特表 2024-538202 分光計装置の較正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-18

(54)【発明の名称】分光計装置の較正方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/06 20060101AFI20241010BHJP

   G01J 3/02 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

G01J3/06

G01J3/02 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024523635

(86)(22)【出願日】2022-10-18

(85)【翻訳文提出日】2024-06-03

(86)【国際出願番号】 EP2022078903

(87)【国際公開番号】W WO2023066896

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】21203363.3

(32)【優先日】2021-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517267802

【氏名又は名称】トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(74)【代理人】

【識別番号】100167106

【弁理士】

【氏名又は名称】倉脇 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100194135

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 修

(74)【代理人】

【識別番号】100206069

【弁理士】

【氏名又は名称】稲垣 謙司

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(72)【発明者】

【氏名】ロヴリンツィチ，ロベルト

【テーマコード（参考）】

2G020

【Ｆターム（参考）】

2G020CB31

2G020CC22

2G020CC28

2G020CC55

2G020CC63

2G020CD06

2G020CD35

2G020CD38

2G020CD39

(57)【要約】

分光計装置（１１４）を較正するための方法を開示する。分光計装置（１１４）は少なくとも１つの検出器装置（１１２）を備え、該検出器装置が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素（１１６）を備え、且つ複数の感光要素（１２２）をさらに備え、各感光要素（１２４）が、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素（１２４）の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成される。該方法は、以下のステップ：
ａ） 少なくとも１つの広帯域光源（１２８）を使用し、少なくとも１つの光干渉計（１３０）を介して分光計装置（１１４）、具体的には検出器装置（１１２）を照明するステップ、
ｂ） 複数の感光要素（１２２）について、具体的には感光要素（１２４）の各々について、ステップａ）における光干渉計（１３０）を介した照明に応じた複数の検出器信号を決定するステップ、および
ｃ） 複数の検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定するステップ
を含む。
さらに、分光計装置（１１４）を較正するためのシステム（１１０）、本方法を実行するためのコンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を開示する。
【選択図】
図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分光計装置（１１４）を較正するための方法であって、
前記分光計装置（１１４）が少なくとも１つの検出器装置（１１２）を備え、該検出器装置が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素（１１６）を備え、且つ複数の感光要素（１２２）をさらに備え、各感光要素（１２４）が、前記構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして前記構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの前記感光要素（１２４）の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成され、
以下のステップ：
ａ） 少なくとも１つの広帯域光源（１２８）を使用し、少なくとも１つの光干渉計（１３０）を介して前記分光計装置（１１４）を照明するステップ、
ｂ） 前記複数の感光要素（１２２）について、ステップａ）における前記光干渉計（１３０）を介した照明に応じた複数の検出器信号を決定するステップ、および
ｃ） 前記複数の検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定するステップ
を含み、
前記光干渉計（１３０）が、入射光を少なくとも２つの照明経路に分割するための少なくとも１つのビーム分割装置（１３６）を備え、前記光干渉計（１３０）が、第１の照明経路（１４０）における少なくとも１つの走査鏡（１３８）と、第２の照明経路（１４４）における少なくとも１つの静止鏡（１４２）とをさらに備え、
前記走査鏡（１３８）を前記第１の照明経路（１４０）に沿って移動させ、前記静止鏡（１４２）が静止したままであり、前記走査鏡（１３８）を段階的に１ｋＨｚ以下のステップ周波数で移動させ、前記走査鏡（１３８）の前記ステップ周波数が前記検出器装置（１１２）の最大読み出し周波数よりも遅い
方法。

【請求項2】

前記光干渉計（１３０）が、マイケルソン干渉計（１３４）、ファブリー・ペロー干渉計、キューブコーナー干渉計からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ステップａ）において、前記光干渉計（１３０）の透過周波数を所定のスペクトル範囲にわたって変化させ、そして、ステップｂ）において、前記光干渉計（１３０）の前記透過周波数に応じて前記複数の検出器信号を決定する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

ステップｃ）において、前記較正情報の少なくとも１つの項目が、前記光干渉計（１３０）の前記透過周波数と、前記透過周波数に関連する前記複数の検出器信号の強度ピークを生成する前記複数の感光要素（１２２）のピクセル位置（１６６）および識別番号の少なくとも１つとを比較することによって決定される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

ステップｂ）において、前記第１の照明経路（１４０）における前記走査鏡（１３８）の複数の位置について前記複数の検出器信号が決定され、前記走査鏡（１３８）の前記複数の位置が互いに異なり、ステップｃ）が、前記複数の検出器信号を前記走査鏡（１３８）の前記複数の位置と相関させることを含み、ステップｃ）において、前記走査鏡（１３８）の前記複数の位置に相関させた前記複数の検出器信号が、前記較正情報の少なくとも１つの項目を決定するために使用される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項6】

ステップｃ）が、ステップｂ）において決定された前記複数の検出器信号を処理し、それによって複数の処理された検出器信号（１６２）を得ることを含み、ステップｃ）における前記較正情報の少なくとも１つの項目の決定が、前記複数の処理された検出器信号（１６２）から前記較正情報の少なくとも１つの項目を決定することを含み、前記複数の検出器信号の処理が、前記複数の検出器信号を変換することを含み、前記複数の検出器信号が、少なくとも１つのフーリエ変換を用いて変換される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記較正情報の項目が、波長較正情報の項目および迷光較正情報の項目の少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項8】

前記波長較正情報の項目が、少なくとも１つの波長較正関数を含み、前記波長較正関数が、前記感光要素（１２４）のピクセル位置（１６６）および識別番号の少なくとも１つを波長位置に割り当てる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項9】

前記迷光較正情報の項目が、少なくとも１つの信号分布関数を含み、前記信号分布関数が、特定の波長を有する入射光に対する前記複数の感光要素（１２２）の応答の分布を表す、請求項１または２に記載の方法。

【請求項10】

分光計装置（１１４）を較正するためのシステムであって、少なくとも１つの検出器装置（１１２）を備えた前記分光計装置（１１４）を備え、
前記検出器装置（１１２）が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素（１１６）を備え、且つ複数の感光要素（１２２）をさらに備え、各感光要素（１２４）が、前記構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして前記構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの前記感光要素（１２４）の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成され、
さらに、少なくとも１つの広帯域光源（１２８）と少なくとも１つの光干渉計（１３０）とを備え、該広帯域光源および該光干渉計は、前記光干渉計（１３０）を介して前記広帯域光源（１２８）で前記分光計装置（１１４）を照明するように配置され、
さらに、少なくとも１つの評価ユニット（１４８）を備え、前記評価ユニット（１４８）が、請求項１または２に記載の方法を実行するように構成される
システム（１１０）。

【請求項11】

前記広帯域光源（１２８）が、白熱ランプ（１３２）、黒体放射体、電気フィラメント、発光ダイオードの少なくとも１つを備える、請求項１０に記載のシステム（１１０）。

【請求項12】

前記光学要素（１１６）が、少なくとも１つの波長選択要素（１１８）を備え、前記波長選択要素（１１８）が、プリズム、回折格子、リニア可変フィルタ（１２０）、光学フィルタからなる群から選択される、請求項１０に記載のシステム（１１０）。

【請求項13】

前記検出器装置（１１２）が、リニアアレイ（１２６）に配置された前記複数の感光要素（１２２）を備え、感光要素（１２４）の前記リニアアレイ（１２６）が、１０～１０００個の数の感光要素（１２４）を備える、請求項１０に記載のシステム（１１０）。

