该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本技术总体上涉及用于分析包括至少一种分析物的作为例如流体的材料的装置和方法。特别地，本技术涉及用于体液中的分析物，如人类皮肤中，特别是人类皮肤的间隙液中的葡萄糖浓度的非侵入性测量的装置和方法。


背景技术：

2.本技术涉及分析包含至少一种分析物的材料的装置和方法。该装置包括测量体，该测量体具有适合于与所述材料进行热接触或压力传递接触的接触表面，所述热接触或压力传递接触允许由材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递到所述测量体。
3.装置还包括激发辐射源，其配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，以及检测设备，其用于检测测量体或其中包括的组件在吸收所述激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的物理响应，以及用于基于所述检测到的物理响应生成响应信号。在本文中，响应信号指示激发辐射的吸收程度。
4.本技术不限于在吸收激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的任何特定物理响应，也不限于以允许产生指示激发辐射吸收程度的响应信号的方式检测该物理响应的任何特定方式。本技术人先前已经针对这些类型的分析物测量程序提出了各种物理响应和相应的检测方法，并在下面简要概述，并且它们中的每一种都可以应用于本技术。
5.例如，检测设备可以包括用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束的光源，并且测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的所述物理响应可以是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化。在这种情况下，检测设备可配置用于检测光路的变化或由于测量体或其中包括的组件的材料的折射率的所述变化引起的检测光束相的变化之一。
6.例如，在本技术人的作为w0 2015/193310a1和wo 2017/097824 a1公开的两项早期申请(二者均通过引用包括在本文中)中详细描述的各种方法和设备中，测量体能透过所述检测光束，并且检测光束被定向为在与所述材料热接触的所述测量体的表面处完全或部分反射。在这种情况下，检测设备可以包括光探测器，特别是位置灵敏光探测器，其能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏转程度，特别是偏转角度。因此，在这种情况下，对测量体接收的热或压力波的物理响应是折射率的局部变化，并且所述响应信号是检测的偏转程度，后者事实上被发现能够指示激发辐射的吸收程度。
7.在本技术人提出的替代变型中，例如在国际申请pct/ep2019/064356中公开的(通过引用包括在本文中)，所述检测设备可以包括干涉测量设备，以允许评估检测光束的所述相变化，并生成指示所述相变化的响应信号。在这种情况下，测量体(或其中包括的组件)在吸收所述激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的物理响应再次是折射率的局部变化，而在这种情况下，响应信号是反映由于折射率的局部变化导致的检测光束的相变化的干涉测量信号。
8.在又一替代实施方案中，测量体或所述测量体中的组件可以具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。在wo 2019/110597a2中公开了各种可能的设置，其通过引用包括在本文中。例如，测量体可以包括具有压电性质的部分，并且与接收的热相关联的压力变化导致可以用电极记录的电信号。在这种情况下，压力的变化类似于测量体或其中包括的组件在吸收激发辐射后对从材料接收的热的物理响应，其使用测量体和电极的压电性质进行检测，并导致代表指示激发辐射的吸收程度的上述响应信号的电信号。在又一变型中，可以使用非常灵敏的温度传感器直接测量由于接收到的热而引起的温度变化。
9.注意，在以下描述中，详细描述了测量体对从材料接收的热的物理响应。然而，应当理解，在本技术的方法和装置的各种实施方案中，材料与测量体压力传递接触，并且测量体的物理响应是对从材料接收的压力波的响应。在本文中，表达“压力传递接触”应包括允许压力波从材料传递到测量体的所有关系，并且特别是声学耦合关系，其中耦合可以由气体、液体或固体建立。应结合包括压力传递接触和对压力波的物理响应(如适用)在内的场景来理解结合热接触和对测量体从材料接收的热的物理响应给出的所有详细解释，而无需明确提及。
10.装置还可以配置用于进行分析步骤，其中至少部分地基于所述响应信号执行所述分析。为此目的，装置可以包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器，该处理器被编程为执行分析。如果例如对确定材料中分析物的浓度感兴趣，则激发辐射可以被选择为具有分析物吸收谱的特征波长，例如与其吸收峰相关。由于响应信号指示激发辐射的吸收程度，在这种情况下，响应信号与材料中分析物的浓度直接相关。因此，分析步骤可以至少部分地基于材料中分析物浓度的测量，并且在一些非限制性应用中，它实际上可以相当于确定该浓度。
11.例如，申请人已经采用了上述类型的装置来无创地测量用户的葡萄糖水平。在这种特定的应用中，“分析物”是由葡萄糖形成的，且“材料”是使用者的皮肤。先前已经证明，该方法允许非常精确地测量人皮肤内的间隙液中的葡萄糖浓度，其被发现与患者血液中的葡萄糖含量直接相关，并因此代表患者血液中的葡萄糖含量。本技术的图4所示为取自wo 2017/097824a1的clark误差网格分析的结果，表明上述装置和分析方法允许非常精确地预测人的实际葡萄糖浓度。
12.然而，希望更进一步提高分析结果的准确性和可靠性。
13.发明概述
14.根据本技术的目的是提供用于分析上述材料的装置和方法，其允许提高分析结果的准确性或可靠性。
15.根据本技术的一方面，该问题的解决在于提供了突起，所述突起具有朝向所述材料的前表面，并且当所述材料与所述接触表面接触时与所述材料接触，并且所述激发辐射通过所述突起的所述前表面辐照到所述材料中。
16.在本文中，突起可以形成于测量体的接触表面上。
17.在替代实施方案中，测量体本身可以形成突起，或者形成所述突起的一部分。在这种情况下，测量体的接触表面同时形成所述突起的所述前表面，或者所述突起的所述前表面的至少一部分，并且相对于周围结构升高。周围结构例如可以是装置的壳体的壁部分等。
18.发明人已经注意到，由该装置执行的测量程序的一个关键方面是激发辐射可靠且一致地传输到材料中。在本技术人在上述在先申请中描述的一些装置中，激发辐射被引导通过测量体，诸如以在测量体的接触表面和材料之间的界面处进入材料，并且观察到在该界面处，实际上，激发辐射通常可以很好地耦合到材料中。已经发现，这在材料由用户的指尖形成，以及装置被用于测量皮肤中的葡萄糖含量的应用中尤其如此。在这种情况下，指尖被牢固地放置在测量体的接触表面上，从而建立足够的光学耦合，以允许激发辐射通过测量体的接触表面进入材料。
19.然而，广泛的研究表明，不完美和特别不稳定的光学耦合可能是测量不准确的来源。特别地，本发明人注意到，光学耦合可以在单个测量过程中改变，即，无需有意地将指尖移动到接触表面上或甚至离开接触表面。如果光学耦合在测量过程中发生变化，则这导致被分析物实际吸收的激发辐射强度的变化，并因此导致响应信号的变化，该变化与分析物在激发辐射波长或分析物浓度下的吸收率无关。换言之，在部分测量期间的光耦合损失可能被误解为在给定激发波长下的吸收率降低。评估分析物谱通常涉及测量多个特征波长，例如对应于分析物吸收谱的峰值或局部吸收最小值的波长下的吸收，并且还涉及与不同波长相关的响应信号的数学组合，例如从吸收峰的响应信号减去在吸收谱的局部最小值处获得的响应信号。因此，可以理解的是，在材料中的光耦合以及因此激发辐射的有效强度在测量之间发生变化的情况下是不同的波长，或者甚至在特定波长下的测量期间，测量结果中可能出现伪影和不准确。
20.对于本发明人来说，不稳定的光学耦合将是显著的误差源并不明显，并且更不清楚准确为什么接触表面和材料之间的光学耦合在测量期间会显著改变，因为指尖在测量期间没有故意移动。一个可能的原因可能是用户无意中未能保持手指和接触表面之间的接触压力恒定。另一个可能的原因可能是用户无意中在接触表面上轻微移动指尖，并且非常小的移动可能会产生意外的大影响。例如，这可以是这样的情况，其中指尖在激发辐射在指尖的表皮脊处进入皮肤的位置和激发辐射在两个表皮脊之间的位置处进入皮肤的位置之间移动，其中可能会发生光学耦合降低。
21.不管确切的根本原因如何，本发明人注意到，如果在接触表面上形成突起，则可以改善光学接触及其一致性，所述突起具有朝向材料的前表面，并且当材料与接触表面接触时，并且如果激发辐射通过所述突起的所述前表面辐照到材料中，则与材料接触。即，在突起的前表面处，如果手指对接触表面施加相同的总力，则发现局部接触压力显著高于平的接触表面上的局部接触压力。接触压力的这种局部增加允许更好的光学耦合，并且特别是在测量过程中更一致的光学耦合。
22.注意，突起不仅允许改善的光学耦合，而且还允许改进的热或压力传递耦合。因此，在许多情况下，突起还将促进由待传递到测量体的材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波的改善的传递。虽然不是当前要求保护的发明的实施方案，但本文也考虑使用这种突起，即使激发辐射没有通过其前表面辐照到材料中。
23.在优选的实施方案中，前表面是平的。然而，本技术不限于此，并且特别是在检测依赖于反射检测光束的情况下，如下面将描述的，弯曲的前表面也可能是有利的。
24.在优选的实施方案中，所述突起具有小于0.3cm2，优选小于0.2cm2，更优选小于0.1cm2，甚至更优选小于0.05cm2，且最优选小于0.02cm2的足印面积。
25.在优选的实施方案中，所述突起具有锥形形状，其中一个或多个侧壁朝向所述前表面逐渐变窄。该锥形形状意味着前表面可以小于足印面积，并因此导致甚至更高的局部接触压力。锥形侧壁还增加了突起的稳定性。此外，在一些实施方案中，在检测依赖于反射的检测光束的情况下，锥形侧壁使得检测光束更容易进入突起，同时保持接触表面小，这从以下详细实施方案的描述中将显而易见。
26.在一些实施方案中，所述突起具有圆形、椭圆形或方形形状的足印。
27.在特别优选的实施方案中，突起为脊形，在第一方向上具有更长的延伸，并且在垂直于第一方向的第二方向上具有更短的延伸，其中所述更长的延伸超过所述更短的延伸至少1.5倍，优选至少2.0倍，更优选至少2.5倍，且最优选至少3.0倍。在本文中，表达“更长的延伸超过更短的延伸至少1.5倍”将意味着如果更短的延伸为2mm，则更长的延伸将为至少3mm。
