(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラマンセンサを動作させる方法であって、該方法は、
該ラマンセンサのシステム構成要素の動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、第１の所定の回数、連続して繰り返し、次いで、該複数の補助的データチェックを実行するステップを再び実行することと、
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、該第１の所定の回数の後に、該ログファイルをクローズすることと、
該クローズするステップの後に、第２の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第２の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することと
を包含し、
さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータの該さらなる処理において、該暗スペクトルデータの中央値は、さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータから減算されるように構成されている、方法。
【請求項２】
前記複数の補助的データチェックを実行するステップは、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）、レーザ、および自動焦点サブシステムのそれぞれの状態を監視することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ラマンセンサの１つ以上の構成要素の温度を監視することをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の補助的データチェックを実行するステップは、前記ラマンスペクトルを収集する光学素子の適切な焦点を維持するために、リニア焦点アクチュエータを監視することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、レーザエネルギーを監視することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、前記ラマンスペクトルデータが飽和しているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の補助的データチェックのうちの１つが失敗すると、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のデータ品質チェックのうちの１つに応答して、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）に対する利得を調整することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ラマン分光デバイスを動作させる方法であって、該デバイスは、レーザ、分光器、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）、および自動焦点サブシステムを備え、該方法は、
少なくとも該レーザ、該ＩＣＣＤ、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
該レーザをパルス化し、結果としてもたらされるラマンスペクトルを、該分光器を介して該ＩＣＣＤにより収集することによって、ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、第１の所定の回数、連続して繰り返すことと、
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、該第１の所定の回数の後に、該ログファイルをクローズすることと、
該クローズするステップの後に、第２の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第２の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することと
を包含し、
さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータの該さらなる処理において、該暗スペクトルデータの中央値は、さらに処理することを決定された該取得されたラマンスペクトルデータから減算されるように構成されている、方法。
【請求項１０】
前記連続して繰り返すことの後に、前記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
取得されたラマンスペクトルデータのログファイルがクローズされ、格納された後に、前記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の補助的データチェックのうちの１つが失敗を示す場合には、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
作用因子の識別処理のために、前記複数のデータ品質チェックに合格したラマンスペクトルデータを格納することをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のデータ品質チェックのうちの少なくとも１つに応答して、前記ＩＣＣＤの利得を調整することをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
ラマン分光システムであって、該システムは、
所定の周波数でパルス化するように構成されているレーザと、
該レーザによって照明された同一地点に光学的に指向される望遠鏡の焦点を制御する自動焦点サブシステムと、
該望遠鏡を介して該レーザパルスに起因するラマンスペクトルを受信するように構成された分光器および増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）と、
プロセッサおよび関連するメモリであって、該メモリは、該ＩＣＣＤによって捕捉されたときに、該個々のラマンスペクトルをラマンスペクトルデータの個々の記録として格納するように構成され、該プロセッサは、少なくとも該レーザ、該ＩＣＣＤ、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行し、かつ該ラマンスペクトルデータの有用性に関連する複数のデータ品質チェックを実行するように構成されている、プロセッサおよび関連するメモリと
を備え、
該プロセッサは、該データ品質チェックの結果に基づいて、さらなる処理のためにラマンスペクトルデータを格納するか否か、および該複数の補助的データチェックの実行を繰り返すか否かを決定するようにさらに構成され、
該プロセッサは、該分光器および該ＩＣＣＤによって捕捉された一連のラマンスペクトルデータをログファイル内に格納し、第１の所定の数のラマンスペクトルデータが格納された後に、該ログファイルをクローズすることと、該ログファイルがクローズされた後に、第２の所定の数の暗スペクトルデータを取得し、該第２の所定の数の暗スペクトルデータを用いて、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することとを行うように構成され、該プロセッサは、さらに処理することを決定された該ラマンスペクトルデータから該暗スペクトルデータの中央値を減算するようにさらに構成されている、システム。
【請求項１６】
熱交換器をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記自動焦点サブシステムとともに動作する距離計サブシステムをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか否か、壊れているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか、または不十分な振幅のものであることを決定するときには、前記ＩＣＣＤの利得を調整するルーチンを起動するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、ラマン分光測定センサに関し、より具体的には、センサ機器および収集されたスペクトルデータの自動化された周期的評価を実行するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