【請求項14】

システムに関する請求項１０に記載の前記システム（１１０）によってプログラムが実行されると、方法に関する請求項１に記載の分光計装置（１１４）を較正するための方法を前記システム（１１０）の前記評価ユニット（１４８）に実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分光計装置を較正するための方法およびシステムに関する。さらに、本発明は、分光計装置を較正するための方法を実行するためのコンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。本発明の方法および装置は、特に、赤外線スペクトル領域、具体的には近赤外線および中赤外線スペクトル領域での調査に使用される分光計装置を較正するために使用することができる。ただし、光学的調査に使用される他の分光計装置も実現可能である。

【背景技術】

【0002】

分光法は、研究、産業および顧客アプリケーションで広く使用されており、光学分析および／または品質管理などの複数のアプリケーションを可能にする。食品、農業、製薬、医療、ライフサイエンスおよびその他多くの分野で使用されている。測光、吸収、蛍光およびラマン分光分析など様々な方法が利用可能であり、サンプルの定性および／または定量分析ができる。これらの方法は、通常、特定の波長におけるサンプルの放射照度などのスペクトル情報を、分光装置の特定の物理的セクション、例えば検出器ピクセル、時間間隔などにマッピングすることを含む。

【0003】

一般に、分光法には、特に、様々な分光装置からの測定値を互いに比較する場合、アプリケーションの成功のために、無視できる変動を有する分光装置の信頼できる性能が必要である。具体的には、特定のサンプルのスペクトルデータは、同じタイプの様々な分光装置について少なくとも類似または同一でなければならない。

【0004】

分光装置においては、波長および／または迷光に関する較正は、一般に、信頼できる性能のために極めて重要である。具体的には、スペクトルのどの部分が或る特定の検出器要素によって検出されるかを選択するために、光学センサの一部として、バンドパスフィルタなどの回折格子および／またはフィルタを使用する分光装置もある。帯域幅および／または帯域遮断などの回折格子および／またはフィルタの詳細情報、および検出器要素とのその相互作用は、一般に、光学センサの応答を理解するために必要とされる場合がある。例えば、複数の検出器要素またはピクセルのリニアアレイ上にリニア可変フィルタを配置して光学センサを構築する場合、光学センサの波長較正が一般に必要となることがある。

【0005】

波長較正および／または迷光較正のための様々な方法が当該技術分野で知られている。例えば、光学センサを或る特定の波長の単色光で照明することができる。この照明光は、リニアアレイの或る特定の検出器要素によって検出される。単色光の波長は既知であるので、光学センサを較正することができる。さらに、このようにして光学センサのスペクトル分解能に関する情報が得られ得る。

【0006】

一例として、機器のスペクトル迷光から生じる測定誤差に対する分光放射計の応答を補正する方法が、Ｙ．Ｚｏｎｇ，Ｓ．Ｗ．Ｂｒｏｗｎ，Ｂ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．Ｌｙｋｋｅ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｎｏ：「Ｓｉｍｐｌｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｒｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第４５巻、第６号、２００６年に記載されている。機器のスペクトル範囲をカバーする一組の単色レーザー光源に対する機器の応答を特性化することにより、機器内のスペクトル迷光信号の大きさを定量化するスペクトル迷光信号分布マトリックスが得られる。これらのデータを使用することで、スペクトル迷光補正マトリックスが導出され、簡単なマトリックス乗算で機器の応答を補正することができる。

【0007】

ＵＳ２０１１／０３２５２９Ａ１は、波長較正標準として安定したモノリシック干渉計を使用した任意の分光計の較正を開示している。多色光源からの光はモノリシック干渉計に入力され、干渉計の光路差に基づく干渉を受ける。その結果、波長変調された出力ビームが参照分光計で分析され、参照データが生成される。干渉計からの出力ビームは、任意のスペクトル機器に供給することができる。任意のスペクトル機器の波長較正は、スペクトル機器出力と参照データとの比較に基づいて行われる。

【0008】

ＷＯ２００３／０８５３７１Ａ２は、リアルタイム高速高解像度ハイパースペクトルイメージングのための方法およびシステムを開示している。このシステムは、シーンまたはサンプル内の物体によって放射される電磁放射をコリメートするための電磁放射コリメート要素を備える。そのシステムは、コリメートされた物体放射ビームを受光して分割し、干渉画像を生成し、分割されたコリメートされた物体放射ビームの光路差の大きさを圧電的に決定して変更するための光干渉計を備える。光干渉計は、ビームスプリッタ、固定ミラー、可動ミラー、軸に沿った可動ミラーを変位させるための圧電モータ、軸に沿った可動ミラーの距離の変化を検知および測定するための距離変化フィードバックセンサ、圧電モータを作動および制御するための圧電モータコントローラ、および熱機械的に安定な光干渉計マウントを含む。システムはさらに、各光路差の干渉画像を集光するためのカメラ光学系、干渉画像を記録するための検出器、中央プログラミングおよび信号処理ユニット、およびディスプレイを備える。

【0009】

既知の方法と装置によって達成された利点にもかかわらず、いくつかの技術的課題が残っている。具体的には、各波長を個別に較正しなければならない場合がある。このような手順では、異なる波長の単色光が必要となるので、時間とコストがかかる可能性がある。あるいは、数波長のみを較正に使用し、その間の検出器要素の信号を補間することも考えられる。しかし、補間により、光学センサで得られる情報量が制限される可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】ＵＳ２０１１／０３２５２９Ａ１

【特許文献2】ＷＯ２００３／０８５３７１Ａ２

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Ｙ．Ｚｏｎｇ，Ｓ．Ｗ．Ｂｒｏｗｎ，Ｂ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．Ｌｙｋｋｅ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｎｏ：「Ｓｉｍｐｌｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｒｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第４５巻、第６号、２００６年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

したがって、分光計装置の較正に関する上記の技術的課題に少なくとも部分的に対処する装置を提供することが望ましい。具体的には、較正情報の量を増加させると同時に時間的およびコスト的に効果的な較正を提供する、分光計装置を較正するための方法およびシステムを提案する。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この課題は、独立請求項の特徴を備えた分光計装置を較正するための方法およびシステムによって、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体によって、対処される。独立した態様で、または任意の組み合わせで実現され得る有利な実施形態は、従属請求項および明細書全体に記載されている。

【0014】

本明細書中で使用される「有する」、「備える」、または「含む」という用語、またはそれらの任意の文法上の変形は、非排他的な方法で使用される。よって、これらの用語は、これらの用語によって導入された特徴の他に、この文脈で説明されている実体にさらなる特徴が存在しない状況と、１つ以上のさらなる特徴が存在する状況の両方を指すことができる。一例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」、および「ＡはＢを含む」という表現は、Ｂ以外にＡに他の要素が存在しない状況（つまり、Ａは専らかつ排他的にＢを構成する状況）と、Ｂに加えて、１つ以上のさらなる要素、例えば要素Ｃ、要素ＣとＤ、またはさらなる要素などが実体Ａに存在する状況の双方を指すことができる。

【0015】

さらに、「少なくとも１つ」、「１つ以上」という用語、または、特徴または要素が１回以上存在し得ることを示す同様の表現は、典型的には、それぞれの特徴または要素を導入するときに１回だけ使用されることに留意されたい。ほとんどの場合、それぞれの特徴または要素を参照するときに、「少なくとも１つ」または「１つ以上」という表現は、それぞれの特徴または要素が１回以上存在し得るという事実にもかかわらず、繰り返されない。

