光學(xué)裝置組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光學(xué)裝置組件。本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種光照漏斗。該漏斗包括第一開口、第二開口和反射內(nèi)壁，第一開口被定位成接收進(jìn)入光源，第二開口被定位成與第一開口相對，并且具有小于第一開口的直徑，反射內(nèi)壁與第一開口和第二開口接觸。該漏斗具有小于25度的半角。實(shí)施例還涉及一種光收集漏斗、以及利用光照漏斗和光收集漏斗的設(shè)備。
【專利說明】光學(xué)裝置組件
[0001]本專利申請是 優(yōu)先權(quán)日:為2007年9月13日、申請日為2008年9月12日、申請?zhí)枮?00880114960.3、發(fā)明名稱為“光學(xué)裝置組件”的發(fā)明專利申請的分案申請，其在此全部引入作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本申請要求于2007年9月13日提交的序號為60/972，121的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，特此引入該臨時(shí)專利申請的全文作為參考。
【背景技術(shù)】
[0003]無論樣本是氣體、液體還是固體，它的基本屬性都是它傾向于或不傾向于吸收或散射特定波長的光。樣本吸收、散射或透射的傾向的特征是許多光學(xué)測量和儀器匕如，分光光度測定法)的基礎(chǔ)。使用光學(xué)裝置進(jìn)行測量的精度和可重復(fù)性涉及許多因素，包括到達(dá)一個(gè)或多個(gè)檢測器的信號的強(qiáng)度。光學(xué)裝置可用于測量人或動物血或胞間液(interstitial fluid)中的成分的存在和量。在一個(gè)示例中,無創(chuàng)光學(xué)設(shè)備可使用光譜學(xué)的一些形式來從用戶身體的目標(biāo)區(qū)域獲取信號或光譜。
[0004]美國糖尿病協(xié)會報(bào)告超過百分之六(6%)的美國人，即，多于1，7000, 000人患有糖尿病。根據(jù)糖尿病控制中心(“⑶C”)的科學(xué)家，2000年美國出生的三分之一兒童將患有糖尿病，除非更多的人開始少吃并且多鍛煉。一份⑶C研究揭示，在2000年大約有1，100, 000個(gè)糖尿病診斷病例，到2050年診斷病例的數(shù)量將上升到2，900，000個(gè)。
[0005]糖尿病管理的重要元素是由糖尿病患者在家庭環(huán)境下對血糖濃度的自我監(jiān)測。然而，由于在分析之前通過皮膚抽出血液或胞間液具有不方便且令人疼痛的性質(zhì)，使得當(dāng)前的監(jiān)測技術(shù)阻礙了正常的使用。結(jié)果，期望無創(chuàng)的血糖濃度測量和糖尿病管理的有益發(fā)展。
[0006]存在許多用于血糖確定的無創(chuàng)方法。一種無創(chuàng)的血液化學(xué)檢測技術(shù)涉及收集和分析光譜數(shù)據(jù)。由于在正被感測的區(qū)域中除了血液之外還存在其它成分(比如，皮膚、脂肪、肌肉、骨頭、胞間液)，所以從根據(jù)光譜學(xué)獲得的光譜數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)提取關(guān)于血液特性的信息(例如血糖濃度)是一個(gè)復(fù)雜的問題。這樣的其它成分能夠以改變讀數(shù)(reading)這樣的方式影響這些信號。具體地講，作為結(jié)果而獲得的信號的幅度可以比信號中與血液對應(yīng)的部分的幅度大很多，因此，限制了精確提取血液特性信息的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實(shí)施例涉及光照漏斗(light illumination funnel)。該漏斗包括第一開口、第二開口和反射內(nèi)壁，第一開口被定位成接收進(jìn)入光源，第二開口被定位成與第一開口相對，并且具有小于第一開口的直徑，反射內(nèi)壁與第一開口和第二開口接觸。該漏斗具有小于25度的半角。
[0008]實(shí)施例涉及光收集漏斗，該光收集漏斗包括第一開口、第二開口和反射內(nèi)壁，第一開口被定位成接收進(jìn)入樣本光源，第二開口被定位成與第一開口相對，并且具有小于第一開口的直徑，反射內(nèi)壁與第一開口和第二開口接觸。
[0009]實(shí)施例還涉及一種包括光源和光照漏斗的設(shè)備，光源被構(gòu)造為產(chǎn)生多條光束，所述多條光束的每一條具有不同的波長范圍，光照漏斗用于收集通過具有第一直徑的入口的所述多條光束，并且用于使所述多條光束通過具有第二直徑的出口聚焦和引導(dǎo)到目標(biāo)區(qū)域，其中，第二直徑小于第一直徑。所述設(shè)備還包括光收集漏斗、檢測器和處理器，光收集漏斗用于在具有第三直徑的第二入口處收集從目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的所述多條光束，并且用于引導(dǎo)所述多條光束通過具有第四直徑的第二出口，其中，第三直徑小于第四直徑，檢測器包括多個(gè)光感測裝置，每個(gè)光感測裝置被構(gòu)造為檢測被引導(dǎo)通過第二出口的光束，并產(chǎn)生表示檢測到的光的功率的輸出信號，處理器用于分析輸出信號和產(chǎn)生測量數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在不必按比例繪制的附圖中，相同的附圖標(biāo)記在幾個(gè)視圖中始終描述基本類似的組件。具有不同字母后綴的相同附圖標(biāo)記表示基本類似的組件的不同實(shí)例。附圖總體上作為示例，但是不作為限制性作用，示出在本文中論述的各種實(shí)施例。
