專利名稱：具有全息多重圖像顯示的傳感器的制作方法
具有全息多重圖像顯示的傳感器發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種傳感器，尤其涉及一種全息多重圖像(multiplexed image)傳感器。 發(fā)明背景呈體積全息圖形式的特別是由聚合物層制成的化學(xué)傳感器和生物 傳感器是公知的。WO-A-95/26499披露了一種傳感器，其包括由聚合材 料的薄膜制成的反射全息圖，其中所述聚合物和要被檢測的物質(zhì)發(fā)生 反應(yīng)，從而改變?nèi)D的光學(xué)特性，借以提供檢測或定量所述物質(zhì)的 裝置。更一般地說，這個參考資料以及WO-A- 99/64308披露了用于 提供可測量的或可觀察的光學(xué)改變的體積全息圖傳感器的概念。在全息圖領(lǐng)域中，多個全息圖像以及在一個全息記錄材料上產(chǎn)生這 些圖^f象的方法是/^知的。US-A- 4509818披露了一種由一系列二維圖 像形成三維多重圖像的方法。US-A - 5103325披露了一種全息記錄一 系列二維圖像的方法，使得被觀看的全息圖像被相互分開并且清楚地 觀看。US - A - 5734485披露了 一種產(chǎn)生三維靜止的或運動的場景全息 圖的方法，包括記錄計算機產(chǎn)生的場景。這些已知的系統(tǒng)產(chǎn)生 一 組全息圖像，它們僅以在空間上的 一 種自由 度被多路傳輸，其中打算使這些圖像作為人工產(chǎn)生的三維圖像，或者 作為 一組在空間上在相應(yīng)的一組視角范圍內(nèi)分開的圖像可由觀看者觀 看。在正常起作用時，打算使在其中形成這些全息圖的材料的光學(xué)性 能可隨時間而變化，而不打算在化學(xué)上改變這些材料。發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種提供全息圖像的多重性的全息圖傳感 器，其中一組圖像以作為傳感器的動態(tài)檢測范圍的自由度被多路傳輸， 其中每個圖像，在可以看到時，表示動態(tài)檢測范圍的一個有限區(qū)域。按照本發(fā)明的第一方面， 一種全息傳感器包括一個或幾個膜，在每 個膜的體積內(nèi)包括一組兩個或多個的全息記錄，當傳感器由光照射時， 每個記錄提供一個反射的全息圖像，并且其中每個圖像作為一個指示 器是可由眼睛看到的，使得所述傳感器顯示對于被檢測的物質(zhì)或物質(zhì)組的一個預(yù)定范圍的濃度的響應(yīng)。更具體地說，存在的或出現(xiàn)的每個 圖像作為傳感器對于被檢測的物質(zhì)的響應(yīng)的函數(shù)是可由眼睛看到的， 所述響應(yīng)可以涉及可視圖4象的出現(xiàn)或不出現(xiàn)，或者涉及可視圖像中的 改變。一般地說，在一組圖像中的每個圖像具有以其在可見的或不可見的 光譜中的位置為特征的反射光譜。對于每個圖像，其在光譜中的位置 是唯一的，使得所述圖像可以利用波長選擇裝置分開，并因此按照波 長被多路傳輸。


圖1表示一般由多重全息傳感器呈現(xiàn)的多重反射全息圖的多個光諉峰值的一個例子；圖2表示一般由多重全息傳感器呈現(xiàn)的多重反射全息圖的多個光 譜峰值的另一個例子；圖3a和3b是顯示改變著的有圖畫的圖像的全息傳感器的示意圖；圖4a-4d是全息傳感器的每個示意的圖畫，表示按照檢測的物質(zhì)的 數(shù)量而改變著的圖像；圖5是三維圖像的多個特征的示意的圖畫；圖6a-6e是具有改變著的數(shù)字圖像的全息傳感器的每個示意的表示；圖7a-7e是具有校準的數(shù)字圖像的全息傳感器的每個示意的表示； 圖8a-8e是具有改變著的字母圖像的全息傳感器的每個示意的表示；圖9a，9b是全息傳感器的每個示意的表示，說明呈和所述傳感器的應(yīng)用有關(guān)的信息的形式的改變著的圖像；圖10a-10c是全息傳感器的每個示意的表示，說明呈和物質(zhì)或正被 檢測的物質(zhì)有關(guān)的信息的形式的改變著的圖像；圖11是全息傳感器的示意的表示，說明對于固定的刻度呈運動著 的指示器形式的改變著的圖像；圖12是全息傳感器的示意的表示，說明對于位于圖像深度中的刻 度的圖像呈沿圖像的深度運動著的指示器形式的改變著的圖像；以及圖13是一種示意的光學(xué)布置，所述光學(xué)布置可以用于使光敏的全 息膜對多個圖像曝光，以便形成有關(guān)波長多重的全息傳感器。本發(fā)明的說明
