(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するためのセンサであって、
放射される電磁放射の強度が周期的に振動するように電磁放射を放射する放射源、
前記流体と有効に連通し、前記放射源からの電磁放射を受け取るように配置され、前記放射源から受け取られる電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射する発光媒体、
前記ルミネッセンス放射を受け取るように配置され、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成する放射線センサ、及び
前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点において前記放射線センサによって生成される前記出力信号をサンプリングし、前記出力信号のサンプルに基づいて、前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と前記放射線センサによって受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定する、プロセッサ、
を有し、
前記出力信号がサンプリングされる前記周期点は時間tで離れており、t=n*T/4又はt=n*T/6であり、Tは、前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動の周期を表し、nは整数を表し、前記プロセッサは、前記周期T以外の前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動に関する情報を用いずに、前記出力信号の前記サンプルに基づいて前記位相差に関する情報を決定する、センサ。
【請求項２】
前記プロセッサがさらに、前記出力信号のサンプルに基づいて、前記放射線センサによって受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動の振幅を決定する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する前記情報がtan(θ)を含み、θは前記位相差を表す、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記プロセッサがさらに、前記出力信号のサンプルに基づいて、前記放射線センサによって生成される出力信号中に存在する直流レベルを決定する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
流体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するための方法であって、
周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射し、前記電磁放射は流体と有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、前記発光媒体は受け取られる電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、
当該方法はさらに、
前記ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取り、
受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成し、
放射される前記電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点において前記出力信号をサンプリングし、
前記出力信号のサンプルに基づいて、放射される前記電磁放射の強度の振動と受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定する、
前記出力信号がサンプリングされる前記周期点は時間tで離れており、t=n*T/4又はt=n*T/6であり、Tは、前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動の周期を表し、nは整数を表し、前記位相差に関する情報を決定は、前記周期T以外の前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動に関する情報を用いずに、前記出力信号の前記サンプルに基づいて決定される、方法。
【請求項６】
前記位相差に関する情報の決定が、前記出力信号のサンプルに基づいて、受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動の振幅を決定することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
放射源によって放射される前記電磁放射の強度の振動と前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する前記情報がtan(θ)を含み、θは前記位相差を表す、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記出力信号のサンプルに基づいて、前記出力信号中に存在する直流レベルを決定することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項９】
流体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するためのセンサであって、
周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射するための手段を有し、
前記電磁放射は流体と有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、前記発光媒体は受け取られる電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、
当該センサはさらに、
前記ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取るための手段、
受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成するための手段、
放射される前記電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点において前記出力信号をサンプリングするための手段、
前記出力信号のサンプルに基づいて、放射される前記電磁放射の強度の振動と受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するための手段、
を有し、
前記出力信号がサンプリングされる前記周期点は時間tで離れており、t=n*T/4又はt=n*T/6であり、Tは、前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動の周期を表し、nは整数を表し、前記位相差に関する情報を決定するための手段は、前記周期T以外の前記放射源によって放射される電磁放射の強度の振動に関する情報を用いずに、前記出力信号の前記サンプルに基づいて前記位相差に関する情報を決定する、センサ。
【請求項１０】
前記位相差に関する情報を決定するための前記手段が、前記出力信号のサンプルに基づいて、受け取られる前記ルミネッセンス放射の強度の振動の振幅を決定ための手段を有する、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
放射源によって放射される前記電磁放射の強度の振動と前記ルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する前記情報がtan(θ)を含み、θは前記位相差を表す、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記出力信号のサンプルに基づいて、前記出力信号中に存在する直流レベルを決定する請求項９に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するシステム及び方法に関し、より詳しくは、そのような情報の決定における誤差の補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体中に存在する気体状検体に関する情報を決定するためのルミネセンス消光検出の使用が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のシステムは、これらのシステムのコンポーネントによって導入される特定の系統的な誤差を適切に補償することができない。例えば、発光媒体からのリターン信号を検出するために一般に使用される感光検出器は、従来のシステムでは適切に補償されないシステム遅延を導入する場合がある。これは、気体状検体に関する情報の不正確な及び/又は不明確な決定につながる可能性がある。誤差及び/又は不正確さの原因の他の例がさらに存在する(例えば、信号処理に関連した遅延、不適当な光学フィルタリング、クロストーク等)。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるセンサに関する。一実施例において、センサは、放射源、発光媒体、放射線センサ及びプロセッサを有する。放射源は、放射される電磁放射の強度が周期的に振動するように電磁放射を放射するように構成される。発光媒体は、流体の本体と有効に連通し、放射源から電磁放射を受け取るように配置される。発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射する。放射線センサは、ルミネッセンス放射を受け取るように配置されて、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成する。プロセッサは、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点において、放射線センサによって生成される出力信号をサンプリングし、出力信号のサンプルに基づいて、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と放射線センサによって受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するように構成される。