[0011]圖1A-B示出根據(jù)一些實(shí)施例的與動脈血的光吸收對應(yīng)的脈沖波的繪圖。
[0012]圖2示出根據(jù)一些實(shí)施例的光學(xué)構(gòu)造。
[0013]圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行生物樣本的光學(xué)測量的現(xiàn)有的光學(xué)構(gòu)造。
[0014]圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的用于執(zhí)行生物樣本的光學(xué)測量的光學(xué)構(gòu)造。
[0015]圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的光漏斗的剖面圖。
[0016]圖6示出根據(jù)一些實(shí)施例的光源的組件。
[0017]圖7示出根據(jù)一些實(shí)施例的其中設(shè)有紅外發(fā)射二極管(IRED)陣列矩陣的光漏斗的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下詳細(xì)描述包括對附圖的論述，附圖形成該詳細(xì)描述的一部分。附圖以圖解的方式顯示可實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。對在本文中也稱為“示例”的這些實(shí)施例進(jìn)行足夠詳細(xì)的描述是為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可組合這些實(shí)施例，可利用其它實(shí)施例，或者可對結(jié)構(gòu)和邏輯進(jìn)行改變。因此，不從限制性意義上看待以下詳細(xì)描述，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
[0019]在本文中，術(shù)語“一個(gè)”用于包括一個(gè)或者多于一個(gè)，術(shù)語“或者”用于表示非獨(dú)占性的“或者”，除非另有指明。另外，應(yīng)該理解，本文所采用的沒有以其它方式限定的措辭或術(shù)語僅用于描述的目的，而不用于限制性的目的。此外，這里引入本文中引用的所有出版物、專利和專利文獻(xiàn)的全文作為參考。在本文和如此引入作為參考的這些文獻(xiàn)之間使用不一致的情況下，應(yīng)該認(rèn)為引入的參考文獻(xiàn)中的用法與本文中的用法互補(bǔ)；對于不相容的不一致之處，按照本文檔中的用法限定。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)組件，例如用于樣本的光學(xué)性質(zhì)的照射和測量的光漏斗。雖然以人類或動物身體區(qū)域的光譜樣本為例進(jìn)行說明，但是實(shí)施例涉及所有類型的光學(xué)儀器，包括光學(xué)檢測器、顯微鏡、分光儀等。光譜學(xué)可用于確定被生物樣本(例如人的手指)吸收的光量。通過測量被手指吸收的光量，可無創(chuàng)地確定人的葡萄糖、膽固醇和血紅素水平。由于指尖中的毛細(xì)血管的濃度大并且在指尖發(fā)生從動脈血到靜脈血的轉(zhuǎn)換，所以通常優(yōu)選指尖測量。
[0021]當(dāng)光透射通過生物樣本(例如人的手指)時(shí)，光被手指的各個(gè)成分(包括皮膚、肌肉、骨頭、脂肪、胞間液和血液)吸收和散射。然而，觀察到，通過人的手指的光吸收表現(xiàn)出與心跳對應(yīng)的小范圍的循環(huán)模式。圖1A描繪與由于用戶的心跳而導(dǎo)致的毛細(xì)血管中的動脈血的光吸收對應(yīng)的脈沖波的繪圖102。雖然與檢測器所產(chǎn)生的總電流相比循環(huán)模式的幅度小，但是可從繪圖102的循環(huán)模式提取相當(dāng)多的信息。例如，假設(shè)人的心率為每分鐘60次心跳，則任何脈沖跳動的起始和該脈沖跳動的結(jié)束之間的時(shí)間為一秒。在這個(gè)一秒周期期間，繪圖將具有最大值或峰值104讀數(shù)和最小值或谷值106讀數(shù)。繪圖的峰值104讀數(shù)與毛細(xì)血管中的血液為最小量的時(shí)候?qū)?yīng)，谷值106讀數(shù)與毛細(xì)血管中的血液為最大量的時(shí)候?qū)?yīng)。通過使用循環(huán)繪圖的峰值和谷值所提供的光學(xué)信息，排除了通過不在毛細(xì)血管中的主要手指成分(例如皮膚、脂肪、骨頭、肌肉和胞間液)的光吸收和散射。由于不在毛細(xì)血管中的這些主要成分在一秒間隔期間可能不改變，所以這些主要成分被排除。換句話講，可基于繪圖102的峰值和谷值來檢測被血液吸收的光。
[0022]假設(shè)光感測裝置所產(chǎn)生的循環(huán)光電流的峰值為Ip、循環(huán)光電流的相鄰谷值為Iv、在沒有人的手指的情況下光感測裝置所產(chǎn)生的光電流為Itl,則與峰值光電流和谷值光電流對應(yīng)的透射率可如下定義:
[0023]
