波長情報を位置検知装置８０６上の空間強度分布に変換する。位置検知装置８０６の隣接する２つの要素８０８および８１０の異なる読取り情報を用いて、この分布の中心を判定する。入射光の波長の変化は、その分布の中心の移動として検出される。検出器８０２は波長のモニタとして機能し、刺激に応じて波長の移動を発生させる、全ての光学センサに関する読取りユニットとして用いられ得る。
【００２８】
さらに図８を参照すると、変更された入力光の波長情報は、フィルタ８０４を介して空間情報に変換される。例えば、若干異なる特性を有する帯域フィルタまたは上記で議論した線形可変フィルタなど、異なるフィルタを用いるアプローチが使用可能である。線形可変フィルタ８０４は、特定の位置で特定の波長の光のみを透過させるため、位置依存型帯域フィルタとして機能する。例えば、図８に示される線形可変フィルタ８０４は、左側では短い波長を透過し、右側では長い波長を透過する。透過された光は、フォトダイオード（ＰＤ）などの位置検知装置８０６により検出される。いくつかの実施形態に従うと、この位置検知装置８０６は、中央で分割可能な、いわゆる分割ダイオードである。位置検知装置８０６の分割ダイオードの分割された２つの領域８０８および８１０を、領域Ｉおよび領域ＩＩと呼ぶことができ、図８にも示されている。フィルタ８０４により透過される波長スペクトルのうちの半分は位置検知装置８０６の領域Ｉにより検出され、波長スペクトルのもう半分は位置検知装置８０６の領域ＩＩにより検出される。
【００２９】
したがって、光検出器の領域８０８および８１０の検出結果により生じる光電流（吸収される光量子に比例する）から、例えば、検出領域Ｉおよび検出領域ＩＩからの光電流の差を得て、この差を光電流の合計で除算することにより、その波長領域における光分布の中心を判定することができる。隣接する検出器の要素８０８および８１０により生成される光電流を比較することにより、透過された光の中心の実際の位置に関する計測値を得る。強度の変動に対して読取り信号を安定させるために、この信号を全体の入力強度により標準化することができ、一般に、これを差分信号（Ｓ＿Ｄｉｆｆ）と呼び、下記の式で表すことができる。：
【数１】
2015127703.tif 000002
【００３０】
図９および図１０には、種々の実施形態に従った読出し装置が示される。図９および図１０に示される実施形態では、装置１００２の検知層は、感度を向上させるための、光源の照明スペクトルの２分の１に完全に組み込まれた吸収スペクトルを有する。装置１００２は、波長依存型フィルタ１００４（例えば、線形可変フィルタすなわちＬＶＦ）を含み、図９および図１０に示される通り（図９と図１０との間に延在する外側の破線を参照）、この波長依存型フィルタ１００４は、その全スペクトル範囲がちょうど照明スペクトルを組み込むよう設計されている。したがって、フィルタ１００４の中心波長は光源の中心波長と同じである。いくつかの実施形態に従うと、この位置検知装置１００６は、フォトダイオード（ＰＤ）を含み、このフォトダイオードはフィルタ１００４と同じ中心を有する分割フォトダイオード（領域Ｉおよび領域ＩＩ）として実装される。説明のため、２つの代表的なケースが図９（曲線１および曲線２を参照）に強調表示されている。尚、光源のスペクトルは、変換機構により、必ずしも説明したように変化するわけではない。例えば、分析対象濃度により、吸収が減少する動作に代り、増加する可能性もある、あるいは、蛍光発光が行われる可能性もある。
【００３１】