【0016】

さらに、本明細書で使用される「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「より特に」、「具体的に」、「より具体的に」という用語、または同様の用語は、代替の可能性を制限することなく、任意の特徴に関連して使用される。よってこれらの用語によって導入される特徴は、任意の特徴であり、いかなる意味でも特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。本発明は、当業者であれば認識するように、代替的特徴を用いて実施することができる。同様に、「本発明の一実施形態では」または同様の表現によって導入される特徴は、本発明の代替実施形態に関するいかなる制限もなく、本発明の範囲に関するいかなる制限もなく、および、そのような方法で導入される特徴を本発明の他の任意のまたは非任意の特徴と組み合わせる可能性に関するいかなる制限もなく、任意の特徴であることが意図されている。

【0017】

本発明の第１の態様では、分光計装置の検出器などの分光計装置を較正する方法が開示される。

【0018】

本明細書で使用される「分光計装置」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、少なくとも１つのサンプルを光学的に分析することができ、それによってサンプルの少なくとも１つのスペクトル特性に関する情報の少なくとも１つの項目を生成することができる装置を指すことができる。具体的には、この用語は、スペクトルの対応する波長またはその区画、例えば波長間隔に関して信号強度を記録することができる装置を指すことができ、信号強度は、好ましくは、さらなる評価に使用できる電気信号として提供され得る。光学要素は、具体的には光学フィルタおよび／または分散要素など少なくとも１つの波長選択要素を備え、入射光を、検出器装置を用いることによりそれぞれの強度が決定される構成波長成分のスペクトルに分離するために使用できる。さらに、入射光を受光し、その入射光を光学要素に伝達するように設計することができるさらなる光学要素を使用してもよい。分光計装置は、一般に、反射モードで、および／または透過モードで操作可能であり得る。分光計装置の可能な実施形態については、以下にさらに詳細に概説する分光計装置の説明を参照されたい。

【0019】

本明細書で使用される「較正する」（このプロセスは「較正」とも呼ばれる）という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、分光計装置における測定の不正確さの決定、補正および調整の少なくとも１つのプロセスを指すことができる。よって、「較正情報の項目」ともしばしば呼ばれる較正プロセスの結果は、例えば、１つ以上の測定値を１つ以上の較正された値または「真の」値に変換するための、較正関数、較正係数、較正マトリックスなどの較正プロセスの結果に関する情報の少なくとも１つの項目であるか、またはそれを備え得る。測定の不正確さは、一例として、波長決定における不確かさ、および／または分光計装置の測定信号に対する固有および／または外来干渉から生じる可能性がある。よって分光計装置の較正は、波長較正、迷光較正、暗電流較正、スペクトル分解能のテストの少なくとも１つを備え得る。較正、具体的には、較正の各々は、少なくとも１つの２段階プロセスを含んでもよく、第１のステップにおいて、分光計装置の測定信号の既知の標準からの偏差に関する情報が決定され、第２のステップにおいて、この情報を使用して分光計装置の測定信号を補正および／または調整し、偏差を低減、最小化、および／または除去する。このように、較正は、較正情報の項目を、例えば分光計装置の測定信号および／または測定スペクトルに適用することを含み得る。分光計装置の較正は、較正された分光計装置を用いて実行される測定の精度を向上および／または維持できる。

【0020】

分光計装置の較正は、具体的には、分光計装置製造業者の製造業者の現場で実施できる。しかしながら較正は、例えば、使用する現場での分光計装置のセットアップ後、および／またはメンテナンス目的などの分野で実施してもよい。

【0021】

分光計装置は、少なくとも１つの検出器装置を備える。よって、具体的には、分光計装置を較正する際に、分光計装置が備える検出器装置の較正が必要であり得、そして実行され得る。「検出器装置」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、入射光を記録および／または監視することができる任意の装置または装置の組み合わせを指すことができる。検出器装置は、入射照明に応答でき、そして照明の強度を示す電気信号を生成するように構成されてもよい。検出器装置は、可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲、または赤外線スペクトル範囲、具体的には近赤外線スペクトル範囲（ＮＩＲ）の１つ以上において感度を有し得る。検出器装置は、具体的には、少なくとも１つの光学センサ、例えば、光学半導体センサであってよく、またはそれを備え得る。一例として、特に、検出器装置が近赤外線スペクトル範囲などの赤外線スペクトル範囲で感度を有する場合、半導体センサは、Ｓｉ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、および拡張ＩｎＧａＡｓからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む少なくとも１つの半導体センサであってよく、またはそれを備え得る。一例として、検出器装置は、少なくとも１つのＣＣＤまたはＣＭＯＳ装置などの少なくとも１つの光検出器を備え得る。検出器装置は、具体的には、複数のピクセル化されたセンサを含む少なくとも１つの検出器アレイを備えてよく、ピクセル化されたセンサの各々は、構成波長成分の少なくとも１つの少なくとも一部分を検出するように構成される。

【0022】

検出器装置は、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素を備える。本明細書で使用する「光学要素」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、光を波長依存的に透過、反射、偏向、または散乱させることのうちの１つ以上に好適な任意の要素または要素の組み合わせを指すことができる。光学要素はさらに、具体的には入射光を構成波長成分のスペクトルに分離した後、スペクトルを検出器装置上に透過させるように構成できる。具体的には、光学要素における入射光の波長依存的な透過、反射、偏向または散乱は、スペクトルの構成波長成分の空間的分離をもたらし、それ故、検出器装置上に直接または間接的に透過され得る。

【0023】

本明細書で使用される「光」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、通常は「光学スペクトル範囲」と呼ばれ、そして可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲、および赤外線スペクトル範囲の１つ以上を含む、電磁放射の区画を指すことができる。「紫外線スペクトル」または「ＵＶ」という用語は、一般に、１ｎｍ～３８０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～３８０ｎｍの波長を有する電磁放射を指す。「可視」という用語は、一般に、３８０ｎｍ～７６０ｎｍの波長を指す。「赤外線」または「ＩＲ」という用語は、一般に、７６０ｎｍ～１０００μｍの波長を指し、７６０ｎｍ～３μｍの波長は、通常、「近赤外線」または「ＮＩＲ」と呼ばれ、一方、３μ～１５μｍの波長は、通常、「中赤外線」または「ＭｉｄＩＲ」、および１５μｍ～１０００μｍの波長は、「遠赤外線」または「ＦＩＲ」と表示される。

【0024】

本明細書で使用される「スペクトル」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、分光計装置によって調査される光学スペクトル範囲の区画、具体的には、ＩＲスペクトル範囲、特にＮＩＲまたはＭｉｄＩＲスペクトル範囲の少なくとも１つを指すことができる。スペクトルの各部分は、信号波長と対応する信号強度とによって定義される光信号によって構成され得る。従って本明細書で使用する「構成波長成分」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、スペクトルの一部を形成する光信号を指すことができる。具体的には、光信号は、それぞれの波長または波長間隔に対応する信号強度を含み得る。

【0025】

検出器装置は複数の感光要素をさらに備え、各感光要素は、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成される。

【0026】

本明細書で使用される「感光要素」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、検出器装置が備える個々の光学センサを指すことができ、各光学センサは少なくとも１つの感光領域を有し、この領域は特定の感光領域に入射する構成波長成分の１つの一部分の強度に依存する少なくとも１つの出力信号を生成することによって感光要素の光応答を記録するように構成される。個々の光学センサが備える少なくとも１つの感光領域は、特に、感光領域に入射する入射光を受光するように設計された単一の均一な領域であってよい。少なくとも１つの出力信号は、具体的には、検出器信号として使用でき、そして好ましくは、さらなる評価のための外部評価ユニットに提供することができる。

