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解決手段

出力画像強化画像処理を有するコンフォーマルビジョン新規アプリケーション取り入れられている。コンフォーマルビジョンは、同調可能フィルタの組み合わせと、検出器によって生成される画像の処理とによって強化コントラストを提供する。さらに、コンフォーマルビジョンの新規な使用およびアプリケーションにより、ユーザは、コンフォーマルビジョンによって提供される情報を用いて、自らの健康および安寧に関連する決定を行うことができる。

概要

背景

分光イメージングは、デジタルイメージングと分子分光技法を組み合わせたものであり、それには、ラマン散乱蛍光フォトルミネセンス紫外線可視、および赤外吸収分光法が含まれる。物質化学分析に応用される場合、分光イメージングは一般的に化学イメージングと呼ばれる。分光(すなわち化学)イメージングを実施する機器は、通常、照明用光源画像収集光学機器焦点面アレイ画像検出器、および画像分光計を有する。

一般的に、試料の大きさが画像収集光学機器の選択を決定する。例えば、顕微鏡空間寸法サブミクロンからミリメーターの範囲の試料の分析に通常使用される。寸法がミリメーターからメーターの範囲のそれよりも大きい物体の場合、マクロレンズ光学機器が適切である。接近するのが比較的困難な場所にある試料の場合、軟性ファイバースコープまたは硬性ボアスコープが利用できる。非常に大きい規模の物体の場合には、望遠鏡が適切な画像収集光学機器である。

種々の光学系で構成される画像の検出には、二次元画像焦点面アレイ(FPA)検出器通常利用される。FPA検出器の選択は、対象の試料を特徴付けるのに使用される分光技術により左右される。例えば、ケイ素(Si)電荷結合素子(CCD)検出器または相補型酸化金属半導体(CMOS)検出器は、可視波長蛍光イメージング系およびラマン分光イメージング系と共に通常使用され、インジウムガリウム砒素化合物(InGaAs)FPA検出器は近赤外分光イメージング系と共に通常使用される。

試料の分光イメージングは、以下の2つの方法のうちの1つによって一般的に実施される。まず、照明領域の各点におけるスペクトルを測定するのに、試料に点源照明を使用してもよい。第二に、音響光学同調可能フィルタ(AOTF)、マルチ共役同調可能フィルタ(MCF)、液晶同調可能フィルタ(LCTF)などの電子的に同調可能な光学イメージングフィルタを同時に使用して、試料を包含する全領域に亘ってスペクトルを収集してもよい。その場合、斯かる光学フィルタ内の有機物質は、望ましい帯域および伝送関数を得るため、印可電圧で積極的に調整される。画像の各画素に関して得られるスペクトルは、ハイパースペクトル画像と呼ばれる複雑なデータセットを形成する。ハイパースペクトル画像は、種々の波長における強度値、または画像の各画素素子波長依存性を含んでいてもよい。スペクトルを分類項目用に変換するのに、計量化学技法などの多変量ルーチンを使用してもよい。

分光装置は、検出装置または同調可能フィルタの動作範囲に依存して、ある範囲の波長領域において作動する。その結果、紫外線(UV)、可視(VIS)、近赤外線(NIR)、短波長赤外線(SWIR)、中赤外線MIR)、長波長赤外線LWIR)の波長、および特定の重複範囲における分析が可能となる。これは、約180〜380nm(UV)、380〜700nm(VIS)、700〜2500nm(NIR)、850〜1800nm(SWIR)、650〜1100nm(MWIR)、400〜1100(VIS−NIR)、および1200〜2450nm(LWIR)の波長に対応する。

ある範囲の偏光状態入力光信号光エネルギー分布させるため、LCTFは複屈折リターダを使用する。LCTFの出力で現れる光の偏光状態は、複屈折リターダに起因する光の直交成分の遅延差の故に波長の関数として多様化する。LCTFは、出力点偏光フィルタを用いて波長固有偏光弁別する。偏光フィルタは、当該偏光フィルタに回転方向が一致した光成分を出力点で通過させる。特定の弁別波長が出力偏光フィルタに一致した平面偏光状態で現れるようにリターダの複屈折を適合させることにより、LCTFは調整される。他の偏光状態および/またはアラインメントで現れる他の波長は減衰する。

いくつかの一連の複屈折リターダを用いることにより、高い弁別力のあるスペクトルフィルタの実現が可能である。弁別波長に対応させるため、リターダの厚さ、複屈折、および相対回転角が選択される。より具体的には、フィルタへの入力光信号は、光透過経路に沿ってフィルタに遭遇した際に、各複屈折リターダのそれぞれの通常軸および特別軸に平行な、直交するベクトル成分へ分離される。斯かる分離されたベクトル成分は、複屈折の故に異なって遅延するものであり、斯かる遅延差は偏光状態の変化に相当している。フィルタへの入力および特定の弁別波長において特定の回転アラインメントを有する、フィルタ入力時点での平面偏光成分に関しては、分化および細分化された光成分は、全て、同じ偏光状態およびアラインメントで(すなわち、平面偏光し、出力時点での選択偏光子すなわち偏光フィルタにアラインメントした状態で)フィルタから現れる。

上述のフィルタは、入力点から分化および再分化され出力選択偏光子において正の干渉を受ける成分が通過成分であるので、干渉フィルタと呼ばれることもある。斯かるフィルタは、入力と出力時点での選択偏光子との間の弁別成分の平面偏光アラインメントにおける回転ツイストに関して記載される場合もある。

複屈折リターダを有するスペクトルフィルタに関しては、Lyotタイプ、Solcタイプ、Evansタイプフィルタなど、いくつかの構成が周知である。斯かるフィルタは、固定された(同調可能でない)複屈折結晶を用いてリターダ用に構築されてもよい。同時調整されるリターダ付きフィルタは、帯域波長の調節を可能にする。同調可能リターダは液晶を有していてもよいし、あるいは各々固定鉱石および光学的に一致した液晶を含む複合リターダ要素を有していてもよい。

各リターダが偏光状態の必要な変更に部分的に寄与し、帯域波長の偏光状態が入力基準角から出力基準角へ変更されるように、リターダの厚さ、複屈折、および回転角が調節される。入力基準角は、フィルタの第一リターダの通常軸および特別軸に対して例えば45度であってもよい。出力基準角は、偏光フィルタ(または選択偏光子)の回転アラインメントである。

スペクトルフィルタは、櫛形状伝送特性を有していてもよい。弁別波長(または帯域)を選択するための調整の際に、複屈折を増大または減少させることにより、伝送特性を有する櫛形状が、波長座標軸に沿って拡張または圧縮される。

入力光ランダムに偏光された場合、スペクトル的にフィルタされる部分は、2つの直交する偏光成分のうちの1つに平行な入力波長ベクトル成分に限定される。特定の波長の光、および入力点で特定の基準偏光アラインメントを有する光だけが、出力点において選択偏光子の回転アライメントに一致した偏光角を持って出現できる。入力点における基準アラインメントに直交する光エネルギーは、帯域波長の光を含めて実質的にブロックされる。

概要

出力画像強化画像処理を有するコンフォーマルビジョン新規アプリケーション取り入れられている。コンフォーマルビジョンは、同調可能フィルタの組み合わせと、検出器によって生成される画像の処理とによって強化コントラストを提供する。さらに、コンフォーマルビジョンの新規な使用およびアプリケーションにより、ユーザは、コンフォーマルビジョンによって提供される情報を用いて、自らの健康および安寧に関連する決定を行うことができる。

目的

本開示は、「コンフォーマル(共形)ビジョン(conformal vision)」のシステムおよび方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

コンフォーマルビジョン(conformalvision)システムであって、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタと、前記コンフォーマルフィルタ通して相互作用光子を検出する検出器と、前記検出器と通信するプロセッサと、前記コンフォーマルフィルタに関連付けられ、かつ対象分析物に対応しているルックアップテーブル(LUT)とを有し、前記コンフォーマルフィルタは、前記対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするように調整され、前記プロセッサは、試料を表す試験データセットを前記検出器から生成し、前記プロセッサは、前記試験データセットを分析して、前記対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定するものである、システム。

請求項2

請求項1記載のシステムにおいて、前記ルックアップテーブルは、各同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有するものである、システム。