28.在优选的实施方案中，形成所述突起或所述突起的所述一部分的所述测量体被接纳于骨架或容器中，其中所述测量体的所述接触表面从所述骨架或容器突出，或者其中所述骨架或容器从周围结构突出。
29.在优选的实施方案中，提供了压力传感器，以用于测量材料和测量体之间的接触压力。在本文中，装置优选还包括配置用于从指示材料和测量体之间的接触压力的所述压力传感器接收信号的控制系统，其中所述控制系统配置为检查所述接触压力是否低于预先确定的阈值。在发现接触压力低于所述阈值的情况下，控制系统配置为执行以下一项或多项：
30.向用户指示缺少接触压力，
31.防止分析物测量过程开始，和
32.中断当前的分析物测量过程。
33.换言之，虽然突起有助于在需要的地方，即在激发辐射耦合到材料中的前表面处，精确地建立高接触压力，但是如果监测接触压力，并且如果向用户指示接触压力不足，则可以甚至进一步提高可靠性，从而可以对其进行校正。此外，通过防止分析物测量过程开始或中断已经进行的分析物测量过程，可以避免在接触压力不足的情况下获得不正确的测量结果。
34.在优选的实施方案中，所述装置还包括夹紧设备，所述夹紧设备包括可在打开位置和闭合位置之间移动的夹紧部件，在打开位置时，夹紧部件远离测量体的接触表面移动，并且在闭合位置时，其靠近所述接触表面，所述夹紧部件朝向闭合位置偏斜。当夹紧部件处于打开位置时，材料可被置于接触表面上，并且由于朝向闭合位置的偏置力，所述夹紧部件适合于将所述材料按压在接触表面上。以这种方式，可以确保预先确定的接触压力。
35.在优选实施方案中，上述压力传感器布置在所述夹紧设备上。虽然在优选实施方案中，夹紧设备与接触表面上的突起结合/至少部分地由所述测量体形成，但也可以在没有这种突起的实施方案中使用该夹紧设备。
36.在其他实施方案中，装置还包括用于将材料固定在测量体的接触表面上的带子。
37.在优选的实施方案中，所述测量体能透过所述激发辐射，其中所述激发辐射源配置用于作为激发光束来提供所述激发辐射。此外，激发辐射源的布置使得所述激发光束在其入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在所述接触表面
处从测量体离开。在先前的装置中，申请人确保激发辐射束以90
°
的角度撞击到入射表面上，诸如以避免激发辐射束在入射表面处的折射和过度反射。然而，广泛的研究表明，实际到达材料的激发辐射的意外变化的另一个原因是从激发辐射源发射的激发辐射与从测量体的入射表面反射回来的激发辐射的可能干扰。发现这种干扰确实会导致材料中激发辐射强度的波动，并因此会立即导致与分析物浓度无关的响应信号的变化。此外，发明人发现，通过略微倾斜激发光束的入射角，可以抑制这种影响，并且可以提高测量的精度和可靠性。因此，在该实施方案中，激发光束被定向为以89.0
°
或更小，优选88.0
°
或更小，且最优选87.5
°
或更小的角度撞击在入射表面上。以这种方式，可以可靠地防止意外干扰。这样做的另一个有利效果是，可以防止激发辐射被反射回可能被其损坏的激发辐射源中。另一方面，入射角不应偏离90
°
太多，诸如以避免由于过度反射造成的损失。因此，在该实施方案中，入射角应为82.0
°
或更大，优选84.0
°
或更大，且最优选85.0
°
或更大。虽然该实施方案有利地与接触表面上的突起一起使用/至少部分地由所述测量体形成，但是也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
38.在优选的实施方案中，所述激发光束以90
°±
1.5
°
的角度撞击在测量体的接触表面上，以从而使由于接触表面处的反射造成的损失最小化。
39.在优选的实施方案中，入射表面和接触表面在激发光束分别进入和离开测量体的其相应部分处，相对于彼此以1.0
°
或更大，优选2.0
°
或更大，且最优选2.5
°
或更大，并且8.0
°
或更小，优选6.0
°
或更小，且最优选5.0
°
或更小的角度倾斜。从图形上讲，根据本实施方案的测量体可以具有稍微“楔形”的形状，这允许在入射表面处建立激发光束的轻微倾斜和在接触表面处建立其正交取向。
40.在优选的实施方案中，所述检测设备包括光源，以用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束。在本文中，测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且所述检测设备配置用于检测光路的变化或由于折射率的所述变化引起的检测光束相的变化之一。
41.在优选的实施方案中，所述检测设备的配置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到测量体中，其中所述检测光束相对于所述入射表面，以89
°
或更小，优选88
°
或更小，且最优选87.5
°
或更小，并且80
°
或更大，优选82
°
或更大，更优选84
°
或更大，且最优选85
°
或更大的入射角撞击在入射表面上。以这种方式，可以避免检测光束被反射回其自身上，这可能导致干涉和不期望的干涉现象。这样做的另一个有利效果是，可以防止检测光束被反射回检测光源中，其可能因此而损坏。
42.在优选的实施方案中，所述测量体被接纳于骨架或容器中，以允许旋转所述测量体，诸如以当撞击在所述测量体的所述入射表面上时，调整所述检测光束的所述入射角。以这种方式，与例如调节检测光源或检测光束的光路中的任何光学元件如反射镜相比，调节检测光束到测量体上的适当入射角被大大促进。优选地，所述骨架或容器允许围绕与激发光束平行的轴，或偏离平行小于10
°
，优选小于5
°
，旋转所述测量体。在最优选的实施方案中，所述测量体的所述旋转轴与所述激发光束的位置一致。
43.在相关的实施方案中，所述测量体能透过所述检测光束，所述检测光束被定向为在与所述材料热或压力传递接触的所述测量体的表面处完全或部分反射，其中所述检测设
备包括探测器，以用于在其于所述接触表面处反射之后检测由于折射率的所述局部变化引起的检测光束的偏转程度，特别是偏转角度。在本文中，所述检测设备优选包括光探测器，特别是位置灵敏光探测器。
44.在该实施方案中，所述检测光束优选定向为在与所述材料热或压力传递接触的所述突起的所述前表面处完全或部分反射。换言之，在该实施方案中，检测光束在激发辐射离开测量体并进入材料中的同一表面处被反射。这意味着检测光束在一个区域中被反射，在该区域中可以预期由于在吸收激发辐射后从材料接收到的热或压力波而导致的折射率的相对较大的局部变化，这继而意味着由于所述折射率的局部变化而导致的检测光束的偏转预期相对较大。
45.注意，检测光束被“偏转”的概念与探测器处角度的总变化或撞击位置的变化有关，或者换言之，检测光束的检测位置与其在没有激发和材料吸收的情况下的位置如何不同。因此，这种“偏转”是折射率的局部变化对沿其光路的检测光束产生的累积效应。更仔细的检查表明，在许多情况下，由于折射率的局部变化而导致的光束偏转的一部分发生在检测光束在与材料热或压力传递接触的测量体的表面处反射之前，在这种情况下，该表面由突出的前表面形成。因此，折射率的局部变化通常也导致检测光束在表面上被反射的精确位置的偏移。
46.鉴于这种理解，在优选的实施方案中，突起的前表面在至少一个主方向上弯曲。该弯曲意味着检测光束被反射的位置的所述变化也伴随着入射角的变化，并因此也导致反射角的相应变化。因此，使用弯曲的反射表面，可以增加由检测设备评估的总偏转，如用位置灵敏探测器检测的位置偏移。
47.在优选的实施方案中，所述至少一个主方向上的所述弯曲对应于5-30mm，优选10-20mm的半径弯曲。
48.在优选的实施方案中，所述至少一个主方向上的所述弯曲为凹形或凸形之一。
49.在优选的实施方案中，在所述前表面反射之前和之后的检测光束定义了检测光平面，并且所述至少一个主方向位于所述检测光平面内，或者与检测光平面形成小于30
°
，优选小于20
°
的角度。以这种方式，确保了弯曲对偏转的主要效应位于检测光平面中。
50.注意，在检测光束将在突起的前表面处被反射的情况下，突起的几何形状通常限制检测光束相对于接触表面的可能倾斜角度。例如，如果突起具有高度h和半径r的圆形足印，则检测光束相对于接触表面的倾斜角α必须符合条件tan(α)》h/r，以“配合”到突起中。从不同的角度来看，给定所需的突起高度h和所需的角度α，必须面对半径r的下边界，或者换句话说，足印尺寸的下边界。如上文解释的，通过使用一个或多个锥形侧壁，突起的前表面的尺寸可以在足印的尺寸上减小，以从而允许更小的前表面，并因此即使对于更大的足印面积也允许更高的接触压力。
51.在优选实施方案中可以进行进一步的改进，其中突起是脊形的，在第一方向上具有更长的延伸，并且在与第一方向垂直的第二方向上具有更短的延伸，其中更长的延伸超过更短的延伸至少1.5倍，优选至少2.0倍，更优选至少2.5倍，并且最优选至少3.0倍，并且所述第一方向与所述检测光平面平行，或者与检测光平面形成小于30
°
，优选小于20
°
的角度。换言之，根据该实施方案，检测光平面至少大致对应于脊形突起的长方向，这意味着在突起的给定高度处，检测光束在突起的前表面上的倾斜角度可以更小。同时，利用检测光平
面的这种定向，脊形突起在第二短方向上的延伸通常与倾斜角度无关，并因此可以选择得相对较小，以从而减小前表面的尺寸并允许在前表面处的更高接触压力。
52.在优选的实施方案中，检测光源的布置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，其中检测光束
–
在不存在由于所述折射率的局部变化引起的任何偏转的情况下
–
相对于出射表面的法线，以5
°
或更大，优选10
°
或更大，且最优选15
°
或更大的角度撞击在出射表面上，使得在从测量体的出射表面离开后检测光束被折射，其中出射表面相对于检测光束的方向使得检测光束响应于传递至所述测量体的所述热或压力波的所述偏转增加所述检测光束相对于出射表面的法线的所述角度。
53.在申请人的先前设计中，通常选择测量体的形状，使得检测光束垂直于入口表面和出射表面，以避免由于反射而造成的损失，并避免折射，这在第一眼看来只会使光学设置更加复杂。然而，根据该实施方案，检测光源被布置成使得检测光束至少在出射表面处以上述方式被故意折射。由于通常测量体的折射率将高于周围的折射率，检测光束垂直于出射表面的角度的增加将导致折射光束的角度的甚至更大的增加，使得在检测设备处检测到的光束的偏转进一步增加，从而导致较大的响应信号。以这种方式，可以提高信噪比。检测光束的入射角偏离出射表面的法线的程度越大，这种影响通常越大。然而，当然必须避免达到全反射的“临界”角度。此外，对于接近该临界角的角度，在所述出射表面处反射的检测光束的光的比例将增加，从而衰减实际到达检测设备如光检测器的折射检测光束的强度。因此，入射角的最佳选择可以是折射检测光束的较大折射度和足够强度之间的折衷。无论如何，从法线到轴表面的入射角偏差应至少为5
°
，且优选至少为10
°
，且最优选至少为15
°
。虽然该实施方案有利地与接触表面上的突起一起使用/至少部分地由所述测量体形成，但是也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