【0027】

従って「検出器信号」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、少なくとも１つの検出器により生成される信号、具体的には、感光要素の少なくとも１つの出力信号を指すことができる。少なくとも１つの出力信号は、電子信号及び光信号の少なくとも１つから選択されてよい。少なくとも１つの出力信号は、アナログ信号および／またはデジタル信号であってよい。隣接する感光要素の出力信号は、同時にまたは時間的に連続して生成されることができる。例えば、行（row）スキャン又は列（line）スキャンの間、列に配置される一連の感光要素に対応する出力信号のシーケンスが生成されることが可能である。さらに、個々の感光要素は、好ましくは、外部評価ユニットに検出器信号として提供する前に出力信号を増幅するように適合され得るアクティブピクセルセンサであってよい。この目的のために、感光要素は、電子信号を処理および／または前処理するための１つ以上のフィルタおよび／またはアナログ－デジタル変換器などの１つ以上の信号処理装置を備えることができる。

【0028】

本発明は、一例として、所与の順序で実行される以下のステップを含む。しかしながら、異なる順序も可能であることに留意されたい。さらに、方法ステップの１つ以上を１回または繰り返し実行することも可能である。さらに、方法ステップの２つ以上を同時にまたは時間的に重複して実行することも可能である。本方法は、列挙されていないさらなる方法ステップを含んでもよい。

【0029】

この方法は、以下のステップ：
ａ） 少なくとも１つの広帯域光源を使用し、少なくとも１つの光干渉計を介して分光計装置、具体的には検出器装置を照明するステップ、
ｂ） 複数の感光要素について、具体的には感光要素の各々について、ステップａ）における光干渉計を介した照明に応じた複数の検出器信号を決定するステップ、および
ｃ） 複数の検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定するステップ
を含む。

【0030】

本明細書で使用される「照明する」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、照明されるべき装置または要素に光源から光を供給、通過および／または誘導するプロセスを指すことができる。具体的には、広帯域光源を使用して装置または要素を照明することは、広帯域光源から放出された光を、照明されるべき装置または要素に供給および／または誘導することを含んでよい。広帯域光源から照明されるべき装置または要素への光の経路上に、１つ以上のさらなる装置が配置されてもよい。よって１つ以上のさらなる装置を介して照明されるべき装置または要素を照明することは、広帯域光源からの光を１つ以上のさらなる装置に誘導し、その後、照明されるべき装置または要素に光を供給および／または誘導することを含んでよい。例えば、光干渉計を介して分光計装置、具体的には検出器装置を照明することは、広帯域光源からの光を光干渉計に誘導することと、その後、光干渉計を通過した光を分光計装置、具体的には検出器装置に誘導することとを含んでよい。

【0031】

本明細書で使用される「広帯域光源」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、少なくとも５ｎｍ、具体的には少なくとも１０ｎｍのスペクトル幅、例えば１０ｎｍ～３０００ｎｍのスペクトル幅を有する光など、広いスペクトル範囲の光を放出する装置を指すことができる。広帯域光源の広いスペクトル範囲は、可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲および赤外線スペクトル範囲の少なくとも１つを含み得る。本発明の典型的な目的のために使用される光は、特に、ＩＲスペクトル範囲、具体的にはＮＩＲまたはＭｉｄＩＲスペクトル範囲の少なくとも１つ、より具体的には１μｍ～５μｍ、さらにより具体的には１μｍ～３μｍの波長を有する光を含んでもよい。例えば、広帯域光源は、１０００ｎｍ～３０００ｎｍ、より具体的には１３００ｎｍ～２５００ｎｍなどのＮＩＲおよびＭｉｄＩＲの光を放出する熱エミッタを備え得る。広帯域光源のさらに可能な実施形態については、以下でさらに詳細に説明する。

【0032】

本明細書で使用する「光干渉計」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、光の重ね合わせ、具体的には光スペクトル範囲の光の重ね合わせを可能にし、重ね合わされた光の干渉の効果を引き起こすための装置または装置の組み合わせを指すことができる。例えば、光干渉計は、入射光を少なくとも２つの光ビームに分割し、さらに、分割された光ビームの互いに対する位相シフトを引き起こすように構成できる。光干渉計はさらに、光ビームが互いに重ね合わさって干渉するように、位相シフトされた光ビームを合波するように構成されてもよい。

【0033】

光干渉計は、具体的には、マイケルソン干渉計、ファブリー・ペロー干渉計、キューブコーナー干渉計からなる群から選択してよい。しかしながら、他の光干渉計も実現可能である。

【0034】

さらに、ステップａ）において、光干渉計の透過周波数を所定のスペクトル範囲にわたって変化させてもよく、そして、ステップｂ）において、光干渉計の透過周波数に応じて複数の検出器信号を決定してもよい。ステップｃ）において、較正情報の少なくとも１つの項目は、光干渉計の透過周波数と、透過周波数に関連する複数の検出器信号の強度ピークを生成する複数の感光要素のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つとを比較することによって決定されてもよい。本明細書で使用される「透過周波数」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、光学分光計を透過する複数の周波数のスペクトルの主周波数を指すことができる。具体的には、光干渉計の透過周波数は、最も高い透過強度を有する透過周波数のスペクトルにおける主周波数を指すことができる。透過周波数は、光干渉計を較正するための基準として使用できる。本明細書で使用される「ピクセル位置」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、検出器装置内の感光要素の位置情報の任意の項目を指すことができる。ピクセル情報は、絶対位置情報および相対位置情報の１つ以上を使用することによって、検出器装置内の感光要素の位置を、具体的には、１次元、２次元、またはさらには３次元で表す。本明細書で使用される「識別番号」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、検出器装置が備える各感光要素を特有に識別する情報の数値またはアルファ数項目を指すことができる。例えば、検出器装置の感光要素は、検出器装置における出現順序に関して番号付けされてもよい。しかし、検出器装置の感光要素を識別するための他の選択肢も実行可能である。

【0035】

複数の検出器信号は、１２．０００ １／ｃｍ～５００ １／ｃｍの範囲、具体的には１０．０００ １／ｃｍ～１０００ １／ｃｍの範囲、より具体的には７．０００ １／ｃｍ～４．０００ １／ｃｍの範囲の波数について記録されてもよい。このように、光学分光計装置は、１２．０００ １／ｃｍ～５００ １／ｃｍの範囲、具体的には１０．０００ １／ｃｍ～１０００ １／ｃｍの範囲、より具体的には７．０００ １／ｃｍ～４．０００ １／ｃｍの範囲の波数を有する光を透過するように構成できる。

【0036】

光干渉計は、一例として、入射光、具体的には広帯域光源からの入射光を、少なくとも２つの照明経路に分割するための少なくとも１つのビーム分割装置を備え得る。光干渉計は、第１の照明経路における少なくとも１つの走査鏡と、第２の照明経路における少なくとも１つの静止鏡とをさらに備え得る。本方法において、具体的には、ステップａ）において、走査鏡は第１の照明経路に沿って移動させてよく、静止鏡は静止したままであってよい。走査鏡は、段階的に１ｋＨｚ以下のステップ周波数で、具体的には５００Ｈｚ以下のステップ周波数で、より具体的には１５０Ｈｚ以下のステップ周波数で、移動させてよい。具体的には、走査鏡のステップ周波数は、検出器装置の最大読み出し周波数よりも遅くてよい。例えば、検出器装置の最大読み出し周波数がステッピング周波数を１ｋＨｚ以下に制限する場合、１００Ｈｚのステッピング周波数が最適である。本明細書で使用する「読み出し周波数」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、特定の時間間隔で実行される読み出しの定量的尺度を指すことができる。具体的には、検出器装置において、感光要素の出力信号は、読み出し集積回路などの関連する信号処理装置によって生成されてもよい。例えば、各感光要素は、読み出し集積回路を備えてよく、その読み出し集積回路は、感光要素の照明に応答して生成される感光要素の光応答、具体的には光電流を蓄積し、蓄積された光応答をさらなる信号処理のために伝達するように構成されていてもよい。読み出し周波数は、感光要素の光電流が読み出し集積回路によって蓄積される時間間隔を示す場合がある。本明細書で使用される「ステッピング周波数」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、特定の時間間隔で実行されるステップの定量的な尺度を指すことができる。具体的には、走査鏡のステップ周波数は、１秒あたりの第１の照明経路における走査鏡のステップ数または位置を定量化できる。

