(57)【要約】本発明は信号強度と信号変調移相に関する情報測定による光センサーの検出に関する。提供された方法はＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤイメージャーと異なった波長の照明を使用する。この装置は移相の非接触測定を実現してガス濃度を追う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出プローブの尋問装置であって、前記光検出プローブから出た光学的波を検出する検出ユニットを備えている装置において、前記検出ユニットは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤ像形成装置を備えていることを特徴とする光検出プローブの尋問装置。
【請求項２】
光検出プローブの尋問装置であって、前記光検出プローブから出た光学的波を検出する検出ユニットを備えている装置において、前記検出ユニットは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤセンサーマトリックスを備えていることを特徴とする光検出プローブの尋問装置。
【請求項３】
前記像形成装置あるいはセンサーマトリックスに関連し、前記光検出プローブから出た光学的波を復調するための少なくとも１つのシャッター素子を更に備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項４】
前記シャッター素子は機械式シャッターで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項５】
前記シャッター素子はＣＭＯＳセンサーあるいはＣＣＤセンサーのシリコン構造内に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項６】
前記光検出プローブの吸収波長に相当する波長の少なくとも１つの多数の照明光源を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項７】
異なった波長の多数の照明光源を更に備えており、前記波長は異なった光検出プローブの吸収波長に相当していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項８】
前記光検出プローブは、測定されるガス濃度に相当しており、検出領域内のガス濃度の検出用の請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【請求項９】
車内あるいは何れかの制限されたあるいは開放したスペース内の空気の質の検出のための請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【請求項１０】
前記光検出プローブは感温蛍光染料を備えており、遠隔温度検出用の請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号強度と信号変調移相に対する情報の測定による光センサーの検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
安価で、高機能で、使い捨て可能ラベル、ＲＦＩＤ、高機能なタグの市場が急速に成長している。そのような装置によって検出される大抵の要求特性は、温度や、圧力や、湿度や、ｐＨや、ガス濃度（ＣＯ２，ＣＯ，ＮＨ４，その他）や特定の化学イオン（アンモニアなど）の濃度である。基本的な課題は、今日、光センサーと検出装置側の双方に関するスマートな解決策を市場にもたらすことにある。最も一般的なアプローチでは、検出素子は、関心ある特性（ガスやｐＨや・・）を検出可能で、しかも、遠隔から作動可能であり、遠隔測定ユニットで尋問できるように、検出領域に組み込まれていることが必要である。
【０００３】
そのような技術のこれからの顧客の１つは包装産業であり、そこでは幾つかの製品がそれらの特性に依存して十分に規定され、制御された状態の下で包装される必要がある。従って、化学業界や、製薬業界や、電子業界は、温度、酸素あるいは湿度のようなファクターにさらされる問題にしばしば直面し、それが過度になると包装された製品の早期劣化につながる。典型的には食品包装業界は非常に高い酸素濃度及び高温で奮闘している。
【０００４】
一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、あるいは特殊な化学イオンの遠隔光学的評価が一般的な安全性あるいは製品保存性の理由から必要である他の用途が幾つかある。今日の産業上のニーズの良い例が、包装製品に対し一定の低い酸素濃度を保証するために現在ＭＡＰ（改良大気包装）包装箔を使用している食品包装業界用の酸素検出である。ここで、解決策はそのような包装内に配置するか、包装用箔上に直接配置することにあり、酸素濃度を測定し、そしてこの情報を光学的にあるいはＲＦによって検出器ユニットに伝達することができる。
使い捨てセンサーに対する非常に強力な価格圧力や、小型化の要求や、実際のニーズは、ＲＦによって検出又は解析ユニットと遠隔的に交信する種々の「高機能なタグ」を排除する。
【０００５】