本發(fā)明的傳感器可以基本上以在WO - A - 95/26499或WO - A-99/63408中說明的方式構(gòu)成和使用。這些專利/>開的內(nèi)容以及此處引 用的其它的文件的內(nèi)容被包括在本說明中作為參考。因而，例如，在 其中形成全息圖像的基體可以是化學(xué)敏感的聚合物膜，或者其可以包 括多個基本上平行的膜(相鄰或者由另一種層隔開)。在這種結(jié)構(gòu)中， 每個膜可以具有其自身的動態(tài)范圍，每個膜可被設(shè)計用于檢測或測量 一種特定的物質(zhì)。每個膜可以具有一個圖像或一個子組圖像，在傳感 器的動態(tài)范圍內(nèi)具有其自身的位置，所述動態(tài)范圍通過具有提供多個 圖像或一組圖像的多個膜來產(chǎn)生。
更具體地說，本發(fā)明的傳感器可以呈聚合物膜的形式，或者呈被涂 覆或淀積在透明的或不透明的，柔性的，半剛性或剛性的襯底例如玻 璃、塑料、紙或金屬上的多個膜。所述襯底可以被印刷，雕刻，或者 利用圖形或字母數(shù)字標記進行標記，使得對于所述全息圖像提供參考。
此外，傳感器可以被提供在一種材料上，所述材料是一種裝置的元 件或者構(gòu)成一種裝置，例如接觸透鏡，眼鏡片，反應(yīng)容器中的光學(xué)窗 口，儀器顯示窗，家用窗，視覺顯示裝置，或其周圍環(huán)境要被監(jiān)視或 檢測的任何元件。
此外，傳感器可以提供在一種材料上，所述材料是服裝品的元件或 者構(gòu)成服裝品，使得給予監(jiān)視或檢測關(guān)于服裝的穿戴者的環(huán)境物質(zhì)或 生理物質(zhì)的能力。
本發(fā)明可以呈多層的全息聚合物膜的形式，其和其它類型的層交
的輸送介質(zhì)。
由環(huán)境人造光或自然光提供的全息圖的照明可以直接照射到平面 上，或者，可以沿著聚合物膜的邊沿照射聚合物膜，這樣的全息圖通 常被稱為"邊沿照明"全息圖。作為本發(fā)明的敏感元件的聚合物膜可 以直接對環(huán)境物質(zhì)敏感，或者可以對在所述環(huán)境物質(zhì)和一個或幾個其 它的環(huán)境物質(zhì)之間的反應(yīng)或相互作用敏感，或者對專門提供作為全息 傳感器裝置的元件的物質(zhì)敏感。這種膜本文可以稱為化學(xué)敏感的膜， 但是這只是為了說明而已。
各種物質(zhì)或分析物都可以利用本發(fā)明進行檢測，其中包括但不限于現(xiàn)有技術(shù)中所述的那些；本文稱為的"一種物質(zhì)"包括使用兩個或幾 個這種物質(zhì)。分析物的例子有水，有機液體，離子，半抗原，核苷， 細胞，乙醛，酶，蛋白質(zhì)，氣體，代謝物，病毒，細菌，真菌類和酵 母。分析物或載體介質(zhì)可以和全息基體相互作用。在一個特定的例子 中，分析物處于液體中，例如水中的酶或乙醇，或者有機溶劑中的水。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，來自 一組可被觀看的圖畫圖像的每個圖 像描述和傳感器應(yīng)用相關(guān)的主題。每個圖像可以描述和由傳感器指示 的響應(yīng)狀態(tài)相關(guān)的主題。
圖像可以從一個圖畫改變?yōu)楹陀蓚鞲衅鳈z測的一種或幾種物質(zhì)的 濃度相關(guān)的另一個圖畫。圖畫圖像中的改變可以限制于圖像的一個或 幾個部分。被限制于圖像的一個部分的圖畫圖像中的改變可能是由于 對要被檢測的特定物質(zhì)的響應(yīng)，這樣，圖像的另一部分中的改變則是