【0037】

さらに、ステップｂ）において、複数の検出器信号は、第１の照明経路における走査鏡の複数の位置について決定されてもよい。走査鏡の複数の位置は、互いに異なっていてもよい。さらに、ステップｃ）は、具体的には、複数の検出器信号を処理する前に、複数の検出器信号を走査鏡の複数の位置と相関させることを含んでよい。よって、ステップｃ）において、走査鏡の複数の位置に相関させた複数の検出器信号は、較正情報の少なくとも１つの項目を決定するために使用されてよい。

【0038】

追加的または代替的に、ステップｃ）は、ステップｂ）において決定された複数の検出器信号を処理し、それによって複数の処理された検出器信号を得ることを含み得る。ステップｃ）における較正情報の少なくとも１つの項目の決定は、複数の処理された検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定することを含み得る。本明細書で使用される「処理」という用語は、具体的には、複数の検出器信号に対して１つ以上の処理を実行するプロセスを指すことができる。処理の結果は、複数の処理された検出器信号であってよく、またはそれを含んでもよい。具体的には、複数の検出器信号の処理は、複数の検出器信号を変換すること、具体的には数学的に変換することを含んでよい。例えば、複数の検出器信号は、少なくとも１つのフーリエ変換、具体的には少なくとも１つの離散フーリエ変換を用いて変換されてよい。追加的または代替的に、処理は、オフセット補正およびデジタルフィルタの１つ以上を複数の検出器信号に適用することを含んでよい。

【0039】

上記で概説したように、ステップｃ）は、較正情報の少なくとも１つの項目を決定することを含む。較正情報の項目は、波長較正情報の項目および迷光較正情報の項目の少なくとも１つを含んでよい。波長較正情報の項目は、少なくとも１つの波長較正関数を含んでよい。波長較正関数は、感光要素のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つを波長位置に割り当ててもよい。例えば、波長較正関数は、多項式関数を含んでよい。しかし、他の波長較正関数も実現可能である。迷光較正情報の項目は、少なくとも１つの信号分布関数、具体的には少なくとも１つの信号分布マトリックスを含んでよい。信号分布関数は、特定の波長を有する入射光に対する複数の感光要素の応答の分布、具体的には各感光要素の応答の分布を表す。例として、信号分布マトリックスの計算および／または適用は、Ｙ．Ｚｏｎｇ，Ｓ．Ｗ．Ｂｒｏｗｎ，Ｂ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．Ｌｙｋｋｅ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｎｏ：「Ｓｉｍｐｌｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｒｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第４５巻、第６号、２００６年にさらに詳細に記載されている。

【0040】

追加的または代替的に、本方法、具体的にはステップｃ）は、以下にさらに詳細に概説するように、少なくとも部分的にコンピュータ実装できる。

【0041】

本発明のさらなる態様では、分光計装置を較正するためのシステムが開示される。このシステムは、少なくとも１つの検出器装置を備えた分光計装置を備え、該検出器装置が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素を備え、且つ複数の感光要素をさらに備え、各感光要素が、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成される。システムはさらに、少なくとも１つの広帯域光源と、光干渉計を介して広帯域光源で分光計装置、具体的には検出器装置を照明するように配置された少なくとも１つの光干渉計とを備える。システムは、少なくとも１つの評価ユニットをさらに備え、評価ユニットは、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによる方法を実行するように構成される。

【0042】

システムまたはその一部の定義および可能な実施形態については、分光計装置の較正方法に関して説明した定義および実施形態を参照されたい。

【0043】

本明細書で使用する「評価ユニット」という用語は広義の用語であり、その通常で慣習的な意味が当業者に与えられるべきであり、特別なまたはカスタマイズされた意味に限定されるべきではない。この用語は、具体的には、限定されないが、コンピュータまたはシステムの基本的な動作を実行するように構成された任意の論理回路、および／または、一般的には、計算または論理演算を実行するように構成された装置を指すことができる。特に、評価ユニットは、コンピュータまたはシステムを駆動する基本命令を処理するように構成できる。一例として、評価ユニットは、少なくとも１つの算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）、数学コプロセッサまたは数値コプロセッサなどの少なくとも１つの浮動小数点ユニット（ＦＰＵ）、複数のレジスタ、具体的には、オペランドをＡＬＵに供給し、演算結果を格納するように構成されたレジスタ、およびＬ１キャッシュメモリおよびＬ２キャッシュメモリなどのメモリから構成されてよい。特に、プロセッサはマルチコアプロセッサであってもよい。具体的には、評価ユニットは、中央処理装置（ＣＰＵ）であってよく、またはそれを備え得る。例えば、評価ユニットは、１つ以上のプロセッサを備え得る。追加的または代替的に、評価ユニットはマイクロプロセッサであってよく、またはそれを備えてもよく、よって具体的には、評価ユニットの要素は１つの集積回路（ＩＣ）チップに含有されてもよい。追加的または代替的に、評価ユニットは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／または１つ以上のテンソル処理ユニット（ＴＰＵ）および／または専用の機械学習最適化チップなどの１つ以上のチップであってよく、またはそれらを備え得る。評価ユニットは、具体的には、１つ以上の評価操作、具体的には、上記でさらに詳細に説明した方法のステップｃ）において実行される１つ以上の操作を実行するために、ソフトウェアプログラミングなどによって構成されてもよい。評価ユニットは、一方向および／または双方向に、データおよび／または制御コマンドをシステムの他の要素、具体的には検出器装置と交換するように構成されてもよい。具体的には、評価ユニットは、検出器装置から複数の検出器信号を受信するように構成されてもよい。

【0044】

広帯域光源は、一例として、白熱ランプ、黒体放射体、電気フィラメント、発光ダイオードの少なくとも１つを備え得る。

【0045】

光学要素は、少なくとも１つの波長選択要素を備え得る。波長選択要素は、プリズム、回折格子、リニア可変フィルタ、光学フィルタ、具体的には狭帯域通過フィルタからなる群から選択してよい。

【0046】

検出器装置は、リニアアレイに配置された複数の感光要素を備え得る。感光要素のリニアアレイは、１０～１０００個の数の感光要素、具体的には１００～５００個の数の感光要素、具体的には２００～３００個の数の感光要素、より具体的には２５６個の数の感光要素を備え得る。各感光要素は、ピクセル化無機カメラ要素、具体的にはピクセル化無機カメラチップ、より具体的にはＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップ、モノクロカメラ要素、具体的にはモノクロカメラチップ、少なくとも１つの光導電体、具体的には無機光導電体、より具体的にはＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ｅｘｔ．ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂまたはＨｇＣｄＴｅを備える無機光導電体からなる群から選択され得る。各感光要素は、７６０ｎｍ～１０００μｍの波長範囲、具体的には７６０ｎｍ～１５μｍの波長範囲、より具体的には１μｍ～５μｍの波長範囲、より具体的には１μｍ～３μｍの波長範囲の電磁放射線に対して感度を有し得る。

【0047】

検出器装置は、具体的には、分光計装置、具体的には、反射分光計装置および透過分光計装置の少なくとも１つに備えられてよい。

【0048】

本発明のさらなる態様では、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによるシステムによってプログラムが実行されると、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによる分光計装置を較正するための方法をシステムの評価ユニットに実行させる命令を含むコンピュータプログラムが開示される。