図９および図１０との関連で、光源のスペクトルは、変換材料とも呼ばれ得る、検知層の吸収特性により変更される。特定のＦＷＨＭおよび中心波長「λｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ」により、照明光源は特徴付けられ得る。検知層の吸収特性は、特定のＦＷＨＭおよび中心波長「λｃｅｎｔｅｒ，Ａｂｓ」により示すことができる。上記に議論した通り、フィルタ１００４は線形可変フィルタ（ＬＶＦ）でよく、位置検知装置１００６のフォトダイオード（ＰＤ）はフォトダイオード部ＩおよびＩＩを有する分割ダイオードで良い。これらの２つのフォトダイオード部ＩおよびＩＩに関する検出範囲は、図１０の位置検知装置１００６から図９の波長軸に延在する点線で示される通り、波長軸（Ｘ軸）上のスペクトルのグラフでも示される。異なる分析対象の濃度での異なる２つの状況が、図９のスペクトル１およびスペクトル２により示されている。状況１では分析対象が存在しておらず、したがって、吸収ディップが最も大きく、光源のスペクトルの中心は右側に存在する（λＣ１で表示される）。分析対象の濃度が増加すると、スペクトル２で示される通り、吸収ディップは小さくなる。したがって、この場合、もう１つの中心波長λＣ２で示す通り、位置検知装置１００６上の光分布の中心は左側に移動する。このように中心が移動することにより、領域Ｉおよび領域ＩＩ内の光電流が変化し、したがって、上記に示す通り、位置検知装置の出力信号Ｓ＿Ｄｉｆｆが変化する。尚、図９では、より見やすくするために波長の中心の移動は誇張されて示されている。実際に使用する場合、この移動はもっと小さいと予想される。しかし、上記の位置検知装置１００６は、中心の変化が非常に僅かであったとしても、非常に感度が良い。
【００３２】
実施例１−分析対象が存在しない場合
分析対象が存在しない場合、吸収の中心波長「λｃｅｎｔｅｒ，Ａｂｓ」付近で最大の吸収が発生する。位置検知装置１００６が、フォトダイオード部ＩおよびＩＩの両方での強度を互いに比較することにより、スペクトル分布の中心を判定する。スペクトル（フォトダイオード部Ｉ）の左側でかなり大きな吸収が発生するため、より多くの光量子がフォトダイオード部ＩＩを透過し（したがって、フォトダイオード部ＩＩでより大きな光電流が生成され）、これにより光源の中心波長「λｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ」の右側のどこかに変更された光源のスペクトルの中心が存在し、これがλＣ１と呼ばれ得る。
【００３３】
実施例２−分析対象が存在する場合
検知層に対して特定の分析対象が存在する場合、検知層の吸収が少なくなり、吸収ディップは若干小さくなる。上記の実施例１と比較すると、今度は、より多くの光量子がフォトダイオード部Ｉを透過し、変更された光源のスペクトルの中心λＣ２が左側に移動するが、依然として光源のスペクトルの右側の部分に残る。
【００３４】
図１１には、検知機構の別の実施形態が示されている。この検知機構では、変更された光源のスペクトルの中心に対する変化を判定するために、波長中心検出器が光源のスペクトルの特定の部分だけを用いる。検出器の設計を検知層の吸収帯域専用にする場合、図１１で、それぞれ領域Ｉおよび領域ＩＩとして再度表示された、分割ダイオードの２つの検知部により示される通り、線形可変フィルタの透過スペクトルは、そのセンサの吸収帯域より少し広く設計することができる。図１１では、固有の吸収ディップをその中心波長「λｃｅｎｔｅｒ，Ａｂｓ」と共に確認することができる。曲線１は検知物質が存在しない状況を表し、曲線２は検知物質が存在する状況を表す。線形可変フィルタの波長範囲は、分割ダイオードの２つの検出領域により示され、これらの２つの領域は、領域Ｉおよび領域ＩＩによりそれぞれ表示される。検出領域Ｉおよび検出領域ＩＩは、それぞれ曲線１および曲線２の下部の領域で感度がよく、これらの領域はＡ１１、Ａ１２、Ａ２１、およびＡ２２で表示される。
【００３５】
検知物質が存在しない状況では、検知層の吸収によりつくられるディップは透過スペクトル内で観察することができ、図１１に曲線１として表示される。検出領域Ｉの電圧信号は曲線１の下部の領域Ａ１１に比例し、検出領域ＩＩの電圧信号は曲線１の下部の領域Ａ１２に比例する。したがって、光の強度の中心を検出領域Ｉおよび検出領域ＩＩ内で生成される光電流信号を用いて正確に計測／判定することができる。
【００３６】