由于對于被檢測的另一種特定物質(zhì)的響應(yīng)?？梢?:改變的圖像的每個
部分可以位于三維的全息圖4象中的任何位置。
在本發(fā)明的另 一 個實施例中， 一 組圖像表示 一 個許多信息的序列， 所述信息以相應(yīng)于被傳感器檢測的一個或幾個物質(zhì)的濃度的順序出 現(xiàn)。最好是，傳感器的響應(yīng)被這樣校準，使得許多圖像表示和由傳感 器檢測的物質(zhì)的濃度直接相應(yīng)的許多數(shù)量。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，一組圖像表示一個字母信息的序 列，所述信息以相應(yīng)于由傳感器檢測的物質(zhì)的濃度的順序出現(xiàn)。最好 是，所述字母信息呈和與傳感器的應(yīng)用有關(guān)的信息的形式。傳感器的 響應(yīng)被這樣校準，使得字母信息呈直接相應(yīng)于由傳感器檢測的物質(zhì)的 濃度的信息的形式。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，一組圖像的每個圖像包括一個指 示特征，其處于圖像空間中和由傳感器檢測的物質(zhì)的濃度相應(yīng)的一個 特定位置。這是虛擬儀器的一個例子。
最好是，圖像或指示特征是一個形狀。另外，所述指示特征是一個 圖畫或字母數(shù)字。
指示特征的位置的空間自由度平行于聚合物膜的平面。另外，指示 特征的位置的空間自由度不平行于聚合物膜的平面，而是沿著作為全 息圖像的可選擇的特征的圖像的深度。
最好是，在每種情況下，指示特征的位置參照可視的刻度被標記?？梢暤目潭瓤梢宰鳛橛梢粋€全息圖提供的全息圖像被提供，所述全息 圖被記錄在和提供指示特征的聚合物層相同的聚合物層中。另外，可 視刻度可以由和提供指示特征的聚合物層不同的聚合物層提供。
可以利用照相裝置把可視刻度合并在聚合物層中。另外，可視刻度 可被印在位于全息元件附近但是和全息元件分開的表面上。
最好是，作為全息圖像提供的可視刻度不隨由傳感器檢測的物質(zhì)的 濃度而變。
全息傳感器可以提供圖畫、字母、數(shù)字或者顯示全息響應(yīng)的空間指 示裝置的任意組合。此外，可以提供一個全息傳感器的陣列，每個傳 感器提供上述的圖畫、字母、數(shù)字或者顯示對于多種被檢測的物質(zhì)或 多種被檢測的物質(zhì)組的全息響應(yīng)的空間指示裝置的任意組合。
最好是，全息傳感器陣列的每個元件對于被檢測的物質(zhì)具有唯一的 響應(yīng)特性。
由一個全息傳感器陣列提供的可視顯示可以是一個總體圖形，其相 應(yīng)于被檢測的物質(zhì)的相關(guān)的濃度。由全息傳感器陣列顯示的圖形可以 是圖畫、數(shù)字或字母。由全息傳感器陣列顯示的字母圖形可以表示和 被檢測的物質(zhì)的相對濃度有關(guān)的信息。在上述的任何一種情況下，可以通過產(chǎn)生在由每個圖像提供的峰值 反射的波長和其相鄰的波長的明顯的分離來區(qū)分在由全息傳感器提供 的一組圖像中的任何一個可視圖像和其相鄰的圖像。
可以通過提供彩色傳輸濾光器來改善由全息傳感器呈現(xiàn)的圖像序 列中的任何一個可視圖像和其相鄰圖像的區(qū)分，所述濾光器位于光源 和包含全息記錄的化學(xué)敏感聚合物膜之間，或者位于用于觀看全息圖 像的眼睛和膜之間，或者直接和膜相鄰，但是在所述的膜和眼睛之間。
彩色傳輸濾光器可以是連附有化學(xué)敏感聚合物膜的材料的一個必 備特征。另外，彩色傳輸濾光器可以是化學(xué)敏感聚合物膜的一個必備 特征。在上述的任何一個全息傳感器中，對于傳感器的響應(yīng)的任何給 定的動態(tài)范圍，彩色傳輸濾光器通過允許每個圖像的峰值波長更接近 在光譜中和其直接相鄰的圖像的波長，增加多重的圖像的數(shù)量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于構(gòu)成一個全息傳感器的方 法，所述傳感器具有從圖畫、數(shù)字、字母、空間變量或陣列型的圖像 中選擇的一類或幾類多種波長多重的圖像，所述方法包括在由已經(jīng)成為光敏的聚合物膜的一種膨脹狀態(tài)到另一種膨脹狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中， 使所述聚合物膜對一個全息曝光的序列曝光。