【0049】

よって、具体的には、上記で示した少なくとも方法ステップｃ）は、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用することによって、好ましくはコンピュータプログラムを使用することによって実行され得る。しかしながら、上記に示した方法ステップａ）～ｃ）の１つ、１つ以上、またはさらには全ては、少なくともコンピュータ制御されてよく、および／またはコンピュータまたはコンピュータネットワークによってサポートされてもよい。

【0050】

本発明のさらなる態様では、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによるシステムによってプログラムが実行されると、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによる分光計装置を較正するための方法をシステムの評価ユニットに実行させる命令を含む、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が開示される。

【0051】

本明細書で使用される「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」という用語は、具体的には、コンピュータ実行可能命令が記憶されたハードウェア記憶媒体などの非一過性のデータ記憶手段を指すことができる。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能なデータキャリアとも呼ばれ、具体的には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または読取専用メモリ（ＲＯＭ）などの記憶媒体であってよく、またはそれらを備え得る。

【0052】

本発明による方法およびシステムは、既知の方法および装置に対して多数の利点を提供し得る。具体的には、分光計装置、具体的には光学要素としてリニア可変フィルタを有する検出器装置を備えた分光計装置を光干渉計と組み合わせることにより、分光計装置の較正が改善され得る。本方法および本システムによれば、スペクトル分解能および迷光に関する情報などの測定情報の量を増加させると同時に、分光計装置の較正をより迅速に行うことができる。具体的には、単色レーザ光源および／または複数の異なるバンドパスフィルタを用いて各波長を個別に較正する必要性は、本発明による方法を実行することによって不要となり得る。

【0053】

本方法において、広帯域光は、広帯域光源から放出され、光干渉計を通過し、そして分光器装置、具体的には検出器装置に誘導されてよい。検出器装置の複数の感光要素、具体的には複数の感光要素の全ては、好適な電子機器を用いて読み出されてもよい。時間Ｉ（ｔ）の関数としての複数の検出器信号は、光干渉計における走査鏡の動きに相関させてもよい。フーリエ変換を使用し、検出器装置に備えられた各感光要素について、光学要素の全透過スペクトルが得られる。

【0054】

要約し、さらに可能な実施形態を除外することなく、以下の実施形態を想定することができる。

【0055】

実施形態１：分光計装置を較正するための方法であって、該分光計装置が少なくとも１つの検出器装置を備え、該検出器装置が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素を備え、且つ複数の感光要素をさらに備え、各感光要素が、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成され、
以下のステップ：
ａ） 少なくとも１つの広帯域光源を使用し、少なくとも１つの光干渉計を介して分光計装置、具体的には検出器装置を照明するステップ、
ｂ） 複数の感光要素について、具体的には感光要素の各々について、ステップａ）における光干渉計を介した照明に応じた複数の検出器信号を決定するステップ、および
ｃ） 複数の検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定するステップ
を含む、方法。

【0056】

実施形態２：光干渉計が、マイケルソン干渉計、ファブリー・ペロー干渉計、キューブコーナー干渉計からなる群から選択される、先行する実施形態に記載の方法。

【0057】

実施形態３：ステップａ）において、光干渉計の透過周波数を所定のスペクトル範囲にわたって変化させ、そして、ステップｂ）において、光干渉計の透過周波数に応じて複数の検出器信号を決定する、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0058】

実施形態４：ステップｃ）において、較正情報の少なくとも１つの項目が、光干渉計の透過周波数と、透過周波数に関連する複数の検出器信号の強度ピークを生成する複数の感光要素のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つとを比較することによって決定される、先行する実施形態に記載の方法。

【0059】

実施形態５：光干渉計が、入射光、具体的には広帯域光源からの入射光を、少なくとも２つの照明経路に分割するための少なくとも１つのビーム分割装置を備え、該光干渉計が、第１の照明経路における少なくとも１つの走査鏡と、第２の照明経路における少なくとも１つの静止鏡とをさらに備え、本方法において、具体的にはステップａ）において、走査鏡を第１の照明経路に沿って移動させ、静止鏡は静止したままである、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0060】

実施形態６：走査鏡を、段階的に１ｋＨｚ以下のステップ周波数で、具体的には５００Ｈｚ以下のステップ周波数で、より具体的には１５０Ｈｚ以下のステップ周波数で移動させる、先行する実施形態に記載の方法。

【0061】

実施形態７：ステップｂ）において、複数の検出器信号が、第１の照明経路における走査鏡の複数の位置について決定され、走査鏡の複数の位置は互いに異なっている、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0062】

実施形態８：ステップｃ）が、具体的には、複数の検出器信号を処理する前に、複数の検出器信号を走査鏡の複数の位置と相関させることを含む、先行する実施形態に記載の方法。

【0063】

実施形態９：ステップｃ）において、走査鏡の複数の位置に相関させた複数の検出器信号が、較正情報の少なくとも１つの項目を決定するために使用される、先行する実施形態に記載の方法。

【0064】

実施形態１０：ステップｃ）が、ステップｂ）において決定された複数の検出器信号を処理し、それによって複数の処理された検出器信号を得ることを含み、ステップｃ）における較正情報の少なくとも１つの項目の決定が、複数の処理された検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定することを含む、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0065】

実施形態１１：複数の検出器信号の処理が、複数の検出器信号を変換すること、具体的には数学的に変換することを含む、先行する実施形態に記載の方法。

【0066】

実施形態１２：複数の検出器信号が、少なくとも１つのフーリエ変換、具体的には少なくとも１つの離散フーリエ変換を用いて変換される、先行する実施形態に記載の方法。

【0067】

実施形態１３：複数の検出器信号が、１２．０００ １／ｃｍ～５００ １／ｃｍの範囲、具体的には１０．０００ １／ｃｍ～１０００ １／ｃｍの範囲、より具体的には７．０００ １／ｃｍ～４．０００ １／ｃｍの範囲の波数について記録されについて記録される、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0068】

実施形態１４：較正情報の項目が、波長較正情報の項目および迷光較正情報の項目の少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0069】

実施形態１５：波長較正情報の項目が、少なくとも１つの波長較正関数を含み、波長較正関数が、感光要素のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つを波長位置に割り当てる、先行する実施形態に記載の方法。

【0070】

実施形態１６：迷光較正情報の項目が、少なくとも１つの信号分布関数、具体的には少なくとも１つの信号分布マトリックスを含み、信号分布関数が、特定の波長を有する入射光に対する複数の感光要素の応答の分布、具体的には各感光要素の応答の分布を表す、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載の方法。

【0071】

実施形態１７：先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法であって、具体的にはステップｃ）が、少なくとも部分的にコンピュータ実装される、方法。

【0072】

実施形態１８：分光計装置を較正するためのシステムであって、少なくとも１つの検出器装置を備えた分光計装置を備え、該検出器装置が、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素を備え、且つ複数の感光要素をさらに備え、各感光要素が、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成され、該システムはさらに、少なくとも１つの広帯域光源と、光干渉計を介して広帯域光源で分光計装置、具体的には検出器装置を照明するように配置された少なくとも１つの光干渉計とを備え、該システムはさらに、少なくとも１つの評価ユニットを備え、評価ユニットが、先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法を実行するように構成される、システム。

【0073】

実施形態１９：広帯域光源が、白熱ランプ、黒体放射体、電気フィラメント、発光ダイオードの少なくとも１つを備える、先行する実施形態に記載のシステム。

【0074】

実施形態２０：光学要素が、少なくとも１つの波長選択要素を備える、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載のシステム。