【０００５】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定する方法に関する。一実施例において、本方法は、周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射し、当該電磁放射は、放射された電磁放射が流体の本体と有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、前記発光媒体はそれが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、本方法はさらに、ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取り、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成し、放射される電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点において出力信号をサンプリングし、出力信号のサンプルに基づいて、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定する。
【０００６】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるセンサに関する。一実施例において、センサは、周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射するための手段を有し、電磁放射は、放射された電磁放射が流体の本体に有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、このセンサはさらに、ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取るための手段、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成するための手段、放射される電磁放射の強度の振動上の２つ以上の予め定められた周期点で出力信号をサンプリングするための手段、及び、出力信号のサンプルに基づいて、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するための手段を有する。
【０００７】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるセンサに関する。一実施例において、センサは、放射源、発光媒体、放射線センサ、及びプロセッサを有する。放射源は、放射される電磁放射の強度が周期的に振動するように電磁放射を放射するように構成される。発光媒体は、流体の本体と有効に連通し、放射源から電磁放射を受け取るように配置される。発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射する。放射線センサは、ルミネッセンス放射を受け取るように配置されて、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成する。プロセッサは、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と放射線センサによって生成される出力信号の振動との間の第１位相差を決定し、放射線センサによって生成される出力信号の振動の振幅に関する情報を決定し、第１位相差及び放射線センサによって生成される出力信号の振動の振幅の両方により変化する関数により、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と放射線センサによって受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の第２位相差を決定するように構成される。
【０００８】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定する方法に関する。一実施例において、本方法は、周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射し、電磁放射は、放射された電磁放射が流体の本体と有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、本方法はさらに、ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取り、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成し、放射される電磁放射の強度の振動と生成される出力信号の振動との間の第１位相差を決定し、生成される出力信号の振動の振幅に関する情報を決定し、第１位相差及び生成される出力信号の振動の振幅の両方によって変化する関数により、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の第２位相差を決定する。
【０００９】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するセンサに関する。一実施例において、センサは、周期的に振動する強度を持つ電磁放射を放射するための手段を有し、電磁放射は、放射された電磁放射が流体の本体に有効に連通する発光媒体に入射するように放射され、発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、このセンサはさらに、ルミネッセンス放射の少なくとも一部を受け取るための手段、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成するための手段、放射される電磁放射の強度の振動と生成される出力信号の振動との間の第１位相差を決定するための手段、生成される出力信号の振動の振幅に関する情報を決定するための手段、第１位相差及び生成される出力信号の振動の振幅の両方によって変化する関数により、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の第２位相差を決定するための手段を有する。
【００１０】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるセンサに関する。一実施例において、センサは、放射源、駆動モジュール、発光媒体、放射線センサ及びプロセッサを有する。放射源は、放射される電磁放射の強度が周期的に振動するように電磁放射を放射するように構成される。駆動モジュールは、放射源に送信される駆動信号を生成するように構成され、駆動信号の一つ以上の態様は、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動を生成するように振動する。発光媒体は、流体の本体と有効に連通し、放射源から電磁放射を受け取るように配置される。発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射する。放射線センサは、ルミネッセンス放射を受け取るように配置されて、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成する。プロセッサは、第１処理モジュール及び第２処理モジュールを有する。第１処理モジュールは、放射源によって放射される電磁放射の強度の振動と放射線センサによって受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するために放射線センサによって生成される出力信号を処理するように構成される。第２処理モジュールは、駆動モジュールによって生成される駆動信号に対応する信号を受け取り、放射線センサによって生成される出力信号に第１処理モジュールによって適用される処理手順の一つ以上をシミュレートする一つ以上の処理手順を受信信号に適用し、第２処理モジュールによる処理を伴わない受信信号と第２処理モジュールによる処理の後の受信信号との比較に基づいて、放射線センサによって生成される出力信号を処理する際に第１処理モジュールによって引き起こされる遅延の現在の推定を決定するように構成される。
【００１１】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定する方法に関する。一実施例において、本方法は、振動する駆動信号を生成し、流体の本体に有効に連通する発光媒体上へ電磁放射を放射するように構成される放射源に駆動信号を送信し、発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、駆動信号は、放射源によって放射される電磁放射の強度を周期的に振動させ、本方法はさらに、ルミネッセンス放射を受け取り、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成し、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するために、生成された出力信号を処理し、振動する駆動信号に対応する信号を受け取り、位相差に関する情報を決定する際に生成された出力信号に適用される処理手順の一つ以上をシミュレートする一つ以上の処理手順を受信信号に適用し、処理を伴わない受信信号と一つ以上の処理手順の適用の後の受信信号との比較に基づいて、生成された出力信号を処理することに関連した遅延の現在の推定を決定する。