この場合に選択される解決策は、発光特性が直接酸素濃度に依存している化学化合物を包装内に配置することにある。これは、幾つかの可能な、容易に光学的に励起可能の有機金属複合体（酸素分子が蛍光のクエンチャー（消光体）となる遷移金属有機複合体、好ましくはポルフィリンなどのような高芳香族化合物）の１つを使用して、容易に達成することができる。従って、検出化合物又は発光プローブは、特定の波長での遠隔照明によるその先行励起後に、光信号（蛍光）を発し、その時間的減衰が温度や酸素濃度を直接知らせている。信号減衰関係に対するこのクエンチャー（ここでは酸素）はスターンボルマー関係で説明されている。
【０００６】
この測定は発光強度あるいは発光(蛍光)寿命に中継することができる。最初のケースでは、照明プローブ濃度とその純度への依存が強い不具合を構成する。蛍光信号減衰や、蛍光変調移相、あるいは発光の偏光タイプと変更に基づく測定は全てこれに依存していない。都合の悪いことに、殆ど全ての関心ある化合物の蛍光強度と寿命は特定の蛍光クエンチャーの濃度にのみならず温度にも依存している。
【０００７】
しかし、他の光学的に活性化される化合物を使用する可能性があり、その化合物の蛍光強度あるいは減衰時間は温度のみに依存する。独立したものとして正に使用されるそのような化合物は、使い捨ての遠隔温度センサーに対し優れた解決策を付与する一方で、クエンチャー依存化合物と共に使用されてクエンチャー濃度や、温度や、蛍光減衰をリンクするスターンボルマー関係の内部温度較正を提供する。オレゴングリーン４８８蛍光染料は、この目的のために、Ru(ll)[dpp(SO3)Na2]3)Cl2,RU(ll)dpp),PdTCPPP,PtOEPあるいは他のＣｒ、Ｍｎ又は遷移金属有機複合体のような幾つかの公知酸素検出化合物の内の１つと共に使用することができる。蛍光プローブを使用する重要な特性は、迅速な温度又は大気の変化を達成するために、それらプローブが非常に短時間で可逆的であることである。
【０００８】
励起／解析ユニットの現在の技術はロックインアナライザーや、変調信号発生装置や、光電子増倍管を使用している。これらの装置は非常に複雑であり、非常に大型である。幾つかの用途で必要とされているそのような装置の手持ちサイズ装置への小型化は、技術及び商業上（高い目標）の観点双方から不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は改良された遠隔センサーと検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解消するために、本発明は、光検出プローブの尋問用の、前記光検出プローブから出た光学的波を検出するための検出ユニットを備えている装置を提供する。本発明によれば、前記検出ユニットは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤ像形成装置（ｉｍａｇｅｒ）あるいは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤセンサーマトリックスを備えている。
【００１１】
この検出装置は、前記像形成装置あるいはセンサーマトリックスに関連する少なくとも１つのシャッター素子を好ましくは備えており、前記少なくとも１つのシャッター素子は前記光検出プローブから出た光学的波を復調する。このシャッター素子はＣＭＯＳあるいはＣＣＤセンサーのシリコン構造（ロックインピクセル構造）で構成された機械式シャッターあるいは電気式シャッターを有することができる。
【００１２】
好ましい実施例では、この装置は、前記光検出プローブの吸収波長に相当する波長の照明光源を更に備えている。また、この装置は異なった波長の多数の照明光源を備えることもでき、前記波長は異なった光検出プローブの吸収波長に相当している。
【００１３】
従って、本発明は、手持ちサイズで比較的安価な装置であって、光検出化合物（RullDPPや同様の錯体の場合や、オレゴングリーン４８８染料の場合には、吸収帯が約４２０ｎｍに位置している）の吸収に相当する波長の照明（ＬＥＤ）光源と共に光センサー技術を使用したときに得られる装置を提供している。該ＣＭＯＳセンサーマトリックスは、引用化合物の場合、５００〜７５０ｎｍに配置された発光帯域幅をカバーしなければならない。信号強度と信号変調移相の双方は検出電子装置を実際に汎用性があり多目的となるように調整される必要がある。
【００１４】
測定装置の実現は、移相が引き出されるように反射変調光を復調できる光マトリックスセンサーに基づいている。検出部品は、変調を分割するため電子式シャッターあるいは機械式シャッターで構成する必要がある。測定の原理は、T.Spirigらの「オフセット減法を有する多タップロックインＣＣＤ」電子装置に関するＩＥＥＥ会報、４４巻、Ｎｏ．１０、１９９７年１０月、あるいはR.Lange,P.Seitzの「ソリッドステートフライト時間範囲カメラ」量子エレクトロニクスのＩＥＥＥジャーナル、３７（２００１年）３９０に記載されている移相測定を使用するフライト時間（ＴＯＦ）測定原理により周知である。
【００１５】
遠隔測定用技術の使用との違いは測定を特定の波長範囲で行う必要があることである。
本発明に係る装置は、前記光検出プローブが測定すべきガス濃度に相当する検出領域のガス濃度の検出の場合や、車内又はいずれかの制限されたあるいは開放されたスペース内の空気の質（二酸化炭素、酸素、湿気、温度）の検出の場合のような多種用途で使用することができる。更に、前記光プローブが感温蛍光染料を含む場合は、遠隔温度検出に使用することができる。
【００１６】
本発明を、添付図面を参照して以下の幾つかの限定しない実施例の説明により、より明確にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
