(57)【要約】  本装置は、空間配置されたマルチモード光ファイバ（１２００）と、ファイバから与えられる光信号を検出するよう構成された光検出器（１３００）と、光検出器に結合され、光信号の検出結果たる複数の変数を符号化して得られる無線信号を無線送信（１４００）する無線デジタルモジュールと、この無線信号を受信する無線受信機（１５００）と、無線受信機に結合され、光信号の検出結果たる複数の変数を復号及び識別する信号処理モジュールと、を備える。
2008500839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間配置されたマルチモード光ファイバと、
前記ファイバから与えられる光信号を検出するよう構成され光検出器と、
前記光検出器に結合され、前記光信号の複数の検出された変数をエンコードした無線信号を無線送信する無線デジタルモジュールと、
前記無線信号を受信する無線受信機と、
前記無線受信機に結合され、前記光信号の前記複数の検出された変数をデコードし及び識別する信号処理モジュールとを
備えるシステム。
【請求項２】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なコヒーレント光源を更に備える請求項１のシステム。
【請求項３】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なレーザダイオードを更に備える請求項１のシステム。
【請求項４】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なレーザ光ポインタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５】
前記ファイバに対する光の供給を制御する電気的駆動部を更に備える請求項１のシステム。
【請求項６】
前記光ファイバが統合型である請求項１のシステム。
【請求項７】
前記ファイバが患者の動きが最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項８】
前記ファイバが患者の呼吸が最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項９】
前記ファイバが患者の心拍数が最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記ファイバが患者の動き、呼吸数及び心拍数の任意の組合せが最適に検知されるよう、患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項１１】
前記ファイバが、高次モードを低次モードへと変換する請求項１のシステム。
【請求項１２】
前記ファイバが、低次モードを高次モードへと変換する請求項１のシステム。
【請求項１３】
前記光信号が、スペックルパターンを備える請求項１のシステム。
【請求項１４】
前記光信号が、複数の高次励起モードを備える請求項１のシステム。
【請求項１５】
前記光信号が、前記ファイバの摂動に比例した量の複数の高次励起モードを備える請求項１のシステム。
【請求項１６】
前記光検出器が、前記光ファイバに対し光学的に結合可能な請求項１のシステム。
【請求項１７】
前記光検出器は、前記ファイバに沿った摂動の積算値に比例した出力を与える請求項１のシステム。
【請求項１８】
前記光検出器は、光検出器アレイを備える請求項１のシステム。
【請求項１９】
前記光検出器は、デジタル光検出器を備える請求項１のシステム。
【請求項２０】
前記光検出器は、デジタル光検出器アレイを備える請求項１のシステム。
【請求項２１】
前記光検出器は、ＣＣＤカメラを備える請求項１のシステム。
【請求項２２】
前記光検出器は、ＣＭＯＳカメラを備える請求項１のシステム。
【請求項２３】
前記無線信号は、前記光信号の複数のデジタル化した画像をエンコードする請求項１のシステム。
【請求項２４】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能な高次モード伝達部を更に備える請求項１のシステム。
【請求項２５】
高次モードから変換された低次モードのみを通すよう構成されたフィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２６】
低次モードから変換された高次モードのみを通すよう構成されたフィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２７】
整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２８】
前記ファイバに供給される光を空間的にフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２９】
前記光信号をフィルタリングするように構成された整合空間フィルタを備える請求項１のシステム。
【請求項３０】
前記光信号の前記複数の検出された変数を空間的にフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項３１】
前記光検出器により提供される複数のデジタル化された複数の画像をフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項３２】
前記信号処理モジュールは、デジタル化された複数の画像をデコードし、前記複数のデジタル化された画像の１個又はそれ以上の変数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３３】
前記信号処理モジュールが、Ｐは前記光ファイバに沿った摂動の積算値、ｔは時刻として、ΔＰ／Δｔの絶対値に比例する出力を与える請求項１のシステム。
【請求項３４】
前記信号処理モジュールは、複数の信号対雑音比が最適化されるよう、デジタル化された画像に整合空間フィルタリングを与えるよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３５】
前記信号処理モジュールは、光信号のあらかじめ決められた部分を処理する請求項１のシステム。
【請求項３６】
前記信号処理モジュールは、光信号のうち人間の生命表示に関連した部分を処理するシステム。
【請求項３７】
前記信号処理モジュールは、前記ファイバの摂動周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３８】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数における摂動周波数を識別するように構成された請求項１のシステム。
【請求項３９】
前記信号処理モジュールは、前記光信号のスペックルパターン中の変動を識別する請求項１のシステム。
【請求項４０】
前記信号処理モジュールは、空間フィルタリング領域における前記光信号の励起モード変換を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４１】
前記信号処理モジュールは、あらかじめ決められた空間領域内の前記光信号の低次励起モードの入射を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４２】
前記信号処理モジュールは、あらかじめ決められた空間領域内の前記光信号の高次励起モードの入射を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４３】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数の摂動周波数であって患者の生命表示に対応する前記周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４４】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変動の摂動周波数であって患者の動きに対応する前記周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４５】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数の光パワーの変化を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４６】
前記信号処理モジュールは、前記光信号の励起モードの角度変化を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４７】
前記号処理モジュールは、前記光信号の励起モードの変化を識別するように構成された請求項１のシステム。
【請求項４８】
前記信号処理モジュールは、患者の生命表示の変化における前記複数の検出された変数を監視する請求項１のシステム。
【請求項４９】
前記信号処理モジュールは、患者の動きの変化における前記複数の検出された変数を監視するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項５０】
前記信号処理モジュールは、患者の動き、呼吸数又は心拍数の変化における前記複数の検出された変数を自動的に監視するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項５１】
前記光ファイバを支持する人体支持構造物をさらに備える請求項１のシステム。
【請求項５２】
前記ファイバと隣接した人体支持構造物を更に備える請求項１のシステム。
【請求項５３】
前記ファイバと隣接したマットレスを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５４】
前記光ファイバと隣接したパッドを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５５】
前記光ファイバと隣接したカーペットを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５６】
ＳＴＭセンサを備える請求項１のシステム。
【請求項５７】
ＨＯＭＥセンサを備える請求項１のシステム。
【請求項５８】
前記ファイバ光センサから出現した光信号の複数の検出された変数をエンコードした信号をファイバ光センサに結合された無線デジタル光検出器から送信し、
前記信号を無線受信器が受信し、
無線受信機に接続された信号処理モジュールにおいて前記信号をデコードし、
前記デコードされた信号の前記複数の検出された変数を、
識別する方法。
【請求項５９】
あらかじめ決められたタイプの摂動を容易に検知するためにあらかじめ決められたパターンに従いマルチモード光ファイバを空間配置し、
前記空間配置された統合型マルチモード光ファイバからの信号を送信し、
光検出器にて前記光信号を検出し、
前記光信号の複数の検出された変数をエンコードした無線信号を無線送信する、
方法。
【請求項６０】
前記無線信号を無線受信機で受信することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６１】
前記無線信号をデコードすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６２】
無線受信機に結合された信号処理モジュールにて無線信号をデコードすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６３】
前記無線信号を暗号化解除することを更に備えた請求項５９の方法。
【請求項６４】
前記無線信号を周波数逆拡散することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６５】
前記無線信号を復調することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６６】
前記無線信号をサンプリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６７】
前記無線信号をデジタル化することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６８】
前記無線信号を検出することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６９】
前記無線信号を多重化解除することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７０】
前記光信号を空間的にフィルタリングすることを更に備えた請求項５９の方法。
【請求項７１】
前記無線信号を空間的にフィルタリングすることを更に備えた請求項５９の方法。
【請求項７２】
前記検出された変数を空間的にフィルタリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７３】
前記無線信号をフーリエ変換することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７４】
前記無線信号を識別することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７５】