検知材料の吸収被覆が検知物質により影響を受けると、この吸収被覆はその吸収特性を変化させる。この状況は図１１で曲線２として示されている。具体的には、図１１における曲線２と曲線１とを比較することにより確認できる通り、検知物質の濃度が増すと、吸収ディップは小さくなる。検出領域Ｉで生成された光電流は、曲線２の下部の左側の領域に依然として比例し、次にこの領域がＡ２１と呼ばれる。同様に、検出領域ＩＩ内の光電流信号は、曲線２の下部の右側の領域に依然として比例し、この領域が次にＡ２２と呼ばれる。図１１で確認できる通り、照明スペクトルは単調に上昇／下降するために、Ａ１１からＡ２１の間の領域の標準化された変化とＡ１２からＡ２２の間の領域の標準化された変化は同じではない。数学的に表すと下記の通りである。
【数２】
2015127703.tif 000003
【００３７】
図１２には、曲線１で表示される検知特性と、中心波長λＣ１およびλＣ２による波長中心検出器の代表的な出力信号Ｓ＿Ｄｉｆｆ＿１およびＳ＿Ｄｉｆｆ＿２とが示されている。図１２の曲線１により示される検出器の特性により、波長λＣの領域（例えば、λＣ１からλＣ２）における中心の変化は、検出器の出力信号Ｓ＿Ｄｉｆｆの変化となる。したがって、検知材料の吸収が変化した場合に検知信号の変化を検出することが可能であり、そのため、開示されている検知の原理を用いて、強度コード化センサを高精度に読み出すことが可能である。
【００３８】
種々の実施形態に従ったセンサ装置は光源、分析対象感知被覆（検知層）、線形可変フィルタ、およびフォトダイオードを含むことができ、同じ基板上で一緒に実装されている、あるいは付着している。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ、ＲＣ−ＬＥＤ、または複数の発光波長を有するレーザチップなどの光源の上部に、分析対象感知被覆を配置することができる。光経路のもう一方の端には波長中心検出器が配置される。あるいは、光源と検出器との間のどこかに、この検知層を配置することもできる、あるいは波長中心検出器に直接取り付けることもできる。読出し装置の組込みに関しては、様々な構成が選択可能であることは理解されよう。例えば、フリップチップマウンティングを介して向い合せた組込み、すなわち面内組込みを用いた実施形態も実現可能である。いくつかの実施形態では、光と検知層との相互作用を向上させるために、または／および、波長中心検出器上での光の集束を向上させるために光経路内に光学要素を設けることができる。また、種々の蒸着技術を用いて光源と検出ユニットとを同じチップすなわち基板上で互いに隣どうし成長させることができる。
【００３９】
図１３は、種々の実施形態に従った、一体化されたセンサ構造体の断面図である。この一体化されたセンサ構造体は、ＬＥＤ構造体１３０１上に取り付けられた外部の刺激すなわち分析対象感知層１３２０を含む。このＬＥＤ構造体１３０１は、基板１３０４（例えば、ｎ＋基板）、エピタキシャル層１３０６（ｎ＋／ｐ層）、絶縁体／酸化物１３０８、および接触層１３１０を含む。ＬＥＤ構造体１３０１により生成された光は、検知層１３２０を通過し、波長中心検出器１３５０により受け取られる。いくつかの実施形態に従うと、波長中心検出器１３５０は、発光されたＬＥＤスペクトルの全ての、分析対象により引き起こされる変化を計測し、分析対象のチャンバの反対側に配置され得る。図１３では、代表的な波長中心検出器１３５０は、線形可変フィルタ１３５４で覆われた分割ダイオードの光検出器１３５６を含む。いくつかの実施形態では、検知層１３２０を波長中心検出器１３５０上に付着させることができる。いくつかの実施形態では、図１３に示されるセンサ構造体は、一体ユニットである統合された密集検知筐体で良い。
【００４０】
