特許 7460646 ＦＴＩＲ分光法のバックグラウンド生成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】ＦＴＩＲ分光法のバックグラウンド生成

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/02 20060101AFI20240326BHJP

   G01J 3/45 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G01J3/02 C

G01J3/45

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021550220

(86)(22)【出願日】2020-02-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-25

(86)【国際出願番号】 US2020020014

(87)【国際公開番号】W WO2020176698

(87)【国際公開日】2020-09-03

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】62/811,108

(32)【優先日】2019-02-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】509027021

【氏名又は名称】サーモ エレクトロン サイエンティフィック インストルメンツ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】ナッドソン ピーター エドワード

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第５９８２４８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第５４４６６８１（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第７００３４３６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８７１９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２６３３８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４６１４０８３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｊ ３／００－Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分光計でバックグラウンド測定を自動的に生成する方法であって、
前記分光計で複数の候補スキャンを収集するステップと、
前記複数の候補スキャンの各々について、前記候補スキャンが最近のバックグラウンド記述に含まれる正規直交基底セットに所定の閾値以下で相関するかどうかを判定するステップと、
前記正規直交基底セットに所定の閾値以下で相関する各候補スキャンを、バックグラウンドスキャンとしてスキャンキャッシュに保存するステップと、
現在のバックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、前記スキャンキャッシュに格納された複数の前記バックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップと、を含む、方法。

【請求項2】

前記バックグラウンド記述が、機器設定を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記バックグラウンド記述が、インターフェログラムのピークの大きさを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記候補スキャンが、順方向スキャンである、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記事前に選択された時間間隔が、約３０分～約６０分である、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

現在のバックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、前記スキャンキャッシュに格納された複数の前記バックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップは、新しいバックグラウンドスキャンが識別されるたびに２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔で新しいバックグラウンド測定を自動的に生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

２５６個のバックグラウンドスキャンが、前記スキャンキャッシュに保存される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記正規直交基底セットが、１０個のベクトルの数の行列を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記１０個のベクトルの数の行列が、グラムシュミット残差分析または主成分分析を使用して生成される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記１０個のベクトルの数の行列が、最初の１０回のバックグラウンドスキャンを使用して生成される、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記候補スキャンのピークの大きさが、前記最近のバックグラウンド記述のピークの大きさと相関する場合、前記候補スキャンが、前記正規直交基底セットと相関する、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

ユーザがサンプルスキャンを開始したときに、前記候補スキャンの収集を停止するステップと、
前記バックグラウンド測定が、前記事前に選択された時間間隔よりも古い場合、ユーザにメッセージを表示するステップと、
サンプルを測定するステップと、
新しいサンプルの記述を作成して保存するステップと、
前記候補スキャンの収集を再開するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

ユーザがバックグラウンドスキャンを開始したときに、前記候補スキャンの収集を停止するステップと、
バックグラウンドを測定するステップと、
新しいバックグラウンドの記述を作成して保存するステップと、
前記候補スキャンの収集を再開するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記分光計にサンプルが存在しない場合に、前記複数の候補スキャンが収集される、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

分光計であって、
赤外線放射を生成するように構成されているソースと、
前記赤外線放射から複数の候補スキャンを生成するように構成されている干渉計と、
前記複数の候補スキャンを収集するように構成されている検出器と、
コントローラと、を備え、前記コントローラが、
前記複数の候補スキャンの各々について、前記候補スキャンが最近のバックグラウンド記述に含まれる正規直交基底セットに所定の閾値以下で相関するかどうかを判定するステップと、
前記正規直交基底セットに所定の閾値以下で相関する各スキャンを、バックグラウンドスキャンとしてスキャンキャッシュに保存するステップと、
現在のバックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、前記スキャンキャッシュに格納された複数の前記バックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップと、を実行するように構成されている、分光計。

【請求項16】

前記事前に選択された時間間隔が、約３０分～約６０分である、請求項１５に記載の分光計。

【請求項17】

現在のバックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、前記スキャンキャッシュに格納された複数の前記バックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップは、新しいバックグラウンドスキャンが識別されるたびに２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔で新しいバックグラウンド測定を自動的に生成するステップを含む、請求項１５に記載の分光計。

【請求項18】

前記正規直交基底セットが、１０個のベクトルの数の行列を含む、請求項１５に記載の分光計。

【請求項19】

前記候補スキャンのピークの大きさが、前記最近のバックグラウンド記述のピークの大きさと相関する場合、前記候補スキャンが、前記正規直交基底セットと相関する、請求項１５に記載の分光計。