化学的または生物学的作用因子（ａｇｅｎｔ）への曝露の危険は深刻であり得る。例えば、事故による意図されない放出、または意図的な送達の結果のいずれであっても、（１）放出された作用因子のタイプ、および（２）汚染の正確な領域の迅速かつ精度の高い識別を行うことが望ましい。そのような危険な物質の早期かつ精度の高い検出は、起こり得る死傷者数の低減、および作用因子の（例えば、風、人、および動物の接触などによる）さらなる拡散の制限における重要な要素であり得る。
【０００３】
近年、非常に低い濃度においてさえも、未知の物質、汚染物質および作用因子を迅速に識別するために、核、生物学的および化学的（ＮＢＣ）センサ技術を開発し、展開することにおける関心が増大している。これらの技術の一部は、表面に堆積された汚染を測定し、そして車両と、汚染物質の物理サンプルを引き出すための関連する試験機器とを用い、次いで作用因子を試験するために、機械的なサンプリングホイールシステムに基づいた、非常に扱いにくく時間を浪費するプロセスを用いるように設計される。
【０００４】
そのようなアプローチの複雑さの観点において、より新しい、より単純な、より安全かつさらに信頼性のある技術が要求されてきた。この要望に応える１つの新しい技術は、一般に「スタンドオフ表面検出」と呼ばれ、関心のある物質と実際に物理的接触を有することなく、物質の検出を可能にする技術のカテゴリを表す。これらの検出システムの目的は、化学的または生物学的脅威を検出し、識別し、位置を決定し、定量化し、警告し、報告して、それにより、（さらなる）汚染を回避するために、軍隊または市民に十分な早期警告を与える能力を提供することである。
【０００５】
スタンドオフ表面検出システムの一例は、ＩＴＴ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）によって開発された表面の作用因子のレーザインタロゲーション（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｇｅｎｔｓ；ＬＩＳＡ）として公知の技術である。ＬＩＳＡは、既知の化学的作用因子を識別するために利用され得る光学的性質であるラマン散乱（またはラマン効果）として公知の技術を用いて、地表（または任意の表面）の化学的作用因子を捜す偵察車両に取り付けられたレーザおよび関連するセンサを用いる。現在のＩＴＴのＬＩＳＡシステムは、０．４ｍ〜３ｍのスタンドオフ範囲を有し、２５パルス／秒のそれぞれの単一のレーザショットまたはパルスにおける検出を提供し得る。これは、地表の化学的作用因子の移動中のリアルタイム測定を実行する能力を有する車両に人員を配置することを可能にする。ＬＩＳＡ技術はまた、検出が起こっているときに積み重なる、化学的作用因子の等高線を有するマップを作り出すかまたは生成する能力を検出チームに提供する。
【０００６】
生物学的作用因子のスタンドオフ検出は、化学的作用因子の検出よりもかなり難しい。特に、生物学的作用因子を自然に生息する背景物質から弁別し、測定することは困難である。さらに、環境内の生物学的作用因子のリアルタイム検出および測定は、識別される潜在的な作用因子の数と、作用因子自体の複雑な性質と、環境内に絶えず存在する数え切れないほど多くの同様な微生物と、汚染を起こし得るごく少量の病原菌とのために、非常に困難であり得る。潜在的な生物学的作用因子はまた、良性のエンティティに変装し得る。
【０００７】
これらの障害を考慮すると、生物学的作用因子を検出するためのアプローチは、化学的作用因子を検出するために使用されるそれらの技術とは多少異なる。生物学的作用因子を構成する分子は、化学的作用因子に比べて極めて複雑で、かつ大型であるが、一方でそれらは、非常に限定された数の特有の基礎単位（ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｂｌｏｃｋ）から作られるだけである。その結果として、生物学的作用因子を探査するために、そのラマン信号を増強する非常に特定の紫外波長を有するレーザを用いることが必要であることが見出されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、化学的物質または生物学的物質の検出用か否かにかかわらず、ラマン分光学は進化する複雑な技術であり、当業者は、ラマンセンサのサポート機器とともにラマンセンサが、管理された実験室の条件下などの最良の環境の下でさえも複雑で、かつ敏感な装置であることを認識する。現場においてそのような装置の動作を適切に保持することは、なおいっそう大きな課題を提示する。従って、スタンドオフ表面検出を実用、特に、拡張された現場使用に効果的に導くための改善されたラマン分光機器およびその運用方法を提供するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
本発明の実施形態は、化学的作用因子および生物学的作用因子のスタンドオフ検出用のラマン分光デバイスを、特に現場で動作させるためのシステムおよび方法を提供する。一実施形態において、デバイスは、レーザと、分光器と、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）と、自動焦点サブシステム（望遠鏡の収集光学素子を含む）と、関連するプロセッサおよびメモリとを含んでいる。好適な実施形態において、スペクトルデータ取得が始まる前に、一連の補助的データチェック（ＡＤＣ）が実行されて、少なくともレーザ、ＩＣＣＤ、および自動焦点サブシステムの動作状態（すなわち、調子およびステータス）を監視する。さらに、各ラマンスペクトル取得の後に、一連のデータ品質チェックが実行されて、まさに収集されたデータへの信頼性を高める。データ品質チェックに合格するスペクトルデータだけが、さらに処理される。しかしながら、すべてのスペクトルデータは、好ましくはログファイル内に格納される。ログファイルが所定の容量に達するときには、ログファイルはクローズされ、補助的データチェックの新しい循環が実行されて、再びラマン分光デバイスのステータスを監視する。
【００１０】
より具体的には、本発明に従った好適な方法において、装置の初期化ステップの後に、一連のＡＤＣが実行される。これらのチェックは、特に、例えば、ＩＣＣＤの利得およびアレイ温度、レーザのエネルギー、ガス圧力、およびパルスカウント、ならびに温度、デバイス全体の温度および湿度レベル、自動焦点用のリニア焦点アクチュエータのステータス、および一般的な高度および大気データまでも監視することを含む。これらの自動化された試験は、デバイスの調子およびステータスが正常であり、従って、未知の化学的または生物学的作用因子を識別するために、取得され、処理されるラマンスペクトルデータへの信頼性を提供することを保証する。
【００１１】
ＡＤＣの選択されたチェックが合格しない場合には、システムは、待機モードに戻され得ることにより、劣化または欠陥の可能性のあるデータの取得を防止し、機器の起こり得る点検に備える。他の失敗したＡＤＣは、システムオペレータに警告だけを結果としてもたらし得る。
【００１２】
第一の一連のＡＤＣの完了後に、システムは、１０個の暗スペクトル（すなわち、対応するレーザパルスのないスペクトル）を取得する。これらの１０個のスペクトルの中央値が次いで計算される。この中央値は、現在の雑音または背景雑音を表しており、その後のレーザ誘起型スペクトルから減算され、それによって、レーザ誘起型スペクトルだけが検出目的のために用いられる。
【００１３】
レーザ誘起型ラマンスペクトルの取得が次いで起動される。スペクトルデータ（好ましくは、約２５Ｈｚの周波数で）の各収集の後に、一連のデータ品質チェック（ＤＱＣ）が実行され、該ＤＱＣは、リニア焦点アクチュエータに関して問題があったか否か、レーザのエネルギーが所定の範囲内にあったか否か、そして収集されたスペクトルデータが飽和振幅または低すぎる振幅を有するか否かをチェックすることを含む。後者の２つの例においては、利得調整ループが、ＩＣＣＤ利得を調整するために起動されて、その後のスペクトルデータ収集上の飽和または低振幅の問題を回避する。
【００１４】
所与のラマンスペクトルに対するＤＱＣがすべて合格したときには、そのデータは、他の同様に認定されたデータとともに、さらなる処理（すなわち、格納されたラマンスペクトルのライブラリに対するラマンスペクトルのパターンマッチング）に対して指定され得る。しかしながら、すべてのデータ（個々の記録という形態における）は、認定されたか否かにかかわらず、好ましくはログファイル内に格納され、データ記録は、好ましくはそれぞれのデータ取得に対するＤＱＣの結果を含む。一旦ログファイルが所定の容量（例えば、３０００個の記録）まで満たされると、ログファイルはクローズされ、かつ格納され、そして新しいログファイルがオープンされる。この期間の間に、第二の一連のＡＤＣが実行され、それによって、再びシステム全体のステータスをチェックする。レーザが約２５Ｈｚでパルス化されており、ログファイルが約３０００個の記録の設定容量を有するので、補助的データチェックは、２分ごとに略１回実行される（すなわち、３０００個のスペクトル／毎秒２５個のスペクトル＝１２０秒）。従って、ラマン分光システムは、自動的かつ周期的にチェックされており、それによって、収集されるスペクトルデータへの信頼性を増大し、システムが適切な機能の状態にあることを保証する。