【００１２】
本発明の他の態様は、流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるセンサに関する。一実施例において、センサは、振動する駆動信号を生成するための手段、流体の本体に有効に連通する発光媒体上へ電磁放射を放射するように構成される放射源に駆動信号を送信する手段を有し、発光媒体は、それが放射源から受け取る電磁放射に応じてルミネッセンス放射を放射し、駆動信号は、放射源によって放射される電磁放射の強度を周期的に振動させ、このセンサはさらに、ルミネッセンス放射を受け取るための手段、受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える出力信号を生成するための手段、放射される電磁放射の強度の振動と受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差に関する情報を決定するために生成された出力信号を処理するための手段、振動する駆動信号に対応する信号を受け取るための手段、位相差に関する情報を決定する際に生成された出力信号に適用される処理手順の一つ以上をシミュレートする一つ以上の処理手順を受信信号に適用するための手段、処理を伴わない受信信号と一つ以上の処理手順の適用の後の受信信号との比較に基づいて、生成された出力信号を処理するための手段に関連した遅延の現在の推定を決定するための手段を有する。
【００１３】
本発明のこれらの及び他の目的、特徴及び特性は、操作方法、構造の関連素子の機能、パーツの組み合わせ及び製造の経済と同様に、その全てがこの明細書の一部を形成する添付の図面を参照して、以下の説明及び添付の特許請求の範囲の考察により明らかになる。様々な図面において、同様の参照番号は対応する部分を指す。しかしながら、図面は図解及び説明のみを目的とするものであり、本発明の限定を定義するものとして意図されていないことが、明確に理解されるべきである。明細書及び請求の範囲において、単数形の名詞は、文脈において別途明確に述べられない限り、その名詞が指すものが複数含まれることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例による、気体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるシステムの模式図。
【図２Ａ】本発明の一実施例による、気体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるシステムにおいて生成される出力信号のフェーザ図。
【図２Ｂ】本発明の一実施例による、気体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるシステムにおいて生成される出力信号のフェーザ図。
【図２Ｃ】本発明の一実施例による、気体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するように構成されるシステムにおいて生成される出力信号のフェーザ図。
【図３】気体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定する方法を示す図。
【図４】プロセッサによって信号に与えられる処理遅延の決定を調整する方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図1は、流体の本体中の一つ以上の検体に関する情報を決定するように構成されるシステム10の模式図である。システム10は、一つ以上の放射源12、感光検出器14、発光媒体16及びプロセッサ18を含む。システム10は、流動経路20内に含まれる流体(例えば気体)の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定することができる。一つの実施例において、流動経路20は、患者へと及び/又は患者から気体を運ぶように適応される管路22によって定められる。より詳細な例において、管路22は、患者の気道と連通するように構成される患者インタフェース装置と協調することができる。患者インタフェース装置のいくつかの例は、例えば、気管内チューブ、鼻カニューレ、気管切開チューブ、マスク又は他の患者インタフェース装置を含むことができる。本発明はこれらの例に限定されず、様々な状況における流体の本体中の検体の決定を意図する。例えば、システム10に示されるものと同様のシステムが、気体及び/又は液体を含む流体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定するために、バイオリアクター（Bioreactor）又は他のシステムで実現されることができる。
【００１６】
いくつかの実施態様において、放射源12、感光検出器14及び/又は発光媒体16がセンサを定める。センサは、気道アダプタへの集積化のための単一のユニットとして形成されることができる。例えば、米国特許番号6,616,896(発明者、Labuda等, 発明の名称。"OXYGEN MONITORING APPARATUS," 2003年9月9日発行)("'896特許")及び米国特許番号6,632,402(発明者、Blazewicz等, 発明の名称、"OXYGEN MONITORING APPARATUS," 2003年10月14日発行)("'402特許")の両方は、(1)放射源12、感光検出器14及び/又は発光媒体16のうちのいくつか又は全部と同様のコンポーネントを含み、(2)気体の本体中の一つ以上の検体に関する情報を決定するセンサを説明する。'896及び'402特許の両方は、それらの全体として、参照としてこの開示に組み込まれる。
【００１７】
放射源12は、発光媒体16上に導かれる電磁放射を放射する。以下でさらに議論されるように、放射源12によって放射される電磁放射は、発光媒体16をルミネセンス発光させる波長を有する電磁放射を含む。放射源12は、有機発光ダイオード(OLED)、レーザ(例えば、ダイオードレーザ又は他のレーザ光源)、発光ダイオード(LED)、熱陰極蛍光ランプ(HCFL)、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)、白熱電球、ハロゲンランプ、受け取られる周辺光及び/又は他の電磁放射源のうちの一つ以上を含むことができる。
【００１８】
１つの実施態様において、放射源12は、一つ以上の緑色及び/又は青色LEDを含む。これらのLEDは、一般的に、発光媒体16の発光組成吸収領域において高い強度を持ち、他の波長(例えばUV及び/又は近紫外)では少量の放射を出力する。これは、干渉迷光、並びに、放射源12、感光検出器14及び/又は発光媒体16によって形成されるセンサの光劣化を最小限にする。
【００１９】
上述のように、本発明はLEDの使用に決して限られないが、放射源12としてLEDを実装する他の利点は、それらの軽い重量、小ささ、低電力消費、低電圧要求、少ない熱発生、信頼性、丈夫さ、比較的低いコスト及び安定性を含む。さらに、それらは、非常にすばやく、確実に、そして再現的に、オンとオフを切り替えられることができる。
【００２０】
いくつかの実施態様において、システム10は、放射源12によって放射される放射線を、導き、集束し及び/又は処理する一つ以上の光学素子(図示せず)を含むことができる。例えば、一つ以上のレンズが、選択された方向に放射線をコリメートすることができる。より詳細な例として、組み込まれた'896及び'402特許の両方は、放射源12と同様の放射源によって放射される放射線を処理する光学素子の使用を開示する。
【００２１】
放射源12からの電磁放射は、(例えば、予め定められた周波数を持ち、予め定められた最大及び/又は最小振幅を持つなどの）予め定められた振幅変調を伴って、発光媒体16に達することができる。予め定められた振幅変調は周期的である。本願明細書において用いられるように、周期的変調は、変調の周波数及び/又は周期が予め定められた、振幅の任意の変調を指す。これは、周波数及び/若しくは周期が一定でない実施の形態、並びに/又は、電磁放射の放射が連続的でない(例えばパルス化された)実施の形態を包含する。一実施例において、放射源12は、予め定められた振幅変調で電磁放射を放射するように駆動されることができる。他の実施例において、システム10は、放射源12によって放射される電磁放射の振幅を変調する一つ以上の光学素子(図示せず)を含むことができる。この一つ以上の光学素子は、一つ以上の周期的に駆動される能動素子(例えば、液晶スタックなど)、及び/又は、放射源12によって放射される電磁放射の光路に出入りするように周期的に動かされる一つ以上の受動素子(例えば、フィルタ、ハーフミラーなど)を含むことができる。
【００２２】
図1で分かるように、管路22はウィンドウ24を含むことができる。ウィンドウ24は、電磁放射(例えば放射源12によって放射される電磁放射) が管路22の内部に入り及び/又はそこから出ることを可能にするために、実質的に透明であることができる。例えば、ウィンドウ24は、サファイヤ、一つ以上のポリマー(例えば、ポリエチレンなど)、ガラス及び/又は他の実質的に透明な材料で形成されることができる。いくつかの図示されていない実施の形態において、管路22は、ウィンドウ24と同様の２つのウィンドウを含むことができる。'402文献に示されて説明されているように、２つのウィンドウは、電磁放射が管路22を通過することを可能にするために、管路22中で互いに反対側に配置されることができる。この実施例において、感光検出器14は、放射源12に対して管路22の反対側に配置されることができる。