54.在优选的实施方案中，检测光源的布置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，其中聚焦透镜在至少一个维度上附接至用于聚焦进入所述测量体中的所述检测光束的入射表面或与其整体成型，和/或准直透镜附接至用于在至少一个维度上准直所述检测光束的出射表面或与其整体成型。
55.发明人已经注意到，如果检测光束在接触表面上反射时被聚焦，则测量质量得到改善，接触表面也是其将与形成在测量体中的热透镜相互作用的区域。对于清晰的特征偏转，有利的是，如果该区域中的检测光束的直径相对较小，这可以利用所述聚焦镜实现。换句话说，聚焦镜的目的不一定是将检测光束真正聚焦在某个焦点上，而是至少在其与热透镜相互作用的区域中减小其直径。然而，这种聚焦意味着检测光束在其朝向检测设备的路径上散开。如果检测设备如位置灵敏探测器直接邻近或至少靠近检测光束的出射表面布置，则这通常不太重要。然而，发明人发现，如果出射表面和探测器之间的距离增加，则测量的信噪比可以进一步增加，因为这将导致更大的偏转程度，例如通过检测光束撞击在位置灵敏探测器上的更大的位置变化来表现。注意，在本文中，“更大的偏转程度”与更大的偏转角度无关，这是“偏转程度”的一个可能含义，而是由检测设备检测到的偏转的更大影响。例如，在测量体的接触表面处的反射和在检测设备处的检测之间的距离可以是至少4cm，在一些实施方案中甚至是9cm或更大，从而对由检测设备检测到的偏转引入某种杠杆作用。然
而，当检测设备位于离出射表面相当距离处时，有利的是，如果检测光束在离开测量体之后被准直，以保持检测光束的直径恒定。然而，需要强调的是，并非总是必须在两个维度上进行聚焦和准直，在许多实际应用中，甚至可以期望在其中一个方向上的某个扩展，这将在下面解释。因此，聚焦镜和/或其他准直透镜必须仅在至少一个维度上有效。实际上，在优选实施方案中，所述聚焦镜和所述准直透镜中的至少一个是圆柱形透镜，其分别至少主要在一个维度上聚焦和准直检测光束。
56.此外，通过将聚焦镜和/或准直透镜附接到测量体，或者甚至更优选地将它们与测量体一体地形成，在装置的组装期间或者甚至在装置的使用期间不需要对这些透镜进行单独的调整。虽然该实施方案有利地与接触表面上的突起一起使用/至少部分地由所述测量体形成，但是也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
57.在优选的实施方案中，所述探测器包括所述检测光束撞击的位置灵敏探测器，其中所述位置灵敏探测器对在至少一个感测方向上检测撞击在其上的检测光束的位置变化敏感。此外，所述位置灵敏探测器的布置使得所述检测光束的所述偏转导致在所述至少一个感测方向上撞击在其上的检测光束的位置变化。最后，在检测光束的光路中提供圆柱形透镜，以用于塑造检测光束的轮廓，使得在所述感测方向上撞击在所述位置灵敏探测器上的检测光束的直径为在垂直于所述感测方向的方向上的检测光束直径的至少1.5倍大，优选至少2.0倍大。发明人注意到，当使用对于检测在至少一个感测方向上撞击在其上的检测光束的位置变化敏感的位置灵敏探测器时，如果光束轮廓使得在位置灵敏探测器上形成的光点以上述方式在感测方向上伸长，则可以增加信噪比，并且在一些实施方案中，增加传感器输出的线性度。这对于测量其各自端部的电流差的位置灵敏探测器尤其如此。使用这种圆柱形透镜建立根据本技术的这一方面的光点的细长形状。虽然该实施方案有利地与接触表面上的突起一起使用/至少部分地由所述测量体形成，但是也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
58.在优选的实施方案中，所述圆柱形透镜是布置在其在所述接触表面处的反射和所述位置灵敏探测器之间的检测光束的所述光路中的准直透镜，其中所述圆柱形透镜布置为至少主要地(但可能专有地)在垂直于所述位置灵敏探测器的所述感测方向的维度上准直所述检测光束，其中所述圆柱形准直透镜优选与检测光束从测量体离开的所述测量体的出射表面整体成型。
59.另外或可选地，位置灵敏探测器可以以偏离检测光束90
°
的角度布置，使得由于该角度，在位置灵敏探测器上形成细长光斑，该光斑在感测方向上具有更大的延伸。
60.在优选的实施方案中，装置还包括将光源光束分成所述检测光束和参考光束的分束器，其中所述参考光束同样被定向为在与所述材料热或压力传递接触的所述测量体的表面处完全或部分反射，但在一个区域中，其中在吸收激发辐射后从材料接收的热或压力波的任何效应是可忽略的。此外，所述装置包括用于检测在其于所述接触表面处反射后参考光束的偏转程度，特别是偏转角度的其他检测设备，其中所述检测设备优选包括光探测器，特别是位置灵敏光探测器。
61.该参考光束暴露于与检测光束相同类型的外部影响，除了由于吸收激发辐射而产生的热或压力波。因此，通过测量参考光束的可能偏转，可以从利用检测光束获得的测量结果中考虑并消除这些外部影响。虽然在优选实施方案中，另外的参考光束与接触表面上的
突起结合/至少部分地由所述测量体形成，但也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
62.在可选的优选实施方案中，所述检测设备包括干涉测量设备，所述干涉测量设备允许评估检测光束的所述相位变化并生成指示所述相位变化的响应信号。
63.在又一可选实施方案中，所述测量体或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。
64.在又一实施方案中，装置包括嵌入所述测量体中的纤维、设置在所述纤维的一端处以用于将检测光耦合到所述纤维中的检测光源，以及设置在所述纤维的另一端的模式探测器。模式探测器适合于响应于由测量体从所述材料接收的热和压力波来检测所述检测光的光学模式的变化。例如，模式探测器可以包括适于使模式可视化的相机，典型地是若干模式的干涉模式，以及配置用于基于相机图像的图像分析来检测模式中的变化的处理器。处理器可以是与模式探测器相关联的专用处理器，或者可以由上述装置的控制系统提供。光学模式的可检测变化可包括模式探测器处光学模式的干涉模式的偏移或旋转。因此，偏移距离或旋转角度是与从材料接收的热量或压力波强度相关联的定量参数，并因此最终指示由材料吸收的激发光的量。注意，可以使用相机或图像传感器容易地检测模式的干涉模式的这种变化，但是其他设备同样也是可能的，例如允许测量某种空间分辨强度值的传感器或探测器，而不必提供完整图像。在该实施方案中，“物理响应”将是由于接收到的热或压力波而引起的纤维光学特性的瞬时变化，并且“响应信号”将是光学模式中的可检测变化，如几种模式的干涉模式的变化。虽然在优选实施方案中，这种类型的模式检测与接触表面上的突起相结合/至少部分地由所述测量体形成，但是也可以在没有这种突起的实施方案中采用它。
65.在优选的实施方案中，所述材料是人类组织，特别是人类皮肤，并且所述分析物是存在于皮肤中的葡萄糖，特别是皮肤的间隙液中的葡萄糖。
66.在优选的实施方案中，使用激光器阵列，特别是量子级联激光器生成所述激发辐射，其每个激光器具有专用波长。
67.在替代优选实施方案中，使用至少一个可调谐激光器，特别地至少一个可调谐量子级联激光器生成所述激发辐射。
68.在优选的实施方案中，一些或全部所述激发波长的范围为5μm-13μm，优选8μm-11μm。在可选的实施方案中，一些或全部所述激发波长的范围为3μm-5μm。该波长范围例如可用于检测脂肪酸中ch2和ch3震动的吸收。
69.本技术的另一方面涉及用于分析包含至少一种分析物的材料的方法，所述方法包括：
70.使具有接触表面的测量体与所述材料热接触或压力传递接触，所述热或压力传递接触允许将由材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递至所述测量体，
71.将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，和
72.检测测量体或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的物理响应，以及基于所述检测的物理响应生成响应信号，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，
73.特征在于：提供了突起，所述突起具有前表面，其朝向所述材料且在材料与接触表
面接触时与材料接触，以及所述激发辐射通过所述突起的所述前表面被辐照到材料中，其中所述突起形成于所述测量体的所述接触表面上，或者
74.其中所述测量体形成所述突起或所述突起的一部分，其中所述测量体的接触表面形成所述突起的所述前表面，并相对于周围结构升高。
75.在方法的优选实施方案中，所述前表面是平的。
76.在方法的优选实施方案中，所述突起具有小于0.3cm2，优选小于0.2cm2，更优选小于0.1cm2，甚至更优选小于0.05cm2，且最优选小于0.02cm2的足印面积。
77.在方法的优选实施方案中，所述突起具有锥形形状，其中一个或多个侧壁朝向所述前表面逐渐变窄。
78.在方法的优选实施方案中，所述突起具有圆形、椭圆形或方形形状的足印。
79.在方法的优选实施方案中，突起为脊形，在第一方向上具有更长的延伸，且在垂直于第一方向的第二方向上具有更短的延伸，其中所述更长的延伸超过所述更短的延伸至少1.5倍，优选至少2.0倍，更优选至少2.5倍，且最优选至少3.0倍。
80.在方法的优选实施方案中，测量材料和测量体之间的接触压力。
81.优选地，方法还包括检查所述接触压力是否低于预先确定阈值的步骤，并且在发现接触压力低于所述阈值的情况下，进行以下步骤中的一项或多项：
82.向用户指示缺少接触压力，
83.防止分析物测量过程开始，和
84.中断当前的分析物测量过程。
85.优选地，方法还包括使用夹紧设备将所述材料固定至接触表面上的步骤，所述夹紧设备包括可在打开位置和闭合位置之间移动的夹紧部件，在打开位置时，夹紧部件远离测量体的接触表面移动，并且在闭合位置时，其靠近所述接触表面，所述夹紧部件朝向闭合位置偏斜，其中当夹紧部件处于打开位置时，所述材料被置于接触表面上，并且其中由于朝向闭合位置的偏置力，所述夹紧部件将所述材料按压在接触表面上。
86.在方法的优选实施方案中，所述压力传感器被布置在所述夹紧设备上。
87.在优选的实施方案中，方法包括使用带子将所述材料固定在接触表面上的步骤。
88.在方法的优选实施方案中，所述测量体能透过所述激发辐射，其中所述激发辐射源将所述激发辐射提供为激发光束，并且
89.其中所述激发光束在其入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体一部分传播，并在所述接触表面处从测量体离开，
90.其中所述激发光束以89.0
°
或更小，优选88.0
°
或更小，且最优选87.5
°
或更小，并且82.0
°
或更大，优选84.0
°
或更大，且最优选85.0
°
或更大的角度在入射表面上撞击。
91.在方法的优选实施方案中，所述激发光束以90
°±
1.5
°
的角度在测量体的接触表面上撞击。
92.在方法的优选实施方案中，入射表面和接触表面在激发光束分别进入和离开测量体的其相应部分处，相对于彼此以1.0