【００１５】
本発明のこれらの特徴および他の特徴は、それらに付随する利点とともに、以下の詳細な説明を関連する図面とともに読み込むと、より完全に認識されるであろう。
【００１６】
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
ラマンセンサを動作させる方法であって、該方法は、
該ラマンセンサのシステム構成要素の動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、所定の回数、連続して繰り返し、次いで、該複数の補助的データチェックを実行するステップを再び実行することと
を包含する、方法。
（項目２）
上記複数の補助的データチェックを実行するステップは、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）、レーザ、および自動焦点サブシステムのそれぞれの状態を監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目３）
上記ラマンセンサの１つ以上の構成要素の温度を監視することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目４）
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、上記ラマンスペクトルを収集する光学素子の適切な焦点を維持するために、リニア焦点アクチュエータを監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目５）
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、レーザエネルギーを監視することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目６）
上記複数のデータ品質チェックを実行するステップは、上記ラマンスペクトルデータが飽和しているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定することを包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目７）
上記複数の補助的データチェックのうちの１つが失敗すると、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目８）
一連の取得されたラマンスペクトルデータをログファイル内に格納することと、該ログファイルをクローズすることとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目９）
上記所定の回数の後に、上記クローズするステップを実行することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１０）
上記クローズするステップの後に、所定の数の暗スペクトルデータを取得することと、前に計算された暗スペクトルデータの中央値を修正することとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１１）
上記複数のデータ品質チェックのうちの１つに応答して、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）に対する利得を調整することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１２）
ラマン分光デバイスを動作させる方法であって、該デバイスは、レーザ、分光器、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）、および自動焦点サブシステムを備え、該方法は、
少なくとも該レーザ、該ＩＣＣＤ、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行することと、
該レーザをパルス化し、結果としてもたらされるラマンスペクトルを、該分光器を介して該ＩＣＣＤにより収集することによって、ラマンスペクトルデータを取得することと、
該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータに関連する、複数のデータ品質チェックを実行することと、
該データ品質チェックの結果に基づいて、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらに処理するか否かを決定し、もしさらに処理する場合には、該取得するステップの間に取得された該ラマンスペクトルデータをさらなる処理のために格納することと、
該ラマンスペクトルデータを取得するステップおよび該ラマンスペクトルデータに関連する、該複数のデータ品質チェックを実行するステップを、所定の回数、連続して繰り返すことと
を包含する、方法。
（項目１３）
上記連続して繰り返すことの後に、上記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１４）
取得されたラマンスペクトルデータのログファイルがクローズされ、格納された後に、上記複数の補助的データチェックを実行するステップを繰り返すことをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１５）
上記複数の補助的データチェックのうちの１つが失敗を示す場合には、さらなるラマンスペクトルデータ取得を停止することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１６）
作用因子の識別処理のために、上記複数のデータ品質チェックに合格したラマンスペクトルデータを格納することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１７）
上記複数のデータ品質チェックのうちの少なくとも１つに応答して、上記ＩＣＣＤの利得を調整することをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１８）
対応するレーザパルスのない暗スペクトルの初期の組を取得することと、該暗スペクトルは、上記さらなる処理に対して用いられることと、追加の暗スペクトルの取得によって該暗スペクトルの初期の組を周期的にアップデートすることとをさらに包含する、上記項目のうちのいずれか一項目に記載の方法。
（項目１９）
ラマン分光システムであって、該システムは、
所定の周波数でパルス化するように構成されるレーザと、
該レーザによって照明された同一地点に光学的に指向される望遠鏡の焦点を制御する自動焦点サブシステムと、
該望遠鏡を介して該レーザパルスに起因するラマンスペクトルを受信するように構成された分光器および増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）と、
プロセッサおよび関連するメモリであって、
該メモリは、該ＩＣＣＤによって捕捉されたときに、該個々のラマンスペクトルをラマンスペクトルデータの個々の記録として格納するように構成され、
該プロセッサは、少なくとも該レーザ、該ＩＣＣＤ、および該自動焦点サブシステムの動作状態を監視する複数の補助的データチェックを実行し、かつ該ラマンスペクトルデータの有用性に関連する複数のデータ品質チェックを実行するように構成される、プロセッサおよび関連するメモリと
を備え、
該プロセッサは、該データ品質チェックの結果に基づいて、さらなる処理のためにラマンスペクトルデータを格納するか否か、および該複数の補助的データチェックの実行を繰り返すか否かを決定するようにさらに構成される、
システム。
（項目２０）
熱交換器をさらに備える、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
（項目２１）
上記自動焦点サブシステムとともに動作する距離計サブシステムをさらに備える、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
（項目２２）
上記プロセッサは、一連の暗スペクトルの捕捉を引き起こすようにさらに構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
（項目２３）