【請求項20】

前記分光計にサンプルが存在しない場合に、前記複数の候補スキャンが収集される、請求項１５に記載の分光計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年２月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／８１１，１０８号の優先権利益を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示の態様は、一般に、ＦＴＩＲ分光法の分野に関連し、より具体的には、ＦＴＩＲ分光計で使用するためのバックグラウンドを自動的に生成することに関連している。

【背景技術】

【0003】

フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）干渉分光計は、化合物の分析に広く使用されている。赤外線スペクトルの様々な波長での不明なサンプルによる赤外線放射の吸収を測定し、その結果を既知の標準と比較することにより、これらの機器は、不明なサンプルの化学組成に関する有用な情報を生成する。典型的なＦＴＩＲ分光計では、赤外線放出源からの赤外線放射が収集され、干渉計を通過し、分析されるサンプルを通過し、赤外線検出器に焦点を合わせる。干渉計は、マイケルソン型干渉計であり得る。

【0004】

干渉計システムは、サンプルと組み合わせて、検出器に衝突する赤外線放射の強度を変調し、それによって時変強度信号を形成する。この時変強度信号を対応する時変電流に変換するのが検出器の機能である。次に、電流は、時変電圧に変換され、この時変電圧は、アナログ－デジタル変換器に提示され、次いで、分光計に関連付けられたプロセッサで処理される一連のデジタル数字として保存される。

【0005】

ＦＴＩＲ分光計には、サンプルを研究するために機器が使用する分析放射を変調する可動ミラー要素が含まれ得る。可動ミラーにより、時間領域のインターフェログラムまたはプロファイルを生成することが許容され、これを分析すると、高解像度の周波数領域スペクトルを生じさせることが許容され、バックグラウンドスペクトルまたはプロファイルと比較することができる。

【0006】

ＦＴＩＲ分光法では、サンプルとバックグラウンドのインターフェログラムが高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で処理され、干渉計のゼロパス差に関連する位置データから周波数領域データにデータが変換される。次に、同じ波長における対応するバックグラウンドデータに対して各波長におけるサンプルデータの比を取り、機器のバックグラウンドプロファイルを除去する。各波長における比率値の配列は、ユーザに提示され、分析結果を生成するために使用されるサンプルスペクトルになる。

【0007】

ユーザがサンプル測定を行うために機器に近づいたときに利用できる、使用可能なバックグラウンド測定を常に有していることが望ましい。周囲温度、湿度、その他の条件が変化すると、機器のバックグラウンドプロファイルが時間とともにわずかに変化するため、機器の設定が変更されていない場合でも、同じバックグラウンド測定を長期間使用することは推奨されない。このバックグラウンドプロファイルのドリフトにより、いずれかの所与の時点において機器にサンプルが存在しない場合を認識することも困難になる。

【0008】

本明細書で使用される「バックグラウンドプロファイル」（「機器プロファイル」と呼ばれることもある）という用語は、一般に、現在の機器の状態で具体化される１つ以上の条件を指し、これには、機器内の周囲温度／湿度、選択されたソースおよび検出器、干渉計のストローク長など、現在の機器で現在有効な設定、機器に設置されたアクセサリ、または、機器に存在するスクリーン／フィルタなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。条件は、ユーザの相互作用を通して変化したり、時間の経過とともにドリフトしたりする可能性があり、バックグラウンド測定で捕捉される場合とされない場合がある。

【0009】

本明細書で使用される「バックグラウンド測定」（「バックグラウンド」と呼ばれることもある）という用語は、一般に、現在の機器プロファイルを捕捉するために取得された複数のともに加算されたバックグラウンドスキャンを指す。バックグラウンドスキャンは通常、サンプルを配置せずに取得され、ともに加算されたバックグラウンドスキャンは、サンプル測定で使用されてサンプルスペクトルを生成する前に、ＦＦＴを用いて周波数領域に変換される。

【0010】

以前の既知のプロセスに固有の困難の一部またはすべてを軽減または克服する、ＦＴＩＲ分光計で使用するためのバックグラウンド測定を自動的に提供する方法を提供することが望ましいであろう。特定の実施形態の以下の開示および詳細な説明を考慮して、特定の目的および利点は、当業者、すなわち、本技術分野に精通しているか、または経験を有する者には明らかであろう。

【発明の概要】

【0011】

分光計でバックグラウンド測定を自動的に生成する方法であって、分光計で複数の候補スキャンを収集するステップと、複数の候補スキャンの各々について、候補スキャンが最近のバックグラウンド記述に関連付けられた正規直交基底セットに相関するかどうかを判定するステップと、正規直交基底セットに相関する各候補スキャンを、バックグラウンドスキャンとしてスキャンキャッシュに保存するステップと、現在のバックグラウンドが、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、スキャンキャッシュに格納された複数のバックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップと、を含む方法の実施形態が記載されている。