【００２３】
発光媒体16は、放射源12からの放射及び/又はなんらかの他の励起エネルギーに応じて、放射源12によって供給される電磁放射の波長と異なる波長において(例えば、ルミネッセンス放射26は波長スペクトラムの赤色部分内であることができる)、実質的に全方向に、波線26によって示されるルミネッセンス電磁放射を放射するようにルミネセンス発光する媒体である。このルミネッセンス電磁放射26の強度及び/又は持続性は、管路22の中の気体の本体中に含まれる一つ以上の検体の相対的な量に従って増減する。一実施例では、酸素が、ルミネセンス反応をクエンチすることによって、ルミネッセンス放射26の強度及び/又は持続性の変化を引き起こす。酸素の濃度が増加するにつれて、ルミネッセンス放射26の強度及び/又は持続性の変化は減少する。一実施例において、発光媒体16は、発光フィルムとして形成される。例えば、組み込まれた'896及び'402特許の両方は、発光媒体16として用いられることができるフィルムを開示する。
【００２４】
図1に示される実施の形態において、発光媒体16は、透明な熱キャパシタ28上に配置される。熱キャパシタ28は、発光媒体16を実質的に一定の動作温度に維持し、それによって、発光媒体16の温度の変動に由来するシステム10の誤差を低減又は除去するために用いられる。熱キャパシタ28は、放射源12から放射される電磁放射が発光媒体16に達すること、及び、ルミネッセンス放射26が熱キャパシタ28を通して検出器14へ戻ることを可能にするために、透明である。
【００２５】
感光検出器14は、発光媒体16からのルミネッセンス電磁放射26の少なくとも一部を受け取るように配置されるように構成される。受け取られる放射に基づいて、感光検出器14は、受け取られる放射の一つ以上の特性に関する一つ以上の出力信号を生成する。例えば、一つ以上の出力信号は、放射の量、放射の強度、放射の変調及び/又は放射の他の特性に関することができる。一実施例において、感光検出器14は、PINダイオードを含む。他の実施の形態では、他の感光装置が感光検出器14として用いられる。例えば、感光検出器14は、ダイオードアレイ、CCDチップ、CMOSチップ及び/又は他の感光装置の形をとることができる。
【００２６】
システム10は、感光検出器14によって生成される一つ以上の出力信号が、ルミネッセンス放射26の波長を含むが他の波長の電磁放射を含まない波長帯の範囲内で主として受け取られる放射の一つ以上の特性に関連するように構成される。例えば、一実施例において、感光検出器14に入射するルミネッセンス放射26と同じ波長ではない電磁放射の量を低減するフィルタ30が、感光検出器14の近傍に配置されることができる(例えば、フィルタ30は、実質的に波長スペクトラムの赤色部分における放射のみを透過するフィルタである)。一実施例において、感光検出器14は、波長高感度フォトダイオード(WSPD)からなり、これは特に、一つ以上の出力信号の生成において、ルミネッセンス放射26の波長に対応する波長を有する電磁放射に反応する。
【００２７】
感光検出器14によって生成される一つ以上の出力信号に反映されるルミネッセンス放射26以外の電磁放射の量を低減する設計上の特徴(例えば、フィルタ30、検出器14としてのWSPDの導入など)にもかかわらず、そのような特徴は、発光媒体16以外のソースから発する電磁放射が出力信号に影響を与えることを完全に排除しない。例えば、周辺光、放射源12から放射されて、システム10のコンポーネント(例えば、ウィンドウ24、キャパシタ26、管路22など)によって反射される電磁放射及び/又は他の電磁放射が、感光検出器14によって生成される出力信号に影響を与える可能性がある。そのような放射は、出力信号がルミネッセンス放射26のみに対応すると仮定して出力信号に基づいて情報が導き出される場合、感光検出器14によって生成される出力信号に２つの誤差を生じさせる。これらの２つの誤差は、強度の誤差(例えば、外来の放射は出力信号に反映される強度を増加させる)、及び、減衰時間の差(例えば、放射源12から放射される放射線の反射によって引き起こされる外来の放射は、ルミネッセンス放射26より小さい減衰時間を持つ)を含む。以下に記載するように、これらの誤差は、気体の本体中に存在する一つ以上の検体に関する情報を決定するための出力信号の処理に（少なくともある程度の）原因がある場合がある。
【００２８】
一実施例において、発光媒体16の所の気体の本体中に存在する一つ以上の気体は、放射源12からの放射を受け取ることに応じて発光媒体16によって示されるルミネセンスをクエンチする。より詳しくは、発光媒体16の所に存在する一つ以上のこれらの気体の量が増加するにつれて、発光媒体16によって示されるルミネセンスのピークルミネセンス及び減衰時間は減少する。一実施例において、一つ以上の気体は、酸素を含むことができる。
【００２９】
プロセッサ18は、放射源12及び感光検出器14に有効に結合する。プロセッサ18は、流動経路20内の気体の本体中の一つ以上の検体に関する情報を決定するように構成される。プロセッサ18は、(i)発光媒体16上への放射源12による放射線の放射、及び(ii)ルミネッセンス放射26を含む感光検出器14によって受け取られる放射に関する既知の及び/又は測定された情報に基づいて、この情報を決定する。例えば、プロセッサ18は、一つ以上の検体と発光媒体16のルミネセンスの減衰時間との間の関係に基づいて気体の本体中の一つ以上の検体に関する情報を決定することができる。
【００３０】
図1に示されているように、本発明の例示的な実施の形態において、プロセッサ18は、駆動モジュール32、予備処理モジュール34、サンプリングモジュール36、信号位相差モジュール38、信号振幅モジュール40、直流レベルモジュール42、補正モジュール44、検体情報モジュール46、較正モジュール46、シミュレーションモジュール50、処理遅延モジュール52及び遅延調整モジュール54を含む。モジュール32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52及び54は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、あるいは、ソフトウェア、ハードウェア及び/又はファームウェアのなんらかの組み合わせで実現されることができ、及び/又は、別のやり方で実現されることができる。モジュール32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52及び54が図1において単一の処理ユニット内の同じ場所に位置するように図示されているが、しかしながらプロセッサ18は、複数の処理ユニットを含むことができ、これらの処理ユニットのいくつかは、互いから離れて位置することができることが理解されるべきである。そのような実施の形態において、モジュール32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52及び/又は54のうちの一つ以上は他のモジュールから離れて位置することができ、そしてモジュール間の有効な通信は、一つ以上の通信リンクを介して達成されることができる。そのような通信リンクは、無線又は有線であることができる。
【００３１】
駆動モジュール32は、放射源12に送信される駆動信号を生成するように構成される。放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動を生成するように駆動信号の一つ以上の態様が振動するように、駆動信号は生成される。例えば、駆動信号は、その振幅が振動する電力信号であることができる。他の例として、駆動信号は、放射源12から放射される電磁放射の強度を制御するスイッチに供給される制御信号であることができる。放射源12によって放射される電磁放射の振動が予め定められた振幅、周波数及び/又は波形を持つように、駆動信号の一つ以上の態様の振動は設計される。放射源12に送信される駆動信号の上の説明は、そこから放射される電磁放射の強度のレベルを制御可能に変化させるための放射源12と関連した素子(例えば、LCDスタック、放射源12に対してフィルタの位置を制御可能に定めるアクチュエータなど)への駆動信号の送信を含むことが理解されるべきである。さらに、駆動モジュール32による駆動信号の生成は、一実施例において、駆動信号を実際に生成することを含む。他の実施例において、駆動信号の生成は、駆動信号の生成を制御することを含む。図1において駆動モジュール32がプロセッサ18内に一体化されているように示されるが、これに限定することは意図されない。一実施例において、駆動モジュール32は、プロセッサ18から離れて別個であり、プロセッサ18と有効に通信してもしなくてもよい。
【００３２】
予備処理モジュール34は、感光検出器14によって生成される出力信号を受け取って、受け取られる出力信号に一つ以上の予備処理手順を実行する。一実施例において、予備処理モジュール34は、出力信号を符号化する(例えば、アナログからディジィタルへ、１つのデジタル形式から他のデジタル形式へ等)。一実施例において、予備処理モジュール34は、出力信号をフィルタリングする。例えば、予備処理モジュール34は、出力信号中のエイリアジングを低減するアンチエイリアスフィルタを提供することができる。感光検出器14によって生成される出力信号を処理する際に、予備処理モジュール34は、出力信号に遅延を導入する。以下に記載されるように、一実施例において、この遅延は、気体の本体に存在する一つ以上の検体に関する情報を決定する際に(少なくともある程度)説明される。
【００３３】