前記複数の検出された変数を識別することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７６】
前記無線信号を監視することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７７】
前記複数の検出された変数を監視することを更に備えた請求項５９の方法。
【請求項７８】
前記無線信号におけるあらかじめ決められた変化を通知することを更に備える請求項５５９の方法。
【請求項７９】
前記複数の検出された変数のあらかじめ決められた変動を通知することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項８０】
あらかじめ決められたタイプの摂動の検出を容易にするようにあらかじめ決められたパターンに空間的に配置された光ファイバに結合された無線デジタル光検出器から得られた無線信号であって、
前記空間的に配置されたファイバ光センサから出現した光信号の複数の検出された変数をエンコードした前記無線信号のデコードと、
前記デコードされた信号の前記複数の検出された変数を識別とを備えた
動作のための指令を有する機械読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、この参照を以てその全体が本願に繰り入れられるところの２００２年１１月１８日付米国暫定特許出願第６０／４２７６８３号に基づく優先権主張を伴っている。
【０００２】
なお、本願においては、以下に掲げる用語を以下に掲げる意味にて使用している。
（１）まず、「光ファイバ」とは、透明誘電体素材によって形成され光を導波するフィラメントのことである。「光ファイバ」は、通常、ガラスやプラスチック等の透明誘電体素材によって円形断面状に形成される。「光ファイバ」は、通常、円柱状のコアと、コアをくるみコアに密接する円筒状のクラッディングと、により構成されている。「光ファイバ」により光を導波できるようにするため、コアの屈折率はクラッディングの屈折率に対してわずかに異なっている。
（２）「ファイバ式光センサ」とは、光ファイバをトランスデューサとして用いる装置のことである。
（３）「トランスデューサ」とは、エネルギを形態変換する装置のことである。例えば、検知用光ファイバは、光ファイバが摂動したとき等に生じる機械エネルギ的変化を光エネルギ的変化に変換できる。
（４）「モード」とは、導波管や空胴（発振器）において発生し得る個々の電磁界伝搬パターン又は電磁界定在パターンを指す用語である。各「モード」は、通常、角度、周波数、分極、電界強度、磁界強度又はそれらの任意の組合せによって、特徴づけられている。例えば、光ファイバ中に送出された光パルスのエネルギは、光ファイバの長軸に対しそれぞれ異なる角度で交わる多数の経路を通り得る。このとき光ファイバの長軸に対して同じ角度で交わる一組の経路のことが、「モード」と呼ばれている。
（５）「最低次モード」とは、光ファイバの長軸に対して実質的に平行な経路に沿って光が光ファイバ内を通るモードのことであり、基本モードやＬＰ01モードとしても知られている。
（６）「高次モード」とは、最低次モード以外のあらゆるモードのことである。
（７）「より高次なモード」とは、光ファイバの長軸に対する入射角が他の何れかのモード（より低次なモード）に比べて大きいモードのことである。
（８）「マルチモード」とは、複数のモードを伝搬させ得ることをいう。「マルチモード」光ファイバは、グレーデッドインデクス（ＧＩ）ファイバとしてもステップインデクス（ＳＩ）ファイバとしても構成できる。
（９）「コヒーレント」とは、その方向、振幅及び位相が同様又は同程度で相互干渉し得る複数の波が存在していることをいう。
（１０）「統合型」とは、全体の一部として統合され若しくは組み込まれ、又は他の物体の内部に統合され若しくは組み込まれていることをいう。
（１１）「積算型」とは、加算対象となっているものの合計又は総和を求めるこという。
（１２）「空間配置」とは、三次元的な空間内にあらかじめ決められたパターンに従い配置することをいう。
（１３）「摂動」とは、物理系における変化又は変動をいう。
（１４）「光検出器」とは、光信号を受け取ることができまたこの光信号に含まれている情報と同じ情報を含む電気信号を発生させることができるトランスデューサのことである。本願における「光検出器」は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトセル、光電セル、フォトコンダクタ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス及びそれらの任意の組合せ等から、構成できる。
（１５）「光検出器アレイ」とは、光検出器の寄せ集めのことである。「光検出器アレイ」においては、通常、光検出器がグリッド状パターンに従い配列される。
（１６）「電荷結合デバイス（ＣＣＤ）」（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−ｄｅｖｉｃｅ：ＣＤＤ）とは、画像データを蓄えて表示する光感受性の集積回路の一種である。「ＣＣＤ」では、画像内の各画素（画像構成要素）を、色スペクトラム（白から黒へと連続的に移り変わるスペクトラムでもよい）内の何れかの色に対応した強度を有する電荷へと、変換する。即ち、「ＣＣＤ」は、システムでサポートしている個数の色（例えば６５５３５色）それぞれに別々の数値を対応付け、この数値を格納しまた読み出すことができるイメージセンサであり、デジタルカメラにて用いられる主要な二種類のイメージセンサのうちの一種類である。撮影時には、デジタルカメラのレンズを通った光が「ＣＣＤ」に射突し、「ＣＣＤ」を構成している数千又は数百万の微小画素それぞれによりこの光が電子の群れに変換され、これらの電子の個数即ち画素累積電荷が計測されてデジタル値に変換される。この最後の処理は、「ＣＣＤ」の外にありアナログデジタルコンバータと呼ばれるコンポーネントにて行うことができる。
（１７）「相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）」（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）とは、デジタルカメラにて用いられる主要な二種類のイメージセンサのうちの一種類であり、その基本的機能はＣＣＤのそれと同様である。
（１８）「フィールドエミッタ」とは、電圧印加に即応して電子を放出するデバイスであって、リソグラフィ技術によりサブミクロンスケールで製造されたものをいう。
（１９）「デジタルカメラ」とは、フィルム上ではなくフィルムに代わる電子的イメージセンサ内に画像を捕捉するカメラのことである。
（２０）「画像」とは、物体、現象又はその双方の少なくとも二次元的な表現（物）のことである。
（２１）「結合」とは、既知手段の何れかにより接続又はリンクされていることをいう。ここでいう既知手段には、機械的なもの、流体的なもの、音響的なもの、電気的なもの、磁気的なもの、光学的なもの等が含まれ得る。
（２２）「光パターン」とは、モードが異なる光同士の作用によって生じる可視パターン、例えば干渉パターン又はスペックルをいう。
（２３）「空間的」とは、二次元的又は三次元的に広がっている様子をいう。
（２４）「空間フィルタ」とは、画像又は信号中のある空間部分を無視、除去又は削除し、強調、補強又は抽出し、又は検出するデバイス又は方法のことである。
（２５）「整合空間フィルタリング」とは、注目している変数が強調されるよう空間パターンをフィルタリングすることをいう。
（２６）「無線」とは、アンテナから輻射される電磁波即ち導波されていない媒体を利用してデータを送るあらゆるデータ通信技術をいう。「無線」には、ソナー、ラジオ、セルラー、セルラー無線、デジタルセルラー無線、ＥＬＦ、ＬＦ、ＭＦ、ＨＦ、ＶＨＦ、ＵＨＦ、ＳＨＦ、ＥＨＦ、レーダ、マイクロ波、衛星マイクロ波、レーザ、赤外線等のデータ通信技術が含まれ得る。これらのデータ通信技術におけるキャリア周波数は、約１Ｈｚ〜約２×１０14Ｈｚ（約２００ＴＨｚ）の範囲に属するあらゆる周波数値、例えば約４０Ｈｚ、６．０１０ｋＨｚ、８．７ＭＨｚ、８００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、４．５１８ＧＨｚ、３０ＧＨｚ等の値を採り得、また当該範囲に属するあらゆる小範囲、例えば約１００ｋＨｚ〜約１００ＭＨｚ、約３０ＭＨｚ〜約１ＧＨｚ、約３ｋＨｚ〜約３００ＧＨｚ等の範囲を採り得る。「無線」通信の対象はアナログ又はデジタルのデータ、信号等であり、「無線」通信の形態はアナログ又はデジタル伝送であり得る。なお、本願では、特に人間音声の無線送信を「無線」から除外する。
（２７）「信号」とは、情報を搬送できるように送信された検知可能なエネルギのことである。実際上は、「信号」とは可視的、音響的又は電気的手段により搬送又は送信（伝送）される一種のメッセージであり、「信号」たるメッセージの本文は１個又は複数個の文字、単語、符牒、記号、信号フラグ、可視表現、特定音響等を、所期の意味を呈するように配列したものである。「信号」に含まれ得る情報は、例えば、公開鍵、ＰＧＰ（Ｐｒｅｔｔｙ  Ｇｏｏｄ  Ｐｒｉｖａｃｙ：商品名）、トリプルＤＥＳ（Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）又はそれらの任意の組合せ等の手法によりデジタル的に暗号化された情報等である。また例えば、「信号」には、周波数ホッピング方式又は直接拡散方式のシステムによるスペクトラム拡散技術によりスペクトラム拡散された放送信号等も、含まれ得る。
（２８）「信号処理モジュール（信号処理器）」とは、信号を処理するデバイスのことである。信号処理動作には、フォーマット、情報源符号化、暗号化、通信路符号化、多重化、変調、周波数拡散、送信、受信、周波数逆拡散、復調、標本化、検出、多重化解除、通信路復号、暗号化解除、情報源復号、同期、解析、比較、変換、変形、フーリエ変換、識別、監視、通知又はそれらの任意の組合せ等が含まれ得る。
（２９）「エンコード」とは、しばしば二進数よりなる符号を用いてデータを変換すること、特に原形を再現できるよう変換することをいう。或いは、冗長なチェック用シンボルをメッセージに付加して誤り検出、誤り訂正又はその双方を目的とする符号を発生させることも、「エンコード」と呼ぶ。
（３０）「デコード」とは、上述の符号化がもたらした影響が覆るようデータを変換すること、或いは符号を識別することをいう。
（３１）「識別」とは、意味あるものにすること、或いは意味を与えることをいう。
（３２）「生命表示」とは、生理学的にととらえた生命の徴候をいい、通常は、個々人の一般的身体状態を表す指標となる。「生命表示」には、身体の動き、血液の温度、血圧、体温、脈拍数、呼吸数又はそれらの任意の組合せ等が含まれ得る。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、磁気共鳴イメージング、産褥ケア設備及び入院設備において用いられるファイバ式光干渉計型生命表示モニタを開示している。特許文献２は、患者の生命表示を検出するため干渉計を利用するファイバ式光モニタを開示している。特許文献３は、スペックルパターンにおける変化に基づき正常な呼吸動作及び心拍動作を検出するファイバ式光モニタを開示している。特許文献４は、スペックルパターンにおける変化に基づき動きを検出するファイバ式光モニタを開示している。特許文献５は、くねくねと輪を描くようファイバが縫いつけられ配置されたマイクロベンド光センサを開示している。特許文献６は、マルチモード光ファイバによる可聴出力付き動きモニタを開示している。特許文献７は、マルチモード光ファイバセンサ及び方法を開示している。特許文献８は、検知素子としてマルチモード光ファイバを備える振動又は揺動検出装置を開示している。そして、特許文献９は、光ファイバによる侵入者警戒システムを開示している。これら、特許文献１〜９については、この参照を以てその全体を本願に繰り入れることとする。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００９５２６３号明細書
【特許文献２】米国特許第６４９８６５２号明細書
【特許文献３】米国特許第５２９１０１３号明細書
【特許文献４】米国特許第５２１２３７９号明細書
【特許文献５】米国特許第５１３４２８１号明細書
【特許文献６】米国特許第５４３６４４４号明細書
【特許文献７】米国特許第４８６３２７０号明細書
【特許文献８】米国特許第４８４３２３３号明細書
【特許文献９】米国特許第４２９７６８４号明細書。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、検知機能が組み込まれており患者を観察するのに有用な患者用ベッドとして実施できる。この検知機能組込型観察ベッドを用いれば、患者の動き、呼吸数、脈拍数又はそれらの任意の組合せ等を、自動観察できる。本発明の実施形態には、干渉計式積分ファイバ式光センサ、信号対雑音比最適化用整合空間フィルタ、低価格レーザポインタ、低価格デジタルカメラ、携帯型ラップトップＰＣのようなコンピュータその他の情報装置、ソフトウェア又はそれらの任意の組合せ等を、組み合わせることができる。床ずれを防ぐため手助けして患者の姿勢を変えたほうがよいかどうかを判断する上で、患者の動きを観察する機能は役に立つ。