上記プロセッサは、アップデートされる暗スペクトルの捕捉を引き起こすようにさらに構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
（項目２４）
上記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか否か、壊れているか否か、または不十分な振幅のものであるか否かを決定するように構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
（項目２５）
上記プロセッサは、所与のラマンスペクトルが飽和しているか、または不十分な振幅を有していることを決定するときには、上記ＩＣＣＤの利得を調整するルーチンを起動するように構成される、上記項目のうちのいずれか一項目に記載のシステム。
【００１７】
（摘要）
レーザと、分光器と、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）と、自動焦点サブシステムとを含むラマン分光デバイスを、特に現場において動作させるシステムおよび方法である。スペクトルデータ取得が始まる前に、一連の補助的データチェックが実行されて、少なくとも、レーザ、ＩＣＣＤ、および自動焦点サブシステムの動作状態を監視する。さらに、各ラマンスペクトル取得の後に、一連のデータ品質チェックが実行されて、まさに収集されたデータへの信頼性を高める。データ品質チェックに合格するスペクトルデータだけが、さらに処理される。しかしながら、すべてのスペクトルデータは、ログファイル内に格納される。ログファイルが所定の容量に達したときには、ログファイルはクローズされ、補助的データチェックの新しい循環が実行されて、再びラマン分光デバイスのステータスを監視する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、ラマン分光システムの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従った、ラマンセンサモジュールの構成要素を示す。
【図３】図３および図４は、本発明の実施形態に従った、ラマン分光システムを動作させる例示的な一連のステップを示す。
【図４】図３および図４は、本発明の実施形態に従った、ラマン分光システムを動作させる例示的な一連のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（詳細な説明）
便宜のために、次のリストは、以下の詳細な説明において用いられた頭字語を規定する。
【００２０】
ＡＤＣ（Ａｎｃｉｌｌａｒｙ  ｄａｔａ  ｃｈｅｃｋ）−  補助的データチェック
ＣＡＰＰＳ（Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  ａｎｄ  ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）−  制御、取得、処理および電源システム
ＤＱＣ（Ｄａｔａ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｃｈｅｃｋ）−  データ品質チェック
ＨＶ（Ｈｉｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ）−  高電圧
ＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）−  増倍型電荷結合デバイス
ＫＳ（Ｋｉｎｅｔｉｃ  ｓｅｒｉｅｓ）−  動的シリーズ
ＬＦＡ（Ｌｉｎｅａｒ  ｆｏｃｕｓ  ａｃｔｕａｔｏｒ）−  リニア焦点アクチュエータ
ＬＰＭＴ（Ｌａｓｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）−  レーザ電源モジュール温度
ＭＣＰＶ（Ｍｉｃｒｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ）−  マイクロチャネルプレート電圧（ＩＣＣＤの利得を表す）。
【００２１】
概して、本発明の実施形態は、自動的かつ周期的なデータ品質チェック（ＤＱＣ）および補助的データチェック（ＡＤＣ）を有する一体型ラマン分光システムまたは単に「ラマンセンサ」を提供し、データ品質チェックおよび補助的データチェックは、それぞれ、収集されたラマンスペクトルデータの性質および妥当性と、ラマンセンサの様々なサブシステムおよび構成要素のステータスとについてフィードバックを提供する。ＤＱＣおよびＡＤＣは、好ましくは、ラマンスペクトルデータの取得および処理過程のいくつかの異なる時点で挿入されることにより、収集されたラマンスペクトルデータが、処理に対して十分信頼できることを保証し、かつラマンセンサが全体として、公称範囲内で動作していることをさらに保証し、それによって、処理データの最終結果の信頼性を高め、そして最後には、分析される未知の物質または作用因子の識別の信頼性を提供する。
【００２２】
図１を参照すると、制御、取得、処理および電源システム（ＣＡＰＰＳ）１０５とセンサ１１０とを含むラマン分光システムの全体１００が示されている。ＣＡＰＰＳ１０５は、高水準のメモリ１１５と、プロセッサ１３０とを備える。電源システムは図示されない。センサ１１０は、高水準の、以下でより完全に記載される光学素子モジュール２００と、熱交換器モジュール１２０とを備える。
【００２３】
メモリ１１５は、特に、処理命令（本明細書中の以下でより完全に論じられる）、グローバル変数、初期化変数およびルーチン、ならびに、ラマンサイン（Ｒａｍａｎ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）のライブラリを格納する不揮発性の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を備え得る。メモリ１１５はまた、ＲＯＭ内に格納されるように記載されたデータを代わりに含む、特に、前述のデータまたは他のデータ（例えば、検出されたラマンスペクトルデータ／収集されたラマンスペクトルデータ）、センサステータスの読み取り、およびユーザ入力／設定を格納する揮発性のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備え得る。メモリ１１５は、ディスクドライブ、フラッシュメモリ、または任意の他の適切なデータストレージ技術をなおさらに含み得る。
【００２４】
熱交換器１２０は、センサ１１０を加熱するかまたは冷却し、システムおよびその構成要素に対して定常温度を維持するために利用される。なぜならば、収集されたスペクトルデータの分析が、高温度または温度ドリフトにより性能が変化する機械的構成要素、電気的構成要素および光学的構成要素によって、有害な影響を受け得るからである。実際の実装において、ＣＡＰＰＳ１０５は、ＣＡＰＰＳユニット内部にフィルタを通して送風するファンによってのみ冷却される。熱交換器は必要である。なぜならば、センサが、好ましくは外部の汚れおよび蒸気（例えば、車両排気）からセンサを保護する密封されたユニットだからである。
【００２５】
プロセッサ１３０は、特に、ユーザインタフェース（図示されない）を介する入力および出力の管理、ならびにセンサ１１０の様々な構成要素の制御およびそれらの構成要素から受信される信号の制御を含むシステム全体の制御を提供するソフトウェアルーチンの作動に適した従来のプロセッサである。プロセッサ１３０はまた、好ましくは、必要なデジタル信号処理を収集されたスペクトルデータに対して実行することと、同じスペクトルデータを、メモリ１１５に格納されたラマンサインのライブラリと比較することとが可能であることにより、未知の物質を識別する。プロセッサ１３０とメモリ１１５とは、示されているように、従来技術、例えば制御バス／信号バス／データバスを介して互いに通信可能である。
【００２６】
光学素子モジュール２００（図２を参照して詳細に記載される）は、プロセッサ１３０と通信可能であり、レーザを用いて未知の物質（例えば、表面汚染物質１４０）を照射し、その結果もたらされるラマンスペクトルデータを収集し、収集されたデータを詳細解析のためにプロセッサ１３０に伝えるように配置される。
【００２７】
ＣＡＰＰＳ１０５およびセンサ１１０は、好ましくは別個の筐体に入れられる。システム１００は、好ましくは、ジープ／トラックの搭載ユニットとして、または携帯型デバイスとしてさえも、現場で動作するようにさらに構成される。いずれの場合にも、熱交換器１２０は、センサに内部で生成された熱（光学素子モジュール２００によるなど）に対して補償する必要があるだけでなく、熱交換器１２０はまた、起こり得る広範囲な現場の環境条件、例えば、砂漠の暑さから冬の氷および雪までの範囲の温度条件に対して補償しなければならない。