種々の実施形態では、高いレベルの集積化およびスケーラビリティが提供され、これにより検知装置全体の反応時間が短縮される。高い集積製造技術を用いることにより、大型のセンサアレイの実装が容易となり、これにより、検出の信頼性（例えば、冗長センサの画素）を向上させることができる、すなわち多重センサ（異なる画素が異なる分析対象に対して感度が良い）を実現することができる、あるいはセンサの動的範囲を広げることができる（例えば、同じ分析対象に関して感度が良いが、濃度の異なる範囲に対しても感度が良いセンサのアレイを選択することにより）。画素ごとに別々の分析対象の特定被覆を用いることにより、例えば、このセンサは多重分析対象の検出を行うことができる（例えば、図１４、図１５、図１８を参照）。多様な被覆により、個々の検知層が「弱い」特徴しか有していなくても、非常に強い特徴の検出が実行可能となる。このことは、一般に、特性の検出パターンのための検索を行う主成分分析法のような、特定の評価技術を用いることにより実現される。
【００４１】
図１４には検出装置１４００が示され、この検出装置１４００は、光源１４０２（ＬＳ１〜ＬＳＮ）のアレイ、波長検出器１４０４（Ｄ１〜ＤＮ）のアレイ、およびそれらの間に配置される様々な種類の検知層のアレイ１４０８を含む。検知層のアレイ１４０８は複数の検知層を含み、それらの光学特性は特定の外部の刺激の存在に応じて変化する。例えば、検知層のアレイ１４０８は、複数の分析対象特定検知層（例えば、分析対象特定被覆ＡＳＣ１〜ＡＳＣＮ）を含むことができ、これらの分析対象特定検知層はそれぞれ異なる分析対象に対して感度が良い。図１４に示される実施形態では、光源１４０２は様々な種類の光源で良い（例えば、ＬＥＤ、ＲＣ−ＬＥＤ、ＯＬＥＤ）。いくつかの実施形態に従うと、光経路の反対側には、波長検出器１４０４の上部に直接、分析対象特定被覆１４０８を有する波長検出器１４０４（入射光分布の中心を計測可能な）のアレイが配置される。分析対象特定検出のために、例えば、成分分析のための各検出器１４０４上における特定検出を提供するために、異なる被覆１４０８を各検出器１４０４上に塗布可能である。光の感度を向上させるために、光源１４０２（例えば、検出器アレイ１４０４と向き合うＬＥＤアレイ、または１つ以上の大きな面積のＬＥＤ）間に光子流を向上させるための光学部品を設けることができる。
【００４２】
波長中心検出器アレイ１４０４の感度を特定の波長帯域に対してよくすると、自然照明（例えば、入射光を検知層の吸収スペクトルと照合させるための太陽光またはスペクトルをフィルタ処理された太陽光）を用いることができ、分析対象により引き起こされる変化を計測し、この計測結果を、同じ波長帯域に対しては感度が良好であるが、分析対象特定検知層には覆われていない波長検出器に参照させる工程が検出の工程には含まれる。例えば、計測中そのスペクトルを変更可能な入力光として自然の太陽光を用いる場合、この参照が必要であろう。上記に議論された代表的な例として、分析対象により引き起こされる、検知層の吸収の変化が引き起こす強度変化が挙げられる。
【００４３】
特定の分析対象などの特定の外部の刺激の存在を検知するために、その他の強度変化を用いることも可能だということは言うまでもない。例えば、分析対象により引き起こされる蛍光強度の変化を用いて、波長検出器上に衝突する光のスペクトル分布の中心を変化させることができる（図１６を参照）。特に感度が良好なのは、入力光の中心が吸収および蛍光発光の両方による変化の影響を受ける実施形態である。図１６では、分析対象により引き起こされる吸収ディップを伴う光源のスペクトルが「１」で表示され、分析対象により引き起こされる蛍光強度の変化が「２」で表示されている。両方の影響により、変更された光源のスペクトルの中心が変化する。
【００４４】
図１５には検出装置１５００が示され、この検出装置１５００は、光源１５０２（ＬＳ１〜ＬＳＮ）のアレイ、様々な種類の蛍光体１５０６（Ｐ１〜ＰＮ）のアレイ、検出器１５０４（Ｄ１〜ＤＮ）のアレイ、およびそれらの間に配置される様々な種類の検知層１５０８のアレイを含む。この検知層１５０８のアレイは複数の検知層を含み、それらの検知層の光学特性（例えば、吸収および蛍光発光）は、特定の外部の刺激の存在に応じて変化する。例えば、この検知層１５０８のアレイは、複数の分析対象特定検知層（例えば、分析対象特定被覆ＡＳＣ１〜ＡＳＣＮ）を含むことができ、これらの分析対象特定検知層はそれぞれ異なる分析対象に対して感度が良い。検知層１５０８のアレイはそれぞれ、アレイのうちの好適な蛍光体１５０６（Ｐ１〜ＰＮの中から選択された１つ）により供給される特定のスペクトル範囲を有する照明を必要とする。アレイのうちの好適な蛍光体１５０６を用いて、アレイの各検知層１５０８を照らすことにより、光源１５０２の発光スペクトルを検知層ごとに必要とされる波長スペクトルに変換する。