一組圖像的每個圖像具有一個特征反射光譜，其可以具有一個和所 述組中的其它圖像的峰值波長不同的峰值波長。
例如，在曝光之前，膨脹的初始狀態(tài)可以通過把所述聚合物膜放在
一種具有特定的PH值或特定的離子強度的溶液中被設(shè)置。然后，把所 述聚合物膜浸在一種具有不同的PH值或離子強度的溶液中，使得所述
的膜根據(jù)其響應(yīng)經(jīng)歷膨脹或收縮的轉(zhuǎn)換。
此外，可以在曝光之前通過把所述聚合物膜放在一個具有特定的相 對濕度的直接環(huán)境中來設(shè)置膨脹的初始狀態(tài)。然后，這樣改變相對濕 度，使得根據(jù)所述膜對相對濕度的響應(yīng)經(jīng)受膨脹或收縮的轉(zhuǎn)換。
另一種用于構(gòu)成一個全息傳感器的方法，所述傳感器具有從圖畫、 數(shù)字、字母、空間變量或陣列型的圖像中選擇的一類或幾類多種波長 多重的圖像，包括對于每個圖像使光敏聚合物膜這樣曝光，使得在所 述物體和用于產(chǎn)生全息記錄的參考光束之間的角度對于所述特定的圖
像是唯一的。
使聚合物膜對一組圖像曝光的一種優(yōu)選的方法是使其對發(fā)射物體 的圖像的一個定時序列曝光，其中發(fā)射物體是一個光學(xué)裝置，其通常 被稱為空間光調(diào)制器，并由電子信號源控制，例如計算機或視頻攝像 機。最好是，由空間光調(diào)制器表示的物體的形式從圖畫、數(shù)字、字母、 空間變量或陣列類型中選擇。
最好是，由空間光調(diào)制器提供的圖像被這樣控制，使得在膨脹或收 縮轉(zhuǎn)換期間具有可變的空間特征，從而提供用來提供全息傳感器的裝 置，所述全息傳感器具有響應(yīng)被檢測的物質(zhì)的濃度的空間變量。
下面參照附圖僅以舉例方式說明本發(fā)明。這些

響應(yīng)由全息 傳感器檢測的物質(zhì)或物質(zhì)組而改變的兩個或多個全息圖像。
在本發(fā)明的任何形式中，具有兩個或多個反射的全息圖像，每個圖 像具有由一個具有峰值波長的窄帶頻譜表征的顏色。峰值波長從由一 種周期結(jié)構(gòu)的反射和衍射的光的分量之間的結(jié)構(gòu)干涉產(chǎn)生，所述周期 結(jié)構(gòu)例如是一種全息結(jié)構(gòu)，其由包括在全息材料內(nèi)的復(fù)雜的折射率的 周期分布構(gòu)成，所述全息材料通常是一種聚合物或類似的基體。在全 息技術(shù)中，這種折射率的周期分布通常被稱為邊緣分布。峰值波長用數(shù)學(xué)方法由布拉格方程確定，所述布拉格方程是
V"y'z〉 = 2.n{x,y,z}.A{x,y,z}.cos(e{x,y,z})
其中n是在由在膜中的x，y，z坐標限定的特定位置的聚合物膜的平 均折射率。A是在相鄰的邊緣之間的局部間隔，6是入射到在膜中的 所述位置的邊緣上的光的照射的角度。
圖l表示反射強度光譜，具有波長軸4，所述波長軸表示在一個特 定狀態(tài)在傳感器的動態(tài)范圍內(nèi)的3個光譜峰值1， 2， 3。在這個狀態(tài)下， 唯一的可視圖像是峰值2表征的圖像，其位于一般眼睛可以看到的光 譜的區(qū)域5內(nèi)，以光譜6的紫外端和光諉7的紅外端為邊界。如果形 成傳感器全息圖的聚合物膜在傳感器操作期間膨脹，則峰值1， 2， 3 的特征峰值波長都向較長的波長移動，使得由峰值1表征的最初可在 光譜的紫外端看到的圖像在一個新的光譜位置8成為可見的。類似地， 由光譜峰值2表征的先前可見的圖像在光譜的紅外部分內(nèi)在光譜位置 9成為不可見的。作為傳感器全息圖的聚合物膜的收縮的全息傳感器的 響應(yīng)由峰值l， 2和3向著較短的波長移動表征。