°
或更大，优选2.0
°
或更大，且最优选2.5
°
或更大，并且8.0
°
或更小，优选6.0
°
或更小，且最优选5.0
°
或更小的角度倾斜。
93.在方法的优选实施方案中，所述检测包括生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，
94.测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且
95.所述检测包括检测光路的变化或由于折射率的所述变化引起的检测光束相的变化之一。
96.在方法的优选实施方案中，所述检测光束在入射表面处被辐照到测量体中，使得所述检测光束相对于所述入射表面以89
°
或更小，优选88
°
或更小，且最优选87.5
°
或更小，并且80
°
或更大，优选82
°
或更大，更优选84
°
或更大，且最优选85
°
或更大的入射角，在入射表面上撞击。
97.在所述方法的相关实施方案中，所述测量体被接纳于允许旋转所述测量体的骨架或容器中，诸如当撞击在所述测量体的所述入射表面上时，以调整所述检测光束的所述入射角，其中特别地，所述骨架或容器允许围绕与激发光束平行的轴，偏离平行小于10
°
，优选小于5
°
，旋转所述测量体，其中最优选地，所述测量体的所述轴旋转轴与所述激发光束的位置一致。
98.在方法的优选实施方案中，所述测量体能透过所述检测光束，所述检测光束被定向为在与所述材料热或压力传递接触的所述测量体的表面处完全或部分反射，并且其中所述检测包括在其由于折射率的所述局部变化引起的于所述接触表面处反射之后，检测检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，其中所述检测优选使用光探测器，特别是位置灵敏光探测器进行。
99.在方法的优选实施方案中，所述检测光束被定向为在与所述材料热或压力传递接触的所述突起的所述前表面处完全或部分反射。
100.在方法的优选实施方案中，突起的前表面在至少一个主方向上弯曲。在本文中，所述至少一个主方向上的所述弯曲对应于5-30mm，优选10-20mm的半径弯曲。在所述至少一个主方向上的所述弯曲是凹形或凸形之一。
101.在方法的优选实施方案中，在所述前表面处反射之前和之后的检测光束定义了检测光平面，并且所述至少一个主方向位于所述检测光平面内，或与检测光平面形成小于30
°
，优选小于20
°
的角度。
102.在方法的优选实施方案中，在所述前表面处反射之前和之后的检测光束定义了检测光平面，并且所述第一方向与所述检测光平面平行，或与检测光平面形成小于30
°
，优选小于20
°
的角度。
103.在方法的优选实施方案中，检测光源的布置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，其中所述检测光束撞击
–
在不存在由于折射率的所述局部变化引起的任何偏转的情况下
–
相对于出射表面的法线，以5
°
或更大，优选10
°
或更大，且最优选15
°
或更大的角度在出射表面上，使得检测光束在从测量体的出射表面离开后被折射，其中出射表面相对于检测光束的方向，使得被传递至所述测量体的检测光束响应于所述热或压力波的所述偏转增加所述检测光束与出射表面的法线的所述角度。
104.在方法的优选实施方案中，所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，其中聚焦透镜与入射表面整体成型，以用于在至少一个维度上聚焦进入所述测量体中的所述检测光束，和/或准直透
镜与出射表面整体成型，以用于在至少一个维度上准直所述检测光束。在本文中，所述聚焦镜和所述准直透镜中的至少一个优选为至少主要在一个维度上分别聚焦和准直检测光束的圆柱形透镜。
105.在方法的优选实施方案中，所述探测器包括所述检测光束撞击的位置灵敏探测器，其中所述位置灵敏探测器在至少一个感测方向上检测其上撞击的检测光束的位置变化，
106.其中所述位置灵敏探测器的布置使得所述检测光束的所述偏转导致在所述至少一个感测方向上撞击在其上的检测光束的位置变化，并且
107.其中圆柱形透镜设置在检测光束的光路中，以用于塑造检测光束的轮廓，和/或所述位置灵敏探测器以偏离检测光束90
°
的角度布置，使得在所述感测方向上撞击在所述位置灵敏探测器上的检测光束的直径至少是垂直于所述感测方向的方向上的检测光束直径的1.5倍大，优选至少2.0倍大。
108.在方法的优选实施方案中，所述圆柱形透镜是布置于其在所述接触表面处的反射与所述位置灵敏探测器之间的检测光束的所述光路中的准直透镜，其中所述圆柱形透镜至少主要在垂直于所述位置灵敏探测器的所述感测方向的维度上准直所述检测光束，其中所述圆柱形准直透镜优选与所述测量体的出射表面整体成型，在所述出射表面处，检测光束从测量体离开。
109.在方法的优选实施方案中，光源光束被分成所述检测光束和参考光束，其中所述参考光束同样被定向为在测量体的与所述材料热接触或压力传递接触的表面处，但是在吸收激发辐射时从所述材料接收的热或压力波的任何效应可忽略不计的区域中被完全反射或部分反射，并且其中检测在其于所述接触表面处反射之后参考光束的偏转程度，特别是偏转角度，优选使用光探测器，特别是位置灵敏光探测器。
110.在方法的优选实施方案中，所述检测包括使用干涉测量设备，其允许评估检测光束相的所述变化，并生成指示相的所述变化的响应信号。
111.在方法的优选实施方案中，所述测量体或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。
112.在方法的优选实施方案中，光纤被嵌入所述测量体中，检测光源设置在所述纤维的一端，以用于将检测光耦合到所述光纤中，并且模式探测器设置在所述纤维的另一端，其中使用所述模式探测器，检测所述检测光的光学模式响应于测量体从所述材料接收的热或压力波的变化，其中光学模式的所述变化优选包括模式探测器处光学模式的干涉模式的偏移或旋转。
113.在方法的优选实施方案中，所述材料是人类组织，特别是人类皮肤，并且所述分析物是皮肤中存在的葡萄糖，特别是皮肤间隙液中存在的葡萄糖。
114.优选地，方法还包括使用激光器阵列，特别是量子级联激光器生成所述激发辐射的步骤，其每个激光器具有专用波长。
115.优选地，方法还包括使用至少一个可调谐激光器，特别地至少一个可调谐量子级联激光器生成所述激发辐射的步骤。
116.在方法的优选实施方案中，一些或全部所述激发波长的范围为5μm-13μm，优选8μ
m-11μm。
117.附图的简要说明
118.图1是根据本技术的一些实施方案的测量原理的示意图。
119.图2显示了减去水背景的于水中的葡萄糖的吸收谱。
120.图3是依赖于基于检测光束的偏转的响应信号的用于分析材料的装置的示意性横截面视图。
121.图4显示了利用图3所示类型的装置获得的clarke误差网格分析结果。
122.图5是一种用于分析材料的装置的示意图，其依赖于基于对进行分析材料所接收的热和压力波的响应的压电响应的响应信号。
123.图6是用于分析材料的装置的示意图，其依赖于基于检测光束中干涉检测的相位变化的响应信号。
124.图7是根据本技术一个实施方案的装置的截面侧视图示意图。
125.图8是图7的装置的剖面前视图示意图。
126.图9是示出检测光束的偏转的装置示意图。
127.图10是与图9类似，但在测量体的出射表面处具有另外的检测光束折射的装置的示意图。
128.图11是示出了使用用于检测光束的弯曲反射表面的增加的偏转的示意图。
129.图12是与图7类似的装置的示意图，其中所述位置灵敏探测器相对于检测光束以一定角度布置。
130.图13是与图7类似的装置的示意性顶视图，其中其中除检测光束外还使用了参考光束。
131.图14是图13的装置的透视图。
132.图15是其他装置的示意图，其中所述响应信号对应于在测量体中包含的纤维中形成的光学模式变化。
133.图16显示了在测量体中形成了热梯度情形下的与图15相同的装置。
134.图17显示了包括夹紧设备的装置。
135.图18是用于基于检测光束的两部分的干涉信号测量分析物的其他装置的顶视图。
136.图19是图18的装置的透视图。
137.图20是根据本技术的一实施方案处于横截面视图的装置的示意图，其中所述突起由测量体形成。
138.图21是包括测量体作为其一部分的突起的支撑结构的透视图。
139.图22是图21的支撑结构的顶视图。
140.图23是图21的支撑结构的一部分的横截面视图。
141.优选实施方案的描述
142.应当理解，上述一般描述和以下描述都只是示例性和解释性的，并且不限制本文所描述的方法和设备。在本技术中，除非另有明确规定，否则单数的使用可以包括复数。而且，“或(or)”的使用意指“和/或(and/or)”，如适用或另有规定。本领域普通技术人员将认识到，以下描述仅是说明性的，并不旨在以任何方式限制。其他实施方案将容易地向受益于本公开的此类技术人员提示自己。现在将详细参考如附图所示的示例性实施方案的各种实
现。在整个附图和以下说明书中，将尽可能使用相同的参考符号来表示相同或类似的项目。
143.图1是上文概述的分析物测量程序的测量原理示意图，并在下文中详细描述。虽然本技术的方法和装置适用于分析包括至少一种分析物的各种材料，但以下描述将集中于具体实施方案，其中材料是患者的皮肤，并且分析物是皮肤间隙液中的葡萄糖。应理解的是，下文具体参考葡萄糖测量给出的所有细节和解释也被认为与其他材料和分析物相关(如适用)，在下文中未明确提及。
144.在图1的图示中，用户的指尖12与测量体16的接触表面14热接触。指尖可以通过声学单元声学耦合到测量体，声学单元可以包括填充有允许将压力波传递至测量体的液体或气体的中空空间。为了确定皮肤中，特别是皮肤间隙液中葡萄糖的浓度，一个接一个或至少部分地在吸收测量的同时选择各种波长的激发辐射18，使得可以从测量的吸收值确定葡萄糖的浓度。在图2中，显示了水中不同浓度葡萄糖的吸收谱，其中减去了水吸收的贡献。如其中所见，葡萄糖分子在中红外区域具有几个特征吸收峰，所述中红外区域波数范围在993cm-1
和1202cm-1
之间，分别对应于10.07μm-8.32μm范围内的波长。在相邻吸收峰之间，可以看到局部吸收最小值，其在图2中通过没有波数的垂直箭头指示。从图2可以明显看出，特别是吸收峰处的吸收差异和局部吸收最小值是葡萄糖浓度的特征。因此，为了能够确定葡萄糖浓度，优选测量在一些或所有吸收峰处和一些或所有局部吸收最小值处的吸收，并且可能还测量在最大值和最小值之间的某个点处的吸收。这些波长在本文中被称为“分析物(葡萄糖)-特征波长”。虽然精确地处于吸收峰值或局部吸收最小值的波长是葡萄糖特征波长的优选选择，但是也可以使用接近峰值/局部最小值但与它们相距单独定义的距离的波长。因此，如本文所理解的，“分析物特征波长”也是吸收与最接近吸收峰或最接近局部吸收最小值处的吸收差小于最接近吸收峰值和最接近局部吸收最小值之间的吸收差的30％，优选小于其20％。