請求項3

請求項1記載のシステムにおいて、各同調可能フィルタは、液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、EvansSplit−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、FabryPerot液晶同調可能フィルタ、マルチ共役フィルタ(MCF)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである、システム。

請求項4

請求項1記載のシステムにおいて、さらに、ホットミラーを有するものである、システム。

請求項5

請求項1記載のシステムにおいて、前記検出器は、電荷結合素子(CCD)検出器、相補型酸化金属半導体(CMOS)検出器、インジウムガリウム砒素化合物(InGaAs)検出器、白金ケイ化物(PtSi)検出器、テルル化カドミウム水銀(HgCdTe)検出器、コロダル量子ドット(CQD)検出器、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである、システム。

請求項6

請求項1記載のシステムにおいて、当該システムは組織酸素化レベルを評価するように構成されるものである、システム。

請求項7

請求項1記載のシステムにおいて、発疹刺激物の存在に関して皮膚を分析するように構成されるものである、システム。

請求項8

請求項1記載のシステムにおいて、当該システムは人の自己評価用に構成されており、前記プロセッサは、テレビ、鏡、カメラ、および画像を投射する装置のうち少なくとも1つに動作可能に連結されているものである、システム。

請求項9

請求項9記載のシステムにおいて、前記人の自己評価は、衣服または身体的外見に関するものである、システム。

請求項10

コンフォーマルビジョンのための方法であって、コンフォーマルフィルタに関連付けられ、かつ対象分析物に対応するルックアップテーブル(LUT)を提供する工程であって、前記コンフォーマルフィルタは同調可能フィルタを含むものである、前記提供する工程と、対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするために、前記同調可能フィルタを含む前記コンフォーマルフィルタを調整する工程と、プロセッサにより、試料を表す試験データセットを検出器から生成する工程と、前記プロセッサにより前記試験データセットを分析し、前記対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定する工程とを有するものである、方法。

請求項11

請求項10記載の方法において、前記ルックアップテーブルは、各同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有するものである、方法。

請求項12

請求項10記載の方法において、前記少なくとも1つの同調可能フィルタは、液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、EvansSplit−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、FabryPerot液晶同調可能フィルタ、マルチ共役フィルタ(MCF)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである、方法。

請求項13

請求項10記載の方法において、さらに、マトリックスに対応する基準データセットを生成する工程と、前記基準データセットに計量化学技術を適用する工程と、リアルタイムコントラスト強化(RtCE:Real−timeContrastEnhancement)を達成するため、強化コントラストを有し前記試料を表す強化コントラスト試験データセットを出力する工程とを有するものである、方法。

請求項14

は、請求項13記載の方法において、さらに、少なくとも1つの性能指数(FOM)を適用することにより、許容レベルが満たされているか否かを決定する工程を有するものである、方法。

請求項15

請求項14記載の方法において、前記少なくとも1つの性能指数は、較正標準誤差(SEC)、ユークリッド距離予測標準誤差SEP)、受信者動作特性曲線下の1面積(AUROC)、光学処理能力(%T)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである、方法。

請求項16

請求項13記載の方法において、前記計量化学技術は、相関分析、主成分回帰、部分的最小二乗多変量曲線分解、マハラノビス距離、ユークリッド距離、バンドターゲットエントロピー、バンドターゲットエネルギー最小化、部分的最小二乗判別分析適応亜空間検出、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである方法。

請求項17

請求項10記載の方法において、さらに、前記対象分析物の少なくとも1つの特徴に基づいて、人の自己評価画像を表示する工程を有するものである、方法。

請求項18

請求項17記載の方法において、前記人の自己評価画像は、前記自己分析を行っている人の衣服または身体的外見に関する情報を含むものである、方法。

請求項19

請求項17記載の方法において、前記人の自己評価画像を表示する工程は、テレビ、鏡、カメラ、またはプロジェクタを用いて前記人の自己評価を表示する工程を有するものである、方法。

請求項20

健康表示装置であって、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタであって、試料の対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相関関係光子をフィルタするように調整されるものである、前記コンフォーマルフィルタと、検出器と、プロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記試料を表す試験データセットを前記検出器から生成し、前記試験データセットを分析して、前記分析物の少なくとも1つの特徴を決定し、前記分析物の少なくとも1つの特徴を決定された健康要因に関連付け、前記決定された健康要因を人であるユーザに通信するものである、健康表示装置。

請求項21

請求項20記載の健康表示装置において、さらに、前記決定された健康要因を人であるユーザへ通信するためのネットワークインターフェースを有するものである、健康表示装置。

請求項22

請求項20記載の健康表示装置において、さらに、前記決定された健康要因を人であるユーザへ通信するための表示装置を有するものである、健康表示装置。

請求項23

請求項22記載の健康表示装置において、前記表示装置は、液晶表示装置有機発光ダイオード表示装置、プロジェクタ、電気泳動表示装置、鏡、陰極線管表示装置投射型表示装置ヘッドアップ表示装置拡張現実表示装置、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されるものである、健康表示装置。

請求項24

請求項20記載の健康表示装置において、前記対象分析物は組織酸素化に関連しているものである、健康表示装置。

請求項25

請求項20記載の健康表示装置において、前記健康要因は、皮膚状態心臓状態ストレスレベルムード呼吸、皮膚示差血流、皮膚の色、浮腫ベル、およびそれらの組み合わせに関連しているものである、健康表示装置。

請求項26

健康を評価する方法であって、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタを提供する工程と、検出器を提供する工程と、プロセッサを提供する工程とを有し、前記プロセッサは、前記試料を表す試験データセットを前記検出器から生成し、前記試験データセットを分析して、前記対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定し、前記対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定された健康要因に関連付け、前記決定された健康要因を人であるユーザに通信するように構成されているものである、方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、参照としてその全体が本明細書に援用される、2017年7月24日出願の「コンフォーマル共形ビジョン用のシステムおよび方法」と言う題の米国仮特許出願第62/536,094号の優先権の恩恵を主張する。

背景技術

0002

分光イメージングは、デジタルイメージングと分子分光技法を組み合わせたものであり、それには、ラマン散乱蛍光フォトルミネセンス紫外線可視、および赤外吸収分光法が含まれる。物質化学分析に応用される場合、分光イメージングは一般的に化学イメージングと呼ばれる。分光(すなわち化学)イメージングを実施する機器は、通常、照明用光源画像収集光学機器焦点面アレイ画像検出器、および画像分光計を有する。

0003

一般的に、試料の大きさが画像収集光学機器の選択を決定する。例えば、顕微鏡空間寸法サブミクロンからミリメーターの範囲の試料の分析に通常使用される。寸法がミリメーターからメーターの範囲のそれよりも大きい物体の場合、マクロレンズ光学機器が適切である。接近するのが比較的困難な場所にある試料の場合、軟性ファイバースコープまたは硬性ボアスコープが利用できる。非常に大きい規模の物体の場合には、望遠鏡が適切な画像収集光学機器である。

0004

種々の光学系で構成される画像の検出には、二次元画像焦点面アレイ(FPA)検出器通常利用される。FPA検出器の選択は、対象の試料を特徴付けるのに使用される分光技術により左右される。例えば、ケイ素(Si)電荷結合素子(CCD)検出器または相補型酸化金属半導体(CMOS)検出器は、可視波長蛍光イメージング系およびラマン分光イメージング系と共に通常使用され、インジウムガリウム砒素化合物(InGaAs)FPA検出器は近赤外分光イメージング系と共に通常使用される。

0005

試料の分光イメージングは、以下の2つの方法のうちの1つによって一般的に実施される。まず、照明領域の各点におけるスペクトルを測定するのに、試料に点源照明を使用してもよい。第二に、音響光学同調可能フィルタ(AOTF)、マルチ共役同調可能フィルタ(MCF)、液晶同調可能フィルタ(LCTF)などの電子的に同調可能な光学イメージングフィルタを同時に使用して、試料を包含する全領域に亘ってスペクトルを収集してもよい。その場合、斯かる光学フィルタ内の有機物質は、望ましい帯域および伝送関数を得るため、印可電圧で積極的に調整される。画像の各画素に関して得られるスペクトルは、ハイパースペクトル画像と呼ばれる複雑なデータセットを形成する。ハイパースペクトル画像は、種々の波長における強度値、または画像の各画素素子波長依存性を含んでいてもよい。スペクトルを分類項目用に変換するのに、計量化学技法などの多変量ルーチンを使用してもよい。