在本發(fā)明的另 一種形式中，可以提供光譜的每個區(qū)域的多個光譜峰 值，同時保持相鄰圖像之間的區(qū)別。圖2表示眼睛可看到的或者其它 傳感器可檢測到的光譜的區(qū)域5被限制于一個較窄的區(qū)域11，所述區(qū) 域由下端30和上端7限定，所迷下端在本例中由長波長通過濾光器設(shè) 置，所述上端位于光譜5的一般可視部分的上端。 一般地說，限制可 見光譜的裝置不限于長波長通過邊緣濾光器，而可以從長波長通過濾 光器，短波長通過濾光器，帶通濾光器，或者任何其它限制整個光譜 的可檢測的部分的光學(xué)裝置中選擇。圖2表示一個反射的強度光譜， 具有波長軸4，表示在傳感器的動態(tài)范圍內(nèi)在一種特定狀態(tài)下的4個光 譜峰值l, 2， 13和14。在這種狀態(tài)下，唯一的可見圖像是由峰值2表 征的圖像，其位于眼睛可看到的光譜的較窄的區(qū)域ll中。如果形成傳 感器全息圖的聚合物膜在傳感器操作期間膨脹，則峰值l， 2， 13和14 的特征峰值波長都向較長的波長移動，使得由峰值13表征的原來在光 譜的紫外端可看到的圖像現(xiàn)在成為在一個新的光譜位置16可以看到。 因為由光譜峰值16表征的新的圖像出現(xiàn)，由光譜峰值2表征的原來的 可見圖像隨著其移動到一個新的位置17而成為不可看到的。隨著進一 步的膨脹發(fā)生，由峰值1表征的圖像在光譜位置16或者一些這種類似的在確定的可見區(qū)域ll內(nèi)的位置成為可以看到的。在光譜的每個區(qū)域 內(nèi)提供多個光譜峰值的目的在于使得響應(yīng)記錄全息圖像的聚合物膜的 小的膨脹或收縮能夠發(fā)生圖像的可視的改變。在光譜的每個區(qū)域內(nèi)提 供多個光譜峰值的目的還在于，在全息傳感器的整個動態(tài)范圍內(nèi)提供 較多數(shù)量的圖像。
圖3a說明本發(fā)明的一種優(yōu)選的形式，其中示意地表示由在一件全 息材料30中的全息記錄提供的汽車的全息圖像31。在這個特定的例子 中，汽車表示設(shè)計的全息傳感器的用途是檢測個別人的呼吸中是否存 在過量的酒精?？梢允褂迷趫D3a中所示的裝置的一種方法是具有一種 原來可見的圖像，其在呼出的濕氣飽和時成為不可見的圖像。在使用 所述裝置的另一種方法中，所述圖像例如31所示的，可以是即使在飽 和狀態(tài)下也總是可見的。在呼吸中的過量酒精的檢測由從圖3a中的圖 像31改變?yōu)閳D3b中的圖像32來表示，圖3b的圖像32用圖畫表示被 試人員不應(yīng)當再開車。所示的僅是一個例子，并不排除在上述的用途 或在其它的應(yīng)用中使用其它的傳遞其它信息或命令的圖畫圖像，在這 些應(yīng)用中使用圖畫信息表示傳感器在使用前后的相關(guān)的響應(yīng)。
本發(fā)明的另一種優(yōu)選的形式在圖4a中示意地示出了，該圖表示一 種全息材料30,其在被照亮?xí)r提供一定形狀的圖像43，其中具有部分 44,借助于顏色、形狀或圖形，使其具有不同的外觀，從而使得比例 43不同。傳感器的響應(yīng)由從圖像部分44改變?yōu)閳D4b所示的圖像部分 45表示，通過占據(jù)圖像43的一個較大的部分，說明存在的由傳感器檢 測的物質(zhì)的增加。由圖4a到圖4d所示的逐漸從部分44改變?yōu)椴糠?7， 表示對檢測的物質(zhì)的逐漸增加的數(shù)量的一 系列的響應(yīng)。在這個例子中， 圖像或圖像部分的空間改變是本發(fā)明的這個優(yōu)選形式的 一個關(guān)鍵特 征。利用本發(fā)明的這些主要特征的特定應(yīng)用的一個例子是作為醫(yī)療診 斷裝置，其表示人體的一種程式化形式的圖像，其中圖像的一部分被 照亮，以便指示和人體的相關(guān)部分相關(guān)的生化的，新陳代謝的或病理 狀態(tài)。