【0012】

本発明のいくつかの態様では、バックグラウンド記述には、機器の設定、および／またはインターフェログラムのピークの大きさが含まれる。また、場合によっては、候補スキャンは順方向スキャンである。さらに、いくつかの実装形態では、事前に選択された時間間隔は、約３０分～約６０分であるか、または事前に選択された時間間隔は、２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔を含む。

【0013】

場合によっては、２５６個のバックグラウンドスキャンは、スキャンキャッシュに保存される。さらに、正規直交基底セットには、グラムシュミット残差分析または主成分分析を使用して生成できる１０個のベクトルの数の行列が含まれ得る。同じまたは代替の実装態様では、１０個のベクトルの数の行列は、最初の１０回のバックグラウンドスキャンを使用して生成される。また、場合によっては、候補スキャンのピークの大きさが、最近のバックグラウンド測定のピークの大きさと相関する場合、候補スキャンは、正規直交基底セットと相関する。

【0014】

いくつかの実装態様では、この方法は、ユーザがサンプルスキャンを開始したときに、候補スキャンの収集を停止するステップと、バックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、ユーザにメッセージを表示するステップと、サンプルを測定するステップと、新しいサンプルの記述を作成して保存するステップと、候補スキャンの収集を再開するステップと、をさらに含み得る。

【0015】

さらに、場合によっては、この方法は、ユーザがバックグラウンドスキャンを開始したときに、候補スキャンの収集を停止するステップと、バックグラウンドを測定するステップと、新しいバックグラウンド記述を作成して保存するステップと、候補スキャンの収集を再開するステップと、をさらに含み得る。

【0016】

さらに、いくつかの実装態様では、分光計にサンプルが存在しない場合に、複数の候補スキャンが収集される。

【0017】

分光計であって、赤外線放射を生成するように構成されているソースと、赤外線放射から複数の候補スキャンを生成するように構成されている干渉計と、複数の候補スキャンを収集するように構成されている検出器と、コントローラと、を備え、コントローラが、候補スキャンが最近のバックグラウンド記述に関連付けられた正規直交基底セットに相関するかどうかを判定するステップと、前記正規直交基底セットに相関する各スキャンを、バックグラウンドスキャンとしてスキャンキャッシュに保存するステップと、現在のバックグラウンド測定が、事前に選択された時間間隔よりも古い場合、スキャンキャッシュに格納された複数のバックグラウンドスキャンから新しいバックグラウンド測定を生成するステップと、を実行するように構成されている、分光計の実施形態も記載されている。

【0018】

いくつかの実装形態では、事前に選択された時間間隔は、約３０分～約６０分であるか、または事前に選択された時間間隔は、２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔を含む。さらに、正規直交基底セットは、１０個のベクトルの数の行列を含むことができ、場合によっては、候補スキャンのピークの大きさが最近のバックグラウンド測定のピークの大きさと相関する場合、候補スキャンが正規直交基底セットと相関する。さらに、場合によっては、分光計にサンプルが存在しない場合に、複数の候補スキャンが収集される。

【0019】

ここで開示される、これらのおよびさらなる特徴および利点は、特定の実施形態の以下の詳細な開示、その図面、および特許請求の範囲からさらに理解されるであろう。

【0020】

本実施形態の前述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面と併せて受け入れられる例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】分光計の模式図である。

【図2】図１の分光計を使用した自動走査プロトコルの実装態様の例である。

【図3】図１の分光計を使用したユーザ開始サンプルスキャンの実装態様の例である。

【図4】図１の分光計を使用したユーザ開始バックグラウンドスキャンの実装形態の例である。

【0022】

上記に対して参照される図は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、特定の実施形態の表示を提供するように理解されるべきであり、単に、本質的に概念的なものであり、関係する原理の例示である。図面において示されているいくつかの特徴は、説明および理解を容易にするために、他の特徴に対して拡大または歪められている。様々な代替的な実施形態に示される類似または同一の構成要素および特徴に対して図面で、同じ参照番号が使用される。本明細書に開示されるような背景技術の記述は、それらが使用される、意図された用途および環境によって部分的に決定される構成および構成要素を有するであろう。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１を参照すると、一般的なＦＴＩＲ分光計１０は、赤外線（「ＩＲ」）ソース１２、干渉計１４、サンプルコンパートメント１６、および検出器１８を含む。ソース１２は、コリメートされ得るＩＲ放射２０を生成することができ、次いで、干渉計１４によって変換されて、サンプルコンパートメント１６内のサンプルを照射する変調信号２２を生成する。サンプルによって吸収されないエネルギーを含む結果として生じるＩＲ信号２４は、検出器１８によって検出され、次いで、ＩＲ信号２４は、コントローラ２６によって処理されて、インターフェログラムを生成する。コントローラ２６は、インターフェログラムを周波数領域に変換するためのフーリエ変換で処理するために、増幅器およびアナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）によってそれぞれＩＲ信号を増幅し、デジタル信号に変換することができる（図示せず）。