145.激励光束18的强度以特定频率f进行时间调制，使得激发辐射(在这种情况下为激发光)具有高强度和低强度或甚至消失强度的交替间隔。不希望将调制限制为任何特定波形，高强度间隔在下文中被称为“激发光脉冲”。在激发光脉冲期间，具有葡萄糖特征波长的激发光将被吸收，从而辐射能量将被转换成热。由于葡萄糖分子在大约10-12s内从激发状态松弛，因此对于所有实际目的而言，相应的热脉冲和/或压力波的产生可以被视为瞬时发生。
146.因此，与激发光脉冲一起，在吸收部位产生的局部热脉冲，导致温度场，该温度场作为空间和时间的函数而变化，并且可以称为热波。如上文解释的，术语热“波”有些误导，因为热通过材料的行进不是由波动方程控制的，而是由扩散方程控制的。然而，“热波”的概念至少在热脉冲从皮肤内传播到测量体16的表面14并进入测量体16中这一程度上是正确的，这与人们从波传播中使用的类似。由这种热脉冲引起的热梯度20在图1中示意性地示出。
147.测量体16从手指12的皮肤接收的热量引起物理响应，该物理响应可以用各种可能的检测设备中的一种检测到，这些检测设备被设计用于基于物理响应生成响应信号，其中该响应信号指示激发光的吸收程度。下面将描述检测物理响应并生成适当响应信号的各种方式。
148.然而，无论检测物理响应的精确方式如何，值得注意的是，其中可以通过行进到测
量体16的热脉冲的方式检测吸收的皮肤表面下的最大深度被发现限于皮肤的热扩散长度μ
t
的良好近似值，其定义为
[0149][0150]
并且其取决于密度ρ、比热容c
p
和材料的热导率k
t
以及激发光的调制频率f。换言之，通过选择调制频率f，可以定义激发光的任何吸收在测量体16处接收的热脉冲中被反射的深度。
[0151]
再次参考图1，在所示的实施方案中，对从皮肤接收的吸收热的物理响应是在接近测量体16的表面14的区域中的折射率变化，在该区域中，热梯度20暂时形成。折射率的这种局部变化形成了可以被视为热透镜的东西，该热透镜可以通过检测光束22的方式来检测。检测光束22穿过热透镜或热梯度区域20，然后在测量体16和手指12的皮肤的界面处反射。每当从皮肤接收到热脉冲时，发生折射率的局部变化，并且这导致检测光束22由于与热透镜区域中的测量体材料的相互作用而偏转。在图1中，参考符号22b对应于未偏转的检测光束22，而参考符号22a对应于当检测光束由于热梯度区域20中形成的热透镜而偏转时的检测光束。该偏转可以被测量并且形成上述响应信号的实例。偏转程度指示接收的热量，并因此也表示手指12皮肤中激发光18的吸收程度。在本文中，“偏转程度”可以指偏转角度，但更一般地对应于相应检测设备可检测的检测光束之间的任何偏差。
[0152]
图3显示了依赖于如参考图1所示的测量原理的装置10的更详细的截面视图。设备10包括外壳24，外壳24包括测量体16，具有顶部表面(接触表面)14，手指12放置在该顶部表面上。在外壳24内，提供激发光源26，其产生激发光束18。在所示实施方案中，激发光源26包括量子级联激光器阵列，每个量子级联激光器具有专用波长。例如，量子级联激光器阵列可以包括单个量子级联激光器元件，其波长对应于图2所示的吸收峰和局部最小值(即葡萄糖特征波长)，以及可以用于参考测量的其他波长，或用于检测可能干扰葡萄糖测量的其他物质，例如乳酸盐或白蛋白。激光器阵列可以将激发光束直接照射到测量体16中并穿过测量体16，但是它也可以照射到光波导(未示出)中，光波导将激光器阵列与测量体耦合，并以弯曲或非弯曲的方式将激发光束引导到测量体16。在通过单个可调谐激光器产生激发光束的情况下，也可以使用光波导。
[0153]
装置10还包括用于发射检测光束22的光源28，例如激光器，以及允许检测检测光束22偏转的位置敏感探测器30，其允许检测检测光束22的偏转。注意，如在本文中理解的，术语“光束”不限于可见光范围内的光，尽管在优选的实施方案中，检测光束22将确实在可见光谱范围内。在这种情况下，测量体16能透过激发光束18以及检测光束22。另外，提供了照相机32或其他成像设备，其允许在从测量16体内部到手指12的方向上采集光介质16的接触表面14的图像，以从而记录放置在接触表面14上的手指12的指纹。该指纹可以由控制单元34处理，诸如以经由他或她的指纹识别用户。控制单元34还用于分别控制激励光和检测光的光源26和28以及传感器30。控制单元34也与外部数据处理设备36无线连接以交换数据。例如，经由无线连接，控制单元34可以经由通过经由指纹识别的用户检索用户特定校准数据。控制单元34和外部数据处理设备36一起形成如本文提及的“控制系统”的实例。控制系统可以由一个或多个处理器、微控制器、计算机、asics、fpgas等组成。如图3所示，控制系统可以是分布式的，具有彼此数据通信的各种组件，或者可以由单个控制单元形成，如控制
单元34，该控制单元将被设计用于本文所述的所有控制功能。控制系统通常可以硬件、软件或两者的组合来实现。
[0154]
如图3中进一步可见的，激发光源26和检测光源28以及位置灵敏探测器30都附接到公共载体结构38上。这意味着这些部件可以在该结构38上精确地预组装，从而在组装装置10时不需要对其进行单独调整或校准。激发光源26和/或检测光源28中的一个或多个以及位置灵敏探测器30也可以直接安装在测量体16上，以避免额外的调整或校准。
[0155]
另外，装置10包括角膜测量设备40，其允许测量皮肤的含水量。用于测量皮肤上层中的水分含量的角膜测量设备本身是本领域已知的，并且本文不需要详细描述。例如，已知的角膜测量设备使用施加有ac电压的两个叉指电极测量阻抗，特别是皮肤的电容阻抗。当指尖12靠在测量体16的接触表面14上时，图3的角膜测量设备40与指尖12接触。
[0156]
装置还包括用于测量皮肤的ph值的ph传感器42。用于测量表面，包括皮肤的表面上的ph值的ph传感器本身是从现有技术已知的，并且本文不需要详细描述。用于测量皮肤ph值的ph传感器在商业上可用于医疗但也可用于化妆品目的。
[0157]
图4显示了利用图3所示类型的装置获得的clarke误差网格分析的结果，说明通过参考图1-图3所述的测量程序，确实可以以纯无创的方式测量非常可靠的血糖浓度。图4所示数据取自w0 2017/09782a1，并且尚未反映本技术的改进。本技术允许甚至进一步提高该方法的可靠性，如下所述。
[0158]
图5示意性地示出了装置10，其依赖于与图1和图3相同的一般原理，涉及吸收测量体16从材料12接收的热脉冲，但不同之处在于所利用的物理响应和产生相应响应信号的方式。这样的装置10以及其大量变型在通过引用并入本文的w0 2019/11059782中详细描述，使得在本文中可以省略详细描述。如前所述，装置包括具有接触表面14的测量体16，该接触表面14与手指12的皮肤接触或耦合。而且，提供了具有调制强度的激发光束18的源26，该激发光束18被辐照到皮肤12的表面下方的区域44中并在其中被吸收。在该实施方案中，激发光束18穿过测量体16中的孔46，该孔46由穿过测量体16的虚线表示，使得测量体16的材料本身不需要能透过它。
[0159]
提供控制单元48以用于调制激发光束18的强度。这通常可以通过各种方式实现，包括机械斩波器或具有可电子控制的透射率或反射率的元件。然而，在优选实施方案中，通过调制激发光源26的开/关时间以及在其开启时间期间的操作电流来调制强度。
[0160]
由皮肤12的区域44中的强度调制激发光束18的时变吸收引起的热波(通过箭头50象征性地表示)进入测量体16，在测量体16中可以在具有压电特性的检测区域52中检测到热波。与接收到的热量50或压力波相关的压力变化导致可以用电极6a-6d记录的电压变化形式的电信号，电极6a-6d经由导电引线54与用于分析材料(手指12的皮肤)的评估设备56连接，评估设备56可以是数字处理设备，例如微控制器或处理器或计算机。在这种情况下，压力的变化类似于测量体16或其中包括的其他组件在吸收激发辐射后对从材料12接收的热的物理响应，其使用测量体16或其一部分或嵌入测量体中的压电元件和电极6a-6d的压电特性来检测，并且其导致产生指示激发辐射18的吸收程度的响应信号的电信号。
[0161]
在本技术人提出的替代变型中，如例如通过引用包括在本文中的国际申请pct/ep2019/064356中公开的，检测设备可以包括干涉测量设备，该干涉测量设备可以嵌入测量体中，并且其允许评估检测光束的第一部分的相位相对于检测的光束的第二部分的所述变
化，其中通过测量臂的检测光束的仅一部分受到测量体中热或压力波的效应的影响，并在干涉测量设备的输出侧上产生指示测量臂中相位的所述变化的响应信号。在这种情况下，测量体16(或其中包括的组件)对在吸收所述激发辐射18后从所述材料12接收的热的物理响应再次是折射率的局部变化，而在这种情况下，响应信号是反映由于折射率的局部变化导致的检测光束的一部分的相位变化的干涉信号。这在图6中进行了示意性说明，其中显示了将与材料接触的测量体16(如手指，图6中未显示)。在这种情况下，测量体16可以是硅基底，其中提供光导结构58，其形成干涉测量设备60。干涉测量设备60形成mach-zehnder干涉仪，其具有测量臂60a和参考臂60b。由检测光源28产生的检测光22被馈送到光导结构58中，并且被分束器60c分束为沿着测量臂60a行进的检测光束的一部分或部分和沿着参考臂60b行进的检测束的一部分或者部分，然后这些部分被合束器60d合并。测量体16被使用或布置成使得参考臂60a在吸收激发光后暴露于从皮肤接收的热，而不是，或者至少在小得多的程度上暴露于参考臂60b。由于接收到的热量，测量臂60a中的折射率将改变，这继而又导致沿着测量臂60a行进的检测光22的相移。由于沿着参考臂60b行进的光不受所接收的热量的影响，通过合束器60d合并的光的两个部分的相对相将发生变化，这导致可以使用探测器62检测到的干涉模式。应该注意，图3中所示的用于检测和分析指纹的相机也可以与图5和6中所示的测量体16和装置组合。
[0162]
图7以侧剖视图显示了根据本技术实施方案的装置10的示意图。图8显示了同一装置10的前剖视图。在图7和8所示的实施方案中，材料同样是用户手指12的皮肤，并且待评估的分析物是皮肤中的葡萄糖含量，并且特别是其中的间隙液中的葡萄糖含量。图7和图8的实施方案允许确保激发辐射18可靠且一致地传输到手指12的皮肤中。图7和8中所示的测量体16能透过激发辐射18，并且除了接触表面14之外，还具有用于激发辐射18的入射表面70，这是图7和8所示的底表面。
[0163]
测量体16还具有用于检测光束22的入射表面72，在图7的图示中，入射表面72对应于左侧壁，并且出射表面74对应于右侧壁。与入射表面72和出射表面74一体地分别形成相应的聚焦镜76和准直透镜78。在所示实施方案中，聚焦和准直透镜76和78与测量体16的其余部分整体形成。在其他实施方案中，聚焦和准直透镜76和78可以与测量体16分开形成，但可以分别附接到入射表面70和出射表面74，使得不需要单独对其进行调整。
[0164]
此外，在测量体16的接触表面14上形成有突起80。突起80具有前表面82，其与手指12的皮肤接触，并且通过其在本实施方案中由中红外范围内的激发光束18形成的激发辐射18通过该前表面82辐射到皮肤中。突起80有四个侧壁84，每个侧壁都朝向前表面82逐渐变窄。以这种方式，前表面82的面积小于突起80在所述接触表面14上的足印面积。如从图7和8的比较中可以看出，突起80是脊形的，在第一方向，即位于图7的纸面中的x方向上具有较长的延伸，并且在与第一方向垂直的第二方向，即位于图8的纸面中的y方向上有较短的延伸。