圖4表示一組圖像，其中圖像的特征位于空間的一個平面內(nèi)。本發(fā) 明的基本特征不限于平面圖像，而是可以在三維的全息圖像中使用。 在本發(fā)明的另 一種優(yōu)選的形式中，全息圖像或圖像部分的空間改變位 于圖像的三維空間中。圖5表示由全息材料30制成的傳感器，其提供一個三維的圖像，由軸線54在x，y，z坐標下表示，并具有特征51， 52 和53。可以使特征51, 52和53出現(xiàn)或者消失，或者借助于顏色、形 狀或圖形改變作為觀察傳感器的操作的可見的外觀。
在任何其中使圖像或圖像部分改變或者成為可見的或不可見的全 息傳感器中，圖像或圖像部分可以具有數(shù)字的形式，如圖6a示意地所 示。在圖6a-6e所示的數(shù)字圖像60 - 65說明關(guān)于由傳感器檢測的物質(zhì) 或物質(zhì)組的濃度的響應(yīng)。另外，全息傳感器的數(shù)字響應(yīng)可以利用圖像 71-75對于,皮檢測的物質(zhì)或物質(zhì)組的濃度校準，如圖7a-7e所示。
在任何其中使圖像或圖像部分改變或者成為可見的或不可見的全 息傳感器中，圖像或圖像部分可以具有字母的形式，如圖8a示意的所 示。圖8a-8e所示的字母圖像81-85說明關(guān)于由傳感器檢測的物質(zhì)或 物質(zhì)組的濃度的響應(yīng)。
在任何全息傳感器中，圖像可以選擇地表示關(guān)于要使用傳感器的應(yīng) 用的數(shù)字或字母信息的組合。
在任何提供字母信息的全息傳感器中，被提供的信息可以和要使用 傳感器的應(yīng)用相關(guān)。用于檢測呼吸中的酒精的全息傳感器的例子在圖 9a中示意地示出了，其中顯示表示測量值在按照預(yù)定的規(guī)定可接受的 范圍內(nèi)的信息91。圖9b示意地表示測量值在按照預(yù)定的規(guī)定可接受的 范圍之外的信息92。
在任何提供字母信息的全息傳感器中，被提供的信息可以和被測量 的物質(zhì)或物質(zhì)組的濃度相關(guān)。圖lOa表示字母圖像lOl，其指示物質(zhì)或 物質(zhì)組的低的檢測值。圖10b和10c由圖4象102， 103分別表示正常的 和高的值。另外，被提供的信息可以是作為由全息傳感器提供的進行 試驗的結(jié)果的一個要被跟隨的作用過程的指示器。
呈由全息圖傳感器裝置提供的形式的簡單信息的表達提供一個明 確的容易理解的結(jié)果，并且尤其適合于由各個保健部門的非專業(yè)人員、 消費者用于快速試驗，或者用于臨床應(yīng)用，當然還包括其它的應(yīng)用領(lǐng) 域。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的形式中，如圖ll示意地表示，每個多重 的全息圖像呈點指示器的形式。 一系列的這種指示器按照上述的方法 被多路傳輸，最好是，在傳感器的任何一個響應(yīng)狀態(tài)只有一個所述指 示器是可見的。在圖ll所示的例子中，只示出了兩個指示器圖像112和113,盡管一系列沿方向114在空間上分開的圖像提供和要被定量的 物質(zhì)或物質(zhì)組的濃度相關(guān)的序列。點指示器112和114以及圖中沒有 示出的其它點指示器參考刻度lll，其可以是圖畫或者數(shù)字。數(shù)字刻度 111提供用于定量傳感器的響應(yīng)的裝置?？潭?11可以從以下的類型中 選擇在全息材料附近印制的，在全息材料上印制的，在全息材料下 方的單獨的材料上印制的，和全息材料分開通過照相產(chǎn)生的，在全息 材料內(nèi)部由照相產(chǎn)生的，在全息材料內(nèi)部由全息技術(shù)產(chǎn)生的，在和作 為傳感器材料的全息材料分開的全息材料內(nèi)部利用全息技術(shù)產(chǎn)生的 等。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的形式中，如圖12示意地所示，每個多重 的圖像呈點指示器的形式，其似乎按三維布置，在全息材料30的平面 之外。在這種形式的全息傳感器中利用由全息圖像選擇地提供的特征 深度。 