【００２８】
ここで図２を参照して、センサ１１０の光学素子モジュール２００が、より完全に記載される。
【００２９】
光学素子モジュール２００の中心は、コヒーレントな光ビームを生成するレーザ２１０である。レーザ２１０は、紫外（ＵＶ）スペクトルの光ビームを作り出し得、実質的に単色である（すなわち、単一波長または狭い範囲の波長に限定される）。エキシマーレーザあるいは周波数シフト型のＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＬＦレーザは、この目的に適し得る。レーザ２１０は、好ましくは、ラマン散乱された十分な光学エネルギー（スペクトル）から成る、戻り光学エネルギーをもたらす光エネルギーを作り出すことにより、公知の分光技術を用いた分析を可能にする。
【００３０】
当該分野で周知なように、レーザ光のコヒーレンス長を増大させるために用いられるエタロン２１５が、レーザ２１０と関連づけられる。本明細書中の以下でより完全に記載されるように、レーザ２１０とエタロン２１５との両方の選択される動作パラメータは、ラマンシステム１００の動作に関連して実行される補助的データチェック（ＡＤＣ）に関連して監視される。エタロン２１５がエキシマーレーザなどの特定のレーザのみに必要であることは注目される。エタロン２１５がすべてのレーザに必要なわけではない。狭い線幅をレーザが有するようにさせる多数の技術が存在する。エキシマーでさえも、他の公知の方法を介してスペクトル的に狭くされ得る。
【００３１】
画素化型検出器として役立つ分光器２２２と、増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）２２０とがまた、光学素子モジュール２００に含まれている。当該分野で公知なように、分光器２２２が回折格子を備えることにより、散乱された放射（レーザ照射による）をＩＣＣＤ２２０上に分散する。ＩＣＣＤ２２０は、単一ユニットとして分光器２２２と一体化され得る。当該システムで用いられ得る適切なＩＣＣＤは、Ａｎｄｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ベルファスト、北アイルランド）から入手可能な、品番ＤＫ７２０Ａ−２５Ｈ−１８６である。
【００３２】
なおも図２を参照すると、光学素子モジュール２００はまた、好ましくは自動焦点サブシステム２３０と、距離測定サブシステム２３５とを備える。光を分光器２２２／ＩＣＣＤ２２０に伝える望遠鏡２３２などの収集光学素子の焦点を合わせる能力は、より安全な距離、すなわち「スタンドオフ」距離からのラマンスペクトルの収集を可能にする。スタンドオフ距離の調整は必須とされていないが、一方で測定プロセスは、この調整能力を提供することによって向上される。なぜならば、センサが所与のスタンドオフ範囲に対して限定された被写界深度を有するからである。焦点合わせは、適切なアクチュエータ（モータ、ギアなど）を介して、例えば、望遠鏡２３２の光学素子を移動させることによって遂行され得る。そのようなシステムは、当該分野で周知である。自動化された焦点合わせは望ましいが、焦点合わせはまた、好ましくは手動で実行され得る。
【００３３】
距離測定サブシステム２３５は、対象または関心のある未知の物質の範囲または距離に関する情報を提供する。この情報は、望遠鏡の焦点を最適化し、従って収集されるラマン光の量を最適化するための自動焦点プロセスに対して役立ち得る。
【００３４】
コントローラ／レジスタモジュール２４０は、好ましくは、光学素子モジュール２００内の構成要素のそれぞれと電気的に通信可能である。コントローラ／レジスタモジュール２４０は、プロセッサ１３０から起動されたコマンドを１つ以上の構成要素に伝え得、さらに構成要素のいずれか１つからの情報をプロセッサ１３０に返し得る。コントローラ／レジスタモジュール２４０はまた、関連するそれぞれの構成要素の出力から受信される情報をバッファリングし得、それによって、さらに分散型のシステム全体を実現する。本発明の実施形態に従った、コントローラ／レジスタモジュール２４０は、さらに、一部の構成要素に関する性能およびステータスのデータを伝えるために用いられ得、それによって、そのようなデータが、プロセッサ１３０におけるデータ品質チェック（ＤＱＣ）と、補助的データチェック（ＡＤＣ）とに対して用いられ得る。もちろん、コントローラ／レジスタモジュール２４０が、プロセッサ１３０内に（メモリ１１５とともに）直接組み込まれ得、それによって、光学素子モジュール２００の一部の構成要素が、何らの介在デバイスなしにプロセッサ１３０と直接的に接続される。
【００３５】
本発明の実施形態に従った、ラマンセンサを動作させる例示的な一連のステップ３００を説明するために、ここで図３が参照される。ステップ３０１は、システムが最初に電源オンされ、その後に、システムが一連の内蔵された試験を完了し得たときに提供される待機モードを表している。例えば、特に、構成要素の温度、システムの調子およびステータス、ＩＣＣＤの雑音レベル、レーザエネルギー、およびシステムの較正がチェックされ得る。ステップ３０１の待機モードは、プロセスのシーケンス３００において、表示またはユーザインタフェース（図示されない）を介して、メッセージがユーザに提示され得るポイントでもある。本質において、待機モード３０１は、ユーザからの入力を待っているシステムの「アイドリング」モードである。
【００３６】
一旦システムを運用モードに移行させることをユーザが所望する指示が（例えば、押しボタン、タッチスクリーンなどを介して）なされると、シーケンス３００はステップ３０５に進み、動作モードが初期化される。
【００３７】
一旦初期化ステップ３０５が完了すると、シーケンス３００は、ステップ３１０に移り、複数のシステムチェックが実行されて、ラマンセンサ１００全体の「調子およびステータス」を決定する。これらのシステムチェックは、公式に補助的データチェック（ＡＤＣ）と呼ばれる。好適なＡＤＣが、以下に分類され記載される。
【００３８】
（補助的データチェック（ＡＤＣ））
本発明の実施形態に従った、シーケンス３００において、所定の時点で好ましくはルーチン的に実行されるＡＤＣの５つの主要なカテゴリが存在する。ＡＤＣのこれらのカテゴリは、（Ａ）ＩＣＣＤチェック、（Ｂ）レーザチェック、（Ｃ）センサチェック、（Ｄ）自動焦点チェック、および（Ｅ）その他のチェック、に属する。これらのカテゴリのそれぞれは、以下に記載される。
【００３９】
（（Ａ）ＩＣＣＤチェック）
デバイスから受信されるデータが自信をもって頼られ得るように、ＩＣＣＤ２２０が適切に作動していることを知ることは望ましい。この点において、以下のチェックの少なくともいくつかが、好ましくはＩＣＣＤ２２０に関して行われる。
【００４０】
（１）ＩＣＣＤの高電圧（ＨＶ）が所定の設定値の許容範囲内にあることを検証すること。このチェックにおいて、ＩＣＣＤのマイクロチャネルプレート電圧（ＭＣＰＶ）が、３回、１００ミリ秒の時間を隔ててチェックされ、中央値がとられる（「ｍｅｄｉａｎＭＣＰＶｏｌｔａｇｅ」）。ＭＣＰＧａｉｎと呼ばれる変数が、次の
ＭＣＰＧａｉｎ＝２００＋ＩＣＣＤＨＶＳｌｏｐｅ＊（ｍｅｄｉａｎＭＣＰＶｏｌｔａｇｅ−ＩＣＣＤＨＶａｔ２００）
として計算される。
【００４１】
次いで、｜現在の利得設定−ｍｃｐｇａｉｎ｜（絶対値）が、設定の許容範囲値を超える場合には、この試験は、失敗したとみなされる。このＩＣＣＤ  ＨＶ試験は、ＩＣＣＤ増倍器のＨＶが、現在の利得設定に正しく対応していることを確認する。好適な実施形態において、試験が失敗するときには、ユーザのエラー表示が生成される必要はないが、エラーは、システムログに書き込まれ得る。
【００４２】
（２）ＩＣＣＤの温度安定性をチェックすること。この試験は、ＩＣＣＤ内の機能をコールして、ＩＣＣＤのアレイ温度が安定しているか否かをチェックする。もし安定していない場合には、試験は失敗する。この試験は、特に有用である。なぜならば、ＩＣＣＤの温度が安定していない場合には、暗スペクトル（ｄａｒｋ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）が、シフトするかまたはドリフトするからである。試験が失敗する場合には、警告が、好ましくはユーザに提供されるが、運用は依然として継続され得る。
【００４３】
（３）ＩＣＣＤのアレイ温度をチェックすること。これは、ＩＣＣＤの現在の温度の直接的な試験である。温度が、ＩＣＣＤＡｒｒａｙＴｅｍｐＳｅｔＰｏｉｎｔ（所定の値）の許容範囲内にない場合には、データ取得が、好ましくは停止される。ＩＣＣＤの温度は、暴走状態におけるものであり得る。ユーザは、好ましくはシステムを冷却することを警告される。
【００４４】
（４）ＩＣＣＤＣａｓｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ。ケース温度が、限界１（所定の値）を超える場合には、警告が、好ましくはユーザに提供される。ケース温度が、限界２（別の所定の値）を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止され、そしてユーザはまた、是正措置をとることを警告される。
【００４５】
（（Ｂ）レーザチェック）
（１）ＬａｓｅｒＴｏｔａｌＰｕｌｓｅＣｏｕｎｔ。レーザの総パルス数が、限界１（所定の値）を超える場合には、ユーザは、近い将来に点検が必要であることを通知される。このチェックと続く警告とは、レーザが、その指定された動作寿命を超えて作動することを妨げ、レーザの光学構成要素などの極めてまれに置き換えが必要な構成要素に対し適合される。
【００４６】
（２）ＬａｓｅｒＰｕｌｓｅＣｏｕｎｔＲｅｆｉｌｌ。これが、限界１（所定の値）を超える場合には、ユーザが好ましくは、指定の任務時間の後に、エキシマーレーザガスの補充が必要であることを警告される。非ガスレーザに対しては、このチェックは、定期的または頻繁な置き換えが必要な、レーザ閃光ランプまたはレーザダイオードなどの他の構成要素が、いつ保守を必要とするかを決定し得る。
【００４７】
（３）ＲＥＸ５ＨＶＳｅｔ。これは、レーザの高電圧に対する設定値である。この設定値は、レーザが、どれくらいのエネルギーを作り出すかに直接関連している。レーザは、２つのモードを有し、それらのモードとは、定エネルギーモードと定電圧モードとである。定エネルギーモードにおいて、高電圧の制御は、所定のレーザエネルギーを維持するように継続的に調整される。定電圧モードにおいて、電圧は、レーザのエネルギー出力にかかわらずこの値に設定される。ＲＥＸ５ＨＶＳｅｔ変数が、レーザから受信されるときに、所定の値を超える場合には、試験は失敗し、そしてユーザは、次の機会にエキシマーレーザガスを補充するように警告される。しかしながら、スペクトルデータ取得は、パルスエネルギーが一貫して低すぎることをデータ品質チェック（以下に記載される）が示すまで、停止される必要はない。固体レーザにおいて、閃光ランプが動作する高電圧はまた、閃光ランプの寿命のときに限界まで増大する。
【００４８】
（４）ＲＥＸ５ＦｉｌＭｏｎ。これは、レーザフィラメント（サイラトロン）電圧に対する監視である。サイラトロンは、レーザ作用を引き起こす高速な高電圧スイッチとして作動する。短い有効期間（年）を有するレーザ電気構成要素の１つである。ＲＥＸ５ＦｉｌＭｏｎ変数が、その許容範囲（例えば、６．０ボルトまたは７．０ボルト）外にある場合には、この試験は失敗し、ユーザは、次の機会にサイラトロンを置き換える必要があることを警告される。
【００４９】
（５）ＲＥＸ５ＧａｓＰｒｅｓｓ。ＲＥＸ５ＧａｓＰｒｅｓｓが、許容範囲（例えば、３２００トルまたは３９００トル）外にある場合には、この試験は失敗する。スペクトルデータ取得は停止され、ユーザは、ガス圧力が範囲外にあり、レーザが補充されなければならないことを知らされる。この試験は、低すぎる圧力を引き起こすガス漏れなどの他の起こり得る圧力の問題に関与する。
【００５０】
（６）ＬａｓｅｒＴｅｍｐ。レーザのケース温度が、限界１（所定の値）を超える場合には、警告が、好ましくはユーザに提供され、そしてレーザのケース温度が、限界２（別の所定の値）を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止される。
【００５１】
（７）ＥｔａｌｏｎＴｅｍｐ。｜エタロン温度−設定値｜（絶対値）が、限界１（所定の値）を超える場合には、ユーザは、好ましくは警告され、そして、｜エタロン温度−設定値｜（絶対値）が、限界２（別の所定の値）を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止される。
【００５２】
（（Ｃ）センサチェック）
（１）ＳｅｎｓｏｒＴｅｍｐ。システム１００のセンサ部分１１０の内部の周囲温度が、第一の限界よりも高い場合には、警告が与えられ得、第二の限界よりも高い温度は、データ取得の停止または可能性としてシステムのシャットダウンを引き起こす。
【００５３】
ＳｅｎｓｏｒＨｕｍｉｄｉｔｙ。システム内の湿度が、第一の限界よりも高い場合には、警告が与えられ得、第二の限界よりも高い湿度レベルは、データ取得のシャットダウンを引き起こす。
【００５４】
（（Ｄ）自動焦点チェック）
（１）ＬＦＡＡｍｐＴｅｍｐ。この試験は、リニア焦点アクチュエータ（ＬＦＡ）の電磁モータを駆動する増幅器のケース温度をチェックする。ケース温度が、限界１（所定の値）を超える場合には、警告が、好ましくは提供され、そしてケース温度が、限界２（別の所定の値）を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止され、ＬＦＡは、冷却のために一時的にパワーダウンされる。
【００５５】
（２）ＬＦＡＣｏｍｐＴｅｍｐ。この試験は、センサコンピュータの温度をチェックする。ケース温度が、限界１（所定の値）を超える場合には、警告が、好ましくは提供され、そしてケース温度が、限界２（別の所定の値）を超える場合には、データ取得が、好ましくは停止される。
【００５６】
（３）ＬＦＡＢｒａｋｅＰｏｓｉｔｉｏｎ。この試験は、ＬＦＡのブレーキ位置が、適切に設定されるか否かを決定する。もし適切に設定されない場合には、データ取得が停止され、自動焦点システムがリセットされる。
【００５７】
（４）ＲａｎｇｅｒＯＫ。このチェックは、センサコンピュータとレーザ距離計との間の通信が適切に作動しているか否かを試験する。
【００５８】
（５）ＰＳＤＯＫ。この試験は、位置感知デバイス（ＰＳＤ）によって決定されるような、望遠鏡のミラー位置が、許容範囲内にあることを検証する。その結果が許容範囲内にない場合には、データ取得は停止される。
【００５９】
（（Ｅ）その他のチェック）
（１）ＡｌｔｉｔｕｄｅＣａｌ。この試験は、現在の高度を確認するために、ＧＰＳ受信器（図示されない）からの情報を較正情報と組み合わせる。現在の高度は、スペクトルの較正に影響し、従ってデータ解析に影響し得る。高度が、最後の較正からかなり変更されている場合には、ユーザは、システムの再較正を実行するように促される。
【００６０】
（２）ＡｔｍｏｓＰｒｅｓｓ。同様に、現在の大気圧を確認することは、望ましいことであり得る。なぜならば、このメトリックがまた、スペクトルの較正に影響し、従ってデータ解析に影響し得るからである。大気圧が最後の較正からかなり変更されている場合には、ユーザは、システムの再較正を実行するように促される。
【００６１】
（３）ＣＡＰＰＳＴ。この試験は、ＣＡＰＰＳ１０５の温度をチェックする。第一の限界と第二の限界とが実装され得、第一の限界が警告を生成し、一方で第二の限界が、データ取得を停止させるか、または可能性としてシステムのシャットダウンを強制する。
【００６２】
（４）ＳＵＨｔＥｘＩｎＴ。ＳＵＨｔＥｘＩｎＴは、センサユニットの熱交換器入口の温度である。これは、本質的に、センサが置いてある車両キャビンの周囲温度である。入口温度が、限界１を超える場合には、ユーザに警告し、入口温度が、限界２を超える場合には、データ取得を停止させる。警告手段は、ユーザに対して車両キャビンを冷却する行動をとるようにアドバイスする。データ取得が停止される場合には、ユーザの行動が必要である。
【００６３】
（５）ＳＵＨｔＥｘＯｕｔＴ。ＳＵＨｔＥｘＯｕｔＴは、センサユニットの熱交換器出口の温度である。これは、センサ内の気温に近い。出口温度が、限界１を超える場合には、ユーザに警告し、出口温度が、限界２を超える場合には、データ取得を停止させる。警告手段は、ユーザに対して機器を冷却する行動をとるようにアドバイスする。データ取得が停止される場合には、ユーザの行動が必要である。
【００６４】
（６）ＬＰＭＴ。ＬＰＭＴは、レーザ電源モジュールの温度である。これは、他の温度と同様にチェックされる。その温度が、第一の限界よりも高い／低い場合には、警告が、機器を冷却するために発行される。第二の限界よりも高い／低い場合には、重大ではない障害が起こり、データ取得が停止され、そしてシステムは、冷却するためにシャットダウンされなければならない。
【００６５】
（７）ＡＦＳＡｍｐＴｅｍｐ。自動焦点システムの増幅器の実際の温度を他の温度と同じ態様でチェックする。この試験は、自動焦点システム（ＡＦＳ）増幅器温度から報告されるビット（ＯＥＭから提供されるデータ）をチェックする。試験の結果、ビットが０である場合には、データ取得が停止され、ユーザの行動が必要である。
【００６６】