[0165]
最后，在接触表面14上设置压力传感器86，其测量手指12和接触表面14之间的接触压力。压力传感器86与控制系统连接，如图3的控制单元34(未显示)。
[0166]
接下来，将解释图7和8所示的各种特征的功能。如图7所示，激发辐射18的入射表面70不平行于接触表面14或突起80的前表面82。相反，测量体略微呈楔形。此外，激发光源26被布置成使得激发光束18以偏离90
°
的角度撞击在入射表面上。
[0167]
这与例如图3中所示的布置不同，图3中故意使激发光束以90
°
的角度撞击在入射
表面上，诸如以避免激发辐射光束在入射表面处的折射和过度反射。然而，如上文解释的，利用这种布置，部分激发辐射18将从入射表面70反射，并可能干扰从激发辐射源26发射的激发辐射18。发明人发现该干扰可能导致手指12的皮肤中激发辐射18的强度出现波动，从而导致响应信号中与分析物浓度完全无关的人为变化。然而，当避免激励光束18在入射表面70上的垂直入射时，可以抑制图7所示的入射辐射18和反射辐射18’之间的干扰，并且可以提高整体测量的准确性和可靠性。
[0168]
在优选实施方案中，入射角应仅偏离90
°
几度(如果有的话)。有利的入射角可以是89.0
°
或更小，优选88.0
°
或更小，且更优选87.5
°
或更小。角度的最佳选择还将取决于激发辐射源26和入射表面70之间的距离。与90
°
的偏差不应选择得大于可靠避免不期望的干扰效应所需的偏差。在优选的实施方案中，入射角因此为82.0
°
或更大，优选84.0
°
或更大，且最优选85.0
°
或更大。
[0169]
突起80具有增加手指12和测量体16之间的局部接触压力的特殊技术效果。更准确地说，增加的接触压力发生在突起80的前表面82处，该前表面82是激发光束18从测量体16耦合到手指12的皮肤中的地方。这种增加的接触压力允许确保测量体14和皮肤之间的良好和可靠的光学耦合。
[0170]
利用该突起80可获得的显著改善使本发明人感到惊讶，因为通常，在申请人的先前装置中获得了具有完全平的接触表面14的足够的光学耦合，使得提供突起80所涉及的额外的制造成本和增加的复杂性不明显是值得的。
[0171]
然而，发明人发现，尽管具有完全平的接触表面14的光学耦合通常看起来令人满意，但特别不一致或不稳定的光学耦合可能是测量不准确的来源。如以上概述中所解释的，发明人注意到，光学耦合可以在单个测量过程中改变，即，无需有意将指尖移动到接触表面上或甚至离开接触表面。在一些情况下，发现这导致被分析物实际吸收的激发辐射强度的变化，并因此导致响应信号的变化，该变化与分析物在激发辐射波长或分析物浓度下的吸收率无关。换言之，在部分测量期间的光耦合损失可能被误解为在给定激发波长下的吸收率降低。如上文解释的，评估分析物光谱通常涉及测量多个特征波长处的吸收，例如对应于分析物吸收光谱的峰值或局部吸收最小值的波长，并且还涉及与不同波长相关联的响应信号的数学组合。例如，可以从吸收峰的响应信号中减去在吸收光谱的局部最小值处获得的响应信号，以给出代表皮肤中葡萄糖浓度的值。显然，在不同波长的测量之间，或者甚至在特定波长的测量期间，材料中的光耦合以及因此的激发辐射的有效强度的任何变化都可能导致测量结果中的伪影或不准确。
[0172]
如在本技术的概述中所解释的，不完全清楚准确为什么在测量期间接触表面和材料之间的光学耦合应当改变，例如，是因为用户未能保持手指和接触表面之间的接触压力恒定，还是用户无意中在接触表面上移动指尖。无论具体的潜在原因如何，发明人注意到，使用诸如如图7和8所示的突起80，其前表面82与手指12的皮肤接触，其中局部接触压力增加，可以显著稳定光学接触。前表面具有的尺寸可以小于5mm2，特别地小于3mm2，并且可以是平的或以凹或凸的方式弯曲。
[0173]
为了在测量期间进一步确保恒定的接触压力，设置了压力传感器86。压力传感器86产生指示手指12和测量体16的接触表面14之间的接触压力的信号。该信号被传送到控制系统(未示出)，该控制系统配置为检查所感测的接触压力是否低于预先确定阈值。如果发
现是这种情况，则通过适当的输出设备，如显示器、光信号、声信号等方式向用户指示这一点，从而可以提示用户增加接触压力。此外，控制系统配置为在接触压力低于阈值时防止分析物测量过程开始，从而避免要执行的具有可疑质量并且可能必须重复的测量，这可能导致用户的不耐烦或沮丧。此外，如果在测量期间发现接触压力下降到低于阈值，则分析物测量过程被中断，再次给用户机会以恢复原始接触压力，从而可以完成测量。压力传感器也可以位于测量体16中的突起80的下方，并且被实现为可以透过激发光束的压电元件(未示出)。
[0174]
注意，到目前为止参考图7所解释的每个特征和功能与可靠地将一致量的激发辐射耦合到手指12的皮肤中有关，并且因此独立于测量体(或其中包括的组件)对从手指12的皮肤或生成相应响应信号的检测设备接收的热或压力波的物理响应的具体类型。因此，这些特征可以与图1、3、5和6中所示的任何变体结合使用。
[0175]
在图7的实施方案中，测量体16接收到的对热或压力波的物理响应是折射率的局部变化，并且该物理响应是经由在突起84的前表面82处反射的检测光束22的偏转来检测。如图7所示，检测光束22由检测光源28产生，并且使用位置灵敏探测器(psd)30(其也可以称为位置灵敏设备)检测检测光束22的偏转。如本文所理解的，“检测光束22的偏转”表示检测光束在相应检测设备处的总偏差，并且具体参考图7的实施方案，它表示检测光束22在psd 30上的位置偏差。该偏差是由折射率的局部变化引起的检测光束22沿其光路传播的所有变化的组合效应。
[0176]
图7和图8中所示的突起80的特定脊形几何形状已适用于该检测设置。在突起80的前表面82处反射之前和之后的检测光束22限定了一个检测光平面，在图7和图8的实施方案中，该检测光平面对应于x-z平面，即图7的纸面，并且该检测光面与脊形突起80的第一较长方向的位置一致。实际上，如从图7清楚可见的，突起80在检测光平面中的这种较大的延伸是必要的，以使入射和反射的检测光束22配合到突起80中。相反，如从图8清楚可见的，在垂直于该检测光平面的方向上，即脊形突起80的“第二方向”上，可以使该延伸小得多，以从而将前表面82的表面积作为整体保持得较小，并因而增加局部接触压力。
[0177]
此外，在检测光束22的入射表面72处的聚焦镜76允许检测光束直径22在其在突起80的前表面82上反射的区域中保持较窄，该区域也是将形成热透镜(图7中未示出)的区域。窄的光束直径促进了检测光束22在热透镜处的清晰和特性偏转，热透镜本身仅具有相对较小的尺寸。
[0178]
检测光束22的出射表面74处的准直透镜78允许在检测光束22在出射表面72和psd 30之间的行进中保持检测光束22的直径至少接近恒定。这意味着由检测光束20获得的任何偏转角度将导致检测光束22撞击在psd 30上的位置的较大偏移，从而增加响应信号的信噪比。例如，突起80的前表面82处的反射部位与psd 30之间的距离可以是4cm或更大，在一些实施方案中甚至是9cm或更大。
[0179]
在图7所示的实施方案中，聚焦镜76和准直透镜78均显示为在两个主方向上具有聚焦和准直效果的球面透镜。然而，在其他实施方案中，特别是准直透镜78可以是圆柱形透镜，其仅在图7中的y方向上具有其准直效果，而与图7中所示的不同，检测光束20可以在x-z平面，即图7的纸面上展开。这意味着psd 30上的检测光束22的光斑将是椭圆形的，较长的直径平行于psd 30的感测方向，这也是光点在检测光束20偏转后移动的方向。光点的这种
细长形状同样被发现导致更好的信噪比和更好的响应信号线性度。
[0180]
如本文所理解的，检测光束20的“偏转”与检测光束20与其“未受干扰”光路的总偏差有关，即不存在由于由测量体16接收的热或压力波引起的折射率的局部变化，如通过检测设备如psd 30测量的。因此，这种“偏转”是折射率的局部变化沿其光路对检测光束20产生的累积效应。在实践中，偏转总是倾向于很小，并且为了获得更准确和可靠的测量结果，提高响应信号的信噪比很重要。上面已经参考图7解释了一种可能的方法，即通过增加出射表面74和psd 30之间的距离。下面将参考图9-11讨论提高信噪比的其他方法。
[0181]
不希望受理论束缚，图9示出了发明人目前所理解的偏转机制，该机制与实际测量完全一致。在图9中，未受干扰的检测光束以实线显示，具有入射部分22和出射部分22b。当激发辐射脉冲18被图12的皮肤吸收时，如上文解释的，产生热脉冲，该热脉冲行进穿过皮肤并进入测量体16中，在测量体16中其引起折射率的局部变化，其在本文中称为“热透镜”，并示意性地显示在图9中的参考符号20处。在该实施方案中，热透镜20被发现是折射率增加的区域，这导致如虚线折射和反射检测光束20a所示的折射。反射检测光束22a与未受干扰的反射检测光束22b的偏差在本文中称为“偏转”。
[0182]
注意，在图9中，测量体16的入射表面72和出射表面74成一定角度，以便与入射和出射检测光束22形成直角。光学边界的这种正交布置是该领域的自然选择，因为它允许减少反射而且避免衍射，这将使光学设置更加复杂。然而，在图10的实施方案中，至少出射表面74被布置成诸如以不垂直于反射的检测光束22b。相反，检测光束22b相对于出射表面74的法线形成角度α1，使得未受干扰的检测光束22b在以大于α1的角度β1离开测量体16时被折射，因为测量体16的折射率高于周围的折射率，在本实施方案中，周围是空气。
[0183]
偏转光束22a同样在出射表面74处被折射。然而，由于与热透镜20的相互作用，入射角α2大于未受干扰的检测光束22b，并且根据snell定律，折射角β2明显大于β1。换句话说，折射角度之间的差值β
2-β1大于入射角α
2-α1的角度之间的差值，即β
2-β1》α
2-α1，从而增加了通过psd 30(图10中未显示)测量的反射检测光束22a的偏转。这允许进一步增加信噪比。
[0184]
最后，参考图11，显示了一实施方案，其中测量体16的接触表面14在检测光束22被反射的区域中弯曲。换言之，该区域中的测量体具有凹入弯曲的凹部。如图11中示意性示出的，由于折射率的局部变化，光束22的部分偏转发生在检测光束22在与手指12热或压力传递接触的测量体表面处反射之前。这意味着折射率的局部变化还导致检测光束22在表面上被反射的精确位置的偏移。
[0185]
鉴于这种理解，在图11所示的实施方案中，接触表面14具有弯曲部分88。由于这种弯曲，检测光束22在弯曲部分88上反射的精确位置的变化伴随着入射角的变化，并因此也导致反射角的相应变化，如图11中可见的。因此，使用弯曲的反射表面，可以增加由检测设备评估的总偏转，如利用位置灵敏探测器30检测到的撞击检测光束22的位置偏移，从而进一步允许增加信噪比。注意，在图11中，弯曲部分88显示为形成在其他方面平坦的接触表面14中，但弯曲部分同样可以形成在图7和图8中所示的突起80的前表面82中。此外，虽然在图11中所示的实施方案中，弯曲部分88是凹形的，但也可以利用凸形弯曲部分(未显示)获得类似的效果，因为在这种情况下，折射率的局部变化也会伴随着检测光束撞击在弯曲部分上的位置的变化，并因此也会伴随入射角的变化。