0006

分光装置は、検出装置または同調可能フィルタの動作範囲に依存して、ある範囲の波長領域において作動する。その結果、紫外線(UV)、可視(VIS)、近赤外線(NIR)、短波長赤外線(SWIR)、中赤外線MIR)、長波長赤外線LWIR)の波長、および特定の重複範囲における分析が可能となる。これは、約180〜380nm(UV)、380〜700nm(VIS)、700〜2500nm(NIR)、850〜1800nm(SWIR)、650〜1100nm(MWIR)、400〜1100(VIS−NIR)、および1200〜2450nm(LWIR)の波長に対応する。

0007

ある範囲の偏光状態入力光信号光エネルギー分布させるため、LCTFは複屈折リターダを使用する。LCTFの出力で現れる光の偏光状態は、複屈折リターダに起因する光の直交成分の遅延差の故に波長の関数として多様化する。LCTFは、出力点偏光フィルタを用いて波長固有偏光弁別する。偏光フィルタは、当該偏光フィルタに回転方向が一致した光成分を出力点で通過させる。特定の弁別波長が出力偏光フィルタに一致した平面偏光状態で現れるようにリターダの複屈折を適合させることにより、LCTFは調整される。他の偏光状態および/またはアラインメントで現れる他の波長は減衰する。

0008

いくつかの一連の複屈折リターダを用いることにより、高い弁別力のあるスペクトルフィルタの実現が可能である。弁別波長に対応させるため、リターダの厚さ、複屈折、および相対回転角が選択される。より具体的には、フィルタへの入力光信号は、光透過経路に沿ってフィルタに遭遇した際に、各複屈折リターダのそれぞれの通常軸および特別軸に平行な、直交するベクトル成分へ分離される。斯かる分離されたベクトル成分は、複屈折の故に異なって遅延するものであり、斯かる遅延差は偏光状態の変化に相当している。フィルタへの入力および特定の弁別波長において特定の回転アラインメントを有する、フィルタ入力時点での平面偏光成分に関しては、分化および細分化された光成分は、全て、同じ偏光状態およびアラインメントで(すなわち、平面偏光し、出力時点での選択偏光子すなわち偏光フィルタにアラインメントした状態で)フィルタから現れる。

0009

上述のフィルタは、入力点から分化および再分化され出力選択偏光子において正の干渉を受ける成分が通過成分であるので、干渉フィルタと呼ばれることもある。斯かるフィルタは、入力と出力時点での選択偏光子との間の弁別成分の平面偏光アラインメントにおける回転ツイストに関して記載される場合もある。

0010

複屈折リターダを有するスペクトルフィルタに関しては、Lyotタイプ、Solcタイプ、Evansタイプフィルタなど、いくつかの構成が周知である。斯かるフィルタは、固定された(同調可能でない)複屈折結晶を用いてリターダ用に構築されてもよい。同時調整されるリターダ付きフィルタは、帯域波長の調節を可能にする。同調可能リターダは液晶を有していてもよいし、あるいは各々固定鉱石および光学的に一致した液晶を含む複合リターダ要素を有していてもよい。

0011

各リターダが偏光状態の必要な変更に部分的に寄与し、帯域波長の偏光状態が入力基準角から出力基準角へ変更されるように、リターダの厚さ、複屈折、および回転角が調節される。入力基準角は、フィルタの第一リターダの通常軸および特別軸に対して例えば45度であってもよい。出力基準角は、偏光フィルタ(または選択偏光子)の回転アラインメントである。

0012

スペクトルフィルタは、櫛形状伝送特性を有していてもよい。弁別波長(または帯域)を選択するための調整の際に、複屈折を増大または減少させることにより、伝送特性を有する櫛形状が、波長座標軸に沿って拡張または圧縮される。

0013

入力光ランダムに偏光された場合、スペクトル的にフィルタされる部分は、2つの直交する偏光成分のうちの1つに平行な入力波長ベクトル成分に限定される。特定の波長の光、および入力点で特定の基準偏光アラインメントを有する光だけが、出力点において選択偏光子の回転アライメントに一致した偏光角を持って出現できる。入力点における基準アラインメントに直交する光エネルギーは、帯域波長の光を含めて実質的にブロックされる。

発明が解決しようとする課題

0014

現在、同調可能な光学フィルタ技術は、単一帯域の少量処理操作に限定されており、入力光の2つの直交成分のうちの1つを通過させるに過ぎない。帯域の伝送率は、LCTFの基準角に一致したLCTFへ入力する入射光において最大である。伝送率は、基準角に直交する入力の入射光において最小である。帯域の入力光がランダムに偏光される場合、当該帯域の潜在的に最高の伝送率は50%である。加えて、分析物の弁別には、複数の離散帯域測定が要求される。複数の測定の必要性は全体的測定時間に直接の影響を及ぼす。

0015

多変量光演算(MOC)は、分光データを収集と同時に分析するため、圧縮センシング装置(例えば、光学コンピュータ)を利用する方法である。他の方法は、多変量光学素子(MOE)などの硬質膜光演算フィルタを利用する。MOEは、アプリケーション特化した、透過および反射率モードで使用される光学薄膜フィルタである。MOEベース機器放射測定応答は、関連マトリックス内の対象分析物に比例する。圧縮センシングは測定時間を削減する可能性を有しているが、MOEの使用には限界がある。例えば、MOEは固定されており、異なる分析物に適応させる柔軟性に欠ける。

0016

全体的な測定時間を減少させると同時に、幅広い分析物の検出に使用できる適応可能なフィルタの必要性が求められている。

課題を解決するための手段

0017

本開示は、「コンフォーマル(共形)ビジョン(conformal vision)」のシステムおよび方法を提供する。コンフォーマルビジョンは、適応可能な同調可能フィルタの使用と、二重偏光構成に配置された特定の広帯域スペクトル特徴(例えば、パターンまたは形状)に従う柔軟性とを組み合わせたものである。斯かるフィルタは本明細書では「コンフォーマル(共形)フィルタ」と呼ばれるが、複数の帯域を同時に伝送することにより従来技術の限界を超え、同調可能フィルタの処理量を増加することにより、および分析速度を増大することにより、分析物の弁別機能(例えば、標的分析物とその背景との間の弁別)を改善するものである。

0018

本開示は、二重偏光構成のコンフォーマルフィルタを用いて分析物を検出するシステムおよび方法を提供する。「コンフォーマル二重偏光モジュール」は検出装置に組み込まれてもよく、その場合、各コンフォーマルフィルタは、種々の構成に適応可能であり、対象分析物に関連付けられた少なくとも1つのスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタする同調可能フィルタを有するものである。各構成は、対象分析物に関連付けられた少なくとも1つのスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするように設計されている。コンフォーマルフィルタは、ルックアップテーブル(LUT)と一緒に作動するように構成され、複数の対象分析物を準リアルタイムまたはリアルタイムで同時に検出する柔軟性が提供されていてもよい。ルックアップテーブルは、同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有していてもよい。各電圧は、関連付けられたステージに適用される場合、分析物に関連付けられたスペクトル形状に同調可能フィルタが一致するように構成される。

0019

本明細書に提供されるコンフォーマルフィルタは適応可能であり、広範囲な分析物を検出するように構成されていてもよい。コンフォーマルフィルタは、種々の分光および化学イメージング様式を用いて分析物を検出するのに使用されてもよい。

0020

本開示は、コンフォーマルフィルタを用いて1つ以上の対象分析物を検出する方法を提供する。少なくとも1種類の複数の相互作用光子が発生するように試料に光が照射され、該光子は第一光学成分と第二光学成分に分離される。第一光学成分は第一コンフォーマルフィルタを通過し、第二光学成分は第二コンフォーマルフィルタを通過する。コンフォーマルフィルタは別々にまたは同時に調整されてもよいし、同じ対象分析物用にまたは異なる対象分析物用に構成されていてもよい。試料を表す少なくとも1つの試験データセットが生成される。第一試験データセットが第一光学成分に対応して生成され、第二試験データセットが第二光学成分に対応して生成されてもよい。次に、斯かる試験データセット(複数も可)は、分析物の1つ以上の特徴について試料を評価するのに分析されてもよい。