【００４５】
図１５に示される実施形態では、光源１５０２は様々な種類の光源で良い（例えば、ＬＥＤ、ＲＣ−ＬＥＤ、Ｏ−ＬＥＤなど）。蛍光体アレイ１５０６はレーザ光を、検知層１５０８に対する入力光として必要とされる好適な広帯域の光源に変換するため、アレイ１５０２はレーザ光源（例えば、ブルーまたはＵＶレーザダイオード）を含むこともできる。いくつかの実施形態に従うと、この装置１５００は、検出器１５０４に直接付着する分析対象特定被覆１５０８を有する波長中心検出器１５０４のアレイも含む。分析対象特定検出のために、例えば、主成分分析または特定のパターンの認識のための特定の検出を各検出器１５０４上で行うために、別々の被覆１５０８を各検出器１５０４に塗布することが可能である。上記で議論した通り、光の感度を向上させるために、光源１５０２（例えば、検出器アレイ１５０４と向き合うＬＥＤアレイ、または１つ以上の大きな面積のＬＥＤ）間に光子流を向上させるための光学部品を設けることができる。
【００４６】
上記で議論した種々の例では、検知するために透過幾何学が用いられている。しかし、多くの検知概念は反射でも機能する。例えば、ファイバの端ファセットにミラーを配置することにより（２パス透過）、分析対象特定被覆を有するファイバセンサを反射において用いることができる。例えば、検知材料と２度に渡って光が相互作用するため（１度目はファイバの端ファセットに向かう途中で、２度目は端ファセットから戻る途中）、ファイバセンサをファイバの全長ごとに、より感度を良くすることができる。自由空間の実施形態では、例えば、ミラー上に検知層を付着させることができ、光源と波長検出器は４５度より小さい角度で配列することができる。検知システムの感度を向上させるために、入力光と検知層との間で相互作用させる全長を長くするために、入力光と波長中心検出器との間の空洞に分析対象特定検知層を配置することができる。
【００４７】
図１７には検知装置１７００の別の実施形態が示され、この検知装置１７００は、波長中心検出器１７０４のアレイ、蛍光体１７０６のアレイ、およびこれらの検出器１７０４のアレイと蛍光体１７０６のアレイとの間に配置される検知層１７０８のアレイを含む。図１７に示される実施形態では、分析対象により引き起こされる吸収および蛍光発光の変化を用いて、特定の分析対象の存在を検出することができる。検出される光スペクトルの中心の変化の大きさを計測して、特定の分析対象の濃度を判定することもできる。
【００４８】
図１７に示される実施形態では、この検出装置１７００は単一の光源１７０２を含み、光源１７０２は様々な種類の光源で良い（例えば、ＧａＮ−ＬＥＤ、ＬＤまたはＳｉＣ−ＬＥＤ）。いくつかの実施形態では、光源１７０２と蛍光体１７０６のアレイとの間に光学系１７０３（例えば、１つ以上のレンズ）が配置される。この光学系１７０３が、光源１７０２により生成された入力光を蛍光体１７０６のアレイの各セル、ならびに対応する検知層１７０８および検出器１７０４に誘導する。その他の実施形態では、図１４および図１５で示される光源のアレイなどの光源のアレイを用いることができ、これらの場合、光学系１７０３を備える必要はない。いくつかの実施形態では、蛍光体１７０６のアレイの各蛍光体を、光源１７０２から検知層１７０８および検出器１７０５に向けて光を誘導するよう構成されるレンズのように機能するような形状にすることができる。
【００４９】