【0024】

コントローラ２６は、いずれかのタイプの汎用コンピュータであり得ることが理解されるべきである。コントローラ２６はまた、特殊用途のコンピュータ、マイクロコンピュータ、ミニコンピュータまたはメインフレームを含むコンピュータシステム、例えば、プログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、ＣＳＩＣ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）または他の集積回路、論理回路、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、ＰＬＡまたはＰＡＬなどのプログラマブル論理デバイス、または分光計１０に関して本明細書に記載されたステップを実施することができる他のデバイスまたはデバイスの配列であってもよい。

【0025】

干渉計１４は、既知の方法で、２つのビームの経路が異なるように、入射光ビームを２つのビームに分割するマイケルソン干渉計であり得る。マイケルソン干渉計は２つのビームを再結合し、それらを検出器に導き、ここで、これら２つのビームの強度の差がパスの差の関数として測定される。よく知られているように、マイケルソン干渉計は２つの垂直ミラーを含み得、１つは静止しており、もう１つは可動である。可動ミラーを順方向に移動すると、光路長の差が大きくなり、サンプルコンパートメントの順方向スキャンとして知られるデータを取得するためにミラー速度が最適化される。パスの長さが減少しているとき、または再トレースしているときは、速度が増加し、逆方向スキャンと見なすことができる。特定の実施形態では、スキャンの収集は、可動ミラーの順方向スキャン中にのみ発生する。

【0026】

検出器からの読み取り値は、実際には瞬時値ではなく、むしろ、検出器は実際に短期間で信号を積分する。この期間は、いくつかのタイプの検出器（水星－カドミウム－テルル化物（ＭＣＴ）など）では非常に短いが、それでもゼロではない。重水素化硫酸トリグリシン（「ＤＴＧＳ」）検出器などの他の検出器は、実際にはかなり長い時間信号を積分する。干渉計を前進させ（ミラーの変位が増加）、変位Ｎに対してデータを取得した場合、結果のデータは、変位Ｎ－１と点Ｎの間の信号の積分になる。逆方向のスキャン中には、点ＮとＮ＋１の間の信号の積分がある。ＤＧＴＳのような「遅い」検出器では、ミラーが移動する速度に応じて、信号は実際にはいくつかの点の積分であり得る。この違いにより、順方向および逆方向スキャンの信号平均化によって生成されたスペクトルには、微妙なアーチファクトが生じる。その一部は、順方向および逆方向スキャンを別々に信号平均化し、２つの周波数領域測定を加算する前に、ＦＦＴを用いて周波数領域に変換することで排除できる。しかしながら、これらの追加的な複雑さのために、特定の実施形態では、データの後方スキャン収集は行われない。

【0027】

後方スキャンでデータが収集されない場合、ミラーの速度は検出器に適した速度に制限されず、ミラーは非常に迅速に再トレースすることができる。したがって、順方向スキャンのみでＮ個のスキャンを取得しても、順方向および逆方向スキャンのデータを集めた場合の２倍の時間がかかることはない。再トレース中、ファームウェアは、例えば電源電圧や基板温度を含む読み取り値診断情報などのハウスキーピングアクティビティ専用にすることができる。これらの読み取り値の一部は、検出器が使用しているものと同じ集積回路（「Ｉ２Ｃ」）バスを使用することがあり、スキャンの取得中に読み取られると競合が発生する可能性があることを理解されたい。さらに、アクセサリの挿入／取り外しの検出など、再トレース中に他のアクティビティを実行することができ、これらのアクティビティは、スキャンの実行中に競合を引き起こす可能性もある。

【0028】

サンプルコンパートメント１６にサンプルが存在しない場合、バックグラウンドスキャンを取得してコントローラ２６に保存することができる。保存されたバックグラウンドスキャンは、サンプルスキャンと比較されるベースラインとして機能する。ユーザが分光計１０でサンプルをスキャンすることを望む場合、使用するバックグラウンド測定が、分光計１０の設定および周囲条件の現在の機器プロファイルに対応していることを確認する必要がある。これを実現する１つの方法は、サンプルをスキャンする直前に、ユーザに新しいバックグラウンド測定を開始させることである。ただし、新しいバックグラウンド測定を作成するために必要な時間は、通常、サンプル自体を測定するための時間以上であるため、結果的に非効率的な操作になる。