サンプリングモジュール36は、(例えば、予備処理モジュール34による予備処理の後)、感光検出器14によって生成される一つ以上の出力信号をサンプリングする。駆動モジュール32に関して上述されたように、一実施例において、放射源12によって放射される電磁放射の強度は予め定められた周波数で振動する。予め定められた周波数は、予め定められた振動周期Tに対応する。一実施例において、サンプリングモジュール36は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動上の実質的に２つ以上の予め定められた周期点において、検出器14によって生成される一つ以上の出力信号をサンプリングする。説明の便宜上、Tは、360°として表現されるように以下で論じられる。しかしながら、この議論はTを記述するためにラジアンを用いても容易に達成されることができることが理解されるべきである。
【００３４】
本願明細書において用いられるように、関数の「周期点」は、一定数の関数反復又は一定の量の時間の後でそれ自体に戻る点である。例えば、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動の周期点は、各々の振動において生じる振動中の点(例えば、各々の振動中の0°、各々の振動中の60°、各々の振動中の90°など)を含む。
【００３５】
一実施例において、サンプリングモジュール36は、予め定められた間隔で離れる予め定められた周期点において、出力信号をサンプリングすることができる。非制限的な例として、信号位相差モジュール38に関して以下に記載する理由のために、一実施例において、サンプリングモジュール36は、90°(例えば、T/4)で離れる予め定められた点において、一つ以上の出力信号をサンプリングする。例えば、予め定められた点は、Tに関して0°及び90°であることができる。予め定められた点は、いくつかの例において、２つより多い点(例えば、0°, 90°, 180°及び/又は270°)を含むことができる。他の例において、予め定められた点は、60°(例えば、T/6)で離れることができる。そのような実例の一例として、予め定められた点は、0°及び60°を含むことができる。
【００３６】
一実施例において、サンプリングモジュール36は、駆動モジュール32から受け取られる情報に基づいて、放射源12から放射される電磁放射の強度の振動中の予め定められた周期点の発生を決定する。例えば、サンプリングモジュール36は、駆動モジュール32によって生成される駆動信号の一つ以上の振動態様に呼応して振動する一つ以上の態様を持つ信号を受け取ることができる。他の例として、サンプリングモジュール36は、駆動信号自体を受け取ることができる。さらに別の例として、サンプリングモジュール36は、駆動信号の一つ以上の振動態様の振動中の一つ以上の予め定められた点(例えば、0°)の発生を(例えば、パルス等を介して)示す信号を受け取ることができる。一実施例において、サンプリングモジュール36は、サンプリングモジュール36内に含まれるタイマーに基づいて、放射源12から放射される電磁放射の強度の振動中の予め定められた周期点の発生を決定する。
【００３７】
信号位相差モジュール38は、予備処理モジュール34による処理の後の(例えば、検出器14で受け取られるルミネッセンス放射26の一つ以上の特性の振動を、少なくとも部分的に反映する）感光検出器14によって生成される出力信号の振動と、放射源12によって放射される電磁放射の振動との間の位相差を決定する。一実施例において、信号位相差モジュール38は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動に関する情報(例えば、サンプリングモジュール36によって受け取られる情報に関して上で論じられた駆動信号に関する情報)を受け取ることなく位相差を決定する。その代わりに、信号位相差モジュール38は、サンプリングモジュール36によって提供される処理された出力信号のサンプルだけに基づいて位相差を決定する。
【００３８】
例として、一実施例において、感光検出器14によって生成されて予備処理モジュール34によって処理された出力信号は、正弦波的に振動することができ(例えば、感光検出器14に入射するルミネッセンス放射26の強度の正弦波振動を示す)、
0005693958.tif 000002
として表されることができる。ここで、"A"は、(ルミネッセンス放射26の強度の振幅に関する)検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された出力信号の振幅を示し、"ω"は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動の角度周波数を示し(度(°)として作用する場合、ωは360°/Tとして表されることができる)、"t"は時間を示し、そして"θ"は、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された信号と放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動との間の位相遅延(又は位相差)を示す。上で述べたように、一実施例において、サンプリングモジュール36は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動上の２つの予め定められた周期点において、信号をサンプリングする。
【００３９】
例えば、一実施例において、信号のサンプルは、ωt = 0°及びωt = 90°において、サンプリングモジュール36によって取得される。この実施例において、位相差モジュール38は、θを表すものとして使用されることができるθに関する情報(例えばtan(θ))を決定するためにこれらのサンプルを処理し、及び/又は、そこから、比較的わずかな更なる処理によってθが決定されることができる。式(1)から理解されなければならないように、ωt = 0°においてサンプリングモジュール36によって取得されるサンプルは、
0005693958.tif 000003
として表されることができ、ωt = 90°においてサンプリングモジュール36によって取得されるサンプルは、したがって、
0005693958.tif 000004
として表されることができる。１つの実施の形態において、ωt = 90°で取得されるサンプルによってωt = 0°で取得されるサンプルを除算ことによって、信号位相差モジュール38は、θに関する情報を以下のように決定する。
0005693958.tif 000005
【００４０】
ωt = 0°及びωt = 90°においてサンプリングモジュール36によって取得される信号のサンプルの作成は、説明を目的として上で示されたことが理解されるべきである。信号のサンプルが、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動中のT/4で離れる予め定められた周期点において(例えば、ωt = 180°及びωt = 270°において)、サンプリングモジュール36によって取得される他の実施の形態において、信号位相差モジュール38は、上述の仕方と実質的に同じように（例えばtan(θ)を決定するための除算によって）θに関する情報を決定する。
【００４１】
上で述べられたように、一実施例において、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された信号のサンプルは、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動中のT/6で離れる予め定められた２つの周期点において、サンプリングモジュール36によってサンプリングされる。例えば、周期点は、ωt = 0°及びωt = 60°を含むことができる。この実施例において、ωt = 0°で取得されるサンプルは、式(2)に示されるように表現されることができ、そして、ωt = 60°で取得されるサンプルは、(式(1)に記述される関係に従って)以下のように表されることができる。
0005693958.tif 000006
信号位相差モジュール38は、それから、ωt = 0°におけるサンプルによってωt = 60°で取得されるサンプルを除算し、これは以下のように表される。
0005693958.tif 000007
【００４２】
式(6)に表現される関係は以下の関数に単純化されることができ、これは、サンプリングモジュール36によって取得されるサンプルの商の関数としてtanθを信号位相差モジュール38が決定することを可能にする。
0005693958.tif 000008
予め定められた周期点がT/4で離れている上述の実施の形態についての場合のように、予め定められた周期点がωt = 0°及びωt = 60°である実施の形態は単に説明のために示されており、予め定められた周期点がT/6で離れる他の実施の形態が意図される。
【００４３】
上記記載から、信号位相差モジュール38によって決定される位相差θは、発光材料16のルミネセンスの減衰に関連することが理解されるべきである。位相差θが、発光材料16によって受け取られる(例えば、放射源12によって放射される)電磁放射の強度の振動とルミネッセンス放射26の強度の振動との間の位相差の正確な測定値である場合、θは、ルミネセンスの減衰時間の厳密な測定値を提供する。実際、一実施例において、信号位相差モジュール38によって決定される位相差θは、ルミネセンスの減衰時間の近似として使用されることができ、気体の本体中に存在する一つ以上の検体に関する情報は、θに基づいて、(例えば、以下に記載する検体情報モジュール46によって)直接決定される。しかしながら、上述のように、様々な不正確さの原因（例えば、検出器14によるルミネッセンス放射26以外の放射の検出、予備処理モジュール34により引き起こされる遅延、等）が、(例えば、補正モジュール44に関して後述される)補正をせずにθに基づいて決定される情報の精度を低下させる。