【０００６】
本発明は、患者用ベッド内に組み込まれ、患者の呼吸数、心拍数、動き又はそれらの任意の組合せを連続的に且つ誰にも負担をかけずに観察できる手段として、実施できる。本発明は、また、観察カーペットや観察パッドとしても実施できる。これらを用いれば、年配患者の身体活動を観察することができ、また転落・転倒等負傷につながりかねない出来事が発生したことを責任者又は介護者に警報することができる。
【０００７】
本発明のある実施形態によれば、自動診療を実現できひいてはある種の医療過誤の発生を減らすことができる。本発明のある実施形態によれば、ベッド上にいる患者の動きを観察できるため床ずれが起きにくくなる。本発明のある実施形態によれば、カーペットやパッドの上にいる個々人の動きを観察でき、その人があらかじめ決められた時間に亘り動きを示していない場合はその旨を自動通知することもできる。
【０００８】
患者の生命表示は、周期的監視や侵入型監視やこれを組み合わせた手法を用いて観察できる。このようにすれば、患者から離れたところに設けられた観察機器を用い、診療担当医が患者の生命表示を観察することができる。今後、住民の平均年齢が高まる一方で看護や診療をサポートする人材は減っていくであろうから、生物医学的計測を自動化すること、ひいては重篤患者の世話に集中できるよう医療スタッフの負担を減らすことは、望ましいことである。光ファイバセンシング技術を用いれば、ある種類の自動化を実現できる。
【０００９】
光ファイバ内に光パルスとして送出されたエネルギは、その光ファイバの長軸に対して様々に異なる角度で交わる多数の経路を通り得る。光ファイバの長軸に対して同じ角度で交わる一群の経路のことをモードと呼ぶ。基本モード又はＬＰ01モードとしても知られる最低次モードは、光が光ファイバの長軸に対して実質的に平行な経路を通るモードである。基本モード以外のモード即ち高次モードにおいては、一方の側面から他方の側面へまた元の側面へというように反跳しながら、光が光ファイバの下流へと進んでいく。光ファイバのうち、損失が最小のモード（基本モード）一つのみをサポートするよう設計されたものをシングルモードファイバと呼び、複数のモードをサポートするよう設計されたものをマルチモードファイバと呼ぶ。マルチモードファイバは、典型的には１００個を超える個数のモードをサポートする。
【００１０】
本発明は、環境的摂動にさらされているマルチモード光ファイバセグメント内にレーザダイオード等の単色光源からコヒーレント光を入射する形態にて、実施できる。このコヒーレント光からは、コア内を進んでいくにつれて、最低次モード及び少なくとも１個のより高次なモードを含む複数のモードが派生していき、それらのモードが相互干渉して強め合いまた弱め合うと特徴的なスペックルパターンが生じる。このスペックルパターンは、空間フィルタを介して光検出器上に投影できる。空間フィルタとは、最も単純なものを例としていえば、スペックルパターンの一部を光検出器に向け通過させるよう、１個又は複数個の開口例えば円形孔を光阻止シート、光吸収シート又はその組合せに設けたもののことである。光検出器の出力は、スペックルパターンのうち空間フィルタを通って光検出器に至った部分における強度分布変化に応じて、変化する。光検出器の出力は、その性質上摂動検知結果に関連している強度分布変化を伴っており、信号処理器に供給できる。
【００１１】
この参照を以てその全体が本願に繰り入れられるところの、Ｓｐｉｌｌｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ２８，  Ｎｏ．１５，  ３１６６−３１７６，  １９８９、には、外部環境摂動によるモード間干渉パターン変化を検知できるある種の検知技術が、記載されている。この種の検知技術は、患者の生命表示を観察する組込型観察システムにおいては、これまでのところ用いられていないであろう。
【００１２】
本発明は、患者の生命表示、活動レベル又はその双方を観察できる組込型観察ベッド、カーペット又はパッドとして実施できる。
【００１３】
本発明は、検知技術を利用するベッド、特にマルチモードファイバ式光センサを利用するベッドとして実施できる。ここに、光ファイバのコアを通る光エネルギは、そのコアがシングルモードコアかマルチモードコアかによらず、その光ファイバにおける物理的摂動の影響を受け得る。即ち、引っ張りによる歪、圧縮による歪、小半径での曲げ（マイクロベンディング）による歪、大半径での曲げ（マクロベンディング）による歪又はそれらの任意の組合せによって光ファイバに物理的摂動が生じると、コア素材屈折率やコアクラッド間屈折率差分又は微分が変化し、光ファイバのコアを通る光エネルギが変化する。従って、光ファイバをセンサとして用い、光ファイバの出射エネルギを環境的摂動と関連付けることにより、物理的パラメータを計測できる。
【００１４】
検知用光ファイバからの出射エネルギについては、例えば、強度、波長、分極状態又はそれらの任意の組合せについて、量的変化を解析することができる。より洗練された（高度な）やり方としては、出射光と基準光源からの光とにより干渉計を形成して干渉計測パターンを発生させ、これまでの経験又は実験の成果に基づきこの干渉計測パターンに相応するパラメータ（光ファイバ摂動を引き起こすパラメータ）又はその値を求める、というやり方がある。例えばＭａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ干渉計を用いてこの干渉計測を実施する場合、検知用光ファイバと基準光ファイバとに光源からのコヒーレント光を通し、これらその経路が異なる二種類の光を相互作用させて干渉計測パターンを形成し、この干渉計測パターンを解析することによって、検知用光ファイバ側経路に影響している外的摂動と性質的に関連がある情報を得ることができる。
【００１５】
本発明は、マルチモード光ファイバ内を伝搬中にその光ファイバの摂動にさらされた光に対し干渉計測パラメータ解析を適用して物理的摂動を計測する方法或いはマルチモード光ファイバセンサとして、実施できる。本発明は、また、使用する光ファイバに対して課せられる所要条件を緩和できる方法やマルチモード光ファイバセンサとして、実施できる。これは、データ送信、通信、制御、テレメトリ（遠隔計測）又はそれらの任意の組合せといった機能と連携しつつ、干渉計測パラメータ解析による物理的摂動の計測を実行できるよう、マルチモード光ファイバを多機能化すること（多機能マルチモード光ファイバを提供すること）によって、達成できる。本発明は、外的摂動にさらされ得るマルチモード光ファイバ内に光エネルギ源からのコヒーレントな単色輻射を通す方法やマルチモード光ファイバセンサとして、実施できる。この方法又はセンサにおいては、コア内を通った光に含まれるモードが相互干渉して強め合いまた弱め合い、特徴的なモード間スペックルパターンを有する出射光が検出器例えばその二次元アレイに投影され、この検出器からはスペックルパターンにおける強度分布に相応した電気信号が出力される。即ち、光ファイバ又はそのセグメントが摂動にさらされているため、モード間干渉パターン又は強度分布は摂動の性質を反映した形態にて変化しており、従って対応する検出器出力を信号処理器により解析すれば、摂動を表す信号出力が得られる。
【００１６】
本発明は、マルチモード光ファイバからの出射光を複数画素ＣＣＤアレイ上に投影し、このＣＣＤアレイをスキャンしてその出力を信号処理器に送る形態にて、実施できる。信号処理器は、ＣＣＤアレイ又はその個別画素の出力をそれに対応するデジタル値へと変換し、例えば相連続する２個のデータフレームを保存する。保存されている２個のデータフレームについて、相対応する点状の画素データ間の相違分の絶対値を総和すれば、その性質上摂動検知結果と関連している信号出力を得ることができる。
【００１７】
本発明は、その領域又はゾーン内でだけマルチモードファイバ式光センサが摂動に対して感受性となるよう定められたファイバ摂動領域又はゾーンを有する形態にて、実施できる。このファイバ摂動領域又はゾーンは、例えば、摂動にさらされ摂動を検知するマルチモード光ファイバをシングルモード入出射光ファイバ内に差し挟むことにより、形成できる。このファイバからの出射光は、空間フィルタ、１個若しくは複数個のレンズ（例えば１／４ピッチ屈折率傾斜型ロッドレンズ）又はそれらの任意の組合せを介し、また別のマルチモード光ファイバセグメントへと入射され、このマルチモード光ファイバセグメントにより光検出器に搬送され処理される。
【００１８】
本発明は、その性質上摂動検知結果と関連している信号を得るのに役立つ光情報がもたらされるよう、そのマルチモード光ファイバ内でコヒーレント光が相互干渉して強め合いまた弱め合うマルチモード光ファイバセンサとして、実施できる。この実施形態における検知用光ファイバを用い、摂動検知用波長領域外で通信データ、制御データ、テレメトリデータ等のデータを送信するようにすれば、多機能化された光ファイバが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の潜在的実施形態を広範囲に亘りより好適に理解できるようにするため、以下、添付図面を参照しながら詳細な説明を行う。
【００２０】
図１は、一実施形態に係るマルチモードファイバ式光センサ１０００のブロック図である。本実施形態においては、コヒーレント光源１１００からの光がマルチモード光ファイバ１２００に入射され、この光ファイバ１２００からの出射光が光検出器アレイ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス、空間検出器アレイ等の光検出器１３００に投影されてそのスペックルパターンと共に検知される。即ち、光ファイバ１２００が図中のＦの如く摂動する等してこの光ファイバ１２００が機械的に曲がるとモード間干渉が生じ、光ファイバ１２００の内部におけるパワー分布パターンが変化する（但し合計パワーは変化しない）ため、光ファイバ１２００からの出射光によって複雑なスペックルパターンが形成される。摂動によって合計パワーが変化しないのは、あるスペックルでパワー低下が生じる一方他のスペックルではパワー増大が生じるためである。光ファイバ１２００からの出射光に現れるスペックルパターンは光検出器１３００により検知され、光検出器１３００が発生させる信号１４００は信号処理器１５００により処理される。信号処理器１５００は、例えば、スペックルパターンの全体又は一部をサンプリングし、サンプリング結果に基づき、アレイを構成する画素毎の強度変化分の絶対値についてサンプリング部分又は複数の画素に亘る総和を求め又は出力する。なお、信号処理器１５００において、サンプリング前の又はサンプリングされたスペックルパターン中の任意の部分をそのメモリデバイス内に保存し、必要に応じ再サンプリングして強度変化分絶対値の総和演算等に供することができる。総和演算又は総和出力の後は、同様のプロセスを繰り返すことができる。
【００２１】
ここで、摂動の積算値を記号Ｐ、時刻を記号ｔによりそれぞれ表すならば、センサ出力がｄＰ／ｄｔ又はΔＰ／Δｔの絶対値に比例するため、周波数ｗにセンサ出力が現れていることを以て、周波数ｗ／２の摂動が現れていると識別することができる。このような光ファイバを、しばしばＳＴＭ（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ）センサと呼ぶ。
【００２２】
また、この参照を以てその全体が本願に繰り入れられるところの、Ｓｐｉｌｌｍａｎ  ａｎｄ  Ｈｕｓｔｏｎ、  ”Ｓｃａｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｇａｉｎ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ”、  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １３、  Ｎｏ．７、  １２２２−１２３０、  １９９５、及び、Ｈｕｓｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｆｌｏｏｒ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ”、  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ３６７１、  １１８−１２５、  １９９９、に示されている手法によれば、例えば整合フィルタリング、前処理又はその組合せにより、注目パラメータフィールドに対して積算型センサの空間パターンを整合させることにより、当該積分型センサにおける信号対雑音比を顕著に改善できる。即ち、例えば呼吸、心拍又はその組合せにより生じる変位の分布に対し光ファイバ又はセンサの空間分布を整合させることができ、それによってセンサの信号対雑音比を改善できることが、明らかとなっている。
【００２３】