0021

本開示は、プロセッサと、該プロセッサに動作可能に通信する非一時的なプロセッサ可読記憶媒体とを有するシステムも提供する。記憶媒体は1つ以上のプログラミング命令を含んでいてもよく、実行中、当該命令により、プロセッサは、コンフォーマルフィルタの少なくとも1つを対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致した相互作用光子をフィルタする構成に調整し、試料を表す1つ以上の試験データセットを生成し、その試験データセット(複数も可)を分析して、当該試料を分析物の少なくとも1つの特徴に関して評価できるようになる。

0022

1つの実施形態において、本開示のシステムは、小型かつ軽量な電力消費の少ない超コンパクトの構成に構築されてもよい。斯かるシステムが携帯電話や他の形態用無線装置統合可能であることを本開示は想定している。

0023

コンフォーマルビジョンは圧縮センシング方法を用いるハイパースペクトル画像形式であり、当該方法において、対象物を背景から識別するのに必要な全ての色帯が液晶コンフォーマルフィルタを通して同時に伝送されるものである。その結果、コンフォーマルフィルタは、二重偏光光学設計と一緒に操作された場合、カメラ(携帯電話のカメラなど)のフレームレートで対象物固有の画像を総合的に獲得する。

0024

1つの実施形態において、コンフォーマルビジョンのシステムは、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタと、コンフォーマルフィルタ通して相互作用光子を検出する検出器と、検出器と通信するプロセッサと、コンフォーマルフィルタに関連付けられ、かつ対象分析物に対応しているルックアップテーブル(LUT)とを有し、コンフォーマルフィルタは、対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするように調整され、プロセッサは、試料を表す試験データセットを検出器から生成し、さらにプロセッサは、試験データセットを分析して、対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定する。

0025

1つの実施形態において、ルックアップテーブルは、各同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有する。

0026

1つの実施形態において、各同調可能フィルタは、液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、Evans Split−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、Fabry Perot液晶同調可能フィルタ、マルチ共役フィルタ(MCF)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0027

1つの実施形態において、コンフォーマルビジョンシステムホットミラーを有する。

0028

1つの実施形態において、検出器は、電荷結合素子(CCD)検出器、相補型酸化金属半導体(CMOS)検出器、インジウムガリウム砒素化合物(InGaAs)検出器、白金ケイ化物(PtSi)検出器、テルル化カドミウム水銀(HgCdTe)検出器、コロダル量子ドット(CQD)検出器、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0029

1つの実施形態において、当該システムは組織酸素化レベルを評価するように構成されている。

0030

1つの実施形態において、当該システムは発疹刺激物の存在に関して皮膚を分析するように構成される。

0031

1つの実施形態において、当該システムは人の自己評価用に構成されており、プロセッサは、テレビ、鏡、カメラ、および画像を投射する装置のうち少なくとも1つに動作可能に連結されている。

0032

1つの実施形態において、人の自己評価は、衣服または身体的外見に関するものである。

0033

1つの実施形態において、コンフォーマルビジョンのための方法は、コンフォーマルフィルタに関連付けられ、対象分析物に対応するルックアップテーブル(LUT)を提供する工程であって、コンフォーマルフィルタが同調可能フィルタを含むものである、前記提供する工程と、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタを調整する工程であって、対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタする工程と、プロセッサにより、試料を表す試験データセットを検出器から生成する工程と、プロセッサにより試験データセットを分析し、対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定する工程とを有するものである。

0034

1つの実施形態において、ルックアップテーブルは、各同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有する。

0035

1つの実施形態において、少なくとも1つの同調可能フィルタは、液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、Evans Split−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、Fabry Perot液晶同調可能フィルタ、マルチ共役フィルタ(MCF)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0036

1つの実施形態において、本方法は、さらに、マトリックスに対応する基準データセットを生成する工程と、基準データセットに計量化学技術を適用する工程と、リアルタイムコントラスト強化(RtCE)を達成するため、強化コントラストを有し試料を表す強化コントラスト試験データセットを出力する工程とを有する。

0037

1つの実施形態において、本方法は、さらに、少なくとも1つの性能指数(FOM)を適用することにより、許容レベルが満たされているか否かを決定する工程を有する。

0038

1つの実施形態において、FOMは、較正標準誤差(SEC)、ユークリッド距離予測標準誤差SEP)、受信者動作特性曲線下の1面積(AUROC)、光学処理能力(%T)、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0039

1つの実施形態において、計量化学技術は、相関分析、主成分回帰、部分的最小二乗、多変量曲線分解、マハラノビス距離、ユークリッド距離、バンドターゲットエントロピー、バンドターゲットエネルギー最小化、部分的最小二乗判別分析、適応亜空間検出、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0040

1つの実施形態において、本方法は、分析物の少なくとも1つの特徴に基づいて、人の自己評価画像を表示する工程も有する。

0041

1つの実施形態において、人の自己評価画像は、自己分析を行っている人の衣服または外見に関する情報を含む。

0042

1つの実施形態において、人の自己評価画像を表示する工程は、テレビ、鏡、カメラ、またはプロジェクタを用いて、人の自己評価を表示する工程を有する。

0043

1つの実施形態において、健康表示装置は、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタであって、試料の対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致する相関関係光子をフィルタするように調整されるものであるコンフォーマルフィルタと、検出器と、プロセッサとを有し、プロセッサは、試料を表す試験データセットを検出器から生成し、試験データセットを分析して分析物の少なくとも1つの特徴を決定し、分析物の少なくとも1つの特徴を決定された健康要因に関連付け、決定された健康要因を人であるユーザに通信する。

0044

1つの実施形態において、健康表示装置は、さらに、決定された健康要因を人であるユーザへ通信するためのネットワークインターフェースを有する。

0045

1つの実施形態において、健康表示装置は、さらに、決定された健康要因を人であるユーザへ通信するための表示装置を有する。

0046

1つの実施形態において、健康表示装置の表示装置は、液晶表示装置有機発光ダイオード表示装置、プロジェクタ、電気泳動表示装置、鏡、陰極線管表示装置投射型表示装置ヘッドアップ表示装置拡張現実表示装置、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。

0047

1つの実施形態において、分析物は組織酸素化に関連している。

0048

1つの実施形態において、健康要因は、皮膚状態心臓状態ストレスレベルムード呼吸、皮膚示差血流、皮膚の色、浮腫ベル、およびそれらの組み合わせに関連している。

0049

1つの実施形態において、健康を評価する方法は、同調可能フィルタを含むコンフォーマルフィルタを提供する工程と、検出器を提供する工程と、プロセッサを提供する工程とを有し、プロセッサは、試料を表す試験データセットを検出器から生成し、試験データセットを分析して、対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定し、対象分析物の少なくとも1つの特徴を決定された健康要因に関連付け、決定された健康要因を人であるユーザに通信するように構成されている。

図面の簡単な説明

0050

本開示の更なる理解のために提供され、本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成している添付の図面が本開示の実施形態を図示しており、本明細書の記載と共に本開示の原理を説明している。
図1A〜1Eは、本開示の例示的コンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aは1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Bは、回転可能な開口を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Cおよび1Dは、MCF設計を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Eは、修正MCF設計を利用する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。
図1A〜1Eは、本開示の例示的コンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aは1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Bは、回転可能な開口を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Cおよび1Dは、MCF設計を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Eは、修正MCF設計を利用する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。
図1A〜1Eは、本開示の例示的コンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aは1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Bは、回転可能な開口を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Cおよび1Dは、MCF設計を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Eは、修正MCF設計を利用する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。
図1A〜1Eは、本開示の例示的コンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aは1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Bは、回転可能な開口を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Cおよび1Dは、MCF設計を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Eは、修正MCF設計を利用する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。
図1A〜1Eは、本開示の例示的コンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aは1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Bは、回転可能な開口を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Cおよび1Dは、MCF設計を有する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Eは、修正MCF設計を利用する1つのコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。
図2は、本開示の二重偏光構成の概略図を示す。
図3は、本開示の二重偏光構成の概略図を示す。
図4は、本開示の方法を示す。
図5Aは、本開示の検出能力を示す。
図5Bは、本開示の検出能力を示す。
図5Cは、本開示の検出能力を示す。
図6は、コンフォーマルフィルタを取り入れた携帯電話の例示的筐体構成を示す。
図7は、コンフォーマルビジョンの操作の例示的モードを示す。
図8は、コンフォーマルフィルタの例示的アプリケーションを示す。