【００４４】
振幅モジュール40は、ルミネッセンス放射26の強度の振動の振幅に関する情報を決定するように構成される。一実施例において、これは、サンプリングプロセッサ36によって取得される信号のサンプルに基づいて、(例えば、式(1)によって示されるように)感光検出器14によって生成される出力信号の振動の振幅を決定することを含む。上で論じられたように、サンプリングプロセッサ36によって取得される信号のサンプルは、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動中のT/4で離れる予め定められた周期点で取得されるサンプルを含むことができる。例えば、予め定められた周期点は、ωt = 0°及びωt = 90°を含むことができる。この実施例において、振幅モジュール40は、サンプルを二乗して、それからそれらを加算することによって、サンプリングプロセッサ36によってサンプリングされる信号の振幅の決定を開始する。これらの手順は、(式(2)及び(3)に記述される関係に基づいて)以下のように示されることができる。
0005693958.tif 000009
【００４５】
式(8)で分かるように、振幅モジュール40は、サンプリングモジュール36によって取得されるサンプルの二乗の和の平方根を決定することによって、サンプリングモジュール36によってサンプリングされる信号の振幅を決定することができる。検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された信号をサンプリングモジュール36がサンプリングする予め定められたポイントが、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動のT/6で離れる(例えば、ωt = 0°及びωt = 60°)実施の形態では、式(2)及び(5)が、取得されるサンプルを示す。ωt = 60°において取得されるサンプルは、以下のようにさらに単純化されることができる。
0005693958.tif 000010
この関係は(更なる単純化の後で)、
0005693958.tif 000011
と表現されることができ、I0°及びI60°の関数として振幅を記述する以下の関数として書き直されることができる。
0005693958.tif 000012
【００４６】
振幅モジュール40は、感光検出器14によって生成され、 予備処理モジュール34によって処理されて、ωt = 0°及びωt = 60°においてサンプリングモジュール36によってサンプリングされた出力信号の振幅を決定するために、式(11)を実行することができる。
【００４７】
直流レベルモジュール42は、感光検出器14によって生成され、予備処理モジュール34によって処理されて、サンプリングモジュール36によってサンプリングされた出力信号中に存在する直流レベルを決定するように構成される。一実施例において、そのような信号は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動の中の、T/4で互いから離れる４つの予め定められた周期点(例えば、ωt = 0°, ωt = 90°, ωt = 180°及びωt = 270°)として、サンプリングモジュール36によってサンプリングされる。これらのサンプルは、(式(1)に記述される関係に従って)以下のように示されることができる。
0005693958.tif 000013
それから、式(12)-(15)のうちの選択された２つが、サンプル中に存在する直流レベルを決定するために組み合わせられることができる。例えば、直流は、以下の関係のいずれかを用いて直流レベルモジュール42によって決定されることができる。
0005693958.tif 000014
【００４８】
検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された信号が直流レベルを含む例において、信号位相差モジュール38及び/又は振幅モジュール40に関して上で論じられた技術は、直流レベルを打つ消すために調整されることができることが理解されるべきである。例えば、一実施例において、信号位相差モジュール38は、tanθを決定するために、式(12)-(15)に記述される(サンプリングモジュール36によって取得された)サンプルを、以下のように利用する。
0005693958.tif 000015
一実施例において、振幅モジュール40は、式(12)-(15)に記述される(サンプリングモジュール36によって取得された)サンプルを、以下のように利用する。
0005693958.tif 000016
【００４９】
補正モジュール44は、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動と感光検出器14によって受け取られるルミネッセンス放射26の強度の振動との間の位相差を決定するように構成される。この位相差は、信号位相差モジュール38によって決定された位相差(すなわち、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動と検出器14によって生成されてモジュール34によって処理された信号の振動との間の位相差)に補正を適用することによって決定される補正された位相差であることができる。
【００５０】
一実施例において、補正された位相差は、信号位相差モジュール38によって決定される位相差から導き出される一つ以上のパラメータに基づいて決定される。この補正された位相差は、感光検出器14によって受け取られるルミネッセンス放射26以外の電磁放射及びプロセッサ34の処理によって(例えば、予備処理モジュール34によって)引き起こされる遅延により導入される誤差の一方又は両方を説明することができる。これらの誤差の原因は共に上で論じられた。補正された位相差は、(i)検出器14によって出力されてモジュール34によって処理された信号の振幅、及び(ii)信号位相差モジュール38によって決定された位相差の両方の関数である。これは、システム上の改善された補正を提供し、信号位相差モジュール38によって決定される位相差と同様の信号位相差に適用される補正は、検出器によって生成される信号の振幅又は決定された信号位相差の大きさのうちの１つのみによって変化する。
【００５１】
例として、図2A-2Cは、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理される信号のさまざまな態様を示すフェーザ図である。より具体的には、図2Aは、ルミネッセンス放射26の検出器14における受信に実質的に対応する、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理される出力信号の部分の、(信号と放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動との間の)位相差φ及び大きさを示すフェーザ56を示す。
【００５２】
図2Bは、システム10中の干渉の一つ以上の原因に対応する、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理される出力信号の部分の位相差α及び大きさを示すフェーザ58を示す。例えば、一つ以上の雑音源は、(i)ルミネッセンス放射26以外の電磁放射の検出器14による受信、及び/又は、(ii)プロセッサ18の処理によって引き起こされる遅延(これは出力信号の外見上の位相差を増加させる)を含む場合がある。
【００５３】
図2Cは、フェーザ56及びフェーザ58の両方を含む、検出器14によって生成されてモジュール34によって処理される信号の位相差θを示すフェーザ60を示す。図2A、2B及び2Cから認識されることができるように、フェーザ58に対する適切な補正を決定するためのフェーザベクトルの導入によって、フェーザ58の位相差α及び大きさが一定のままの場合であっても、フェーザ60によって示される信号の大きさ及び位相差θが変化するにつれて、補正モジュール40によって補正される位相θと位相φとの間の差もやはり変化する。
【００５４】
放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動とルミネッセンス放射26の強度の振動との間の補正された位相差を決定するために補正モジュール44によって実施される関係の導出は以下の通りである。図2Aに示されているように、フェーザ56の大きさはAlumとして示される。フェーザ56のX成分は、(Alumcosφとして書き直されることができる)Xlumとして示され、そしてフェーザ56のY成分は、(Alumsinφとして書き直されることができる)Ylumとして示される。同様に、フェーザ58の大きさがAnoiseとして表されることが図2Bに示される。フェーザ58のX成分は、Xnoise(Anoisecosαとして書き直されることができる)として示され、そして、フェーザ58のY成分は、Ynoise(Anoisesinαとして書き直されることができる)として示される。最後に、図2Cに示されるように、以下の導出のために、フェーザ60の大きさはAsigとして示される。フェーザ60のX成分はXsig(Asigcosθとして書き直されることができる)として示され、そしてフェーザ60のY成分はYsig(Asigsinθとして書き直されることができる)として示される。
【００５５】
一実施例において、補正モジュール44は、位相差φに関する情報(例えば、tanφ) を決定する。これは、以下のように表される。
0005693958.tif 000017
代数的展開及び単純化によって、式(21)は、以下のように書き直されることができる。
0005693958.tif 000018
ここで、
0005693958.tif 000019
であるので、式(22)は以下のように書き直されることができる。