図２は、一実施形態に係る組込型観察装置２０００を示すブロック図である。この装置２０００はＳＴＭセンサを用いて実現することができる。この実施形態においては、レーザポインタ等のコヒーレント光源２１００からの光がマルチモード光ファイバ２２００に入射されている。光ファイバ２２００の一端は、光源２１００と光ファイバ２２００とをつなぐ第１機械式結合部材２１５０によって、固定的に保持されている。光ファイバ２２００は結合部材２１５０からベッド２３００の一部たる目的領域２３２０へと延びており、光ファイバ２２００のうち結合部材２１５０と目的領域２３２０との間にある部分は第１機械式ダンピング部材２２２０によってくるまれている。更に、光ファイバ２２００の一部は検知領域２２４０を形成しており、光ファイバ２２００のうち検知領域２２４０を形成する部分は、呼吸数、心拍数、動き又はそれらの任意の組合せに対する応答を最適化できるよう決めたパターン２２８０に従い、空間配置されている。ここに、ベッド２３００上における目的領域２３２０は、例えば呼吸による摂動を検知したいのであれば、患者の肩部がおかれるであろう位置から患者の臀部がおかれるであろう位置に亘る領域として、想定するのがよかろう。検知領域２２４０やパターン２２８０は、この目的領域２３２０と一致するよう形成するか、或いはこの目的領域２３２０の内側、隣接部位又はその双方に形成するのがよかろう。検知領域２２４０にて形成されるパターン２２８０は、必要個数の湾曲部や転回部を有するパターンとすることができ、具体的には蛇状パターン、渦巻きパターン、不規則湾曲パターン等とすることができる。また、目的領域２３２０のうち所要割合の部分を占有するようパターン２２８０を形成すれば、検知しようとしている生命表示その他による摂動に対する応答を最適化できる。検知領域２２４０内の光ファイバ２２００或いはパターン２２８０を構成する光ファイバ２２００の空間配置状態を、検知しようとしている摂動に対して整合させれば、その配置状態それ自体によって（整合）空間フィルタが形成されることとなる。
【００２４】
光ファイバ２２００は第２機械式ダンピング部材２２６０を通って第２機械式結合部材２４５０まで延びており、光ファイバ２２００の一端は、デジタルカメラ等の二次元光検出器アレイ２４００を最適に励起できる位置又は姿勢となるよう、この結合部材２４５０によって固定的に保持されている。そして、光検出器（アレイ）２４００にて得られる画素別の強度はラップトップＰＣ等のコンピュータ２５００へと送られ、本願中に述べられているやり方で処理される。
【００２５】
光ファイバ２２００の検知領域２２４０やパターン２２８０は、その用途上の必要に応じて決定又は設定すればよい。また、観察ベッド２３００の上半身相当部分（患者の脚部より上に該当する部分）のみを目的領域２３２０として検知領域２２４０で覆うようにしてもよいし、観察ベッド２３００のうち患者が身を横たえ得る領域全体を検知領域２２４０で覆うようにしてもよい。更に、この組込型観察ベッド２３００に更に１個又は複数個の統合型ファイバ光センサを追加した形態で、本発明を実施することもできる。そのようにすれば、感度を向上させることができ、また他種の摂動をも検知対象とすることができ、或いはその双方を達成することができる。そして、フィルタリング機能を有するファイバ型検知素子として動作するこの光ファイバ２２００は、図示しないカーペットやパッド内に組み込むこともできる。必要であれば、カーペットやパッドの全体を目的領域２３２０とすることもできる。
【００２６】
睡眠時における人間の姿勢には、仰向け、腹這い、左向き及び右向きという四通りの典型的な姿勢がある。そこで、被験者をこれらの姿勢で寝かせて多数回に上る試験を行った。図３中の３０００は、図２に例示されＳＴＭセンサを備える組込型観察ベッドを用い、腹這いになっている被験者から得たデータについて、その離散フーリエ変換結果をプロットしたものである。周波数軸は、センサ出力が摂動に対して２倍の周波数を有するという事実に鑑み修正されている。図３に係る計測を実行したときにはサンプリング速度を非常に高く設定してあったためシステムが最適化されていたとはいえないが、それでも呼吸率に対応する信号３１００及び心拍数に対応する信号３２００は共に明瞭に看取できる。
【００２７】
本発明を実施する際には、ファイバ式光センサだけでなく一般にそのゲージ長が大きいあらゆるセンサを、摂動センサとして用いることができる。利用するファイバ光学技術の観点からすると、使用できるセンサは、モード間干渉、モード角シフティング、シングルモードポラメトリックシフト、シングルモード干渉計測（Ｍａｃｈ−ＺｈｅｉｒｄｅｒやＭｉｃｈａｅｌｓｏｎ）、マイクロベンディング、アレイ化又は結合されたＦａｂｒｅｙ−Ｐｅｒｏｔ空胴群、アレイ化又は結合されたＢｒａｇｇグレーティング群、又はそれらの任意の組合せ等を、基礎としている。
【００２８】
本発明を実施する際には、モード角シフティングに基づくセンサ即ちＨＯＭＥ（Ｈｉｇｈ  Ｏｒｄｅｒ  Ｍｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。この種のセンサは、光ファイバにおける摂動に比例した信号を出力する。図４は、この種のセンサのうち光ファイバにより構成されている部分４０００の例を示す側面図である。この光ファイバ部分４０００はマルチモード光ファイバ４２００を含んでおり、光４１００は入射角βにて光ファイバ４２００に入射している。入射角βは、光ファイバ４２００の長軸Ｌを基準として計測した非ゼロの角度であり、従って長軸Ｌに対して厳密に平行な入射光とは違って半径方向成分をも有している。これは、光ファイバ４２００からの出射光４３００が、有光部分４３２０及び無光部分４３４０を有する錐形になることを、意味している。しかしながら、光ファイバ４２００に摂動が及ぶと光ファイバ４２００内の光のモードが変化してより高次のモード、より低次のモード又はその組合せへとシフトすることがあり、このシフトによって有光部分４３２０、無光部分４３４０又はその双方の寸法、形状又はその双方が変化することがある。有光部分４３２０、無光部分４３４０又はその双方の寸法、形状又はその双方における変化は、光検出器であれば、複数の画素を有する検出器（例えばデジタルカメラ、ＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器等）でも、画素に分割されていない検出器（例えば大面積光検出器）でも、その組合せによっても、検出（検出）することができる。そのための光検出器は、例えば、高次モード（群）により形成される環に接し常時この環により囲まれる円形のエリア内に、配置しておけばよい。光検出器は、この高次モードの光がより低次なモードの光にシフトし、両者が共に伝搬し、或いは後者が発生して、この円形エリア内に入射したことを以て摂動として検出できる。
【００２９】
図５は、図４に示した例からの出射光４３００を平坦スクリーン５１００上に投影して得られる投影像５０００を、例示する前面図である。投影像５０００は、内側の無光部分５２００、外側の無光部分５３００、及び有光部分５４００から構成されている。光ファイバの長軸横断面が円形であり且つ平坦スクリーン５１００が光ファイバの長軸に直交する向きを有しているなら、無光部分５２００は円形になりまた有光部分５４００は環状になる。
【００３０】
観察ベッド上における光ファイバパターンが呼吸や心拍に伴う体の動きによって摂動を受けると、環の内径、外径又はその双方が変化する。従って、環状パターンの部分のみを遮った上で光を検出器へと通す空間フィルタを用いれば、摂動についての情報を含む出力信号を得ることができる。例えば、空間フィルタとして、摂動に伴い環の外径が拡張したときにこの外径拡張によって環内に入ったエリアのうち少なくとも一部をよぎる光のみを通すもの、即ち摂動発生前の外縁と摂動発生時の外縁とにより挟まれているセクタ内に入る光を通過させるものが用いられていれば、摂動が生じたという事実を検知することができる。摂動に伴い環の半径、直径又は外縁が縮小したときにも、同様にして、空間フィルタ或いは信号処理器は、摂動に伴う投影光のパターン、強度又はその双方における変化を検知できる。
【００３１】
図６は、一実施形態に係りＨＯＭＥセンサを備えるシステム６０００を示すブロック図である。この図においては、光ファイバ６１００から出射されるスペックルパターン等の光パターン６２００が空間フィルタ６３００を介して光検出器６４００上に投影されている。空間フィルタ６３００を物理的に最も単純なかたちで実現するには、例えば、スペックルパターンのうち一部分（図中の６２５０）が阻止され他の部分（図中の６２７０）が光検出器６４００へと通過するよう、不透明シートに１個又は複数個の孔を設ければよい。また、光ファイバ６１００への入射光が一定であれば、円形状をなすスペックルパターン６２００における合計強度は、光ファイバ６１００が摂動を受けているときでも、経時的且つ実質的に一定値を保っている。なぜなら、強度が増大しているスペックルにおける強度増分平均値と、強度が低下しているスペックルにおける強度減分平均値とが、統計的に見て釣り合うからである。従って、強度変化を検出するには、スペックルパターン６２００の一部分のみを光検出器６４００に対し露出するよう、空間フィルタ６３００を機能させればよい。また、スペックルパターン６２００のうち空間フィルタ６３００によって光検出器６４００へと通される部分６２７０は、得られる信号対雑音比が十分小さくなるよう、ひいては統計的平均効果によってスペックルパターン６２００内における摂動効果の判別が妨げられることがないよう、十分広くするのが望ましい。光検出器６４００は、スペックルパターン６２００のうち空間フィルタ６３００を介して光検出器６４００上に結像している部分６２７０における強度に応じて、電気信号を出力する。即ち、光検出器６４００の出力は強度変化に応答して変化する。なお、図６に示した空間フィルタ６３００における孔６３５０は環状であるが、これはまた別の形状とすることもでき、例えば、円形の孔をあらかじめ決められた正方格子状に配列してもよい。
【００３２】
信号処理器６５００は、光検出器６４００の出力信号を受け取って処理することにより、その性質上摂動に関連している情報信号を取得する。どのようなかたちであれ、光ファイバセグメント６１００が動けば、スペックルパターン６２００のうち光検出器６４００上に結像している部分にて強度変化が発生し、ひいては光検出器６４００からの出力信号にてこの強度変化に対応した変化が現れるであろう。なお、信号処理器６５００による処理には、フォーマット、情報源符号化、暗号化、通信路符号化、多重化、変調、周波数拡散、送信、受信、周波数逆拡散、復調、標本化、検出、多重化解除、通信路復号、暗号化解除、情報源復号、同期、解析、比較、変換、変形、フーリエ変換、識別、監視、通知又はそれらの任意の組合せ等が、含まれ得る。
【００３３】
図７は、一実施形態に係りＳＴＭセンサ、ＨＯＭＥセンサ又はその双方を用いるシステム７０００を示すブロック図である。このシステム７０００では、図示の如く、コヒーレント輻射が入射されるよう光源７１００をシングルモード光ファイバセグメント７２００に結合し、７２５０においてこのシングルモード光ファイバセグメント７２００を（検知対象となる摂動Ｆを受ける）マルチモード光ファイバ７３００に結合することによって、所期外の振動に起因した誤差を抑えている。検知対象たる摂動Ｆがマルチモード光ファイバセグメント７３００に加わると、マルチモード光ファイバセグメント７３００からは、複雑な干渉パターンが空間フィルタ７４００へと出射される。この複雑な干渉パターンのうち空間フィルタ７４００を通過した部分は、レンズ７５００によりマルチモード光ファイバセグメント７６００内に合焦され、このマルチモード光ファイバセグメント７６００を通って光検出器７７００へと伝送される。光検出器７７００は、複雑な干渉パターンのうち空間フィルタ７４００を通過した部分の強度に応じた信号を、信号処理器７８００へと出力する。信号処理器７８００が解析のためこの信号に施す処理は、図６に従い上述した例におけるそれと同じやり方でよい。
【００３４】
図８は、一実施形態に係るシステム８０００を示すブロック図である。この図においては、コヒーレントな単色輻射がマルチモード光ファイバセグメント８１００に入射されており、この光ファイバセグメント８１００により形成される複雑な干渉パターンが、特徴的なスペックルパターン８３００としてＣＣＤアレイ８２００上に出射されており、ＣＣＤアレイ８２００上の各画素は、当該画素上に入射した輻射の強度に応じた信号を発生させている。なお、ＣＣＤアレイ８２００は、例えば、ＣＣＤアレイ８２００上の画素が平均的なスペックル構成要素の大きさよりも小さくなるよう、光ファイバセグメント８１００の出射端から十分離れた場所に配置する。
【００３５】