【0029】

特定の実施形態によれば、現在のバックグラウンドスキャンは、分光計１０がアイドル状態である間、すなわちサンプルのスキャンに使用されていない間、定期的に取得および保存することができる。新しいバックグラウンド測定を作成するプロセスを自動化できるため、ユーザが分光計１０に近づくと、現在使用可能なバックグラウンド測定が存在することを確認でき、サンプルを簡単にサンプルコンパートメント１６に挿入してスキャンを実行することができる。したがって、ユーザは、現在の機器プロファイルが現在のバックグラウンド測定によって正確に捕捉されることが保証されるため、サンプルスペクトルには、ユーザがシステムに導入したサンプルのみから得られたスペクトル情報が表示される。

【0030】

特定の実施形態では、コントローラ２６は、候補スキャンが定期的に収集され、自動化走査プロトコルを定義する事前に選択された時間間隔において、新しいバックグラウンド測定が生成されるように、自動化された方法で分光計１０を動作させるように構成され得る。次に、収集された候補スキャンは、バックグラウンドスキャン、最新のサンプルに一致するスキャン（例えば、サンプルスキャン）、または不明なスキャンとして分類される。バックグラウンドスキャンは、後で新しいバックグラウンド測定を生成する際に使用するために、コントローラ２６によってスキャンキャッシュに格納される。自動化走査プロトコルで定義された各時間間隔において、可能であれば、現在の機器設定（例えば、バックグラウンドプロファイル）に一致する最新のバックグラウンドスキャンの組み合わせに基づいて、新しいバックグラウンド測定を作成することができる。特定の実施形態では、現在のバックグラウンド測定よりも新しい候補スキャンのみが、新しいバックグラウンド測定を自動生成するために使用される。バックグラウンド測定を生じさせるために平均化またはともに加算されたスキャンキャッシュからのバックグラウンドスキャンの数は、ユーザによって選択され得ることを理解されたい。特定の実施形態では、スキャンキャッシュは最大２５６個のスキャンを含み得、そのいくつかは現在のバックグラウンド測定よりも古い可能性がある。特定の実施形態では、スキャンキャッシュからの１６個以上のバックグラウンドスキャンが、バックグラウンド測定を行うために使用される。必要に応じてユーザがバックグラウンドスキャンを開始してもよく、ユーザが開始したバックグラウンド測定と自動生成されたバックグラウンド測定に同じ数のバックグラウンドスキャンを使用できることも理解されたい。

【0031】

サンプルがサンプルコンパートメント１６内の所定の位置に残される場合、新しいバックグラウンド測定の生成は失敗し、サンプルがサンプルコンパートメント１６に留まっている間、コントローラ２６によってスキャンキャッシュに格納される新しいバックグラウンドスキャンはないことを理解されたい。新しいバックグラウンド測定の自動生成が失敗した場合、既存のバックグラウンド測定はそのまま残る。特定の実施形態では、コントローラ２６は、ユーザがサンプル測定を開始し、現在のバックグラウンド測定が、例えば、６０分などの特定の時間間隔よりも古い場合にユーザに警告するように構成され得る。これにより、ユーザは新しいバックグラウンド測定を生成するかどうかを自分で決定することが許容される。

【0032】

バックグラウンド測定を作成するために平均化またはともに加算されるスキャンキャッシュからのバックグラウンドスキャンの数を変えることができることを理解されたい。特定の実施形態では、バックグラウンドスキャンとして識別された最新の２５６個のスキャンのサブセットを平均化するか、またはともに加算して、バックグラウンド測定を作成することができる。すべての関連する機器設定は、各バックグラウンドスキャンとともに格納されるため、新しいバックグラウンド測定が必要な場合は、現在の機器設定に一致するスキャンのみが新しいバックグラウンド測定の生成に使用される。例示的な機器設定には、開口サイズ、プレピーク点の数、解像度、および使用されるアクセサリのタイプが含まれるが、これらに限定されない。サンプルスキャンおよび未知のスキャンは、コントローラ２６によって、いずれかの長さの時間格納され得ないことを理解されたい。

【0033】

本明細書で使用されるような「約」という用語は、分光器の製造および使用の分野での実用的な商業工学的目的、コスト、製造公差、および能力の制約の範囲内で、特定の値に近い、またはほぼそれであることを意味することを意図する。同様に、本明細書で使用されるような「実質的に」という用語は、分光器の製造および使用の分野での実用的な商業工学的目的、コスト、製造公差、および能力の制約の範囲内で、大抵は、またはほとんど同じであることを意味することを意図する。

【0034】

自動化走査プロトコルが動作するとき、スキャンはそれらの状態（例えば、バックグラウンド対サンプルなど）に従って分類される必要がある。スキャンをサンプルスキャンとして分類する理由の１つは、スキャンが誤ってバックグラウンドスキャンとして分類され、新しいバックグラウンド測定を生成するために使用されないようにするためである。