実施例

0051

本開示の実施形態が以下に詳細に記載されており、その例が添付の図面に示されている。本明細書全体において、同じまたは類似の部分を言及するのに、可能な限り同じ符号が使用されている。

0052

本開示は、二重偏光構成において複数のコンフォーマルフィルタを使用することにより、1つ以上の分析物を検出するシステムおよび方法を提供する。

0053

1つの実施形態において、本開示は、複数のコンフォーマルフィルタおよび2つ以上の関連ルックアップテーブルを有するシステムを提供する。コンフォーマルフィルタは、複数の異なる構成に調整可能に設計された同調可能フィルタ(従来は単一の帯域伝送が意図されている)を有していてもよい。各構成は、対象分析物に関連付けられた1つ以上のスペクトル形状に一致する相互作用光子(試料を照明することによって生成される)をフィルタするように設計されていてもよい。相互作用光子は、以下、すなわち試料によって吸収される光子、試料によって反射される光子、試料によって散乱される光子、および試料によって放射される光子のうちの少なくとも1つを有していてもよい。

0054

コンフォーマルフィルタ構成は、分析物に対応するルックアップテーブルに応じて決定されてもよい。ルックアップテーブルは同調可能フィルタの各ステージに関連付けられた少なくとも1つの電圧を有していてもよい。斯かる電圧は、関連付けられたステージに印可されると、分析物に関連付けられたスペクトル形状に同調可能フィルタが一致するようなものであってもよい。ルックアップテーブルは、種々の異なる分析物を検出するように修正し、適切なコンフォーマルフィルタ構成を提供してもよい。

0055

コンフォーマルフィルタとして使用されるように構成される同調可能フィルタには、例えば、液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、Evans Split−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、Fabry Perot液晶同調可能フィルタ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。1つの実施形態において、同調可能フィルタはMCFを有していてもよい。MCFは、Solcフィルタ構成において光学信号経路に沿って一連のステージを有する撮像フィルタである。ある角度で分布された等しい複屈折のリターダ素子が各ステージに積載され、ステージ間に偏光子が配置されている。リターダは、同調可能(同時に調整される隣接した液晶など)、固定、および/または複合(同調可能および固定)の複屈折を含んでいてもよい。1つの実施形態において、石英リターダが使用されてもよい。遅延は各ステージ内では等しいが、2つ以上の異なるステージにおいて明らかに異なる遅延が使用されてもよい。その結果、いくつかのステージは狭帯域ピークを通過させ、他のステージは間隔の広い帯域ピークを通過させるようになる。一連のステージの伝送関数には、選択された同調可能一致ピークが重ね合わされる。その結果得られる共役フィルタは、高縦横比および良好な帯域外抑制を有する。

0056

1つの実施形態において、MCFは、ペンシルニアピッツバーグのChemImage社から入手可能なフィルタ技術を有していてもよい。この技術は、本明細書にその全体が参照として援用される以下の米国特許および公開された米国特許出願、すなわち「マルチ共役液晶同調可能フィルタ」と言う題の第6,992,809号、「マルチ共役液晶同調可能フィルタ」と言う題の第7,362,489号、「VIS−NIRマルチ共役液晶同調可能フィルタ」と言う題の第2012/0300143号、および「短波赤外線マルチ共役液晶同調可能フィルタ」と言う題の第2011/0279744に、さらに記載されている。

0057

図1A〜1Eは、1つ以上のルックアップテーブル(図示しない)と一緒に作動するMCFを有するコンフォーマルフィルタの実施形態を示す。図1Aにおいて、ホットミラー135は、MCF100aに動作可能に連結されていてもよい。Solc構成において、複数のフィルタステージ115、120、125、および130が配置されてもよい。各ステージが、偏光子145a〜145e、液晶(LC)セル150a〜150d、および石英リターダ155a〜155dの組み合わせを有していてもよい。第一反射防止(AR)ガラスコンポーネント140aが最後の偏光子145eの後に置かれてもよい。フィルタの温度をモニターし、温度調整の必要に応じてルックアップテーブルを変更できるように、フィルタは動作可能に温度センサ170に連結されていてもよい。帯域モードおよびコンフォーマルモードの両方で操作されるフィルタの透過予測も105aに提供されている。

0058

図1Bにおいて、MCF100bは、MCFの入力点においてホットミラー135に動作可能に連結されている偏光子145fを有していてもよい。偏光子145fは、光学的処理量を増大させるため、回転可能な開口に積載されていてもよい。1つの実施形態において、偏光子145fは、機械的に回転可能な偏光子および電子的に同調可能なLCセルのうち少なくとも1つであってよい。偏光子145fは、MCF100bを新しい構成に調整する毎に、必要に応じて同調されてもよい。フィルタステージ115、120、125、および130は、偏光子145g〜145kおよび液晶(LC)セル150e〜150hの組み合わせをさらに有していてもよい。第一反射防止(AR)ガラスコンポーネント140cが、偏光子145gの前に置かれていてもよく、第二ARガラスコンポーネント140dが、最後の偏光子の後ろに置かれていてもよい。コンフォーマルモードで操作されているMCFの透過予測も提供されている105b。図1Cは、本開示の目的を達成させるために修正ルックアップテーブルと共に使用される別のMCF構成を示している。図1Dは、本開示の目的を達成させるために修正ルックアップテーブルと共に使用されるさらに別のMCF構成を示している。

0059

別の実施形態において、本開示は、修正MCFを有する複数のコンフォーマルフィルタを提供する。斯かる実施形態において、同調可能フィルタは、従来の同調可能フィルタの選別された個別ステージが複数の低解像度液晶セルを有するように変更されてもよい、あるいはそのように特別に設計されてもよい。図1Eに示されるように、MCFは、コンフォーマルフィルタ100cとして使用するため、少ない数のステージ160および165で再設計されてもよい。選択されたフィルタステージ160および165は偏光子145l〜145nを含む光学素子、LCセル150i〜150j、および石英リターダ155cの組み合わせを有していてもよい。コンフォーマルフィルタの透過予測も提供されている105c。MCFの修正には他の構成も使用可能であること、並びに設計は本明細書に記載されている設計に限定されるものでないことを、本開示は想定している。強靭で反復性のある非線形最適化方法を用いて、他のコンフォーマルフィルタ設計が選択されてもよい。斯かる方法は、ランダムな最初の構成で開始され、最低限の応答が達成されるまで再構成が行われてもよい。当業界で周知の任意の反復的な非線形最適化方法がコンフォーマルフィルタの設計に適用できることを、本開示は想定している。

0060

1つの実施形態において、コンフォーマルフィルタは、1つ以上の同じスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするように調整されてもよい。別の実施形態においては、コンフォーマルフィルタは、異なるスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするように調整されてもよい。斯かる実施形態において、斯かる構成を有するシステムは、複数の対象分析物の同時分析を行う可能性を有している。二重偏光を利用する任意の検出システムに複数のコンフォーマルフィルタが組み込まれることを、本開示は想定している。二重偏光構成の例示的実施形態が図2および図3に示してある。

0061

図2を参照すると、試料30が照明源25によって照明および/または励起される。1つの実施形態において、照明源25はレーザーを有していてもよい。別の実施形態において、照明源は太陽輻射のような受動的照明源を有していてもよい。1つの実施形態において、レーザーは斜め方向から試料を直接照明してもよい。

0062

図2の実施形態は、偏光ビームスプリッタ72から現れる直交コンポーネント用に、直交ビーム経路に沿って2つの独立した同調可能コンフォーマルフィルタ42a、42bを有している。1つの実施形態において、コンフォーマルフィルタは、マルチ共役液晶同調可能フィルタ、音響光学同調可能フィルタ,Lyot液晶同調可能フィルタ、Evans Split−Element液晶同調可能フィルタ、Solc液晶同調可能フィルタ、強誘電性液晶同調可能フィルタ、Fabry Perot液晶同調可能フィルタ、およびそれらの組み合わせのうち少なくとも1つを有していてもよい。コンフォーマルフィルタは、修正液晶同調可能フィルタおよびルックアップテーブルと一緒に作動するように構成された液晶同調可能フィルタのうち少なくとも1つを有していてもよい。