信号処理器８４００は、ＣＣＤアレイ８２００の出力を受け取り、例えば最新のフレームとその一つ前のフレームとに基づきフレーム単位で情報を解析することによって、その性質上摂動に関連している情報を取得する。より詳細には、まず、ＣＣＤアレイ８２００の各画素により検知されるエネルギ強度がディジタイザ８４２０によってデジタル化され、第１データフレームバッファ８４３０内に格納される。この初期フレームデータは、フレーム遅延バッファ８４４０に転送されてあらかじめ決められた時間に亘り保持され、第２データフレームバッファ８４５０へと転送される。その一方で、第１データフレームバッファ８４３０には次のデータフレームが格納される。従って、データフレームバッファ８４５０には先行する第（ｎ−１）データフレームが、またデータフレームバッファ８４３０には後続の第ｎデータフレームが、それぞれ保持されることとなる。各バッファは、ＣＣＤアレイ８２００を構成する画素群に対応した多ビット記憶要素群を含む従来型メモリとして、実現できる。また、差分回路８４６０は、データフレームバッファ８４３０の内容とデータフレームバッファ８４５０の内容とを画素単位で比較して強度差分を求め、絶対値回路８４７０は、この強度差分をそれに相応する絶対値へと変換する。なお、この絶対値回路８４７０は、ＣＣＤアレイ８２００を構成する画素群に対応した記憶要素群によって構成することができる。そして、総和回路８４８０は、ＣＣＤアレイを構成する画素群における強度変化を積算することによって最終出力を求め、これをメモリ、記録装置、ディスプレイ又はそれらの任意の組合せへと出力する。相連続するフレーム間のデータ差分を求めているため、この最終出力の値は、検知用光ファイバセグメント８１００が摂動を受けるにつれ変化していく。従って、信号処理器８４００においては、ＣＣＤアレイ８２００上のスペックルパターン８３００を構成する各スペックルにおける強度変化を計測することによって、光ファイバセグメント８１００に及んでいる摂動を精密に計測することができる。
【００３６】
図８に示した例では、スペックルパターン８３００の一部を評価することによって、その性質上摂動に関連する情報を得ている。スペックルパターン８３００の一部を取り出す手段としては、図７に示した例と同じく物理的な実体を有する空間フィルタを用いてもよいが、図８に示した例では、信号処理器８４００の一部分により実現されている仮想空間フィルタ８４１０を用いて、同様の結果を得ている。この仮想空間フィルタ８４１０は、ＣＣＤアレイ８２００を構成する画素群のうちあらかじめ決められた空間部分に属するもの又はあらかじめ決められた割合からの出力を通過させず又は無視することによって、スペックルパターン８３００に基づく摂動の判別が統計的平均化によって妨げられないようにしている。
【００３７】
図９は、一実施形態に係る無線光ファイバ検知システム９０００を示すブロック図である。このシステム９０００は、光源、検知用光ファイバ、ＣＣＤカメラ及び無線送信機にて構成できるリモート部分、並びに無線受信機及び処理用ラップトップからなる図示しないローカル部分、という二種類の構成部分を含んでいる。
【００３８】
図中、リモート部分を構成しているリモート無線モジュール９１００の外部には交流電源９２１０が設けられている。交流電源９２１０は、例えば１１０〜１２０Ｖの電源であり、交直変換アダプタ９２２０に電力を供給している。交直変換アダプタ９２２０は、モジュール９１００にプラグ接続されているとき、電源９２１０からの電力を直流に変換して光源９３１０、カメラ９４００、無線送信機９５００又はそれらの任意の組合せに供給する。
【００３９】
モジュール９１００内においては、直流電圧安定化器９２３０が、交直変換アダプタ９２２０からの電圧を約２．５Ｖに安定化し、レーザダイオード等の光源９３１０の駆動部９２４０に電流を供給する。光源９３１０は、これによって出射光９３２０を生成し放出する。光源９３１０はＦＣ接合スリーブ９３３０及びベアファイバアダプタ９３４０を介し検知用光ファイバ９３５０の一セグメントに結合されており、この検知用光ファイバ９３５０はベアファイバアダプタ９３６０及びＦＣ接合スリーブ９３７０を介しモジュール９１００に機械的に結合されている。光ファイバ９３５０からの出射光９３８０は、ＣＣＤカメラ９４００により受像・捕捉される。カメラ９４００により標本取得されたフレーム群即ちそれぞれ広範囲に分布するスペックル群を含むフレーム群は、無線送信機９５００を介してローカル部分に送信される。
【００４０】
図１０は、一実施形態に係るＨＯＭＥ光ファイバセンサにより得たデータをフーリエ変換してプロットした周波数対パワーデータ１００００を示す図である。この図中、約１１サイクル／分に現れているピーク１０１００は患者の呼吸率を示すピークである。
【００４１】
図１１は、一実施形態に係るＨＯＭＥ光ファイバセンサにより得たデータをフーリエ変換してプロットした周波数対パワーデータ１１０００を示す図である。この図中、約１０〜１５サイクル／分に現れているピーク１１１００は患者の呼吸率を示すピークであり、約５５〜６０サイクル／分に現れているピーク１１２００は患者の心拍数を示すピークである。図１２は、図１１にプロットしたデータについての計算呼吸数と実呼吸数の関係を示す図である。
【００４２】
図１３は、一実施形態に係る無線光ファイバ検知システム１３０００を示すブロック図である。このシステム１３０００においては、光源１３１００が、その結合先の光ファイバ１３２００内にコヒーレント光を入射している。光源１３１００としては、例えば、アメリカ合衆国カリフォルニア州コスタメサ所在のＬａｓｅｒ  Ｍａｇｉｃ  Ｃｏ．により提供されているＤＩＹレーザポインタ（商品名）を用いればよく、これを用いれば、波長＝６４５ｎｍにて５ｍＷの出力を得ることができる。また、光ファイバ１３２００は、人体を支える構造物１３３００の上、上方、近傍等の空間又は場所に、あらかじめ決められたパターンを描くよう空間配置されている。人体支持構造物１３３００とは、ベッド、マットレス、マットレスパッド、いす、腰掛け、カーペット、カーペットパッド、床又はそれらの任意の組合せ等のことを指している。光ファイバ１３２００としては、例えば、コア径が２００μｍのシリカ製マルチモード光ファイバを用いればよい。光ファイバ１３２００の配置パターンは、２個の正弦波パターンを、互いに直交するよう重ね合わせて配置したパターンとすればよい。即ち、一方の正弦波パターンに属する光ファイバと他方の正弦波パターンに属する光ファイバとの交差角が９０度になるよう、２個の正弦波パターンを重ねたパターンとすればよい。そして、光検出器１３４００は、光ファイバ１３２００からの出射光を検出し、それによって得た電気信号を無線送信機１３５００に供給する。無線送信機１３５００は、第１ゾーン１３６００例えばその患者の病室から第２ゾーン１３７００例えばナースステーションへと、電磁信号１３５５０を発信する。これら、光検出器１３４００及び無線送信機１３５００は、単一のモジュールとして構成することができる。例えば、アメリカ合衆国テキサス州ダラス所在のＧｒａｎｄＴｅｃ  ＵＳＡ社により提供されているＧｒａｎｄＴｅｃ  ＲＦＣ−３０００  無線ＣＣＤモジュール（商品名）を用いればよい。このようにして送出される例えば約２．４ＧＨｚの電磁信号１３５５０は、（例えば無線送信機１３５００と対で提供されている）無線受信機１３８００により受信され、例えばＵＳＢ２．０インタフェースを介して、信号処理器等からなる情報装置１３９００に供給される。これら、無線受信機１３８００、情報装置１３９００、その信号処理器又はそれらの任意の組合せは、複数のセンサ又は複数の送信機からの信号を扱えるよう、構成することもできる。サンプリングレートは、例えば約３０フレーム／ｓｅｃとする。情報装置１３９００において実行するソフトウェアプログラムは、例えば、受信信号（又は受信信号中に符号化されているデータ）を処理し、隣接フレーム間画素差分総和（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｐｉｘｅｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ：ＳＰＤ）等の数値を計算し、好ましくは受信フレームと関連付けて実時間ベースでＳＰＤ値をレンダリングする（認知可能な形態に変換する）よう、作成されている。このソフトウェアプログラムは、アメリカ合衆国ワシントン州レドモンド所在のＭｉｃｒｏｓｏｆｔ社により提供されているＶｉｓｕａｌ  Ｃ＋＋（商品名）等、どのようなコンピュータ言語又はツールによって作成してもかまわない。���た、このソフトウェアプログラムには、情報装置１３９００と結合しているデフォルト画像源から情報を自動的にロードする機能を、持たせることができる。このソフトウェアプログラムには、更に、ＳＰＤ値（群）をセーブする機能及びこれを出力する機能のうち、何れか又は双方を持たせることもできる。その際のセーブ先又は出力先は、予め定められているドライブ及びファイル並びにユーザが指定したドライブ及びファイルのうち何れか又はそれらの任意の組合せとすることができる。ファイルのセーブ形式は、テキスト形式やＥｘｃｅｌ（商品名）形式等、どのような形式でもよい。そして、このソフトウェアプログラムにより、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供することもできる。
【００４３】
図１４は、一実施形態に係る無線光ファイバスペックル検知システム用のユーザインタフェース１４０００を示す図である。この図に示すユーザインタフェースは、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。そのうち１４１００は、光検出器上に入射した光の検出結果を示す画像、信号処理器が受け取った光を示す画像、フィルタリング、前処理若しくはその組合せが施され更に信号処理器によって処理された光を示す画像、又はそれらを任意に結合させたものである。また、ユーザインタフェース構成要素のうち１４２００は画像源のフィーチャ、パラメータ又はその双方に係るボタンであり、１４３００はフレームインジケータ（指示子）、フレームコントロール（制御子）又はその組合せであり、１４４００はＳＰＤインジケータ、ＳＰＤコントロール又はその組合せであり、１４５００は最大ＳＰＤインジケータ、最大ＳＰＤコントロール又はその組合せであり、１４６００はオートスケールコントロールであり、１４７００はＳＰＤスケールインジケータ、ＳＰＤスケールコントロール又はその組合せであり、１４８００は時刻、位置若しくはその双方を基準としてＳＰＤ強度をプロットしたものである。
【００４４】
図１５は、上級者向けの画像源フィーチャ又はパラメータ用ユーザインタフェース１５０００の例を示す図である。このユーザインタフェース１５０００は、画像源フィーチャ、パラメータ又はその組合せをあるグループから他のグループへと切り替えるためのタブ１５１００、１５２００、１５３００及び１５４００等、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。このユーザインタフェース１５０００は、更に、画像規格インジケータ、画像規格コントロール又はその組合せ１５５００、最大帯域幅インジケータ、最大帯域幅コントロール又はその組合せ１５６００、使用済み帯域幅インジケータ１５７００、水平オフセットインジケータ、水平オフセットコントロール又はその組合せ１５８００、垂直オフセットインジケータ、垂直オフセットコントロール又はその組合せ１５９００等を、有している。
【００４５】
図１６は、画像源フィーチャ又はパラメータ取得用ユーザインタフェース１６０００の例を示す図である。このユーザインタフェース１６０００は、画像デバイスセレクタ（選択子）１６１００、画像源インジケータ、画像源コントロール又はその組合せ１６２００等、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。
【００４６】
図１７は、画像デバイス設定用ユーザインタフェース１７０００の例を示す図である。このユーザインタフェース１７０００は、順に輝度、コントラスト、色調、彩度、シャープネス、白バランス、ガンマ補正量又はバックライトに関するインジケータ、セレクタ、コントロール又はそれらの任意の組合せである要素１７１００、１７２００、１７３００、１７４００、１７５００、１７６００、１７７００、１７８００等、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。
【００４７】
図１８は、カメラ制御用ユーザインタフェース１８０００の例を示す図である。このユーザインタフェース１８０００は、順にズーム量、焦点距離、露出度、開き量、チルト角、パン角又はロール角に関するインジケータ、セレクタ、コントロール又はそれらの任意の組合せである要素１８１００、１８２００、１８３００、１８４００、１８５００、１８６００、１８７００等、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。
【００４８】
図１９は、ストリーム設定用ユーザインタフェース１９０００の例を示す図である。このユーザインタフェース１９０００は、順に解像度、画素深度又は圧縮率又は画像サイズに関するインジケータ、セレクタ、コントロール又はそれらの任意の組合せである要素１９１００、１９２００、１９３００等、多種類のユーザインタフェース構成要素から構成されている。図２０は、出力データリスト２００００の例を示す図であり、このリスト２００００上には複数のＳＰＤ値２０１００を表示できる。図２１は、ソフトウェアプログラム２１０００の一例を示す構造図である。
【００４９】