[0186]
此外，在图11中，弯曲部分88显示为具有球形形状，即在两个主要方向上具有相同
或相似的弯曲。然而，在其他实施方案中，弯曲部分88可以主要地或甚至专门仅在一个方向上弯曲，例如具有圆柱体的截面形状(截面平面平行于圆柱体轴线)。这在凹形弯曲部分88的情况下是特别有利的，其中在这种情况下，手指12可以平行于凹形弯曲部的纵向轴线放置，从而允许在弯曲部的弯曲表面上特别良好的接触。如上所述，在优选实施方案中，弯曲部分88在至少一个主方向上的半径范围为5-30mm，更优选10-20mm。在优选实施方案中，弯曲区域88在主方向上宽度至少为300μm，且最多为半径弯曲的两倍。
[0187]
如上文所述，在许多实施方案中，有利的是，如果psd 30上的检测光束22的光点具有细长形状，例如和椭圆形状，其长轴平行于检测方向。例如，可以通过仅在垂直于检测方向的方向上准直检测光束22来获得这种细长形状，如上面参考图7所解释的。然而，另外或可选地，光斑的细长形状可以通过相对于检测光束22在检测光平面中倾斜psd 30来获得，如图12所示，使得其以偏离90
°
的角度撞击在psd 30上。例如，入射到psd 30的检测表面上的角度可以小于80
°
，优选小于70
°
，且最优选小于50
°
。
[0188]
图13和14分别以俯视图和透视图显示了与图7相似的另一装置10。与图7的装置类似，图13和图14的装置包括在测量体16的接触表面14上反射的检测光束22和允许检测由于与参考标记20处所示的热透镜的相互作用而导致的检测光束22的偏转的检测设备，如psd 30。在图13和14的实施方案中，检测光束22通过分束器90的方式从光源光束88导出。分束器92透射形成检测光束22的光源光束88的一部分，并反射形成参考光束92的另一部分。使用镜子94，参考光束92同样被引导以在接近检测光束22的反射位置的位置处，且特别是在操作中的手指12(未示出)将接触接触表面14的区域中，在测量体16的表面14处被全部或部分反射。然而，参考光束92在接触表面上(或者更准确地说，在接触表面14和材料，即手指12之间的界面处)的反射点充分远离激发光束18被吸收的区域，使得在激发辐射18被吸收后从手指12中接收到的热或压力波的任何影响都是可忽略不计的。这如图13和14所示，其中可以看到热透镜20没有延伸到参考光束92在测量体16的接触表面14上被反射的区域。
[0189]
在图14中，参考标记93表示检测光束22和参考光束92进入和离开测量体16的点，并且主要显示为帮助成像三维结构。注意，在图14的示意图中，为了简单起见，检测光束22和参考光束92在入射和出射表面处未显示折射。提供另一检测设备96以用于检测参考光束92的偏转程度，并且在所示实施方案中，其由与psd 30相同类型的psd形成。
[0190]
可以看出，参考光束92将暴露于与检测光束22相同的所有或几乎所有类型的噪声、振动、扰动或外部影响，除了热透镜20的影响之外，或者换言之，由于激发光束18的吸收而接收的热或压力波。因此，可能导致检测光束22偏转的全部或至少大部分类型的外部影响，除了归因于材料中的吸收的那些之外，也将影响参考光束92，并且可以通过另外的探测器96测量。接着，另外的探测器92相对于参考光束92的测量结果可用于校正psd 30相对于检测光束22的测量结果中的这些影响，以从而改善测量信号质量。
[0191]
参考图15和图16，示出了装置的另一实施方案，该装置包括嵌入测量体16中的光纤98。在所述纤维98的一端提供检测光源28，以用于将检测光耦合到所述纤维98中。在纤维98的另一端提供模式探测器100。模式检测器100适合于检测所述检测光的光学模式响应于由测量体16从所述材料接收的热和压力波的变化。例如，模式探测器100可以包括适合于使模式可视化的相机，并且更准确地，光学模式的干涉模式。在图15的右侧，示意性地显示了由这种模式相机生成的图像，其中可以在特定旋转方向上看到光学模式104，且更准确地
说，可以看到光学模式的干涉模式。
[0192]
图16显示了与图15相同的装置，其中，然而，由于从诸如手指12(图15和16中未显示)的材料接收到的热或压力波，形成了热梯度20。这将导致光纤98的瞬时变形，如图16的放大部分所示，其中出于说明目的，该变形被高度放大。光纤98的这种瞬时变形将导致模式相机100检测到的光学模式的变化。在图16所示的示例性实施方案中，模式的变化相当于模式的干涉模式的旋转，如通过图15和图16中示意性显示的模式图像的比较可见的。在其他实施方案中，模式的改变可以例如对应于模式的干涉模式的偏移。
[0193]
在所示实施方案中，模式检测器100包括处理器(未单独示出)，该处理器配置用于基于相机图像的图像分析来检测模式的改变。如上所述，光学模式的可检测变化可包括纤维内以及模式相机100上光学模式的干涉模式的偏移或旋转。因此，偏移距离或旋转角度是与从材料接收的热量或压力波强度相关的定量参数，并因此最终指示材料吸收的激发光的量。图15和图16的装置的优点在于，它非常简单、坚固，且几乎不需要对光学组件进行任何调整。它特别适用于便携式装置。
[0194]
图17显示了根据另一实施方案的装置10的侧视图和透视图。装置10是具有类似于小型智能电话的尺寸的便携式葡萄糖测量设备。在图17的上视图中，显示了具有接触表面14的测量体16，在这种情况下，该测量体具有与图11相似的弯曲部分。在接触表面14上，可以以图17所示的方式放置手指12，其中手指12仅由圆柱形结构示意性地表示。虽然图16和17中未显示装置的其他细节，但该设备的测量原理与图11相似，使用在曲面上反射的检测光束(未显示)。如参考图11所解释的，这导致测量光束的偏转特别大，并因此信噪比特别高。
[0195]
图17进一步显示了夹紧设备106，包括夹紧部件108。夹紧部件108可枢转地安装在第一端(图中的左端)，并由扭转弹簧114偏置到图17的上视图所示的闭合位置中，在该闭合位置，夹紧部件108靠近接触表面14。在夹紧部件108的第二端，提供了手柄部件110，该手柄部件110允许抓握夹紧部件108，并使其克服扭转弹簧114的偏置力旋转到打开位置中，其中夹紧部件108远离测量体16的接触表面14移动。当夹紧部件108处于打开位置时，手指12可置于接触表面14上，并且所述夹紧部件108适于由于朝向闭合位置的偏置力而将所述手指12压靠在接触表面14上。这样，可以确保预先确定的接触压力。以这种方式，可以确保预先确定的接触压力。在夹紧部件108的第二端附近，形成了一个衬垫112，当手指12被夹紧部件108以图17所示的方式保持时，衬垫112靠在手指12上。在所示的实施方案中，在衬垫112中设置了一个压力传感器(未示出)，以与图7所示的压力传感器86类似的方式监测接触压力。注意，夹紧机构不限于在手持设备中使用，而是也可以例如设置在桌面设备或任何其他变体上。此外，夹紧部件108的偏置力不需要由诸如扭转弹簧114的扭转弹簧产生，而是也可以由用作板簧的夹紧部件108提供。代替扭转弹簧114，可以有一个可调节的支座，该支座允许调节夹紧部件108(板簧)的静止位置，并从而调节由此产生的偏置力。
[0196]
图18和图19显示了另一个装置10，该装置在某些方面与图13和图14的装置结构相似。如图13和14的实施方案所示，对诸如人类组织(图18和19中未显示组织和激发辐射18)等材料中激发辐射18的吸收的物理响应是折射率的局部变化，其中折射率的局部变化区域再次由参考符号20表示。然而，在这种情况下，响应信号是干涉信号，类似于图6的实施方案，而不是测量光束的偏转，如图13和14的实施方案的情形。
23的实施方案中，突起80设计用于在人的手腕下侧进行测量。与用于将臂放置在其上的平坦表面相比，发现该突起80改善了接触，且特别是改善了激发光18到组织中的耦合。
[0207]
注意，在图1-图23所示的实施方案中，测量体16的接触表面14仅形成突起80的顶表面的一部分，但它形成激发辐射18通过其辐照到材料中的部分。
[0208]
通过在容器116的凹部118内转动骨架120，可以调节检测光束22到测量体的入射表面72上的入射角。如上文解释的，检测光束22应该以相对于入射表面不同于90
°
，如89
°
或更小、88
°
或更小，且例如87,5
°
或更小的入射角入射到入射表面上。这避免了检测光束22在其自身上的背反射，这可能导致不利的干涉效应，并且还可能导致检测光源的损坏。同时，与90
°
的偏差不应大于为此目的所需的偏差。因此，该角度优选为80
°
或更大，更优选80％或更大，如84
°
或85
°
或更大。
[0209]
本文进一步公开了以下实施例：
[0210]
实施例1：
[0211]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0212]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许通过材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递至所述测量体，
[0213]
激发辐射源，其配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，以及
[0214]
检测设备，其用于检测测量体或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的物理响应，以及用于基于所述检测的物理响应生成响应信号，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，其中设置了压力传感器，以用于测量材料和测量体之间的接触压力。
[0215]
在实施例1的优选实施方案中，所述装置还包括配置用于从所述压力传感器接收指示材料和测量体之间的接触压力的信号的控制系统，其中所述控制系统配置为检查所述接触压力是否低于预先确定的阈值，并且在发现接触压力低于所述阈值的情况下，执行以下一项或多项：
[0216]
向用户指示缺少接触压力，
[0217]
防止分析物测量过程开始，和
[0218]
中断当前的分析物测量过程。
[0219]
实施例2：
[0220]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0221]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许通过材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递至所述测量体，
[0222]
激发辐射源，其配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，以及
[0223]
检测设备，用于检测测量体或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的物理响应，以及用于基于所述检测的物理响应生成响应信号，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，