0063

この配置において、フィルタされたビームの経路はコンフォーマルフィルタ42a、42bを通して平行ではなく、適切な反射器(例えば、鏡)76a、76bによってビームコンバイナ偏光キューブであってもよいし、図示されているような偏光ビームスプリッタであってもよい)へ誘導され、そこで、直交成分(同じスペクトル形状であってもよいし、異なるスペクトル形状であってもよい)が組み合わされる。1つの実施形態において、各成分は組み合わされ、レンズアセンブリ50を通して検出器60へ誘導される。別の実施形態では、各成分は検出器60へ誘導される間、別々に保たれていてもよい。しかし、例えば、光学的な無限遠補正の必要性を回避するため、1つのビームスプリッタ72からもう一つのビームスプリッタ78へのビーム経路(個々のLCF42a、42b経由)は対称であってもよい。

0064

図2において、検出器60はCCD検出器を有している。しかし、検出器60は他のタイプの検出器、例えば、限定されないが、CCD検出器、CMOS検出器、InGaAs検出器、白金ケイ化物(PtSi)検出器、アンチモン化インジウム(InSb)検出器、テルル化カドミウム水銀(HgCdTe)検出器、コロイダル量子ドット(CQD)検出器、およびそれらの組み合わせを含む検出器を有していてもよい。いくつかの実施形態では、上記検出器の各々またはそれらの組み合わせは、FPA検出器であってもよい。いくつかの実施形態では、バンドギャップを調整するため、および/または感度を異なる波長に合わせて変更するため、上記検出器の各々は量子ドットを含んでいてもよい。

0065

図2において、2つのコンフォーマルフィルタ42a、42bは、コンフォーマルフィルタ制御装置82を用いて同時に調整されてもよい。コンフォーマルフィルタ42a、42bを独立に調整し、入力の直交成分をそれぞれ処理するように、制御装置82を構成することも可能である。従って、コンフォーマルフィルタは、適切な制御により、同じスペクトル形状へ調整することも可能であるし、同時に2つの異なるスペクトル形状へ調整することも可能である。制御装置82は、ユーザが好みに合わせて各コンフォーマルフィルタ42a、42bを選択的に調整できるようにプログラム可能であってもよいし、あるいはそのようにソフトウェアで実行されてもよい。

0066

図2の実施形態において、検出器60がコンフォーマルフィルタ42a、42bから収集したスペクトルデータに対応する2つのビュー(またはスペクトル画像)間で切り替えを行うように、高速スイッチング機構(図示しない)が提供されてもよい。あるいは、例えば、(2つの異なるコンフォーマルフィルタからの)2つのスペクトルビューまたは画像を単一画像に組み合わせて(または重ね合わせて)、コントラストまたは強度を増強してもよいし、あるいは比較目的でそれを行ってもよい。図2の実施形態では、コンフォーマルフィルタ42a、42bから受信したフィルタ済み信号捕捉するための、単一のCCD検出器を含む図が示してある。

0067

別の実施形態において、反射器76a、76bおよびビームコンバイナ78が除去され、2つの検出器が使用されてもよい。斯かる構成の例示的実施形態が図3に示してある。コンフォーマルフィルタからのフィルタ済み信号を捕捉し、それに応答して、照明試料30のスペクトル画像の表示を可能にする電子信号を生成するため、検出器60aおよび60bの各々は、2つのコンフォーマルフィルタ42a、42bの対応する1つに光学的に連結されていてもよい。本明細書記載の二重偏光の恩恵を達成するため、任意数の光学フィルタおよび関連検出器が使用できることを、本開示は想定している。

0068

1つの実施形態において、2つのフィルタ済み信号は同時に検出されてもよい。本明細書に記載されているように、2つの異なる波長の同時検出は、非重複構成(横方向、上下方向など)で表示される場合、リアルタイム検出の可能性を有している。別の実施形態においては、2つのフィルタ済み信号は連続的に検出されてもよい。

0069

ここで強調しておきたいことは、レーザー光コヒーレントであるけれども、試料30から受け取りコンフォーマルフィルタ42a、42bへ送られる光(例えば、放射された光、散乱光、吸収された光、および/または反射光)はコヒーレントでなくてもよいことである。従って、各コンフォーマルフィルタ42a、42bによって非コヒーレントな光を処理するのであるから、図2および図3の2つのコンフォーマルフィルタバージョンの場合には、波面誤差は存在しない、あるいは大幅にそれを回避できる。

0070

本開示は、反復処理を用いてコンフォーマルフィルタ構成を選択する方法も提供する。この方法は、本明細書ではリアルタイムコントラスト強化(RtCE:Real−time Contrast Enhancement)と呼ばれ、同調可能フィルタ電圧を積極的に調整し、生の測定場面からのフィードバックを提供することにより、高い分析物特異性および感度で構成を提供できるものである。斯かる方法は、対象分析物用にコンフォーマルフィルタを較正し、対象分析物用に以前のコンフォーマルフィルタ設計を改良し、および/または対象分析物用に新しいコンフォーマルフィルタ設計を生成するのに使用されてもよい。

0071

斯かる最適化処理の1つの実施形態が図4に提供されている。方法400は、ステップ410において、分析物に関連付けられた少なくとも1つのスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタするため、コンフォーマルフィルタを第一構成に調整する工程を有していてもよい。ステップ420において、試料に対応する基準データおよびマトリックスに対応する基準データを含む少なくとも1つの基準データセットが生成される。1つの実施形態において、基準データセットは、試料に関連付けられた少なくとも1つの基準スペクトルおよびマトリックスに関連付けられた少なくとも1つの基準スペクトルを有していてもよい。

0072

別の実施形態においては、少なくとも1つの基準データセットは、試料およびマトリックスを有する少なくとも1つの基準スペクトル有していてもよい。第一関心領域が試料に対応して選択されてもよく、第二関心領域がマトリックスに対応して選択されてもよい。スペクトルデータが、斯かる関心領域から抽出されてもよい。

0073

1つの実施形態において、少なくとも1つの計量化学技術が少なくとも1つの基準データセット(例えばスペクトルデータ)に適用されてもよい。計量化学技術には、例えば、限定されないが、相関分析、主成分分析、主成分回帰、部分的最小二乗、多変量曲線分解、マハラノビス距離、ユークリッド距離、バンドターゲットエントロピー、バンドターゲットエネルギー最小化、部分的最小二乗判別分析、適応亜空間検出、およびそれらの組み合わせが含まれる。計量化学技術は、試験データを基準データと比較するのに使用されてもよい。

0074

1つ以上の光学的計算が試験データセットに適用されてもよい。1つの実施形態において、この光学的計算には、T1、T1−T2,および(T1−T2)/(T1+T2)のうちの少なくとも1つを有していてもよい。当業界で周知の他の光学的計算が適用されてもよい。本開示は、本明細書記載の特定の例に限定されるように解釈されるべきものではない。

0075

許容レベルが満たされているか否かの決定がステップ430でなされる。1つの実施形態において、この決定には、少なくとも1つの性能指数(FOM)を適用する工程が含まれてもよい。FOMは、最適化処理を導くのに使用される数値である。適用可能なFOMには、例えば、限定されないが、較正標準誤差(SEC)、ユークリッド距離、予測の標準誤差(SEP)、受信者動作特性曲線下の1面積(AUROC)、光学処理能力(%T)、およびそれらの組み合わせが含まれる。光学的処理量、信号雑音比(SNR)などの他のFOMも使用できる。440aで許容レベルが満たされていれば、試料を表す試験データセットがステップ450で生成されてもよい。許容レベルが満たされていない場合、許容レベルが満たされるまで、少なくとも1つの他のコンフォーマルフィルタ構成に関して、プロセスが反復されてもよい。