【0035】

システムが、ユーザ開始サンプルまたはバックグラウンド測定を行う場合、または自動化走査プロトコルを通してバックグラウンド測定が自動的に生成される場合、バックグラウンド測定に対して収集されたデータのサブセットから正規直交基底セットが計算され、新しいバックグラウンド記述が作成される。本明細書で使用される「バックグラウンド記述」という用語は、一般に、バックグラウンド測定が行われた時点における条件の記述、ならびにいずれかの候補スキャンと、記述されているバックグラウンド測定を生じさせるのに使用されたバックグラウンドスキャンとを比較するのに必要なデータを指す。

【0036】

正規直交基底セットは、グラムシュミット残差分析、主成分分析、または少なくとも最初の１０回のバックグラウンドスキャンからのいずれかの他の適切な分析方法を使用して生成された１０個のベクトルの数の行列を含む。インターフェログラムのセンターバースト周辺の少なくとも１００個のデータ点をこれらの１０回のバックグラウンドスキャンの各々から抽出し、正規直交基底セットをそのデータ点のサブセットから生成することができる。インターフェログラムのピークの平均の大きさの値は、正規直交基底の設定、ならびに関連する機器の設定とともに保存することができる。例えば、分類によるバックグラウンド記述には、正規直交基底セット、ピークの大きさ、および機器の設定が含まれる。機器で使用されたアクセサリごと、およびアクセサリを配置できるサンプルの場所ごとに、個別のバックグラウンド記述が保持される。これらのアクセサリの各々は、薄膜や粉末などの特定のタイプのサンプルを取り扱うように設計されている。各アクセサリには、取り付け時に機器の光路に影響を与える独自の光学コンポーネントがあり、これが、ひいては、機器の周囲条件に影響を与えるため、機器のバックグラウンドプロファイルに影響を与える。現在説明されている例では、バックグラウンドプロファイルの変化により、アクセサリ情報、ならびに他の機器設定をバックグラウンド記述に記録することが望ましい。単純な機器では、サンプルの場所が１つしかないため、これは最大で約１０個のバックグラウンド記述になり得る。ただし、技術的な複雑および／またはユーザのニーズに応じて、いずれかの数のバックグラウンド記述を保存することができる。

【0037】

特定の実施形態では、利用可能なバックグラウンドスキャンが１０未満である場合、バックグラウンド測定は生成されない。バックグラウンドに対して１０未満のバックグラウンドスキャンを使用することは、実際の測定では一般的ではない。

【0038】

インターフェログラムのセンターバースト周辺のデータを使用できるが、これは、干渉計のゼロパス差位置に最も近いスキャン領域であり、破壊的な干渉が最も少なく、大きさ強度の読み取り値が最大になるためである。この領域の大きさの値が大きくなると、機器の条件の変動とともに変化を示す可能性が高い。少なくとも１０回のバックグラウンドスキャンからのデータを使用して、正規直交基底セットを生じさせることにより、過度の計算やストレージ要件を発生させることなく、スキャン間の変動を適切に表現することができる。１０未満のバックグラウンドスキャンからのデータを使用すると、バックグラウンドスキャンを認識する能力が低下し得る。

【0039】

特定の実施形態では、自動化走査プロトコルは、例えば、約３０分～約６０分など、事前に選択された時間間隔において新しいバックグラウンド測定を自動的に生成することができる。このような間隔が与えられると、最新のバックグラウンド測定が十分頻繁に更新され、機器のプロファイルのドリフトが小さくなり、新しいスキャンをバックグラウンドスキャンとして正確に分類することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、自動化走査プロトコルのために事前に選択された時間間隔は、新しいバックグラウンドスキャンが識別されるたびに新しいバックグラウンド測定を自動的に生成することを含み得、これは、バックグラウンド測定が常に現在の機器プロファイルを反映することを保証する。説明された実施形態は、機器の現在のプロファイルを正確に表すバックグラウンド測定をユーザに提供する。例えば、事前に選択された時間間隔は、２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔を含み得る（例えば、間隔は、第１のバックグラウンドスキャンの識別時の第１の時点と、第２のバックグラウンドスキャンの識別時の第２の時点との間であり、第１および第２の時点の両方において、新しいバックグラウンド測定が作成される）。

【0040】

システムがユーザ開始のサンプル測定を行っていないときに自動化走査プロトコルを実装する方法は、図２において見ることができる。ステップ３０で、システム起動が実行され、ステップ３２で、既存の工場バックグラウンド記述がコントローラ２６にロードされる。これらの工場バックグラウンド記述は、理想的な条件下で様々な設定を使用してバックグランドスキャンを測定することによって作成される。ステップ３４で、最近のバックグラウンド記述がロードされる（例えば、機器構成に対して最新のもの）。ステップ３６で、候補スキャンが収集される。