0005693958.tif 000020
式(23)に示される分数の分子及び分母がAnoiseで除算され、関係
0005693958.tif 000021
が代入のために用いられると、式(23)は、以下のように書き直されることができる。
0005693958.tif 000022
【００５６】
上で述べられたように、Asig及びθは、それぞれ振幅モジュール40及び信号位相差モジュール38によって決定される。この情報から、式(24)のパラメータの全ては、α及びAnoiseを除いて決定されることができる。一実施例において、α及び/又はAnoiseの値は、(例えば、以下でさらに説明される較正モジュール48によって実行される較正手順に基づいて)保存され、又は、(例えば、以下で決定される遅延モジュール52によって)決定され、したがって、補正モジュール44にとって既知であると考えられることができる。したがって、補正モジュール44は、一実施例において、放射源12から放射される電磁放射の振動と感光検出器14によって受け取られるルミネッセンス放射26の振動との間の補正された位相差を決定するために式(24)に示される関係を利用する。
【００５７】
図1を再度参照して、検体情報モジュール46は、放射源12からの電磁放射の強度の振動と発光媒体16によって放射されるルミネッセンス放射26の強度の振動との間の(例えば、信号位相差モジュール38によって決定され、補正モジュール44によって決定されるなどの)位相差に基づいて、管路22内の気体の本体中の一つ以上の検体に関する情報を決定するように構成される。例えば、補正モジュール44によって決定される位相差は、発光材料16のルミネセンスの減衰時間に関連する。上で述べられたように、発光材料16の減衰時間は、発光媒体16の所に存在する一つ以上の気体の量の関数として変化する。したがって、検体情報モジュール46は、補正モジュール44によって決定される位相差に基づいて、一つ以上のこれらの気体に関する情報(例えば、発光材料16の所に存在する量)を決定することができる。例えば、検体情報モジュール46は、一つ以上の気体に関する濃度、分圧及び/又は他の情報を決定することができる。いくつかの実施の形態において、一つ以上の気体は酸素を含む。
【００５８】
較正モジュール48は、較正手順に従ってシステム10を調整するように構成される。較正手順は、式(24)に関して上で論じられたα及びAnoiseの一方又は両方の値を較正モジュール48が決定することを可能にする。これは、放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動とルミネッセンス放射26との間の位相差に関する情報を、(例えば、式(24)に表される関係に従って）補正モジュール44が決定することを可能にする。
【００５９】
一実施例において、較正手順は、管路22から発光媒体16を取り外し、それから、発光媒体16が存在するかのようにシステム10を動作させることを含む。これは、振動する強度で放射源12から電磁放射を放射すること、及び、感光検出器14に対する放射を受け取ることを含み、感光検出器14は、受け取られる電磁放射に応じて出力信号を生成する。発光媒体16が管路22から取り外されているので、この較正プロセスの間に感光検出器14に到達する電磁放射は、実質的に、(例えば図2Cにおいてフェーザ58として示されるオフセットを生じさせる)雑音を構成する電磁放射のみを含むことが理解されるべきである。そのような電磁放射は、例えば、放射源12によって放射される電磁放射の反射や、周辺光を含む可能性がある。
【００６０】
較正の間に検出器14によって受け取られる電磁放射(例えば反射された放射)の強度の振動と較正の間に放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動との間の位相差は実質的にゼロでなければならないことが、さらに認識されるべきである。しかしながら、予備処理モジュール34及びサンプリングモジュール36による処理の後では、信号位相差モジュール38は、検出器14によって生成される出力信号の振動と放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動との間の位相差を一般的に検出する。上で論じられたように、この差は、プロセッサ18による出力信号の処理によって導入される遅延を含むだろう。
【００６１】
較正プロセスの間に検出器14によって受け取られる電磁放射、及び、(受け取られる電磁放射に応じて生成される)検出器14の出力信号にプロセッサ18によって導入される遅延によって、感光検出器14によって生成される出力信号は、図2B中のフェーザ58として示されることができる。システム10を較正するために、プロセッサ18は、Anoise及びαを決定するために感光検出器14によって生成される出力信号を処理する。例えば、信号位相差モジュール38は、較正手順の間に検出器14によって生成される出力信号の振動と放射源12によって放射される電磁放射の強度の振動との間の位相差を決定することによって、αを決定する。較正モジュール48は、将来における(例えば式(24)を実施する際の)補正モジュール44による利用のために、αのこの決定を保存する。同様に、振幅モジュール40は、Anoiseすなわち較正手順の間に感光検出器14によって生成される出力信号の振動の振幅を決定し、そして、較正モジュール48は、将来における(例えば式(24)を実施する際の)補正モジュール44による利用のために、Anoiseのこの決定を保存する。
【００６２】
一実施例において、較正手順は、管路22から発光媒体16を取り外すことを含まず、その代わりに、一つ以上の既知の特性を有する一つ以上の検体を管路22に供給することを含む。例えば、既知の濃度の検体(例えば酸素)が、管路22内の気体の本体中に含まれることができる。一例として、周囲の雰囲気が既知の濃度の検体(例えば、周囲の雰囲気中の約21%の酸素)を含むことができ、そして周囲の雰囲気が管路22中に導入されることができる。そして、式(24)に示される関係を導入することによって、既知の濃度の検体が発光媒体16の所に存在する間、感光検出器14によって生成される出力信号に基づいてAnoiseが決定されることができる。例えば、式(24)は以下のように書き直されることができる。
0005693958.tif 000023
tanφknownが既知の濃度の検体(周囲大気中の既知の濃度の酸素)によって引き起こされる既知の位相差に対応するので、式(25)は、較正モジュールが検出器14によって生成される出力信号に基づいてAnoiseを決定することを可能にする。
【００６３】
(管路22の中に存在する既知の濃度の検体による)上記の較正手順の第２の実施の形態は、αが再計算されることを可能にしないことが、式(25)から認識されるべきである。その代わりに、(例えば、上述の較正手順の第１の実施の形態に従って決定される)αの予め決定された値が使用される。したがって、いくつかの実装において、較正モジュール48は、Anoise及びαの両方を決定するために較正手順の第１の実施の形態を実施し、それから、Anoiseの決定を再決定及び/又は微調整するためにさまざまな間隔で上述される較正手順の第２の実施の形態を実施する。モジュール50, 52及び54に関して以下に説明されるように、較正モジュール48による較正以外の一つ以上の技術が、αをモニタリング及び/又は微調整するために実施されることができる。
【００６４】
上で述べられたように、検出器14によって生成される出力信号を処理する際に、プロセッサ18(例えば、予備処理モジュール34)は、一般的に、プロセッサ18内で補償されることができる遅延を信号に導入する。この遅延を決定するために、シミュレーションモジュール50は、予備処理モジュール34によって信号に提供される処理をシミュレートする。例えば、シミュレーションモジュール50は、それに提供される信号を、符号化すること(例えば、アナログからデジタルへ、１つのデジタル形式から他のデジタル形式へ、等)、及び/又は、フィルタリングする(例えばアンチエイリアジングを提供する)ことができる。一実施例において、シミュレーションモジュール50に提供される信号は、駆動モジュール32によって生成される信号を含む。一実施例において、シミュレーションモジュール50に提供される信号は、感光検出器14によって生成される出力信号を含む。
【００６５】
遅延モジュール52は、予備処理モジュール34の処理の少なくともいくつかをシミュレートする際にシミュレーションモジュール50によって信号に与えられる遅延を決定するように構成される。一実施例において、これは、処理前のシミュレーションモジュール50によって受け取られる信号と、シミュレーションモジュール50によって処理された後の同じ信号とを、それらの間の遅延δを決定するために比較することを含む。
【００６６】
この遅延は、予備処理モジュール34の処理によってシステム10に導入される遅延と実質的に同じであることが理解されるべきである。予備処理モジュール34によって引き起こされる遅延が(図2B及び2Cに示されて上述された)位相差αの主要な成分であるので、遅延モジュール52によって決定される遅延δは、(例えば、温度、湿度、電子部品などの変動に起因して)予め定められた関係でαに関してドリフトする。一実施例において、遅延モジュール52は、シミュレーションモジュール50によって引き起こされる遅延δを連続的に(又は実質的に連続的に)決定し、そして遅延調整モジュール54は、遅延モジュール52によるδの初期測定すなわちδ0からのドリフト(Δδ)を決定するように構成される(δ-δ0=Δδ)。Δδの決定から、遅延調整モジュール54は、ドリフトΔδを説明するために、αが調整されなければならない対応する量(Δα)を決定する。例えば、δ及びαがおおよそ比例関係でドリフトする場合、Δαは、遅延調整モジュール54によって、Δδ*k=Δα(kは比例定数)として決定されることができる。いくつかの例では、ΔδとΔαとの間の対応は正確でない。これらの例において、Δδが予め定められた量より大きくなる場合、遅延調整モジュール56は、より直接的に測定を行う較正モジュール48によるシステム10の較正を開始する(例えば、上述した較正手順の第１の実施の形態)。