0076

別の実施形態において、本開示は、プロセッサと、該プロセッサと動作可能に通信する非一時的なプロセッサ可読記憶媒体とを有するシステムも提供する。記憶媒体は1つ以上のプログラミング命令を含んでいてもよく、実行中、当該命令により、プロセッサは、コンフォーマルフィルタの少なくとも1つを対象分析物に関連付けられたスペクトル形状に一致した相互作用光子をフィルタする構成に調整し、試料を表す1つ以上の試験データセットを生成し、その試験データセットを分析して、当該試料を分析物の少なくとも1つの特徴に関して評価できるようになる。記憶媒体は、プロセッサが、分析物に対応するルックアップテーブルを探索してコンフォーマルフィルタ構成を選択し、その構成をコンフォーマルフィルタに適用するのを可能にするプログラミング命令をさらに含んでいてもよい。

0077

別の実施形態においては、本システムは、実行中、許容レベルが満たされるまで、プロセッサがコンフォーマルフィルタを反復して構成できるようにする1つ以上のプログラミング命令をさらに有していてもよい。斯かる実施形態においては、斯かる命令により、プロセッサは、コンフォーマルフィルタを第一構成に調整することにより、分析物に関連付けられた少なくとも1つのスペクトル形状に一致する相互作用光子をフィルタし、試料に対応する基準データおよびマトリックスに対応する基準データを有する少なくとも1つの基準データセットを生成し、許容レベルが満たされているか否かを決定することができる。許容レベルが満たされていれば、試験データセットが生成されてよい。許容レベルが満たされていなければ、許容レベルが満たされるまで、1つ以上の異なる構成に関して、これらステップが反復されてよい。1つの実施形態において、許容レベルが満たされているか否かは、プロセッサが少なくとも1つの性能指数を適用することにより決定されてもよい。他の実施形態においては、プロセッサは、光学的計算および計量化学技術のうち少なくとも1つを適用することにより、試験データセットをさらに分析してもよい。

0078

本明細書に開示されているコンフォーマルビジョンシステムおよび方法が多種多様なアプリケーションに適用できることを、本開示は想定している。1つの実施形態において、コンフォーマルビジョンは、害虫および/または虫を検出するのに使用されてもよい。コンフォーマルビジョンは、様々な害虫(マウスラットコウモリゴキブリ南京虫ススメバチ/ジガバチミツバチ白蟻)の排泄物残渣/を検出および判別できる。

0079

別の実施形態において、コンフォーマルビジョンは人のストレスレベルを検出するのに使用できる。斯かる「ストレス検出」構成においては、コンフォーマルビジョンは、組織の酸素化レベルを評価し、それをストレスレベルに関連付けるのに使用できる。斯かる検出器は、尋問場面(拘留者は真実を述べているか?)、あるいは建造物輸送の安全性(平均状態よりも困難を感じている乗客がいるか?)に適用できる。

0080

コンフォーマルビジョンは、皮膚科関連のアプリケーション、例えば、発疹または刺激物の存在に関する皮膚の分析、発疹の原因の特定、治療(例えば、ウルシ用の軟膏)の有効性有益性の評価、種々の皮膚アレルギーの検出などにも適用できる。いくつかの実施形態において、コンフォーマルビジョンは、皺、染み、その他顔の欠点の存在に関して皮膚を分析するのに適用されてもよい。

0081

別の実施形態において、コンフォーマルビジョンは、食物新鮮さを検出するのに適用されてもよい。例えば、コンフォーマルビジョンは食品産業によって、生産物成熟度を評価したり、食品砂糖小麦粉など)の純度を評価したり、欠陥品を機械によって自動的に拒絶したりするのに適用されてもよい。食品産業は、食品(パンチーズ)の新鮮さを評価したり、カビや他の腐敗指標を検出したりするのにもコンフォーマルビジョンを適用できるであろう。同様に、コンフォーマルビジョンは、アルコールの分析にも適用できる。例えば、ワインの分析において、ワインの品種の測定、ブドウおよび/または製造過程のワインの成熟度、またはワインのタイプの判別能力などが評価されてもよい。

0082

コンフォーマルビジョンは、犯罪現場調査および法医学的応用(乾燥した血液の検出など)にも適用できる。本システムおよび方法は、物体および/または物質を分析して、それが物でないか否かを決定するのにも適用できる。例えば、金銭宝石工場店舗内の純粋化学物質芸術作品、および/または物体が分析できる。

0083

別の実施形態において、コンフォーマルビジョンは、数多くの異なる色合わせアプリケーションに適用できる。色合わせは、家のリフォーム塗料カーペット家具など)および化粧品メーキャップ、髪の色など)アプリケーションに適用できる。

0084

別の実施形態において、コンフォーマルビジョンは、人の自己評価に適用されてもよい。例えば、本技術はテレビ、鏡、カメラ、プロジェクタ、または画像を投射する他の装置に動作可能に連結されていてもよい。衣服、身体的外見などに関する評価が行われてもよい。更なる実施形態およびその変形においては、人の自己評価は、上述のテレビ、鏡、カメラ、プロジェクタ、または画像を投射する他の装置上の画像として、仮想現実装置またはソフトウェアインターフェースとのペアで表示されてもよい。

0085

具現化されたコンフォーマルビジョンシステムが人の自己評価に適用される場合、コンフォーマルビジョンシステムは、種々の専門分野および消費者分野に組み込むことができる。例えば、専門分野においては、コンフォーマルビジョンシステムは、医者オフィス病院クリニック小売り薬局、または他の類似のヘルスケア分野に置かれた医療装置に組み込むことができる。斯かる専門分野においては、コンフォーマルビジョンシステムは、斯かるヘルスケア分野へ繰り返し訪れる人達定常試験一環として使用されてもよいが、これは本発明の1つの例に過ぎず、本発明がこの例により限定されるものではない。コンフォーマルビジョンシステムは、皮膚の状態、心臓の健康、呼吸、皮膚示差血流、皮膚の色、浮腫レベルなどに関連した有用な患者情報を評価するのに使用されてもよい。斯かる特徴の組み合わせが評価されてもよい。

0086

コンフォーマルビジョンシステムは、美容院ヘアケアサロンスパネイルサロン皮膚治療センタージムヘルスクラブなどの他の専門分野で使用されてもよい。斯かる場所においては、コンフォーマルビジョンシステムは、人または顧客の皮膚の状態、心臓の健康、呼吸、髪の状態、爪の状態、衣服、ムード、身体的外見、ストレスレベル、神経過敏状態、体の健康、組織状態などを評価するのに使用されてもよい。斯かる特徴の組み合わせが評価されてもよい。

0087

コンフォーマルビジョンシステムは、消費者分野、例えば、人の家、オフィス、車両などで使用されてもよい。斯かる消費者分野においては、コンフォーマルビジョンシステムは、人の皮膚の状態、心臓の健康、呼吸、髪の状態、爪の状態、衣服、ムード、身体的外見、ストレスレベル、神経過敏状態、体の健康、組織状態などを評価するのに使用されてもよい。斯かる特徴の組み合わせが評価されてもよい。

0088

いくつかの専門分野および消費者分野においては、コンフォーマルビジョンシステムは、その人が占有している場所に関連した分析物を評価するのに使用される。例えば、コンフォーマルビジョンシステムは、自動車などの車両、オートバイボート、または飛行機などで使用され、ある人がアルコールを飲んでいるか否か、あるいは麻薬を吸っているか否かを検出し、警告を発し、もし所定レベルのアルコールまたは麻薬が検出された場合にはその車両の運転を妨げるようにしてもよい。他の実施形態においては、コンフォーマルビジョンシステムは、ある人の家庭で使用され、ムードや他の状態を評価し、選ばれた衣類がそのムードにマッチするか否かをその人が決定できるようにする。更なる実施形態においては、コンフォーマルビジョンシステムは、美容院、ヘアケアサロン、ネイルサロンなどで適用される皮膚、髪、または美容術の効果を分析するのに使用されてもよい。