光源１７０２（または光源のアレイ）およびレンズ１７０３（備えられている場合）は、光源１７０２から発光される光を正しい検知層１７０８および波長中心検出器１７０４上に確実に集中させるよう構成される。光源１７０２の発光スペクトルを変換するために、アレイ内で好適な蛍光体１７０６を選択することにより、異なるスペクトル範囲の照明が必要なアレイ１７０８内の各検知層に正確に光を照らすことができる。いくつかの実施形態では、分析対象特定検知層１７０８に関して必要とされる波長スペクトルを提供する蛍光体１７０６で覆われるＬＥＤのアレイを、光源１７０２は含むことができる。このような実施形態では、異なるスペクトル範囲内で検知層１７０８が機能しているとしても、同じチップ上で組み合わせ可能な、より多様な検知層１７０８を備えることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体１７０６のアレイ全体を同じＬＥＤの種類により支持することができる。異なるセンサの機能分化（例えば、蛍光体および検知層の付着）は、例えば、焼付け（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）より実現することができる。
【００５０】
分析対象特定検知層１７０８はそれぞれ、関連する蛍光体１７０６を有する。分析対象特定検知層１７０８はそれぞれ、光源の照明スペクトル１７０２に対して非中心である吸収スペクトルおよび蛍光発光スペクトルを有する。特定の分析対象の存在により、特定の分析対象特定検知層１７０８の吸収および蛍光発光の変化が引き起こされ、関連する波長中心検出器１７０４によりこの変化が検知される。いくつかの実施形態では、アレイ内の波長中心検出器１７０４は、この検出器１７０４に直接付着する分析対象特定被覆１７０８を有する（例えば、一体構造を形成する）。分析対象特定検出のために、例えば、成分分析のための特定の検出を各検出器１７０４上で行うために、異なる被覆１７０８を各検出器１７０４上に塗布することができる。図１７の実施形態に従うと、検知層１７０８のアレイの検知層ごとの、分析対象により引き起こされる吸収強度および蛍光強度の変化を用いて、波長中心検出器１７０４のアレイの各検出器に衝突する光のスペクトル分布の中心の変化をつくることができる。特に感度が良いのは、光の中心が吸収および蛍光発光の両方により変更される構成である。
【００５１】
図１８は、種々の実施形態に従った、検知装置１８０２のブロック図である。この装置１８０２は入力光を生成する光源１８０６を含み、この光源１８０６は光導波路１８１０と連結する。この光導波路１８１０は、検知層１８１２または検知層１８１２のアレイを含む。これらの検知層１８１２はそれぞれ分析対象特定材料を含み、特定の分析対象または刺激の存在下で、この分析対象特定材料の光学特性が変化する。検知層１８１２は光導波路１８１０上で配列して、入力光と相互作用し、特定の分析対象の存在に応じて、その入力光のスペクトル分布を非対称に変更する。変更された入力光は光導波路１８１０から波長中心検出器１８１５に連結される。
【００５２】
いくつかの実施形態に従うと、この検出器１８１５は光検出器１８２４と光学的に連結する線形可変フィルタ１８２２を含む。この検出器１８１５は、特定の分析対象の存在に応じた変更された、入力光のスペクトル分布の中心に対する、入力光の中心の移動を判定する。変更された入力光の中心の移動の大きさ（例えば、特定の分析対象の濃度または刺激の大きさ）を判定するようこの検出器１８１５を設定することもできる。
【００５３】
種々の実施形態に従うと、光検出器１８２４は位置依存型光検出装置として実装される。上記に説明した通り、いくつかの構成では、例えば、この光検出器１８２４は分割ダイオード光検出器の一種類として実装される。光検出器の分割部（例えば、領域Ｉおよび領域ＩＩ）で生じた光電流を用いて、検出器１８１５の回路１８２８が波長領域における光分布の中心を判定することができる。この回路１８２８は、例えば、光検出器１８２４の検出領域Ｉと検出領域ＩＩからの光電流間の差を計測し、この差を光電流の合計で除算し、それにより、透過した光の中心の実際の位置に関する情報を含む信号を供給するよう設定され得る。読取り信号を強度変動に対して安定させるために、全部の入力強度（例えば、上記に議論した差分信号Ｓ＿Ｄｉｆｆ）を用いて、回路１８２８により、この信号を標準化させることができる。この検出器１８１５は、随意的に、セパレータコンポーネント１８２０を含むことができ、このセパレータコンポーネント１８２０が光導波路１８１０からの光を平行化し、かつ／または、線形可変フィルタ１８２２の入力面全体に渡って分散させるよう設定される。