検出ユニットは、ターゲットの反射がフォロア形態で測定されるように構成される必要がある。光源照明がＳ（ｔ）＝ｓｉｎ（２  ｆｍｔ）として発光されると、センサーへの反射光はｒ（ｔ）＝ｓｉｎ（２  ｆｍｔ−Φ）に対応する形態を有するだろう。
受信側の復調は、発光波フロントＳ（ｔ）に依存する入射波フロントｒ（ｔ）を復調する可能性を有している。
【００１８】
所謂、ミキサーの実現は使用したセンサー構造に依存している。標準的なマトリックスセンサーでは、復調は機械式シャッターによって例えば達成することができる。復調を達成するためのより有効な方法は、ＣＣＤセンサーのシリコン構造内に電気式シャッターを構成することである。この実施例では、１つの高感度領域に変調信号で制御される２つのゲートを提供することが可能である。その結果として、ゲートの信号は、移相計算の直接の情報を有している。
【００１９】
最大で半変調時間に対応するシャッターの開放時間に、各高感度領域はその２つのゲートに移相を計算できる２つの信号を集約する。
移相は、光源と光検出プローブとの間の距離と、光検出プローブとカメラとの間の距離にも依存しているため、移相が補正される。光検出プローブには見えないピクセルあるいは検出領域が遠隔測定に使用される。
【００２０】
このセンサーの原理に基づいて、測定システムは、大きな視野（ＦＯＶ）を観察するための可能性を有するマトリックスとして実現することができる。応用分野を広げるために、異なったタイプのガス用の異なった光フィルターの使用を光活性領域に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光学的測定の原理を概略的に示す図である。
【図２】異なったイメージャーセンサーでの光学的ロックインピクセル構造として電子式シャッターの構成を概略的に示す図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月29日(2006.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出プローブの尋問装置であって、前記光検出プローブから出た光波を検出する検出ユニットを備えている装置において、前記検出ユニットは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤ像形成装置、並びに該像形成装置と連携する少なくとも１つのシャッター素子を備え、前記少なくとも１つのシャッター素子は前記光検出プローブから放射された光学的波を復調するものにおいて、
前記シャッター素子は、ＣＭＯＳ又はＣＣＤ像形成装置のシリコン構造内に構成された電気的シャッターからなることを特徴とする光検出プローブの尋問装置。
【請求項２】
光検出プローブの尋問装置であって、前記光検出プローブから出た光波を検出する検出ユニットを備えている装置において、前記検出ユニットは少なくとも１つのＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤセンサーマトリックス、並びに前記センサーマトリックスに連携する少なくとも１つのシャッター素子を備え、前記少なくとも１つのシャッター素子は前記光検出プローブから放射された光学的波を復調するものであり、
前記シャッター素子は、ＣＭＯＳ又はＣＣＤ像形成装置のシリコン構造内に構成された電気的シャッターからなることを特徴とする光検出プローブの尋問装置。
【請求項３】
前記シャッター素子は、ＣＭＯＳ又はＣＣＤ像形成装置の固定ピクセル構造として構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項４】
前記光検出プローブの吸収波長に相当する波長の少なくとも１つの多数の照明光源を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項５】
異なった波長の多数の照明光源を更に備えており、前記波長は異なった光検出プローブの吸収波長に相当していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置。
【請求項６】
前記光検出プローブは、測定されるガス濃度に相当しており、検出領域内のガス濃度の検出用の請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【請求項７】
車内あるいは何れかの制限されたあるいは開放したスペース内の空気の質の検出のための請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【請求項８】
前記光検出プローブは感温蛍光染料を備えており、遠隔温度検出用の請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光検出プローブの尋問装置の使用。
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月31日(2007.1.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図２】
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【国際調査報告】
2008508508.tif 000005
2008508508.tif 000006
2008508508.tif 000007