0089

上述の専門分野および消費者分野において、コンフォーマルビジョンシステムは、必要性および環境に応じて、対象分析物を検出するように構成されてもよい。分析物は、組織酸素化、血液アルコールレベル、化粧品に見られるような芳香族化合物の存在、汚染物の存在、虫または虫残渣または老廃物、薬の存在、細菌の存在、尿素乳酸など、またはそれらを示す物である。更なる実施形態において、分析物は、黒色腫および他の皮膚癌、浮腫または皮膚のむくみ、糖尿病四肢皮膚組織酸素化による)、血糖値、血管の状態、例えば、静脈瘤常性挫創、血圧、傷の治癒乾癬、および他の状態、並びに皮膚に関する指標を含む1つ以上の状態の存在を示す物であってもよい。更なる実施形態においては、分析物は、眼で測定されてもよく、血液コレステロール、血液の脂肪性沈着物、血圧、組織酸素化などの化合物および指標、並びに上述の指標および状態のいずれかが含まれる。上述の化合物または指標の各々が、コンフォーマルビジョンシステムによって生成される健康要因を決定するのに使用できる。

0090

図6A〜6Eは、コンフォーマルビジョン装置を携帯電話または他の移動性通信装置に組み込むための例示的筐体構成を示す。図6A〜6Eにおいて、コンフォーマルビジョンシステム201は自己評価を実行できる、または分析物の存在を決定するのに使用できる。システム201は、少なくとも、コンフォーマルフィルタ、検出器、プロセッサ、およびルックアップテーブル(内部説明図を参照。個々のコンポーネントは図示しない)などのコンポーネントを有する装置203を含む。コンフォーマルフィルタは同調可能フィルタを含んでもよい。システム201は携帯電話または他の移動性通信装置205も含むが、他の電子装置も想定されている。

0091

図6A〜6Eに示される実施形態は、性能、装置サイズおよび梱包、電力消費などの要求事項に依存して、システム201の異なるコンポーネント用に種々の構成を有していてもよい。例えば、対象分析物がVIS波長下に分析可能であるならば、システム201は、検出器が、携帯電話または他の移動性通信装置に既に組み込まれているカメラ用にCMOSまたはCCDセンサであるように構成されてもよい。別の実施形態において、携帯電話または他の移動性通信装置のカメラ用のCMOSまたはCCDセンサは、システム201のモジュール分離状態では図示されていない)に提供されている外部センサと組み合わせてもよく、その結果、感度がVIS波長用および別の対象スペクトル用の両方に適合できるようになる。別の対象スペクトルは検出される分析物次第ではあるが、UV、NIR、SWIR、MIR、LWIR、および重複範囲を含んでいてもよい。

0092

いくつかの実施形態では、モジュールは携帯電話または他の移動性通信装置から切り離すことができる。いくつかの実施形態では、モジュールは、システム201の機能を改善させるための追加特徴、例えば、システム201が要求する追加電力消費を補うための補助電池または他の電源を含んでいる。

0093

図7は、本開示のコンフォーマルビジョン装置の例示的操作モードを示している。図7において、コンフォーマルビジョンシステムは携帯電話または他の移動性通信装置に搭載され、南京虫などの虫の残渣または排泄物を検出するのに使用されている。ユーザは、対象領域を迅速かつ正確にスキャンして、虫がはびこっていないかどうかを決定する。虫の侵入の検出には対象領域において時間のかかる探索および調査を要求される場合が多く、探索を行う人はかなりの専門知識を有しており、どこを探すべきか、虫の侵入に関してどういう指標を探すべきかを知っていなければならないので、虫の侵入を検出する斯かる機能は、従来技術と比べて格段の改善をもたらすものである。

0094

図8は、本発明の別の実施形態を示している。図8において、ユーザ202はコンフォーマルビジョンシステム201を操作して自己評価を実行できる。コンフォーマルビジョンシステム201は、少なくとも、コンフォーマルフィルタ、検出器、プロセッサ、ルックアップテーブル(内部説明図を参照。個々のコンポーネントは図示しない)などのコンポーネントを含む装置203を有している。コンフォーマルフィルタは同調可能フィルタを含んでいてもよい。コンフォーマルビジョンシステムは、当該コンフォーマルビジョンシステム201によって分析される波長の通過を可能にする少なくとも1つの開口または透明部分204を含んでいる。

0095

図8は、消費者分野または専門分野において、流しの上または洗面所に置かれたコンフォーマルビジョンシステム201の使用および組込みを示しているが、本発明はこの例に限定されるものではない。コンフォーマルビジョンシステム201は、使用が有益である任意の場所、例えば、医者のオフィス、病院、クリニック、小売り薬局、または他の類似のヘルスケア分野、美容院、ヘアケアサロン、スパ、ネイルサロン、皮膚治療センター、ジム、ヘルスクラブ、家庭、オフィス、車両、自動車、オートバイ、ボート、または飛行機に置かれてもよい。

0096

いくつかの実施形態において、コンフォーマルビジョンシステムは、分析物(複数も可)を非侵襲的に測定するように構成される。他の実施形態では、本システムは、ユーザまたは他のコンピュータシステムまたは他の人によって手動で、または自動的に入力される他のデータおよび/またはメタデータを利用してもよい。例えば、斯かるメタデータには、電子スケールスマートウォッチスマートフォンパーソナルヘルスセンサラップトップまたはデスクトップコンピュータ携帯通信装置、または上記装置の組み合わせからの情報が含まれる。複数のデータ源の使用は、コンフォーマルビジョンシステムによって収集されるデータに追加の情報およびコンテキストを提供するものであり、その結果、コンフォーマルビジョンシステムが実行する健康評価および他の決定の有用性が改善されるものである。
(実施例)
図5A〜5Cは、本開示のコンフォーマルフィルタの検出能力を示している。コンフォーマルフィルタHSIは、個別の波長に同調させるのではなく、意図された分析応答用に適切な光学透過関数(複数も可)を生成する目的で強靭な設計アルゴリズムに依存しているのであるから、従来のHSIとは異なっている。LCコンフォーマルフィルタのスペクトル帯域は広いので、光学的処理量、従って測定されたSNRは、単一波長モードで操作されるLCフィルタよりも大幅に大きい。加えて、コンフォーマルフィルタの方法は、分析物の特異性を達成するのに必要な測定数が少ないので、従来のLC HSIと比較して測定時間が短かくて済む。図5A〜5Cに示されるように、コンフォーマルフィルタの方法は、標的分析物用に優れた検出性能を提供する(あらゆる方法を超える最高のAUROC)だけでなく、検出は迅速に行われ、「隣接物」、すなわち図5A〜5Cの標的分析物および攪乱物質のような類似のスペクトル特徴を有する分析物間で優れた判別がなされる。

0097

硫酸アンモニウム(AS)、AN(硝酸アンモニウム)、および尿素(CO(NH2)2)を有する3つの試料が準備された。ANが対象分析物として選択された。ASは攪乱物質(背景)として、尿素は干渉物質として選択された。試料は実験設定を用いて分析され、照明源215は石英タングステンハロゲンランプを有し、コンフォーマルフィルタ42はMCFを有し、検出器60はSWIRカメラを有していた。明視野反射率画像510およびSWIR反射率画像(T1)520が生成された。各物質のスペクトルデータ505も図5Aに示してある。

0098

図5Bは、RtCE方法が適用された場合の本発明の検出能力を示す。第二SWIR反射率画像(T2)が生成された530。光学的計算(T1−T2)/(T1+T2)が適用され、スコア画像540が生成された。検出画像から分かるように、ANは容易に検出され、ASおよび尿素から区別された。図5Cは、追加の処理ステップ(例えば、コントラストフリップおよび飽和除去)を適用した後の検出結果を示している。スコア画像540からの確率分布560が、インクラスアウトオブクラス検出を示している。ROC曲線570が、達成された感度および誤検出の結果を示している。ROC曲線570は、閾値を確率分布560に適用することにより生成された。実施例に示されるように、本開示のシステムおよび方法は、分析物の検出および「隣接物」、すなわち類似のスペクトル特徴を有する分析物間の判別を行う可能性を有している。

0099

本開示は特定の実施形態を参照して詳細に記載されてはいるが、実施態様の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更および修正が可能であることは当業者には明白であろう。加えて、本明細書に提供される例は特定の分析物に関係してはいるが、本開示は斯かる分析物に限定されるものではなく、多種多様な対象分析物の検出に使用できるものである。従って、本開示は、添付の請求項およびその等価物の範囲にあることを条件として、本開示の修正および変更を網羅するものである。

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