ここでまた図３を参照すると、ＡＤＣの一部またはＡＤＣのすべてが完了した後に、試験のいずれか１つがデータ取得の停止を結果としてもたらした場合には、プロセス３００は、ステップ３０１の待機モードに戻り得、それによって、失敗した特定の試験またはチェックに応答して、システムが適切に点検されるかまたは再設定され得る。ＡＤＣがスペクトルデータ取得の停止を引き起こさなかった場合には、プロセス３００は、ステップ３１５に進み、１０個の暗スペクトルの初期の組が取得される。すなわち、一連のスペクトルが、対応するレーザパルスが存在しない間に取得される。これらのスペクトルのすべての中央値が次いで計算され、この中央値は、その後のスペクトル分析において、所与のスペクトルデータ取得値から中央値を減算することによって用いられ、それによって、雑音と背景の影響とを除去する。当業者は、取得される暗スペクトルの数は例示的な数であり、より多い数またはより少ない数の初期の暗スペクトルデータ収集を含むことが望ましくあり得ることを認識するであろう。
【００６７】
次に、ステップ３２０において、「動的シリーズ」（ＫＳ）ループが初期化される。ＫＳは、連続して実行されるために、ＩＣＣＤ内にロードされ得る命令の群である。この機能性は、本発明の実際の実装に用いられたＡｎｄｏｒ  ＩＣＣＤによって提供され、ＩＣＣＤのさらなる自律動作を可能にする（すなわち、絶えず外部から提供される命令を必要としない動作モード）。この運用方法の利点は、記録される各フレームの前にＩＣＣＤが命令を与えられる従来の方法とは対照的に、このＫＳモードが、より高速にＩＣＣＤがフレームを取得（２５／秒で）することを可能にすることである。このより高いデータレートが、より高い検出確率を結果としてもたらす。もちろん、ＩＣＣＤ２２０を従来のように動作させることがまた望ましいこともある。
【００６８】
一旦ＩＣＣＤ２２０が作動可能になると、ステップ３２５において、レーザ２１０がパルス化され、ラマンスペクトルが、当該分野で周知なように、分光器２２２とＩＣＣＤ２２０とを用いて取得される。本発明に従って、このように取得されたスペクトルデータは次いで、ステップ３３０において、データの有用性を確認するためにデータ品質チェック（ＤＱＣ）を受ける。以下で詳細に記載されるように、スペクトルデータが別個の作用因子識別コンピュータ（ＡＩＣ）（図示されない）、またはプロセッサ１３０により実行される作用因子識別ルーチン／アルゴリズムによってさらに処理される前に、いくつかの試験が、選択されたシステム構成要素に対して遂行され、かつスペクトルデータ自体に対して遂行され、スペクトルデータがメモリに格納される。
【００６９】
（データ品質チェック（ＤＱＣ））
以下のＤＱＣは、好ましくは、本発明の実施形態に従って実行される。
【００７０】
（１）リニア焦点アクチュエータ（ＬＦＡ）故障。この試験は、望遠鏡２３２の焦点が合わないことがあり得る場合に、自動焦点アクチュエータ（望遠鏡２３２と関連づけられている）が故障したか否かを決定する。故障である場合には、まさに収集されたデータは、さらなる処理に対して拒絶される。
【００７１】
（２）ＬＦＡブレーキ係合。この試験は、ＬＦＡブレーキが係合されているか否かを決定する。係合されている場合には、望遠鏡アクチュエータがセーフモードにあり得、従って、取得されたデータは疑わしくあり得、その結果として、データは、同様に、さらなる処理に対して送られない。
【００７２】
（３）ＬＦＡ焦点モード。この試験は、ＬＦＡモードが、自動モード、ＦＦＡｕｔｏモード（固定焦点自動）またはコマンドモードのいずれであるかを決定する。自動モードは、システムが自動的に焦点合わせを行うことを意味する。システムが車両に搭載され、車両が移動するときには、地表までの距離が変化する（穴、岩石、植物など）。自動モードにおいて、望遠鏡の一次側は、システムを焦点が合った状態（もちろん特定の範囲内）に保持するように動かされる。ＦＦＡｕｔｏモードは、地表までの距離が急速に変化するとき（例えば、システムが丈の高い草を越えるとき）に用いられ、その場合において、焦点は、統計的に計算されたセンサ範囲に短時間（例えば、１秒間）固定される。コマンドモードは、ユーザに命令された範囲に望遠鏡の焦点を固定する。これらの正しいモードのうちのいずれかでない場合には、望遠鏡２３２は、焦点が合わないことがあり得、取得されたデータは、再び拒絶される。
【００７３】
（４）レーザのエネルギー範囲。この試験は、レーザエネルギーが受容可能な範囲内にあるか否かを決定する。レーザエネルギーがこの範囲外にある場合には、現在のスペクトルデータを拒絶する。（４）飽和したスペクトル。この試験は、取得されたスペクトルデータが、かなり飽和しているか否かを決定する。信号スペクトルは、暗スペクトルの中央値が収集されたデータから減算される前に、好ましくは分析される。特に、カウントが、第二の所定の値よりも大きい振幅を有する信号スペクトル内のピクセルの数から作られる。所定の数よりも多いカウントが見出される場合には、スペクトルが、飽和しているとみなされ、そしてスペクトルは拒絶される。
【００７４】
（５）低振幅のスペクトル。この試験は、飽和したスペクトル試験に対する補完である。ここでは、スペクトル振幅が、低すぎるか否かが決定される。最初に、暗スペクトルの中央値が信号スペクトルから減算される。カウントは次いで、所定の値を超える振幅を有する、暗スペクトルを減算されたスペクトル内のピクセルの数から作られる。この値よりも大きい値を超える振幅を有するピクセルの数が、第二の所定の値以下である場合には、スペクトルは拒絶される。低い信号が、低い信号対雑音比のスペクトルを結果としてもたらすので、この試験は、信号対雑音比（ＳＮＲ）試験の一例であり、そのＳＮＲが低すぎる場合には、スペクトルを拒絶することになる。
【００７５】
（６）（壊れた）スペクトルの分裂。この試験は、取得されたスペクトルが、ＩＣＣＤからの壊れたデータ、または表面からの異常に高いけい光値が原因で拒絶されるべきか否かを決定する。これは、スペクトルの使用されていないエッジのピクセルの振幅が、所定の限界よりも高いか否かを試験することによって決定される。これらのピクセルは、ＩＣＣＤの搭載構造によって光からブロックされ、有意な振幅を有するべきではない。これらのピクセル内の有意な振幅の存在は、スペクトルに欠陥がある（読み出しの間に分裂し誤って再組み立てされたスペクトルが原因で、ピクセルの振幅が不正確に配列されている）か、またはＩＣＣＤ上の光のレベルがあまりにも高すぎ、光がエッジのピクセル上に「漏れ出し」、そしてスペクトルが信頼できないことを意味している。これは、スペクトルが飽和していない場合でさえも起こり得る。スペクトル内の全部の統合された振幅の試験が、けい光試験の代替として用いられるかもしれないが、そのような試験は、壊れたスペクトルを区別することができない。
【００７６】
ここでまた図３を参照すると、ステップ３３０において、ＤＱＣと関連づけられた１つ以上の試験が失敗した場合には、ステップ３３５において、失敗が、飽和または低振幅のいずれの結果であったかが決定される。もし飽和または低振幅である場合には、ＩＣＣＤの利得が、好ましくは問題に対して補償するように（適切な方向で）調整される。利得調整ループは、図４を参照して本明細書中の以下に記載される。ステップ３３０において、すべてのＤＱＣが合格した場合には、ステップ３４０において、収集されたスペクトルデータが、スペクトルデータのブロックに追加され、該ブロックは、スペクトルデータのブロックを処理するＣＡＰＰＳ１０５内のプロセッサ１３０によって一緒に処理される、レーザパルスと関連づけられた最大で５０個までの個々のラマンスペクトルデータの組を備え、該処理は、特に、メモリに格納される作用因子のラマンサインのライブラリにアクセスすることを含む。当該分野で周知なように、収集されたスペクトルを格納されたパターンとマッチングさせることによって、化学的物質および生物学的物質などの作用因子を識別することが可能である。本明細書中に開示された５０個のブロックサイズは、ある程度は任意であるが、実際の実装においては、この数は、バッチの態様におけるデジタル信号処理に対してよい構成であることが分かる。何らかの理由で、ＤＱＣが失敗した場合には、所与のレーザパルスと関連づけられるデータは、５０個のブロックに追加されない。すなわち、低品質なスペクトルデータは、プロセッサ１３０によって処理されることを妨げられ、それによって、時間を節約し、起こり得る不正確な検出を防止し、そしてデータ取得プロセス全体をより効率的にする。
【００７７】