【0041】

ステップ３８で、収集された候補スキャンが、最近のサンプル記述と一致するかどうかが判定される。そのために、収集された候補スキャンのピークの大きさが、最新のサンプル測定の平均ピークの大きさと比較される。ピークの大きさがサンプルのすべてのサンプルスキャンの平均の８０％～１５０％の間である場合、最新のサンプル正規直交基底セットに対してグラムシュミット残差を計算することによって、さらにチェックが行われる。この残差が経験的に判定された閾値よりも小さい場合、候補スキャンはサンプルスキャンとして分類され、破棄される。特定の実施形態では、機器に存在するアクセサリに応じて、残差チェックに使用される異なる閾値が存在する。特定の実施形態では、残差の閾値は約０．０２であり得る。特定の実施形態では、減衰全反射（ＡＴＲ）アクセサリが使用されている場合、残差の閾値は約０．０１であり得る。これらの閾値はプログラムで調整することができ、テストが実行されるにつれて変化し得ることを理解されたい。

【0042】

ステップ３８で候補スキャンが最近のサンプル記述と一致する場合、サンプルスキャンまたはバックグラウンドスキャンのいずれかを開始したユーザがいないため、候補スキャンはステップ４０で破棄される。これは、サンプルがサンプルコンパートメント１６に不注意に残された場合に発生し得る。次に、システムは、ステップ３６で別の候補スキャンを収集する。

【0043】

ステップ３８で、候補スキャンが最近のサンプル記述と一致しない場合、それはバックグラウンドスキャンであり得るか、または異なるサンプルが機器に配置されたためであり得ることを理解されたい。ステップ４２で、候補スキャンがステップ３４でロードされた最近のバックグラウンド記述と一致するかどうかが判定される。あるいは、最近のバックグラウンド記述が何らかの理由で機器構成と一致しない場合、他の最近収集されたバックグラウンド記述を検索して、現在の機器構成と一致するバックグラウンド記述を見つけることができる。一致するバックグラウンド記述が見つかると、候補スキャンと一致するバックグラウンド記述との間でピークの大きさが比較され、グラムシュミット残差が計算されて閾値と比較される。候補スキャンが閾値内にある場合、それはバックグラウンドスキャンとして分類され、候補スキャンは、ステップ４４で、その時使用されていたすべての機器設定とともに、コントローラ２６内のバックグラウンドスキャンのキャッシュにバックグラウンドスキャンとして保存される。

【0044】

ステップ４６で、最近のバックグラウンド測定の経時時間を事前に選択した間隔と比較し、バックグラウンド測定が古すぎるかどうかを判定する。特定の実施形態では、事前に選択された間隔は、約３０分～約６０分であり得るか、または２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔を含み得る（例えば、間隔は、第１のバックグラウンドスキャンの識別時の第１の時点と、第２のバックグラウンドスキャンの識別時の第２の時点との間であり、第１および第２の時点の両方において、新しいバックグラウンド測定が作成される）。事前に選択された間隔は、コントローラ２６においていつでも変更できることを理解されたい。バックグラウンド測定の経過時間が事前に選択された間隔以上である場合、ステップ４８で新しいバックグラウンド測定が作成される。新しいバックグラウンド測定を作成するには、既存のバックグラウンド測定よりも新しく、現在の機器設定と一致する設定を有する選択された数のバックグラウンドスキャンを平均するか、ともに加算して、新しいバックグラウンド測定を作成する。特定の実施形態では、最新の約２００～約３００のバックグラウンドスキャン、より好ましくは最新の約２２５～約２７５のバックグラウンドスキャン、および最も好ましくはほぼ最新のバックグラウンドの２５６のスキャンを一緒に平均して、新しいバックグラウンド測定を作成することができる。次に、ステップ５０で、現在の機器設定を有する新しいバックグラウンド説明が、コントローラ２６に保存される。次に、システムは、ステップ３６で別の候補スキャンを収集する。