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種光照漏斗，包括: 第一開口，被定位成接收進(jìn)入光源； 第二開口，被定位成與第一開口相對，并且具有小于第一開口的直徑； 反射內(nèi)壁，與第一開口和第二開口接觸；以及 在第二開口下方的目標(biāo)區(qū)域，其中，所述目標(biāo)區(qū)域是能夠接收生物樣本的區(qū)域； 其中，所述光照漏斗的內(nèi)壁為截頭圓錐體的形狀，并且所述光照漏斗具有小于25度的半角，以將從進(jìn)入光源接收到的光引導(dǎo)到所述目標(biāo)區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照漏斗，其中，所述光照漏斗具有10度至15度的半角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照漏斗，還包括被定位在第一開口附近或者被定位成與第一開口接觸的印刷電路板，其中，印刷電路板與位于第一開口附近的多個(gè)光源接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照漏斗，還包括被定位在第一開口附近的多個(gè)光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照漏斗，其中，所述多個(gè)光源與被定位在第一開口附近或者被定位成與第一開口接觸的印刷電路板接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照漏斗，其中，所述光源包括紅外發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照漏斗，其中，按三維布置定位所述光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光照漏斗，其中，所述三維布置包括被定位在水平層和垂直層中的光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照漏斗，其中，所述光源包括白熾光源。
10.一種光收集漏斗，包括: 目標(biāo)區(qū)域，其中，所述目標(biāo)區(qū)域是能夠接收生物樣本的區(qū)域； 第一開口，被定位成接收通過目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的進(jìn)入樣本光源； 第二開口，被定位成與第一開口相對，并且具有大于第一開口的直徑； 反射內(nèi)壁，與第一開口和第二開口接觸；以及 在第二開口下方的至少一個(gè)光檢測器， 其中，所述光收集漏斗的內(nèi)壁為截頭圓錐體的形狀，以收集來自所述進(jìn)入樣本光源的通過所述目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光收集漏斗，所述至少一個(gè)光檢測器被定位在第二開口附近或者被定位成與第二開口接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光收集漏斗，其中，所述至少一個(gè)光檢測器包括檢測器陣列。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光收集漏斗，還包括被定位在所述光收集漏斗和所述至少一個(gè)光檢測器之間的一個(gè)或多個(gè)濾光器、光柵或透鏡。
14.一種光學(xué)設(shè)備，包括: 光源，被構(gòu)造為產(chǎn)生多條光束； 光照漏斗，該光照漏斗的內(nèi)壁為截頭圓錐體的形狀，所述光照漏斗用于收集通過具有第一直徑的入口的所述多條光束，并且用于使所述多條光束通過具有第二直徑的出口聚焦并引導(dǎo)到目標(biāo)區(qū)域，其中，第二直徑小于第一直徑，并且，所述目標(biāo)區(qū)域是能夠接收生物樣本的區(qū)域； 光收集漏斗，該光收集漏斗的內(nèi)壁為截頭圓錐體的形狀，所述光收集漏斗用于在具有第三直徑的第二入口處收集從目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的所述多條光束，并且用于引導(dǎo)從所述目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的所述多條光束通過具有第四直徑的第二出口，其中，第三直徑小于第四直徑； 檢測器，包括多個(gè)光感測裝置，每個(gè)光感測裝置被構(gòu)造為檢測被引導(dǎo)通過第二出口的光束并產(chǎn)生指示檢測到的光的功率的輸出信號；和 處理器，用于分析輸出信號并產(chǎn)生測量數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，其中，所述光源包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)設(shè)備，其中，所述光源的波長范圍包括SOOnm至1200nm之間的不同波長范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，其中，所述光源被定位在光照漏斗的入口處。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，其中，光源包括多個(gè)白熾光源。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，還包括位于光收集漏斗和檢測器之間的一個(gè)或多個(gè)濾光器、光柵或透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，還包括多個(gè)干涉濾光器，每一個(gè)干涉濾光器被構(gòu)造為根據(jù)波長范圍使被引導(dǎo)通過第二出口的所述多條光束中的不同的一條光束通過，其中，所述多個(gè)干涉濾光器位于光收集漏斗和檢測器之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)設(shè)備，其中，所述多個(gè)光感測裝置中的每一個(gè)被構(gòu)造為檢測來自光束通過的所述多個(gè)干涉濾光器的、由相應(yīng)的干涉濾波器限定的特定的波長或波長范圍的光束。
【文檔編號】A61B5/00GK103637768SQ201310489245
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2007年9月13日
【發(fā)明者】徐智 申請人:密蘇里大學(xué)董事會