低信号レベルまたは飽和ではない理由のためにＤＱＣが失敗したことをステップ３３５において決定した場合か、またはステップ３４０（所与のレーザパルスに対するスペクトルデータを５０個のブロックに追加する）の後の場合には、プロセス３００は、ステップ３４５に続く。この次のステップにおいて、全部で３０００個の信号スペクトル（例えば、それぞれのレーザパルスに対するデータ記録）がメモリ１１５に格納されたか否かが決定される。３０００個の信号スペクトルのブロックは、その関連するＤＱＣおよびＡＤＣの結果データとともに別個に格納され得るログファイルに対しては便利な数である。再び、この特定の数は、ある程度は任意であり、当業者は、任意のログファイルのサイズが、例えば、利用可能なコンピューティング機器およびメモリの性質に依存して実装され得ることを認識するであろう。３０００個の信号スペクトルのブロック内に追加データの余地がまだある場合には、プロセス３００は、次のレーザパルスおよびスペクトル取得のために、ステップ３２５にループを戻る。
【００７８】
全部で３０００個（または、設定された何らかの数）の信号スペクトルが格納されたことをステップ３４５において決定した場合には、３０００個のスペクトルを有するログファイルは、その関連するＤＱＣおよびＡＤＣの結果データとともに、ステップ３４７において別個に格納される。図３に例示するように、このログファイルを格納するステップの間またはすぐ後に、いくつかの、例えば、３つの新しい暗スペクトルが、ステップ３５０において収集される。本発明の実際の実装においては、最初の１０個の暗スペクトルの最も古い３つが除去され、３つの新しく収集された暗スペクトルが、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）態様で追加される。新しい中央値が次いで、その後の暗スペクトルではないスペクトルのデータ処理における背景雑音の消去用に計算され用いられる。またここで、ステップ３５５において、前に初期化されたＫＳループが閉じられ、ステップ３６０によって示されるように、ＡＤＣの新しい組が実行される。シャットダウンかまたはさらなるデータ取得の停止を正当化する、ＡＤＣにおける失敗が存在する場合には、プロセス３００は、ステップ３６５に進み、そして表面上は、待機モード３０１に戻る。ステップ３６０のＡＤＣがすべて合格する場合には、プロセス３００は、ステップ３２０にループを戻ることにより、新しいＫＳループを初期化、すなわち、レーザパルスとともに再びスペクトルデータの収集を開始する。
【００７９】
本発明に従った、３０００個の信号スペクトルを含むログファイルの格納は、ラマンシステムの全体１００が適切に作動していることを再確認するための、プロセス３００の間の好都合な時間である。好適な実施形態においては、レーザが２５Ｈｚでパルス化され、従って、ステップ３６０のＡＤＣが、約１２０秒すなわち２分ごとに実行される。現場において、このＡＤＣの頻度は、収集されるスペクトルデータの信頼性を維持するために、適切であると考えられている。もちろん、周囲の気象条件、機器の寿命などの変化に依存して、ＡＤＣの頻度を増大させるかまたは減少させることは、望ましいことであり得る。さらに、システムの使用が開始される前であっても、オペレータが起こり得る問題について注意をうながされるように、待機モード（ステップ３０１）の間にＡＤＣを実行することは、望ましいことであり得る。
【００８０】
ステップ３３５に参照を戻すと、ＤＱＣが低い信号または飽和に起因して失敗した場合には、ＩＣＣＤ２２０の利得が、好ましくは適切な方向に調整される。これは、図４に示されたプロセス４００を介して遂行される。示されるように、ステップ４０１において、シングル走査モードが初期化される。これは、動的シリーズ（ＫＳ）モードとは異なる、Ａｎｄｏｒから提供されるＩＣＣＤモードであり、ＩＣＣＤ利得が調整され得る。あるいは、ＩＣＣＤのタイプに依存して、ＫＳモードのままで利得が調整され得、その結果として、ステップ４０１が取り除かれ得る。いずれの場合にも、ステップ４０５において、ＩＣＣＤの現在すなわち現時の利得が、場合に応じて、上方または下方に修正される。
【００８１】
本発明の実施形態に従って、最初に、低い信号または飽和のどちらがあったかを考慮して、ＮｅｗＧａｉｎＳｅｔＰｏｉｎｔが、ＣｕｒｒｅｎｔＧａｉｎＳｅｔｐｏｉｎｔを増やすかまたは減らすことによって設定される。デルタ利得値が次いで、
デルタ利得値＝ＮｅｗＧａｉｎＳｅｔｐｏｉｎｔ−ＣｕｒｒｅｎｔＧａｉｎＳｅｔｐｏｉｎｔ
として計算される。
【００８２】
次いで、デルタ利得値が、５を超える場合には、
現在利得設定値＝現在利得設定値＋５、
｜デルタ利得値｜（絶対値）が、５未満の場合には、
現在利得設定値＝ＮｅｗＧａｉｎＳｅｔＰｏｉｎｔ、
または、デルタ利得値が、−５未満の場合には、
現在利得設定値＝現在利得設定値−５、
として設定される。
【００８３】
一旦現在の利得設定が確立されると、プロセス４００は、ステップ４１０に移動して、ＩＣＣＤの実際の現在の利得を示す、ＩＣＣＤのマイクロチャネルプレート電圧（ＭＣＶＰ）を捕捉する。いずれにせよ、本発明の実際の実装に用いられたＡｎｄｏｒ  ＩＣＣＤでは、所望のＩＣＣＤ利得の設定と、その利得値によるＩＣＣＤの実際の動作との間に、しばしばタイムラグが存在する。従って、ステップ４１０が、レーザの次のパルス、およびラマンスペクトルのその後の収集（ステップ４１５）のすぐ前に、ＩＣＣＤの実際の利得を捕捉するために用いられる。このようにＩＣＣＤのＭＣＶＰに対して捕捉された値は、単純な関係を用いて、デジタルの利得値に変換され、このデジタル値は、パルスヘッダ（すなわち、そのレーザパルスに対して収集されたスペクトルデータ用のデータ記録のヘッダ）に書き込まれる。さらに、ＡＩＣは、その処理においてデジタル利得値を利用し得る。
【００８４】
プロセス４００は次いで、ステップ４２０によって継続し、ステップ４２０は、収集されたスペクトルデータの品質を試験し、そのスペクトルデータが、さらなる処理のために格納されるべきか否かを決定する。もし格納されるべきでない場合には、プロセス４００は、ステップ４３０にスキップする。収集されたデータがＤＱＣに合格する場合には、ステップ４２５において、上記されたように、データは、ＡＩＣまたは対応するルーチンまたはアルゴリズムによる処理のために、５０個のスペクトルデータ記録のブロック内に格納される。また、上記のように、この最新のスペクトルデータ記録が、ログファイルに対する３０００個の記録の最後であったか否かが決定され、もし最後であった場合には、プロセス４００は、暗スペクトル取得および中央値のアップデートのために、図３のステップ３５０に制御を戻す。現在の３０００個のデータ記録ログが、いっぱいでない場合には、プロセス４００は、ステップ４３５に移動し、現在の利得（ＩＣＣＤのＭＣＶＰ読み取りから導かれる）が、新しい所望の利得設定値と等しいか否かが決定される。もし等しくない場合には、プロセス４００は、ステップ４０５にループを戻り、利得が再び調整される。
【００８５】
現在の利得が所望の新しい利得設定値と等しい場合には、プロセス４００は完了し、本方法は、図３のステップ３２０によって継続し、新しい動的シリーズのループが初期化される。
【００８６】
上記から、当業者は、ラマンスペクトルデータ（または実質的に任意の光データ）が適切に収集され、価値を有することを保証する体系的なアプローチを、本明細書中に記載された本発明の実施形態が提供することを認識するであろう。すなわち、本発明の実施形態は、システムの動作状態の結果としておそらくほとんど価値を有しないデータを拒絶するように設計される。本発明の実施形態はまた、機器の誤動作に起因する不正確性を収集されたデータが含まないことを保証し、そして１つ以上の警告または注意を介してシステムのユーザに提示され得るシステムの傾向を監視するために、体系的かつ規則的にいくつかのシステム構成要素を監視する。
【００８７】
本明細書中に記載されたシステムおよび方法は、本明細書の精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に組み込まれ得る。従って、上記の実施形態は、すべての点において例示と考えられ、限定を意味するものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１００  ラマン分光システム
１０５  制御、取得、処理および電源システム（ＣＡＰＰＳ）
１１０  センサ
１１５  メモリ
１２０  熱交換器モジュール
１３０  プロセッサ
１４０  表面汚染物質
２００  光学素子モジュール
２１０  レーザ
２１５  エタロン
２２０  増倍型電荷結合デバイス（ＩＣＣＤ）
２２２  分光器
２３０  自動焦点サブシステム
２３２  望遠鏡
２３５  距離測定サブシステム
２４０  コントローラ／レジスタモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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