図２２は、一実施形態に係る方法２２０００を示すフローチャートである。図中の動作２２１００においては、あらかじめ決められたタイプの摂動を検知できるようあらかじめ決められたパターンに従い光ファイバが空間配置される。例えば、ベッド上に光ファイバを空間配置する際には、人間がベッドから出たこと若しくはベッドに入ったこと、ベッド上にいる人間の位置又は姿勢、人間がベッドから転げ出そうになっていること、ベッド上の人間の心拍数、ベッド上の人間の呼吸率又はそれらの任意の組合せ等を検知できるとわかっているパターンに従い、光ファイバを配置する。光ファイバは、また、人間、動物、車両若しくはそれらの任意の組合せたる目標物があるエリアに入ったこと、あるエリアから出たこと又はその双方を検知できるとわかっているパターンに従い、配置することができる。光ファイバは、更に、人間、動物その他の物体、特にその重さ、重さの分布、衝突頻度又はそれらの任意の組合せ等により摂動が生じていることを検知できるとわかっているパターンに従い、配置することができる。光ファイバの存否やその場所は隠蔽してもよいし明示してもよい。光ファイバは硬質でもよいし非浸水性でもよい。
【００５０】
動作２２２００においては、光ファイバの出力が、光学的に、デジタル的に又はその双方により、空間的にフィルタリングされる。動作２２３００においては光ファイバの出力例えば光信号が検出され、動作２２４００においては検出出力が無線信号等の電磁信号等により送信される。この送信に先立って、検出出力には、フォーマット、情報源符号化、暗号化、通信路符号化、多重化、変調、周波数拡散又はそれらの任意の組合せに係る処理が施される。更に、動作２２５００においては送信信号が受信される。そのための受信機は、複数の送信機からの信号を受信できるよう構成できる。続く動作２２６００及び２２７００においては、受信信号又は受信信号中に符号化されている変数について、周波数逆拡散、復調、標本化、標本保持、デジタル化、検出、多重化解除、通信路復号、暗号化解除、情報源復号、同期、空間フィルタリング、比較、総和、計算、識別、解析又はそれらの任意の組合せに係る処理が実行される。例えば、受信信号を処理することによって、その強度、パワー、電圧、電流、位相、周波数又はそれらの任意の組合せについて、その値や変化を判別することができる。送信信号に時分割、周波数分割、符号分割、位相分割その他の分割手法による多元接続信号化、信号多重化又はその双方が施されている場合でも、当該信号を単一の受信機により受信し或いは単一の信号処理器により処理することが可能である。更に、特に検知用光ファイバに摂動が生じると信号値経時変化があるあらかじめ決められた最小値を上回るため、動作２２８００においては、信号値、変数値、受信データ又はそれらの任意の組合せについてあらかじめ決められた値又は限界値に対して統計的に有意な偏差が生じているかどうかが連続的に監視される。そして、動作２２９００においては、そのような統計的偏差を検出した場合に通知が発せられる。この通知は、どのような形態でもまたどのような手法でも行うことができる。例えば、長時間に亘り患者が身を動かしておらず床ずれを防ぐには寝返りを打たせる必要がある場合に、看護師に対し警報通知が発せられるようにすればよい。また、所期外のタイミング、場所、規模又はそれらの任意の組合せに係る動きを検出した場合、例えば患者の落下又は転倒、他者侵入、橋梁上への過重トラックの接近、地震、振動又はそれらの任意の組合せによる力、衝撃、加速度又はその任意の組合せを検出した場合に、警報が発せられるようにすればよい。また、検出（検出）、処理、監視、通知又はそれらの任意の組合せの対象となったデータのうち何れか又は全てをログとして保存しておくことができる。例えば、患者を寝返りさせよとの通知が看護師に対して発せられたあと患者が寝返りした場合に、その事実をログとしてシステムに残しておくようにすれば、患者を動かした旨の確認記録が得られることとなるため、後々責任問題が発生することがなくなり又は発生しにくくなる。
【００５１】
図２３は、一実施形態に係る情報装置２３０００を示すブロック図である。本願中で述べられている様々な情報装置、例えば図１３中の情報装置１３９００は、この図に示す構成とすることができる。この情報装置２３０００は、数ある周知コンポーネントのうち何れかを含む構成とすることができる。例えば、１個又は複数個のネットワークインタフェース２３１００、１個又は複数個のプロセッサ２３２００、命令群２３４００が格納されている１個又は複数個のメモリ２３３００、１個又は複数個のＩ／Ｏ（入出力）デバイス２３５００等から実現できる。ユーザインタフェース２３６００は、１個又は複数個のＩ／Ｏデバイス２３５００によって提供される。
【００５２】
本願において情報装置２３０００とは、情報を処理できるあらゆる装置を指している。例えば、ＰＣ、ワークステーション、サーバ、ミニコンピュータ、メインフレーム、スーパーコンピュータ、コンピュータ端末、ラップトップ、ウェアラブルコンピュータ、携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、これらを任意に組み合わせたもの等、あらゆる汎用又は専用コンピュータを、情報装置２３０００として用いることができる。また、携帯端末、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）デバイス、コミュニケータ、Ｈａｎｄｓｐｒｉｎｇ社から提供されているＴｒｅｏ（商品名）若しくはこれに類するスマートホン即ちＰＤＡ機能付き携帯電話、メッセージングサービス受信機例えばＢｌａｃｋｂｅｒｒｙ（商品名）、ページャ端末、ファクシミリ機、セルラーホン、古典的な電話機、電話利用デバイス等も、情報装置２３０００として用い得る。更に、プログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子若しくはそれらの任意の組合せ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）その他の集積回路、ディスクリート素子回路等として構成されたハードウェア電子論理回路、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＬＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ａｒｒａｙ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＰＡＬ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｌｏｇｉｃ）等のプログラマブル論理デバイス、更にはこれらの任意の組合せ等も、情報装置２３０００として用い得る。一般的にいえば、本願中で述べた方法、構造、ＧＵＩ又はそれらの任意の組合せのうち少なくとも一部を実現でき有限状態マシンとして機能するデバイスであればどのようなデバイスでも、情報装置２３０００として用い得る。情報装置２３０００は、１個又は複数個のネットワークインタフェース、１個又は複数個のプロセッサ、命令群が格納されている１個又は複数個のメモリ、１個又は複数個のＩ／Ｏデバイス、１個又は複数個のユーザインタフェース等、周知コンポーネントを含む構成とすることができる。
【００５３】
本願においてネットワークインタフェース２３１００とは、情報装置２３０００をネットワークに結合し得るあらゆるデバイス、システム又はサブシステムを指している。例えば、電話機、セルラーホン、セルラーモデム、電話機用データモデム、ファックスモデム、無線送受信機、イーサネット（登録商標）カード、ケーブルモデム、デジタル加入者線インタフェース、ブリッジ、ハブ、ルータ、並びに他の類似デバイス等を、ネットワークインタフェース２３１００として用い得る。
【００５４】
本願においてプロセッサ２３２００とは、機械読み取り可能指令を処理するデバイスを指している。例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ローカルプロセッサ、リモートプロセッサ、並列化されたプロセッサ群、分散処理用のプロセッサ群、又はそれらの任意の組合せ等を、プロセッサ２３２００として用い得る。また、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタクララ所在のＩｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造しているＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）（商標）ＩＩＩシリーズのマイクロプロセッサ等の汎用マイクロプロセッサも、プロセッサ２３２００として用い得る。更に、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のように、そのハードウェア、ファームウェア又はその組合せにより本願中の実施形態の少なくとも一部分を実現できるものも、プロセッサ２３２００として用い得る。
【００５５】
本願においてメモリデバイス又はメモリ２３２００とは、データを保存又は格納可能なあらゆるハードウェア的構成要素を指している。例えば、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、磁気メディア、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、光学メディア、光学ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、ＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄｕｎｔ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  Ｄｉｓｋｓ：商標）アレイ、又はそれらの任意の組合せ等を、メモリ又はメモリデバイスとして用い得る。
【００５６】
本願においてファームウェアとは、ＲＯＭ内に格納されている機械可読命令群を意味している。ＲＯＭにはＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）やＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）が包含され得る。
【００５７】
本願においてＩ／Ｏデバイス２３５００とは、聴覚、視覚、触覚、嗅覚、味覚又はそれらの任意の組合せを含む感覚を利用する様々な入力デバイス、出力デバイス又はその組合せを指している。例えば、モニタ、ディスプレイ、プロジェクタ、オーバヘッドディスプレイ、キーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、ジョイスティック、ゲームパッド、ホイール、タッチパッド、タッチパネル、ポインティングデバイス、マイクロホン、スピーカ、ビデオカメラ、カメラ、スキャナ、プリンタ、ハプティックデバイス、バイブレータ、タクトシミュレータ、触覚パッド、又はそれらの任意の組合せ等や、Ｉ／Ｏデバイスを固定又は接続し得るポートを含むデバイスは、Ｉ／Ｏデバイス２３５００として用い得る。
【００５８】
本願において触覚又は触感とは、力学的運動や接触に対する人間の感覚又は感受性を意味している。触覚により知覚できる事物は様々であり、例えば、少なくとも部分的に非視覚的、非聴覚的且つ非嗅覚的に感じ取り得るものである限り、身体の位置又は姿勢の変化や時間経過を含めた様々なものが触覚による知覚対象となり得る。例えば、被接触、接触、把握・把持、加圧・被加圧、摩擦、引っ張り、滑り、伸張、力、トルク、衝撃、穿刺、振動、動き、加速、痙攣、鼓動・脈動、方向、手足位置、重力、手触り・歯ごたえ、隙間、窪み、粘り気、苦痛、かゆみ、湿気、温度、熱伝導率、熱容量といったものが、触覚による知覚対象となり得る。
【００５９】
本願においてユーザインタフェース２３６００とは、ユーザに対して情報を提供するため、ユーザから情報に関する要求を受け取るため、又はその双方のために用い得るあらゆるデバイスを指している。ユーザインタフェース２３６００は、テキスト的要素、グラフィクス的要素、音響的要素、画像的要素、アニメーション的要素、触覚的要素又はそれらの任意の組合せのうち、少なくとも一つにより構成される。これらのうちテキスト的要素は、例えば、プリンタ、モニタ、ディスプレイ、プロジェクタ等により提供され得る。グラフィクス的要素は、例えば、モニタ、ディスプレイ、プロジェクタ、可視表示装置（光、旗、ビーコン等）又はそれらの任意の組合せ等により提供され得る。音響的要素は、例えば、スピーカその他の音響発生機器、マイクロホンその他の音響感受機器、又はそれらの任意の組合せにより提供され得る。画像的要素やアニメーション的要素は、例えば、モニタ、ディスプレイ、プロジェクタ、その他の可視化装置又はそれらの任意の組合せにより提供され得る。触覚的要素は、例えば、極低周波スピーカ、バイブレータ、タクトシミュレータ、触覚パッド、シミュレータ、キーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、ジョイスティック、ゲームパッド、ホイール、タッチパッド、タッチパネル、ポインティングデバイス、その他のハプティックデバイス又はそれらの任意の組合せにより提供され得る。
【００６０】
ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類のテキスト的要素を含めることができる。例えば、一種類又は複数種類の文字、数字、記号等である。ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類のグラフィクス的要素を含めることができる。例えば、画像、写真、描像、アイコン、ウィンドウ、タイトルバー、パネル、シート、タブ、ドロワ、マトリクス、テーブル、フォーム、カレンダ、アウトラインビュー、フレーム、ダイアログボックス、静的テキスト、テキストボックス、リスト、ピックリスト、ポップアップリスト、プルダウンリスト、メニュー、ツールバー、ドック、チェックボックス、ラジオボタン、ハイパーリンク、ブラウザ、ボタン、コントロール、パレット、プリビューパネル、カラーホイール、ダイアル、スライダ、スクロールバー、カーソル、ステータスバー、ステッパ、進捗インジケータ又はそれらの任意の組合せ等である。テキスト的要素、グラフィクス的要素又はその組合せを用いれば、外見、背景色、背景スタイル、境界線スタイル、境界線太さ、前景色、フォント、フォントスタイル、フォントサイズ、配置、ライン間隔、インデント、最大データ長、確認、クエリ、カーソル種別、ポインタ種別、オートサイズ、位置、寸法又はそれらの任意の組合せ等を、選択し、プログラミングし、調整し、変更し、特定すること等ができる。ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類の音響的要素を含めることができる。例えば、音量調整、ピッチ制御、速度制御、音声選択、（音響の再生、速度、一時停止、早送り、反転等を制御するための）一種類若しくは複数種類の制御要素、又はそれらの任意の組合せ等である。ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類の画像的要素を含めることができる。例えば、画像の再生、速度、一時停止、早送り、反転、ズームイン、ズームアウト、回転、チルト又はそれらの任意の組合せ等を制御するための制御要素である。ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類のアニメーション的要素を含めることができる。例えば、アニメーションの再生、一時停止、早送り、反転、ズームイン、ズームアウト、回転、チルト、色、強度、速度、周波数、外見等を制御するための制御要素である。ユーザインタフェース２３６００には、一種類又は複数種類の触覚的要素を含めることができる。例えば、触感的な刺激、力、圧力、振動、動き、変位、温度等を利用する要素である。
【００６１】
本発明の一実施形態においては、ユーザは、１個又は複数個のユーザインタフェース２３６００を用い、本願で述べられている光検知システムの動作に関連したデータ、変数、パラメータ、コマンド又はそれらの任意の組合せの特定・指定、入力、閲覧、配置、保存、出力、操作、制御又はそれらの任意の組合せを、実行することができる。
【００６２】
発明者又は出願人は、患者の動き、呼吸数及び心拍数を同時に検出できるこれら二種類の技術（ＳＭＳ及びＨＯＭＥ）について、その利用可能範囲を検討した。呼吸及び心拍による摂動については、二種類の余弦関数の和としてモデル化し、またそのうち第２の余弦関数の振幅を第１の余弦関数の振幅の０．１倍とした。図２４に、このようにモデル化した信号を離散フーリエ変換した結果２４１００と、この信号の一次導関数の絶対値を離散フーリエ変換した結果２４２００とを、示す。この図から看取できるように、モデル化されたＳＭＳパワースペクトラム（細い線）には、第１の摂動が明らかに現れている（但しその絶対値を求めているため周波数は２倍となっている）が、この種の処理における問題として第２の摂動が現れていない。これに対して、ＨＯＭＥ信号には、両摂動によるピークそれぞれが正しい周波数に且つ明らかに現れている。ＳＭＳを用いたやり方はＨＯＭＥを用いたやり方に比べて感度が高く、またＳＭＳを用いたやり方でも呼吸数及び心拍数を検知できるが、ＨＯＭＥを用いたやり方によれば処理に起因した歪が発生しにくく、信号判別をより好適に実施できる。
【００６３】
発明者又は出願人は、ＳＭＳセンサやＨＯＭＥセンサを用いた実験を数多く行っている。まず、図２５にはＳＭＳセンサから得られる典型的な時間領域波形２５０００を、また図２６にはそのフーリエ変換結果２６０００を示す。更に、図２７には、患者がどのような姿勢で寝ているか、即ち患者が仰向けか、腹這いか、左向きか、右向きかによって、どのように結果が変わるかを示す。所期の如く、信号ピークは呼吸率の２倍の周波数に現れている。
【００６４】
次に、図２８にはＨＯＭＥセンサから得られる典型的な時間領域波形２８０００を、また図２９にはそのパワースペクトラム２９０００を示す。更に、図１１には、被験者の呼吸間隔を計測周期の０．５倍に保ったときＨＯＭＥセンサから得られるパワースペクトラムを示す。このようにすれば、心拍信号を明らかに看取することができる。そして、図１２には、ＨＯＭＥセンサを用いパワースペクトラム中のピークとして計測した呼吸率識別値と、患者が数えた呼吸率計数値との関係を示す。
【００６５】
これらの試験結果から理解できるように、ＳＭＳセンサ及びＨＯＭＥセンサの何れを用いても患者の動き及び呼吸数を検知することができ、ＨＯＭＥセンサを用いれば更に心拍数をも検知することができる。また、ＳＭＳセンサはそのエネルギ変換プロセスの性質からして信号の一次導関数を求めるセンサであるため飽和することがなく、従って信号中に含まれるＤＣ成分がどのようなレベルであってもＳＭＳセンサに係る信号処理には影響が及ばないため、概ね患者の体重如何によらず患者の動きを再現性よく検知することができる。これに対して、ＨＯＭＥセンサは、モード伝搬に使用できる空間が完全に満たされる程に大きく摂動しているときに、飽和することがあり得る。そして、ＳＭＳセンサ及びＨＯＭＥセンサの何れも、低価格で提供でき、ＰＣに対するコンパチビリティが高く、より大規模な無線システムに統合することもできる。
【００６６】
本件技術分野における習熟者であれば、以上の記述における本発明の実施形態に関する詳細な説明及び図面を参照すれば、本発明に更なる実施形態があり得ることを直ちに認識できるであろう。また、理解されるべきことに、本発明又はその実施形態に関し様々な変形又は変更を施すこと並びに様々な新規実施形態を創出することは可能であるし、その結果得られるものは、添付する特許請求の範囲により画定される技術的範囲及び当該特許請求の範囲の神髄に属するものである。例えば、本願を構成する各書面（「要約書」「図面」）や本願明細書中の各欄（「発明の名称」「技術分野」「背景技術」「発明の開示」「発明を実施するための最良の形態」「図面の簡単な説明」）にどのようなことが記述されているかに関わらず、明らかに全く逆のことに限定されているのでない限り、特定的に記載若しくは図示された動作又は構成要素、その種の動作における特定の流れ、又はその種の構成要素間の特定の関係を特許請求の範囲に記載することは、妨げられない。更に、何れかの動作を繰り返し、何れかの動作を複数の者若しくは物により実行させ、何れかの構成要素を重複して設け、又はこれらの変形を適宜組み合わせて、本発明を実施することもできる。また、何れの動作又は構成要素も廃止又は除去可能であるし、動作の流れも変更・変形可能であるし、構成要素間の関係も変更・変形可能である。即ち、本願明細書及び図面における記載は本質的に例示説明のためのものであり、それを以て本発明の技術的範囲又は神髄を限定するものとして扱ってはならない。更に、本願中で示した数値及び数値範囲は、特に断りなき場合、何れも近似的又は概略的な数値又は数値範囲である。本願中で示した数値範囲には、特に断りなき場合、その範囲に属する全ての値及び全ての小範囲が含まれる。更に、本願中での参照によって本願中に繰り入れられるあらゆる文献（例えば米国特許、米国特許出願、書籍、論文等）中の何れの情報も、繰り入れる情報同士の間で又は繰り入れる情報と本願中の他の記載若しくは図示に基づく説明との間で抵触又は矛盾が生じない限りにおいて、本願中に繰り入れられるものとする。特許請求の範囲の記載を不明瞭にするようなものを含めそのような抵触又は矛盾が生じている場合は、参照によって本願中に繰り入れようとした文献中の情報のうち抵触又は矛盾を引き起こしている情報について、参照によっては本願中に繰り入れられなかったものとして扱うこととする。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】マルチモードファイバ式光センサの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】統合型観察装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２に例示した組込型観察ベッドに腹這いになっている被験者から得られたデータのフーリエ変換結果を示す図である。
【図４】マルチモード光ファイバの一実施形態を示す側面図である。
【図５】図４に例示した光ファイバからの出力が投影されている平坦スクリーンの前面図である。
【図６】一実施形態に係るシステム６０００を示すブロック図である。
【図７】一実施形態に係るシステム７０００を示すブロック図である。
【図８】一実施形態に係るシステム８０００を示すブロック図である。
【図９】一実施形態に係るシステム９０００を示すブロック図である。
【図１０】図６に例示した光ファイバセンサにより得られた周波数対パワーデータをプロットした図である。
【図１１】図６に例示した光ファイバセンサにより得られた周波数対パワーのデータをプロットした図である。
【図１２】図６に例示した光ファイバセンサにより収集されたデータによる計算呼吸数と実呼吸数の関係を示す図である。
【図１３】一実施形態に係るシステム１３０００を示すブロック図である。
【図１４】一実施形態に係る無線光ファイバスペックル検知システム用ユーザインタフェース１４０００を示す図である。
【図１５】一実施形態に係るユーザインタフェース１５０００を示す図である。
【図１６】一実施形態に係るユーザインタフェース１６０００を示す図である。
【図１７】一実施形態に係るユーザインタフェース１７０００を示す図である。
【図１８】一実施形態に係るユーザインタフェース１８０００を示す図である。
【図１９】一実施形態に係るユーザインタフェース１９０００を示す図である。
【図２０】一実施形態に係る出力データリスト２００００を示す図である。
【図２１】一実施形態に係るソフトウェアプログラム２１０００を示す構造図である。
【図２２】一実施形態に係る方法２２０００を示すフローチャートである。
【図２３】一実施形態に係る情報装置２３０００を示すブロック図である。
【図２４】二通りの摂動検出例におけるパワースペクトラムをプロットした図である。
【図２５】一実施形態に係るＳＭＳセンサから得られる時間領域波形例をプロットした図である。
【図２６】図２５に示した信号のパワースペクトラムをプロットした図である。
【図２７】姿勢毎のパワースペクトラム例をプロットした図である。
【図２８】一実施形態に係るＨＯＭＥセンサから得られる時間領域波形例をプロットした図である。
【図２９】図２８に示した信号のパワースペクトラムをプロットした図である。
【図１】
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【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】
2008500839.tif 000012
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月19日(2005.4.19)
【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】
空間分散配置されたマルチモード光ファイバと、
前記ファイバから与えられる光信号を検出するよう構成され画素化された光検出器と、
前記光検出器に結合され、前記光信号の複数の検出された変数をエンコードした無線信号を無線送信する無線デジタルモジュールと、
前記無線信号を受信する無線受信機と、
前記無線受信機に結合され、前記光信号の前記複数の検出された変数をデコードし及び識別し、
前記複数の検出された変数の一部は、
前記光ファイバに沿って伝播した光の高次モードによって作られた円環の内半径によって定義される前記光検出器の円形領域の中にのみ入り込んだ光の入射に対応して、前記複数の検出された変数の前記一部であるときに、高次低次結合光に対応したものと自動的に識別する信号処理モジュールとを
備えるシステム。
【請求項２】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なコヒーレント光源を更に備える請求項１のシステム。
【請求項３】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なレーザダイオードを更に備える請求項１のシステム。
【請求項４】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能なレーザ光ポインタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５】
前記ファイバに対する光の供給を制御する電気的駆動部を更に備える請求項１のシステム。
【請求項６】
前記光ファイバが統合型である請求項１のシステム。
【請求項７】
前記ファイバが患者の動きが最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項８】