【００５４】
この検出装置１８０２は、随意的に、プロセッサ１８３２および／またはディスプレイ１８３０を含むことができる、あるいは、それらと連結することができる。プロセッサ１８３０は、例えば、分析器などの大型システムの一部でよく、検出器１８１５と協働して高度な特徴および機能を提供することができる。例えば、プロセッサ１８３０は、種々の目的のために検出器１８１５と通信可能に連結するよう設定され得、それらの目的には、データの収集、検出器１８１５のプログラムマブルコンポーネント（例えば、回路１８２８）の更新、検出器１８１５の較正、およびその他の装置およびインターフェース（例えば、インターネットのインターフェース）への検出器１８１５の通信可能な接続が含まれる。随意的に、ディスプレイ１８３０を検出器の回路１８２８（例えば、入力／出力インターフェース）に直接連結させることができる、あるいはプロセッサ１８３２を介して間接的に連結させることができる。検出器１８１５により記録される、テキストデータおよびグラフィックデータなどのデータをディスプレイ１８３０に表示することができる。
【００５５】
本開示の種々の実施形態により、高い精度での特定の分析対象（複数可）の検出が比較的低コストで提供される。いくつかの実施形態では、例えば、１つの低コストの光源（例えば、ＬＥＤ）と１つの低コストの読取り用センサだけを必要とする。上記に議論した通り、この機構では、光源の変動を補正するために別の波長領域を検知する必要はなく、したがって、読取り値を比較する機構よりも、この検出機構を小型で、安価にすることが可能である。例えば、いくつかの実施形態では、読取るために使用されるセンサは、入射光源の強度変動、および検出器への光経路で拾われた付加的で不要な強度変動に対しては感度がよくない。本開示の実施形態では、強度コード化センサをその固有の優位性を有する波長コード化センサに効率的に変換する。
【００５６】
開示された波長検出技術の実施形態は、比較的広いＦＷＨＭを有する光（例えば、ＬＥＤ）に関してでさえ、中心の波長の移動に対して非常に良い感度を有することが示されてきた。本明細書に開示された読取り機構の実施形態は、多少広い吸収帯域内でさえ強度変化の追跡に非常に適していることが示されてきた。開示された検出機構の実施形態は、従来の検知材料および検知装置と互換性があることが示されてきた。例えば、センサ自体はそのまま残して、本開示の読取り機構を従来の検出機構と入れ替えることが可能である。本開示の読取り機構は広い範囲の検出帯域に対して適しており、検出され追跡される吸収のピークの幅内で調整可能である。
【００５７】
本明細書に開示されたシステム、装置、または方法は、本明細書に記載される１つ以上の特徴、構造、方法、またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、装置または方法を実装して、本明細書に記載される１つ以上の特徴、および／または、処理を含むことができる。そのような装置または方法は、本明細書に記載される全ての特徴、および／または、処理を含む必要はないが、これらの装置または方法を実装することで選択された特徴、および／または、処理を備えることができ、それにより、使用可能な構造、および／または、機能が提供されることを意図するものとする。
【図１】
2015127703.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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