【0075】

実施形態２１：波長選択要素が、プリズム、回折格子、リニア可変フィルタ、光学フィルタ、具体的には狭帯域通過フィルタからなる群から選択される、先行する実施形態に記載のシステム。

【0076】

実施形態２２：検出器装置が、リニアアレイに配置された複数の感光要素を備え、感光要素のリニアアレイが、１０～１０００個の数の感光要素、具体的には１００～５００個の数の感光要素、具体的には２００～３００個の数の感光要素、より具体的には２５６個の数の感光要素を備える、先行する４つの実施形態のいずれか１つに記載のシステム。

【0077】

実施形態２３：各感光要素が、ピクセル化無機カメラ要素、具体的にはピクセル化無機カメラチップ、より具体的にはＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップ、モノクロカメラ要素、具体的にはモノクロカメラチップ、少なくとも１つの光導電体、具体的には無機光導電体、より具体的にはＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ｅｘｔ．ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂまたはＨｇＣｄＴｅを備える無機光導電体からなる群から選択される、先行する５つの実施形態のいずれか１つに記載のシステム。

【0078】

実施形態２４：各感光要素が、７６０ｎｍ～１０００μｍの波長範囲、具体的には７６０ｎｍ～１５μｍの波長範囲、より具体的には１μｍ～５μｍの波長範囲、より具体的には１μｍ～３μｍの波長範囲の電磁放射線に対して感度を有する、先行する６つの実施形態のいずれか１つに記載のシステム。

【0079】

実施形態２５：検出器装置が、分光計装置、具体的には、反射分光計装置および透過分光計装置の少なくとも１つに備えられる、先行する７つの実施形態のいずれか１つに記載のシステム。

【0080】

実施形態２６：先行するシステムに関する実施形態のいずれか１つに記載のシステムによってプログラムが実行されると、先行する方法に関する実施形態のいずれか１つに記載の分光計装置を較正するための方法をシステムの評価ユニットに実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。

【0081】

実施形態２７：先行するシステムに関する実施形態のいずれか１つに記載のシステムによってプログラムが実行されると、先行する方法に関する実施形態のいずれか１つに記載の分光計装置を較正するための方法をシステムの評価ユニットに実行させる命令を含む、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

【図面の簡単な説明】

【0082】

さらなる任意の特徴および特徴は、好ましくは従属請求項と関連した下記の実施形態の説明でより詳細に開示される。ここで、それぞれの任意の特徴は、個別に実施してよく、さらに如何なる任意の特徴と組み合わせても実施してよいことが、当業者には理解されよう。本発明の範囲は、好ましい実施形態に限定されない。実施形態は、図に模式的に示されている。これらの図における同一の参照番号は、同一のまたは機能的に同等である要素を指す。

【0083】

以下の図において：

【図1】図１は、分光計装置を較正するシステムの実施形態を概略図で示す。

【図2】図２は、分光計装置を較正する方法の実施形態のフローチャートを示す。

【図3】図３Ａ～３Ｄは、迷光較正の図である。

【発明を実施するための形態】

【0084】

図１は、分光計装置１１４を較正するためのシステム１１０の例示的な実施形態を概略図で示す。システム１１０は、少なくとも１つの検出器装置１１２を備えた分光計装置１１４を含む。検出器装置１１２は、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素１１６を備える。光学要素１１６は、具体的には、少なくとも１つの波長選択要素１１８を備え得る。図１に示す例示的な実施形態では、波長選択要素１１８は、リニア可変フィルタ１２０であってよい。しかしながら、プリズム、回折格子、光学フィルタ、具体的には狭帯域通過フィルタなどの他の選択肢も実現可能である。

【0085】

検出器装置１１２は複数の感光要素１２２をさらに備え、各感光要素１２４は、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素１２４の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成される。

【0086】

図１に見られるように、検出器装置１１２は、リニアアレイ１２６に配置された複数の感光要素１２２を備え得る。感光要素１２４のリニアアレイ１２６は、２５６個の数の感光要素１２４を備え得る。各感光要素１２４は、ＰｂＳを備える無機光導電体であってよい。しかしながら、リニアアレイおよび／または他の光導電体の他のはずまたはサイズも実現可能である。各感光要素１２４は、１μｍ～３μｍの波長範囲の電磁放射線に対して感度を有し得る。

【0087】

システム１１０はさらに、少なくとも１つの広帯域光源１２８と、光干渉計１３０を介して広帯域光源１２８で検出器装置１１２を照明するように配置された少なくとも１つの光干渉計１３０とを備える。広帯域光源１２８は、例として、少なくとも１つの白熱ランプ１３２を備え得る。しかしながら、黒体放射体、発光ダイオードおよび／または電気フィラメントなどの他の広帯域光源１２８も実現可能である。

【0088】

図１に見られるように、光干渉計１３０は、少なくとも１つのマイケルソン干渉計１３４で構成され得る。しかしながら、ファブリー・ペロー干渉計および／またはキューブコーナー干渉計などの他の光干渉計も、原理的には実現可能である。この例では、光干渉計１３０は、入射光、具体的には広帯域光源１２８からの入射光を、少なくとも２つの照明経路に分割するための少なくとも１つのビーム分割装置１３６を備える。光干渉計１３０は、第１の照明経路１４０における少なくとも１つの走査鏡１３８と、第２の照明経路１４４における少なくとも１つの静止鏡１４２とをさらに備え得る。矢印１４６で示すように、走査鏡１３８は、第１の照明経路１４０に沿って移動可能であってよい。

【0089】

システム１１０は、少なくとも１つの評価ユニット１４８をさらに備え、評価ユニットは、本発明による、例えば上記に開示された実施形態のいずれか１つおよび／または以下にさらに詳細に開示する実施形態のいずれか１つによる、分光計装置１１４を較正するための方法を実行するように構成される。評価ユニット１４８は、図１に矢印１５０で示すように、一方向および／または双方向に、データおよび／または制御コマンドをシステム１１０の他の要素、具体的には検出器装置１１２と交換するように構成され得る。具体的には、評価ユニット１４８は、検出器装置１１２から複数の検出器信号を受信するように構成されてもよい。

【0090】

図２において、分光計装置１１４を較正する方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す。分光計装置１１４は、図１に示すように具体化できる：分光計装置１１４は、入射光を構成波長成分のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つの光学要素１１６を備えた少なくとも１つの検出器装置１１２を備える。検出器装置１１２は、複数の感光要素１２２をさらに備え、各感光要素１２４は、構成波長成分の１つの少なくとも一部分を受光し、そして構成波長成分それぞれの少なくとも１つの部分によるそれぞれの感光要素１２４の照明に応じてそれぞれの検出器信号を生成するように構成される。

【0091】

本方法は、一例として、所与の順序で実施されうる以下のステップを含む。しかしながら、異なる順序も可能であることに留意されたい。さらに、方法ステップの１つ以上を１回または繰り返し実行することも可能である。さらに、方法ステップの２つ以上を同時にまたは時間的に重複して実行することも可能である。本方法は、列挙されていないさらなる方法ステップを含んでもよい。

【0092】

この方法は、以下のステップ：
ａ） （参照番号１５２で示す）少なくとも１つの広帯域光源１２８を使用し、少なくとも１つの光干渉計１３０を介して分光計装置１１４、具体的には検出器装置１１２を照明するステップ、
ｂ） （参照番号１５４で示す）複数の感光要素１２２について、具体的には感光要素１２４の各々について、ステップａ）における光干渉計１３０を介した照明に応じた複数の検出器信号を決定するステップ、および
ｃ） （参照番号１５６で示す）複数の検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定するステップ
を含む。