[0224]
其中所述测量体能透过所述激发辐射，
[0225]
其中所述激发辐射源配置用于作为激发光束提供所述激发辐射，并且
[0226]
其中所述激发辐射源的布置使得所述激发光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在所述接触表面处从测量体离开，
[0227]
其中所述激发光束以89.0
°
或更小，优选88.0
°
或更小，且最优选87.5
°
或更小，并且82.0
°
或更大，优选84.0
°
或更大，且最优选85.0
°
或更大的角度撞击在入射表面上。
[0228]
在实施例2的优选实施方案中，所述激发光束以90
°±
1.5
°
的角度撞击在测量体的表面上。
[0229]
在实施例2的优选实施方案中，入射表面和接触表面在激发光束分别进入和离开测量体的其相应部分处，相对于彼此以1.0
°
或更大，优选2.0
°
或更大，且最优选2.5
°
或更大，并且8.0
°
或更小，优选6.0
°
或更小，且最优选5.0
°
或更小的角度倾斜。
[0230]
实施例3：
[0231]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0232]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许通过材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递至所述测量体，
[0233]
激发辐射源，其配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，以及
[0234]
检测光源，用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，其中所述检测光束被定向在所述接触表面处完全或部分反射，其中所述检测光束在材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体后被偏斜，以及
[0235]
探测器，用于检测在其于所述接触表面处反射之后检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，
[0236]
其中测量体的所述接触表面在至少一个主方向上在检测光束被反射的区域中弯曲。
[0237]
在实施例3的优选实施方案中，在所述至少一个主方向上的所述弯曲对应于5-30mm，优选10-20mm范围内的半径弯曲。
[0238]
在实施例3的优选实施方案中，在所述主方向上的所述弯曲是凹形或凸形之一。
[0239]
在实施例3的优选实施方案中，在所述前表面处反射之前和之后的检测光束形成检测光平面，并且其中所述主方向位于所述检测光平面内，或与检测光平面形成小于30
°
，优选小于20
°
的角度。
[0240]
实施例4：
[0241]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0242]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许通过材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体，
[0243]
配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收的激发辐射源，以及
[0244]
检测光源，用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，其中所述检测光束被定向为在所述接触表面处完全或部分反射，其中所述检测光束响应于材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体而偏斜，以及
[0245]
探测器，用于检测在其于所述接触表面处反射之后检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，
[0246]
其中所述检测光源的布置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，
[0247]
其中所述检测光束相对于出射表面的法线以5
°
或更大，优选10
°
或更大，且最优选
15
°
或更大的角度撞击在出射表面上，使得检测光束在从测量体的意外表面离开后被折射，其中出射表面相对于检测光束的方向使得检测光束的所述偏转响应于传递至所述测量体的所述热或压力波而增加所述检测光束与出射表面的法线的所述角度。
[0248]
实施例5：
[0249]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体，
[0250]
激发辐射源，其配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收，以及
[0251]
检测光源，用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，其中所述检测光束被定向为在所述接触表面处完全或部分反射，其中所述检测光束响应于材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体而偏斜，以及
[0252]
探测器，用于检测在其于所述接触表面反射之后检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，
[0253]
其中所述检测光源的布置使得所述检测光束在入射表面处被辐照到所述测量体中，通过所述测量体的一部分传播，并在出射表面处从测量体离开，其中聚焦透镜附接至入射表面或与入射表面整体成型，以用于聚焦所述检测光束，和/或准直透镜附接至出射表面或与出射表面整体成型。
[0254]
实施例6：
[0255]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0256]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体，
[0257]
配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收的激发辐射源，以及
[0258]
检测光源，用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，其中所述检测光束被定向在所述接触表面处完全或部分反射，其中所述检测光束响应于材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体而偏斜，以及
[0259]
探测器，用于检测在其于所述接触表面处反射之后检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，
[0260]
其中所述探测器包括所述检测光束撞击的位置灵敏探测器，其中所述位置灵敏探测器对检测在至少一个感测方向上撞击在其上的检测光束的位置变化敏感，其中所述位置灵敏探测器的布置使得所述检测光束的所述偏转导致在所述至少一个感测方向上撞击在其上的检测光束的位置变化，并且其中在检测光束的光路中设置了圆柱形透镜，以用于塑造检测光束的轮廓，和/或位置灵敏探测器以偏离检测光束90
°
角度布置，使得在所述感测方向上撞击在所述位置灵敏探测器上的检测光束的直径是在垂直于所述感测方向的方向上检测光束的直径的至少1.5倍大，优选至少2.0倍大。
[0261]
在实施例6的优选实施方案中，圆柱形透镜是布置于其在所述接触表面处的反射和所述位置灵敏探测器之间的检测光束的所述光路中的准直透镜，其中所述圆柱形透镜布置为主要在垂直于所述位置灵敏探测器的所述感测方向的维度上准直所述检测光束，其中所述圆柱形准直透镜优选与所述测量体的出射表面整体成型，在所述出射表面处，检测光
束从测量体离开。
[0262]
实施例7：
[0263]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0264]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体，
[0265]
配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收的激发辐射源，以及
[0266]
检测光源，用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束，其中所述检测光束被定向在所述接触表面处完全或部分反射，其中所述检测光束响应于材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体而倾斜，以及
[0267]
探测器，用于检测在其于所述接触表面处反射之后检测光束的偏转程度，特别是偏转角度，还包括用于将光源光束分成所述检测光束和参考光束的分束器，其中所述参考光束同样被定向为在测量体的与所述材料热接触或压力传递接触的表面处，但是在吸收激发辐射时从所述材料接收的热或压力波的任何效应可忽略不计的区域中被完全反射或部分反射，并且其中所述检测设备包括另外的检测设备，用于检测在其于所述接触表面处反射之后参考光束的偏转程度，特别是偏转角度，其中所述另外的检测设备优选包括光探测器，特别是位置灵敏光探测器
[0268]
实施例8：
[0269]
用于分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括：
[0270]
具有适合于与所述材料热接触或压力传递接触的接触表面的测量体，所述热或压力传递接触允许材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波被传递至所述测量体，
[0271]
配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中吸收的激发辐射源，以及
[0272]
检测设备，用于检测测量体或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的物理响应，以及用于基于所述检测的物理响应生成响应信号，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，其中所述装置包括嵌入所述测量体中的纤维、设置在所述纤维的一端以用于将检测光耦合到所述纤维中的检测光源，以及设置在所述纤维的另一端的模式探测器，所述模式探测器适合于检测所述检测光的光学模式响应于测量体从所述材料接收的热或压力波的变化，其中光学模式的所述变化优选包括纤维内光学模式的偏移或旋转。
[0273]
虽然本技术已根据具体实施方案进行了描述，但应理解，本领域技术人员将想到变化和修改，所有这些都旨在作为本技术的方面。因此，只有在权利要求书中出现的这些限制应当被置于本技术上。