前記ファイバが患者の呼吸が最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項９】
前記ファイバが患者の心拍数が最適に検知されるよう患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記ファイバが患者の動き、呼吸数及び心拍数の任意の組合せが最適に検知されるよう、患者のベッドに対して空間配置された請求項１のシステム。
【請求項１１】
前記ファイバが、高次モードを低次モードへと変換する請求項１のシステム。
【請求項１２】
前記ファイバが、低次モードを高次モードへと変換する請求項１のシステム。
【請求項１３】
前記光信号が、スペックルパターンを備える請求項１のシステム。
【請求項１４】
前記光信号が、複数の高次励起モードを備える請求項１のシステム。
【請求項１５】
前記光信号が、前記ファイバの摂動に比例した量の複数の高次励起モードを備える請求項１のシステム。
【請求項１６】
前記光検出器が、前記光ファイバに対し光学的に結合可能な請求項１のシステム。
【請求項１７】
前記光検出器は、前記ファイバに沿った摂動の積算値に比例した出力を与える請求項１のシステム。
【請求項１８】
前記光検出器は、光検出器アレイを備える請求項１のシステム。
【請求項１９】
前記光検出器は、デジタル光検出器を備える請求項１のシステム。
【請求項２０】
前記光検出器は、デジタル光検出器アレイを備える請求項１のシステム。
【請求項２１】
前記光検出器は、ＣＣＤカメラを備える請求項１のシステム。
【請求項２２】
前記光検出器は、ＣＭＯＳカメラを備える請求項１のシステム。
【請求項２３】
前記無線信号は、前記光信号の複数のデジタル化した画像をエンコードする請求項１のシステム。
【請求項２４】
前記光ファイバに対し光学的に結合可能な高次モード伝達部を更に備える請求項１のシステム。
【請求項２５】
高次モードから変換された低次モードのみを通すよう構成されたフィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２６】
低次モードから変換された高次モードのみを通すよう構成されたフィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２７】
整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２８】
前記ファイバに供給される光を空間的にフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項２９】
前記光信号をフィルタリングするように構成された整合空間フィルタを備える請求項１のシステム。
【請求項３０】
前記光信号の前記複数の検出された変数を空間的にフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項３１】
前記光検出器により提供される複数のデジタル化された複数の画像をフィルタリングするよう構成された整合空間フィルタを更に備える請求項１のシステム。
【請求項３２】
前記信号処理モジュールは、デジタル化された複数の画像をデコードし、前記複数のデジタル化された画像の１個又はそれ以上の変数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３３】
前記信号処理モジュールが、Ｐは前記光ファイバに沿った摂動の積算値、ｔは時刻として、ΔＰ／Δｔの絶対値に比例する出力を与える請求項１のシステム。
【請求項３４】
前記信号処理モジュールは、複数の信号対雑音比が最適化されるよう、デジタル化された画像に整合空間フィルタリングを与えるよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３５】
前記信号処理モジュールは、光信号のあらかじめ決められた部分を処理する請求項１のシステム。
【請求項３６】
前記信号処理モジュールは、光信号のうち人間の生命表示に関連した部分を処理するシステム。
【請求項３７】
前記信号処理モジュールは、前記ファイバの摂動周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項３８】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数における摂動周波数を識別するように構成された請求項１のシステム。
【請求項３９】
前記信号処理モジュールは、前記光信号のスペックルパターン中の変動を識別する請求項１のシステム。
【請求項４０】
前記信号処理モジュールは、空間フィルタリング領域における前記光信号の励起モード変換を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４１】
前記信号処理モジュールは、あらかじめ決められた空間領域内の前記光信号の低次励起モードの入射を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４２】
前記信号処理モジュールは、あらかじめ決められた空間領域内の前記光信号の高次励起モードの入射を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４３】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数の摂動周波数であって患者の生命表示に対応する前記周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４４】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変動の摂動周波数であって患者の動きに対応する前記周波数を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４５】
前記信号処理モジュールは、前記複数の検出された変数の光パワーの変化を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４６】
前記信号処理モジュールは、前記光信号の励起モードの角度変化を識別するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項４７】
前記号処理モジュールは、前記光信号の励起モードの変化を識別するように構成された請求項１のシステム。
【請求項４８】
前記信号処理モジュールは、患者の生命表示の変化における前記複数の検出された変数を監視する請求項１のシステム。
【請求項４９】
前記信号処理モジュールは、患者の動きの変化における前記複数の検出された変数を監視するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項５０】
前記信号処理モジュールは、患者の動き、呼吸数又は心拍数の変化における前記複数の検出された変数を自動的に監視するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項５１】
前記光ファイバを支持する人体支持構造物をさらに備える請求項１のシステム。
【請求項５２】
前記ファイバと隣接した人体支持構造物を更に備える請求項１のシステム。
【請求項５３】
前記ファイバと隣接したマットレスを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５４】
前記光ファイバと隣接したパッドを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５５】
前記光ファイバと隣接したカーペットを更に備える請求項１のシステム。
【請求項５６】
ＳＴＭセンサを備える請求項１のシステム。
【請求項５７】
ＨＯＭＥセンサを備える請求項１のシステム。
【請求項５８】
前記ファイバ光センサから出現した光信号の複数の検出された変数をエンコードした信号をファイバ光センサに結合された無線デジタル画素化された光検出器から送信し、
前記信号を無線受信器が受信し、
無線受信機に接続された信号処理モジュールにおいて前記信号をデコードし、
前記デコードされた信号の前記複数の検出された変数を、
前記複数の検出された変数の一部は前記ファイバ光センサに沿って伝搬する光の高次モードによって作られる円環の内半径によって定義される前記光検出器の円形領域の中にのみ入射した光に対応して検出された前記複数の検出された変数の前記の一部であるときに、
高次低次結合光に対応したものと自動的に識別する方法。
【請求項５９】
あらかじめ決められたタイプの摂動を容易に検知するためにあらかじめ決められたパターンに従いマルチモード光ファイバを空間配置し、
前記空間配置された統合型マルチモード光ファイバからの信号を送信し、
画素化された光検出器にて前記光信号を検出し、
前記光信号の複数の検出された変数をエンコードした無線デジタル信号を無線送信し、
前記複数の検出された変数の一部は前記ファイバ光センサに沿って伝搬する光の高次モードによって作られる円環の内半径によって定義される前記光検出器の円形領域の中にのみ入射した光に対応して検出された前記複数の検出された変数の前記一部であるときに、
高次低次結合光に対応したものと自動的に識別する方法。
【請求項６０】
前記無線信号を無線受信機で受信することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６１】
前記無線信号をデコードすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６２】
無線受信機に結合された信号処理モジュールにて無線信号をデコードすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６３】
前記無線信号を暗号化解除することを更に備えた請求項５９の方法。
【請求項６４】
前記無線信号を周波数逆拡散することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６５】
前記無線信号を復調することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６６】
前記無線信号をサンプリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６７】
前記無線信号をデジタル化することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６８】
前記無線信号を検出することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項６９】
前記無線信号を多重化解除することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７０】
前記光信号を空間的にフィルタリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７１】
前記無線信号を空間的にフィルタリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７２】
前記検出された変数を空間的にフィルタリングすることを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７３】
前記無線信号をフーリエ変換することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７４】
前記無線信号を識別することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７５】
前記複数の検出された変数を識別することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７６】
前記無線信号を監視することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７７】
前記複数の検出された変数を監視することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項７８】
前記無線信号におけるあらかじめ決められた変化を通知することを更に備える請求項５５９の方法。
【請求項７９】
前記複数の検出された変数のあらかじめ決められた変動を通知することを更に備える請求項５９の方法。
【請求項８０】
あらかじめ決められたタイプの摂動の検出を容易にするようにあらかじめ決められたパターンに空間的に配置された光ファイバに結合された画素化された無線デジタル光検出器から得られた無線信号であって、
前記空間的に配置されたファイバ光センサから出現した光信号の複数の検出された変数をエンコードした前記無線信号のデコードと、
前記デコードされた信号の前記複数の検出された変数であって、
全記複数の検出された信号の一部は、
前記光ファイバに沿って伝搬した光の高次モードによって作られる円環の内半径によって定義される前記光検出器の円形領域の中にのみ入射した光に対応して検出された前記複数の検出された変数の前記一部であるときに、
高次低次結合光に対応したものと自動的に識別される識別とを備えた
動作のための指令を有する機械読み取り可能媒体。
【国際調査報告】
2008500839.tif 000032