【0045】

ステップ４６で、バックグラウンド測定の経過時間が事前に選択された間隔よりも短いと判定された場合、システムは、次に、ステップ３６で別の候補スキャンを収集する。

【0046】

ステップ４２で、候補スキャンがステップ３４でロードされた最近のバックグラウンド記述と一致しない場合、候補スキャンが工場バックグラウンド記述と一致するかどうかがステップ５２で判定される。最近のバックグラウンド記述は、工場において収集されたバックグラウンド記述のリストと比較される。ステップ５２で一致する工場バックグラウンド記述が見つかった場合、ステップ４２と同じ比較を行って、工場バックグラウンド記述および候補スキャンのピークの大きさとグラムシュミット残差を比較し、候補スキャンがピークの大きさと残差の閾値内であれば、それはバックグラウンドスキャンとして分類され、ステップ４４でバックグラウンドスキャンのキャッシュに追加される。次に、システムは、ステップ４６で、バックグラウンドが古すぎるかどうかを判定する。

【0047】

ステップ５２でのスキャンが工場バックグラウンド記述と一致しない場合、候補スキャンはステップ５４で未知のスキャンとして破棄される。次に、システムは、ステップ３６で別の候補スキャンを収集する。

【0048】

図２の自動化走査プロトコルが動作している間のユーザによるサンプルスキャンの開始が、図３に示されている。ステップ５６で、ユーザはサンプルスキャンを開始し、ステップ５８で、自動化走査プロトコルが停止される。ステップ６０で、バックグラウンド測定の経過時間を事前に選択された間隔と比較して、バックグラウンド測定が古すぎるかどうかを判定する。特定の実施形態では、事前に選択された間隔は、約３０分～約６０分であり得るか、または２つの新しいバックグラウンドスキャンの判定の間の間隔を含み得る。事前に選択された間隔は、コントローラ２６においていつでも変更できることを理解されたい。バックグラウンド測定が事前に選択された間隔よりも古い場合、ステップ６２で、バックグラウンド測定が事前に選択された間隔よりも古いことをユーザ示すメッセージが表示される。ステップ６０で、バックグラウンド測定が古すぎないと判定された場合、サンプルはステップ６３で測定される。ステップ６４で、新しいサンプル記述が作成され、それは、ステップ６５でコントローラ２６に保存される。次に、ステップ６６で、サンプル測定と、現在のバックグラウンド測定からのデータとの比率比較が行われる。次に、ステップ６８で、自動化走査プロトコルが再開される。

【0049】

図２の自動化走査プロトコルが動作している間のユーザによるバックグラウンドスキャンの開始が、図４に示されている。ステップ７０で、ユーザはバックグラウンドスキャンを開始し、ステップ７２で、自動化走査プロトコルが停止される。ステップ７４で、バックグラウンドが測定される。ステップ７６で、新しいバックグラウンド記述が作成され、それは、ステップ７８でコントローラ２６に保存される。次に、ステップ８０で、自動化走査プロトコルが再開される。例えば、コントローラ２６は、新しいバックグラウンド測定を作成するために、ユーザ指定の数のバックグラウンドスキャンをともに加算することができる。現在説明されている例では、バックグラウンドスキャンのキャッシュからのデータを使用することはできず、コントローラ２６は、バックグラウンドスキャンをいずれかのバックグラウンド記述と比較できない可能性がある。

【0050】

候補スキャンをバックグラウンドまたはサンプルとして分類する別のアプローチは、各スキャンでＦＦＴを実行し、周波数領域での最新のバックグラウンド測定およびサンプル測定に対して、各候補スキャンで単純な相関計算を実行することである。このアプローチは、候補スキャンを正しく分類するのに効果的である可能性があることが分かっている。ただし、各候補スキャンをＦＦＴするために必要な処理が増えるという欠点がある。また、周波数領域で分類することにより、最後の測定以降に測定の分解能が変化した場合、候補スキャンを分類することはできない。インターフェログラム領域で分類を行い、センターバースト周辺のデータのみを使用することにより、機器によって生じる候補スキャンの解像度は要因とはならない。

【0051】

本開示から得られた知識を有する当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、これらおよび他の利点を達成するために開示された装置および方法に様々な変更を加えることができることを認識する。したがって、本明細書に記載の特徴は、修正、改変、変更、または置換が可能であることを理解されたい。例えば、同じ結果を達成するために、実質的に同じ方法で、実質的に同じ機能を実行するそれらの要素および／またはステップのすべての組み合わせが、本発明の範囲内にあることが明白に意図される。記載された一実施形態から別の実施形態への要素の置換もまた、完全に意図および企図されている。本明細書で例解および説明される特定の実施形態は、例解のみを目的としており、添付の特許請求の範囲に記載される本発明を限定するものではない。他の実施形態は、当業者には明らかであろう。前述の説明は、明確にするためだけに提供され、単に例示的なものであることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲は、上記の例に限定されず、以下の特許請求の範囲に包含される。上記で引用したすべての出版物および特許出願は、あたかも各個々の出版物または特許出願が参照によりそのように組み込まれることが具体的かつ個別に示される場合と同程度に、あらゆる目的で参照により全体として組み込まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】