【００６７】
図3は、気体の本体中の一つ以上の気体状検体に関する情報を決定する方法62を示す。方法62のさまざまな動作が(図1に示されて上述された)システム10のコンポーネントに関して以下で議論されるが、これは説明のみを目的としており、そのような議論は制限を意図していないことが理解されるべきである。その代わりに、方法62は、システム10によって示されるもの以外の様々な状況において実施されることができる。
【００６８】
方法62は動作64を含み、この動作において、周期的に振動する強度を有する電磁放射を放射するように放射源が駆動される。動作64は、放射源を駆動するための駆動信号を生成すること、及び/又は、放射源に駆動信号を送信することを含む。一実施例において、動作64は、（図1に示されて上述された）駆動モジュール32と同じ又はそれと同様の駆動モジュールによって実行される。
【００６９】
動作66において、電磁放射は、周期的に振動する強度で放射される。放射される電磁放射の強度は、駆動信号(例えば、動作64において生成及び/又は送信される駆動信号)に従って振動する。動作66はさらに、気体の本体内に配置される発光媒体の方へ電磁放射を放射することを含む。一実施例において、動作66は、（図1に示されて上述される）放射源12と同じ又はそれと同様の放射源から放射される電磁放射の強度を変調すること、及び、（図1に示されて上述される）発光媒体16と同じ又はそれと同様の発光媒体の方へ電磁放射を導くことを含む。
【００７０】
動作68で、動作66で放射される電磁放射の受け取りに応じて発光媒体によって放射されるルミネッセンス放射が受け取られる。一実施例において、ルミネッセンス放射は、（図1に示されて上述される）感光検出器14と同じ又はそれと同様の感光検出器によって受け取られる。
【００７１】
動作70において、動作68で受け取られるルミネッセンス放射の強度に関する情報を伝える一つ以上の出力信号が生成される。一実施例において、一つ以上の出力信号は、動作68においてルミネッセンス放射を受け取るために実装される感光検出器によって生成される。
【００７２】
動作72において、動作70で生成される一つ以上の出力信号に予備処理が与えられる。予備処理は、例えば、符号化、復号化、(例えばアンチエイリアジングなどのための)フィルタ及び/又は他の処理を含むことができる。一実施例において、動作72は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の予備処理モジュール34と同じ又はそれと同様のプロセッサの予備処理モジュールによって実行される。
【００７３】
動作74において、一つ以上の出力信号は、動作66で放射される電磁放射の強度の振動中の２つ以上の予め定められた周期点で実質的にサンプリングされる。一実施例において、動作74は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18のサンプリングモジュール36と同じ又はそれと同様のプロセッサのサンプリングモジュールによって実行される。
【００７４】
動作76において、動作70で生成されて動作72で処理される出力信号と動作66で放射される電磁放射の強度の振動との間の位相差が決定される。位相差は、動作74で取得されるサンプルに基づいて決定されることができる。一実施例において、動作76は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の信号位相差モジュール38と同じ又はそれと同様のプロセッサの信号位相差モジュールによって実行される。
【００７５】
動作78において、動作70で生成される一つ以上の出力信号の振動の振幅が決定される。振幅は、動作74で取得されるサンプルに基づいて決定されることができる。一実施例において、動作78は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の振幅モジュール40と同じ又はそれと同様のプロセッサの振幅モジュールによって実行される。
【００７６】
動作80で、補正された位相差が決定される。補正された位相差は、動作66で放射される電磁放射の強度の振動と68で受け取られるルミネッセンス放射の強度の振動との間の位相差を表す。補正された位相差は、動作76で決定される位相差及び動作78で決定される振幅に基づいて決定される。一実施例において、動作80は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の補正モジュール44と同じ又はそれと同様のプロセッサの補正モジュールによって実行される。
【００７７】
動作82において、動作80で決定される補正された位相差に基づいて、一つ以上の検体に関する情報が決定される。一実施例において、動作82は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の検体情報モジュール46と同じ又はそれと同様のプロセッサの検体情報モジュールによって実行される。
【００７８】
図4は、プロセッサによって信号に与えられる処理遅延の決定を調整する方法84を示す。方法84のさまざまな動作が(図1に示されて上述された)システム10のコンポーネントに関して以下で議論されるが、これは説明のみを目的としており、そのような議論は制限を意図していないことが理解されるべきである。その代わりに、方法84は、システム10によって示されるもの以外の様々な状況において実施される。
【００７９】
動作86において、振動信号が受け取られる。一実施例において、振動信号は、プロセッサによって実際に処理されている信号である。他の実施例において、振動信号は、いくつかの他の振動信号である。
【００８０】
動作88において、プロセッサによって提供される一つ以上の処理手順が、動作86で受け取られる信号に対してシミュレートされる。例えば、この一つ以上の処理手順は、プロセッサによって提供される一つ以上の予備処理手順(例えば、符号化、復号化、フィルタリングなど)を含むことができる。一実施例において、動作88は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18のシミュレーションモジュール50と同じ又はそれと同様のプロセッサのシミュレーションモジュールによって実行される。
【００８１】
動作90で、動作88で実行されるシミュレーションによって動作86で受け取られる信号に与えられる遅延が決定される。この遅延は、プロセッサによって与えられる処理遅延に関連する。一実施例において、動作90は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の遅延モジュール52と同じ又はそれと同様のプロセッサの遅延モジュールによって実行される。
【００８２】
動作92で、動作90で決定された遅延のドリフトが決定される。遅延のドリフトは、予め決定された遅延と動作90で決定されたドリフトを比較することによって決定される。一実施例において、動作92は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の遅延調整モジュール52と同じ又はそれと同様のプロセッサの遅延調整モジュールによって実行される。
【００８３】
動作94において、動作92で決定された遅延のドリフトは、予め定められた閾値と比較される。動作92で決定されたドリフトが予め定められた閾値を上回る場合、方法84は較正動作96へ進み、(動作88で実行されるシミュレーションと関連した遅延と対比される)プロセッサによって与えられる遅延が較正される。動作92で決定されたドリフトが予め定められた閾値を上回らないことが動作94で決定された場合、方法84は動作98へ進む。
【００８４】
動作98において、(動作88で実行されるシミュレーションと関連した遅延と対比される)プロセッサによって与えられる遅延の計算に対する調整が決定される。調整は、動作94で決定されるドリフトを反映する。一実施例において、動作98は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の遅延調整モジュール54と同じ又はそれと同様のプロセッサの遅延調整モジュールによって実行される。
【００８５】
動作100において、動作98で決定された調整は、プロセッサによって与えられる遅延の計算に適用される。一実施例において、動作98は、（図1に示されて上述される）プロセッサ18の遅延調整モジュール54と同じ又はそれと同様のプロセッサの遅延調整モジュールによって実行される。
【００８６】
本発明が最も実際的で好ましい実施の形態であると現在考えられるものに基づいて説明を目的として詳細に説明されたが、そのような詳細は単にその目的のためであって、本発明は開示された実施の形態に限られず、それどころか、添付の請求の範囲の精神及び範囲内である修正及び均等物をカバーすることが意図されることが理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な限り、任意の実施の形態の一つ以上の特徴が、任意の他の実施の形態の一つ以上の特徴と組み合わせられることを意図することが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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