一系列的這種指示器按照上述的方法被多路傳輸，使得，最好 是，在傳感器的任何一個響應(yīng)狀態(tài)下只有一個指示器是可見的。在圖 12所示的例子中，只示出了兩個指示器圖像122和123,實際上，在 三維空間中沿方向124在空間上分開的一系列圖像提供一個關(guān)于要被 定量的物質(zhì)或物質(zhì)組的濃度的序列。點指示器122， 124和其它指示器 (未示出)參考刻度121，其可以是圖畫或數(shù)字。數(shù)字刻度121提供用 于定量傳感器的響應(yīng)的裝置。刻度121本身最好是全息圖像，其和多 重的點指示器圖像的序列對齊，雖然其可以從以下的類型中選擇在 全息材料附近印制的，在全息材料上印制的，在全息材料下方的單獨 的材料上印制的，和全息材料分開通過照相產(chǎn)生的，在全息材料內(nèi)部 由照相產(chǎn)生的，在全息材料內(nèi)部由全息技術(shù)產(chǎn)生的，在和作為傳感器 材料的全息材料分開的全息材料內(nèi)部利用全息技術(shù)產(chǎn)生的等。在全息 傳感器中使用三維全息圖像的一些優(yōu)點是，可以減少全息材料的面積， 從而使得能夠減少試樣的體積，減少制造成本，并節(jié)省空間。
用于構(gòu)成為了提供全息傳感器的多重的圖像的優(yōu)選的方法是使用 兩束圖像全息圖處理，例如作為例子在圖13中示出的。激光束131由 束分裂器134分裂成兩束132和133。 一個光束132由反射鏡135經(jīng)過 選擇的光擴散器140引導(dǎo)到透明的物體136上。最好是，透明的物體 136是一個空間光調(diào)制器，其是一個視頻顯示裝置，在計算機控制下提 供圖像。另外，透明物體136可以是照相膠片。使用計算機控制的空間光調(diào)制器的優(yōu)點在于，其提供的透明的物體作為要被全息記錄的圖
像可以快速地改變，以便產(chǎn)生全息圖〗象的序列。所述的透明物體136 位于成像系統(tǒng)137的物體平面處，成像系統(tǒng)137是具有一個或幾個透 鏡的一組透鏡，其在全息記錄材料138所在的圖像平面提供物體136 的圖像。第二激光束133在本例中由反射鏡139引導(dǎo)到全息記錄材料 138上，因而作為參考光束(全息技術(shù)的術(shù)語)。圖像和參考光束組合， 從而用這種方式在全息記錄材料138內(nèi)產(chǎn)生干涉圖形，使得所述圖形 能夠被所述材料保留。記錄全息干涉圖形的方法的兩個例子是，如果 是銀基的記錄材料，則通過進一步的化學(xué)處理，或者使用光聚合物材 料和合適的激光波長。本發(fā)明的這個方面的一個基本特征是，全息記 錄材料138的膨脹狀態(tài)可以通過從pH，離子濃度，濕度，水的作用或 者任何其它改變?nèi)⒂涗洸牧系暮穸鹊姆椒ㄖ羞x擇的方法進行控制。 在材料的每個膨脹狀態(tài)，由上述方法產(chǎn)生一個不同的全息圖像，直到 一組完整的圖形作為 一組多重圖像被記錄，所述多重圖像以上述形式 顯示全息傳感器的響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種全息傳感器，其包括響應(yīng)要被檢測的物質(zhì)的存在而發(fā)生體積改變的薄膜聚合物基體，所述基體在其體積內(nèi)含有一組具有兩個或多個的全息記錄，當傳感器被照亮?xí)r，每個記錄提供一個全息圖像，其中每個圖像的存在或出現(xiàn)作為傳感器對于要被檢測的物質(zhì)的響應(yīng)的函數(shù)是可由眼睛看到的，并且所述圖像提供傳感器的動態(tài)范圍，該傳感器在所述物質(zhì)存在時提供第一可見全息圖像，在物質(zhì)不存在時提供第二可見全息圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中每個圖像在可見或不可見光譜中具有一個唯一的位置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其中每個圖像是圖畫，數(shù)字與/或字母。
4. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中可見的圖像表示所述物質(zhì)， 或者發(fā)現(xiàn)所述物質(zhì)的場景或使用所述傳感器的場景。
5. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其中所述可見的圖像是數(shù)字。
6. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其中所述可見的圖像是字母，并 提供與所述物質(zhì)，或者發(fā)現(xiàn)所述物質(zhì)的場景或使用所述傳感器的場景 相對應(yīng)的信息。
7. 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其中可見圖像在圖像空間內(nèi)具有 一個相應(yīng)于或者表示所述物質(zhì)，或者發(fā)現(xiàn)所述物質(zhì)的場景或使用所述 傳感器的場景的位置。
8. 如權(quán)利要求l、 2、 4、 5、 6或7所述的傳感器，其中所述可見的圖像對于所述物質(zhì)的數(shù)量被校準。
9. 如權(quán)利要求l、 2、 4、 5、 6或7所述的傳感器，其中還包括可 見的刻度。
10. 如權(quán)利要求9所述的傳感器，其中所述刻度相對于物質(zhì)的濃 度是不變的。
11. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中在一個膜內(nèi)提供多個圖像。
12. 如權(quán)利要求l所述的傳感器，其中提供至少3個圖像。
13. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中包括多個膜，每個膜在傳 感器的動態(tài)范圍內(nèi)提供其自身的動態(tài)范圍。
14. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中包括多個膜，每個膜響應(yīng)一種不同的物質(zhì)。
15. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中還包括顏色傳輸濾光器。
16. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中圖像由一組可見像素形成， 像素的圖形指示或表示所述物質(zhì)或者發(fā)現(xiàn)所述物質(zhì)的場景或使用所述 傳感器的場景。
17. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，在要被檢測的物質(zhì)不存在時，所 迷傳感器提供一個可見的第一全息圖像和不可見的第二全息圖像，并 且隨著物質(zhì)的出現(xiàn)致使波長發(fā)生變動，第一全息圖像變?yōu)椴豢梢姸?二圖像變?yōu)榭梢姟?br> 18. 包括如前面任何一個權(quán)利要求所述的傳感器和照明光源的裝置。
全文摘要
一種全息傳感器，其包括響應(yīng)要被檢測的物質(zhì)而經(jīng)歷改變的薄膜聚合物基體，所述基體在其體積內(nèi)含有一組具有兩個或多個的全息記錄，當傳感器被照亮?xí)r，每個記錄提供一個全息圖像，其中每個圖像的存在或出現(xiàn)作為傳感器對于要被檢測的物質(zhì)的響應(yīng)的函數(shù)是可由眼睛看到的。所述圖像提供傳感器的動態(tài)范圍。這種傳感器可用于響應(yīng)分析物的改變或出現(xiàn)提供眼睛可見的圖像。
文檔編號G03H1/26GK101319995SQ20081009858
公開日2008年12月10日 申請日期2001年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月7日
發(fā)明者R·B·米林頓 申請人:精靈全息攝影有限公司