【0093】

さらに、ステップａ）において、光干渉計１３０の透過周波数を所定のスペクトル範囲にわたって変化させてもよく、そして、ステップｂ）において、光干渉計１３０の透過周波数に応じて複数の検出器信号を決定してもよい。ステップｃ）において、較正情報の少なくとも１つの項目が、光干渉計１３０の透過周波数と、透過周波数に関連する複数の検出器信号の強度ピークを生成する複数の感光要素１２２のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つとを比較することによって決定されてもよい。

【0094】

上記で概説したように、光干渉計１３０は、第１の照明経路１４０における少なくとも１つの走査鏡１３８と、第２の照明経路１４４における少なくとも１つの静止鏡１４２とを備え得る。走査鏡１３８は、第１の照明経路１４０に沿って移動可能であってよい。本方法において、具体的にはステップａ）において、走査鏡１３８を第１の照明経路１４４に沿って移動させてよく、静止鏡１４２は静止したままであってよい。走査鏡１３８は、段階的に１ｋＨｚ以下のステップ周波数で、具体的には１００Ｈｚ以下のステップ周波数で、より具体的には１０Ｈｚ以下のステップ周波数で、移動させてよい。

【0095】

さらに、ステップｂ）において、複数の検出器信号は、第１の照明経路１４０における走査鏡１３８の複数の位置について決定されてもよい。走査鏡１３８の複数の位置は、互いに異なっていてもよい。さらに、図２に示すように、ステップｃ）は、具体的には、複数の検出器信号を処理する前に、複数の検出器信号を走査鏡１３８の複数の位置と相関させることを含んでよい（参照番号１５８で示す）。よって、ステップｃ）において、走査鏡１３８の複数の位置に相関させた複数の検出器信号は、較正情報の少なくとも１つの項目を決定するために使用されてよい。

【0096】

さらに、図２に示すように、ステップｃ）は、ステップｂ）において決定された複数の検出器信号を処理し、それによって複数の処理された検出器信号を得ることを含み得る（参照番号１６０で示す）。ステップｃ）における較正情報の少なくとも１つの項目の決定は、複数の処理された検出器信号から較正情報の少なくとも１つの項目を決定することを含み得る。具体的には、複数の検出器信号の処理は、複数の検出器信号を変換すること、具体的には数学的に変換することを含んでよい。例えば、複数の検出器信号は、少なくとも１つのフーリエ変換、具体的には少なくとも１つの離散フーリエ変換を用いて変換されてよい。

【0097】

較正情報の項目は、波長較正情報の項目および迷光較正情報の項目の少なくとも１つを含んでよい。波長較正情報の項目は、少なくとも１つの波長較正関数を含んでよい。波長較正関数は、感光要素１２４のピクセル位置および識別番号の少なくとも１つを波長位置に割り当ててもよい。例えば、波長較正関数は、多項式関数を含んでよい。しかし、他の波長較正関数も実現可能である。迷光較正情報の項目は、少なくとも１つの信号分布関数、具体的には少なくとも１つの信号分布マトリックスを含んでよい。信号分布関数は、特定の波長を有する入射光に対する複数の感光要素１２２の応答の分布、具体的には各感光要素１２４の応答の分布を表す。例として、信号分布マトリックスの計算および／または適用は、Ｙ．Ｚｏｎｇ，Ｓ．Ｗ．Ｂｒｏｗｎ，Ｂ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｒ．Ｌｙｋｋｅ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｎｏ：「Ｓｉｍｐｌｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｒｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第４５巻、第６号、２００６年にさらに詳細に記載されている。

【0098】

迷光較正の図、具体的には、迷光較正情報の項目を決定するための複数のサブステップに対応する図を、図３Ａ～図３Ｄに示す。図３Ａでは、光干渉計１３０の異なる透過周波数に対して複数の処理された検出器信号１６２が示されている。具体的には、図３Ａの図において、処理された検出器信号の信号強度１６４が、複数の感光要素１２２のピクセル位置１６６の関数として示されている。図３Ａは、光干渉計１３０のいくつかの透過周波数に対する複数の処理された検出器信号１６２を示し、具体的には、１４５６ｎｍの透過波長（参照番号１６８で示す）、１６６４ｎｍの透過波長（参照番号１７０で示す）、１８４０ｎｍの透過波長（参照番号１７２で示す）、２０５７ｎｍの透過波長（参照番号１７４で示す）、２２４１ｎｍの透過波長（参照番号１７６で示す）、および２４４６ｎｍの透過波長（参照番号１７８で示す）に対応する。

【0099】

複数の検出器信号の処理は、複数の検出器信号にオフセット補正およびデジタルフィルタの１つ以上を適用することを含み得る。図３Ｂは、オフセット補正およびサヴィツキー・ゴレイフィルタなどのデジタルフィルタの適用後の、複数の処理された検出器信号１６２を示す。具体的には、図３Ｂの図において、処理された検出器信号の信号強度１６４が、複数の感光要素１２２のピクセル位置１６６の関数として示されている。図３Ｂにおいて、図３Ａで特定された透過周波数の信号強度１６４が示されている。図３Ｃには、１４５６ｎｍ～２４４６ｎｍの範囲の透過波長に対応する透過周波数の信号強度１６４が示されている（参照番号１８０で示す）。これらの信号強度の値は、いわゆる信号分布マトリックスに格納されてもよい。

【0100】

信号分布マトリックス、特に信号分布マトリックスの逆は、較正された検出器装置１１２で決定された測定スペクトルに適用され得る。信号分布マトリックスを測定スペクトルに適用する効果を図３Ｄに示す。図３Ｄの図では、測定スペクトルの相対強度がピクセル位置１６６の関数として示されている。図３Ｄでは、ＰＥＴサンプルの補正されていない測定スペクトル１８２と、補正されていない測定スペクトル１８２に迷光較正情報の項目、具体的には信号分布マトリックスを含むものを適用することによって得られた対応する補正された測定スペクトル１８４とが示されている。図３Ｄからわかるように、迷光較正情報の項目を適用することにより、スペクトル分解能を向上させ、そして迷光の影響を低減できる。

【符号の説明】

【0101】

１１０ システム
１１２ 検出器装置
１１４ 分光計装置
１１６ 光学要素
１１８ 波長選択要素
１２０ リニア可変フィルター
１２２ 複数の感光要素
１２４ 感光要素
１２６ リニアアレイ
１２８ 広帯域光源
１３０ 光干渉計
１３２ 白熱灯
１３４ マイケルソン干渉計
１３６ ビーム分割装置
１３８ 走査鏡
１４０ 第１の照明経路
１４２ 静止鏡
１４４ 第２の照明経路
１４６ 矢印
１４８ 評価ユニット
１５０ 矢印
１５２ 検出器装置を照明する
１５４ 複数の検出器信号を決定する
１５６ 較正情報の少なくとも１つの項目を決定する
１５８ 複数の検出器信号を相関させる
１６０ 複数の検出器信号を処理する
１６２ 複数の処理された検出器信号
１６４ 信号強度
１６６ ピクセル位置
１６８ 透過波長１４５６ｎｍ
１７０ 透過波長１６６４ｎｍ
１７２ 透過波長１８４０ｎｍ
１７４ 透過波長２０５７ｎｍ
１７６ 透過波長２２４１ｎｍ
１７８ 透過波長２４４６ｎｍ
１８０ １４５６ｎｍ～２４４６ｎｍの範囲の透過波長
１８２ 補正されていない測定スペクトル
１８４ 補正された測定スペクトル

【図1】

【図2】

【図3AB】

【図3CD】

【国際調査報告】